機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)課本習(xí)題及參考答案

1、學(xué)資學(xué)習(xí)網(wǎng)信號(hào)描述及其分析第二章周期信號(hào)是否可以？如何進(jìn)行描述？【2-1】描述周期信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)可采用 什么數(shù)學(xué)工具？進(jìn)行傅里葉變換？為什么。根據(jù)具體情況可選擇采用傅里葉級(jí)數(shù)三角函數(shù)展開參考答案：一般采用傅里葉級(jí)數(shù)展開式 周期信號(hào)通過傅里葉不考慮周期信號(hào)的奇偶 性，式和傅里葉級(jí)數(shù)復(fù)指數(shù)函數(shù)展開式兩種形式。：級(jí)數(shù)三角函數(shù)展開可表示為)2,3,(tx() a nAsin(n )1, nn001n 12T dt)(xa t 0T2 T222T2tV22 tdta x(t)cosn b A atdttb x()sinn() 0n_ nnnnoTT2T 2T atanb nnn T 2 ,為信號(hào)角頻率，

2、。為信號(hào)周期式中,TO0A ,圖為信號(hào)的相頻圖。圖為信號(hào)的幅頻圖nn周期信號(hào)通過傅里葉級(jí)數(shù)復(fù)指數(shù)函數(shù)展開式可表示為tjn)1, e2,(n x(t) 0, Con n12Ttjn dtx(eC t)o一nT2 tC：可表示為是一個(gè)復(fù)數(shù)，n J e C C CjCInRnn*rnnnRnZarctanCC22C CCC圖稱為信號(hào)的相頻圖。圖為信號(hào)的幅頻圖，nn教育資料word因?yàn)橹芷谛盘?hào)不具備絕對(duì)可積條件。但可間接進(jìn)行傅里葉 不可直接進(jìn)行傅里葉變換，25頁(yè)“正弦和余弦信號(hào)的頻譜”。變換。參見書中第0)0,t x(t) Ae(a at的頻譜。【2-2】求指數(shù)函數(shù)dt tXex)(tj ,得參考答案

3、：由非周期信號(hào)的傅里葉變換，jAa At)e dtX() x( tjaaj220A )X( 由此得到，幅頻譜為：J322) (arctan(a相頻譜為：】【2-3求周期三角波(圖2-5a )的傅里葉級(jí)數(shù)(復(fù)指數(shù)函數(shù)形式)0T)t T2 t A (2A )x(t 參考答案：周期三角波為：2 t (2A AT)tT0 12T dte(t C)x tjn。則 nT2T AT4A)Cn) (1 cos(1 cosn 積分得no nTn22222202 5, 3,n 2A(n )1, C 即n4, 0,0n 2, 0b arctanCC 0 I ，所以又因?yàn)橹芷谌遣榕己瘮?shù)，則nnRnnI所以，周期三

4、角波傅里葉級(jí)數(shù)復(fù)指數(shù)形式展開式為：2A t 1)j(2jntk )2 0, 1,)x(t Cek e(00n22 1)k (2tt Tcos0 x(t)設(shè)2-152-4。求圖所示有限長(zhǎng)余弦信號(hào)的頻譜。)x(tT t0 I參考答案：教育資料word方法一1TT edttedt(e X(e) )cos uf/0 2TTT)Tsin()sin( 0000 )T sinc( Tsinc()Too方法二：對(duì)于上面所給的有限長(zhǎng)余弦信號(hào)，其實(shí)也就是用一個(gè)窗寬為的窗函數(shù)把無限)(txT2長(zhǎng)的余弦信號(hào)截?cái)嗨玫降?，?把無限長(zhǎng)余弦信號(hào)與窗函數(shù)相乘，此時(shí)所需的窗函數(shù)為：)tx(| | t T1 w(t)。由傅里葉

5、變換的性質(zhì)可知，時(shí)域內(nèi)相乘，對(duì)應(yīng)在頻域內(nèi)相卷積，即 t T0 函數(shù)的性質(zhì)，。已知，余弦信號(hào)的傅里葉變換是函數(shù)，由)Wf()x(t)w(t X(f意味著 把的圖像搬移到圖像的位置。)fX) W(f(W(fX(f 【2-5 當(dāng)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字 信號(hào)時(shí)遇到那些問題？應(yīng)該怎樣解決？參考答案：遇到的問題：1)采樣間隔與頻率混疊；2)采樣長(zhǎng)度與頻率分辨率；3)量化與量化誤差；4)頻譜泄漏與窗函數(shù)。參見課本第2629頁(yè)。第三章測(cè)試系統(tǒng)的基本特性3-1 測(cè)試裝置的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有哪那些？它們對(duì)裝置性能有何影響？ 參考答案：主要有：線性度，靈敏度，和回程誤差。線性度主要影響系統(tǒng)的測(cè)試 精度，靈敏度主要影響系

