工程测试技术基础习题答案 2
《工程测试技术基础》复习题答案
一、选择题
1．信息与信号之间的关系是 （ D ）。
A ．信息与信号并列
B ．信息与信号无关
C ．信息包含信号
D ．信息在信号之中
2．描述周期信号的数学工具是（ B ）。
A ．相关函数
B ．傅氏级数
C ． 傅氏变换
D ．拉氏变换
3． 傅氏级数中的各项系数是表示各谐波分量的（ C ）。
A ．相位
B ．周期
C ．振幅
D ．频率
4．关于信息和信号，下面的说确的是（ C ）。
A ．信息包含信号
B ．信息与信号无关
C ．信号是信息的载体
D ．信息描述了事物某物理量的变化过程
5．多种信号之和的频谱是（ C ）。
A ． 离散的
B ．连续的
C ．随机性的
D ．周期性的
6．下列信号中，（ C ）信号的频谱是连续的。
A ．12()sin()sin(3)x t A t
B t ω?ω?=+++
B ．()5sin 303sin
x t t =+ C ．0()sin at x t e t
ω-=? 7．不能用确定函数关系描述的信号是（ C ）。
A ．复杂的周期信号
B ．瞬变信号
C ．随机信号
8．复杂的周期信号的频谱是（ A ）。
A ．离散的
B ．连续的
C ．δ函数
D ．sinc 函数
9．数字信号的特性是（ B ）。
A ．时间上离散、幅值上连续
B ．时间、幅值上均离散
C ．时间、幅值上都连续
D ．时间上连续、幅值上量化
10．下列函数表达式中，（ B ）是周期信号。
A ．5cos10()0x t ππ ≥?= ? ≤?当t 0当t 0
B ．()5sin 2010cos10)x t t t t ππ=+ (-∞<<+∞
C ．()20cos 20()at x t e t t π-= -∞<<+∞
D ．()1t
x t e τ-=-
11．下列信号属周期信号的有（ A ）。
A ．y 1=Sinω0t+ Sinω1t
B ．y 2=Con 2t+Sin 23t
C ．y 1=Sin 3t+Sin2t
12．描述非周期信号的数学工具是（ C ）。
A ．三角函数
B ．拉氏变换
C ．傅氏变换
D ．傅氏级数
13．下列传感器中（ B ）是基于压阻效应的。
A ．金属应变片
B ．半导体应变片
C ．压敏电阻
14．信号()1t
x t e τ-=- ，则该信号是（ C ）。
A ．周期信号
B ．随机信号
C ． 瞬变信号
D ．频域信号
15．石英晶体沿机械轴受到正应力时，则会在垂直于（ B ）的表面上产生电荷量。
A ．机械轴
B ．电轴
C ．光轴
16．图1所示信号属于功率信号的是（ D ）。
矩形脉冲信号t
t t X 图 2
17．将电阻应变片贴在（ C ）上，就可以做成测力、位移、压力等物理参数的传感器。
A ． 质量块；
B ．导体；
C ．弹性元件；
D ．机械构件。
18．采样信号的特征是（ A ）。
A ．时间上离散，幅值上连续；
B ．时间上和幅值上都离散；
C ．时间上和幅值上都连续；
D ．时间上连续，幅值上离散量化
19．石英晶体的压电系数比压电瓷的（ C ）。
A ．大得多
B ．相接近
C ．小得多
20．一般来说，测试系统的灵敏度越高，其测量围（ B ）。
A ．越宽
B ． 越窄
C ．不变
21．压电材料按一定方向放置在交变电场中，其几何尺寸将随之发生变化，这称为（ D ）效应。
A ．压电
B ．压阻
C ．压磁
D ．逆压电
22．非线性度是表示定度曲线（ B ）的程度。
A ．接近真值
B ．偏离其拟合直线
C ．正反行程的不重合
D ．输出零点偏离距离
23．在动态测试中，电桥的输出量通常采用（ B ）。
A ．电阻量
B ．电压量
C ．电流量
D ．电感量
24．电涡流式传感器是利用（ A ）材料的电涡流效应工作的。
A ．金属导电
B ．半导体
C ．非金属
D ．PVF 2
25．差动变压器式电感传感器是把被测位移量转换成( B )的变化装置，通过这一转换从而获得相应的电
压输出。
A ．线圈自感
B ．线圈互感
C ．LC 调谐振荡
D ．RC 调谐振荡
26．为消除压电传感器电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响，可采用（ B ）。
A ．电压放大器
B ． 电荷放大器
C ．前置放大器
27．磁电式传感器是把被测物理量转换为（D ）的一种传感器。
A ．磁阻变化量
B ．电荷量
C ．电感变化量
D ．感应电动势
图1
28．压电式振动传感器输出电压信号与输入振动的（ C ）成正比。A．位移 B．速度 C．加速度
29．交流电桥的桥臂依次是Z1 Z2 Z3 Z4,其平衡条件是（ D ）
A． Z1Z2=Z3Z4 B．|1||3||2||4|
Z Z Z Z
→→→→
=C．Z1Z3=Z2Z4 D．1324
Z Z Z Z
→→→→
=
30．光敏晶体管的工作原理是基于（ B ）效应。
A．外光电 B．光电 C．光生电动势
31．测试系统的第二个环节为信号调理，它的作用是（ C ）。
A．非电物理量转换为电量
B．从被测对象中提取被测对象状态和特征的相关信息
C．从电量（电阻、电感、电容等）转换为电量（电压、电流）
32．一般来说，物性型的传感器，其工作频率围（ A ）。
A．较宽 B．较窄 C．不确定
33．一传感器的灵敏度高，表示该传感器（ C ）。
A．允许输入量大； B．工作频带宽；
C．单位输入量引起的输出量大； D．线性围宽
34．极距变化型电容式传感器是（ A ）型传感器。
A．结构 B．物性
35．金属丝应变片在测量构件的应变时，电阻的相对变化主要由（ B ）来决定的。
A．贴片位置的温度变化
B．电阻丝几何尺寸的变化
C．电阻丝材料的电阻率变化
36．变极距型电容传感器的输出与输入，成（ A ）关系。
A．非线性 B．线性 C．反比 D．平方37．不能用涡流式传感器进行测量的是( D )。
A．位移 B．材质鉴别 C．探伤 D．非金属材料
38．极距变化型电容传感器适宜于测量微小位移量是因为（ B ）。
A．电容量微小影响灵敏度
B．灵敏度与极距的平方成反比，间距变化大则产生非线形误差
