机械工程测试技术总复习题答案.docx

机械工程测试技术总复习题答案一、是非题 1. 测试技术的基本任务是获取有用的信息 。（）2. 从时域看，系统的输出是其输入与该系统脉冲响应函数的乘积。（） 3. 信号的时域描述，以频率（f或）为独立变量；而信号的频域描述，以时间（t）为独立变量。（）4非周期信号的频谱是连续的。（）5时间常数是一阶传感器动态特性参数，时间常数越小，响应越快，响应曲线越接近于输入阶跃曲线。（）6.对于被测量的线性系统，如果绝对式传感器的质量不可忽略，那么该系统的固有频率比没有附加质量时有所提高。（）7测试装置的动态特性可以用传递函数、频率响应函数和脉冲响应函数进行数学描述。（）8传递函数相同的各种装置，其动态特性均相同。（）9重复性误差的大小决定测量数值的精密度（）10满足测试装置不失真测试的频域条件是幅频特性为常数和相频特性与频率成非性关系。（）11信号当时间尺度在压缩时，则其频带变窄，其幅值变小。（）12.为了减小负载误差，放大器的输入阻抗一般是很小的。（）13.互相关函数是在时域描述两个信号之间相关程度的无量纲的函数。（）14. 若系统是完全线性的，则输入输出的相干函数一定为1。（）15已知xt=12sint ，t为单位脉冲函数，则积分-+xtt-2dt =-12cost。（）16. 如果一个信号的最高频率为50Hz，为了防止在时域采样过程中出现混叠现象，采样频率至少大于50 Hz。（） 17.频率混叠是由于采样频率过低引起的，泄漏则是由于信号截断所引起的。（）18窗函数频谱的主峰瓣越窄，旁瓣幅度越小，用其截取信号所引起的误差越小。（）19恒带宽滤波器的中心频率越高，其带宽越宽。（）20. 带通滤波器的上下限截止频率为fc2、fcl，其带宽B= fc2 fc l ；若其带宽为1 / 3倍频程则fc2=21/3 （或1. 26）fcl。（）21.RC低通滤波器中的RC值越大，则其上限截止频率越大。（）22.设计滤波器时，必须指明滤波器的种类、截止频率、逼近方式和阶数。对于某些逼近方式，还要指明通带或阻带的波纹。（）23相关滤波的工作原理是同频相关、不同频不相关、同频检测原理。（）24恒带宽滤波器的中心频率越高，其带宽越宽。（）25在调制解调技术中，将控制高频振荡的低频信号称为载波，载送低频信号的高频振荡信号称为调制波，将经过调制过程所得的高频振荡波称为已调制波。（）26 根据载波受调制的参数不同，调制可分为调幅、调频、调相。（）27调幅波是载波与调制信号的叠加。（）28. 在桥式测量电路中，根据其激励电压性质，可将其分为直流电桥与交流电桥。（）29. 金属电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于： 前者利用导体机械形变引起的电阻变化，后者利用导体电阻率的（或半导体压阻效应）变化引起的电阻变化。（） 30当测量较小应变值时，应选用电阻应变效应工作的应变片，而测量大应变值时，应选用压阻效应工作的应变片，后者应变片阻值的相对变化主要由材料电阻率的相对变化来决定。（）31.测量轴的扭矩时，应变片应安装在与轴中心线成90的方向上。（）32. 属于能量控制型的传感器有电阻式传感器、涡电流传感器、电容式传感器、电感式传感器等。（） 33电感式和电容式传感器常采用差动方式，不仅可提高灵敏度，且能改善或消除非线性。（）34电涡流传感器是利用金属材料的电涡流效应工作，可分为低频透射式和高频反射式两种，其中前者常用于材料厚度的测量。（）35.已知霍尔式转速传感器的测速齿轮的齿数为20，若测得感应电动势的频率为300Hz，则被测轴的转速为 120 r/min（）36. 涡流传感器属于有源传感器。（）37滑线变阻器式传感器不适于微小位移量的测量。