机械工程测试技术 第二版 陈花玲 第五章 课后习题答案
机械工程测试技术课后答案
机械工程测试技术课后答案机械工程测试技术课程通常是机械工程专业的学生在大学学习的一门课程，它是与机械工程领域密切相关的技术学科，对学生掌握机械工程测试技术具有重要的意义。
在这门课程中，往往会进行一些测试实验，以便让学生更好地了解机械工程测试技术的具体实现方法，同时还需要进行一些测试技术的操作和数据处理等方面的学习。
为了帮助学生更好地掌握这门课程，以下是机械工程测试技术课后答案的讲解和说明。
一、传感器1.1 传感器是什么?传感器是一种能够将机械物理量等非电量转化成电信号的变换器件。
在机械工程测试的过程中，我们通常需要用到各种传感器，如温度传感器、压力传感器、位移传感器等。
传感器将机械实验中的各种物理量转换成电信号，方便我们对这些物理量进行监测和记录，从而更好地了解实验结果。
1.2 传感器的分类常见的传感器可以按功能、检测对象、感知方式等多种方式进行分类。
按照功能分类，传感器可以分为位移传感器、力传感器、温度传感器等类型。
按照检测对象分类，传感器可以分为加速度传感器、压力传感器、震动传感器等类型。
按照感知方式分类，传感器可以分为电感传感器、电容传感器、电阻传感器等类型。
1.3 光电传感器光电传感器是一种检测器件，能够将光信号转化成电信号，从而实现对于光信号的检测和处理。
在机械工程实验中，光电传感器通常用于检测工件的位置、方向、速度、角度等信息。
常见的光电传感器包括光电开关、光电探测器等。
一、数据采集与处理2.1 什么是数据采集?数据采集是指通过一种或多种传感器、测量仪器等，将待测物理量及相关信息转化成电信号，以便于人们进行数据处理和分析的过程。
在机械工程测试的过程中，数据采集是实现数据测量和分析的关键步骤。
2.2 什么是数据处理?数据处理是指对数据进行清理、转化、计算和分析的过程。
在机械工程测试中，数据处理可以帮助我们更好地分析结果，从而避免分析结果的错误。
2.3 基本的信号分析方法信号分析方法主要包括时域分析方法、频域分析方法和脉冲采样分析方法。
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机械工程测试技术课后解答思考问题和练习0-1说明了什么是测试。
答:(1)测试示例:为了确定一端固定的悬臂梁的固有频率，可以用锤击法激励悬臂梁。
信号波形由压力传感器、电荷放大器和波形记录器记录，悬臂梁的固有频率可由衰减的振荡波形计算出来。
(2)结论:从这个例子可以看出，测试是指用于确定待测物体悬臂梁的固有频率的所有操作。
通过一定的技术手段——⑴测试实例: 为了确定一端固定的悬臂梁的固有频率，可以用锤击法激励悬臂梁。
信号波形由压力传感器、电荷放大器和波形记录器记录，悬臂梁的固有频率可由衰减的振荡波形计算出来。
(2)结论:从这个例子中可以看出，测试是指确定待测物体悬臂梁固有频率的所有操作。
通过一定的技术手段:(1)测试系统框图如图0所示——测试系统框图如图0所示:各部分功能如下。
传感器是将测量信息转换成特定电信号的装置；信号调理是将来自传感器的信号转换成适合传输和处理的形式。
信号处理部分可以对来自信号调节部分的信号执行各种操作。
过滤和分析；信号显示和记录链接将显示或存储来自信号处理链接的信号；模数转换和数模转换是模拟信号和数字信号的相互转换，以便于计算机处理。
0-信号调节是将来自传感器的信号转换成适合传输和处理的形式；信号处理部分可以对来自信号调节部分的信号执行各种操作。
过滤和分析；信号显示和记录链接将显示或存储来自信号处理链接的信号；模数转换和数模转换是模拟信号和数字信号的相互转换，以便于计算机处理。
0:这门课非常实用。
只有在学习过程中，紧密联系实际，加强实验，注重物理概念，才能真正掌握相关知识。
在教学过程中安排了与本课程相关的必要实验和练习。
只有学生积极参与实验并完成相应的练习，才能培养他们正确的实验能力，才能以一种微妙的方式获得一个相对完整的动态测试工作的概念。
只有通过这种方式，他们才能在一开始就有能力处理实际的测试工作。
思维问题和练习1-1的信号类型和特征是什么？(1)、根据信号随时间的变化规律分为确定性信号和确定性信号，确定性信号分为周期性信号(包括谐波信号和一般周期性信号)和非周期性信号(准周期性信号等非周期性信号)；非确定性信号包括平稳随机信号(包括遍历信号和非遍历信号)和非平稳随机信号。
