电声测试技术讲义汇总
AWA6122型智能电声测试仪原理和应用
以及驻波法吸声系数的测量
钱利军
（杭州爱华仪器有限公司，浙江杭州，310007）
目录
1、仪器的原理和组成
2、各种电声器件（扬声器、受话器、话筒（MIC）、传声器）的测试方法和条件
3、驻波管法吸声系数的测量
3．1、材料的吸声系数
3．2、相关标准
3．3、测量过程
3．4、注意事项
4、仪器的推广应用和发展方向
4．1、声级计声频频响的测试
4．2、AW A6122+双通道电声测试仪用于传声器、MIC的测试
4．3、双通道数字信号分析仪
1仪器原理和组成
1．1 仪器概述
AW A6122型智能电声测试仪是杭州爱华仪器有限公司在台式个人计算机基础上开发的多功能电声测试仪器。只要配合相应的软件及电声测试专用配件（仿真嘴、仿真耳等）就可以完成对扬声器、受话器、耳机、话筒、耳机话筒组合件等电声性能的测试。本测试仪由三部分组成：专用测试配件，专用电子测量线路，数据处理单元，如图（1）所示。专用测试配件可根据仪器测试的需要选择前置放大器、声压型测试电容传声器、自由场型测试电容传声器、仿真头架、仿真耳、仿真嘴、仿真耳固定架、仿真嘴固定架、电话机手柄固定架等。专用电子测量线路包括正弦波信号源，测量放大器（放大，检波，模数转换电路），测试驻极体传声器用可编程电源。数据处理单元和相应的测试软件完成数据的各种处理，显示，存储，打印等功能。
目前，根据仪器的用途，细分为下列型号：
A）AW A6122S型，专用于扬声器测试。
B）AW A6122R型，专用于受话器测试。
C）AW A6122M型，专用于传声器、咪头、送话器测试。
D）AW A6122C型，专用于送受话器组合件测试。
E）AW A6122A型，专用于配合驻波管测量材料的吸声系数。
图（1）
1．2 各组成部分介绍
1．2．1 专用测试线路部分
专用电子测试线路包括频率源（正弦波信号源）线路，测量放大器线路，可编程电源。它们都安装在台式个人计算机内部，通过计算机主板上的ISA扩展插槽与主机连接。
A）正弦波信号源部分
信号源采用DDS（直接数字相位合成）技术来实现。如图（2）所示。波表为一个ROM，内已贮存了一个周期正弦波各相位的数值，当波表的地址线性增加时其数据线上将输出正弦波每个相位下的数值到数模转换器（D/A），然后通过低通滤波器后转成纯正的正弦波信号。如图所示，计算机通过频率锁存器、可编程定时器和幅度锁存器可以控制频率源的频率和幅度。
图（2）
B）测量放大器部分
如图（3）所示，测量放大器由下列部分组成：多路输入信号选择开关、量程切换开关、跟踪带通滤波器，有效值检波器，模数转换器等。计算机可同过接口控制模拟开关，并从模数转换器读取采样数据。
图（3）
C ） 可编程电源部分
可编程电源用来提供被测驻极体话筒的工作电流，采用D/A 控制电源输出的直流电压值，再将被测话筒上的电流转换为电压并放大，提供A/D 取样。
1．2．2 数据处理单元
本设备以台式个人计算机（工控机）为数据处理单元，可通过键盘进行操作，从模数转换器采到的数据可由计算机处理显示，也可由打印机打印或软盘储存。为了保证输出的模拟信号的功率、信号纯度及本设备的测量下限，在计算机中加入一个人40W 的电源以提供前置放大器的工作电压及频率源的功放工作电压。
1．2．3 专用测试配件
A ） 测试用声源部分 （包括仿真嘴、耦合腔型声源、测试用音箱）
仿真嘴是用以替代人嘴发声的声源，主要用来测量送话器、传声器的灵敏度频率响应，要求经过呀缩后，在100Hz~10000Hz 频率范围内输出声压的频率响应保持平恒。 B ） 仿真耳（IEC318耳、IEC711耳）部分
仿真耳是用来代替人耳接收声信号的耦合腔，目前主要有IEC318耳、IEC711耳两种，IEC318耳要求符合GB/T7614（IEC60318-2）标准要求，它是一种测听耳机用的宽频带仿真耳。IEC711耳主要用于耳塞型耳机的测试，要求符合IEC60711-1981（等同于IEC60318-5）。应注意：仿真耳应配套半英寸声压型测试传声器和前置放大器一起使用。 C ） 测试传声器部分
测试传声器对应不同的应用场合应选择不同的类型，自由场型测试传声器用来测试扬声器的灵敏度，而声压型的传声器一般配合仿真耳使用。
2 各种电声器件特性和测试方法和条件
各种电声器件的测试方法和测试条件一般与其本身的实际应用有关。比如，扬声器一般安装在音箱中，在一个较大的空间中使用，所以在测试标准中规定要用障板，并在自由场中测试。而受话器一般安装在电话机手柄中，紧贴耳朵使用，所以测试标准中规定需要紧贴仿真耳测试。
2． 1 扬声器 2．1．1 测试声场
按国标GB/T9396-1996《扬声器主要性能测试方法》规定，扬声器的灵敏度频率响应曲线应在自由声场，远场条件下测试。理想自由场为一个没有障碍物的自由空间。在图（4）中，传声器处的声压值为：
)])()/[(22r a r r SIN A P -+??=π
当声压与测试距离的倒数成正比时（即P=K*（1/r ）），称为远场。
一般来说，远场条件为 ：r>d 且 r>d^2/λ（d 为扬声器直径，a 为扬声器半径，r 为扬声器到测试传声器之间的距离，λ为声波波长）。
A）障板和消声箱
障板和消声箱的作用主要为隔离扬声器背面产生的倒相声波，减少倒相声波对正相声波的绕射干扰，以利于测量扬声器低频的真实灵敏度。扬声器测试标准(国标、IEC推荐)中的障板尺寸如图（5）所示。在实际测量时，可根据扬声器的尺寸和自由场的条件，减小测试传声器和被测扬声器之间的距离，以达到操作方便和减少环境噪声的干扰的目的。同时也可以减小障板的尺寸。通过方便的线性换算（修正）得到被测扬声器在1米距离下的灵敏度曲线。如：一个手机上使用的扬声器，直径为10mm，在20Hz至20kHz之间，在100mm远处已能满足远场条件（即：图（4）中的r=100mm，d=10mm）。在该距离测到的灵敏度曲线减去20dB就得到被测扬声器在1米距离下的灵敏度曲线。
由于场地限制，在生产线上一般采用消声箱测试扬声器的频响。对于消声箱的尺寸，在国标中没有规定，用户可根据测试情况来确定相应的尺寸和扬声器与测试话筒之间的距离。一般来说，扬声器与测试话筒的距离与消声箱的边长之比应小于1：3。而且越小越好。如：扬声器与测试话筒的距离为18厘米，则测试用消声箱的长、宽、高都应大于48厘米。并且除了放置扬声器的一面外（测试话筒正对的一面），其余五面都应覆盖吸声材料（如海绵，吸音石棉等）尽量减少声波的反射。放置扬声器的孔位应如图（5）所示，偏离中心位置。本公司提供适用于小口径扬声器测试的消声箱，如图（6）所示（侧边长为500mm）。
1350mm
图（5）
B）测试信号
AW A6122智能电声测试仪用正弦波信号测试。测试信号输出幅度，扫频范围，扫频速度都可根据要求设置。
2．1．2 扬声器主要指标测试
AW A6122智能电声测试仪在配套扬声器测试软件时，主要可以测试扬声器的灵敏度频率响应曲线，阻抗频率响应曲线，二次谐波失真度曲线，三次谐波失真度曲线和F0等指标
并自动判断其灵敏度频响曲线是否在容许范围（容框）内。扬声器测试界面如图（7）所示。
A）灵敏度频响曲线测试
扬声器灵敏度应在自由场中测量，测试话筒应固定在扬声器的正前方，加载的信号电压及测试话筒与扬声器之间的距离应由相应的测试要求（如国标，厂标等）决定，仪器在信号输入接口（测试话筒）应连接测试传声器，信号输出接口连接被测扬声器。校准测试传声器的灵敏度。按
如果仪器“启动测量”设置为“人工”，则按
B）阻抗频率特性曲线及F0
测试扬声器阻抗时，扬声器正面应没有障碍物。本仪器采用定压法测试阻抗，参考电阻为0.25Ω，用此方法测试组抗时得到的F0比较准确。按
C）二次谐波测试
测试扬声器二次谐波时，扬声器的固定及仪器的接线与灵敏度测试一样。按
D）三次谐波测试
与二次谐波测量类似，仪器与灵敏度测量一样接线，按
图（7）
2．2 传声器（话筒）
2．2．1 试声场和声源
与扬声器测试相同，在测试传声器（话筒）灵敏度频率响应曲线时，应满足自由场远场的条件。测试用声源一般采用音箱或仿真嘴。本公司提供的仿真嘴的测试频率范围为100Hz~16kHz（不大于94dBSPL），由于仿真嘴的发声口直径为20mm，所以在其工作频率范围内，在参考轴上离参考点正前方40mm处即可满足远场条件。在生产线上一般用仿真嘴作声源测试传声器（话筒）灵敏度频率响应曲线。
