机械工程测试技术基础试题及答案.pdf

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《机械工程测试技术基础》课后答案
章节测试题
第一章信号及其描述
(一)填空题
1、测试的基本任务是获取有用的信息,而信息总是蕴涵在某些物理量之中,并依靠它们来
传输的。这些物理量就是,其中目前应用最广泛的是电信号。
2、信号的时域描述,以为独立变量;而信号的频域描述,以为独立变量。
3、周期信号的频谱具有三个特
点:,,。
4、非周期信号包括信号和信号。
5、描述随机信号的时域特征参数
有、、。
6、对信号的双边谱而言,实频谱(幅频谱)总是对称,虚频谱(相频谱)总是对
称.
(二)判断对错题(用√或×表示)
1、各态历经随机过程一定是平稳随机过程。()
2、信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量.()
3、非周期信号的频谱一定是连续的。()
4、非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。()
5、随机信号的频域描述为功率谱。()
(三)简答和计算题
1、求正弦信号x(t)xsint的绝对均值μ和均方根值x。
0|x|rms
2、求正弦信号x(t)xsin(t)的均值,均方值2,和概率密度函数p(x).
0xx
3、求指数函数x(t)Aeat(a0,t0)的频谱。
cost|t|T
4、求被截断的余弦函数x(t)0的傅立叶变换.

0|t|T
5、求指数衰减振荡信号x(t)eatsint(a0,t0)的频谱。
0
第二章测试装置的基本特性
(一)填空题
1t
1、某一阶系统的频率响应函数为H(j),输入信号x(t)sin,则输出信号
2j12
y(t)的频率为,幅值y,相位。
412

2、试求传递函数分别为和的两个环节串联后组成的系统的
s2
nn
总灵敏度。
3、为了获得测试信号的频谱,常用的信号分析方法有、
和.
4、当测试系统的输出y(t)与输入x(t)之间的关系为y(t)Ax(tt)时,该系统能实现
00
,系统的频率特性为H(j)。
5、传感器的灵敏度越高,就意味着传感器所感知的越小。
6、一个理想的测试装置,其输入和输出之间应该具有关系为最佳。
(二)选择题
1、不属于测试系统的静特性。
(1)灵敏度(2)线性度(3)回程误差(4)阻尼系数
2、从时域上看,系统的输出是输入与该系统响应的卷积.
(1)正弦(2)阶跃(3)脉冲(4)斜坡:.
3、两环节的相频特性各为Q()和Q(),则两环节串联组成的测试系统,其相频特性
12
为。
Q()Q()
(1)Q()Q()(2)Q()Q()(3)12(4)Q()Q()
1212Q()Q()12
12
4、一阶系统的阶跃响应中,超调量。
(1)存在,但〈5%(2)存在,但<1
(3)在时间常数很小时存在(4)不存在
5、忽略质量的单自由度振动系统是系统.
(1)零阶(2)一阶(3)二阶(4)高阶
6、一阶系统的动态特性参数是。
(1)固有频率(2)线性度(3)时间常数(4)阻尼比
7、用阶跃响应法求一阶装置的动态特性参数,可取输出值达到稳态值倍所经过
的时间作为时间常数.
(1)0。632(2)(3)(4)
(三)判断对错题(用√或×表示)
1、一线性系统不满足“不失真测试”条件,若用它传输一个1000Hz的正弦信号,则必然
导致输出波形失真。()
2、在线性时不变系统中,当初始条件为零时,系统的输出量与输入量之比的拉氏变换称为传
递函数。()
3、当输入信号x(t)一定时,系统的输出y(t)将完全取决于传递函数H(s),而与该系统的
物理模型无关。()
4、传递函数相同的各种装置,其动态特性均相同.()
5、测量装置的灵敏度越高,其测量范围就越大。()
6、幅频特性是指响应与激励信号的振幅比与频率的关系.()
(四)简答和计算题
1、什么叫系统的频率响应函数?它和系统的传递函数有何关系?
2、测试装置的静态特性和动态特性各包括那些?
3、测试装置实现不失真测试的条件是什么?
1
4、某测试装置为一线性时不变系统,其传递函数为H(s)。求其对周期信号
1
x(t)(100t45)的稳态响应y(t).
1
5、将信号cost输入一个传递函数为H(s)的一阶装置,试求其包括瞬态过程在
1s
内的输出y(t)的表达式。
第三章常用传感器
(一)填空题
1、属于能量控制型的传感器有等,属于能量转
换型的传感器有等(每个至少举例两个)。
2、金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于:前者利用引起的电
阻变化,后者利用变化引起的电阻变化。
3、为了提高变极距电容式传感器的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度的影
响,实际应用时常常采用工作方式.
4、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,后接放大器时,可不受连接电缆长度的限制。
5、涡流式传感器的变换原理是利用了金属导体在交流磁场中的效应.
6、磁电式速度计的灵敏度单位是.
7、压电式传感器是利用某些物质的而工作的.
(二)选择题:.
1、电阻应变片的输入为。
(1)力(2)应变(3)速度(4)加速度
2、结构型传感器是依靠的变化实现信号变换的。
(1)本身物理性质(2)体积大小(3)结构参数(4)电阻值
3、不能用涡流式传感器进行测量的是.
(1)位移(2)材质鉴别(3)探伤(4)非金属材料
4、变极距面积型电容传感器的输出与输入,成关系。
(1)非线性(2)线性(3)反比(4)平方
5、半导体式应变片在外力作用下引起其电阻变化的因素主要是。
(1)长度(2)截面积(3)电阻率(4)高通
6、压电式传感器输出电缆长度的变化,将会引起传感器的产生变化.
(1)固有频率(2)阻尼比(3)灵敏度(4)压电常数
7、在测量位移的传感器中,符合非接触测量,而且不受油污等介质影响的是传感器。
(1)电容式(2)压电式(3)电阻式(4)电涡流式
8、自感型可变磁阻式传感器,当气隙变化时,其灵敏度S与之间的关系是:S
=。
1
(1)k(2)k(3)k2(4)k2

