测试技术基础答案 赵文礼
第2章习题及解答
1.判断正误
(1)凡频谱是离散的信号必然是周期信号。( × )准周期信号
(2)任何周期信号都由频率不同，但成整倍数比的离散的谐波叠加而成。( × )
(3)周期信号的频谱是离散的，非周期信号的频谱也是离散的。( × )
(4)周期单位脉冲序列的频谱仍为周期单位脉冲序列。( √ )
(5)非周期变化的信号就是随机信号。( × )准周期信号
(6)非周期信号的幅值谱表示的是其幅值谱密度与时间的函数关系。( × )
(7)信号在时域上波形有所变化，必然引起频谱的相应变化。( × )
(8)各态历经随机过程是平稳随机过程。( √ )
(9)平稳随机过程的时间平均统计特征等于该过程的集合平均统计特征。( √ )
(10)非周期信号的频谱都是连续的。( × ) 准周期信号
(11)单位脉冲信号的频谱是无限带宽谱（√）
(12)直流信号的频谱是冲击谱（√）
2.选择正确答案填空
(1)描述周期信号的数学工具是(B )。
A.相关函数
B. 傅里叶级数
C. 拉普拉斯变换
D. 傅里叶变换
(2)描述非周期信号的数学工具是( C )。
A.三角函数
B. 拉普拉斯变换
C. 傅里叶变换
D. 傅里叶级数
(3)将时域信号进行时移，则频域信号将会( D )
A.扩展
B. 压缩
C. 不变
D. 仅有相移
(4)瞬变信号的傅里叶变换的模的平方的意义为( C )
A.信号的一个频率分量的能量
B. 在f处的微笑频宽内，频率分量的能量与频宽之比
C. 在f处单位频宽中所具有的功率
(5)概率密度函数是在（C）域，相关函数是在（A）域，功率谱密度函数是
在（D）域描述随机信号。
A.时间
B. 空间
C. 幅值
D. 频率
(6) 白噪声信号的自相关函数是（C ）
A.相关函数
B. 奇函数
C. 偶函数
D. 不存在
3．已知方波信号傅里叶级数，请描述式中各常数相的物理意义，并绘出频谱图。
见书中例题
4．已知锯齿波信号傅里叶级数，请描述式中各常数相的物理意义，并绘出频谱图。
t n n
t t t A A t n n A t A t A t A A t f 00000000ωsin 1.......ω3sin 31ω2sin 21ω(sin π2ωsin π.......ω3sin π3ω2sin π2ωsin π2)(+++=++++=
5. 略
6. 求指数函数的频谱。
见书中例题
7.略
8 求信号)()()(bt at e e t x --*=的傅里叶变换，并绘出频谱图
解：根据傅里叶变换卷积性质 ω
1ω1)()())((j b j a e
F e F t x F bt at +×+=×=
频谱图略
9. 略
10．被截断的余弦信号的频谱
可以认为是窗函数和单位余弦信号时域相乘：t t g t f 0cos )()(ω?= 窗函数为：??