如果需要测试传声器（话筒）更宽的频率范围的灵敏度频率响应曲线（如：20Hz~20kHz），则需要一个宽频带音箱作为声源。相应地，需要拉开音箱和被测传声器之间的距离（如1m），以满足远场条件。在这种情况下一般应在消声室中测试，减小反射波对测试结果的影响。在声源压缩校准时，仿真嘴和音箱与测试传声器的相对位置分别如图（8）、图（9）所示，仿真嘴和测试传声器之间的距离一般为40mm，音箱和测试传声器之间的距离一般为1000mm。校准完毕后将被测传声器固定在原校准用测试传声器位置进行测试。
对于电容式测试传声器的灵敏度频率响应曲线可采用静电激励器，由AW A6122智能电声测试仪配套专用外围电路和静电激励器测试电容式测试传声器灵敏度频率响应曲线
的装置已在本公司应用。
图（8）仿真嘴频响压缩
图（9）音箱频响压缩
2．2．2、传声器（话筒）主要指标测试
AW A6122智能电声测试仪在配套使用传声器（话筒）测试软件时，主要可以测试传声器（话筒）的灵敏度频率响应曲线，驻极体传声器工作电流等指标，并可根据测试结果分类。传声器（话筒）测试界面如图（10）所示。
在开始测试前应按仪器背后标明的提示连接主机电源线、显示器电源线、显示器信号线，在信号输出口接声源（仿真嘴、音箱等），在信号输入口接测试话筒（校准时），在被测话筒端连接被测话筒（正常测量时），在测有源话筒（咪头）时应在负载电阻端插上相应的电阻，在测无源话筒（电磁动圈话筒等）时负载电阻端应开路。由于测试用的声源频响一般不是一
条直线，应使用测试传声器将测试声源频响压缩校准，测试声源和测试传声器的相对位置由测试要求规定。校准完毕后，将校准用的测试传声器移除，被测传声器（话筒）固定到原测试传声器位置，即可开始测试。按
图（10）
仪器在测量状态下按
2．3 受话器、耳机测试
AW A6122智能电声测试仪在配套受话器测试软件时，主要可以测试受话器的灵敏度频率响应曲线，阻抗频率响应曲线，二次谐波失真度曲线，三次谐波失真度曲线和F0等指标。
图（11）
图（12）
受话器测试界面和扬声器测试界面类似，如图（11）所示。仪器的接线及操作和扬声器的测试基本一样，主要区别是：⑴受话器和耳机的各项电声指标必须紧贴仿真耳测试，如图（12）所示。⑵由于受话器的额定阻抗一般远大于扬声器的额定阻抗，所以在测试受话器（耳机）阻抗频率响应曲线时采用的参考电阻为10Ω。
2．4 耳机话筒组合件测试
AW A6122智能电声测试仪在配套耳机话筒组合件测试软件时，主要可以测试耳机（受话器）灵敏度频响曲线，话筒灵敏度频响曲线，驻极体话筒工作电流等指标。测试界面如图
（13）所示。一般用电话机测试架或仿真耳、仿真嘴固定架作为耳机话筒组合件的测试夹具。
在开始测量前，应首先对仿真耳中测试传声器的灵敏度和声源（仿真嘴）的频响进行校准，仪器的信号输入口应连接测试传声器，信号输出端连接被测耳机（受话器），仿真嘴端连接声源（仿真嘴、扬声器或音箱等），被测话筒端连接被测话筒，负载电阻端插上选用的负载电阻盒（对于驻极体话筒）。被测话筒应按要求固定在测试声源轴线的正前方，对于耳机话筒组合件上的话筒一般用仿真嘴固定架测试，对于电话机手柄应固定在电话机测试架上测试。按
图（13）
3 驻波管法吸声系数的测量
3．1材料的吸声系数
，吸声系数是描述吸声材料吸声本领的物理量，它被定义为：被吸声材料吸收的声能和入射声能之比，通常用符号a表示。测量材料吸声系数的测试方法主要分三类：声波导管法，自由场法和混响室法。前两个方法所测的是吸声材料的垂直入射（或斜入射）的吸声系数，后者所测得的是吸声材料的无规入射吸声系数。用驻波管法测量材料垂直吸声系数简单而且经济，现代声学测量用的驻波管结构参见图（14），其主要部分是一根内壁光滑，截面均匀的管子，管子的末端装以被测材料的样品，由扬声器向管子辐射的声波在管中以平面波方式传播，理论上可以证明，如故管中声波传播的频率与管子横截面几何尺寸满足下列关系时，则只有沿管轴传播的平面波。
f<(1.84/π)*(C0/D) (对于圆管)
f 式中D为圆管直径；L为方管边长；C0为空气中的声速。 平面波在材料表面反射回来，其结果是在管中建立了驻波声场，从材料表面算起管中出现了声压极大和极小的交替分布，利用可移动的探管传声器接收，在测试仪器上测出声压极大与极小的声级差（或极大值与极小值的比值）便可确定垂直入射吸声系数。虽然音频信号源输给扬声器的是单频电信号，但扬声器发出的并不一定是纯音，所以在接收端必须进行滤波才能除去不必要的高次谐波分量。由于要满足在管中传播的声波为平面波和必要的声压极大值、极小值数目，常设计有低、高频二种尺寸和长度的驻波管，分别适用于不同的频率范围。 1 2 3 4 5 1 被测材料管（试件筒） 2 驻波管（L、S两种） 3 音箱 4 探测小车 5 导轨 图（14） 测试原理：在声波的频率满足关系f<(1.84/π)*(C0/D)时，圆管只能传播平面声波，声波从试件表面反射回来，在管中形成驻波。管内的任意一处的总声压可写成： p=p i+p r 吸声系数可根据下式计算： a=4*S/(S+1)2 式中：a 为吸声系数 S为驻波比，即声压极大值与极小值间的相对比值。 如果直接读出的是声压极大值和极小值间声压级之差，则吸声系数根据下式计算： a=4*10（L/20）/(10（L/20）+1) 3．2相关标准 与驻波管法吸声系数测量相关的标准如下：1、GBJ88-85《驻波管法吸声系数与声阻抗率测量规范》。2、GB/T18696.1-2004 《声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第1部分：驻波比法》。在后一个标准中强调了应采用离开试件表面最近的一个谷点（声压极小值）和该谷点后侧（离开试件一侧）最近的一个峰点（声压极大值）来计算该试件的吸声系数。按此标准的要求，驻波管的长度必须大于测量下限信号波长的1/2。我公司常规供货的长度为1米，对于其他尺寸需要定制。在下文中主要按照后一个标准的要求介绍仪器的使用。 3．3测量过程 3．3．1 测量前的准备 A）根据要求测量的频率，选择安装低频（频率低于1900Hz）或高频（频率高于1500Hz）驻波管。在按装低频管时应使用配套的支架支撑探管，以保证探管的平直，且在管的中心位置。道轨和驻波管应尽量在同一平面上。 B）安装试件 应尽量按照试件筒的直径提取测试样品作为试件，使得试件能比交紧密地和试键桶壁相 结合，如果有空隙区应用油脂密封，避免声泄漏。同时在安装时应避免挤压试件。用户可根据需要移动试件筒内的钢板，用来调节试件后的空气柱。这样可使得测量结果和实际效果更加接近。 C）上电前应按仪器背后标明的提示连接主机电源线、显示器电源线、显示器信号线，在信号输出口用信号输出线连接驻波管中的音箱，在测试传声器端口连接测试话筒，测试话筒通过话筒连接器旋到探测小车上。仪器主机背后连线如下图所示： (1) (4) (3) （5）（6）(2) （1）、主机电源（2）、信号输出（连接音箱）（3）、测试传声器（4）、显示器（5）、打印机（6）、键盘 图（15） 3．3．2 仪器界面 在运行相应的软件后，仪器屏幕显示如图（16）所示，图中的频率位置可根据需要输入信号的频率和幅度。按F9键可显示测量结果的坐标图，也就是试件的吸声系数频响曲线图。再按〈Esc〉键可返回到图（16）界面。 图（16） 3．3．3 获取结果 A）输出信号设置 用户应根据所需要测量的频率范围要求及驻波管规定的频率范围，设置仪器输出信号的频率。根据测量到的声压级峰值、谷值设置仪器输出信号的幅度。要求测量到的声压级峰值不超过136dB，测量到的声压级谷峰值不小于50dB。 B）读取声压级峰谷值（以下操作时，〈Num_Lock〉指示灯必须熄灭。）1）将固定探管的滑块移到和音箱紧贴位置。 2）移动仪器屏幕上的光标，到所要测量的频率的第一个谷值位置，缓慢移动固定驻波管的滑块，同时读取光标位置显示的声压级，将滑块停在声压级为一个极小值的位置。此位置即为谷值位置，输入此时滑块所在位置的刻度。 3）移动仪器屏幕上的光标，到所要测量的频率的第一个峰值位置，缓慢移动固定驻波管的滑块，同时读取光标位置显示的声压级，将滑块停在声压级为一个极大值的位置。此位置即为峰值位置，输入此时滑块所在位置的刻度。 4）移动仪器屏幕上的光标，到所要测量的频率的第二个峰值位置、第二个谷值位置，或到所要测量的频率的第三个峰值位置、第三个谷值位置。重复2）条和3）条操作。可以测量到第二个峰谷值和第三个峰谷值。此条不是必须的，如果无第二、第三峰谷值则只按照第一组数据计算结果，否则按照平均值计算。 