6、統(tǒng)的分辨力，而回程誤差主要引起系統(tǒng)的滯后誤差。3-2 什么叫一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)？它們的傳遞函數(shù)，頻率響應(yīng)函數(shù)以及幅頻和相頻表達(dá)式是什么？參考答案：教育資料word)能夠用一階微分方程描述的系統(tǒng)為一階系統(tǒng)。其傳遞函數(shù)為：(iS)Y(s ) H(s為系統(tǒng)靈敏度S1) sX(sS j)H(頻率響應(yīng)函數(shù)為： 1j S ) (arctan() I I ) H(A(j 幅頻特性：相頻特性：學(xué)資學(xué)習(xí)網(wǎng)學(xué)資學(xué)習(xí)網(wǎng)0x(t) 100,同理得的角頻率111122/2) ( ) arctan(26.50.894 (1 (A)1 )2122所以信號(hào)經(jīng)過一階裝置的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為:)tx(教V2 )(1 )能夠用用二階微分方

7、程描述的系統(tǒng)為二階系統(tǒng)。其傳遞函數(shù)為：(22 )Y(Sn s) H(22 )S 2sX(Snn2 n )H(j頻率響應(yīng)函數(shù)為： 22 )j (j2)(nn1)(A( )jH 幅頻特性： <222)( 1 (4)nn )2( n) ( arctan 相頻特性為：2 )(1 nlx(t) 0.5cos(10t) 0.2cos(100t45)H(s)通過傳遞函數(shù)為】 求周期 信號(hào)3-3【 1s 0.0050I的裝置后得到的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)？x(t) 0.2cos(100t45)0.5cos(10t)x(t和。參考答案： 信號(hào)可分解為兩個(gè)信號(hào))t(X 21。分別求出這兩個(gè)信號(hào)通過裝置的響應(yīng)， 再相加，就

8、是信號(hào)的響應(yīng)。)tx(X(t) 10 0.005,則，而 的角頻率11)arctan(2.860.998)1) 1 (A育資料word)0.179cos(100t71.5y(t) 0.499cos(10t 2.86的上升速度通過大氣15s的一階溫度計(jì)，并以5m/s【3-4 一氣象氣球攜帶 一種時(shí)間常數(shù)為的規(guī)律變化，氣球溫度和高度的數(shù)據(jù)用無 C0.15下降層。設(shè)溫度 隨所處的高度按每升高30m0。試問實(shí)際出現(xiàn)的真實(shí)高度是多少？ C 2 2C處所記錄的溫度為線電傳回地面。在3000m°。，則溫度計(jì)的輸入為的真實(shí)高度為 C2 h設(shè)實(shí)際出現(xiàn)參考答案：0C0.150 t0.025 2 2C t

9、 x(t) x(t) 0 m30s5m0.0252 )Lx(t) X(sss21 )H(s ,故有已知一階溫度計(jì)的傳遞函數(shù) 1 s 0.0250.0250.0252 2) ( (Y(s) Xs)H(s)1 ssg 20.025 0.0252 0.025 L L LY(s) L 1 m1SSS2 2) 0.025(0.025) et 0.025 (2 t 取拉氏逆 變換t 0.025 1.625(1 e)tC2.155t) y(0 2t C) t 1.92.0944y(t 0C 1.82.0313y(t)t0 o,當(dāng)，從輸入到穩(wěn)態(tài)輸出需要一定的過渡時(shí)間，一般響應(yīng)已的真實(shí)高度為C2 h設(shè)實(shí)際出現(xiàn)0

10、 4T s60T 2c時(shí)，則在以上，調(diào)整時(shí)間，此題溫度計(jì)調(diào)整時(shí)間達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的98%眸氣球的真實(shí)高度H=3000- (60*5 )=2700米。t ;時(shí)，當(dāng)階躍信號(hào)作用在該傳感器時(shí)，在輸出3-5 0某傳感器為一階系統(tǒng)， mV10t 0時(shí)，輸出；在時(shí)，輸出，試求該傳感器的時(shí)間常數(shù)。mV50t 5s100mV參考答案：階躍信號(hào)可表示為At 0 )x(t 0t0階躍信號(hào)通過一階系統(tǒng)，其輸出的拉氏變換為 教育資料word1ss t 1) e A(1 LY(s)y(t)取拉氏逆1A s) X(s)H(sY() - 變換，由題意代入數(shù)據(jù)得到te100 90y(t)8.5065s 時(shí)間常數(shù))4sin(2t 4

11、5) 10cos(4t 60)x(t) 12sin(t 30 1求信號(hào)，通過一階系統(tǒng)后的【3-61s,系統(tǒng)的靈敏度為。輸出。設(shè)該系統(tǒng)時(shí)間常數(shù))(ty25S參考答案：信號(hào)可分解為三個(gè)信號(hào)，)x(tx 10cos(4t 60)3012sin(t x(t) )45t (xt) 4sin(2, 312。OOI分別求出三個(gè)周期信號(hào)的幅頻和相頻響應(yīng)，即S ) (arctan() ) H(Aj) I I 45,21.9,= = 1112 )(1OI 1S)H(jA()63.4) ( arctan(,=11.1 V2222 )(1。2S) (arctan() 76 I H)(jA() 6.06 , =3343