???>≤=)(,0)(,)(T t T t A t g 矩形窗函数的频谱：)(sin 2)(T c AT j G ωω=
t t g t f 0cos )()(ω?=可以写成：)(2
1)()(00t j t j e e t g t f ωω-+?= 则：]
)[(sin ])[(sin )]()([21)(0000T c AT T c AT j j G j j G j F ωωωωωωωωω++-=++-= 画出频谱图：（略）
11．略，参见第五章习题
12. 衰减的正弦振荡信号：
单边指数衰减信号的频谱：ωααj t u e F t +=?-1)]([
t e t f t 0sin )(ωα-=可以写成：)(21)(00t j t j t e e j
e t
f ωωα---?= 则：202000)()
(1)(1[21)(ωωαωωωαωωαω++=++--+=j j j j j F
画出频谱图：
其幅值频谱为 202)(1)(ωωω±+=a j F
a a`
b b`
c c`
题图 信号及其频谱图
以下略
第3章习题及解答
1.判断正误
(13)
惯性式压电加速度传感器的输出电荷正比于质量块的加速度。( ╳ ) (14) 系统的不失真测试条件要求测试系统的幅频特性和相频特性均保持恒定。
( × )
(15)
对于一阶测试装置，其时间常数越小，输出的响应速度就越快。( √ ) (16)
X-Y 记录仪可记录任何频率的信号。( ╳ )
2.选择正确答案填空
(7) RC 电路属于（A ）。
A.一阶系统
B. 二阶系统
C. 高阶系统
D. 理想系统
(8) 测试系统的动态技术指标可以通过（动态标定 ）获得。
A.输入谐波信号
B. 静态标定
C. 动态标定
D. 测量
(9) RLC 电路属于（B ）。
A.一阶系统
B. 二阶系统
C. 高阶系统
D. 理想系统
(10) 加速度传感器可以实现速度的测量利用了定常线性系统的（ D ）。
A. 叠加性
B. 微分性
C. 同频性
D. 积分性
(11) 选择二阶装置的阻尼比ζ=0.707，其目的是( D )。
A. 阻抗匹配
B. 增大输出量
C. 减小输出量
D. 接近不失真条件
(12) 传感器能感知的输入变化量越小， 表示传感器的( D )
A.线性度越好
B.迟滞越小
C.重复性越好
D.分辨力越高 习题1 （测试环节的串联）9.009mm/MPa, 31.815mm
习题2 略
习题3略
习题4已知一阶系统的频率响应为H(j ω)=
11+0.35j ω,用该装置去测周期分别为1S ，2S ，5S 的正弦信号，问它们的幅值误差各为多少?
.|H(j ω)|=2)(0.35+11
ω
T 1=1S, ω1=2π
A 1(ω)=0.4139
T 2=2S, ω2=π
A 2(ω)=0.6728
T 3=5S, ω3=0.4π
A 3(ω)=0.9154
习题5 用一阶测量仪器测量100Hz 的正弦信号，如果要求振幅的测量误差小于5%，问仪器的时间常数T 的取值范围。若用该仪器测50Hz 的正弦信号，相应的振幅误差和相位滞后是多少？
解：一阶装置,仍有1
1)(+=Ts s H 212]
)2(1[1)(f T f H π+= 同一f ,T 越大,)(f H 越小.
今f =100Hz, 测量误差小于5%，即95.0)(>f H ,求出41023.5-? 用该仪器测50Hz 的正弦信号,有9868.0)(=f H , 32.9)2(arg )(-=-=ΦTf tg f π 即振幅误差是1.32%,相位滞后是 32.9- 习题6 试证明一阶系统在简谐激励作用下，输出的相位滞后不大于90度。 证明：ωτωφarctan )( -= 一阶系统时间常数为常量，输入信号频率趋于无穷时，输出的相位滞后趋于90度 习题7 一气象气球携带一时间常数为15s 的一阶温度计并以5m/s 的速度通过大气 层。设温度随所处的高度按每升高30m 下降0.15℃的规律变化，气球将温度和高度的数据用无线电传回地面。在3000m 处所记录的温度为-1℃，问实际出现-1℃的真实高度是多少？在3000m 处的真实温度是多少？ 解：温度计的传递函数s s H τ+= 11)( 输入温度信号vt h T h T T =-= ,)(30 15.000为地面温度 )0(025.00≥-=t t T T 设)()(21t x t x T += 则t t x T t x 025.0)( ,)(201-== 相应的输出为))(1()(/01一阶系统的阶跃输出τt e T t y --= ))](1([025.0-)(/2出一阶系统的斜坡阶跃输ττt e t t y ---= )]1([025.0-)1() ()()(//021τττt t e t e T t y t y t y ----+-=+= 3000m 处记录的温度为-1℃即记录时间为s s m m 600/53000=时C t y ?-=1)(，所以 )]1(15600[025.0)1(115/60015/6000------=-e e T 解得：C T ?≈625.130 因为h T T 3015.00-=，则h 30 15.0625.131-=- 解得：m h 2925≈，实际出现-1℃的真实高度是2925m 。 )(375.1300030 15.0625.13C m T ?-=?-=，在3000m 处的真实温度是-1.375℃。 习题8 不失真测量原则，测量系统固有频率已定时，该阻尼比范围内，一定的幅值 测量误差范围内可用频率范围最大。 习题9 ?=-??-=≈??+-===-10.6)800400(1)800400(5.02arctan )400(31.1)800 400(14.04])800400(1[1)400(800,14.022222Hz Hz A Hz f n φζ ?=-??-=≈??+-===-43.02)800400(1)800400(7.02arctan )400(97.0)800 400(7.04])800400(1[1)400(800,7.022222Hz Hz A Hz f n φζ 习题10 2222)1200(6.04])1200(1[1 95.011200,6.0f f A Hz f n ??+-==-===εζ 习题11 3-30所示方波信号周期为0.02s ，对应频率为50Hz ，其傅立叶级数表达式为： )500sin 51300sin 31100(sin 4 )( +++=t t t t x ππππ 基波和谐波的幅值、相位修改分别为 ? -≈??-=≈??=?≈??-=≈??= 30.43)001.01502arctan()(,,,73.050)12(0.001+11)3(44.17)001.0502arctan()(,,,95.050)2(0.001+11)(020020πφππφπf f A f f A 依此类推： 输出响应信号为： ))30.43300sin(3 73.0)44.17100sin(95.0(4 )( +-+-=t t t y πππ 习题15，见例题 )57.71100cos(1788.0)86.210cos(4995.0)(?-+?-=t t t y 第4章习题及解答 1.判断正误 (17) 能量转换型传感器直接消耗被测对象的输入能量，因而必然造成被测对象状 态的变化而产生测量误差。 ( ╳ ) (18) 物性型传感器是利用敏感元件本身物理性质的变化来实现信号转换的。 ( √ ) (19)传感器的灵敏度与量程成反比。 ( ╳ ) (20)为提高测量精度，传感器的灵敏度越高越好。 ( ╳ ) (21)传感器的线性范围越宽，表明其工作量程越大。( √ ) (22)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。 ( ╳ ) (23)压电式加速度传感器由于产生的静电荷，且本身内阻很大，故不能用普通电 表测量。( ╳ ) (24)用差动变压器式电感传感器作位移测量时，根据其输出就能辨别被测位移的 方向的正负极性。( ╳ ) (25)磁电式传感器属于物性型传感器，适合测量动态量。 ( ╳ ) (26)传感器的作用是用来实现由非电量到电量的转换。( √ ) (27)金属电阻应变片是利用压阻效应进行工作的。( ╳ ) (28)阻抗变换器的作用是将传感器的高输出阻抗变为低阻抗输出。 ( √ ) 2.选择正确答案填空 (13)压电式加速度计与测振仪之间可以串接的是( A ) A.电荷放大器 B.A/D转换器 C.相敏检波器 D.滤波器 (14)差动变压器式位移传感器中线圈之间的互感M( B ) A.始终保持不变 B.随被测位移的变化而变化 C.不随被测位移的变化而变化 D.随线圈电流的变化而变化 (15)下列传感器可实现非接触测量的是( c )传感器。 A.压电式加速度 B.电动式速度 C.磁电式速度 D.电阻应变式 (16)电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化转为( c )的输出。 A. 电阻 B. 电容 C. 电压 D. 电荷 (17) 压电式加速度传感器是( d )信号的传感器。 A. 适于测量任意 B. 适于测量直流 C. 适于测量缓变 D. 适于测量动态 (18) 对于电涡流传感器的谐振测位移电路，当无金属导体靠近时，其输出电压 ( a ) A. 最大 B. 最小 C. 随机变化 D. 中间点 (19) 差动式电感传感器和差动式电容传感器具有( C )的特点。 A.灵敏度提高了一倍，非线性度降低了一倍 B.灵敏度和非线性度都降低了 C.灵敏度提高了一倍，非线性度降低了若干 D.灵敏度提高了若干，非线性度降低了一倍 (20) 调制可以看成调制信号与载波信号( A ) 。 A. 相乘 B.相加 C.相减 D.相除 习题2金属电阻应变片是利用电阻应变效应；半导体应变片是利用压阻效应。，见书中概念 习题3 6 66 7610464 66 1021012101103.610300102110311030010610300210300,2,120,---------?=??=??=?=???==?=??==?∴?=?=??=??==Ω==?R R Pa Pa E m m l l l l R R S R S R R εεσεεεε如果灵敏度其中 习题4 Ω=???==?