機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)熊詩波課后習(xí)題答案

機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)熊詩波課后習(xí)題答案?第一章緒論習(xí)題1.什么是測試技術(shù)？測試技術(shù)在機(jī)械工程中有哪些作用？2.測試系統(tǒng)一般由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？3.簡述測試技術(shù)的發(fā)展趨勢。

答案1.測試技術(shù)：測試技術(shù)是測量和試驗的技術(shù)，它涉及信息的獲取、轉(zhuǎn)換、處理、傳輸、顯示和分析等方面。其目的是獲取被測量對象的有關(guān)信息，以達(dá)到認(rèn)識、分析和改造對象的目的。在機(jī)械工程中的作用：產(chǎn)品研發(fā)：通過測試獲取機(jī)械產(chǎn)品性能參數(shù)，如力學(xué)性能、運動參數(shù)等，為產(chǎn)品設(shè)計改進(jìn)提供依據(jù)。質(zhì)量控制：檢測產(chǎn)品質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。故障診斷：對機(jī)械設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)故障并分析原因，以便維修。性能優(yōu)化：幫助優(yōu)化機(jī)械系統(tǒng)性能，提高工作效率和可靠性。2.測試系統(tǒng)組成及作用：傳感器：感受被測量并將其轉(zhuǎn)換成電信號等便于后續(xù)處理的信號。作用是從被測對象提取信息。信號調(diào)理電路：對傳感器輸出的微弱信號進(jìn)行放大、濾波、調(diào)制解調(diào)等處理，使其滿足后續(xù)環(huán)節(jié)要求。信號處理與分析裝置：對調(diào)理后的信號進(jìn)行各種運算、分析，如頻譜分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等，提取有用信息。顯示記錄裝置：將處理后的結(jié)果以直觀的形式顯示或記錄下來，供操作人員觀察和分析。3.測試技術(shù)發(fā)展趨勢：高精度：提高測量精度，滿足更高要求的工程應(yīng)用。智能化：測試系統(tǒng)具備智能決策、自適應(yīng)調(diào)整等能力。微型化：開發(fā)體積更小的測試設(shè)備，便于在各種場合應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)化：實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸與共享，便于協(xié)同工作和遠(yuǎn)程監(jiān)控。多傳感器融合：綜合利用多種傳感器信息，提高測試準(zhǔn)確性和可靠性。

第二章測試系統(tǒng)的特性習(xí)題1.什么是測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性？它包括哪些指標(biāo)？2.簡述線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性的定義。3.測試系統(tǒng)的動態(tài)特性有哪些？如何描述？4.什么是一階系統(tǒng)？其傳遞函數(shù)和單位階躍響應(yīng)有何特點？5.什么是二階系統(tǒng)？其傳遞函數(shù)和單位階躍響應(yīng)有何特點？

答案1.靜態(tài)特性：測試系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)信號作用下的特性。指標(biāo)：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、分辨率、零點輸出、滿量程輸出等。2.定義：線性度：測試系統(tǒng)輸出與輸入之間保持線性關(guān)系的程度。靈敏度：輸出量變化與引起此變化的輸入量變化之比。遲滯：測試系統(tǒng)在正反行程期間輸出輸入特性曲線不重合的現(xiàn)象。重復(fù)性：測試系統(tǒng)在輸入量按同一方向作全量程多次測試時，所得特性曲線不一致的程度。3.動態(tài)特性：測試系統(tǒng)對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。描述方法：傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)、脈沖響應(yīng)函數(shù)等。4.一階系統(tǒng)：傳遞函數(shù)具有一階形式的系統(tǒng)。傳遞函數(shù)：\(G(s)=\frac{1}{Ts+1}\)，\(T\)為時間常數(shù)。單位階躍響應(yīng)：\(y(t)=1e^{\frac{t}{T}}\)，輸出按指數(shù)規(guī)律上升，最終趨于穩(wěn)態(tài)值1。5.二階系統(tǒng)：傳遞函數(shù)具有二階形式的系統(tǒng)。傳遞函數(shù)：\(G(s)=\frac{\omega_n^2}{s^2+2\zeta\omega_ns+\omega_n^2}\)，\(\omega_n\)為固有頻率，\(\zeta\)為阻尼比。單位階躍響應(yīng)：當(dāng)\(\zeta\lt1\)時，為欠阻尼情況，響應(yīng)呈衰減振蕩形式。當(dāng)\(\zeta=1\)時，為臨界阻尼情況，響應(yīng)單調(diào)上升。當(dāng)\(\zeta\gt1\)時，為過阻尼情況，響應(yīng)單調(diào)上升且上升速度比臨界阻尼時慢。