C．非接触测量
39．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．分辨率
40．下列哪一种敏感元件不属于弹性式压力敏感元件（ D ）。
A．波登管 B．膜片 C．波纹管 D．电阻应变片
41．电感式传感器的工作原理是（ C ）。
A．应变电阻效应 B．压阻效应 C．电磁感应原理 D．压电效应
42．电阻应变片的输入为（ B ）。
A．力； B．应变； C．速度； D．加速度
43．结构型传感器是依靠传感器（ C ）的变化实现信号变换的。
A．本身物理性质； B．体积大小；
C．结构参数； D．电阻值
44．互感型传感器实质上就是一个（ B ）。
A．电容器 B．变压器 C．测振仪 D．速度计
45．哪一种电容式传感器有线性误差？（ A ）
A．极距变化型 B．体积变化型 C．面积变化型 D．介质变化型46．对于单向应力状态的测量，贴应变片时，应变片的方向与主应力方向应该相交成（ A ）。A．0° B．45° C．90° D．30°
47．电阻应变式传感器在使用时需要进行补偿的是（ B ）。
A ．电阻
B ．温度
C ．力
D ．电流
48．半导体式应变片在外力作用下引起其电阻变化的因素主要是（ C ）。
A ． 长度
B ． 截面积
C ． 电阻率
D ． 高通
49．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
50．线形装置的灵敏度是（ B ）。
A ．随机变量
B ．常数
C ．时间的线性函数
二、填空题
1. 信号可以分为 确定性信号 和 随机信号 两大类。
2. 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）
3. 工程中常见的周期信号，其谐波分量幅值总是随谐波次数n 的增加而 衰减 的，因此，没有必要去那些高次的谐波分量。
4. 确定性信号可以分为 周期信号 和 非周期信号 两大类，前者的频谱特点是 离散的 ，
后者的频谱特点是 连续的 。
5. 根据采样定理，采样信号频率f s 与被测信号最高频率f h 之间应满足 f s ≥ 2f h 关系。
6. 周期方波的傅氏级数：10021()(cos cos3)3A x t A t t ωωπ=+++L 周期三角波的傅氏级数：
2002411()(cos cos3cos5)2925A A x t t t ωωπ=
++++L ，它们的直流分量分别是 A 和 A/2 。信号的
收敛速度上，方波信号比三角波信号 更慢 。
7. 频谱是 构成信号的各频率分量 的集合，它完整地揭示了信号的 频率结构 。
8. 描述周期信号的数学工具是 傅里叶级数 ；描述非周期信号的数学工具是 傅里叶变换 。
9. 按照激励电压的不同，电桥可以分为 直流电桥 和 交流电桥 。
10. 压电式传感器一般用 电荷 放大器作为前置放大器。
11. 具有 压电效应 的材料称为压电材料，常用的压电材料有 石英晶体 和 压电瓷 。
12. 根据载波受调制的参数不同，调制可分为 调幅 、 调频 和 调相 。
13. 已知一被处理的信号频率在300—2500Hz 围，则采样频率应至少大于 5000 Hz 。
14. 现欲对某一信号进行数据采集，该信号频谱中的最高频率为1KHz 。那么，根据采样定理的要求，完成
一次数据采集所需要的时间不能大于 500 μs。
15. 已知图2为直流电桥，u o 为输入，u y 为输出，其平衡条件 R1R3=R2R4 。 u y u o
R 4
R 3R 1R 2
图 1
16. 电阻应变片的灵敏度 表达式为/12/dR R S E dl l υλ==++，对于金属应变片来说：S= 1+2 而对于半
导体应变片来说S= E 。
17. 物性 型传感器是依靠敏感元件材料本身物理化学性质的变化来实现信号的变换的；
结构 型传感器是依靠传感器结构参数的变化而实现信号转换的。 图2
18. 半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的 压阻 效应。
19. 电容器的电容量0A C εεδ=，极距变化型的电容传感器其灵敏度表达式为： –0A/2 。
20. A/D 转换器是将 模拟 信号转换成 数字 信号的装置。
21. 在所学过的传感器中，试举出三个非接触式传感器 电涡流式传感器 、 霍尔式传感
器 、 光电式传感器 。 22. 极距变化型电容传感器存在着非线性度，为了改善非线性度及提高灵敏度，通常采用 差动 的形式。
23. 压电传感器的前置放大器的主要作用是 将高输出阻抗变为低输出阻抗 和 对输出的微弱信号
进行放大 。
24. 传感器包括 敏感元件 和 转换元件 两部分。
25. 非周期信号，时域为x （t ），频域为()X f ，它们之间的傅氏变换与逆变换关系式分别是：
?∞∞--=dt e t x f X ft j π2)()( ，?∞
∞-=tdf e f X t x f j π2)()(。 26. 因为2lim ()T T T x t dt -→∞?为有限值时，称()x t 为 能量 信号。因此，瞬变信号属于 能量 ，而周期
信号则属于 功率 。
27. 差动变压器式传感器的两个次级线圈在连接时应 反相串接 。
28. 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 桥臂上。
29. 电阻应变式传感器通常以 电桥 为测量电路。
30. 交流电桥的平衡条件是 相对桥臂的阻抗的乘积相等 。
31. 振动三要素分别是 幅值 、 频率 、 相位 。
三、判断正误
1.
凡是频谱离散的信号必然是周期信号。 （ × ） 2.
压电式加速度传感器由于产生的是静电荷，且本身阻很大，故不能用普通电表测量。（ √ ） 3.
调幅波可以看成是载波与调制信号的迭加。（ × ） 4.
传感器是一种将电信号转换为另一种电信号的装置。（ × ） 5.
静态测量仅需要利用系统的静态性能指标，而动态测量只需要利用系统的动态性能指标。（ × ） 6.
所谓幅度调制，就是调制波的振幅在载波信号控制下发生变化的过程。（ × ） 7.