-024.010********εRS R 无应变时，mA V R E I 5.121205.1=Ω== 有应变时，mA V R E I 498.12024 .01205.1≈+Ω== %016.05.12498.125.12=-=?mA mA mA I I ，不能 习题5 )/(1094.4)103.0()104()/(1085.8103.0()/(1085.892323122) 32 1220m F m F r m F S C K r ------?≈?????=????==??=ππδεεδ度电容传感器的静态灵敏 当F m m F K C um 15691094.4)101()/(1094.4,,1---?±=?±??=?=?±=?δδ 仪表示值：格格47.2/5/1001094.41521±=???±=?-mV pF mV F S CS 习题8 略 习题9 2倍关系 习题10 涡电流效应产生的交变磁场总是和原磁场相反，使涡流线圈的等效阻抗发生变化。导磁 体的涡流效应强。 第5章习题及解答 习题1 a 对臂，b 邻臂，a 两个邻臂使用温度补偿应变片，b 邻臂接入已经具有温度 补偿功能 习题2 第一个好，消除非线性和温度等共模误差 习题3 见电桥的平衡条件 习题4 ????=???==?=???==?? ????=???==?=???==?? ????=???==?=???==------------V ES U V ES U V S E U V S E U V S E U V S E U o o o o o o 3666366636661012102000231012102231061020002232106102223210310200024341031022434εεεεεε全桥：双臂：单臂： 习题5 不能 习题6 见例题 习题7 4 1075.32 43-?=?==∴=V mV ES U ES U o o εε 习题8 参见例题 习题9 带宽分别为200Hz,1000Hz ，成份：9900，10100，9500，10500Hz 习题10， 见课件 习题11 (1) 5个频率分量：10kHz, 9500,10500, 8500,11500 习题12 不能，使相乘 习题16 s uF k RC 001.011=?Ω==τ一阶系统： )001.0arctan()(,)001.0(11)(001.011)(001.011 )(2ωωφωωω ω-=+=+=+= A j j H S S H 计算略 习题19 B 习题20 如前述 习题25 V pF g g pC C g S C Q u f q f o 05.010005.0/100?-=-=-=- 简答题： 1. 简述压电式传感器的工作原理、输出信号特点和后续处理电路的要求。 答案：压电效应略。 输出信号特点：压电式传感器的输出电阻很大、电荷量很小； 后续处理电路：不能用普通放大器，采用阻抗变换器或电荷放大器。 2. 应变片的灵敏系数与电阻丝（敏感栅）的灵敏系数有何不同？为什么？ 答：一般情况下，应变片的灵敏系数小于电阻丝的灵敏系数。 原因是： 1) 当应变片粘贴于弹性体表面或者直接将应变片粘贴于被测试件上时，由于基底和粘结剂的弹性模量与敏感栅的弹性模量之间有差别等原因，弹性体或试件的变形不可能全部均匀地传递到敏感栅。 2)丝栅转角及接线的影响（或横向效应也可）。 3. 试比较自感式传感器与差动变压器式传感器的异同。 答：(1)不同点： 1)自感式传感器把被测非电量的变化转换成自感系数的变化；2)差动变压器式传感器把被测非电量的变化转换成互感系数的变化。 (2)相同点： 两者都属于电感式传感器，都可以分为气隙型、截面型和螺管性三种类型。 2. 压电加速度计的固有电容为Cs ，连接电缆电容为Cc ，输出电压灵敏度Su=U0/a ，a 为输入加速度，输出电荷灵敏度Sq=Q/a 。求： 1) 传感器电压灵敏度与电荷灵敏度之间的关系。 2) 如果Cs=1000PF ， Cc=100PF ，标定的电压灵敏度为100mV/g ，则电荷灵敏度为多少？如果Cc=300PF ，则电压和电荷灵敏度各为多少？ 解： 电压灵敏度Su=U0/a ，输出电荷灵敏度Sq=Q/a U0=Q/C,C=Cs +Cc C S C C S a C C Q a U S q C s q C s O u =+=+==)( 不变， 改变电缆电容，q u S C q S g pC g V pF S C C S /110/1.0*1100)(==+= g V pF g pC C C S S C s q u /0846.0)3001000(/110=+=+= 4. 为什么使用压电式传感器时必须配用阻抗变换器? 答案：因压电式传感器的输出电阻很大、电荷量很小；普通放大器输入电阻较小，不能直接放大；阻抗变换器具有输入阻抗高，输出阻抗小。 5. 一电涡流测振仪测量某主轴的轴向振动。已知：传感器的灵敏度为15(mV/μm)，最大线性范围为6(μm)。现将传感器安装在主轴右侧。如图a所示。用记录仪记录振动波形，如图b所示，问：传感器与被测金属的安装距离L为多少微米时，可得到较好的测量效果?轴向振动的振幅A为多少? 答案：3(μm)时可得到较好的测量效果；轴向振动的振幅A为3(μm)。 6、单组式变面积型平板线位移电容传感器，极板宽度b=5mm,两极板的间隙d=0.5mm, 极板间介质为空气ε = 8.85 x 10-12F/m,试求其静态灵敏度，若极板相对位移2mm,求其电容变化量。 