（）38压电式加速度计的灵敏度越高，其工作频率越宽。（）39. 压电式传感器是利用某些物质的压阻效应而工作的。（）40电荷放大器常用做压电传感器的后续放大电路，该放大器的输出电压与传感器产生的电荷量成正比，与电缆引线所形成的分布电容相关。（）41.两个具有相同方向、相同频率和相位差固定的波称为相干波。（）42.激光干涉仪利用光的聚焦集中的原理，使激光产生明暗相间的干涉条纹，由光敏元件接收并转换为电信号。（）43随机激振属于宽带激振法。（）44被测量的噪声源停止发声时，周围环境的噪声称为本底噪声。（）45.在测量各种设备的噪声时，应当排除电压不稳、气流、反射、传声器方向不同等因素，而本底噪声对测量的影响可以忽略不计。（）46.考虑噪声对人体的危害程度，除了注意测噪声的强度、频率，还要注意作用时间。等效连续声级是反映这三者作用效果的噪声量度。（）47.光栅传感器测量的基本原理是利用光在通过光栅副时衍射和干涉形成具有放大作用的莫尔条纹。（）48光栅测量的基本原理是利用光栅的栅距W。（）49.四码道的编码盘测量转角时的角度分辨率为24。（）50.射线测厚仪是目前常用的非接触式测厚仪之一，与X射线测厚仪相比具有射线源稳定、廉价。（）51.热电偶产生的热电动势由两种导体的接触电动势和温差电动势所形成。（）二、选择题 1不能用确定的数学公式表达的信号是（D）信号。 A复杂周期 B.非周期 C.瞬间 D.随机2频域上周期信号的频谱特点是（ C ）的。A.非周期，离散 B.非周期、连续 C.周期、离散 D.周期、连续3周期信号傅立叶级数中的各项系数表示各谐波分量的（C）。A.相位 B.周期 C.振幅 D.频率4测试装置能检测输入信号的最小变化能力，称为（D）。A.精度 B.灵敏度 C.精密度 D.分辨力5.（D）用于评价系统的输出信号和输入信号之间的因果性。A.传递函数 B.互相关函数 C.互谱密度函数 D.相干函数6数字信号的特征是（B）。A.时间上离散，幅值上连续 B.时间、幅值上都离散 C.时间上连续，幅值上量化 D.时间、幅值上都连续8.已知一个线性系统的于输入xt对应的输出为yt，若要求该系统的输出为ut=kpyt+1Ti0tytdt+Tddytdt kp, Ti, Td为常数，那么相应的输入函数应为（ C ）。A. kpxt+1Ti0txtdt+Tddxtdt B. kpxt+TdTi C. kkpxt+t0+1Ti0txtdt+Tddxtdt k, t0为常数, t00 D. kpyt+1Ti0txtdt+Tddxtdt9平稳随机过程必须（B）。 A连续 B.统计特征与时间无关 C.各态历经 D.统计特征等于时间平均10系统在全量程内，输入量由小到大及由大到小时，对于同一个输入量所得到的两个数值 不同的输出量之间的最大差值称为（A）。 A.回程误差 B.绝对误差 C.相对误差 D.非线性误差11.传感器的滞后表示标定曲线（ C ）的程度。A.接近真值 B.偏离其拟合直线 C.加载和卸载时不重合 D.在多次测量时重合12.如果多次重复测量时存在恒值系统误差，那么下列结论中不正确的是（ D ）。A.测量值的算术平均差中包含恒值系统误差 B.偏差核算过程中，前后两组的离差和的差值显著地不为零C.修正恒值系统误差的方法是引入与其大小相等、符号相反的修正值D.恒值系统误差对离差的计算结果不产生影响13一阶系统的动态特性参数是（C）。 A.固有频率 B.阻尼比 C.时间常数 D.灵敏度14. 一阶系统的阶跃响应中，超调量（D）。A.存在，但5% B.存在，但1 C.在时问常数很小时存在 D.不存在15.对于二阶系统，用相频特性 ()=-90所对应的频率估计系统的固有频率n，该值与系统阻尼比的大小（ A ）。A.无关 B.