9、光电倍增管是利用效应制成的器件。
(1)内光电(2)外光电(3)光生伏特(4)阻挡层
(三)判断对错题(用√或×表示)
1、滑线变阻器式传感器不适于微小位移量测量。()
2、涡流式传感器属于能量控制型传感器()
3、压电加速度计的灵敏度越高,其工作频率越宽。()
4、磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率.()
(四)简答和计算题
1、哪些传感器可选作小位移传感器?
2、涡流传感器测量位移与其它位移传感器比较,其主要优点是什么?涡流式传感器能否测
量大位移量?为什么?
3、电涡流传感器除了能测量位移外,还能测量哪些非电量?
4、电涡流传感器能否测量塑料物体移动的位移?若能测量理由是什么?不能测量理由是
什么?应采取什么措施改进,就可以用电涡流传感器测量了.
5、压电式加速度传感器与压电式力传感器在结构上有何不同,为什么?
6、试用双螺管线圈差动型电感传感器做成一个测力传感器。
(1)用简图说明该传感器的结构并简要说明其作用原理;
(2)两个线圈通常应该接在什么电路中?用图说明如何接法。
7、某电容传感器(平行极板电容器)的圆形极板半径r4(mm),工作初始极板间距离
(mm),介质为空气。问:
0
(1)如果极板间距离变化量1(m),电容的变化量C是多少?
(2)如果测量电路的灵敏度k100(mVpF),读数仪表的灵敏度k5(格/mV)
12
在1(m)时,读数仪表的变化量为多少?
第四章信号调理、记录和显示
(一)填空题
1、电桥的作用是把电感、电阻、电容的变化转化为输出的装置。
2、在桥式测量电路中,按照的性质,电桥可分为直流和交流电桥。
3、在桥式测量电路中,根据工作时阻抗参与变化的可将其分为半桥与全桥
测量电路。
4、调幅是指一个高频的正(余)弦信号与被测信号,使高频信号的幅值随被测信:.
号的而变化。信号调幅波可以看作是载波与调制波的.
5、调频波的解调又称为。
6、调频是利用信号电压的控制一个振荡器,使其输出为等幅波,而
与信号电压成正比。
7、常用滤波器的上、下截止频率f、f的定义为,其
c1c2
带宽B=,若为倍频程滤波器f与f的关系为.
c1c2
8、RC低通滤波器中RC值愈,则上截止频率愈低。
(二)选择题
1、设有一电路,R是工作桥臂,R,R,R是固定电阻,且RRRR。工作时
12341234
RR2R,则电桥输出电压e()。e为电桥的电源电压。
111y0
RRR2R
(1)1e(2)1e(3)1e(4)1e
4R02R0R0R0
1111
2、调幅过程相当于在时域中将调制信号与载波信号.
(1)相乘(2)相除(3)相加(4)相减
3、电路中鉴频器的作用是.
(1)使高频电压转变成直流电压(2)使电感量转变为电压量
(3)使频率变化转变为电压变化(4)使频率转变为电流
4、一选频装置,其幅-频特性在f区间近于平直,在f0区间急剧衰减,这叫
22
滤波器.
(1)低通(2)高通(3)带通(4)带阻
5、一带通滤波器,其中心频率是f,—3dB带宽是B,则滤波器的品质因数Q等
