工程測試技術

《機械工程測試技術基礎》課程試題人一、 填空題(20分，每空1分)測試技術是測量和實驗技術的統(tǒng)稱。工程測量可分為靜態(tài)測量和動態(tài)測量。測量結果與 被測真值 之差稱為 。將電橋接成差動方式習以提高靈敏度，改善非線性，進行溫度補償。為了補償溫度變化給應變測量帶來的誤差，工作應變片與溫度補償應變片應接在相鄰橋臂上。調幅信號由載波的 幅值 攜帶信號的信息，而調頻信號則由載波的 頻率攜帶信號的信息。繪制周期信號x(t)的單邊頻譜圖，依據的數學表達式是一傅氏三角級數中的各項系數—，而雙邊頻譜圖的依據數學表達式是傅氏復指數級數中的各項系數 。信號的有效值又稱為均方根值 ，有效值的平方稱為均方值W2，它描述測試信號的強度(信號的平均功率)。確定性信號可分為周期信號和非周期信號兩類，前者頻譜特點是—離散的，后者頻譜特點是一連續(xù)的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—連續(xù)信號x(t)與5(t-10)進行卷積其結果是：x(t)*8(t-10)=x(t-10)；其幾何意義是_ 把原函數圖像平移至10位置處。二、 選擇題(20分，每題2分)直流電橋同一橋臂增加應變片數時，電橋靈敏度將(C)。A.增大B.減少C.不變D.變化不定調制可以看成是調制信號與載波信號(A)。A相乘B.相加C.相減D.相除描述周期信號的數學工具是(D)。A.相關函數B.拉氏變換C.傅氏變換D.傅氏級數下列函數表達式中，（C）是周期信號。f …5cos10兀t 當下>0x（t）={0 當t<0x（t）=20eL/cos20兀t（一3<t<+3）x（t）=5sin20kt+10cos10兀t（—3<t<+3）時域信號的時間尺度壓縮時，則其頻帶的變化為（B）。A.頻帶變窄、幅值增高B.頻帶變寬、幅值壓低C.頻帶變窄、幅值壓低D.頻帶變寬、幅值增高非線性度是表示定度曲線（A）的程度。A.偏離其擬合直線 B.接近真值 C.正反行程的不重合一般來說，測試系統(tǒng)的靈敏度越高，則其測量范圍（B）。A.越寬B.越窄C.不變下列哪一種敏感元件不屬于彈性式壓力敏感元件（D）A.波登管 B.膜片C.波紋管 D.電阻應變片對于單向應力狀態(tài)的測量，貼應變片時，應變片的方向與主應力方向應該相交成（A）A.0° B.45°C.90° D.30°二階裝置引入合適阻尼的目的是（C）。A.使系統(tǒng)不發(fā)生共振 B.使得讀數穩(wěn)定C.獲得較好的幅頻、相頻特性三、簡答題（共30分）信號分析和處理必需遵循的原則有哪幾點？（4分）周期信號的頻譜具有哪幾個特點？（6分）現有電阻R和R，電感L和電容C，連結成四臂交流電橋，試畫出能滿足電橋平衡的正確接橋方法，并寫出該電橋的平衡條件。（設激勵為七，輸出為uo）。（5分）在使用電阻應變片時，發(fā)現靈敏度不夠，若在工作電橋上增加電阻應變片的數量以提