12、2 )(1OI 3所以穩(wěn)態(tài)輸出為：000) 16 60.6cos(4 44.4sin(2t 18.4t262.8sin(y(t) t 15)3155072 ) H(某測(cè)試系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)為【，試3-7 2)(1577536j 1760(1 0.01jx(t) 10sin(62.8t)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。求該系統(tǒng)對(duì)正弦輸入?yún)⒖即鸢福涸摐y(cè)試系統(tǒng)可看成一個(gè)一階系統(tǒng)和一個(gè)二階系統(tǒng)串聯(lián)而成。3155072 0.01S 2 H()；,其中，一階系統(tǒng)傳遞函數(shù)11 )j(1 0.011 0.7 1256 1S )H(0 ，一其中二階系統(tǒng)傳遞函數(shù) n22 )1760(1577536 j 教育資料wordS 11.693

13、7)( A032.13 arctan()()，對(duì)一階系統(tǒng):2 )(1 S 20.9988()A 對(duì)于二階系統(tǒng)：222)1 (4() nn)2Q n4.01 ) ) arctan(2 )1 (n 所以穩(wěn)態(tài)/俞出為:0)36.14 16.917sin(62.8ty(t)的第一個(gè)單位階躍信號(hào)作用于一個(gè)二階裝置之后，測(cè)得其響應(yīng)中產(chǎn)生了數(shù)值為2.25 【3-8，試求。已知該裝置的靜態(tài)增益為 5超調(diào)量峰值。同時(shí)測(cè)得其衰減應(yīng)。'振蕩周期為3.14s該裝置的傳遞函數(shù)和該裝置在無阻尼固有頻率處的頻率響0.25 2 1 1( lnM),又，由參考答案：已知 超/V調(diào)量，得阻尼比2.25 M 2T,得2因?yàn)?/p>

14、衰減振蕩周期，則由公式sT3.14dd22.06 1，得系統(tǒng)的固有頻率由公式ndnS 5,所以該裝置的傳遞函數(shù)為：，即已知靜態(tài)增益為52 S21.2nH(s)222 s 1.03ss s 24.24nn220 1 ,得，代入頻響公式即可。當(dāng)無阻尼，即 時(shí),由dndn3-9 設(shè)某力傳感器可作為二階振蕩系統(tǒng)處理。已知傳感器的固有頻率為1000Hz ,阻尼比)(A 0.14的正弦力測(cè)試時(shí)，具幅值比500Hz ,問使用該傳感器作頻率為和相)A(0.7 )(又將和角差，問各為多少？若該裝置的阻尼比可改為 作何種變化？0.14500 1000,，信號(hào)由題意知：參考答案：n1 )(A ) 1.32(A ，得

15、由 J /222) )(1 4(nn 教育資料 w0rd.)2( d ) (arctan() ( 10.57 , 由得2 )1 (Od ) 43.02( 0.98) A( 0.7 ,同理，當(dāng)?shù)?Q【3-10】如何理解信號(hào)不失真測(cè)試的條件？若要求輸入信號(hào)通過系統(tǒng)后反相位, 則系統(tǒng)有何要求？參考答案：系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)試可用其幅頻特性和相頻特性簡(jiǎn)單表示為：t ,）（A（ ）a 00這表明：1）系統(tǒng)的幅頻特性，即靈敏度，在量 程范圍內(nèi)要求為常數(shù)。任何非線性度、回程誤差、漂移的存在，都會(huì)引起測(cè)試波 形的失真。2）相頻特性為輸入信號(hào)頻率的線性函數(shù)，10）時(shí)，上式變?yōu)椋┊?dāng) 對(duì)測(cè)試系統(tǒng)有實(shí)時(shí)要求（即 即不失真

16、測(cè)試有一定的頻率范圍。&） （0A（,） A 0,） A）A（ 要求信號(hào)通過系統(tǒng)后反相位，則幅頻特性和相頻特性應(yīng)為0第四章常用傳感器原理及應(yīng)用【4-1】 金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何區(qū)別？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？應(yīng)如何根據(jù)具體情況選用？參考答案：金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是基于金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)，即當(dāng)金屬絲在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化。電阻絲的靈敏度較低（1.73.6 ）,但是穩(wěn)定性較好，一般用于測(cè)量精度要求較高的場(chǎng)合。半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理是基于壓阻效應(yīng)，即半導(dǎo)體單晶材料在沿某一方向受 到外力作用時(shí)，電阻率會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。半導(dǎo)體應(yīng)變片的最大優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高（金 屬電