0
于。
(1)fB(2)fB(3)fB(4)fB
0000
(四)简答和计算题
1、何谓电桥平衡?要使直流电桥平衡,桥臂参数应满足什么条件?交流电桥应满足什么条
件?
2、调幅波的解调方法有哪几种?
3、抗混滤波器的作用是什么?它选用何种滤波器?其截止频率如何确定?
4、相关滤波器的的基本原理是什么?举例说明其工程应用。
5、以阻值R120,灵敏度S2的电阻丝应变片与阻值为120的固定电阻组成电桥,
供桥电压V3V,若其负载电阻为无穷大,应变片的应变2000.
0
(1)求单臂电桥的输出电压及其灵敏度。
(2)求双臂电桥的输出电压及其灵敏度
6、若x(t)为调制信号,y(t)cos2ft为载波,x(t)为调幅波(如图所示)
0m
(1)利用傅里叶变换性质说明调幅过程的原理。
(2)画出载波与调幅波的双边频谱图。
ﻬ
第五章信号处理初步
(一)填空题
1、为了识别信号类型,常用的信号分析方法有、
和。
2、为了获得测试信号的频谱,常用的信号分析方法有、
和。
3、在数字信号处理中,为避免频率混叠,应使被采样的模拟信号成
为,还应使采样频率满足采样定理:.
即。
4、如果一个信号的最高频率为50Hz,为了防止在时域采样过程中出现混叠现象,采样
频率应该大于Hz.
5、若x(t)是均值为u为零的宽带随机信号其自相关函数τ=0时R
x
(τ),τ∞时
x
R(τ).
x
6、用于评价系统的输出信号和输入信号之间的因果性.
7、若某一信号的自相关函数为Acos(),则该信号的均方值为2=,均方
x
根值为x=。
rms
8、最常用的功率谱估计方法为。
S(f)X(f)2
9、为信号的沿频率轴的分布,称为。
x
10、巴塞伐尔定理表示在中计算的信号总能量,等于在中计算的信号
总能量。
(二)判断对错题(用√或×表示)
1、频率分辨力越高,则泄漏误差越小。()
2、A/D转换器的位数越多,则量化误差越小。()
3、对于周期信号,经整周期采样后,可完全避免栅栏效应.()
4、窗函数频谱的主峰瓣宽度越窄,旁瓣幅度越小,用其截取信号所引起的误差越小.()
5、互相关函数是偶实函数。()
6、利用系统输入x(t)与输出y(t)的自功率谱密度函数,可求该系统的频率响应函数。
()
7、若系统是完全线性的,则输入-输出的相干函数一定为1.()
(三)简答和计算题
1、已知信号x(t)AAcos(t)Asin(t),求信号的自相关函数
0111222
R(),并画出自功率谱S()(双边幅值谱)。
xx
2、求频率相同的单位方波和正弦波的互相关函数.
3、相关滤波器的基本原理是什么?举例说明其工程应用。
4、试根据一个信号的自相关函数图形,讨论如何确定该信号中的常值分量和周期成分。
5、某一系统的输入信号为x(t),若输出y(t)与输入x(t)相同,输入的自相关函数R()
x
和输入—输出的互相关函数R()之间的关系为R()R(T),试说明该系统起
xyxx
什么作用?
2
6、应用巴塞伐尔定理求sinc(t)dt的积分值.