高靈敏度。試問在半橋上各串聯一片的情況下，是否可以提高靈敏度？為什么？（5分）什么是調制和解調？為什么要調制？（5分）在機械工程中常見的有哪些參數的測量？（5分）四、計算題（共20分，每小題10分）求如圖所示三角脈沖信號的頻譜。用電阻應變片及雙臂電橋懸臂梁的應變￡。其貼片及組橋方法如圖所示。已知圖中R=R=R=R=120Q，上下貼片位置對稱，應變片的靈敏度系數k=2。應變值112 2￡=10X￡=10X10-3，電橋供橋電壓u=3V。i試分別求出如圖組成橋路時的輸出電壓u=?o五、綜合設計題（共10分）請選擇以下兩種測量要求其中的一種，設計實驗過程（包括傳感器的選用，傳感器的安裝，信號的傳輸，信號的分析和處理等內容），并簡述其過程。（1） 針對載重卡車載物量進行過磅測量，試設計一測試裝置并說明其工作原理；（2） 大功率傳動軸在長時間的帶載運轉下可能發(fā)生疲勞損壞，為了保證整機安全，防止事故的發(fā)生，對軸的扭振進行測量和監(jiān)控，試設計一測試裝置并說明其工作原理?！稒C械工程測試技術基礎》課程試題B一、填空題（20分，每空1分）1、 由信息與信號的關系可知，信號是（信息）的。2、 數字信號是指時間和幅值都具有（離散性）特性的信號。3、 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）。4、 模似信號是指時間和幅值都具有（連續(xù)性）特性的信號。5、 正弦信號的自相關函數是一個同頻的（余弦）函數。6、 直流電橋的平衡條件是（ 相對電阻的乘積相等 ）。7、 濾波器的分辨率越高，則測量信號時其響應速度（越慢）。8、 帶通濾波器的中心頻率F=500HZ，負3分貝點的帶寬B=10HZ，則該濾波器的品質因數Q=（50 ）。9、 單位頻寬上的幅值表示的是（頻譜密度 ）函數。將電橋接成差動方式習以提高—靈敏度；，改善非線性，進行—溫度補償。調幅信號由載波的—幅值；攜帶信號的信息，而調頻信號則由載波的—頻率攜帶信號的信息。3.調幅過程在頻域相當于—頻率搬移過程，調幅裝置實質上是一個—乘法石器。測試技術是測量和實驗技術的統(tǒng)稱。工程測量可分為—靜態(tài)測量和動態(tài)測量。測量結果與被測真值之差稱為測量誤差。確定性信號可分為周期信號和非周期信號兩類，前者頻譜特點八離散的，后者頻譜特點是_連續(xù)的繪制周期信號x(t)的單邊頻譜圖，依據的數學表達式是—傅氏三角級數中的各項系數，而雙邊頻譜圖的依據數學表達式是—傅氏復指數級數中的各項系數。周期信號的傅氏三角級數中的〃是從0到+8展開的。傅氏復指數級數中的〃是從—8 至I」+8 展開的。周期信號x(t)的傅氏三角級數展開式中：氣表示_余弦分量的幅值；,氣表示 正弦分量的幅彳 ，^0表示直流分量。余弦函數只有—實頻譜圖，正弦函數只有_虛頻譜圖。10.單位脈沖函數5(t-10)與在10點連續(xù)的模擬信號f(t)的下列積分:』8f(t)5(t-1)dt=_f(t)。這一性質稱為_脈沖采樣.-8 0 0二、選擇題(20分，每題2分)為了保證實現極距變化型差動電容傳感器的差動工作，傳感器的兩個電容應當連接成(A)。A.并聯電路B.串聯電路C.電橋電路要使RC低通濾波器的通帶加寬，則RC值應(B)。A.增加B.減少C.不變描述非周期信號的數學工具是^。A三角函數 B.拉氏變換C.傅氏變換D.傅氏級數下列信號中.C 信號的頻譜是連續(xù)的。x(t)=Asin(wt+中)+Bsin(3wt+中)x(t)=5sin30t+3sinV50tx(t)=e-atsinst數字信號的特征是B。A.時間上離散、幅值上連續(xù) B.時間、幅值上均離散

C.時間、幅值上都連續(xù)D.時間上連續(xù)、幅值上量化測試裝置能檢測輸入信號的最小變化能力，稱為（D）。A.精度B.靈敏度C.精密度D.分辨率測試裝置的脈沖響應函數與它的頻率響應函數間的關系是（B）。A.卷積B.傅氏變換對C.拉氏變換對D.微分多種信號之和的頻譜是_^。A.離散的B.連續(xù)的C.隨機的D.周期的二階裝置，用相頻特性中甲（w）=-900時所對應的頻率w作為系統(tǒng)的固有頻率的估計值，該值與系統(tǒng)阻尼率的大?。˙）。A.有關B.無關 C.略有關系 D.有很大關系C2clA.Jfjf-/B./=C2clA.Jfjf-/B./=L23:L0 、c2cl 0 2C.￡f-f

f°=^r^C.三、簡答題（共30分）1.測量按測量值獲得的方法進行分類有哪些?(6’(4’)4.下面四個圖分別是哪一種濾波器的幅頻曲線特性圖，并說明各自的工作特征。（4’）試敘述信號的采樣和截斷的過程是怎樣實現的，結果如何？（5’）電器式傳感器包括哪幾種，各自的工作原理如何？（5’）四、計算題（共20分，每小題10分）對稱方波的波形圖如圖所示。求傅里葉級數的三角形式展開，并畫出頻譜。.E)如圖所示為兩直流電橋，其中圖(a)稱為臥式橋，圖(b)稱為立式橋，且R=R=R=R=R，R、R為應變片，R，R為固定電阻。試求在電阻應變片阻1 2 3 4 0 1 2 3 4值變化為AR時，兩電橋的輸出電壓表達式并加以比較。日1一日1一cKi—五、分析題(10分)在輸油管道上，常裝有監(jiān)測裝置用以監(jiān)測管道的裂損或泄漏，并能確定損傷位置，如圖5-21所示。