压电式传感器用电荷放大器时输出电压与电缆长度无关。（ √ ） 8. 测量小应变时，应选用灵敏度高的金属丝应变片；测量大应变时，应选用灵敏度低的半导体应变片。
（ √ ）
9. 所有周期信号的频谱都是离散的，所有非周期信号的频谱都是连续的。（ × ）
10. 压电式加速度传感器特别适合测量动态量。（ √ ）
11. 模拟信号是幅值和时间都连续的信号。 （ √ ）
12. 连续信号不但在时间上连续，而且在幅值上也连续。（ × ）
13. 凡是周期信号的频谱必然是离散的。（ √ ）
14. 量化是一个近似的过程，其误差与A/D 转换器的位数有关。（ √ ）
15. 按信号的性质进行分类，瞬变信号属于确定性信号。（ √ ）
16. 测量装置的灵敏度越高，其测量围就越大。 （ × ）
17. 直流电桥是否平衡与供桥电源电压有很大关系。（ × ）
18. 在进行信号的A/D 转换时，如果采样周期过大，则采样信号的频谱会发生混叠现象。
（ √ ）
19. 压电式传感器是一种能量控制型传感器。（ × ）
20.结构型传感器是依靠敏感元件材料本身物理化学性质的变化来实现信号的变换的。（×）
21.物性型传感器是依靠传感器结构参数的变化而实现信号转换的。（×）
22.电感式传感器是一种结构型传感器。（√）
23.压电式传感器是一种结构型传感器。（×）
24.电涡流式传感器可以进行动态非接触测量。（√）
25.测试工作是为了获取有关被研究对象的状态、运动和特征等方面的信息。（√）
26.凡是频谱离散的信号，必然是周期信号。（×）
27.确定性信号的频谱是离散的。（×）
28.有限个周期信号之和必然形成新的准周期信号。（×）
29.有限个周期信号之和形成的新信号频谱必然是离散的。（√）
30.一个在时域有限的信号，其频谱也是有限的。（×）
31.确定了幅值、频率和相位，就可以确定一个单频信号。（√）
32.信号在时域波形有所变化，必然引起频谱的相应变化。（√）
33.不能用明确的数学表达式描述的信号称为非周期信号。（×）
34.频域信号和时域信号不可能是同一信号的描述。（×）
35.电阻应变式传感器只用于测定结构的应力或应变。（×）
36.若传感器的灵敏度为常数，则表明该传感器的输出、输入关系为线性关系。（√）
37.差动变压器式传感器是一种电容式传感器。（×）
38.所有周期信号都是功率信号。（√）
39.离散信号是数字信号。（×）
40.在直流电桥中，只要满足任意两相邻桥臂的阻值之乘积等于另外两相邻桥臂阻值的乘积，则电桥一
定处于平衡。（×）
41.压电传感器要求后接的负载必须有高输入阻抗。（√）
42.变面积型电容传感器的灵敏度不为常数。（×）
43.随机信号是确定性信号。（×）
44.金属丝应变片在测某一构件的应变时，其电阻的相对变化率主要由电阻材料的电阻率的变化决定。
（×）
45.误差可以被控制的很小甚至被完全消除。（×）
四、概念题
1．测试 2．测量 3．间接测量 4．直接测量 5．测量误差 6．绝对误差 7．相对误差 8．系统误差 9．随机误差 10．非电量电测技术 11．传感器 12．应变效应 13．应变片的灵敏度系数 14．正压电效应 15．逆压电效应 16．模数转换器17．数模转换器 18．调制 19. 解调 20．霍尔效应 21．傅里叶变换
五、简单题
1.周期信号的频谱有何特点？
（1）离散性周期信号的频谱是由不连续的谱线组成，每条谱线代表一个谐波分量。
（2）谐波性频谱中每条谱线只出现在基波频率的整数倍上，基波频率是各分量频率的公约数；
（3）收敛性各频率分量的谱线高度表示各次谐波分量的幅值或相位角。工程上常见的周期信号其谐波幅值总的趋势是随着谐波次数的增高而减小的。
2.测量误差是如何分类的？
按表示方法分有绝对误差和相对误差；按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差；按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差。
3.电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？
电阻丝应变片利用导体形变引起电阻变化，半导体应变片利用半导体电阻率变化引起电阻变化。
4.传感器有哪些组成部分？在检测过程中各起什么作用？
传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。
各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。
5.图3是一种传感器的工作原理图，试问这是何种形式的传感器？用图中符号简述其工作原理。
本题图所示为差动变压器式传感器的工作原理图。即利用互感原理将被测位移量转换为线圈互感的变化。其一次线圈W接入稳定交流电源，二次侧线圈W1、W2感应产生输出电压。当被测参数使互感M变化，
测杆P在中间位置时，
1
W
W?之间的互感与
2
W
W?之间的互感相等，由于二次线圈W1、W2反极性
串联，感应电势0
2
1
=
=e
e
e,，
测杆上移后,
1
W
W?的互感增大,
2
W
W?互感减小,0
2
1
>
>e
e
e,，反之测杆下移后，0
<
e。
6.什么叫调制？什么叫解调？在测量中为何要将信号先调制然后又解调？
所谓调制，就是在调制信号（测试信号）的控制下，使载波信号（工作信号）的某些参数（如幅值、频率、相位）发生变化的过程。解调，就是从已调制波中恢复出调制信号的过程。一般的被测量，如力、位移、应变等，经传感器检测变换后，常常是一些缓变的电信号。调制的目的是为了便于信号的放大、处理和传输。经过调制后，采用交流放大，比直接用直流放大，效果好；另外，调制波抗干扰能力强，也便于传输。
7.什么是采样定理？
8.测量按测量值获得的方法进行分类有哪些？
直接测量——指无需经过函数关系的计算，直接通过测量仪器得到被测值得测量。（等精度直接测量和不等精度直接测量）；
间接测量——指在直接测量值的基础上，根据已知函数关系，计算被测量的量值的测量；组合测量——指将直接测量或间接测量与被测量值之间按已知关系组合成一组方程（函数关系），通过解方程组得到被测值得方法。
9.为什么说极距变化型电容传感器是非线性的？采取什么措施可以改善其非线性特性？
下图为变间隙式电容传感器的原理图。图中1为固定极板，2为与被测对象相连的活动极板。当活动极板因被测参数的改变而引起移动时，两极板间的距离d发生变化，从而改变了两极板之间的电容量C。
图3
图变间隙式电容传感器
