機械工程測試技術_習題集(含答案)

1、1機械工程測試技術課程習題集西南科技大學成人、網絡教育學院 版權所有習題【說明】：本課程機械工程測試技術(編號為 09009)共有計算題,簡答題,填空題等多種試題類型，其中，本習題集中有 填空題等試題類型未進入。、計算題1.求如下圖所示周期性方波的復指數形式的幅值譜和相位譜4.已知信號x(t)=5sin10t+5cos(100t-n4)+4sin(200t+d6),通過傳遞函數為H(s)的測試系統，試確定輸出信號的頻率成分并繪出輸出信號的幅值譜。0.005s+15.一階溫度傳感器，其時間常數T3.5 (s),試求：將其快速放入某液體中測得溫度誤差在2%范圍內所需的近似時間。6.有一金屬電阻應變

2、片，其靈敏度S=2.5，R =120Q，設工作時其應變?yōu)?200卩:，問R是多少？若將此應變片與2V直流電源組成回路，試求無應變時和有應變時回路的電 流各是多少？。7.用時間常數為0.5的一階裝置進行測量，若被測參數按正弦規(guī)律變化，若要求裝置指示值的幅值誤差小于2%問被測參數變化的最高頻率是多少？如果被測參數的周期是2s和5s，問幅值誤差是多少？8.已知低通濾波器的頻率特性為H(f)二1 (1j2二fj，式中= 0.05s，當輸入信號x(t)=0.5cos10t+0.2cos(10a-45)時，求其輸出y(t)，并比較y(t)與x(t)的幅值與相位有何區(qū)別。9.進行某次動態(tài)壓力測量時，所采用的

3、壓電式力傳感器的靈敏度為90.9nC/Mpa,將它與增益為0.005v/nc的電荷放大器相連，而電荷放大器的輸出接到一臺筆式記錄儀上，記錄 儀的靈敏度為20mm/v。試計算這個測量系統的總靈敏度。又當壓力變化為3.5Mpa時，記2錄筆在記錄紙上的偏移量是多少？10.應變片稱重傳感器，其彈性體為圓柱體，直徑D=10cm，材料彈性模量E=205X109N/m2，用它稱50噸重物體，若用電阻絲式應變片，應變片的靈敏度系數S=2,R=120Q,問電阻變化多少？11.余弦信號被矩形脈沖調幅，其數學表達式為試求其頻譜12.已知某信號的截頻f fc=125Hz,現要對其作數字頻譜分析，頻率分辨間隔=1Hz。

4、問：1)采樣間隔和采樣頻率應滿足什么條件？2)數據塊點數N應滿足什么條件？3)原模擬信號的記錄長度T=?13.求同周期的方波和正弦波的互相關函數A計214.已知理想低通濾波器H(f)=00試求當:.函數通過此濾波器以后的時域波形。15.應變片稱重傳感器，其彈性體為圓柱體，直徑109N/m2，用它稱50噸重物體，若用電阻絲式應變片，應變片的靈敏度系數Q,問電阻變化多少?、簡答題16.什么是信號的頻譜？周期信號的頻譜有什么特點？17.試述線性系統最主要的特性及其應用。18.測量系統主要有哪幾種干擾？如何減少這些干擾？19.試舉例說明測試系統的組成環(huán)節(jié)的主要功能。20.什么是信號？信號處理的目的是什

5、么？21.什么叫系統的頻率響應函數？它和系統的傳遞函數有何關系？22.試述實現不失真測量的條件。23.試述信號的幅值譜與系統的幅頻特性之間的區(qū)別24.說說設計測試系統的原則25.什么是信號的預處理？主要有什么內容？26.在信號采集前一般要求對模擬信號作哪些預處理？為什么? ?？27.簡述脈沖響應函數與頻率響應函數、傳遞函數之間的聯系。28.電阻應變片與半導體應變片在工作原理上有何區(qū)別？各有何優(yōu)缺點？29.簡述壓電式傳感器需要配置前置放大器的原因；常用的前置放大器有哪兩種其它D=10cm，材料彈性模量E=205XS=2,R=120330.抗混濾波器的作用是什么？它選用何種濾波器？31.試說明二階