《機械工程測試技術基礎》課程A答案一、 填空題（20分，每空1分）靜態(tài)測量；動態(tài)測量 2.被測真值；測量誤差靈敏度；溫度 4.補償；相鄰5.幅值；頻率 6.傅氏三角級數中的各項系數；傅氏復指數級數中的各項系數。均方根值；均方值W2 8.離散的；連續(xù)的9.頻率響應法；階躍響應法1。.血=）；把原函數圖像平移至，。位置處二、 選擇題（20分，每小題2分）題號12345678910答案CADCBABDAC三、簡答題（共30分）信號分析和處理必需遵循的原則有哪幾點？（4分）答：①各環(huán)節(jié)的輸入量與輸出量之間應保持一一對應的關系，并盡量不失真；（2’）②盡可能減小或消除各種干擾。（2’）周期信號的頻譜具有哪幾個特點？（6分）答：①周期信號的頻譜是離散的。（2’）每條譜線只出現在基波頻率的整倍數上，基波頻率是各分量頻率的公約數。（2’）各頻率分量的譜線高度表示該諧波的幅值或相位角。工程中常見的周期信號，其諧波幅值總的趨勢是隨諧波次數的增高而減小的。因此，在頻譜分析中沒必要取那些次數過高的諧波分量。（2’）現有電阻R1和R2，電感L和電容C，連結成四臂交流電橋，試畫出能滿足電橋平衡的正確接橋方法，并寫出該電橋的平衡條件。（設激勵為"?，輸出為uo）。（5分）答：正確的接橋方法如圖所示：（3’）

電橋的平衡條件是:RR12=jwL電橋的平衡條件是:RR12=jwL? =—jwCC(2’)有人在使用電阻應變片時，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，在半橋上各串聯一片的情況下，是否可以提高靈敏度？為什么？（5分）答：不能提高靈敏度。因為半橋雙臂時，其輸出電壓為：1NRu=2ur（2’）2ARNR當量橋臂各串聯電阻應變片時，其電阻的相對變化量為”=W（2’）2R R即仍然沒有發(fā)生變化，故靈敏度不變。要提高靈敏度只能將雙臂電橋改為全橋連接。這時u=uAR。（1’）oiR什么是調制和解調？為什么要調制？（5分）答：所謂調制，就是在調制信號（測試信號）的控制下，使載波信號（工作信號）的某些參數（如幅值、頻率、相位）發(fā)生變化的過程。（2’）解調，就是從已調制波中恢復出調制信號的過程一般的被測量，如力、位移、應變等，經傳感器檢測變換后，常常是一些緩變的電信號。（1’）經過調制后，采用交流放大，比直接用直流放大，效果好；另外，調制波抗干擾能力強，也便于傳輸。（2’）在機械工程中常見的有哪些參數的測量？（5分）答：在機械工程的測試過程中，常見的參數測量有：應力的測量；應變的測量；扭矩的測量、振動信號的測量；聲強測量；聲發(fā)射測量；位移的測量；流量的測量；壓力的測量等。（每一種0.5分）

四、計算題（共20分，每小題10分）求如圖所示三角脈沖信號的頻譜。解：一個周期內的表達式為：T0<t<（2’）2（2’）T--<t<02（1’）因為x（t）為偶函數，所以b^=0，n=1,2,3（1’）=fT/2^(t)=fT/2^(t)dt=—\T-T/2 T0=2fTT/2x(t)cosn①tdt=tT/22Atdt=8112T—fT/2翌tcosn①tdt=竺——-——(cosn兀-1)(2’)-0T0T2(n①)2-4A2A(n兀)2[(-1)n-1]={(n兀)20n=1,3,5n=2,4,6出此得出此得x（t）的三角函數形式傅里葉級數展開為x(t)x(t)=a+切n=1A 4AV(acosnot+bsinnot)=—一———n=1,3,51 2n兀—cos t(1’)n2 Tn次諧波分量的幅值n次諧波分量的幅值A=<a2+b2=4"（1’）nnnn2兀2n次諧波分量的相位b平=-arctanf=-兀(1’)n畫出x（畫出x（t）的頻譜如圖所示。試分別求出如圖組成橋路時的輸出電壓"-o（2’）用電阻應變片及雙臂電橋懸臂梁的應變￡。其貼片及組橋方法如圖所示。已知圖中R=R=R=試分別求出如圖組成橋路時的輸出電壓"-o（2’）用電阻應變片及雙臂電橋懸臂梁的應變￡。其貼片及組橋方法如圖所示。已知圖中R=R=R=R-120Q，上下貼片位112 2置對稱，應變片的靈敏度系數左-2。應變值￡=10X10-3，電橋供橋電壓u=3V。解：如圖（b）組橋時的輸出電壓為（5’）u-(―!±^w)u

