机械工程测试技术考前辅导

测试技术考前辅导机械工程测试技术基础考试题型及试卷结构考试题型：判断是非题、填空题、简答题、计算及实例分析题。试卷结构（100分）：判断是非题20分、填空题30分，简答题30分、计算及实例分析题20分。

一、判断题1.具有离散频谱的信号即为周期信号。×√2.同周期的三角形波和方波相比，在同样的波形测试精度要求下，对测试装置的通频带宽的要求要窄一些。解释：周期信号频谱特点为离散性、谐波性、收敛性。

准周期信号的频谱也具有离散性的特点。补充：非周期信号分为瞬变非周期信号和准周期信号两类，其中瞬变非周期信号的频谱具有连续性、密度性、收敛性的特点。解释：工程上常见的周期信号，其谐波分量的幅值总是随着谐波次数的增加而减小，因此，在实际工程测试中，没必要取那些高次的谐波分量。一、判断题3.傅立叶级数展开的过程，就是求取信号与单位正弦（或余弦）信号相关的过程。解释：例如周期方波信号和正弦信号做互相关，周期方波信号为，任一个正弦信号为，根据互相关函数“同频相关，不同频不相关”的性质，相关的结果是，则可以根据互相关的结果判定该周期方波信号包含这一频率，同时可以判定此频率上的幅值和相位的大小。同理，用频率为、、等的单位正弦函数与该方波信号分别做互相关，就可以找到此方波信号中包含的频率成分及每个频率成分的幅值和相位，这其实就是周期信号进行傅立叶级数展开的目的。√一、判断题4.信号在时域中有所变化，必然会引起其频谱发生相应的变化。解释：√5.记录磁带快录慢放，则放演信号的频谱带宽变窄，幅值增高.解释：根据傅立叶变换的时间尺度改变性√一、判断题×6.调幅过程相当于频谱的放大过程。解释：幅值调制将一个高频载波信号与测试信号（调制信号）相乘，使高频载波的幅值随测试信号的变化而变化。

一、判断题7.一阶系统的动态特性参数时间常数τ一般要求越小越好。√×8.系统的脉冲响应函数是h(t)，对系统施加激励信号x(t)，则系统响应y(t)=x(t)

·

h(t)。9.一般说来，测试装置的灵敏度愈高，其测量范围就愈大。解释：解释：系统的频率响应函数为H(ω)＝Y(ω)

/X(ω)

，则Y(ω)＝H(ω)·X(ω)，根据傅立叶变换的卷积特性，得到y(t)=x(t)*h(t)H(ω)、h(t)×解释：灵敏度为输出的微小变化与输入的微小变化之比。在输入相同时，灵敏度越高，输出值越大。测量范围一般指输入信号的取值范围。因此灵敏度越高，测量范围越小。一、判断题10.变阻器式传感器不适于微小位移量测量。√×11.涡流传感器分为高频透射式和低频反射式两种类型。涡流式传感器可以探测水泥制品表面的缺陷。解释：变阻器式传感器是由电刷在线圈上移动从而把位移信号转换为电阻信号的传感器。由于电阻丝直径限制，分辨率不高。且电刷与线圈之间存在干摩擦，要求输入能量大。因此，这类传感器一半用于大的角位移或者线位移的测量。解释：涡流传感器可分为高频反射式和低频透射式两种类型。不论哪种类型，涡流式传感器都是利用线圈通入交变电流形成交变磁场，引起金属板产生涡电流从而实现信号的变化。而水泥制品无法产生涡电流，因此该传感器对水泥制品进行探测。×一、判断题12.应变片的工作电流越大则输出信号大，灵敏度高，因此工作电流越大越好。13.为了能从调幅波中很好地恢复出原被测信号，常用相敏检波器做为解调器。