17、阻應(yīng)變片的5070倍），另外，還有橫向效應(yīng)和機(jī)械滯后小、體積小等特 點(diǎn)。但是溫度穩(wěn)定性差，在較大應(yīng)變下，靈敏度非線形誤差大，在具體使用時(shí)， 一般需要采用溫度補(bǔ)償和非線性補(bǔ)償。1000 R ? R 120問，設(shè)工作時(shí)的應(yīng)變?yōu)椋幸浑娮钁?yīng)變片，1 4-2其K=2, 靈敏度若將此應(yīng)變片連接成圖 4-26所示電路，試求1）無應(yīng)變時(shí)電流表示值； 2）有應(yīng)變時(shí) 教育資料word）試分析這個(gè)變化量能否從電流表）電流表指示值的相對(duì)變化量；4電流表示值；3中讀出？參考答案： K RR 0.24 R 由公式，得ImA120 12.5 UR 1.5）當(dāng)無應(yīng)變時(shí)，由公式 11mA12.475 R） I U（R2 ）有

18、應(yīng)變時(shí)由公式21mAi 0.025 I電流表指示值相對(duì)變化量3 ） 21因?yàn)閷W(xué)資學(xué)習(xí)網(wǎng)電流的相對(duì)變化很小，所以不能直接從電流表中讀出電流的相對(duì)變化， 可以運(yùn)4 ）用電橋電路將電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯淖兓贉y(cè)量。4-31許多傳感器采用差動(dòng)形式，差動(dòng)傳感器有何優(yōu)點(diǎn)？【參見書中第60頁(yè)參考答案：采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，除了可以改善非線性，提高靈敏度，對(duì)電源電壓及 溫度變化等外界影響也有補(bǔ)償作用。 mm 0.3mm4r ,若工作時(shí)一電容式傳感器，其圓形極板半徑4-4 ,初工作間隙012 10 8.85 ml ）,電容變化量是多少？（極板間隙的變化量 參考答案：22 ACA C ,由公式得15 3 C 9.88 1

19、0F 9.88 10pF 代入數(shù)據(jù)，得4-5【何為壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)？常用的壓電材料有那些？頁(yè)65參見書中第參考答案：某些材料當(dāng)沿著一定的方向受力時(shí)， 不但產(chǎn)生機(jī)械變形，而且內(nèi) 部極化，表面有電荷出教育資料word現(xiàn)；當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。相反，在某些材料的方向的施加電場(chǎng)，材料會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，當(dāng)去掉電場(chǎng)后，變形隨之 消失，這種現(xiàn)象稱為逆 壓電效應(yīng)。常用的壓電材料有三類：壓電單晶、壓電陶 瓷和新型壓電材料。壓電式傳感器的測(cè)量電路為什么常用電荷放大器？【4-6】頁(yè)一68參考答案：參見書中第67由于壓電式傳感器輸出的電荷量很小，而且由于壓電元件本身的內(nèi)阻很大，

20、這樣就造成了輸出信號(hào)（電壓或電流）很微弱，所以要先把輸出信號(hào)輸入到高輸入阻抗的前 置放大器，但輸出受到連接電纜對(duì)地電容的影響，故常采用電 經(jīng)過阻抗變換后，再進(jìn)行其他處理。 荷放大器。4-7 何為霍爾效應(yīng)？其物理本質(zhì)是什么？【參見書中第68頁(yè)參考答案：，則在斷就會(huì)出現(xiàn)電Ib如下圖所示，將導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)B中，如果在a、端通以電流位差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生是由于運(yùn)動(dòng)的電荷在磁場(chǎng)中受到洛侖茲力作型半導(dǎo)體薄片，那么半導(dǎo)體中的載流子（電子）將沿著與N用的結(jié)果。如下圖，假設(shè)導(dǎo)體為一側(cè)，形成電子積累，與它電流方向相反的方向運(yùn)動(dòng)，由于 洛侖茲力的作用，電子將偏向dF與對(duì)立的側(cè)面由于減少了電子的

21、濃度而出現(xiàn)正 電荷，在兩側(cè)就形成了一個(gè)電場(chǎng)。當(dāng)電場(chǎng)力 EF的作用相等時(shí)，電子偏移達(dá)到動(dòng) 態(tài)平衡，形成霍爾電勢(shì)。洛侖茲力L十dabc1【4-8分別用光電元件和霍爾元件設(shè)計(jì)測(cè)量轉(zhuǎn)速的裝置，并說明其 原理。參考答案：教育資料 word1 ）用霍爾元件測(cè)轉(zhuǎn)速示意圖 將一個(gè)打有均勻空的鋁盤（孔越多測(cè)量精度越高）固定在2 ）用光電元件測(cè)轉(zhuǎn) 速示意圖當(dāng)鋁盤的實(shí)體部分擋在紅外光發(fā)光電動(dòng)機(jī)的同速軸上，兩邊固定發(fā)光二 極管和光電晶體管。二極管和高靈敏度的光電晶體管之間時(shí)， 傳感器將會(huì)輸出一 個(gè)低電平，而當(dāng)鋁盤孔在發(fā)光二極管和光敏晶體管之間時(shí)則輸出為高電平， 從而 形成一個(gè)脈沖。當(dāng)鋁盤隨著軸旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，傳感器將向外