机械工程测试技术基础课后习题答案 第二版
信号及其描述习题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 tjn nω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：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.[]()⎪⎩⎪⎨⎧⋅⋅⋅±±±=⋅⋅⋅±±±=-=--=+⨯+-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎥⎦⎤+⎢⎣⎡-==---------⎰⎰⎰,6,4,2;0,5,3,1;2cos 12111)(1)(1200002002002022000000000000n 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 πππππωωππωωωωω⋅⋅⋅±±±±=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∑+∞-∞=,7,5,3,1;2)(0n e n A j t x t jn n ωπ⋅⋅⋅±±±==+=,5,3,1;222n nA C C C nInR n π⎪⎩⎪⎨⎧⋅⋅⋅---=⋅⋅⋅=-=⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-==,5,3,1;2,5,3,1;202n n n A arctg C C arctg nR nI n πππϕωππωμ2;2sin 1)(lim 000000====⎰⎰∞→T x tdt x T dt t x T T T x 式中：()2sin 1)(10020002000x 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 ftj t ft j παπαπ2)()(022+=⋅==⎰⎰∞+--∞+∞--解:1) 符号函数的频谱:令:2)单位阶跃函数的频谱:1.5求被截断的余弦函数cos ω0t （题图1-2）的傅立叶变换。
机械工程测试技术课后习题答案
思考题与习题0-1 举例说明什么是测试？答：⑴测试的例子：为了确定一端固定的悬臂梁的的固有频率，可以采用锤击法对梁尽享激振，在利用压力传感器、电荷放大器、波形记录器记录信号波形，由衰减的振荡波形便可以计算出悬臂梁的固有频率。
⑵结论：由本例可知，测试是指确定被测对象悬臂梁固有频率的全部操作，是通过一定的技术手段-激振。
拾振、记录、数据处理等，获取悬臂梁固有频率的信息过程。
0-2 以方框图的形式说明测试系统的组成，简述主要组成部分的作用。
答：⑴：测试系统的方框图如图0-1所示。
⑵：各部分的作用如下。
传感器是将被测信息转换成某种电信号的器件；信号调理是把来自传感器的信号转换成适合传输和处理的形式；信号处理环节可对来自信号调理环节的信号，进行各种运算。
滤波和分析；信号显示、记录环节将来至信号处理环节的信号显示或存储；模数转换和数模转换是进行模拟信号与数字信号的相互转换，以便于用计算机处理。
0-3 针对工程测试技术课程的特点，思考如何学习该门课程？答：本课程具有很强的实践性，只有在学习过程中密切联系实际，加强实验，注意物理概念，才能真正掌握有关知识。
在教学环节中安排与本课程相关的必要的实验及习题，学习中学生必须主动积极的参加实验及完成相应的习题才能受到应有的实验能力的训练，才能在潜移默化中获得关于动态测试工作的比较完整的概念，也只有这样，才能初步具有处理实际测试工作的能力。
思考题与习题1-1 信号的分哪几类以及特点是什么？ ⑴、 按信号随时间的变化规律分为确定性信号和分确定性信号，确定信号分为周期信号（包括谐波信号和一般周期信号）和非周期信号（准周期信号和以便非周期信号）；非确定性信号包括平稳随机信号（包括各态历经信号和非各态历经信号）和非平稳随机信号。
⑵、 按信号幅值随时间变化的连续性分类，信号包括连续信号和离散信号，其中连续信号包括模拟信号和一般模拟信号，离散信号包括一般离散信号和数字信号。
⑶、 按信号的能量特征分类，信号包括能量有限信号和功率有限信号。
《测试技术》(第二版)课后习题答案-_.