由式（1）可以看出电容量C与x不是线性关系，只有当x< 10.弹性敏感元件在传感器中起什么作用？ 弹性敏感元件在传感器技术中占有很重要的地位，是检测系统的基本元件，它能直接感受被测物理量（如力、位移、速度、压力等）的变化，进而将其转化为本身的应变或位移，然后再由各种不同形式的传感元件将这些量变换成电量。 11.使用电测法进行振动测试的系统结构由哪些部分组成，试画出其结构框图。 12.试例举出4种可进行位移测量的传感器。 13.试例举出4种可用于加速度测量的传感器。 14.简要说明霍尔转速传感器的工作原理，并给出霍尔元件输出的脉冲频率与待测转速之间的关系式。 在转盘上安装有N只磁性体，霍尔传感器固定在转盘的附近，转盘的输入轴与被测转轴相连，当被测转轴转动时，转盘随之转动。根据霍尔效应表达式：U=KIB, 当KI不变时，转盘每转一周经过霍尔元件表面的磁场B从无到有就变化N次，霍尔电势也相应变化N次，即在小磁铁通过时产生一个相应的脉冲，检测出单位时间的脉冲数，便可知被测转速。 而单位时间的脉冲数即为霍尔元件输出的脉冲频率f，本题中与待测转速的关系n为：n=60f/N。 15.热电偶的测温原理是什么？ 当有两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，另一端温度为T0 ，回路中将产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。这种现象称为“热电效应”。产生的电动势则称为“热电动势”。热电动势由两部分电动势组成，一部分是两种导体的接触电动势，另一部分是单一导体的温差电动势。热电偶就是利用这一效应来工作的。 16.为什么要把非电量转变为电量？ 17.什么是金属应变片的灵敏系数？它与金属丝的灵敏系数有何不同？ 六、计算题 7．解：（如何布片组桥可参考教材P230的表9-2） ①根据应变片的灵敏度系数公式εR R K ?=，由题意，可得拉力P 作用下P P εR ΔR k =，将题中数值代入公式，6 10100001202-??=P R ，计算得到Ω=?42.P R 。 同理，可得弯矩M 作用下M M εR ΔR k =，将值代入，610 10001202-??=M R ，计算得到Ω=?240.M R 。 ②布片方式： 组桥方式： 该组桥方式即可实现测弯除拉。则在弯矩下应变片R 1有+ R 1变化，R 2有-R 2的变化，根据电桥输出公式O U R R R R R U 44231?-?-?+?=，可得输出电压O U R R R U 421)(?--?=，将①中求出的△R M 代入，可得V U 012012120 4240240.*).(.=?--= 。 ③布片方式： 组桥方式： 其中R 3，R 4为电阻，R 1，R 2为应变片。 该组桥方式即可实现测拉除弯。即弯矩下输出电压为0。在拉力P 作用下应变片R 1有+R 1变化，R 2也有+R 2的变化，根据等臂电桥的输出公式可O U R R R R R U 44321?-?-?+?= 得输出电压O U R R R U 421?+?=，将①中求出的△R P 代入，可得V U 12012120 44242.*..=?+=。 由于电阻应变片R 1，R 2接入电桥的对臂，在温度作用下R 1t ，R 2t 具有相同的变化方向，根据等臂电桥的输出公式，温度引起的电阻变化量不能消除，所以不能实现温度补偿。 1、连续非周期信号的频谱是（ C ） 2、时域信号的时间尺度压缩时，其频谱的变化为（ B ）。 3、传感器的灵敏度越高，意味着传感器所能感知的（ A ）越小。 4、若测试系统由两个环节串联而成，的函数分别为12(),()H s H s ，则该系统总的传递函数为（ B ）。 5、磁电式绝对振动速度传感器的测振频率应（ A ）其固有频率。 6、在一定条件下RC 带通滤波器实际上是低通滤波器与高通滤波器（ A ）而成的。 7、正弦信号的自相关函数，使原有的相位信息（ B ）。 8、为了能从调幅波中很好地恢复出原被测信号，通常用（ D ）做为解调器。 9、供电系统的抗干扰措施中，可消除过压、欠压造成的影响，保证供电稳定的是（ C ）。 10、调制可以看成是调制信号与载波信号（ A ）。 二、填空题 1、确定性信号可分为周期信号、和非周期信号 两类。 2、为了求取测试装置本身的动态特性，常用的实验方法是阶跃响应法和频率响应法。 3、交流电桥平衡必须满足两个条件，即相对两臂 阻抗之模的乘积_应相等，并且它们的阻抗角之和也必须相 4、按照变换方式的不同，电感式传感器可分为： 自感型 和 互感型 。 5、常用的压电材料大致可分为三类：压电单晶 、压电陶瓷 和 有机压电薄膜 。 三、简答题（本大题共4题，每题6分，共24分） 1、相关函数和相关系数有什么区别？相关分析有什么用途，举例说明。 答：(1)通常，两个变量之间若存在着一一对应关系，则称两者存在着函数关系，相关函数又分为自相关函数和互相关函数。当两个随机变量之间具有某种关系时，随着某一个变量数值的确定，另一变量却可能取许多不同的值，但取值有一定的概率统计规律，这时称两个随机变量存在相关关系，对于变量Ｘ和Ｙ之间的相关程度通常用相关系数ρ来表示。 (2)在测试技术领域中，无论分析两个随机变量之间的关系，还是分析两个信号或一个信号在一定时移前后的关系，都需要应用相关分析。例如在振动测试分析、雷达测距、声发射探伤等都用到相关分析。 2、什么是调制？调制的目的是什么？如何实现对信号进行调幅和解调？ .答：调制是指利用某种低频信号来控制或改变一高频振荡信号的某个参数的过程。 信号调理的目的是：（1）实现缓变信号的传输，特别是远距离传输；（2）提高信号传输中的抗干扰能力和信噪比。对信号进行调幅是将一个高频载波信号与被测信号相乘，使得高频信号的幅值随被测信号的变化而变化。可使用同步解调、相敏检波的方式来实现对信号进行解调。 3、什么是负载效应？对于电压输出的环节，减轻负载效应的措施有哪些？ 答：当一个装置联接到另一装置上时，由于发生能量交换而使前装置的联接处甚至整个装置的状态和输出都将发生变化的现象称为负载效应。 对于电压输出的环节，减轻负载效应的办法有:(1)提高后续环节(负载)的输入阻抗； (2)在原来两个相联接的环节之中，插入高输入阻抗、低输出阻抗的放大器，以便一方面减小从前环节吸取能量，另一方面在承受后一环节（负载）后又能减小电压输出的变化，从而减轻负载效应；（2分）(3)使用反馈或零点测量原理，使后面环节几乎不从前环节吸取能量。 4、何谓压电效应？压电式传感器对测量电路有何特殊要求？为什么？ 答：某些物质在外力的作用下，不仅几何尺寸发生了变化，而且内部极化，某些表面上出现电荷，形成电场。当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这一性质称为压电效应。 压电式传感器的测量电路必须有高输入阻抗并在输入端并联一定的电容C i 以加大时间常数C R 0。主要是为了在测量动态量时，获得一定的输出电压并实现不失真测量。 四、计算题1、信号()x t 由两个频率和相位角均不相等的余弦函数叠加而成，其数学表达式为111222()cos()cos()x t A t A t =ω+θ+ω+θ，求该信号的自相关函数()x R τ .解：设 111222()()() ()cos()()cos() x t y t z t y t A t z t A t =+=ω+θ=ω+θ （3分） 则()x t 的自相关函数可表示为 ()()()()()x y yz zy z R R R R R τττττ=+++ （3分） 因为12ω≠ω则 ()0;()0zy yz R R ττ= = （3分） 所以21212()()() cos cos 22 x y z R R R A A τττττ=+ =ω+ω 第二章 信号的描述与分析 补充题2-1-1 求正弦信号0()sin()x t x ωt φ=+的均值x μ、均方值2 x ψ和概率密度函数 p (x )。 