oR]+AR+R2-AR2R+R/R+AR 1 AR- u-—u———-uR]+R2 i2i 2Ri1-萬k￡u=0.03(V)如圖（c）組橋時的輸出電壓為, R+AR+R'+AR' R、u—( 1 1 1 1 )uoR+AR+R+AR'+R2+R-AR'-AR R+Ri1111 2 2 2（5’）2R+2AR 1 u——uAR uRi-0.03(V)五、分析題（10分）因題型范圍較寬，無確定的參考答案，視學生具體答題情況給分?！稒C械工程測試技術基礎》課程B答案一、填空題（20分，每空1分）1.靈敏度；溫度 2.幅值；頻率3.頻率搬移乘法器4.靜態(tài)測量、動態(tài)測量離散的、連續(xù)的6.傅氏三角級數中的各項系數、傅氏復指數級數中的各項系數。7.-8；+8； 8.余弦分量的幅值；正弦分量的幅值9.實頻；虛頻9.實頻；虛頻10.f任。）；脈沖采樣二、選擇題（20分，每小題2分）題號12345678910答案ABCCBDBCBA三、簡答題（共30分，每小題5分）測量按測量值獲得的方法進行分類有哪些？（6’）答：直接測量一一指無需經過函數關系的計算，直接通過測量儀器得到被測值得測量。（等精度直接測量和不等精度直接測量）；（2’）間接測量一一指在直接測量值的基礎上，根據已知函數關系，計算被測量的量值的測量；（2’）組合測量一一指將直接測量或間接測量與被測量值之間按已知關系組合成一組方程（函數關系），通過解方程組得到被測值得方法。（2’）重復性誤差和遲滯誤差有何區(qū)別？（6’）答：重復性是指測試裝置在輸入按同一方向做全量程連續(xù)多次變動時，所得特性曲線不一致的程度。一般來說正行程的最大重復性偏差為AR^q，反行程的最大重復性偏差為ARmax2，重復性誤差取這兩個最大偏差中的較大者，再以滿量程輸出y^的百分數表示。即r=ARmxX100%（3’）Ryfs遲滯是測試裝置在正反行程中輸入輸出曲線的不重合程度。即r=^mxX100%Hyfs式中，AHmax是正反行程間，對于同一輸入雖的最大差值。（3’）什么是不失真測試，不失真測試的條件是什么？（4’）答：若A0,10都是常數，如果一個測試裝置，則有y（t）=A0x（t-10），即認為該測試裝置實現了不失真測量。（2’）這表明，輸出信號較輸入信號，幅值放大了A0倍，時間上滯后了10，波形一致。對上式作傅里葉變換，有Y（①）=A0e-jt0oX（①）。所以，若要實現輸出波形不失真，其幅頻、相頻特性應滿足如下條件A（w）=A=常數;（①）=-tQ。0 0（2’）答：①低通濾波器0vfvf2之間為通頻帶，f>f2的頻率成分極大地衰減；（1’）高通濾波器fivfV8之間為通頻帶，fvfi的頻率成分極大地衰減；（1’）帶通濾波器fivfvf2之間為通頻帶，其它的頻率成分極大地衰減；（1’）帶阻濾波器fivfvf2之間為阻帶頻率，其它的頻率成分通頻帶。（1’）5.試敘述信號的采樣和截斷的過程是怎樣實現的，結果如何？（5’）答：采樣就是對時間歷程x（t）進行等時間距離的信號“摘取”，以便于計算機的存儲和計算分析。(2’)而由因為計算機只能對有限長的信號進行處理，所以，必須截斷過長的信號時間歷程x(t)進行截斷，即對信號加窗。所加窗寬為了的矩形窗函數w(t)，其傅里葉變換W(f)是一個無限帶寬的sinc函數。(2’)采用矩形窗函數w(t)截斷采樣信號，就是將采樣信號x(t)s(t)，乘以時域有限寬矩形窗函數w(t)；其時域和頻域數學描述為x(t).(t)w(t)—X(f)*S(f)*W(f)(1’)電器式傳感器包括哪幾種，各自的工作原理如何？(5’)答：包括電阻式、電感式、電容式三種。電阻式傳感器工作原理：把被測量轉換為電阻變化的一種裝置；(2’)電感式傳感器工作原理：把被測量如位移轉換為電感量變化的一種裝置；(2’)電容式傳感器工作原理：把被測物理量轉換為電容量變化的一種裝置。(1’)四、計算題(共20分，每小題10分)1.對稱方波的波形圖如圖所示。求傅里葉級數的三角形式展開，并畫出頻譜。周期的一半，"=§，(1’)將此代入式可得ptsin性沖”Elw 2 2E.nna= 1 =——sin——；b=0(3’)nnnwt nn 2n——i—2因此，對稱方波的傅立葉級數三角函數形式為：

2E<1.n兀 ，2E, ,1,1——乙一?sin——-cosnwt=——(coswt一一wt+—wt-)(2’)n2 i兀13151圖(b)圖(b)