解释：应变片在使用时一半应接入测量电路，这时会在电阻丝中要通过一定的电流，这个电流使得应变片温度升高，影响测量精度，所以要规定通过的最大电流值。所以此值并不是越大越好。解释：幅值调制解调有三种形式，同步解调、整流检波解调、相敏检波解调。为更好地回复原被测信号，最常用的是相敏检波解调。×√一、判断题14.滤波器的截止频率就是其通频带的幅值-3dB处的频率。15.在高频段，恒带宽滤波器比恒带宽比滤波器的频率分辨率高。解释：这是滤波器截止频率的定义，是正确的解释：滤波器的通频带宽越宽，滤波器的频率分辨率越差。在高频段，恒带宽滤波器比恒带宽比滤波器的通频带宽要窄，因此上述说法是正确的。√√二、填空题1.周期信号的频谱具有以下三个特点：__________、______、________。答案：周期信号频谱有三个特点－－离散性、谐波性、收敛性

。2.一阶系统的动态特性参数为______，为使系统动态响应快，它的取值应该是________；二阶系统的动态特性参数为_____和_____，为完成不失真测试，其取值范围分别为

、_________。答案：一阶系统的动态特性参数为时间常数，为使系统动态响应快，它的取值应该是越小越好；二阶系统的动态特性参数为固有频率ωn和阻尼比ξ，为完成不失真测试，其取值范围分别为ωn≧2ω

、ξ=(0.6,0.7)。三、填空题3．半导体应变片的工作原理是基于半导体材料_______效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数_____（大或小）；电容式和电感式传感器常用差动式结构，其作用是提高

，减少

。答案：半导体应变片是基于半导体材料的压阻效应来工作的，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数要大得多；电容式和电感式传感器常采用差动式结构，其主要作用是提高灵敏度，减少线性误差。4.当下截止频率相同时，倍频程滤波器的中心频率是1/3倍频程滤波器的

倍。答案：三、填空题5.已知，则=____。解释：根据脉冲信号的采样性质则因此，答案为1。6.已知函数f(t)，则=____。解释：同样根据采样性质，答案为。7.滤波器的截止频率定义为。解释：根据幅频特性值三、填空题8.电容式传感器有

型、

型、

型三种类型，其中

型的灵敏度最高.

解释：电容式传感器按照变换参数的不同可分为极矩变化型、面积变化型、介质变化型三种类型，其中极矩变化型的灵敏度最高.

+++A9.直接作用于被测量，并将被测量转换成与之相对应的、容易传输和处理的信号的装置称之为_________。解释：这是传感器的定义三、填空题10.幅值调制的过程在时域上是调制波与载波______的过程，常见的调幅装置有__________等

解释：幅值调制的过程在时域上是调制波与载波相乘的过程，在频域上可以实现调制波频谱的搬移。常见的调幅装置有电桥等

11.压电式传感器的测量电路（即前置放大器）有两种形式：__________放大器和__________放大器。

解释：压电式传感器的测量电路（即前置放大器）有两种形式：电压放大器和电荷放大器。

三、填空题12.可用于动态非接触性测量的传感器有____________和____________等解释：可用于动态非接触性测量的传感器有涡流式传感器和电容式传感器等；

可用于动态接触性测量的传感器有应变片和压电式传感器等。四、简答题1.试举出3个你学习、生活中接触到的测试技术应用实例，简要说明其作用和工作原理？

参考答案：a.录音机上的麦克风采用电容传声器，按平板电容原理将声波转换为膜片的振动位移，导致电容变化，变换为电信号输出。b.计算机鼠标上的光电传感器。利用利用发光二极管(LED)与光敏晶体管的组合来测量鼠标移动。鼠标内置二个带2盘的滚轴，小球滚动时带动了滚轴转动，通过孔盘对LED发出光线的阻断在光敏晶体管上产生表示位移的电脉冲输出。c.教室中防火灾的烟雾报警器：利用气敏半导体材料，如氧化锡，当它吸收了可燃气体的烟雾时会发生还原反应，放出热量，使元件温度相应增高，电阻发生变化，从而将烟雾信号转换为电信号输出。四、简答题2.一般的测试系统由几个部分组成？各部分有什么功能？

