機械工程測試技術基礎(第三版)試卷及答案集

1、機械工程測試技術基礎(第三版 )試卷集 . 一、填空題、周期信號的頻譜是離散的，而非周期信號的頻譜是連續(xù)的。、均方值x2表示的是信號的強度，它與均值x、方差x2的關系是x2=hx2+x2。、測試信號調(diào)理電路主要有電橋、 放大、調(diào)制解調(diào)電路。、測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標有非線性度、 靈敏度、回程誤差。、靈敏度表示系統(tǒng)輸出與輸入之間的比值，是定度曲線的斜率。、傳感器按信號變換特性可分為組合型、 一體型。、當 0時，可變磁阻式電感傳感器的輸出和輸入成近似線性關系，其靈敏度s趨于 定值。、和差特性的主要內(nèi)容是相臨、相反兩臂間阻值的變化量符合相鄰相反、 相對相同的變化，才能使輸出有最大值。10、系統(tǒng)動態(tài)特性

2、在時域可用傳遞函數(shù)來描述，在復數(shù)域可用頻率函數(shù)來描述，在頻域可用脈沖響應來描述。11、高輸入阻抗測量放大電路具有高的共模抑制比，即對共模信號有抑制作用，對差模信號有放大作用。12、動態(tài)應變儀上同時設有電阻和電容平衡旋鈕，原因是導線間存在分布電容。13、壓控振蕩器的輸出電壓是方波信號，其頻率與輸入的控制電壓成線性關系。14、調(diào)頻波的解調(diào)又稱鑒頻，其解調(diào)電路稱為鑒頻器。15、濾波器的通頻帶寬和響應時間成反比關系。16、濾波器的頻率分辨力主要由其帶寬決定。17、對于理想濾波器，濾波器因數(shù)1。18、帶通濾波器可由低通濾波器（fc2）和高通濾波器（ fc1）串聯(lián)而成（fc2 fc1） 。19、測試系統(tǒng)的

3、線性度和滯后度是由系統(tǒng)誤差引起的；而重復性誤差是由隨機誤差引起的。、信號分析的過程主要包括：信號加工、信號變換。、在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，常采用程序控制放大器。10、根據(jù)載波受調(diào)制的參數(shù)的不同，調(diào)制可分為調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相。16、用濾波的方法從信號提取的頻率成分越窄，即帶寬越小，需要的時間就越長。17、如信號的自相關函數(shù)為acos，則其均方值x2= a 。18、 低通濾波器對階躍響應的建立時間te帶寬 b成反比、 ， 或者說它們之間的乘機是常數(shù)。、信號程選擇性決定著濾波器對帶寬外頻率成分衰阻的能力、周期信號的頻譜是離散的，而非周期信號的頻譜是連續(xù)的。2、周期信號可按三角函數(shù)分解成下列形式：)cosco

4、s()(0010tnbtnaatxnnn，;sin)(;cos)(;)(2/2/022/2/022/2/10tttntttnttttdtntxbtdtntxadttxa8周期信號( )x t的傅氏三角級數(shù)展開式中：na表示余弦分量的幅值，nb表示正弦分量的幅值，0a表示直流分量。3、使信號中特定的頻率成分通過，而衰減其他頻率成分的電路稱濾波器。4、信號可分為確定性信號和隨機信號，也可分為模擬信號和數(shù)字信號。5、濾波器的品質(zhì)因素q 與帶寬 b 的關系是0fqb。6、金屬應變片是根據(jù)應變效應原理工作的。7、當把石英等晶體置于電場中，其幾何尺寸將發(fā)生變化，這種由于外電場作用導致物質(zhì)機械變形的現(xiàn)象稱為

5、逆電壓效應。8、矩形窗函數(shù)的頻譜是sinc或sinx/x函數(shù)。9、兩個時域函數(shù)1( )x t、2( )x t的卷積定義為12( )()x t x td。10、均方值 x2表示的是信號的強度，它與均值x、方差 x2的關系是222xxx。信號的有效值又稱為均方根值，有效值的平方稱為均方值2，它描述測試信號的強度(信號的平均功率 )。12、半導體應變片是根據(jù)壓阻效應原理工作的。1、函數(shù)的頻譜是均勻譜。3、對于實際濾波器，濾波器因數(shù)范圍一般是（1，5）。4、傳感器按結(jié)構可分為結(jié)構型、物性型等。7、高 輸 入 阻 抗 測 量 放 大電 路 具 有高 的 共 模抑 制 比 ，即 對 共 模信 號 有 抑