6、裝置的阻尼比Z多采用Z=( 0.60.70.60.7 )的原因。432.選用傳感器應注意哪些問題？33.某一系統的輸人信號為x(t)，若輸出y(t)與輸入x(t)相同，輸入的自相關函數Rx(T)和輸入一輸出的互相關函數Rxy(T)之間的關系為Rx(T)=Rxy(T+T)，試說明該系統起什么作用？34.極距變化型電容式傳感器的工作原理是怎樣的？請敘述其輸入輸出表達式、靈敏度表達式和應用場合。35.有人在使用電阻應變儀時，發(fā)現靈敏度不夠，于是試圖在工作電橋上增加電阻應變片 數以提高靈敏度。試問，在下列情況下，是否可提高靈敏度？說明為什么？1)半橋雙臂各串聯一片；2)半橋雙臂各并聯一片。36.說說信

7、號數字分析流程，簡述各部分的功能。37.什么是信號的加窗？加窗后對信號有什么影響？38.簡述相關分析的工程應用。39.說說采樣中的混疊是如何產生的，怎樣才能避免？40.有一個200HZ的方波信號，采樣頻率為500HZ，請問是否產生混迭？為什么？(略)答案1.解在x(t)的一個周期中可表示為該信號基本周期為T T,基頻0=2 7/T T,對信號進行傅里葉復指數展開。由于x x(t t)關于t t=0對稱，我們可以方便地選取-T T/2t tT T/2作為計算區(qū)間。計算各傅里葉序列系數 6 當n n=0時，常值分量C C0：當n-0時，最后可得注意上式中的括號中的項即sin (n n0T Ti)的

8、歐拉公式展開，因此，傅里葉序列系數6 可表示為2.解：求得x xi(t t),X X2(t t)的頻譜分別為sin二f亍sin 3二f和X2(f)=p根據傅里葉變換的線性性質和時移性質可得:填空題計算題2T1 .,Cn =si nc(n %Ti) =0,二，-二。頻譜圖如下:Xi(f)其幅值譜為:相位譜為:53.解：64.解:5.解：將溫度傳感器快速放入某液體中測量溫度，屬于其實質是階躍輸入根據階躍輸入狀態(tài)下， 一階系統的響應特征，當t約為4T時，其輸出值為輸入值的98.2%。6.解：由P59,公式(3-2)可知,U23無應變i(t)8.3 10A=8.3mA2R 2x120幅值誤差小于2%

9、,應H(f) 0.98求出f：0.08 Hz對被測信號：周期是2s, = 0.5Hz,H(fJ =0.537，幅值誤差為46.3%周期是5s,f2= 0.2Hz,H(f2) =0.847,幅值誤差為15.3%8.解：將輸入信號的各次諧波統一寫成Xsin(3it+$xi)的形式x(t)=5sin10t+5sin(100t+n/4)+4sin(200t+n/6)信號x(t)由三個簡諧信號疊加而成，其頻率、幅值、相位分別為頻率幅值X相位$xi31= 10A=5$x1=032=100A =5$x2=n/433=200A?=4$x3=n/6設輸出信號為y(t)，根據頻率保持特性，y(t)的頻率成分應與x

10、(t)的頻率成分相同，各 頻率成分的幅值和相位可由輸入信號的幅值和相位與測試系統頻率響應特性H(3)確定,根據題設條件，可得系統的頻率響應函數系統的幅頻特性輸出信號y(t)的頻率、幅值、初相位分別為頻率幅值Y= A (3i) Xi相位$yi=$(3i)+$xi31= 10Y=4.99$y1=0.0532=100Y2=4.47$y2=0.3233=200Y3=2.83$y3=0.26繪出y(t)的幅值譜如右圖。有應變i(t)U2R22400.36= 5.8 10”A=5.8mA7.解：一階裝置，有H(s)=1Ts 1今T =0.5，有H( f)=11 (T 2 f )2279.解：系統的總靈敏度