解答： (1)0 00 11lim ()d sin()d 0T T x T μx t t x ωt φt T T →∞== +=? ? ，式中02π T ω = —正弦信号周期 (2) 2 222 2 2 0000 1 1 1cos 2() lim ()d sin ()d d 22 T T T x T x x ωt φψx t t x ωt φt t T T T →∞-+== += = ? ? ? (3)在一个周期内 012ΔΔ2Δx T t t t =+= 000 2Δ[()Δ]lim x x T T T t P x x t x x T T T →∞<≤+=== Δ0Δ000 [()Δ]2Δ2d ()lim lim ΔΔd x x P x x t x x t t p x x T x T x →→<≤+==== 正弦信号 x 2-8 求余弦信号0()sin x t x ωt 的绝对均值x μ和均方根值rms x 。 2-1 求图示2.36所示锯齿波信号的傅里叶级数展开。 2-4周期性三角波信号如图2.37所示，求信号的直流分量、基波有效值、信号有效值及信号的平均功率。 2-1 求图示2.36所示锯齿波信号的傅里叶级数展开。 补充题2-1-2 求周期方波（见图1-4）的傅里叶级数（复指数函数形式），划出|c n|–ω和φn–ω 图，并与表1-1对比。 解答：在一个周期的表达式为 00 (0)2 () (0) 2 T A t x t T A t ? --≤ 工程测试技术试题及答案Last revision on 21 December 2020 复习总结 一、概念题 1.测试过程中，若所测试的信号不随时间变化或变化非常缓慢，称这种测试称为静态 测试。如果所测试的信号随时间周期变化或变化很快，这种测试称为动态测试。 2.传感器是把被测量转换成易于变换、传输和处理的一种器件或装置。 3.按构成原理分类，电阻应变片、热敏电阻、压电晶片属物性型传感器。 4.按构成原理分类，电容传感器、自感型电感式传感器属结构型传感器。 5.为提高和改善传感器的技术性能，可采取以下技术措施：差动技术、平均技术以及 补偿与修正技术。 6.传感器的定度曲线（或标定曲线）与拟合直线之间的偏离程度称为传感器的线性 度。 7.传感器的灵敏度是指稳态时，输出变化量与输入变化量之间的比值。 8.对于一阶传感器系统，当其时间常数（或τ）越小，其频率响应特性越好。 9.激波管标定系统中，激波管的作用是一种动态标定设备，能产生阶跃压力信号输 出。 10.金属电阻应变片的规格一般以面积（或长×宽）和初始阻值表示。 11.用电阻应变片测量构件的变形，影响电阻应变片电阻变化的因素有：应变片的灵敏 度和初始阻值、被测构件的应变量、以及应变片沿构件的粘贴方向。（因为：△R=KεR，K为灵敏度，R为应变片初始阻值，ε被测构件的应变量） 12.将电阻丝绕成应变片后，由于存在横向效应，其灵敏系数一般会减小。 13.在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，全桥接法可以得到 最大灵敏度输出。 14.应变片的温度误差补偿方法通常可分为：桥路补偿法、应变片自补偿法。 15.根据工作原理，变气隙型自感式传感器的灵敏度具有理论上的非线性。 16.电涡流接近开关结构简单，根据其工作原理，不可用来进行类似如玻璃瓶、塑料零 件以及水的液位的检测。 17.在差动式自感传感器中，若采用交流桥路为变换电路，常出现零点残余电压现象， 该现象使传感器灵敏度下降，灵敏阈值增大，非线性误差增大。 机械工程测试技术课程设计 温 度 测 量 班级：机自111 学号：201100314115 姓名：孟凡 日期：2013.12.1 设计要求： 1、传感器：设计或选用，设计要有设计过程及计算结果。选用要列出所选传感器的技术指标。 2、信号处理电路，尽量设计出详细的电路图，也可以对局部电路图用方框表示。 3、设计所显示信号的显示部分，要求同1。 4、对所设计的题目写出设计报告。设计报告需打印，其中设计图部分可手绘。 5、不得完全相同，如有两个完全相同者，特别是电路部分及报告部分均做零分处理。 6、要求12月6日，以班为单位交到实验室405号。 7、具体设计项目：0——1300摄氏度，温度测量测试系统。 设计原理： 本设计采用的温度传感器是LM35温度传感器， LM35温度传感器是利用两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流。测试电路是通过电压比较放大电路来实现温度都的检测，控制电路是通过两个电压比较电路来实现对两个继电器的控制。报警电路有555时基电路和光敏电阻以及扬声器组成。 工作原理主要是利用温度传感器把系统的温度通过A\D转换电 路将电信号转换成数字信号，并通过与之连接的译码电路中显示出来。同时电压信号通过电压比较器与输入电压比较决定输出是高电平或是低电平，进而控制下一个电路单元的工作状态。报警电路中，当电路出现故障使温度失控时，使被控系统温度达到允许最高温度Vmax，此时发光二极管通电发光照在光敏电阻RL上，RL受光激发，电阻值迅速下降，分压点电位升高，电路立即产生振荡，发出声响报警。调温控制电路中，通过电压比较器的输入输出关系，决定温度的调节。当温度低于下限温度时，电路经过一系列变化接通加热器电源对其进行加热。当温度升到上限温度时，加热器电源，停止加热。 设计方案综述：: 1、对温度进行测量、控制并显示：首先必须将温度的度数（非电量）转换成电量，然后采用电子电路实现题目要求。可采用温度传感器，将温度变化转换成相应的电信号，并通过放大、滤波后送A/D 转换器变成数字信号，然后进行译码显示。 2、恒温控制：将要控制的温度所对应的电压值作为基准电压V REF，用实际测量值 v与V REF进行比较，比较结果（输出状态）自动地控制、 I 调节系统温度。 3、报警部分：设定被控温度对应的最大允许值V max，当系统实际温度达到此对应值V max时，发生报警信号。 4、温度显示部分：采用转换开关控制，可分别显示系统温度、控制温度对应值VREF，报警温度对应值Vmax。 测试技术基础部分题目答案 第二章 2-21．求正弦信号)2sin( )(t T A t x π =的单边、 双边频谱、实频图、虚频图，如该信号延时4/T 后，其各频谱如何变化？ 解： (1)由于22()sin()cos()2 x t A t A t T T πππ==-，符合三角函数展开形式，则 在 2T π 处：1n A =，所以，单边频谱图为图1的（a ）。 对)2sin()(t T A t x π =进行复指数展开：由于222()sin( )()2 j t j t T T jA x t A t e e T ππ π-==- 所以，在2T π -处：2n jA C =，0nR C =，2nI A C =，||2n A C =，2n πθ= 在2T π处：2n jA C =-，0nR C =，2nI A C =-，||2n A C =，2 n πθ=- 所以，实频图、虚频图、双边幅频图、双边相频图分别如图1的(b)、(c)、(d)、(e)。 T T - (a)单边幅频图 (b) 实频图 (c) 虚频图 (d) )双边幅频图 (e) 双边相频图 图1 正弦信号x (t)的频谱 （2）当延迟4/T 后，()x t 变为2()sin ()4T x t A t T π ??