6、制作 用 ， 對差模信號有放大作用。10電感式傳感器常可分為自感型、互感型等。6繪制周期信號( )x t的單邊頻譜圖，依據(jù)的數(shù)學表達式是傅氏三角級數(shù)中的各項系數(shù)，而雙邊頻譜圖的依據(jù)數(shù)學表達式是傅氏復指數(shù)級數(shù)中的各項系數(shù)。9. 為了求取測試裝置本身的動態(tài)特性，常用的實驗方法是頻率響應法和階躍響應法。10. 連續(xù)信號( )x t與0()tt進行卷積其結(jié)果是：0( )()x ttt0()x tt。其幾何意義是把原函數(shù)圖像平移至0t位置處 。10 單位脈沖函數(shù)0()tt與在0t點連續(xù)的模擬信號( )f t的下列積分：0( )()f tttdtg0()f t。這一性質(zhì)稱為脈沖采樣。1、 若 x(t) 的

7、傅立葉變換是x(f), 則 x(kt) 的傅立葉變換是 1/k*x(f/k)二、問答題（共 30 分）、 什么是測試？說明測試系統(tǒng)的構成及各組成部分的作用。（10 分）答：測試是測量和試驗的綜合，是一種研究型的探索型的、論證型的測量過程，也是獲取信息的過程。（1）測量對象（2）傳感器：在測試系統(tǒng)和被測試對象之間建立了一定的連接關系，它直接感受被測量并將其轉(zhuǎn)換成電信號。是測試系統(tǒng)中的關鍵部件。（3）中間轉(zhuǎn)換電路（信號調(diào)理電路） ：作用是將傳感器的輸出信號進行傳輸、放大和轉(zhuǎn)換，使其適合顯示、紀錄、數(shù)據(jù)處理。（4）信號處理單衣：它是以計算機為核心對中間轉(zhuǎn)換電路的輸出信號作進一步地處理（如：計算、頻譜

8、分析、數(shù)據(jù)儲存等）（5）顯示、記錄部分：作用是輸出測試結(jié)果。、 說明電阻絲應變片和半導體應變片的異同點，各有何優(yōu)點？（10 分）相同之處在于：都是將被測量的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化，且dr/r=(1+2h)+e, 其中 h為材料的泊桑比， e為材料的彈性模量， (1+2h)是由幾何尺寸變化引起的阻值變化，e是由電阻率的變化引起的阻值變化。不同的是，電阻應變片是利用導體形變引起的阻值變化，所以dr/r(1+2h)，s1+2h ；而半導體應變片是利用半導體材料的壓阻效應使電阻率發(fā)生變化引起電阻變化。所以 dr/r=e，se。各自的優(yōu)點分別為：電阻絲應變片具有相當高的適應性；半導體應變片的靈敏度高，一般

9、為電阻絲應變片的50-70倍。、簡述調(diào)幅波的特點。 （10 分）（1）當調(diào)制信號 x(t)0時，調(diào)幅波 xm (t)與載波 y(t) 同頻同相，其幅值的大小與x(t) 的大小有關； x(t) y(t) （2）當 x(t)0時，xm (t)與載波 y(t) 同頻反相，其幅值大小仍與x(t) 的大小有關；（3）調(diào)幅波是一高頻，但其包洛線和調(diào)制信號x(t) 相似，其副值受 x(t) 變化的影響， y(t) 的頻率越高，即波形越寬，相似程度越好。、 選用傳感器的原則是什么？（10 分）基本原則是：選用的傳感器其性能應當與被測信號的性質(zhì)相匹配。（1）靜態(tài)特性方面： a、應使被測量的變化范圍在傳感器的線性