5）重复1）条、2）条、3）条、4）条操作可以测量到各个频率点的声压级峰谷值。 图（17） C）计算吸声系数 在测量到各个频率点下的声压级峰谷值后，按〈F7〉键可计算各个频率对应下的吸声系数（如果仪器已设置了密码，则必须正确输入密码才能计算）。 3．4注意事项 3．4．1 在测量时应保证试件筒和驻波管之间紧密安装，无声泄漏。 3．4．2 空管驻波比与对试件测量所得的相应值相比较，至少要高5分贝。 4 仪器的推广应用和发展方向 4．1 声级计声频频响的测试 国家质量监督检验检疫总局在2002年9月13日发布了新的《声级计计量检定规程JJG188-2002》，以替代原检定规程《JJG188-1990》和《JJG699-1990》。新规程中规定，“在声级计提供的频率计权和频率响应上，至少有一个应进行声信号和电信号检定，其他的频率计权和频率响应可使用声信号或电信号的一种。”其中的电信号检定方法与旧规程类似。声信号检定的方框图见图（2），图中的标准传声器和被检声级计相互替换。同时新规程规定，“对500Hz及500Hz以上的频率，声信号检定应在自由声场中进行，对500Hz以下的频率，声信号检定可在一个封闭耦合腔中进行。”（更详细的规定请参见新规程的7.1.3.3、7.1.3.4 条。）由于消声室和耦合腔中的声源（扬声器）所产生的声压是随着频率变化的，要使它在一定频率范围内保持恒定相对来将比较困难。如果使用传统的信号发生器和测量放大器来测量声级计的频响，在声级计的传声器旁放置一只标准传声器接收声源的声信号，再反馈到信号发生器进行压缩，虽然可以保持声源产生的声压稳定，但是，标准传声器的存在使被测声级计放在声场的影响被人为去掉，这显然不合理。因此，在新的检定规程中特别讲到在每一个测试频率要先用标准传声器测量声源的声压级，再将被测声级计的传声器放在标准传声器原来所在位置。由于声源在每一个测试频率产生的声压是不同的，因此，对各个测试频率要不断调节信号发生器的输出。这样反复更换标准传声器与声级计，再反复调节信号发生器的输出，操作会非常费时费力，这也是许多计量检定人员最感困惑的事。针对这个情况，我公司在现有的产品“AW A6122型智能电声测试仪”的基础上开发了一套声级计频响自动测量系统，用来检测我公司生产的全系列声级计。目前本公司一直在正常使用。 4．2、AW A6122+双通道电声测试仪用于传声器、MIC的测试 AW A6122+型双通道电声测试仪的测量部分采用了双路信号放大和数字检波电路，数字检波电路是我公司设计开发并具有专利的一款模拟信号输入、RS232接口对数数字输出的电路，其动态范围大于80dB，频率范围10Hz~20kHz，准确度1级，目前主要在我公司声级计上应用。图18是该仪器配合有源耦合腔用于测试电容传声器测试的示意图，从图18 图18 双通道电声测试仪和有源耦合腔工作示意图 中可知，仪器控制信号源产生一个正弦信号，加载到有源耦合腔上，耦合腔内产生一个对应的声压级。A通道（实验室标准传声器）、B通道（测试电容传声器），同时测量此声压级，经信号放大、数字检波后送到计算机的数据处理单元，仪器上同时读取两个通道对应的数值， 且： L DAi=L Pi+L SAi+G A-94 （1） L DBi=L Pi+L SBi+G B-94 （2） （1）-（2）则： L DAi-L DBi=L SAi-L SBi+G A-G B（3） L SBi=L SAi+G A-G B-L DAi+L DBi（4） 以上等式中，L Pi为耦合腔内各频率对应的声压级，单位为dBSPL(0dB以20μPa为参考)；L SAi为A通道实验室标准传声器各频率对应的灵敏度级(已知)，单位为dBV/Pa；L DAi 为A通道各频率对应仪器读数（单位为dB)；L DBi为B通道各频率对应仪器读数（单位为dB)；G A和G B分别为A和B通道信号增益，单位为dB；94表示1Pa声压对应94dB声压级。 仪器两个通道的增益相同，即G A-G B近似为0，误差小于0.1dB，故等式（4）可转化为： L SBi=L SAi-L DAi+L DBi（5） 通过以上步骤可得到B通道测试电容传声器各频率对应的灵敏度级L SBi(单位为dBV/Pa)，也就是该测试电容传声器的频响。在实际测试中，由于仪器的测试上限为134dB，而数字检波器的动态范围为80dB，故在测试时应控制信号源的输出，使得有源耦合腔内的声压级为54dB到134dB之间。用此方法可避免静电激励器测试时存在的缺点。 驻极体传声器的工作原理如图19所示，需要一个直流电压“Vcc”供电，图中“Vo”表示该驻极体传声器接收声信号对应的输出电信号。对于不同规格型号的驻极体传声器“Vcc”和“电阻”值有不同的要求。为此仪器中专门设计了一个由D/A控制的可编程直流电源电路作为驻极体传声器的工作电压，图19中的“电阻”可通过仪器接口外接（这部分电路在图18中没画出）。 图19驻极体传声器的工作原理 和测试电容传声器比较，驻极体传声器在测量时不需要前置放大电路。将图18中A 通道实验室标准传声器更换成一个频响已知的测试电容传声器，B通道测试电容传声器位置（包含前置放大器部分）更换成被测驻极体传声器，配合仪器中可编程电源电路作为被测驻极体传声器的工作电源，将图19中的“Vo”端连接到图18中的B通道“信号放大”的输入端，也可以按等式（5）得到该被测驻极体传声器的频响。由于测试电容传声器的频响、稳定性指标远高于仿真嘴、声源的指标，故用此方法可大大提高测试结果的准确性，减少仪器的校准次数，使测试操作更加简单方便，提高生产效率。 4．3、双通道数字信号电声测试仪 该仪器目前正在开发阶段，除了包含以上仪器的功能外，更加丰富了软件功能，包括采用传递函数法实现吸声系数的测量。使得各种测量更加方便快捷。 附件：仪器照片 《机械工程测试技术基础》试题1 一、 填空题（20分，每空1分） 1.测试技术是测量和实验技术的统称。工程测量可分为 静态测量 和 动态测量 。 2.测量结果与 被测真值 之差称为 测量误差 。 3.将电桥接成差动方式习以提高 ，改善非线性，进行 补偿。 4.为了 温度变化给应变测量带来的误差，工作应变片与温度补偿应变片应接在 桥臂上。 5．调幅信号由载波的 携带信号的信息，而调频信号则由载波的 携带信号的信息。 6．绘制周期信号()x t 的单边频谱图，依据的数学表达式是 ，而双边频谱图的依据数学表达式是 。 7．信号的有效值又称为 ，有效值的平方称为 ，它描述测试信号的强度(信号的平均功率)。 8．确定性信号可分为周期信号和非周期信号两类，前者频谱特点是 ，后者频谱特点是 。 9.为了求取测试装置本身的动态特性，常用的实验方法是 和 。 10.连续信号()x t 与0()t t δ-进行卷积其结果是：0()()x t t t δ*-= 。其几何意义是 。 二、 选择题（20分，每题2分） 1．直流电桥同一桥臂增加应变片数时，电桥灵敏度将( )。 A ．增大 B ．减少 C.不变 D.变化不定 2．调制可以看成是调制信号与载波信号( )。 A 相乘 B ．相加 C ．相减 D.相除 3．描述周期信号的数学工具是( )。 A ．相关函数 B ．拉氏变换 C ．傅氏变换 D.傅氏级数 4．下列函数表达式中，( )是周期信号。 A ．5cos100()0 t t x t t π? ≥?=? ? 机械工程测试技术基础(第三版)试卷集. 一、填空题 １、周期信号的频谱是离散的，而非周期信号的频谱是的。 ２、均方值Ψx2表示的是信号的强度，它与均值μx、方差σx2的关系是。 ３、测试信号调理电路主要有、、。 ４、测试系统的静态特性指标有、、。 ５、灵敏度表示系统输出与输入之间的比值，是定度曲线的。 ６、传感器按信号变换特性可分为、。 } ７、当时，可变磁阻式电感传感器的输出和输入成近似线性关系，其灵敏度S趋于。 ８、和差特性的主要内容是相临、相反两臂间阻值的变化量符合、的变化，才能使输出有最大值。 ９、信号分析的过程主要包括：、。 10、系统动态特性在时域可用来描述，在复数域可用来描述，在频域可用来描述。 11、高输入阻抗测量放大电路具有高的共模抑制比，即对共模信号有抑制作用，对信号有放大作用。 12、动态应变仪上同时设有电阻和电容平衡旋钮，原因是导线间存在。 13、压控振荡器的输出电压是方波信号，其与输入的控制电压成线性关系。 14、调频波的解调又称，其解调电路称为。 — 15、滤波器的通频带宽和响应时间成关系。 16、滤波器的频率分辨力主要由其决定。 