22、輸出若干個(gè)脈沖，把這 些脈沖通過一系列的測(cè)量電路即可算出電動(dòng)機(jī)即時(shí)的轉(zhuǎn) 速。信號(hào)的變換與處理第五章教育資料word和R在材料為鋼的實(shí)心圓柱形試件上，沿軸線和圓周方向各貼一片金屬電阻應(yīng)變片【5-1】1 ,橋壓=0.285 ,靈敏度K=2,鋼的泊松比，接入電橋。若應(yīng)變片的阻值R=120R 2 ，當(dāng)應(yīng)變片受到的應(yīng)變?yōu)?000時(shí)，求電橋的輸出電壓。V 3Uo參考答案：6 0.24 2 1000 10 R RK 120的阻值變化為：R由題意可知，電阻應(yīng)變片1111表示，注意：應(yīng)變是無量綱的量，由于其值很小，在應(yīng)變測(cè)量中常用微應(yīng)變6。011 R的阻值變化為：電阻應(yīng)變片260.0684 0.285 2 10

23、00 10 RRKR K 120 皿應(yīng)變片形成的電橋?yàn)榘霕螂p臂電橋，所以 KU3 26 0mV 1.9275(1 0.285) (1V) 1000 U 10144 什么是濾波器的分辨力？與那些因素有關(guān)？【5-2參考答案：帶寬。帶寬決定著濾波器分離或3dB上下兩截止頻率之間的頻率范圍稱為濾波器帶寬，描述帶通濾波器的品信號(hào) 中相鄰頻率成分的能力頻率分辨力。通常用品質(zhì)因數(shù)QQ fBf為中心頻率，為濾波器帶寬。例如一個(gè)中心頻率為500Hz的濾波器,，若其B,質(zhì)00中-3dB帶學(xué)資學(xué)習(xí)網(wǎng)QQ寬為10Hz,則稱其值為50。值越大，表明濾波器頻率分辨力越高5-3 分別設(shè)計(jì)一個(gè)截止頻率為1kHz二階有源低通濾

24、波器和一個(gè)截止頻率為100Hz的二階有源高通濾波器。參考答案：（略）5-4 調(diào)幅波是否可以看成是調(diào)制信號(hào)與載波的疊加？為什么？教育資料word不可以。調(diào)幅是將載波與調(diào)制信號(hào)相乘，使載波信號(hào)的幅值隨調(diào)制信號(hào)的變化 而變化。調(diào)幅過程相當(dāng)于頻譜平移過程。時(shí)域相乘對(duì)應(yīng)頻域卷積。5-5 說明相敏檢波器的作用和基本原理。參考答案：參見課本第92頁(yè)作用：（1）若偏置電壓未能使信號(hào)電壓都在零線一側(cè)，則可用相敏檢波恢復(fù)原信號(hào)。（2）判別信號(hào)的極性。原理：交變信號(hào)在其過零線時(shí)符號(hào)（+、-）發(fā)生突變，調(diào)幅波的相位與載波比 較也相應(yīng)0的跳變。利用載波信號(hào)與之相比，便既能反映出原信號(hào)的幅值又能反 映其極性。地發(fā)生180

25、詳見書中的圖釋。第六章隨機(jī)信號(hào)分析6-1 概率密度函數(shù)的物理意義是什么？它和均值、均方值有何聯(lián)系?概率密度函數(shù)表示隨機(jī)信號(hào)的幅值落在指定區(qū)間內(nèi)的概率。不同的隨機(jī)信號(hào)的概率密度函數(shù)圖形不同，可借此來辨別信號(hào)的性質(zhì)。均值描述信號(hào)的常值分量。均方值反映信號(hào)的強(qiáng)度，即平均功率。概率密度函數(shù) 以）x（ttx（）處取得最大值。為對(duì)稱軸對(duì)稱，并在 xx6-2 自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)在工程上有何應(yīng)用？舉例說明。參考答案：自相關(guān)函數(shù)可判斷信號(hào)的隨機(jī)程度、區(qū)別信號(hào)類型、判斷噪聲是寬帶還是窄帶。 互相關(guān)教育資料word函數(shù)可識(shí)別、提取含有噪聲成分的信號(hào)從而消除噪聲干擾。在測(cè)試技術(shù)中，互相關(guān)技術(shù)得到.廣泛的應(yīng)用。如：

26、測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的速度、測(cè)定深埋地下的輸液管道 裂損位置、查找振動(dòng)源,將其輸入到頻率響應(yīng)函數(shù)為fS的自功率譜密度函數(shù)為【6-3 已知一個(gè)隨機(jī)信 號(hào))()(txx的系統(tǒng)中，試求該系統(tǒng)的輸出信號(hào)的自功率譜密度函數(shù))j2fH1(1)(ytS網(wǎng)o ,以及輸入、輸出函數(shù)的立功率譜密度函數(shù)xyy參考答案：l2 I S(f)fS(f) (Sf) H( Vxxy2 )f1 (21S)( Hf)S(S xxyx f j21第七章機(jī)械位移測(cè)量7-1 哪些類型的傳感器適合于100 mrn以上的大量程位移測(cè)量？參考答案：電位器式位移傳感器適合100mm以上位移的測(cè)量，此外，光柵、磁柵、感應(yīng)同步器也可測(cè)量大位移。7-2 變