10、范圍以內(nèi)，并保證線性誤差在允許范圍內(nèi)； b、傳感器的分辨率（力）從數(shù)據(jù)上應小于測量要求的分辨率（力）c、滿足實際要求的條件下，精度不宜過高。2、什么是調(diào)制和解調(diào)？其作用是什么？調(diào)制：就是使一個信號的某些參數(shù)在另一個信號的控制下而發(fā)生變化的過程。解調(diào)：從已調(diào)制波中恢復出調(diào)制信號的過程。作用：調(diào)制的目的：使緩變信號便于放大和輸出。解調(diào)的目的：恢復原信號。3、簡述信號不失真條件。對一個測試裝置，其輸出y(t)和輸入x(t)滿足y(t)=a0 x(t-0)。式中a0、0 均為常量。則wjeajwh00)(，即實現(xiàn)不失真測量的基本條件為a()= a0 =常數(shù)， ()=-04、測 試裝 置2 個環(huán) 節(jié) 的

11、 串 聯(lián) 后 的 頻 率 響 應 函 數(shù) 與 它 的2 個 組 成 之 間的 關 系 是 什么？為什么所有的系統(tǒng)都可以由一階和二階系統(tǒng)來組成？測試裝置 2 個環(huán)節(jié)的串聯(lián)后的頻率響應函數(shù)是它的2 個組成頻率響應函數(shù)之積。根據(jù)數(shù)學知識可知，任何多項式相除都可以化簡為一次式和二次式組合而組成。故所有的系統(tǒng)都可以由一階和二階系統(tǒng)來組成。5、按一階系統(tǒng)為例，簡述求解具體系統(tǒng)頻譜特性的一般步驟，并簡要說出一階系統(tǒng)的特性。一般步驟： 1）對系統(tǒng)建模， 2）求拉氏變換3）求傳遞函數(shù)4）求頻率響應函數(shù)、幅頻特性和相頻特性； 6）畫相應的圖形并分析改進之。一階系統(tǒng)圖形有幾個關鍵點，對它進行討論，并分析最左最右的趨

12、勢。2、什么是調(diào)制和解調(diào)？其作用是什么？調(diào)制：就是使一個信號的某些參數(shù)在另一個信號的控制下而發(fā)生變化的過程。解調(diào)：從已調(diào)制波中恢復出調(diào)制信號的過程。作用：調(diào)制的目的：使緩變信號便于放大和輸出。解調(diào)的目的：恢復原信號。6、簡述信號不失真條件。對一個測試裝置，其輸出y(t)和輸入x(t)滿足y(t)=a0 x(t-0)。式中a0、0 均為常量。則wjeajwh00)(，即實現(xiàn)不失真測量的基本條件為a()= a0 =常數(shù)， ()=-07、測 試裝 置2 個環(huán) 節(jié) 的 串 聯(lián) 后 的 頻 率 響 應 函 數(shù) 與 它 的2 個 組 成 之 間的 關 系 是 什么？為什么所有的系統(tǒng)都可以由一階和二階系統(tǒng)來

13、組成？測試裝置 2 個環(huán)節(jié)的串聯(lián)后的頻率響應函數(shù)是它的2 個組成頻率響應函數(shù)之積。根據(jù)數(shù)學知識可知，任何多項式相除都可以化簡為一次式和二次式組合而組成。故所有的系統(tǒng)都可以由一階和二階系統(tǒng)來組成。8、按一階系統(tǒng)為例，簡述求解具體系統(tǒng)頻譜特性的一般步驟，并簡要說出一階系統(tǒng)的特性。一般步驟： 1）對系統(tǒng)建模， 2）求拉氏變換3）求傳遞函數(shù)4）求頻率響應函數(shù)、幅頻特性和相頻特性； 6）畫相應的圖形并分析改進之。一階系統(tǒng)圖形有幾個關鍵點，對它進行討論，并分析最左最右的趨勢。3、交流電橋達到平衡時必須滿足的條件是什么？如何來實現(xiàn)交流電橋的平衡？答：兩個條件：相對兩臂阻抗之模的乘機應相等，并且它們的阻抗角之