第六章振动测试
(一)填空题
1、单自由度系统质量块受力所引起的受迫振动,位移共振频率系统固有频率,速度
共振频率系统固有频率,加速度共振频率系统固有频率.
2、单自由度系统质量块受力所引起的受迫振动,在相位共振处位移始终落后于激振力
度。
3、单自由度系统基础运动所引起的受迫振动,当激振频率固有频率时,质量块和壳
体之间的相对运动和基础振动近于相等.
4、激励方式分为,,。
5、按所测的振动性质可将拾振器分为和。
6、阻抗头的前端是,后面是测量激振点响应的。
7、压电式传感器的测量电路(即前置放大器)有两种形式:、
和。
8、机械系统的主要振动参数是,:.
9、相对法校准传感器时,经国家计量等部门严格校准过的传感器起着“振动标准传递"的
作用,称为传感器.
(二)判断对错题(用√或×表示)
1、压电式加速度计的灵敏度越高,其工作频率越宽。()
2、磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率。()
3、压电式加速度计手持探针法测振时,加速度计的使用上限频率最低.()
4、压电式加速度计的重量越轻,使用上限频率越高,灵敏度越低.()
5、涡流位移传感器属于绝对式拾振器。()
6、低频激振时,激振器的安装固有频率应比激振频率高3倍以上。()
7、快速正弦扫描激振属于宽带激振法。()
8、脉冲锤的锤头越软,则激励的频率范围越大。()
9、在振动测试中,测得的激励和响应之间的相位差包括了测试系统中所有仪器的相移。
()
(三)简答和计算题
1、对单自由度系统质量块受力所引起的受迫振动,分别写出其位移频响函数、速度频响函
数、加速度频响函数。
2、对单自由度系统基础位移所引起的受迫振动,分别写出其相对位移频响函数、绝对位移
频响函数。
3、对于压电式加速度计,画出其工作原理图,并说明为什么其上限频率取决于固有频率?
4、对于磁电式绝对速度计,画出其工作原理图,并说明为什么其下限频率取决于固有频
率?
5、如何用实频曲线估计系统的固有频率和阻尼比?画图说明。
参考答案
第一章信号及其描述
(一)1、信号;2、时间(t),频率(f);3、离散性,谐波性,收敛性;4、准周期,瞬态非周期;5、
均值,均方值2,方差2;6、偶,奇;
xxx
(二)1、√;2、√;3、╳;4、╳;5、√;
2xxx21A
(三)1、0,0;2、0,0,;3、;4、
22xcos(t)aj2f
0