27、極距電容傳感器的線性范圍如何、它適合高精度微小位移測(cè)量否？還有哪些類型的傳感器適合高精度微小位移測(cè)量？參考答案：31010mm。還有光柵、磁柵、感應(yīng)同線性范圍較小，適合高精度微小測(cè)量，測(cè)量范圍I步器、霍爾式微量位移傳感器和激光位移傳感器適合高精度微小測(cè)量。教育資料word7-3 數(shù)字式位移傳感器有哪些種類？闡述其各自的工作原理?學(xué)資學(xué)習(xí)網(wǎng)光柵、磁柵、感應(yīng)同步器、軸角編碼器是常見的數(shù)字位移傳感器。光柵位移傳感器是利用莫爾條紋的移動(dòng)來測(cè)量光柵移動(dòng)的大小和方向。磁柵是一種有磁化信息的標(biāo)尺.它是在非磁性體的平整表面上鍍一層磁性薄膜，并用錄制磁頭沿長(zhǎng)度方向按一定的節(jié)距入錄上磁性刻度線而構(gòu)成的，因此又把磁

28、柵稱為磁尺。磁柵的種類可分為單面型直線磁柵、同軸型直線磁柵和旋轉(zhuǎn)型磁柵 感應(yīng)同步器是利用電磁感應(yīng)原理把位移量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的傳感器。軸角編碼器是測(cè)量軸角位置和位移的一種數(shù)字式傳感器。有兩種類型：絕對(duì)式編碼器、增量式編碼器。7-4 采用四細(xì)分技術(shù)的增量式軸角編碼器，參數(shù)為2048p/r ,與螺距為2mm的絲杠相連接。實(shí)測(cè)軸角編碼器在1s的時(shí)間內(nèi)輸出了 411648個(gè)脈沖，請(qǐng)計(jì)算 絲杠轉(zhuǎn)過的圈數(shù)、與之配合的螺母移動(dòng)的直線位移及螺母移動(dòng)的平均速度。7-5 有一差動(dòng)電容傳感器，動(dòng)極板處于中間位置時(shí)兩個(gè)電容器的電容均為20pF ,正弦激勵(lì)源的電壓峰-峰值為12V、頻率為15kHz ,請(qǐng)完成：（1）設(shè)計(jì)一個(gè)

29、電橋電路，具有電壓輸出的最大靈敏度；（2）計(jì)算傳感器以外兩個(gè)橋臂的匹配阻抗值；（3）傳感器電容變化量為1pF時(shí)，橋路的輸出電壓為多少？第八章振動(dòng)的測(cè)量【8-1】何謂相對(duì)式測(cè)振傳感器？何謂慣性式測(cè)振傳感器？它們之間有什么不 同？參考答案：相對(duì)式測(cè)振傳感器是選定相對(duì)不動(dòng)點(diǎn)為參考點(diǎn)，測(cè)量被測(cè)物體相對(duì)于該參考點(diǎn)的 相對(duì)運(yùn)教育資料word動(dòng)。即將傳感器殼體固定在相對(duì)靜止的物體上， 作為參考點(diǎn)，傳感器活動(dòng)部分與 被測(cè)物體連接或通過彈簧壓緊在被測(cè)物體上。測(cè)振時(shí)，把兩者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)直 接記錄在記錄紙上或轉(zhuǎn)換成電量輸給測(cè)振儀。慣性式測(cè)振傳感器由質(zhì)量塊、彈簧和阻尼器組成。測(cè)振時(shí)整個(gè)傳感器固定安裝在 被測(cè)物體上，

30、由于慣性力、彈簧力及阻尼力的綜合作用，使質(zhì)量塊對(duì)傳感器殼體 的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來反映被測(cè)物體振動(dòng)參數(shù)的變化。相對(duì)式傳感器用于測(cè)量結(jié)構(gòu)上兩部件間的相對(duì)振動(dòng)。慣性式位移傳感器用于測(cè)量被測(cè)物體相對(duì)于地球慣性坐標(biāo)系的絕對(duì)振動(dòng)【8-2】要使慣性式位移傳感器、慣性式速度傳感器和慣性式加速度傳感器的輸出量能夠準(zhǔn)確的反映被測(cè)物體的振動(dòng)參數(shù)，它們各應(yīng)該滿足什么條件？ 參考答案：>>1/ ,即傳感器慣性系統(tǒng)慣性式位移傳感器的響應(yīng)條件：（1）幅值不失真的條件是n =1/ （2）選擇適當(dāng)?shù)淖枘幔种铺幍墓舱竦墓逃蓄l率遠(yuǎn)低于被測(cè)物體 振動(dòng)的下限頻率。n峰，使幅頻特性平坦部分?jǐn)U展，從而擴(kuò)大傳感器可測(cè)的下限 頻率。（3