答案：K=Δc/Δx=εb/d =(8.85×10-12×5×10-3)/ 0.5×10-3=8.85×10-11F/m=0.09PF/mm Δc=KΔx=0.09×2=0.18PF 7、何谓霍尔效应？说明霍尔灵敏度系数的物理意义。 答：金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。霍尔电势UH=kHIB 霍尔灵敏度系数kH表示在单位磁感应强度和单位电流时的霍尔电势的大小。 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。 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= 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连续的。 ２、均方值Ψx2表示的是信号的强度，它与均值μx、方差ζx2的关系是￠x2=H x2+óx2。 ３、测试信号调理电路主要有电桥、放大、调制解调电路。 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、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） ３、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 (η) 。（15分） ２、二阶系统的阻尼比ξ=0.2，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 = 8.85×10-12 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： 1、连续 2、￠x2=H x2+óx2 3、电桥、放大、调制解调电路 4、非线性度、灵敏度、回程误差 5、斜率 6、组合型、一体化型 7、Δó〈〈ó0定位 8、相邻相反相对相同 9、信号分析、信号处理 10、传递函数、频率函数、脉冲响应函数11、差模12、分布电容 13、频率 14、鉴频、鉴频器 15、反比 16、带宽B 17、1 18、串联19、系统、随机 一、问答题 1、答：测试是测量和试验的综合，是一种研究型的探索型的、论证型的测量过程，也是获取信息的过程。 （1）测量对象 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 2-1 进行某动态压力测量时，所采用的压电式力传感器的灵敏度为90.9nC/MPa ，将它与增益为0.005V/nC 的电荷放大器相连，而电荷放大器的输出接到一台笔式记录仪上，记录仪的灵敏度为20mm/V 。试计算这个测量系统的总灵敏度。当压力变化为3.5MPa 时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？ 解：若不考虑负载效应，则各装置串联后总的灵敏度等于各装置灵敏度相乘，即 S =90.9(nC/MPa)?0.005(V/nC)?20(mm/V)=9.09mm/MPa 。 偏移量：y =S ?3.5=9.09?3.5=31.815mm 。 2-2 用一个时间常数为0.35s 的一阶装置去测量周期分别为1s 、2s 和5s 的正弦信号，问稳态响应幅值误差将是多少？ 解：设一阶系统1()1H s s τ= +，1 ()1H j ωτω =+ 2 2 11 ()()21()1() A H T ωωπττω== = ++，T 是输入的正弦信号的周期 稳态响应相对幅值误差()1100%A δω=-?，将已知周期代入得 58.6%1s 32.7%2s 8.5%5s T T T δ=?? ≈=??=? 2-3 求周期信号x (t )=0.5cos10t +0.2cos(100t ?45?)通过传递函数为H (s )=1/(0.005s +1)的装置后得到的稳态响应。 解：1()10.005H j ωω= +，21 ()1(0.005) A ωω=+，()arctan(0.005)?ωω=- 该装置是一线性定常系统，设稳态响应为y (t )，根据线性定常系统的频率保持性、比 例性和叠加性得到 y (t )=y 01cos(10t +?1)+y 02cos(100t ?45?+?2) 其 中 01 01 2 1( 1 0) 01(0 . y A x == ?≈ + ?，1(10)arctan(0.00510) 2.86??==-?≈-? 02022 1(100)0.20.179 1(0.005100) y A x == ?≈+?， 2(100)arctan(0.005100)26.57??==-?≈-? 所以稳态响应为()0.499cos(10 2.86)0.179cos(10071.57)y t t t =-?+-? 机械工程测试技术基础第三版课后题答案 1.1求周期方波（图1-4）的傅立叶级数（复指数函数形式）。画出频谱图|C n |—ω ；φn —ω 图并与表1-1对比。 解：傅立叶级数的复指数形式表达式：???