Tsinc(2f)TTsinc(2f)T0
;5、;
00a242f22j4fa
0
第二章测试装置的基本特性
(一)1、1/2,1/2,45;2、123;3、傅立叶变换法,滤波器法;4、Aejt0;5、被测
0
量;6、线性;
(二)(4)(3)(2)(4)(2)(3)(1)
(三)╳√√√╳╳:.
(四)略
第三章常用传感器
(一)1、电阻、电感、电容、涡流;压电、磁电;2、金属丝的几何变形,半导体材料的电阻
率变化;3、差动;4、电荷,电压,电荷;5、涡电流;6、mv/(m/s);7、压电效应.
(二)(2)(3)(4)(2)(3),(3)(4)(4)(2)
(三)√√╳╳
(四)略
第四章信号调理、处理和记录
(一)1、电压或电流;2、激励电压;3、桥臂数;4、相乘,相乘;5、鉴频;6、幅值,频率;
1
7、幅频特性曲线降为最大值的倍时对应的频率为截止频
2
率;Bff;f2f,8、大;
c2c1c2c1
(二)(1)(1)(3)(2)(4)
(三)√╳╳√
(四)略
第五章信号处理初步
(一)1、概率密度函数,自相关函数;2、带通滤波法,傅立叶变换法;3、有限带宽,f2f;
sh
4、100;5、2,0;6、相干函数;7、A,A;8、周期图法;9、功率密度,能
x
谱;10、时域,频域;
(二)1、╳;2、√;3、√;4、√;5、╳;6、╳;7、╳;
A2A2
(三)1、R()A21cos2cos,
x02122
A2A2
212
S()A()()()();
x0411422
2
2、R()sin;
xy
3、同频相关、不同频不相关;
4、信号的常值分量为其自相关函数均值的开方,周期成分与其自相关函数周期成分
的频率相同、幅值成比例关系;
5、该系统的作用是使信号幅值不变、相位提前T;:.
1/2
6、sinc2(t)dt21df;
1/2
第六章振动的测试
(一)1、小于,等于,大于;2、90;3、远大于;4、稳态正弦激振,随机激振,瞬态激振;5、
相对式,绝对式;6、力传感器,加速度计;7、电荷放大器,电压放大器;8、固有频
率,阻尼比,振型;9、参考。
(二)1、╳;2、╳;3、√;4、√;5、╳;6、√;7、√;8、╳;9、√;
(三)略
ﻬ
河北科技大学200X—-200X学年第一学期
《传感器与测试技术》期末考试试卷
学院班级姓名学号
题号一二三四五六总分
得分
一、填空(每空1份,共20分)
。
,系统的输出是其输入与该系统的卷积。
,以为独立变量;而信号的频域描述,以为独立变量。
,为了防止在时域采样过程中出现混叠现象,采样频
率应该大于Hz。
,根据其的性质,可将其分为直流电桥与交流电桥。
:前者利用
引起的电阻变化,后者利用变化引起的电阻变化.
。
、fc,其带宽B=;若其
21
带宽为1/3倍频程则fc=fc。
21
、等。
10根据载波受调制的参数不同,调制可分为、、.
11相关滤波的工作原理是.
12测试装置的动态特性可以用函数、函数
和函数进行数学描述。
二、选择题(把正确答案前的字母填在空格上,每题1分,共10分)
。
A复杂周期B非周期C瞬态D随机
.
A连续B统计特征与时间无关C各态历经D统计特征等于时间平均
。
A固有频率B阻尼比C时间常数D灵敏度
,输入量由小到大及由大到小时,对于同一个输入量所得到的两个数值
不同的输出量之间的最大差值称为。:.
A回程误差B绝对误差C相对误差D非线性误差
。
A力B应变C速度D加速度
。
A传递函数B互相关函数C互谱密度函数D相干函数
,应选用放大器.
A电压B电荷C微分D积分
,符合非接触测量而且不受油污等介质影响的是
传感器。
A电容式B压电式C电阻式D电涡流式
,可将磁带,
也可达到分析的目的。
A重放速度放快B重放速度放慢C重放速度不变D多放几次
10。一阶系统的阶跃响应中,超调量.
A存在,但〈5%B存在,但〈1C在时间常数很小时存在D不存在
三、判断题(用√或×表示,在正确的题目对应的括号里填√,反之填×,每题1分,共10
分)
1.()非周期信号的频谱是连续的。
2.()传递函数相同的各种装置,其动态特性均相同。
3.()调幅波是载波与调制信号的叠加。
4.()涡流传感器属于有源传感器。
5.()滑线变阻器式传感器不适于微小位移量的测量。
6.()窗函数频谱的主峰瓣越窄,旁瓣幅度越小,用其截取信号所引起的误差越小。
7.()恒带宽滤波器的中心频率越高,其带宽越宽。
8.()随机激振属于宽带激振法。
9.()压电式加速度计的灵敏度越高,其工作频率越宽。
10。()若系统是完全线性的,则输入输出的相干函数一定为1.
四、简答题(每题5分,共30分)