17、对于理想滤波器，滤波器因数λ＝。 18、带通滤波器可由低通滤波器（f c2）和高通滤波器（f c1）而成（f c2> f c1）。 19、测试系统的线性度和滞后度是由误差引起的；而重复性误差是 由误差引起的。 二、问答题（共30分） １、什么是测试说明测试系统的构成及各组成部分的作用。（10分） ２、— ３、说明电阻丝应变片和半导体应变片的异同点，各有何优点（10分） ４、选用传感器的原则是什么（10分） 三、计算题（共55分） １、已知信号x(t)=e-t(t≥0)， (1) 求x(t)的频谱函数X(f)，并绘制幅频谱、相频谱。 (2) 求x(t)的自相关函数R x (τ) 。（15分） ２、二阶系统的阻尼比ξ=，求ω=ωn时的幅值误差和相位误差，如果使幅值误差不大于10％，应取多大阻尼比。（10分）３、一电容传感器，其圆形极板r = 4mm，工作初始间隙δ0 =0.3mm， ￥ （1）工作时如果传感器的工作间隙变化Δδ=±2μm，求电容的变化量。 （2）如果测量电路灵敏度S1=100mv/pF，读数仪表灵敏度S2=5格/mv，在 Δδ=±2μm时，读数仪表的指示值变化多少格 （ε0 = ×10-12 F/m）(8分) ４、已知RC低通滤波器的R=1KΩ，C=1MF，当输入信号μx= 100sin1000t时， 求输出信号μy 。（7分） ５、（1）在下图中写出动态应变仪所包含的各个电路环节。 （2）如被测量x(t) = sinωt，载波y(t)=sin6ωt，画出各环节信号的波形图。(15分 。 一、填空题： 《机械工程测试技术》实验指导书 编者：郑华文刘畅 昆明理工大学机电学院实验中心 2014年5月 说明和评分 1学生按照实验预约表进行实验；在实验前，需对理论教学中相关内容做做复习并对实验指导书进行预习，熟悉实验内容和要求后才能进入实验室进行实验。在实验中，不允许大声喧哗和进行与实验不相关的事情。 2进入实验室后，应遵守实验室守则，学生自己应发挥主动性和独立性，按小组进行实验，在操作时应对实验仪器和设备的使用方法有所了解，避免盲目操作引起设备损坏，在动手操作时，应注意观察和记录。 3根据内容和要求进行试验，应掌握开关及的顺序和步骤：1）不允许带负荷开机。输出设备不允许有短路，输入设备量程处于最大，输出设备衰减应处于较小。2）在实验系统上电以后，实验模块和实验箱，接入或拔出元件，不允许带电操作，在插拔前要确认不带电，插接完成后，才对实验模块和试验箱上电。3）试验箱上元件的插拔所用连线，在插拔式用手拿住插头插拔，不允许直接拉线插拔。4）实验中，按组进行试验，实验元件也需按组取用，不允许几组混用元件和设备。 4在实验过程中，在计算机上，按组建立相关实验文件，实验中的过程、数据、图表和实验结果，按组记录后，各位同学拷贝实验相关数据文件等，在实验报告中应有反应。对实验中的现象和数据进行观察和记录。 实验评分标准： 1）实验成绩评分按实验实作和实验报告综合评分：实验实作以学生在实验室中完成实验表现和实验结果记录文件评定，评定为合格和不合格；实验报告成绩：按照学生完成实验报告的要求，对实验现象的观察、思考和实验结果的分析等情况评定成绩。初评百分制评定。 2）综合实验成绩评定按百分制。 《机械工程测试技术基础》课程教学大纲 课程代码： 课程英文名称：Foundation of Mechanical Measure Engineering 课程总学时：40 讲课：32 实验：8 上机：0 适用专业：机械设计制造及其自动化，机械电子工程 大纲编写（修订）时间：2016 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 1．《机械工程测试技术基础》课程适用于机械设计制造及自动化专业本科（四年学制），是学生的专业基础必修课。在机械制造领域，无论是在机械系统研究过程分析还是机械自动加工控制系统中，工程测试技术应用及其普遍，所以掌握必要的测试技术基础知识和技术基础，对做好机械制造专业的工作尤为重要。 2．课程教学内容方面侧重于测试技术基本知识、基本理论和基本方法，着重培养学生运用所学知识解决实际测量问题的实践能力。因此，本门课程的教学目标是：掌握非电量电测法的基本原理和测试技术；常用的传感器、中间变换电路及记录仪器的工作原理及其静、动态特性的评价方法；测试信号的分析、处理方法。培养学生能够根据测试目的选用合适的仪器组建测试系统及装置，使学生初步掌握进行动态测试所需的基本知识和技能；掌握位移、振动、温度、力、压力、噪声等常见物理量的测量和应用方法；掌握计算机测量系统、虚拟仪器等方面的基础知识；并能了解掌握新时期测试技术的更新内容及发展动向，为进一步研究和处理机械工程技术问题打好基础。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1．要求掌握物理学上的电磁学理论知识、控制工程基础中的系统分析方法、电工学的电路分析理论。 2．要求掌握电工实验独立动手能力和仪器的操作能力。 3．掌握测试技术基本知识、基本技能，具备检测技术工程师的基本素质与能力，能应对生产和科研中遇到的测试系统设计以及传感器的选型、调试、数据处理等方面的问题，初步形成解决科研、生产实际问题的能力。 （三）实施说明 本课程是一门技术基础课，研究对象为机械工程中常见动态机械参数，主要讲授有关动态测试与信号分析处理的基本理论方法；测试装置的工作原理、选择与使用。为后续专业课、选修课有关动态量的实验研究打基础，并直接应用于生产实践、科学研究与日常生活有关振动噪声、力、温度等参量的测试中。 1．从进行动态测试工作所必备的基本知识出发，学生学完本课程后应具备下列几方面的知识： （1）掌握信号的时域和频域的描述方法，重点阐述建立明确的频谱概念，掌握信号强度的表达式、频谱分析和相关分析的基本原理和方法，了解功率谱密度函数及应用和数字信号分析的一些基本概念。明白波形图、频谱图的含义，具备从示波器、频谱分析仪中读取解读测量信息的能力。 （2）测试装置的基本特性部分:掌握系统传递函数、频响函数以及一、二阶系统的静动态特性的描述及测试方法，掌握测试装置的基本特性评价方法和不失真条件，并能正确运用于测试装置分析和选择。 机械工程测试技术期末 考试试题A Document number【AA80KGB-AA98YT-AAT8CB-2A6UT-A18GG】 《机械工程测试技术基础》课程试题A 一、填空题（20分，每空1分） 1.测试技术是测量和实验技术的统称。工程测量可分为_____和_____ 。 2.测量结果与_____ 之差称为_____ 。 3.将电桥接成差动方式习以提高_____ ，改善非线性，进行_____ 补偿。 4.为了_____温度变化给应变测量带来的误差，工作应变片与温度补偿应变片应接在 _____。 5．调幅信号由载波的_____携带信号的信息，而调频信号则由载波的_____ 携带信号的信息。 6．绘制周期信号()x t 的单边频谱图，依据的数学表达式是 _____，而双边频谱图的依据数学表达式是 _____。 7．信号的有效值又称为_____，有效值的平方称为_____，它描述测试信号的强度(信号的平均功率)。 8．确定性信号可分为周期信号和非周期信号两类，前者频谱特点是_____，后者频谱特点是_____。 9.为了求取测试装置本身的动态特性，常用的实验方法是_____和_____。 10.连续信号()x t 与0()t t δ-进行卷积其结果是：0()()x t t t δ*-= _____。其几何意义是_____。 二、选择题（20分，每题2分） 1．直流电桥同一桥臂增加应变片数时，电桥灵敏度将( )。 A ．增大 B ．减少 C.不变 D.变化不定 2．调制可以看成是调制信号与载波信号( )。 A 相乘 B ．相加 C ．相减 D.相除 3．描述周期信号的数学工具是( )。 A ．相关函数 B ．拉氏变换 C ．傅氏变换 D.傅氏级数 4．下列函数表达式中，( )是周期信号。 A ． 5cos100()00t t x t t π?≥?=?? 数字电子技术实验 简要讲义 适用专业：电气专业 编写人：于云华、何进 中国石油大学胜利学院机械与控制工程学院 2015.3 目录 实验一：基本仪器熟悉使用和基本逻辑门电路功能测试 (3) 实验二：小规模组合逻辑电路设计 (4) 实验三：中规模组合逻辑电路设计 (5) 实验四：触发器的功能测试及其应用 (7) 实验五：计数器的功能测试及其应用 (8) 实验六：计数、译码与显示综合电路的设计 (9) 实验一：基本仪器熟悉使用和常用门电路逻辑功能测试 (建议实验学时：2学时) 一、实验目的： 1、熟悉实验仪器与设备，学会识别常用数字集成芯片的引脚分配； 2、掌握门电路的逻辑功能测试方法； 3、掌握简单组合逻辑电路的设计。 