14、和也必須相等。實現(xiàn)：電阻平衡，電容平衡。4、簡要說明如何求解測試裝置動態(tài)特性的數(shù)學描述的3 個函數(shù)，它們之間有何內(nèi)在關系？答：對系統(tǒng)的微分方程做拉氏變換，傳遞函數(shù)為輸出和輸入的拉氏變換之商，另拉氏變換中的a=0即可求得頻率響應函數(shù)，對傳遞函數(shù)進行拉氏反變換就可求得脈沖響應函數(shù)。它們之間的關系分別是拉氏變換對和傅立葉變換對關系。5、以二階系統(tǒng)為例，簡述求解具體系統(tǒng)頻譜特性的一般步驟，并簡要說出二階系統(tǒng)的特性。答：一般步驟： 1）對系統(tǒng)建模， 2）求拉氏變換3）求傳遞函數(shù)4）求頻率響應函數(shù)、幅頻特性和相頻特性； 6）畫相應的圖形并分析改進之。二階系統(tǒng)圖形有幾個關鍵點，對它進行討論，并考慮最左最右的

15、趨勢。三、計算題（共 55 分）、 二階系統(tǒng)的阻尼比=0.2，求 =n時的幅值誤差和相位誤差，如果使幅值誤差不大于10，應取多大阻尼比？。（10 分）解：對于二階系統(tǒng)：當w=wn時，a(w) =1/2 ，)(1w=-90。幅值誤差 = a(w)-1 100%=150%am相位誤差 =(w)= -90。如使幅值誤差不大于10%，則 a(w)-1 0.1 即 0.9 a(w)1/2 0.1 1/2.21/1.8, 2.一電容傳感器，其圓形極板r = 4mm，工作初始間隙0 =0.3mm，（1）工作時如果傳感器的工作間隙變化=2m ，求電容的變化量。（2）如果測量電路靈敏度s1=100mv/pf，讀

16、數(shù)儀表靈敏度s2=5 格/mv，在=2m時，讀數(shù)儀表的指示值變化多少格？（0 = 8.85 10-12 f/m）(8 分) 解： （1）s=c=-200=-4.9410-9f/m 當=2hm 時，c=s?=-4.9410-9f/m（210-6m ） =-+9.8810-15f （2）讀取儀表的變化格數(shù)為： 9.8810-151012s1?s2=9.8810-31005 =4.94（格）、 已知 rc 低通濾波器的 r=1k，c=1mf，當輸入信號x= 100sin1000t時，求輸出信號y 。（7 分）解：低通濾波器的截止頻率wc2=2 fc2=2 ?hzrc9101121而輸入信號 hx=1

17、00sin100t 的頻率 wx=1000hzwc2，所以低通濾波器相當于積分器，hy=hxdtrc1=10-9tdt1000sin100 =10-10sin （1000t-900）3.已知信號 x(t)=e-t (t 0) ，(1) 求 x(t)的頻譜函數(shù) x(f) ，并繪制幅頻譜、相頻譜。(2) 求 x(t)的自相關函數(shù) rx () 。（10 分）1、x(f)= x(t) e-j2ftdt=-fj211 e(-j2f-1)0=fj211則 x(f) =22411f(f)=-arctg(2f) 頻譜圖如下：(2) rx()=x(t)x(t+)dt=dteett)(0=edtet02=21e-

18、3、磁電式速度傳感器線圈平均直徑d=25mm，氣隙磁感應強度b=6000gs ，如傳感器的靈敏度s=600mv/cm/s ，則工作線圈匝數(shù)應為多少？（7 分）磁感應傳感器的靈敏度s=wrl,所以線圈匝數(shù)w =s/ rl,有 b=6000gs=0.6t=0.6vs/m2 v=d=25 mm,s=600mv/cm/s=0.6v/10-2m/s=25 10-3m w=0.6/(0.625 )=4103/1274(匝)4、已知調(diào)幅波 xm(t)(100 + 30 cost +20 cos3 t )cosct ，其中 f c =10khz，f=500hz 。試求：（1）xm(t)所包含的各分量的頻率和幅值。（2）繪出調(diào)制信號與調(diào)幅波的頻譜。（13 分）解： （1） xm (t)=（100+30cos? t+20cos3? t ）coswct =100 coswct+15c