31、）降低傳感器慣性系統(tǒng)的固有頻率，擴(kuò)展傳感器可測(cè)量振動(dòng)的下限頻率。 慣性式速度傳感器的響應(yīng)條件與慣性式位移傳感器的響應(yīng)條件相同。<<1 ,即傳感器慣性系/慣性式加速度傳感器的響應(yīng)條件：（1）幅值不失真的條件是n的共二統(tǒng)的固有頻率遠(yuǎn)高于被測(cè)物體振動(dòng)的上限頻率。（2）選擇適當(dāng)?shù)淖枘?，可以改善n振峰處的幅頻特性，從而擴(kuò)大傳感器可測(cè)的上限頻率。（3）提高傳感器慣性系統(tǒng)的固有頻率，擴(kuò)展傳感器可測(cè)量振動(dòng)的上限頻率。時(shí)，傳感器的相頻特性可近 < 】已知某應(yīng)變式加速度傳感器的阻尼比【8-3 =0.7 ,當(dāng)n教育資料word）；設(shè)輸入信號(hào)是一個(gè)由多個(gè)諧波組成的周期信）-0.5/似的表示為：（n當(dāng)

32、該信號(hào)經(jīng)過應(yīng)變式加速度傳感號(hào)：x（t）= 器時(shí)，具響應(yīng)為）txcos（non，式中n為整數(shù)，試證明輸出波形有沒有相位失真？y（t尸）t xcos（nnno【8-4】用某慣性式位移傳感器測(cè)量振動(dòng)時(shí)，若要求其測(cè)量誤差不超過2%,問其可測(cè)頻率范=0.6 ） ?圍有多大（取【8-5】根據(jù)磁電式慣性速度傳感器的結(jié)構(gòu)，說明為了擴(kuò)展可測(cè)下限頻率，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取了哪些措施？為了擴(kuò)展被測(cè)頻率的下限，應(yīng)盡量降低慣性式速度傳感器的固有頻率， 即加大慣 性質(zhì)量、減小彈簧的軸向剛度。8-6 壓電式加速度傳感器是否能夠測(cè)量常值加速度？為什么?不能。因?yàn)閴弘娛郊铀俣葌鞲衅魇腔谀撤N晶體材料的壓電效應(yīng)而制成的慣性傳 感器。

33、傳感器受振時(shí)，質(zhì)量塊加在壓電元件上的力隨之變化， 當(dāng)被測(cè)振動(dòng)頻率遠(yuǎn) 低于傳感器的固有頻率時(shí)，這個(gè)力的變化與被測(cè)振動(dòng)的加速度成正比。 由于壓電 效應(yīng)，在壓電元件中便產(chǎn)生了與被測(cè)加速度成正比的電荷量。常值加速度下力不變化，不會(huì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)。第九章應(yīng)變、力和扭矩的測(cè)量【9-1】一簡(jiǎn)單拉伸試件上貼有兩片電阻應(yīng)變片，一片沿軸向，一片與之垂直，分別接入電橋11P 102.0E ,泊松比，應(yīng)變片靈敏系數(shù) K=2, 0.3已知試件彈性模量相鄰兩臂。aU 8.26mVV U,若測(cè)得電橋輸出電壓，求試件上的軸向應(yīng)力為多少 5供橋電壓 BDo教育資料word? Pa參考答案：UO所以將已知量代入得：一又軸向應(yīng)力PK

34、 U )(1一 aBD4【9-2】以單臂工作為例，說明電橋?qū)崿F(xiàn)溫度補(bǔ)償必須符合哪些條件？參考答案：電橋?qū)崿F(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)臈l件是：兩只參數(shù)完全相同的應(yīng)變片，貼在相同材料的 試件上，放在相同的溫度場(chǎng)中，接在相鄰橋臂，則電橋輸出可以補(bǔ)償這兩只應(yīng)變片由于溫度變化產(chǎn)生的電阻變化?！?-3】為了測(cè)量某軸所承受的扭矩，在其某截面的圓周上沿軸向方向貼了兩個(gè)電阻應(yīng) 4511P 10E 2.0,泊松比。0.3，彈性模量變片，組成半橋。已知軸徑mm40d a若由靜態(tài)應(yīng)變儀測(cè)得讀數(shù)為，求該軸所受的扭矩大小？1000參考答案：E 3 2 WMWM , =0.2，則 d,將已知量代入得，其中 設(shè)扭矩為nnnn儀 1 1131