参考答案：一般的测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。测试过程中传感器将反映被测对象特性的物理量（如压力、加速度、温度等）检出并转换为电量，然后传输给中间变换装置；中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行计算，再将处理结果以电信号或数字信号的方式传输给显示记录装置；最后由显示记录装置将测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。四、简答题3.右图是一测试系统的幅、相频特性图，当输入信号为，输出信号不失真。当输入信号为，输出信号也不失真。对吗？为什么？

参考答案：是错误的。测试装置实现不失真测试的条件为：在工作频率范围内，其幅频特性为常数值，相频特性和频率的关系为一条斜直线。从右图可知，该测试系统能够实现不失真测试的工作频率范围为（0，40）。当输入信号为，也即测试装置的工作频率为10和20时，满足不失真测试的条件，因此输出信号不失真。当输入信号为,也即测试装置的工作频率为10和50时，不满足不失真测试的条件，因此输出信号为失真信号。四、简答题4.图示为某信号的自相关函数图形，试确定该信号是什么类型信号，并在图中表示和的值。

参考答案：

由于该信号自相关函数的幅值随着时间增长快速衰减到某个值，根据自相关函数的性质，可以判断该信号为宽带随机噪声信号。其和的值如图所示。

四、简答题5.如图所示试件，欲测作用在其上的力F时，拟使用金属应变片作为传感器，后接直流电桥方案，请问应采用何种布片和组桥方案，使得既能消除温度的影响，又能提高测量灵敏度？参考答案：选择两个相同规格的应变片R1和R2，同时选择两个和应变片的初始电阻值相同的纯电阻R3和R4。将应变片R1平行贴在构件上表面，应变片R2平行贴在构件对应下表面；根据电桥转换原理，按右图组桥就能满足要求。四、简答题6.什么是传感器？传感器在测试系统中有什么作用？选用传感器应注意哪些原则?

参考答案：答：直接作用于被测量，并把被测量转换为同种或别种量值输出的器件称为传感器。其作用为检测和转换。选用传感器的原则如下：1）灵敏度:传感器的量程范围是和灵敏度是紧密相关的。传感器的灵敏度并非越高越好，根据被测量要求来选取。2）线性范围：为了保证测量的精确度，传感器必须在线性区域内工作。3）响应特性：传感器的响应特性必须在所测频率范围内尽量保持不失真。但实际传感器的响应总有一迟延，但迟延时间越短越好。4）稳定性：经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。为了保证稳定性，在选用传感器之前，应对使用环境进行调查，以选择合适的传感器类型。5）精确度：表示传感器的输出与被测量的对应程度。传感器的精确度也并非愈高愈好，因为还要考虑到经济性。传感器在实际测试条件下的工作方式，也是选用传感器时应考虑的重要因素。四、简答题7.图为一测振传感器输出的稳态电压e和被测振动的位移(z)、速度()、加速度()的幅值比与频率的函数关系曲线。试问，该传感器可能作为测量哪个量的传感器使用，依据是什么？并在图上标出可测量信号的频率范围。参考答案：该传感器可能作为位移传感器使用，依据是测试装置实现不失真测试的条件，可测量信号的频率范围为（0，fc），如图所示。五、分析计算1、一压电式力传感器，将它与一只灵敏度Sv可调的电荷放大器联接，然后接到灵敏度为Sx=20mm/v的光线示波器上记录，现知压电式压力传感器灵敏度为Sp=5pc/Pa，该测试系统的总灵敏度为S=0.5mm/Pa，试问：（1）绘制该测试系统框图。（2）电荷放大器的灵敏度Sv应调为何值(v/Pc)?（3）用该测试系统测40Pa的压力变化时，光线示波器上光点