±±±==∑+∞ -∞ =,3,2,1,0; )(0n e C t x n t jn n ω 式中： 所以： 幅值频谱： 相位频谱： 傅立叶级数的复指数形式的幅值频谱图和相位频谱都是双边频谱图。 1.2求正弦信号 x (t )=x 0sin ωt 的绝对均值μ|x |和均方根值x rms 解： 1.3求指数函数 的频谱。 解： []() ?? ??? ? ??±±±=???±±±=-=--=+? + -= ??????-+??????--=?? ?+???-==-------- -? ?? ,6,4,2;0,5,3,1;2cos 12 111)(1)(12 000 2 02 02 022 0000 0000 00n n n A j n n A j e e n jA n jA e jn A T e jn A T dt Ae dt e A T dt e t x T C jn jn T t jn T t jn T t jn T t jn T T t jn n πππ π π ωωπ π ωωωωω? ??±±±±=??? ? ? -= ∑ +∞ -∞ =,7,5,3,1;2)(0n e n A j t x t jn n ωπ? ??±±±== +=,5,3,1;22 2 n n A C C C nI nR n π ???? ? ???---=? ??=-=? ????? ??- ==,5,3,1;2 ,5,3,1;202n n n A arctg C C arctg nR nI n πππ ?ω π π ωμ2;2sin 1)(lim 00 00 = = = =? ? ∞ →T x tdt x T dt t x T T T x 式中：()2 sin 1 )(1 002 002 00 x dt dt x T dt t x T x T T rms = = = ??ω)0;0(;)(≥>=-t Ae t x t ααf j A dt e Ae dt e t x f X ft j t ft j παπαπ2)()(0 22+= ?= = ? ? ∞ +--∞ +∞ -- 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 第一章软件测试理论 一、选择题 1. 软件测试的目的是 C 。 A．表明软件的正确性B．评价软件质量 C．尽可能发现软件中的错误D．判定软件是否合格 2. 下面关于软件测试的说法， A 是错误的。 A．软件测试是程序测试 B．软件测试贯穿于软件定义和开发的整个期间 C．需求规格说明、设计规格说明都是软件测试的对象 D．程序是软件测试的对象 3. 某软件公司在招聘软件评测师时，应聘者甲向公司做如下保证： ①经过自己测试的软件今后不会再出现问题； ②在工作中对所有程序员一视同仁，不会因为在某个程序员编写的程序中发现的问题多，就重点审查该程序，以免不利于团结； ③承诺不需要其他人员，自己就可以独立进行测试工作； ④发扬咬定青山不放松的精神，不把所有问题都找出来，决不罢休； 你认为应聘者甲的保证 B 。 A．①、④是正确的B．②是正确的 C．都是正确的D．都不正确 4. 软件测试的对象包括 B 。 A．目标程序和相关文档B．源程序、目标程序、数据及相关文档C．目标程序、操作系统和平台软件D．源程序和目标程序 5. 导致软件缺陷的原因有很多，①－④是可能的原因，其中最主要的原因包括 D 。 ①软件需求说明书编写的不全面，不完整，不准确，而且经常更改②软件设计说明书③软件操作人员的水平④开发人员不能很好的理解需求说明书和沟通不足 A．①、②、③B．①、③C．②、③D．①、④ 二、简答题 1．简述软件测试发展的历史及软件测试的现状。 参考答案： 软件测试是伴随着软件的产生而产生的。在软件行业发展初期，没有系统意义上的软件测试，更多的是一种类似调试的测试，测试用例的设计和选取也都是根据测试人员的经验随机进行的，大多数测试的目的是为了证明系统可以正常运行。 到了20世纪70年代以后，很多测试理论和测试方法应运而生，逐渐形成了一套完整的体系。在产业界，从20世纪70年代后期到20世纪80年代中期，很多软件企业成立了QA 或者SQA部门。后来QA的职能转变为流程监控(包括监控测试流程)，而测试(Testing)则从QA中分离出来成为独立的组织职能。 到了20世纪80年代初期，一些软件测试的基础理论和实用技术开始形成，软件测试作为软件质量保证（SQA）的主要职能，包含软件质量评价的内容。软件测试已有了行业标准（IEEE/ANSI ）。 在我国，软件测试目前还没有形成一个真正的产业，尚处于起步阶段。 但是，在国内，现在在软件测试行业中各种软件测试的方法、技术和标准都还在探索阶段。 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。 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 《机械工程测试技术基础》第三版熊诗波-黄长艺-课后答案 机械工程测试技术基础第三版课后题答案 1.1求周期方波（图1-4）的傅立叶级数（复指数函数形式）。画出频谱图|C n |—ω ；φn —ω 图并与表1-1对比。 解：傅立叶级数的复指数形式表达式： ? ??±±±== ∑+∞ -∞=,3,2,1,0;)(0n e C t x n t jn n ω 式中： 所以： [] ()????????