11、為:890.9X0。005X20=9。09測量系統的總靈敏度為9。09mm/MPA記錄筆的偏移量為：9.09X3.5=31。815mm10.解：因為：A50 100010(N) DI二()2E11.解：設xs(t)二cos2：f0tw(t)1其中w(t) = *12.解：1)信號的帶寬為125Hz,采樣頻率應該大于等于它的兩倍，所以2)頻率分辨間隔=1Hz,所以N.：=1 s。如果取厶=4ms，貝U若N值取基2數，則N= 256。模擬信號記錄長度T - N理論上至少應在1.024秒以上13.解：因方波和正弦波同周期，故可用一個周期內的計算值表示整個時間歷程的計算值，又根據互相關函數定義，將方波

12、前移T秒后計算：14.解：根據線性系統的傳輸特性，將：函數通過理想濾波器時，其脈沖響應函數h(t)應 是頻率響應函數H (f)的逆傅里葉變換,由此有:、簡答題16.答：信號的幅值或相角與信號頻率的關系，稱為信號的頻譜。 散性、諧波性、諧波的幅值隨諧波次數的增高而減小。17.答：線性系統最主要的特性是線性特性和頻率保持特性。在分析線性系統多輸入同時作用下的總輸出時，人們常常將多輸入分解成許多單獨的 輸入分量。利用E所以： 二旦AEfs- 250Hz，15.解:因為：=E, F所以： =AE50 1000 10(N)DIr: ( )2E2周期信號的頻譜具有離_ 4mso9頻率保持特性判斷信源。18

13、.答：電磁干擾、信道干擾、電源干擾。良好的屏蔽，采用交流穩(wěn)壓器、隔離穩(wěn)壓器。 選用低噪聲器件。19.答：測試系統由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置三部分組成。測試過程中 傳感器將反映被測對象特性的物理量，如壓力、加速度、溫度等，檢出并轉換為電量， 然后傳輸給中間變換裝置；中間變換裝置對接收到的電信號用硬件電路進行分析處理 或經 A/DA/D 變換后用軟件進行計算，再將處理結果以電信號或數字信號的方式傳輸給顯 示記錄裝置；最后由顯示記錄裝置將測量結果顯示出來，提供給觀察者或其他自動控 制裝置。20.答：信號是反映被測系統的狀態(tài)或特性的某些有用信息，通常表現為隨時間變化 的物理量。信號處理的目的

14、是：分離信噪，提高信噪比從信號中提取有用的特征 信號修正測試系統的某些誤差，如傳感器的線性誤差、溫度影響等。21.答：頻率響應函數為輸出的和輸入的付氏變換之比。系統函數頻率響應函數為輸出的 和輸入的拉氏變換之比。S=(T+j3,當6等于0時，拉氏變換就變成了付氏變換。所以頻響函數是系統傳遞函數的一個特例。22.答：要實現不失真測試，測試裝置的幅頻特性和相頻特性分別滿足A(3)=Ao=常量 ( 3)=-t03如果A(3)不等于常數時所引起的失真為幅值失真， (3)與3之間的非線性關系所引起的失真稱為相位失真。23.答：(1)對象不同，前者對象是信號；后者的對象是系統；(2)前者反映信號的組成，后

15、者反映系統對輸入信號不同頻率成分的幅值的縮放能力(3)定義不同：處理方法各異：前者是對信號付氏變換的模，后者是輸出的付氏變換與輸入的付氏變換之比的模24.答：減少測試環(huán)節(jié)，阻抗匹配，滿足不失真測試條件25.答：信號的預處理把信號變成適于數字處理的形式，以減輕數字處理的困難。26.答：信號的預處理是把信號變成適于信號數字處理的形式，以減輕數字處理的困難。預處理包括：(1 1)電壓幅值調理，以便適宜于采樣。(2 2)必要的濾波，以提高信噪比(3 3)隔離信號中的直流分量(4 4)如原信號經過調制，則應先行解調。27.答： 當輸入信號的作用時間小于 0.10.1T(T為一階系統的時間常數或二階系 統