解：（1） 瞬变信号－指数衰减振荡信号，其频谱具有连续性和衰减性。
（2） 准周期信号，因为各简谐成分的频率比为无理数，其频谱仍具有离散性。
（3） 周期信号，因为各简谐成分的频率比为无理数，其频谱具有离散性、谐波性和收敛性。
解：x(t)=sin2t f 0π的有效值（均方根值）：2/1)4sin 41(21)4sin 41(21)4cos 1(212sin 1)(10000000000000202000=-=-=-===⎰⎰⎰T f f T T tf f T T dt t f T dt t f T dt t x T x T T T T rms ππππππ 解：周期三角波的时域数学描述如下：（1）傅里叶级数的三角函数展开：，式中由于x(t)是偶函数，t n 0sin ω是奇函数，则t n t x 0sin )(ω也是奇函数，而奇函数在上下限对称区间上的积分等于0。
故=n b 0。
因此，其三角函数展开式如下：其频谱如下图所示：T 0/2-T 0/21x (t ) t. . . . . .⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+≤≤-≤≤-+=)(202022)(00000nT t x T t t T AA t T t T A A t x 21)21(2)(12/0002/2/00000=-==⎰⎰-T T T dt t T T dt t x T a ⎰⎰-==-2/00002/2/00000cos )21(4cos )(2T T T n dt t n t T T dtt n t x T a ωω⎪⎩⎪⎨⎧==== ,6,4,20,5,3,142sin 422222n n n n n πππ⎰-=2/2/0000sin )(2T T n dtt n t x T b ω∑∞=+=1022cos 1421)(n t n nt x ωπ∑∞=++=1022)2sin(1421n t n nπωπ(n =1, 3, 5, …）（2）复指数展开式复指数与三角函数展开式之间的关系如下：故有)( 21=212121n 22000=-===+====nn n e n m n n n n n a barctg C R C I arctg a A b a C a A C φ 0ωA (ω)ω0 3ω0 5ω0 0ωω0 3ω0 5ω0 ϕ (ω)24π294π2254π21 2π C 0 =a 0C N =(a n -jb n )/2 C -N =(a n +jb n )/2 R e C N =a n /2 I m C N =-b n /2)(212122000n n n e n m n nn n n a barctg C R C I arctg A b a C a A C -===+===φ R e C N =a n /2⎪⎩⎪⎨⎧====,6,4,20,5,3,122sin 222222n n n n n πππI m C N =-b n /2 ＝0单边幅频谱 单边相频谱0 ωn φω0 3ω0 5ω0 -ω0 -3ω0 -5ω0 0 ωω0 3ω0 22π 21 292π2252π5ω0 -ω0 -3ω0 292π 2252π-5ω0 22πnC0 ωI m C nω0 3ω0 5ω0 -ω0 -3ω0 -5ω0 0 ωR e C nω03ω0 22π21 292π2252π 5ω0 -ω0 -3ω0 292π 2252π-5ω0 22π虚频谱双边相频谱实频谱双边幅频谱解：该三角形窗函数是一非周期函数，其时域数学描述如下：用傅里叶变换求频谱。
机械工程测试技术_课后习题及答案
机械工程测试技术基础习题解答教材：机械工程测试技术基础，熊诗波 黄长艺主编，机械工业出版社，2006年9月第3版第二次印刷。
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/cm 2解答：①-667.810/1.01825447.6601682/10±⨯≈± ②60.00003/25.04894 1.197655/10±≈±③0.026/5.482 4.743±≈‰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。
机械工程测试技术课后习题答案
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()12dRRμε=+； （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 dERρλερ==。
3-4 有一电阻应变片（见图3-105），其灵敏度S0=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=2?1000?10-6?120=0.24?1）I1=1.5/R=1.5/120=0.0125A=12.5mA2）I2=1.5/(R+?R)=1.5/(120+0.24)?0.012475A=12.475mA3）电流变化量太小，很难从电流表中读出。
机械工程测试技术基础课后习题答案(标准无误)
第一章思考题与习题1 求周期方波的傅立叶级数（复指数函数形式），画出|c n|-ω和ϕ-ω图。
解：(1)方波的时域描述为：按照定义：(2) 从而：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。
2 . 求正弦信号的绝对均值和均方根值。
解：(1)(2)3.求指数函数 的频谱。
解：5. 求被截断的余弦函数的傅立叶变换。
)0;0(;)(≥>=-t Ae t x tααfj Adt eAedt et x f X ftj tftj παπαπ2)()(022+=⋅==⎰⎰+∞--+∞∞--(1)被截断的余弦函数可以看成为：余弦函数与矩形窗的点积，即：(2)根据卷积定理，其傅里叶变换为：6. 求指数衰减振荡信号（见图1-11b）：的频谱。
解：t fjtt fjtt ejeejetetx02202121sin)(παπααω-----==，令tetfα-=)(根据傅立叶变换的频移性质：)0,0(;sin)(≥>=-ttetx tαωα))(21)(21(2)]()([21)(0000f f j f f j j f f F f f F j f X -+-++=--+=παπα7.设有一时间函数f (t )及其频谱如图所示。
现乘以余弦函数cos ω0t （ω0>ωm ）。
在这个关系中函数f (t )称为调制信号，余弦函数cos ω0t 称为载波。
试求调幅信号的f (t )cos ω0t 傅氏变换，并绘制其频谱示意图。
又：若ω0<ωm 将会出现什么情况？解：(1)令(2) 根据傅氏变换的频移性质，有：频谱示意图如下：(3) 当ω0<ωm 时，由图可见，出现混叠，不能通过滤波的方法提取出原信号f (t )的频谱。
第二章 习题答案2.1 在使用灵敏度为90.9nC/MPa 的压电式力传感器进行压力测量时，首先将他与增益为 0.005V/nC 的电荷放大器相连，电荷放大器接到灵敏度为20mm/V 的笔试记录仪上，试求该压力测试系统的灵敏度。