依概率完全相关 C.依概率相关 D.成线性关系16A/D转换器的位数越多，则其（B）。A.分辨力越低 B.转换精度越高 C.转换速度越快 D.转换时间越短17.正弦波y(t)的幅值被时域信号x(t)调制，若它们相应的频域描述分别为Y(f)，X(f),那么调制后信号的频域描述为（ C ）。A. X(f)Y(f) B. X(f)+Y(f) C. X(f)*Y(f) D. X(f)-Y(f)18滤波器的-3dB频率指输出信号幅值为输入信号幅值的（C）时所对应的截止频率。A. 2 B. 1 C. 2 2 D. 1/219电阻应变片的输入为（B）。 A.力 B.应变 C.速度 D.加速度20传感器灵敏度越高，表示该传感器（B）。A.工作频带越宽 B.单位输入引起的输出量越大 C.线性范围越宽 D.允许的输入量越大21为使电缆的长短不影响压电式传感器的灵敏度，应选用（B）放大器。 A. 电压 B.电荷 C.微分 D.积分22在测量位移的传感器中，符合非接触测量而且不受油污等介质影响的是 D 传感器。 A.电容式 B.压电式 C.电阻式 D.电涡流式23按传感器能量源分类，以下传感器不属于能量控制型的是（C）。A.电阻传感器 B.电感传感器 C.光电传感器 D.电容传感器24变磁通感应式传感器在测量轴的转速时，其齿盘应采用（B）材料制成。A.金属 B.导磁 C.塑料 D.导电25.不能用于材料厚度的非接触测量的传感器为（C）。A. 涡流式 B. 电容式 C. 压电式 D. 光电式26.在位移测量中，（D）传感器适用于非接触测量，而且不易受油污等介质影响。A.电容 B.压电 C.电阻 D.电涡流27信号分析设备可分析的频率低于磁带记录仪记录信号的频率，可将磁带（B），也可达到分析的目的。 A.重放速度放快 B.重放速度放慢 C.重放速度不变 D.多放几次28.下列（C）组传感器都是把被测量变换为电动势输出的。A.热电偶、电涡流、电阻应变 B.热电偶、霍尔、半导体气敏 C.硅光电池、霍尔、磁电 D.压电、霍尔、电感29.若直线光栅的两光栅栅距均为0.01mm，两光栅线纹交角为0.1，则莫尔条纹间距约为（C）mm。A.1 B.10 C.6 D.0.130.对于双频激光干涉仪，下列叙述中，（D）是不正确的。A. 前置放大器使用交流放大器，没有零点漂移等问题B. 利用多普勒效应，计数器计频率差的变化，不受发光强度和磁场变化的影响 C. 测量准确度不受空气喘流的影响，无须预热时间 D. 抗振性强和抗干扰能力强，广泛用于高精度机床31.在X射线测厚仪中，射线穿透被测材料后，射线强度（B）。A. 按线性规律衰减 B. 按指数规律衰减 C. 与被测材料的厚度成正比 D. 与被测材料的厚度成反比32.若采用相同材料构成热电偶的两极，那么当两个接点的温度不同时，热电偶的两个接点之间（ B ）。A. 存在接触电动势 B. 总的热电动势为零 C. 单一导体的温差电动势为零 D. 有电动势输出33.已知某特定条件下材料A与铂电阻配对的热电动势为13mV，测量B与铂电阻配对的热电动势为8mV，此条件下材料A与材料B配对后的热电动势为（A ）mV。A.5 B.8 C.13 D.2134.用一热电偶测量炉温，冷端温度为30。实测热电动势为9.38mV，在热电偶分度表中对应E(T,T_0 )D的T=985，T_0=30。由30查分度表，有E(30，0)=0.17mV ，则实际的炉温T为（ A）。A. 热电偶分度表中9.55mV对应的E(T,T0) 的T值 C. 1015B. 热电偶分度表中9.21mV对应的E(T,T0) 的T值 D. 955 35.用镍铬-镍硅热电偶测量炉温时，冷端温度为30，实测热电动势为E(T,T_0 )=39.2mV。