16、的振蕩周期)時，則可以近似地認為輸入信號是單位脈沖信號3，其響應則稱為單位脈沖響應函數，又稱為權函數，根據3 3 函數的篩選性質：立即有Y()二H()X()=HC )對上式兩邊求付氏逆變換：以上推導可以看出在單位脈沖信號輸入的時候，系統輸出的頻域函數Y(s)Y(s)，就是系統的頻率響應函數 H(H(3) )，而其時域響應函數 y(t)y(t)，就是脈沖響應函數 h(t)h(t)，它表示測 試系統在時域內的動態(tài)傳遞特性。28.答：電阻應變片是利用導體形變引起電阻變化， 后者利用半導體電阻率變化引起電阻 變化。半導體最突出的優(yōu)點是靈敏度高。但溫度穩(wěn)定性差。電阻應變片靈敏度較低，但穩(wěn) 定性較好。10

17、29.答:因壓電式傳感器的輸出電阻很大、電荷量很小，信號微弱；前置放大器有電荷放 大器與電壓放大器兩種。電荷放大器具有輸入阻抗高，輸出電壓與壓電式傳感器電荷成正 比、與反饋電容成反比，且與電纜分布電容無關；電壓放大器具有電路簡單，成本低的特 點，壓電式傳感器須與電纜配套使用。30.答：應選用低通濾波器以濾掉高頻成分，目的是使信號變?yōu)橄迬盘?，以避免?模擬信號采樣中產生混疊。31.答：1）靈敏度：傳感器的量程范圍是和靈敏度緊密相關的。傳感器的靈敏度并非越高越 好，根據被測量要求來選取。2）線性范圍：為了保證測量的精確度，傳感器必須在線性區(qū)域內工作。3）響應特性：傳感器的響應特性必須在所測頻率范

18、圍內盡量保持不失真。但實際傳 感器的響應總有一遲延，但遲延時間越短越好。4）可靠性：經過長期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。5）精確度：表示傳感器的輸出與被測量的對應程度。傳感器的精確度也并非越高越 好，因為還要考慮到經濟性。6）工作方式。傳感器在實際測試條件下的工作方式，也是選用傳感器時應考慮的重 要因素。另外，還盡可能考慮結構簡單、體積小、重量輕、價格便宜、易于維修和更換等因素。32.答： 1 1）靈敏度：傳感器的量程范圍是和靈敏度緊密相關的。傳感器的靈敏度并 非越高越好，根據被測量要求來選取。2 2）線性范圍：為了保證測量的精確度，傳感器必須在線性區(qū)域內工作。3 3）響應特性：傳感

19、器的響應特性必須在所測頻率范圍內盡量保持不失真。但實際傳感器的響應總有一遲延，但遲延時間越短越好。4 4）可靠性：經過長期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。5 5）精確度：表示傳感器的輸出與被測量的對應程度。傳感器的精確度也并非越高 越好，因為還要考慮到經濟性。6 6）工作方式。傳感器在實際測試條件下的工作方式，也是選用傳感器時應考慮的重要因素。另外，還盡可能考慮結構簡單、體積小、重量輕、價格便宜、易于維修和更換等11因素。所以y(t) =x(t -T) =x(t)*、(t -T)該系統為一延時系統。34.答：由電容式傳感器公式C =SoEA5輸入輸出表達式如下:靈敏度表達式：該傳感器適合測量較小距離的測量35.答：電橋的電壓靈敏度為SU，即電橋的輸出電壓U。=SR和電阻的相對AR/ RR變化成正比。由此可知：1） 半橋雙臂各串聯一片，雖然橋臂上的電阻變化增加1倍，但橋臂總電阻也增加