第三章傳感器習(xí)題1.什么是傳感器？傳感器由哪幾部分組成？2.簡述傳感器的分類方法及各類傳感器的特點。3.電阻應(yīng)變片的工作原理是什么？4.什么是壓電效應(yīng)？壓電傳感器的主要應(yīng)用有哪些？5.簡述電感式傳感器的工作原理及分類。

答案1.傳感器：能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。組成部分：敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路。2.分類方法及特點：按工作原理分類：如電阻式、電容式、電感式、壓電式等，各有其基于特定物理原理的工作方式。按被測量分類：可分為位移、力、速度、加速度等傳感器，針對性強(qiáng)。按能量關(guān)系分類：有源傳感器能將非電能轉(zhuǎn)換為電能，無源傳感器需外部能源。3.電阻應(yīng)變片工作原理：金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時，其電阻值會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。應(yīng)變片利用這一原理，將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化來測量應(yīng)變。4.壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反之，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場，這些電介質(zhì)也會發(fā)生變形，電場去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。主要應(yīng)用：用于測量力、壓力、加速度等，如在振動測量、動態(tài)力測量等方面廣泛應(yīng)用。5.電感式傳感器工作原理及分類：工作原理：利用電磁感應(yīng)原理將被測非電量轉(zhuǎn)換為電感變化來檢測。分類：自感式（如變氣隙式、變面積式、螺線管式）和互感式（如差動變壓器）。自感式通過改變磁路磁阻等影響自感，互感式通過互感變化檢測被測非電量。

第四章信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換習(xí)題1.信號調(diào)理的目的是什么？包括哪些內(nèi)容？2.簡述電橋的工作原理及分類。3.什么是調(diào)制與解調(diào)？常用的調(diào)制方法有哪些？4.簡述濾波器的分類及作用。5.什么是A/D轉(zhuǎn)換？其主要性能指標(biāo)有哪些？

答案1.信號調(diào)理目的：將傳感器輸出的微弱信號進(jìn)行放大、濾波、調(diào)制解調(diào)等處理，使其滿足后續(xù)環(huán)節(jié)要求，便于傳輸、顯示、記錄和分析。內(nèi)容：放大、濾波、調(diào)制解調(diào)、阻抗匹配等。2.電橋工作原理：由四個電阻組成電橋電路，當(dāng)電橋平衡時，輸出電壓為零；當(dāng)有被測量（如應(yīng)變等）引起電阻變化時，電橋失去平衡，輸出與電阻變化成比例的電壓信號。分類：直流電橋和交流電橋。3.調(diào)制與解調(diào)：調(diào)制是將低頻信號加載到高頻載波信號上的過程；解調(diào)是從已調(diào)制信號中恢復(fù)出原低頻信號的過程。常用調(diào)制方法：調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）、調(diào)相（PM）。4.濾波器分類及作用：分類：低通濾波器（允許低頻信號通過，抑制高頻信號）、高通濾波器（允許高頻信號通過，抑制低頻信號）、帶通濾波器（允許特定頻段信號通過，抑制其他頻段信號）、帶阻濾波器（抑制特定頻段信號，允許其他頻段信號通過）。作用：對信號進(jìn)行頻譜整形，去除噪聲和干擾，提取有用信號。5.A/D轉(zhuǎn)換：將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程。主要性能指標(biāo)：分辨率（表示能分辨的最小模擬量變化）、轉(zhuǎn)換精度（實際輸出數(shù)字量與理論值的接近程度）、轉(zhuǎn)換速度（完成一次轉(zhuǎn)換所需時間）等。

第五章信號分析與處理習(xí)題1.什么是信號的時域分析？常用的時域分析方法有哪些？2.簡述信號的頻域分析方法及頻譜分析的意義。3.什么是相關(guān)分析？相關(guān)分析有哪些應(yīng)用？4.簡述功率譜估計的方法及應(yīng)用。5.什么是數(shù)字信號處理？數(shù)字信號處理系統(tǒng)由哪些部分組成？