二、实验内容： 1、测试常用数字集成逻辑芯片的逻辑功能：74LS00，74LS02，74LS04，74LS08，74LS20，74LS32，74LS86等（预习时查出每个芯片的逻辑功能、内部结构以及管脚分配）。 2、采用两输入端与非门74LS00实现以下逻辑功能： ① F=ABC ② F=ABC③ F=A+B ④ F=A B+A B 三、实验步骤：（学生根据自己实验情况简要总结步骤和内容）主要包括： 1、实验电路设计原理图；如：实现F=A+B的电路原理图： 2、实验真值表； 3、实验测试结果记录。如： 输入输出 A B F3 00灭 四、实验总结： （学生根据自己实验情况，简要总结实验中遇到的问题及其解决办法）注：本实验室提供的数字集成芯片有： 74LS00, 74LS02,74LS04,74LS08,74LS20,74LS32,74LS74，74LS90,74LS112， 74LS138，74LS153, 74LS161 实验二：小规模组合逻辑电路设计 (建议实验学时：3学时) 一、实验目的： 1、学习使用基本门电路设计、实现小规模组合逻辑电路。 2、学会测试、调试小规模组合逻辑电路的输入、输出逻辑关系。 二、实验内容： 1、用最少的门电路设计三输入变量的奇偶校验电路：当三个输入端有奇数个1时，输出为高，否则为低。（预习时画出电路原理图，注明所用芯片型号） 2、用最少的门电路实现1位二进制全加器电路。（预习时画出电路原理图，注明所用芯片型号） 3、用门电路实现“判断输入者与受血者的血型符合规定的电路”，测试其功能。要求如下：人类由四种基本血型：A、B、AB、O 型。输血者与受血者的血型必须符合下述原则： O型血可以输给任意血型的人，但O型血的人只能接受O型血； AB型血只能输给AB型血的人，但AB血型的人能够接受所有血型的血； A 型血能给A型与AB型血的人；但A型血的人能够接受A型与O型血； B型血能给B型与AB型血的人，而B型血的人能够接受B型与O型血。 试设计一个检验输血者与受血者血型是否符合上述规定的逻辑电路，如果符合规定电路，输出高电平（提示：电路只需要四个输入端，它们组成一组二进制数码，每组数码代表一对输血与受血的血型对）。 约定“00”代表“O”型 “01”代表“A”型 “10”代表“B”型 “11”代表“AB”型（预习时画出电路原理图，注明所用芯片型号） 三、实验步骤：（学生根据自己实验情况简要总结步骤和内容），与实验一说明类似。 《机械工程测试技术基础》课程试题A 一、填空题（20分，每空1分） 1.测试技术是测量和实验技术的统称。工程测量可分为静态测量和动态测量。 2.测量结果与被测真值之差称为绝对误差。 3.将电桥接成差动方式习以提高灵敏度，改善非线性，进行温度补偿。 4.为了补偿温度变化给应变测量带来的误差，工作应变片与温度补偿应变片应接在相邻。 5．调幅信号由载波的幅值携带信号的信息，而调频信号则由载波的频率携带信号的信息。 6．绘制周期信号()x t 的单边频谱图，依据的数学表达式是傅式三角级数的各项系数，而双边频谱图的依据数学表达式是傅式复指数级数中的各项级数。 7．信号的有效值又称为均方根值，有效值的平方称为均方值，它描述测试信号的强度(信号的平均功率)。 8．确定性信号可分为周期信号和非周期信号两类，前者频谱特点是离散的，后者频谱特点是连续的。 9.为了求取测试装置本身的动态特性，常用的实验方法是频率响应法和阶跃响应法。 10.连续信号()x t 与0()t t δ-进行卷积其结果是：0()()x t t t δ*-= X(t-t0)。其几何意义是把原函数图像平移至t0的位置处。 二、选择题（20分，每题2分） 1．直流电桥同一桥臂增加应变片数时，电桥灵敏度将(C)。 A ．增大 B ．减少 C.不变 D.变化不定 2．调制可以看成是调制信号与载波信号(A)。 A 相乘 B ．相加 C ．相减 D.相除 3．描述周期信号的数学工具是(D)。 A ．相关函数 B ．拉氏变换 C ．傅氏变换 D.傅氏级数 4．下列函数表达式中，(C)是周期信号。 A ．5cos100()00t t x t t π?≥?=?? 电工与电子技术实验讲义 实验一 晶体管共射极单管放大电路 一、实验目的 （1）熟悉电子电路实验中常用的示波器、函数信号发生器的主要技术指标、性能及使用方法。 （2）掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。 （3）学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。 （4）掌握放大器电压放大倍数、输入电阻* 、输出电阻* 的测试方法。 二、实验原理 图2-1为电阻分压式工作点稳定的共射极单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用R B1和R B2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻R F 和R E ，以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加入输入信号i u 后，在放大器的输出端便可得到一个与i u 相位相反、幅值被放大了的输出信号0u ，从而实现了电压放大。 图2-1 共射极单管放大器实验电路 在图2-1电路中，当流过偏置电阻RB1和RB2的电流远大于晶体管V 的基极电流IB 时(一般5-10倍)， 则其静态工作点可用下式估算 )(E F C C CC CE F E BE B E R R R I U U R R U U I ++-=+-= 电压放大倍数 //(1)C L u be F R R A r R β β=-++ 输入电阻 be B B i r R R R ////21= 输出电阻 C R R ≈0 由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。 在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据；在完成设计和装配以后，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。一个优质的放大器，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。 关于机械工程测试技术的 发展及其应用领地的探索 1、引言21世纪是一个伟大的世纪，对于一个学习机械工程类的学生而言，要想在这个充满魔力的世纪里大放光彩，为祖国的繁荣发展贡献出自己的一份力量，在市场逐渐趋于饱和状态的同时能够独立创新，迎合时代的发展，这就对我们当代大学生就提出了一个空前的挑战和机遇。 2，关于我国机械制造业的现状目前，我国机械制造业远远落后于世界发达国家，特别在高技术含量，大型高效或精密、复杂的机电新产品开发方面，缺乏现代设计理论和知识的积累，实验研究和开发能力较弱，停留在引进与仿制国外同类产品阶段，大部分关键机电产品不能自主开发和独立设计，仍然需要依靠进口或引进技术。造成这种情况的重要原因之一就是缺乏掌握现代设计理论知识，具有实验研究和创新开发能力的人才 工业设备在制造过程及整机性能测试中离不开各种机械量和几何量，有些工业设备在运行中还要经常对多种物量进行检测或监视，包括位移、速度、加速度、力、力矩、功率、压力、流量、温度、硬度、密度、湿度、比重、黏度、长度、角度、形状、位置、表面粗糙度、表面波形等，这些均属于物理量。实际生产、生活和科学实验中还会遇到化学量、生物量（包括医学），而所有这一切，从信号工程的角度来看，都需要通过传感器，将其转换成电信号（近代还可以转换成光信号），而后再进行信号的传输、处理、存储、显示、控制……， 从信息的角度看，这些信号连同声音和图象信息都是信息的源头，所以传感器和检测仪表、测量仪表是信息科学技术的三部分（信息获取、信息传输、信息处理）中的重要部分 为有效控制机电一体化系统的运作提供必须的相关信息。随着人类探知领域和空间的拓展，电子信息种类日益繁多，信息传递速度日益加快，信息处理能力日益增强，相应的信息采集——传感技术也将日益发展，传感器也将无所不在。