±±±=???±±±=-=--=+?+-=??????-+??????--=? ??+???-== ---------??? ,6,4,2; 0,5,3,1;2cos 12111)(1)(12 000 2 00 2002 022 00000 0000 00n n n A j n n A j e e n jA n jA e jn A T e jn A T dt Ae dt e A T dt e t x T C jn jn T t jn T t jn T t jn T t jn T T t jn n πππ ππωωππωωωωω???±±±±=??? ? ? -= ∑+∞ -∞=,7,5,3,1;2)(0n e n A j t x t jn n ωπ 1.4求符号函数（题图1-1a ）和单位阶跃函数（题图1-1b ）的频谱. 解:1) 符号函数的频谱: 令: 2)单位阶跃函数的频谱: f j dt e e dt e e dt e t x f X t x e t x ft j t ft j t ft j t ππαπααπαα1)1(lim )()(; )(lim )(022002110 1=?? ? ??+-===???∞+---∞--→--→dt e e dt e t x f X t x e t x ft j t ft j t παπαα1lim )()(; ) (lim )(22220 2=?? ?===∞+----→ 《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 机械工程测试技术基础习题解答 第一章 信号的分类与描述 1-1 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 ? --≤ 1,3,5,2arctan 1,3,5,2 00,2,4,6,nI n nR π n c π φn c n ?-=+++???===---??=±±±??? L L L 没有偶次谐波。其频谱图如下图所示。 1-2 求正弦信号0()sin x t x ωt =的绝对均值x μ和均方根值rms x 。 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 ====-==??? rms x ==== 1-3 求指数函数()(0,0)at x t Ae a t -=>≥的频谱。 解答： (2)220 2 2 (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 ()X f = Im ()2()arctan arctan Re ()X f f f X f a ==-π? 幅频图 相频图 周期方波复指数函数形式频谱图 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 j 第二章部分题目答案 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( )()2j 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 π θ= 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 π π π--=-=+ 所以，在2T π-处：2n A C =-，2nR A C =-，0nI C =，||2n A C =，n θπ= 《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 机械工程测试技术课后 习题答案 集团标准化小组：[VVOPPT-JOPP28-JPPTL98-LOPPNN] 第三章：常用传感器技术 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。 如图所示的气体压力传感器。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： （1）金属电阻应变片是基于金属导体的“电阻应变效应”， 即电阻材料在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化的现象，其电阻的相对变化为()12dR R με=+； （2）半导体应变片是基于半导体材料的“压阻效应”，即电阻材料受到载荷作用而产生应力时，其电阻率发生变化的现象，其电阻的相对变化为dR d E R ρλερ == 。 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：根据应变效应表达式R /R =S g 得 R =S g R =2100010-6120=0.24 1）I 1=1.5/R =1.5/120=0.0125A=12.5mA 2）I 2=1.5/(R +R )=1.5/(120+0.24)0.012475A=12.475mA 图3-105 题3-4图工程测试技术试题及答案
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