由热电偶分度表，有E(30，0)=1.2mV ，这时比较准确的炉温是热电偶分度表中与（A ）对应的温度值。A.40.4 mV B.38 mV C.39.2 mV D.1.2 Mv36.对一个测量炉温的热电偶，需要使用补偿导线。以下说明中，不正确的是（D ）。A. 补偿导线把热电偶的冷端引至0或温度恒定的场所 B. 补偿导线连接在热电偶的冷端和显示仪表之间 C. 在一定的温度范围内，补偿导线与热电偶具有相同的热电性能 D. 在一定的温度范围内，补偿导线与热电偶具有相反的热电性能37.在下列流量计中采用应变片输出流量信号的是（D）流量计。A.涡轮 B.椭圆齿轮 C. 压差 D.靶式38.在下列的弹性元件压强传感器中，（C）适用于动态压强测量。A.波豋管 B.波纹管 C. 膜片 D.都不适用39.涡轮流量计的输出一般与（ D ）连接。A.电压表 B.电流表 C. A/D转换器 D.计数器40.下列各组流量计中，适于根据旋转部件转速确定体积流量的是（D）。A. 椭圆齿轮流量计、转子流量计、涡轮流量计B. 腰轮转子流量计、转子流量计、涡轮流量计 C. 椭圆齿轮流量计、腰轮转子流量计、转子流量计 D. 涡轮流量计、椭圆齿轮流量计、腰轮转子流量计三简答题 1已知周期方波的傅立叶级数展开式为xt=8Asin0t+13sin30t+15sin50t+ 试绘出该周期方波的单边幅值谱，并说明其频谱特点。答： 频谱特点：离散性、谐波性、递减性 2二阶测试装置的两个动态特性参数是什么？为了实现不失真测试，如何确定其取值范围？答：固有频率（n）；阻尼比（） 为了实现不失真，阻尼比（）取值0.6 0.8；工作频率取值0.58n。3何谓不失真测试？实现测试不失真的测试装置的幅频和相频特性应如何？答：输出yt与输入xt满足关系yt=A0xt-t0， 其中A0和t0为常数，则为不失真测试。 实现不失真测试的测试装置的幅频特性为A=A0=常数 相频特性为=-t0 或者用文字表述，表述正确同样得分。4一阶系统受到一个阶跃输入的作用，在2秒时达到输入最大值的30%试求：测试系统的时间常数和当输出达到最大值的90%时，需多长时间？ 解： ytxt=1-e-t=1-e-2=30% 2=-ln0.7 ; =5.6s 当输出达到最大值的90%时，设需多长时间为t1yt1xt1=1-e-t1=1-e-t15.6=90% e-t15.6=0.10 t1=-5.6ln0.10=12.9s 5信号的预处理包括哪些环节？答：1）电压幅值调理（或者放大） 2）滤波（或者滤去高频） 3）隔离直流分量（或者隔直） 4）如原信号进行调制，则应先进行解调（或者解调） 6根据滤波器的选频作用，一般将滤波器分为低通、高通、带通和带阻滤波器。下图为这些滤波器的幅频特性，请分别标注出来。并列出4个实际滤波器的主要特征参数。 答：a. 带通 b. 高通 c. 带阻 d. 低通 主要特征参数（任选4个）：（1）截止频率 （2）带宽 （3）纹波幅度 （4）品质因子 （5）倍频程选择性 （6）滤波器因数 7下图为同一正弦信号分别用相同时宽的矩形窗和汉宁窗截断后得到的频谱图。请指出下面二个频谱图分别采用以上哪个窗函数得到的，并说出这两种窗函数的主要特点。 答： （a） 汉宁窗 （b） 矩形窗 矩形窗的特点：主瓣比较集中。但旁瓣较高，并有负旁瓣，导致变换中带进了高频干扰和泄漏，甚至出现负谱现象。 汉宁窗的特点：主瓣较宽，旁瓣较低，衰减速度也较快。但带宽加宽，使得频率分辨力下降。 8为什么在动态电阻应变仪上除了设有电阻平衡旋钮外还设有电容平衡旋钮？ 