逐步在世界范围内掀起一股“检测传感器热”，各先进工业国都极为重视传感技术和传感器研究、开发和生产，检测传感器及其系统生产已成为重要的新兴行业。传感器技术包括敏感机理，敏感材料，工艺设备和计测技术四个方面约有30多种技术。随着微电子技术的发展，传感器技术发展很快，我国研发的力量尚需大量投入，特别要加强具存自主知识产权的传感器的创新开发。科研成果的转化及传感器生产产业化问题，在我国更是迫在眉睫的问题，在批量生产情况下，控制传感器产品性能（主要是稳定性、可靠性），使之合格率达到商业化产业要求，就需要有先进的制造工艺和自动化水平很高的工艺设备，因此应在开发专用工艺设备上下功夫，解决传感器生产产业化的“瓶颈”问题。在传感器的应用上，特别是新型传感器的应用上，还得大力推广，改革开放创造了市场经济条件，各种工业设备应用了先进的传感器，这扩大了传感器市场，也使我国新型传感器生产产业化有了动力。 在传感器生产产业化过程中，应该在引进国际技术和自主创新两方面都不放松。在引进国外先进技术中，可以提高自己的技术， 第1章绪论 1 计量、测试、测量的概念。 2 测试系统的组成及各环节的作用，并举例说明。 第2章传感器 1 在机械式传感器中，影响线性度的主要因素是什么？可举例说明。 解答：主要因素是弹性敏感元件的蠕变、弹性后效等。 2 试举出你所熟悉的五种机械式传感器，并说明它们的变换原理。 解答：气压表、弹簧秤、双金属片温度传感器、液体温度传感器、毛发湿度计等。 3 电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各有何优缺点？应如何针对具体情况来选用？ 解答：电阻丝应变片主要利用形变效应，而半导体应变片主要利用压阻效应。 电阻丝应变片主要优点是性能稳定，现行较好；主要缺点是灵敏度低，横向效应大。 半导体应变片主要优点是灵敏度高、机械滞后小、横向效应小；主要缺点是温度稳定性差、灵敏度离散度大、非线性大。 选用时要根据测量精度要求、现场条件、灵敏度要求等来选择。 4 有一电阻应变片，其灵敏度S g＝2，R＝120。设工作时其应变为1000，问R＝？设将此应变片接成如图所示的电路，试求：1）无应变时电流表示值；2）有应变时电流表示值；3）电流表指示值相对变化量；4）试分析这个变量能否从表中读出？ 解：根据应变效应表达式R/R=S g得 R=S g R=2100010-6120=0.24 1）I1=1.5/R=1.5/120=0.0125A=12.5mA 2）I2=1.5/(R+R)=1.5/(120+0.24)0.012475A=12.475mA 3）=(I2-I1)/I1100%=0.2% 4）电流变化量太小，很难从电流表中读出。如果采用高灵敏度小量程的微安表，则量程不够，无法测量12.5mA的电流；如果采用毫安表，无法分辨0.025mA的电流变化。一般需要电桥来测量，将无应变时的灵位电流平衡掉，只取有应变时的微小输出量，并可根据需要采用放大器放大。 3-5 电感传感器（自感型）的灵敏度与哪些因素有关？要提高灵敏度可采取哪些措施？采取这些措施会带来什么样后果？ 《机械工程测试技术基础》 实验指导书 戴新编 广州大学 2017.4 前言 测试技术顾名思义是测量和试验的技术。测试技术学习的最终目的是要解决实际问题，所以和理论课程相比，测试技术的实践环节显得更为关键。《机械工程测试技术实验》旨在提高学生综合应用从各门课程中学到的单元技术知识，独立构建、调试测试系统的能力，强化学生对测试系统工程实际的感性认识。它综合体现了各种单元技术在测试工程实际中的应用，是测试专业的学生接触工程实际的开始。 测试技术覆盖了很多知识领域，从测试信号的基本概念到现代测试信号分析方法，从传感器的基本原理到一个复杂大型的测试系统的建立，但在实际中，无法在一门课程里囊括所有这些知识和经验。本指导书根据目前实验室现有的实验条件及教学计划中的学时数，紧密结合理论教学，选择了一些重要的基本内容，实验主要为验证性实验，采用传统的实验模式，由实验教师指导学生完成实验。 通过实验，希望能够使学生牢固、熟练地掌握各种测试仪器的使用，学会调试测试系统的基本方法，包括传感器的使用，信号调理电路、数字化电路及显示单元的调试，在此基础上初步学会自行组建测试系统，并能够独立调试。 具体内容应包括：a.常用测试仪器的使用：在传感器使用及系统组建、调试的过程掌握示波器、数字万用表、信号发生器、稳压电源等的使用。b.传感器的使用：熟悉热电偶传感器、加速度传感器、液位传感器、转速传感器等原理及使用。c.常见物理量测试实验：温度测试实验、转速测试实验、液位测试实验、振动测试实验。由于条件限制，以上的实验内容还只能部分涉及。 实验完成后按要求应提交实验报告。实验报告是一种工程技术文件，是实验研究的产物。学生完成教学实验写出的报告，会为将来进行工程实验、科学研究书写实验报告打下基础，乃至于养成一种习惯，因此应按工程实际要求学生：内容如实，数据可靠；语言明确、简洁；书写工整、规范。实验报告的基本内容应包括实验题目、实验目的、实验仪器和设备（必要时画出连接图）、实验方法、实验结果（包括图表、数字、文字、表达式等）、对实验方法或结 机械工程测试技术基础 实验报告 学号：0801130801 学生: 俞文龙 指导老师：邓春萍 实验一电阻应变片的粘贴及工艺 一、实验目的 通过电阻应变片的粘贴实验，了解电阻应变片的粘贴工艺和检查方法及应变片在测试中的作用，培养学生的动手能力。 二、实验原理 电阻应变片实质是一种传感器，它是被测试件粘贴应变片后在外载的作用下，其电阻丝栅发生变形阻值发生变化，通过阻桥与静动态应变仪相连接可测出应变大小，从而可计算出应力大小和变化的趋势，为分析受力试件提供科学的理论依据。 三、实验仪器及材料 QJ－24型电桥、万用表、兆欧表、电烙铁、焊锡、镊子、502胶、丙酮或酒精、连接导线、防潮材料、棉花、砂纸、应变片、连接片。 四、实验步骤 1、确定贴片位置 本实验是在一梁片上粘贴四块电阻应变片，如图所示： 2、选片 1）种类及规格选择 应变片有高温和常温之分，规格有3x5，2x4，基底有胶基箔式和纸基箔式。常用是3*5 胶基箔式。 2)阻值选择： 阻值有120欧，240欧，359欧，500欧等，常用的为120欧。 3)电阻应变片的检查 a.外观检查，用肉眼观察电阻应变是否断丝，表面是否损坏等。 b.阻值检查：用电桥测量各片的阻值为配组组桥准备。 4)配组 电桥平衡条件：R1*R3 = R2*R4 电桥的邻臂阻值小于0.2欧。 一组误差小于0.2% 。在测试中尽量选择相同阻值应变 片组桥。 3．试件表面处理 1) 打磨，先粗打磨，后精细打磨 a. 机械打磨，如砂轮机 b. 手工打磨，如砂纸 打磨面积应大于应变片面积2倍，表面质量为Ra = 3.2um 。应成45度交叉打磨。因为这样便于胶水的沉 积。 2)清洁表面 用棉花粘积丙酮先除去油污，后用酒精清洗，直到表面干净为止。 3)粘贴。涂上502胶后在电阻应变片上覆盖一薄塑料模并加压，注意电阻应变片的正反面。反面涂胶，而正面不涂胶。应变片贴好后接着贴连接片。 4)组桥：根据要求可组半桥或全桥。 5)检查。 用万用表量是否断路或开路，用兆欧表量应变片与被测试件的绝缘电阻，静态测试中应大于100M欧，动态测试中应大于50M欧。 6)密封 为了防止电阻应变被破坏和受潮，一般用AB胶覆盖在应变片上起到密封和保护作用，为将来长期监测做好准备。 五实验体会与心得 本次亲自动手做了应变片的的相关实验，对应变片有了进一步的认识，通过贴应变片组成电桥，认识并了解了应变片的粘贴工艺过程，以及对应变片在使用之前是否损坏的检查。通过实验，进一步了解了应变片在试验中的作用，同时也锻炼了自身的动手能力。 机械工程测试技术基础第三版熊诗波 绪论 0-1 叙述我国法定计量单位的基本内容。 解答：教材P4~5，二、法定计量单位。 0-2 如何保证量值的准确和一致？ 解答：（参考教材P4~6，二、法定计量单位~五、量值的传递和计量器具检定） 1、对计量单位做出严格的定义； 2、有保存、复现和传递单位的一整套制度和设备； 3、必须保存有基准计量器具，包括国家基准、副基准、工作基准等。 3、必须按检定规程对计量器具实施检定或校准，将国家级准所复现的计量单位量值经过各级计算标准传递到工作计量器具。 0-3 何谓测量误差？通常测量误差是如何分类表示的？ 解答：（教材P8~10，八、测量误差） 0-4 请将下列诸测量结果中的绝对误差改写为相对误差。 ①1.0182544V±7.8μV ②(25.04894±0.00003)g ③(5.482±0.026)g/cm2 解答： ① ② ③ 0-5 何谓测量不确定度？国际计量局于1980年提出的建议《实验不确定度的规定建议书INC-1(1980)》的要点是什么？ 解答： (1)测量不确定度是表征被测量值的真值在所处量值范围的一个估计，亦即由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。 (2)要点：见教材P11。 0-6为什么选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程？为什么是用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用？用量程为150V的0.5级电压表和量程为30V的1.5级电压表分别测量25V电压，请问哪一个测量准确度高？ 解答： (1)因为多数的电工仪表、热工仪表和部分无线电测量仪器是按引用误差分级的（例如，精度等级为0.2级的电表，其引用误差为0.2%），而 引用误差=绝对误差/引用值 其中的引用值一般是仪表的满度值(或量程)，所以用电表测量的结果的绝对误差大小与量程有关。量程越大，引起的绝对误差越大，所以在选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程。 测试技术实验指导书 交通运输工程学院测控室 2005年5月10日 实验一应变片的粘贴与检验 一、实验目的： 1、了解应变敏感元件——应变片的构造、特点。 2、掌握箔式应变片的粘贴方法。 3、掌握对已粘贴好的应变片的检验方法。 二、实验设备： 电桥一个万用表一个 兆欧表一个应变片 连接片粘结剂502 清洗剂酒精或丙酮红外线灯 三、实验要求： 1、观察、选择和检验应变片： 1）、观察各种类型和规格的应变片的构造、了解其特点。 2）、根据测试需要选择不同阻值和类型的应变片。 3）、先检查应变片完好后，先用万用表、再用电桥测出应变片的准确阻值、要求组成同一电桥的各应变片的灵敏度系数相同，其阻值相差应小于0.5欧。 2、试件表面的清洗及处理： 1）、除去试件表面的铁锈、油漆和污物。 2）、用锉刀、砂布等打磨试件的粘贴处、光洁度应达到5左右。 3）、用划针在测点处划出应变片的定位线。 4）、用清洗剂对试件进行清洗。 3、粘贴应变片 1）、在测点和应变片的反面均匀的涂上一层502胶，将应变片涂胶的一面放到测点上并对好定位线。 2）、在应变片的正面复盖上一小片滤纸或塑料薄膜，防止粘手，然后用手指沿应变片的纵向、向一个方向滚压，挤出应变片下的气泡和多余的胶水。 3）、按住应变片不动，保持3分钟左右即可 （注：如果不是瞬干胶，则要晾干24小时） 3、安装接线： 1）、在应变片的引出线端约2厘米处粘一小块联接片。 2）、将应变片的引出线烫上锡并套上套管。 3）、将应变片的引出线在联接片上焊接好 4、贴片质量检查： 1）、用万用表测量应变片的引出线，检查在贴片的过程是否造成短路、断路。 2）、用兆欧表测量应变片与试件间的绝缘电阻，要求达到或大于100兆欧，如果未达到，可用红外线灯烘烤，直到达到要求为止。 《机械工程测试技术基础》课后答案 章节测试题 第一章 信号及其描述 （一）填空题 1、 测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来 传输的。这些物理量就是 ，其中目前应用最广泛的是电信号。 2、 信号的时域描述，以 为独立变量；而信号的频域描述，以 为独立变量。 3、 周期信号的频谱具有三个特 点： ， ， 。 4、 非周期信号包括 信号和 信号。 5、 描述随机信号的时域特征参数有 、 、 。 6、 对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是 对称，虚频谱（相频谱）总是 对 称。 （二）判断对错题（用√或×表示） 1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。（ ） 2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。（ ） 3、 非周期信号的频谱一定是连续的。（ ） 4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。（ ） 5、 随机信号的频域描述为功率谱。（ ） （三）简答和计算题 1、 求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值μ|x|和均方根值x rms 。 2、 求正弦信号)sin()(0?ω+=t x t x 的均值x μ，均方值2x ψ，和概率密度函数p(x)。 3、 求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。 4、 求被截断的余弦函数???≥<=T t T t t t x ||0 ||cos )(0ω的傅立叶变换。 5、 求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t e t x at ω的频谱。 第二章 测试装置的基本特性 （一）填空题 1、 某一阶系统的频率响应函数为121 )(+=ωωj j H ，输入信号2 sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω ，幅值=y ，相位=φ 。 2、 试求传递函数分别为5.05.35.1+s 和222 4.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的 总灵敏度。 3、 为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有 、 和 。 4、 当测试系统的输出)(t y 与输入)(t x 之间的关系为)()(00t t x A t y -=时，该系统能实现 测试。此时，系统的频率特性为=)(ωj H 。 5、 传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的 越小。 6、 一个理想的测试装置，其输入和输出之间应该具有 关系为最佳。 （二）选择题 1、 不属于测试系统的静特性。 （1）灵敏度 （2）线性度 （3）回程误差 （4）阻尼系数 2、 从时域上看，系统的输出是输入与该系统 响应的卷积。 （1）正弦 （2）阶跃 （3）脉冲 （4）斜坡 材料科学与工程基础实验讲义 华南农业大学材料与能源学院 现代材料科学与工程基础实验讲义 供材料科学专业本科生使用 胡航 2016-02-30 实验一 金属纳米颗粒的化学法制备 一、实验内容与目的 1. 了解并掌握金属纳米颗粒的化学法制备过程并制备Au 或Ag 纳米颗粒。 2. 了解金属纳米颗粒的光学特征。 二、实验原理概述 化学制备法是制备金属纳米微粒的一种重要方法，在基础研究和实际应用中被广泛采用。贵金属纳米颗粒的化学法制备主要有溶胶凝胶法、电镀法、氧化还原法等。其中氧化还原法又包括热分解和辐照分解等。贵金属纳米颗粒具有广泛的应用，如生物医学领域的杀菌，物理化学领域的催化等。本实验以金胶为例介绍交替法制备贵金属纳米颗粒，并以硝酸银在烷基胺中的热分解为例介绍表面活性剂中氧化还原法制备贵金属纳米颗粒。 1. 胶体金属（Au 、Ag ）的成核与生长 总的来说，化学法制备金属纳米粒子都是让还原剂提供电子给溶液中带正电荷的金属离子形成金属原子。如，对于制备胶体金，如果采用柠檬酸三钠作为还原剂，其反应过程如下： 2H O -42223222222Δ HAuCl + HOC(CH )(CO )Au +Cl +CO +HCO H+CO(CH )(CO )+......??→粒子 2. 硝酸银热分解法制备银纳米粒子 热分解法制备金属纳米颗粒原理简单，实验过程易操作。对制备数纳米到数十纳米尺寸范围的纳米颗粒有较大优势。硝酸银在烷基胺中加热搅拌可形成澄清透明溶液。温度上升到150~200 °C 时，溶液颜色由浅色到深色快速变化，生成的银纳米颗粒被烷基胺包裹，稳定在溶液中。通过对样品洗涤、离心沉淀，可获得烷基胺包裹的银纳米粒子。 