8A11
x(t)sintsin3tsin5t
03050
试绘出该周期方波的单边幅值谱,并说明其频谱特点。
?为了实现不失真测试,如何确定其取值范围?
?实现测试不失真的测试装置的幅频和相频特性应如何?:.
?
,还设有电容平衡旋钮?
,问:
图1
(1)这一波形是自相关函数还是互相关函数?为什么?
(2)从波形中可以获得信号的哪些信息?
五、计算题(共14分)
1.(6分)已知低通滤波器的频率响应函数为
1
H(),式中
1j
当输入信号为x(t)(60t)(100t45)时,求滤波器的稳态输出y(t)
:.

2.(4分)有一信号x(t)Acos(t),初始相角为一随机变量;
试求1)求其自相关函数;2)确定其均值和方差。
3.(4分)以阻值R120,灵敏度S的固定电阻组
成电桥,供桥电压为4V,并假定负载电阻无穷大,当应变片的应变为1000时,分别
求出单臂、双臂电桥的输出电压
六、应用题(共16分)
1.(6分)某车床加工外圆表面时,表面振纹主要是由主轴箱转动轴上齿轮不平衡惯性力
使主轴箱振动所引起,实验测得振纹的频谱如图2(a)所示,主轴箱内的传动示意图如图
2(b)所示,传动轴Ⅰ、Ⅱ和主轴Ⅲ上的齿轮齿数分别为Z=30,Z=40,Z=
123
20,Z=50,传动轴Ⅰ的转速为n=2000转/分(根据传动比计算可知:传动轴Ⅱ
41
的转速为n=1500转/分,主轴Ⅲ的转速为n=600转/分),试分析哪一根轴上的
22
齿轮不平衡量对加工表面的振纹影响较大?为什么?
:.
(a)(b)
图2
2。(10分)欲测试图3(a)所示简直梁的动态特性参数(固有频率和阻尼比),(1)
请从现有设备中选择,并用框图表示测试系统构成,简述测试过程;
(2)测得该梁的幅频特性曲线如图3(b)所示,根据该曲线如何确定简直梁的动态特性参
数(给出原理、公式并在图中表示)
(现有设备:压电式加速度计、压电式力传感器、磁电式速度计、电阻应变片、电荷
放大器、功率放大器、信号发生器、激振器、数据采集分析系统、显示设备)
图3(a)
图3(b)
河北科技大学200X-200X学年第一学期
《传感器与测试技术》期末考试试卷参考答案
学院_年级_考试班级___
一、填空(每空1分,答对得分,答错不得分,共20分)


(t)、频率f或()

(或工作电压或桥压或电源):.
、半导体电阻率的(或半导体压阻效应)

f、32()
c2c1
、涡电流传感器、电容式传感器、电感式传感器等,答对任何两
个均得2分
、调频、调相

、频率响应、脉冲响应
二、选择题(每题1分,答对得分,答错不得分,共10分)
1—5DBCAB
6—10DBDBD
三、判断题(每题1分,答对得分,答错不得分,共10分)
1-5×√×√√
6—10√×√×√
四、简答题(每题5分,共30分)
1.(5分)
2分
频谱特点:离散性、谐波性、递减性3分(每答对一个得1分)
2.(5分)
固有频率()和阻尼比()3分()
n
为了实现不失真,阻尼比()取值0。6~;工作频率取值小于等于0。
582分(每答对一个得1分)
n
3.(5分)
输出y(t)与输入x(t)满足关系y(t)=Ax(t-t),其中A和t为常数,
0000
则为不失真测试。2分
或者用文字描述上述关系,描述正确2分,不完整1分,错误不得分。
实现不失真测试的测试装置的
幅频特性为A(ω)=A=常数1。5分
0
相频特性为φ(ω)=t
0
或者用文字表述,表述正确同样得分。
4.(5分)
(1)电压幅值调理(或者放大)1分
(2)滤波(或者滤去高频)2分
(3)隔离直流分量(或者隔直)1分
(4)如原信号进行调制,则应先进行解调(或者解调)1分
5.(5分)
动态电阻应变仪采用的是纯电阻交流电桥(1分),即使各桥臂均为电阻,由于导
线间存在分布电容(1分),相当于在各桥臂上并联了一个电容,因此,除了电阻平衡外,:.
还须有电容平衡(3分)。5分
其它的表述酌情给分。
6.(5分)
(1)互相关函数,因为是非奇非偶函数。2分
(2)频率信息:正弦波形的频率与此波形频率相同1分
相位信息:两正弦波形之间的相位差就是此波形中的初相位1分
幅值信息:此波形的振幅是两个正弦波振幅乘积的一半1分
五、计算题(共14分)
1。(6分)x(t)(60t)(100t45)