机械工程测试技术主观试题库

机械工程测试技术主观题库

第一章信号及其描述+第二章测试装置的基本特性

1.周期信号和非周期信号的频谱各有哪些特点？

周期信号的频谱特点：

[1]离散性：周期信号的频谱是离散的，由一系列离散的谱线组成。

⑵收敛性：工程中常见的周期信号，其谐波幅值总的趋势是随谐波次数的增加而减小。通

常可忽略较高次谐波的影响。

[3]谐波性：每条谱线对应于一个谐波分量，只出现在基频的整数倍上。

II凋期信号的频谱特点：

[1]非周期信号的频谱是连续的，其频谱中包含所有频率的谐波成分。

[2]X（力具有“单位频率宽度上的幅值、相位”的含义，故非周期信号的频谱严格上应称

为频谱密度函数（简称频谱）。

[3]非周期信号的幅值谱密度（力|为有限值，但各次谐波分量的幅值IX（力|才为无穷

小---能量有限。

2.单位脉冲函数有哪几个特殊的性质?有何应用意义？

单位脉冲函数：在，=0时刻、6的时间内激发矩形脉冲（也可以是其他脉冲）邑⑴，脉冲包围

的面积为1,当，-＞。时，S.（，）的极限称为单位脉冲函数，记作6（，）。

性质：

抽样性质（筛选性质）：，函数可以把信号小）在脉冲发生时刻，”时的函数值*G）抽取出来。

卷积（分）性质：任一信号M，）与单位脉冲函数3（一幻卷积分的结果，相当于把信号工⑴搬移

到脉冲发生处（将信号延时了。）。

意义：

⑴单位脉冲函数次，）的频谱密度恒等于1。

⑵6函数具有无限宽广的频谱，且在任何频率上的谱密度都是相等的。这种信号称为理想

的白噪声。

3.解释下列名词：

①灵敏度②非线性度③回程误差④线性时不变系统⑤传递函数⑥频率响应函数⑦幅频特性

⑧相频特性⑨不失真测试.频谱

1.电荷灵敏度：单位作用力所产生的电荷

2:输入与输出关系保持常值线性比例关系的程度。在系统标称输出范围（全量程）内，传感器

定度曲线与拟合直线间最大偏差与满量程输出值的百分比，即:非线性度=7*100%,其中,B

为校准曲线与拟合直线间最大偏差,A为传感器满量程输出。

3:在测试过程中，输入量在递增过程中的定度曲线与输入量在递减过程中的定度曲线不重

合。对于同一输入量的两条定度曲线之差的最大值|hi|max与满量程输出值A的百分数表示。

回程误差=（|hi|max/A）*100%,回程误差反映了仪器仪表中磁性材料的磁滞、弹性材料的

迟滞，以及机械结构和制造工艺的缺陷，如轴承摩擦、间隙、螺钉松动、元件腐蚀等。

4:若线性系统微分方程中的各系数（取决于系统的结构参数）不随时间变化，

则称之为时不变系统（定常系统）。既是线性又是时不变的系统称为线性时

不变系统。

5:传递函数:测试装置输出信号y（t）的拉普拉斯变换Y（s）与输入信号x（t）的拉普拉斯变换X（s）

之比，用H⑸表示

6.频率响应函数:初始条件为零时输出信号y⑴的单边傅里叶变换Y（jw）与输入信号x（t）的单

边傅里叶变换X(jw)之比，用H(jw)表示。

7:幅频特性：幅频特性是幅值比与频率的关系，幅值比是测量系统或弹簧等系统的动态响应

与静态响应之比，给系统一个正弦输入，系统输出响应随着正弦输入的角频率w而呈现不

同的变化，其中输出幅度随着w变化规律为幅频特性。

8:相频特征：相频特性是滞后角与频率之间的关系，是强迫振动的相对误差，也就是动态与

静态响应时间误差，给系统一个正弦输入，系统输出响应随着正弦输入的角频率w而呈现

不同的变化，其中输出相角与输出相角的相位差与w的变化规律构成相频特性。

9:不失真测试的涵义:对于一般的测试目的，若输出信号Y(t)与输入信号X()

之间满足y(l)=Aox(t-to),则认为测试是不失真的

10.频谱，即信号的频率构成，信号中包括哪些频率的正弦谐波成。这些谐波成分的幅值

及初相位是怎样的。

4.通常在结构及工艺允许的条件下，为什么都希望将二阶测试装置的阻尼比定在0.7附近？

当£=0.707且3W0.43n时，4(3)*1,0(3)7—玲3。当3»3n时，

<p(to)->-180°,4(3)以-40dB/十倍频程的速率衰减。因此，上述的二阶

系统具有“低通”的特性。

5.什么是线性时不变系统的频率保持性?试举例说明在测试中如何运用这一特性。

频率保持性：

在输入信号的频带内，测试装置的幅频特性值保持恒定，相频特性值与信号的频率保持线性

比例关系。

运用：

1.在实际测试中，测试得到的信号常常会受到其他信号或噪声的干扰，这时依据频率保持特

性可以认定测得信号中只有与输入信号相同的频率成分才是真正由输入引起的输出。

2.在故障诊断中，根据测试信号的主要频率成分，在排除干扰的基础上，依据频率保持特性

推出输入信号也应包含该频率成分，通过寻找产生该频率成分的原因，就可以诊断出故障的

原因。

6.试述测试装置实现不失真测试的条件(包括时域、频域)，并说明如何根据这一条件正确设计

一阶、二阶测试装置的动特性参数。

不失真测试的实现取决于测试装置的特性及所传输信号的频率范围两个因素，具体讲就

是要求测试装置在输入信号频带内对所有频率成分应保证复频特性值为一常数。根据这一条

件正确设计一阶、二阶测试装置的动特性参数方法如下：

一、二阶系统实现不失真测试的条件

一阶系统：T<0.2/3max或3mg<0.2/T；

f=0.707或,f=0.707

二阶系统:

.叫/3nlax—2.5Ignax/3nW0-4

第三章传感器

一£。£♦

1.已知两平行极板构成的电容量§(6为极板间距，A为极板面积，e。和er为

常数)，这对极板可构成极距变化型和面积变化型电容传感器。试写出:①这两种传感器灵敏度;

②定性分析比较这两种传感器的优缺点。

(1)变极距型电容传感器：在微位移检测中应用最广，变极距型电容传感器的灵敏度高，

缺点是量程小、线性差。

（2）变面积型电容传感器：适合测量较大的直线位移和角位移。变面积型电容传感器的量

程大、线性好，缺点是灵敏度低。

（3）变介质型电容传感器：可用于非导电散材物料的物位测量。

2.指出图3-1中（a）、（b）、（c）各表示什么传感器。

A.电阻应变式传感器（电阻应变片）

B.自感式传感器（可变磁阻式）

C.压电式传感器

3.为什么许多传感器都做成差动式的？

差动连接有利于提高灵敏度，改善线性度，并且可实现对某些误差的补偿。

4.画出压电传感器完整的等效电路并对其中的各参量加以简要说明。

q：传感器.上产生的电荷

Ra：传感器的固有电阻

Ca：传感器的固有电容

Cc：电缆电容

Ci：放大器的输入电容

Ri；放大器的输入电阻

5.压电晶片可串联、并联使用，试说明其特点及主要应用场合。

•两晶片串联后，电压灵敏度提高一倍（适用于后接电压放大器）

•两晶片并联后，电荷灵敏度提高一倍（适用于后接电荷放大器）

6.压电传感器有哪两种灵敏度?二者之间的关系是怎样的?哪种灵敏度受外部条件变化的影

响？

S"=里=。

电荷灵敏度一一单位作用力所产生的电荷.

电压灵敏度一一单位作用力所形成的电压F

7.压电传感器一般后接哪两种测量电路?它们有什么特点?

电压放大器

若输入力为/（，）=尸"sinot

则

传感器上的电荷响应q(t)=DFms\n(a

-1

传感器上的电压响应e(t)=.sin|<ar+--tan(a)RC)\

Jl+(a)RC)2

-l

放大器的输出电压eo(t)=-Ke(t)=-sin|or+y-tan(<y/?C)|

当o«l/AC时，e。")一。

KD

当0>>1//?C时，ea(t)->—FmsiiifiX«f(t)

电压放大器适用于高频信号的测量而不适用于静态

或低频信号的测量，但其线路简单、成本低。

电荷放大器

采用了负反馈技术增大放电时间

常数，使电路的输出与传感器上

的电荷（被测力）成正比。

€"（，）=

C+(K+l)Cf

负反馈使放电时间常数r=AC中的C变成了C+（K+1）C,。

由于放大器的开环放大倍数A'很大，因此

电荷放大器不仅适用于高频信号的测量，也适用于低频

信号乃至峥态信号的测量，但其线路复杂、成本高。

第四章信号调理装置

1.滤波器在测试系统中的作用是什么?按选频范围，滤波器分为哪四类?示意画出它们的幅频

特性曲线。

作用：

1.信号分离(选频):根据需要将特定频率范围内的频率成分分离出来。

2.干扰、噪声抑制:将可能存在的特定频率或特定频率范围内的噪声、干扰滤除或抑制掉

3.信号平滑处理:对信号进行平滑处理，即对信号中存在的随机成分进行处理。

分类：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器

幅频特性曲线：

低通津波口的■算特僮带通当波0的特性

2.为何要对缓变信号进行调制与解调?常用的调制方法有哪几种?从信号运算角度看，调幅是

将调制信号与载波进行什么运算?设调制信号如图5-1所示，试绘出由电桥调幅及相敏检波

器解调的波形变化过程(注意幅值与频率的变化)。

图5-1

对缓变信号进行调制与解调的原因：

有利于提高信号传输中的抗干扰能力和信噪比，有利于信号的远距离传输。也有利于实现不

失真测试。

常用的调制方法：

幅值调制:调幅(AM),频率调制:调频(FM),相位调制:调相(PM),脉冲宽度调制:调宽(PWM)

从信号运算角度看，调幅就是在时域内将调制信号与高频载波信号相乘的过程。

3.试分析调幅中载波频率应远远高于调制信号的最高频率的原因。

调幅过程中的载波不仅要保证幅值的高度稳定，其频率也要足够高。一般应保证生》10储。

因为调制信号的频率很低，所以要放大调制信号的频率，所以载波频率应远远高于调制信号

的最高频率调幅波的频谱分布在相对变化很窄的一个范围内，因此有利于信号的交流放大、

有用信号与无用信号的鉴别，有利于保证不失真测试条件的实现。有利于信号的远距离传输。

4.若调制信号是一个限带信号（最高频率fw为有限值），载波频率为fo,那么fm与fo应满

足什么关系?为什么？

若调制信号为瞬态信号（连续谱，信号最高频率fm）,则调幅波的频谱也是连续谱，位于

f0±fm之间。只有fO»fm,频谱不会产生交叠现象。为了正确进行信号调制，调幅信号

的频宽（2fm）相对于中心频率（载波频率fO）应越小越好，实际载波频率通常f0210fm。

5.何种情况下调幅波不能用普通二极管检波来解调，而须用相敏