=-? ???，由于 222()sin ()cos ()cos 442T T x t A t A t A t T T T πππππ?????? =-=--=- ??????????? ，符合三角函数 展开形式，则 在 2T π 处：1n A =，所以，单边频谱图为图2的（a ）。 对222()sin ()sin()cos()42T T x t A t A t A t T T T π ππ??=-=-=-? ???进行复指数展开， 由于222()cos()()2 j t j t T T A x t A t e e T ππ π--=-=+ 所以，在2T π -处：2n A C =-，2nR A C =-，0nI C =，||2n A C =，n θπ= 第二章 习题 2-1：典型的测量系统有几个基本环节组成其中哪个环节的繁简程度相差最大 典型的测试系统，一般由输入装置、中间变换装置、输出装置三部分组成。其中输入装置的繁简程度相差最大，这是因为组成输入装置的关键部件是传感器，简单的传感器可能只由一个敏感元件组成，如测量温度的温度计。而复杂的传感器可能包括敏感元件，变换电路，采集电路。有些智能传感器还包括微处理器。 2-2：对某线性装置输入简谐信号x(t)=asin(φω+t )，若输出为y(t)=Asin(Φ+Ωt )，请对幅值等各对应量作定性比较，并用不等式等数学语言描述它们之间的关系。 x(t)=asin(φω+t )→y(t)=Asin(Φ+Ωt ), 根据线性装置的输入与输出具有的频率保持特 性可知，简谐正弦输入频率与输出频率应相等，既有：Ω=ω，静态灵敏度：K=a A = 常数，相位差：△??-Φ== 常数。 2-3：传递函数和频响函数在描述装置特性时，其物理意义有何不同 传递函数定义式：H （s ）=)()(s x s y =0 11 10 111a s a s a s a b s b s b s b n n n n m m m m ++++++++----ΛΛ，其中s=+αj ω称拉氏算子。H(s)是描述测量装置传输，转换特性的数学模型，是以测量装置本身的参数表示输入与输出之间的关系，与装置或结构的物理特性无关。 频率响应函数定义式： H （ωj ）=)()(ωωj x j y =0 11 10 111)())()()()(a j a j a j a b j b j b j b n n n n n n n n ++++++++----ωωωωωωΛΛ 反映了信号频率为ω时输出信号的傅氏变换与输入信号的傅氏变换之比。频率响应函数H （ωj ）是在正弦信号激励下，测量装置达到稳态输出后，输出与输入之间关系的描述。H （s ）与H （ωj ）两者含义不同。 H （s ）的激励不限于正弦激励。它不仅描述了稳态的也描述了瞬态输入与输出之间的关系。 2-4：对于二阶装置，为何要取阻尼比ζ=～ 当阻尼比ζ= ～时，从幅频特性曲线上看，几乎无共振现象，而且水平段最长。这意味着工作频率范围宽，即测量装置能在0～ω的较大范围内保持近于相同的缩放能力。满足了A(ω)= C 的不失真测量条件。 从相频特性曲线上看几乎是一条斜直线。这意味着ωτω?0)-=（，因此满足相频不失真测量条件。 思考题与习题 3-1 传感器主要包括哪几部分试举例说明。 传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成。 如气体压力传感器。其内部的膜盒就是敏感元件，它的外部与大气压力相通，内部感受被测压力p ，当p 发生变化时，引起膜盒上半部分移动，可变线圈是传感器的转换元件，它把输入的位移量转换成电感的变化。基本电路则是完成上述电感变化量接入基本转换电路，便可转换成电量输出。 3-2 请举例说明结构型传感器与物性型传感器的区别。 答：结构型传感器主要是通过传感器结构参量的变化实现信号变换的。例如，电容式传感器依靠极板间距离变化引起电容量的变化；电感式传感器依靠衔铁位移引起自感或互感的变化。 物性型传感器则是利用敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换。例如，水银温度计是利用水银的热胀冷缩性质；压电式传感器是利用石英晶体的压电效应等。 3-3 金属电阻应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别 答：金属电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于：金属电阻应变片是基于电阻应变效应工作的；半导体应变片则是基于压阻效应工作的。 3-4 有一电阻应变片（见图3-105），其灵敏度S 0=2，R =120Ω，设工作时其应变为1000με，问ΔR =设将此应变片接成图中所示的电路，试求：1）无应变时电流指示值；2）有应变时电流指示值；3）试分析这个变量能否从表中读出 解：由0dR R s ε = 得，0R R s ε?=??即，6012010001020.24R R s ε-?=??=???= ()1.5 12.5120 I mA = = 3-5 电容式传感器常用的测量电路有哪几种 答：变压器式交流电桥、直流极化电路、调频电路、运算放大电路。 3-6 一个电容测微仪其传感器的圆形极板半径r=4mm ，工作初始间隙δ=0.3mm ，求： 图3-105 题3-4图 《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。 8 第二章 习题 2-1：典型的测量系统有几个基本环节组成？其中哪个环节的繁简程度相差最大？ 典型的测试系统，一般由输入装置、中间变换装置、输出装置三部分组成。其中输入装置的繁简程度相差最大，这是因为组成输入装置的关键部件是传感器，简单的传感器可能只由一个敏感元件组成，如测量温度的温度计。而复杂的传感器可能包括敏感元件，变换电路，采集电路。有些智能传感器还包括微处理器。 2-2：对某线性装置输入简谐信号x(t)=asin(φω+t )，若输出为y(t)=Asin(Φ+Ωt )，请对幅值等各对应量作定性比较，并用不等式等数学语言描述它们之间的关系。 x(t)=asin(φω+t )→y(t)=Asin(Φ+Ωt ), 根据线性装置的输入与输出具有的频率保持特 性可知，简谐正弦输入频率与输出频率应相等，既有：Ω=ω，静态灵敏度：K=a A = 常数，相位差：△??-Φ== 常数。 2-3：传递函数和频响函数在描述装置特性时，其物理意义有何不同？ 传递函数定义式：H （s ）=)()(s x s y =0 11 10 111a s a s a s a b s b s b s b n n n n m m m m ++++++++---- ，其中s=+αj ω称拉氏算子。H(s)是描述测量装置传输，转换特性的数学模型，是以测量装置本身的参数表示输入与输出之间的关系，与装置或结构的物理特性无关。 频率响应函数定义式： H （ωj ）=)()(ωωj x j y =0 11 10 111)())()()()(a j a j a j a b j b j b j b n n n n n n n n ++++++++----ωωωωωω 反映了信号频率为ω时输出信号的傅氏变换与输入信号的傅氏变换之比。