35、02.0 10 3M 0.2 0.04mN M 985 ,即 nn(1 0.3) 2【9-4】一構(gòu)件受拉彎綜合作用，試設(shè)計(jì)如何貼片組橋才能進(jìn)行下述測(cè)試：(1)只測(cè)彎矩，并進(jìn)行溫度補(bǔ)償，消除拉力的影響；(2)只測(cè)拉力，并進(jìn)行溫度補(bǔ)償,學(xué)資學(xué)習(xí)網(wǎng)消除彎矩的影響?！?-5 試述轉(zhuǎn)軸扭矩測(cè)量的原理和方法。參考答案轉(zhuǎn)軸扭矩測(cè)量方法基本分為兩大類，一是通過測(cè)量由剪應(yīng)力引起的應(yīng)變進(jìn)而達(dá) 到測(cè)量扭教育資料word矩的目的；二是通過測(cè)量沿軸向相鄰兩截面間的相對(duì)轉(zhuǎn)角而達(dá)到測(cè)量扭矩的目的。ii,泊松比，加載p2.0 10E 0.3 ,彈性模量9-6 有一扭矩標(biāo)定小軸，其軸徑d=30mma力臂L=1000mm。若用靜

36、態(tài)應(yīng)變儀全橋測(cè)其應(yīng)力，若加載50N時(shí)，靜態(tài)應(yīng)變儀讀數(shù)為多少？用同種材料直徑 D=300mm的軸進(jìn)行實(shí)測(cè)，測(cè)試條件與標(biāo)定完全相同，問當(dāng) 應(yīng)變儀讀數(shù)與上面標(biāo)定相同時(shí)，實(shí)測(cè)軸所受的扭矩是多少？ 參考答案E 3 4 W M LM ,全橋=0.2 ,則 W Md50 ,所以，其中 設(shè)扭矩為nnnnn儀1 11102.03儀0.0350 0.2 =240靜變儀的讀數(shù)為 ,解得 儀0.3)(111610 2402.0 10N.m =,則 ,所以若 D=300mm(1 0.3) 4第十章溫度測(cè)量10-1 1當(dāng)熱電偶的參考端溫度不為 C時(shí)，應(yīng)怎樣測(cè)量溫度？舉例說明。0參考答案：若參考端溫度不為C時(shí)，可按中間溫度

37、定律公式計(jì)算：0E(T,T) E(T,T) E(T,T) 0ABABABn0n T為中間溫度。式中，n10-2 分別說明熱電偶、金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻的特點(diǎn)和用途。參考答案：熱電偶一一具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精確度高、熱慣性小、測(cè)量范圍寬等特點(diǎn)，是應(yīng)用 最廣泛的一種測(cè)溫元件。教育資料word半導(dǎo)體熱敏電阻一一主要優(yōu)點(diǎn)是電阻溫度系數(shù)大、靈敏度高、分辨率高，而且 體積小、熱慣性小、響應(yīng)速度快，主要缺點(diǎn)是非線性嚴(yán)重，因而精確度較低，在 使用時(shí)一般需經(jīng)過線性化處理。金屬熱電阻一一金屬熱電阻具有精確度高、穩(wěn)定性好、性能可靠等特點(diǎn)。第十一章壓力和流量的測(cè)量11-1 1說明力平衡式壓力變送器的工作原理。【11-2

38、】利用彈簧管作為壓力敏感元件，試設(shè)計(jì)一個(gè)霍爾式壓力變送器。11-3 流量主要有哪些測(cè)量方法？【11-4】電磁流量計(jì)有哪些特點(diǎn)？參考答案11-1力平衡式壓力變送器采用力矩平衡原理，將彈性元件測(cè)壓產(chǎn)生的集中力與輸出電流經(jīng)反饋裝置產(chǎn)生的反饋力通過杠桿形成力矩平衡，這時(shí)的輸出電流值反映了被測(cè)壓力值。11-3流量的測(cè)量方法主要有：(1)容積法 用容積法制成的流量計(jì)相當(dāng)于一個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)容積的容器，連續(xù)不 斷的對(duì)流體進(jìn)行度量。容積式流量計(jì)有橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)、刮板流量計(jì)等。(2)速度法 屬于這一類的有差壓式流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電磁流量計(jì)、渦輪 流量計(jì)、超聲波流量計(jì)。(3)質(zhì)量流量法這種方法是測(cè)量與流體質(zhì)量有關(guān)的物理量，從而直接得到質(zhì) 量流量，具有被測(cè)流量不受流體的溫度、壓力、密度、粘度等變化影響的優(yōu)點(diǎn)。 11-4電磁流量計(jì)的主要特有：(1)精度高，可達(dá)。 0.5(2)不受被測(cè)流體的壓力、溫度、密度、粘度等變化的影響。教育資料word(3)不僅可以測(cè)量單相的導(dǎo)電性液體的流量， 而且可以測(cè)量液固兩相介質(zhì)，還 可以測(cè)量高溫、腐蝕性流體。（4）測(cè)量管內(nèi)沒有突出物，內(nèi)壁光滑，因此被測(cè)流體流過時(shí)，幾乎沒有壓力損失。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，沒有可動(dòng)部件，壽命長(zhǎng)。（5）第十