答案1.時域分析：在時間域內(nèi)對信號進(jìn)行分析，研究信號隨時間的變化規(guī)律。常用方法：直接觀察信號波形、求均值、均方值、方差、峰值、脈沖寬度等參數(shù)，還可進(jìn)行時域波形的疊加、卷積等運算。2.頻域分析方法：將信號從時域變換到頻域進(jìn)行分析。頻譜分析意義：能清晰地看出信號包含的各種頻率成分及其分布情況，可用于分析信號的頻率特性，如確定信號的主頻、帶寬等，還可用于濾波設(shè)計、故障診斷等。3.相關(guān)分析：研究兩個信號之間的相似程度或關(guān)聯(lián)程度。應(yīng)用：在信號檢測、噪聲抵消、系統(tǒng)辨識、故障診斷等方面有廣泛應(yīng)用，如利用相關(guān)分析檢測淹沒在噪聲中的微弱信號，確定信號源位置等。4.功率譜估計方法：經(jīng)典譜估計（如周期圖法等）和現(xiàn)代譜估計（如AR模型、MA模型、ARMA模型等）。應(yīng)用：用于分析信號的功率分布，在語音識別、圖像處理、機(jī)械振動分析等領(lǐng)域用于提取信號特征、判斷系統(tǒng)狀態(tài)等。5.數(shù)字信號處理：用數(shù)字方法對信號進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識別等處理。組成部分：硬件部分包括A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字處理器、D/A轉(zhuǎn)換器等；軟件部分包括各種數(shù)字信號處理算法程序。

第六章測試系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)習(xí)題1.測試系統(tǒng)中干擾的來源有哪些？2.簡述干擾的耦合方式及抑制方法。3.什么是接地技術(shù)？接地的目的是什么？4.如何選擇合適的濾波器來抑制干擾？5.簡述屏蔽技術(shù)的原理及應(yīng)用。

答案1.干擾來源：內(nèi)部干擾：測試系統(tǒng)內(nèi)部各元件之間的相互電磁干擾，如電源干擾、電路噪聲等。外部干擾：來自外部環(huán)境的干擾，如電磁輻射干擾、工業(yè)干擾、自然界干擾（雷電等）。2.耦合方式及抑制方法：靜電耦合：通過電容耦合干擾。抑制方法有合理布局電路、增加屏蔽層等。電磁耦合：通過互感耦合干擾?？刹捎么牌帘?、合理布線等抑制。共模耦合：存在于信號源、傳輸線和接收電路之間?？刹捎貌罘址糯笃?、平衡傳輸線等抑制。3.接地技術(shù)：將電路、設(shè)備機(jī)殼等與大地連接。目的：為設(shè)備提供一個公共參考電位，防止靜電積累，保障人身安全，抑制干擾，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。4.選擇濾波器方法：根據(jù)干擾信號頻率特性選擇合適類型濾波器。若干擾為高頻窄帶信號，選帶阻濾波器；若為高頻寬帶信號，選低通濾波器等。同時要考慮濾波器的截止頻率、通帶增益、阻帶衰減等指標(biāo)與實際需求匹配。5.屏蔽技術(shù)原理：利用金屬屏蔽體對電磁波的反射、吸收和屏蔽作用，阻止電磁波進(jìn)入或穿出屏蔽體。應(yīng)用：用于電纜屏蔽、設(shè)備外殼屏蔽等，減少電磁干擾對測試系統(tǒng)的影響。

第七章測試系統(tǒng)的標(biāo)定與校準(zhǔn)習(xí)題1.什么是測試系統(tǒng)的標(biāo)定？標(biāo)定的目的是什么？2.簡述測試系統(tǒng)靜態(tài)標(biāo)定的方法和步驟。3.測試系統(tǒng)動態(tài)標(biāo)定的主要內(nèi)容有哪些？4.如何進(jìn)行測試系統(tǒng)的校準(zhǔn)？校準(zhǔn)的周期如何確定？5.簡述標(biāo)定與校準(zhǔn)在測試系統(tǒng)中的重要性。

答案1.標(biāo)定：對測試系統(tǒng)進(jìn)行全面的性能測試和精度確定，給出測試系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系。目的：確定測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動態(tài)特性指標(biāo)，保證測試系統(tǒng)測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。2.靜態(tài)標(biāo)定方法和步驟：方法：采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備產(chǎn)生已知標(biāo)準(zhǔn)量，輸入測試系統(tǒng)，測量其輸出，比較輸出與標(biāo)準(zhǔn)輸入，確定系統(tǒng)靜態(tài)特性。步驟：將測試系統(tǒng)安裝調(diào)試好；選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)輸入量并施加；測量測試系統(tǒng)輸出；記錄數(shù)據(jù)并分析處理；計算各項靜態(tài)特性指標(biāo)。3.動態(tài)標(biāo)定主要內(nèi)容：測定測試系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)，如頻率響應(yīng)函數(shù)、脈沖響應(yīng)函數(shù)等，包括測定系統(tǒng)的固有頻率、阻尼比、上升時間、峰值時間、