频率响应函数H （ωj ）是在正弦信号激励下，测量装置达到稳态输出后，输出与输入之间关系的描述。H （s ）与H （ωj ）两者含义不同。 H （s ）的激励不限于正弦激励。它不仅描述了稳态的也描述了瞬态输入与输出之间的关系。 2-4：对于二阶装置，为何要取阻尼比ζ=0.6～0.7？ 当阻尼比ζ= 0.6～0.7时，从幅频特性曲线上看，几乎无共振现象，而且水平段最长。这意味着工作频率范围宽，即测量装置能在0～0.5ω的较大范围内保持近于相同的缩放能力。满足了A(ω)= C 的不失真测量条件。 从相频特性曲线上看几乎是一条斜直线。这意味着ωτω?0)-=（，因此满足相频不失真测量条件。 第一章 三、计算题 1-2 求正弦信号的绝对均值和均方根值。 解答： 000 2200000 224211()d sin d sin d cos T T T T x x x x x μx t t x ωt t ωt t ωt T T T T ωT ωπ ====-== ??? 2 222 00 rms 000 111cos 2()d sin d d 22 T T T x x ωt x x t t x ωt t t T T T -====??? 1-3求指数函数的频谱。 解答： (2)22022 (2) ()()(2)2(2)a j f t j f t at j f t e A A a j f X f x t e dt Ae e dt A a j f a j f a f -+∞ ∞ ---∞-∞ -==== =-+++??πππππππ 2 2 ()(2) k X f a f π= + Im ()2()arctan arctan Re ()X f f f X f a ==-π? 单边指数衰减信号频谱图 f |X (f )| A / φ(f ) f 0 π/2 -π/2 1-5求被截断的余弦函数(见图1-26)的傅里叶变换。 0cos ()0 ωt t T x t t T ? 工程测试技术试题及答案 1. 2.对于一阶传感器系统，当其时间常数（或τ） 越小，其频率响应特性越好。 3.激波管标定系统中，激波管的作用是一种动态 标定设备，能产生阶跃压力信号输出。 4.金属电阻应变片的规格一般以面积（或长× 宽）和初始阻值表示。 5.用电阻应变片测量构件的变形，影响电阻应变 片电阻变化的因素有：应变片的灵敏度和初始阻值、被测构件的应变量、以及应变片沿构件的粘贴方向。（因为：△R=KεR，K为灵敏度，R为应变片初始阻值，ε被测构件的应变量） 6.将电阻丝绕成应变片后，由于存在横向效应， 其灵敏系数一般会减小。 7.在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电 压的灵敏度也不同，全桥接法可以得到最大灵敏度输出。 8.应变片的温度误差补偿方法通常可分为：桥 路补偿法、应变片自补偿法。 9.根据工作原理，变气隙型自感式传感器的灵 敏度具有理论上的非线性。 10.电涡流接近开关结构简单，根据其工作原 理，不可用来进行类似如玻璃瓶、塑料零件以及水的液位的检测。 11.在差动式自感传感器中，若采用交流桥路为 变换电路，常出现零点残余电压现象，该现象使传感器灵敏度下降，灵敏阈值增大，非线性误差增大。 12.差动变压器式位移传感器是将被测位移量 的变化转换成线圈互感系数的变化，两个次级线圈要求反向串接。 13.电容传感器的转换电路包括：交流电桥、变 压器电桥、调频电路、运算放大器电路。14.压电式传感器是一种可逆型传感器，即可将 机械能转换为电能。也可反之实现逆向变换。 15.压电传感器中压电晶片的等效电路，可以看 作是一个电荷源与一个电容器的并联。 16.压电传感器测量电路常接电压或电荷放大 各章节复习题(答案在后面) 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b ，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2 x 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1 21 )(+= 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2 2 2 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 3、 两环节的相频特性各为)(1ωQ 和)(2ωQ ，则两环节串联组成的测试系统，其相频特 性为 。 （1） )()(21ωωQ Q （2）)()(21ωωQ Q + （3）) ()() ()(2121ωωωωQ Q Q Q +（4） )()(21ωωQ Q - 4、 一阶系统的阶跃响应中，超调量 。 （1）存在，但<5％ （2）存在，但<1 （3）在时间常数很小时存在 （4）不存在 5、 忽略质量的单自由度振动系统是 系统。 （1）零阶 （2）一阶 （3）二阶 （4）高阶 6、 一阶系统的动态特性参数是 。 （1）固有频率 （2）线性度 (3)时间常数 （4）阻尼比 7、 用阶跃响应法求一阶装置的动态特性参数，可取输出值达到稳态值 倍所经 过的时间作为时间常数。 （1）0.632 （2）0.865 （3）0.950 （4）0.982 （三）判断对错题（用√或×表示） 1、 一线性系统不满足“不失真测试”条件，若用它传输一个1000Hz 的正弦信号，则 必然导致输出波形失真。（ ） 2、 在线性时不变系统中，当初始条件为零时，系统的输出量与输入量之比的拉氏变换 称为传递函数。（ ） 3、 当输入信号)(t x 一定时，系统的输出)(t y 将完全取决于传递函数)(s H ，而与该系 统的物理模型无关。（ ） 4、 传递函数相同的各种装置，其动态特性均相同。（ ） 5、 测量装置的灵敏度越高，其测量范围就越大。（ ） 6、 幅频特性是指响应与激励信号的振幅比与频率的关系。（ ） 一、选择题 1、差动式变极距式电容传感器的灵敏度是变极距式传感器的____2__倍. 2、信号有多种类型，从分析域上看，经典的分析方法有__时域法_和__频域法_。 3、压电式传感器的转换原理是利用晶体材料的__压电效应____。 4、传感器的静态特性中，输出量的变化量与引起此变化的输入量的变化量之比称为___灵敏度___。 6、信息与信号二者间关系是___信息在信号之中___。 7、当两信号的互相关函数在t 0有峰值，表明其中一个信号和另一个信号时移t 0时，相关程度___最高__。 8、传感器的灵敏度越高，意味着传感器所能感知的___被测量__越小。 9、测试工作的任务主要是要从复杂的信号中提取(有用信号) 10、时域信号的时移，则频谱变化为（ 相移 ） 11、 记录磁带快录慢放，放演信号的频谱带宽(变窄，幅值增高) 12、 用二阶系统作测量装置时，为获得较宽的工作频率范围，则系统的阻尼比应(接近1/√2 ) 13、 对二阶系统输入信号x(t)=A1sinw1t+A2sinw2t,则系统稳态输出方程的通式为(A1＇sin （w1t+φ＇１）+A2＇sin （w2t+φ２＇）) 14、 概率密度函数提供了随机信号（沿幅值域分布）的信息 15、 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(电涡流式) 16、 只使在fe 1～fe 2间频率的信号通过，应采用（带通）滤波器 17、 在选用振子时，除了使阻尼比接近０.