三、实验方法与步骤 （一）实验仪器与材料 硝酸银，柠檬酸三钠，油胺或十八胺，十八烯（ODE ），无水乙醇，配有温度调控和磁力搅拌的油浴加热器，三颈瓶，抽气头，滤膜，温度计套管，10 mL 量筒，分析天平，玻璃滴管，离心管，离心机，电热干燥箱 （二）实验方法与操作步骤 《机械故障诊断基础》教学大纲 课程类别：选修课(专业课) 适用专业；机械设计制造及其自动化 执行学时：24学时 一、本课程在培养计划中的作用 （一）本课程是一门专业课，研究的内容为机械系统动态信号处理与分析及以上内容在典型机械零部件运行过程中的状态分析与识别。在本课程中，培养学生利用所学知识正确分析与判断典型机械零部件运行过程中的状态的技能，并了解掌握故障诊断知识的更新及发展动向。 （二）基本要求 1 、从进行机械故障诊断所必备的基本知识与方法出发，学生学完本课程后应具备下列几方面的知识： （1）机械系统动态信号处理与分析方法 （2）转轴组件的振动特性的描述及故障分析方法。 （3）滚动轴承的振动特性的描述及故障分析方法。 （4）齿轮箱的振动特性的描述及故障分析方法。 （5）红外检测技术。 （6）润滑油样分析。 2 、本课程实践性很强，所以实验课是达到本课程教学要求和使学生经受工程技术训练必不可少的环节。开设实验应不少于6学时，重点为典型机械零部件运行过程中振动信号的测试与分析，典型故障信号的分析与故障判断。 （三）与其它课程的联系 在学习本课程之前应具有《机械工程测试技术基础》课程的知识。 讲课学时的分配： 概述 1 学时 信号分析方法及应用 3 学时 机械故障诊断依据的标准 2学时 转轴组件的振动特性描述及故障分析 2 学时 滚动轴承的振动特性的描述及故障分析 2学时 齿轮箱的振动特性的描述及故障分析 2 学时 红外检测技术 2学时 润滑油样分析 2 学时 实验 6学时 总讲课学时 22学时 考试 2 学时 二、课程内容的重点、先进性、实用性和特点 本课程属专业课，与前设课程《机械工程测试技术基础》课程衔接紧密，并直接应用于生产实践、科学研究与日常生活有关振动噪声、力、温度等参量的测试及状态判断中。 近年来，随着传感技术、电子技术、信号处理与计算机技术的突破性进展，《机械故障诊断基础》课程从理论、方法到应用领域都发生了很大的改变。要求本课程的讲授要知识面广、实践性强，结合新理论、新方法及新的使用领域，使学生了解前沿动态。 三、授课大纲 概述 课程的内容、方法。诊断信息的来源、获取，典型故障示例，学习方法。 第一章信号分析方法及应用 1、时域分析与频域分析。 2、时域与频域的转换。 3、时、频域信号中蕴涵的信息分析。 第二章机械故障诊断依据的标准 1、故障诊断的绝对判断标准 2、故障诊断的相对判断标准 3、故障诊断的类比判断标准 4、几种判断标准的选用及判断实例。 第三章转轴组件的振动特性描述及故障分析 1、转轴组件的振动机理 2、转轴组件的振动原因识别 3、现场平衡技术 第四章滚动轴承的振动特性的描述及故障分析 1、滚动轴承失效的基本形式 2、滚动轴承的振动机理 3、滚动轴承的振动监测及故障判别 模拟电路技术基础实验讲义 一、 实验目的 1、熟悉电子元器件，练习检测三极管的方法。 2、掌握放大器静态工作点的测试方法和其对放大器性能的影响。 3、学习测量放大电路Q 点及交流参数Av ，Ri ，R 。的方法。 4、学习放大器的动态性能，观察信号输出波形的变化。 二、 实验仪器 1、双宗示波器 2、信号发生器 3、数字万用表 三、 预习要求 1、能正确使用示波器、信号发生器及数字万用表。 2、熟练三极管特性测试及单管放大电路工作原理。 3、比较三种组态的基本性能的相同点和不同点。 四、 实验内容 １、 实验电路 (a) Vcc(+12v) V。 (c) （１）用万用表判断三极管Ｖ的极性及好坏，估测三极管的β值。 （２）分别先后按图（a）接好电路，调Rb到最大位置。 （３）仔细检查后，送出，观察有无异常现象。 ２、静态调整 调整Rp使Ve＝2.2V计算并测量填表 表一 ３、动态研究 （１）将信号调到f=1KHz 幅值为3mV 接Vi观察Vi和V。端波形，并比较相位，测出相位差。 （２）信号源频率不变，逐渐加大幅度，观察V。不失真时的最大 值并填表。 表二 放大倍数测量计算数据表 (3)保持Vi=5mv 不变，放大器接负载RL ，改变RL 数值的情况下测量，并将计算值填表 （4）保持Vi=5mv 不变，增大和减小Rp 。观察V 。波形变化。测量并填入表4 。 注意：若失真观察不明显，可以调节Vi 幅值重新观察。 4。放大器输入、输出电阻 （３） 输入电阻测量 在输入端串接一个５.1K 电阻。如图 测量Vs 与Vi 。计算ri （４） 输出电阻测量 在输出端接入可调电阻作为负载。如图 实验目录 实验一金属箔式应变片——单臂性能实验实验二金属箔式应变片——半桥性能实验实验三金属箔式应变片——全桥性能实验实验四金属箔式应变片——电子秤实验 实验五差动变压器的性能测定 实验六电容式传感器的位移特性实验 实验七直流激励时霍尔传感器位移特性实验实验八热敏电阻的特性研究 实验九光电二极管和光敏电阻的特性研究 附录1 实验箱温度控制简要原理 附录2 温度控制器使用说明 实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 一、 实验目的： 了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 二、 基本原理： 金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变 效应。 金属的电阻表达式为： S l R ρ= （1） 当金属电阻丝受到轴向拉力F 作用时，将伸长l ?，横截面积相应减小S ?，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变ρ?，故引起电阻值变化R ?。对式（1）全微分，并用相对变化量来表示，则有：ρ ρ?+?-?=?S S l l R R （2） 式中的l l ?为电阻丝的轴向应变，用ε表示，常用单位με（1με=1×mm mm 610-）。若径向应变为r r ?，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比μ表示为）（l l r r ?-=?μ，因为S S ?=2（r r ?），则（2）式可以写成： l l k l l l l l l R R ?=???++=?++?=?02121）（）（ρρμρρμ （3） 式（3）为“应变效应”的表达式。0k 称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见，0k 受两个因素影响，一个是（1+μ2），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是）（ρερ?，是材料的电阻率ρ随应变引起的（称“压阻效应”）。对于金属材料而言，以前者为主，则μ210+≈k ，对半导体，0k 值主要是由电阻率相对变化所决定。实验也表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成比例。通常金属丝的灵敏系数0k =2左右。 用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下，被测对象表 面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，根据（3）式，可以得到被测对象的应变值ε，而根据应力应变关系εσE = （4） 式中 σ——测试的应力； E ——材料弹性模量。 可以测得应力值σ。通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器。电阻应变片可分机械工程测试技术试卷与答案
机械工程测试技术基础(第三版)试卷及答案集
测试技术试验指导书
机械工程测试技术基础教学大纲
机械工程测试技术期末考试试题A
数字电子技术实验讲义(试用)
机械工程测试技术_期末考试试题A
电工学电子技术实验讲义
关于机械工程测试技术的
机械工程测试技术答案
测试技术实验指导书(2017年04)
中南大学机械工程测试技术实验指导书
机械工程测试技术基础课后习题答案汇总
测试技术实验指导书共8页
机械工程测试技术基础试题及答案
材料科学与工程基础实验讲义
《机械工程测试技术基础》教学大纲
模拟电路技术基础实验讲义
自动化检测技术与装置实验指导书