答：动态电阻应变仪采用的是纯电阻交流电桥（1分），即使各桥臂均为电阻，由于导线间存在分布电容（1分），相当于在各桥臂上并朕了一个电容，因此，除了电阻平衡外，还须有电容平衡 四应用题1 某车床加工外圆表面时，表面振纹主要是由主轴箱转动轴上齿轮不平衡惯性力使主轴箱振动所引起，实验测得振纹的频谱如图2（a）所示，主轴箱内的传动示意图如图2（b）所示，传动轴、和主轴上的齿轮齿数分别为Z1= 30，Z2=40，Z3=20，Z4=50，传动轴的转速为n1= 2000转分（根据传动比计算可知：传动轴的转速为n2= 1500转分，主轴的转速为n3=600转分），试分析哪一根轴上的齿轮不平衡量对加工表面的振纹影响较大？为什么？ 解： 1转动轴的转动频率为：2000/60=33. 3HZ; 转动轴的转动频率为：1500/60=25HZ; 转动轴的转动频率为：600/60=10HZ; 2 与实验测得振纹的频谱图比较可知轴上的齿轮不平衡量对加工表面的振纹影响最大。 2（20分）欲测试图3（a）所示简直梁的动态特性参数（固有频率和阻尼比），（1）请从现有设备中选择，并用框图表示测试系统构成，简述测试过程；（2）测得该梁的幅频特性曲线如图3（b）所示，根据该曲线如何确定简直梁的动态特性参数（给出原理、公式并在图中表示）（现有设备：压电式加速度计、压电式力传感器、磁电式速度计、电阻应变片、电荷放大器、功率放大器、信号发生器、激振器、数据采集分析系统、显示设备） 解：测试系统组成框图： 图3（b） 测试过程：信号发生器产生的信号由功率放大器放大后传送给激振器，激振器通过压电式力传感器对简支梁激振；压电力传感器拾取激振力信号，压电加速度传感器拾取振动信号，分别经电荷放大器放大后送入数据采集系统，最后由显示设备显示频率响应函数。 幅频特性峰值A0对应的频率为简支梁的固有频率n ; 半功率点（或者12A0或者0.707A0）对应的频率分别为1、2； 阻尼比如下方法估计：=2-1n 3.已知被测量的最高频率成分的频率是1000Hz，要求量化信噪比大于80dB。应如何选择A/D转换器的采样速度和位数？ 解：采样频率为 fs=1000Hz2.56=2560Hz 因为量化信噪比 SNR=80=6n-1.24 n=(80+1.24)/6=13.5416所以应选择16位A/D转换器，设采样频率为2560Hz。 4.把灵敏度为40410-4pC/Pa的压电式力传感器与一台灵敏度调到0.226mV/pC 的电荷放大器相接，求其总灵敏度。若要将总灵敏度调到1010-6mV/Pa，电荷放大器的灵敏度应该作如何调整？ 解：总灵敏度为 k=k1k2=40410-4pC/Pa0.226mV/pC=9.1310-3mV/Pa 将电荷放大器的灵敏度调到 k2=k/k1=1010-6mV/Pa40410-4pC/Pa=2.4810-4 mV/pC 5.已知调幅波 x(t)=(100+30cos2f1t+20cos6f1t)(cos2fct),其中fc=10kHz , f1=500Hz,试求所包含的各分量的频率和幅值。并列出调制信号的频谱表。 解：x(t)=(100+30cos2f1t+20cos6f1t)(cos2fct)=100cos2fct+30cos2f1tcos2fct+20cos6f1tcos2fct=100cos2fct+15cos2(fc+f1)t+15cos2(fc-f1)t+10cos2(fc+3f1)t+150cos2(fc-3f1)t=100cos(210000t)+15cos2(10000+500)t+15cos2(10000-500)t+10cos2(10000+1500)t+10cos2(10000-1500)t=100cos210000t+15cos210500t+15cos29500t+10cos211500t+10cos28500t 调制信号的频谱表频率（Hz）85009500100001050011500幅值10151001510