７外，应使被测正弦信号的最高频率fm(≤（０.５-０.６） )振动子的固有频率fn 18、 为使电缆的长度不影响压电式传感器的灵敏度，应选用（电荷）放大器。 19、 当τ→∞时,信号x （t ）的自相关函数Rx （τ）呈周期性变化,说明该信号(含有周期成份)。 20、 正弦信号的自相关函数，使原有的相位信息(丢失) 21、 不能用确定的数学公式表达的信号是（随机）信号。 22、 非线性度是表示定度曲线（偏离其拟合直线）的程度。 23、 自相关函数一定是（偶）函数。 24、 为了能从调幅波中很好地恢复出原被测信号，通常用（相敏检波器）做为解调器。 25、 采样时为了不产生频谱混叠，采样频率必须大于信号最高频率的（2 ）倍 26、 压电式传感器前置放大器的主要作用是（把传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出）。 27、在电桥测量电路中，由于电桥接法不同，输出的电压灵敏度也不同，___全桥___接法可以获得最大的输出。 28、压电传感器所使用的前置放大器在电路中起着很重要的作用，以下说法错误的是___将传感器的低阻抗输入变成高阻抗输出___。 29、幅值调制装置实质是一个乘法器 30、理想滤波器在通带内的幅频特性为常数 31．变极距型电容传感器的输出与输入，成（非线性）关系。 32．如果窗函数频谱的主瓣峰值相对于左右旁瓣峰值越大，则该窗函数的泄漏误差（越小）。 33．不能用涡流式传感器进行测量的是(非金属材料)。 34．设时域信号x(t)的频谱为X(f)，则时域信号（C ）的频谱为X(f ＋f0）。 A . )(0t t x - B. )(0t t x + C. t f j e t x 02)(π- D. t f j e t x 0 2)(π 35．压电式传感器后面的放大器的主要功能为（阻抗变换和信号放大）。 36．一个相邻双臂工作的测力电桥，如果将两工作臂的一个应变片均改为两个应变片串联，则电桥的输 出电压（加大两倍） 二、判断题 第二章 一、选择题 1．测试装置传递函数H(s)的分母与 有关。 A.输入量)(t x B ．输入点的位置 C.装置的结构 2.非线性度是表示定度曲线 的程度。 A.接近真值 B.偏离其拟台直线 C.正反行程的不重台 3.测试装置的频响函数)(ωj H 是装置动态特性在 中的描述。 A.幅值域 B.时域 C.频率域 D.复数域 4．用常系数微分方程描述的系统称为 系统。 A.相似 B.物理 C.力学 D.定常 5.若测试系统由两个环节串联而成，且环节的传递函数分别为)(),(21s H s H ，则该 系统总的传递函数为 。若两个环节并联时，则总的传递函数为 。 A.)()(21s H s H + B. )()(21s H s H ? C ．)()(21s H s H - D ．)(/)(21s H s H 6线性系统的叠加原理表明 。 A.加于线性系统的各个输人量所产生的响应过程互不影响 B.系统的输出响应频率等于输入激励的频率 C.一定倍数的原信号作用于系统所产生的响应，等于原信号的响应乘以该倍数 7.测试装置能检测输入信号的最小变化能力，称为 。 A.精度 B.灵敏度 C.精密度 D.分辨率 8一般来说，测试系统的灵敏度越高，则其测量范围 。 A.越宽 B.越窄 C.不变 9．测试过程中，量值随时间而变化的量称为 。 A.准静态量 B.随机变量 C.动态量 10.线性装置的灵敏度是 。 A ．随机变量 B.常数 C.时间的线性函数 二、填空题 1.一个理想的测试装置应具有单值的、确定的 。 2.测试装置的特性可分为 特性和 特性。 3.测试装置的静态特性指标有 、 和 。 4.描述测试装置动态特性的数学模型有 、 、 等。 复习总结 一、概念题 1.测试过程中，若所测试的信号不随时间变化或变化非常缓慢，称这种测试称为静态测试。 如果所测试的信号随时间周期变化或变化很快，这种测试称为动态测试。 2.传感器是把被测量转换成易于变换、传输和处理的一种器件或装置。 3.按构成原理分类，电阻应变片、热敏电阻、压电晶片属物性型传感器。 4.按构成原理分类，电容传感器、自感型电感式传感器属结构型传感器。 5.为提高和改善传感器的技术性能，可采取以下技术措施：差动技术、平均技术以及补偿 与修正技术。 6.传感器的定度曲线（或标定曲线）与拟合直线之间的偏离程度称为传感器的线性度。 7.传感器的灵敏度是指稳态时，输出变化量与输入变化量之间的比值。 8.对于一阶传感器系统，当其时间常数（或τ）越小，其频率响应特性越好。 9.激波管标定系统中，激波管的作用是一种动态标定设备，能产生阶跃压力信号输出。 10.金属电阻应变片的规格一般以面积（或长×宽）和初始阻值表示。 11.用电阻应变片测量构件的变形，影响电阻应变片电阻变化的因素有：应变片的灵敏度和 初始阻值、被测构件的应变量、以及应变片沿构件的粘贴方向。（因为：△R=KεR，K 为灵敏度，R为应变片初始阻值，ε被测构件的应变量） 12.将电阻丝绕成应变片后，由于存在横向效应，其灵敏系数一般会减小。 13.在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，全桥接法可以得到最大 灵敏度输出。 14.应变片的温度误差补偿方法通常可分为：桥路补偿法、应变片自补偿法。 15.根据工作原理，变气隙型自感式传感器的灵敏度具有理论上的非线性。 16.电涡流接近开关结构简单，根据其工作原理，不可用来进行类似如玻璃瓶、塑料零件以 及水的液位的检测。 17.在差动式自感传感器中，若采用交流桥路为变换电路，常出现零点残余电压现象，该现 象使传感器灵敏度下降，灵敏阈值增大，非线性误差增大。 18.差动变压器式位移传感器是将被测位移量的变化转换成线圈互感系数的变化，两个次级 线圈要求反向串接。 19.电容传感器的转换电路包括：交流电桥、变压器电桥、调频电路、运算放大器电路。 20.压电式传感器是一种可逆型传感器，即可将机械能转换为电能。也可反之实现逆向变换。 21.压电传感器中压电晶片的等效电路，可以看作是一个电荷源与一个电容器的并联。 22.压电传感器测量电路常接电压或电荷放大器。其中若传感器输出接电荷放大器，则其输 出基本不受连接电缆长度的影响。 23.压电式传感器的测量电路中，前置放大器的作用是阻抗变换和信号放大。 24.目前，用压电陶瓷制作的力传感器一般不能用于测量静态力，而只能用来测量动态力。 25.热电偶热电动势的形成是由于接触电动势和温差电动势共同作用的结果。 26.若组成热电偶的两导体材料相同，当参比端温度为20℃、工作端温度为100℃时，则其 《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大工《机械工程测试技术》课程考试模拟试卷A
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