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现代测试技术试题
一、填空题
1.时间常数I是二二阶传感器动态特性参数，时间常数T越小，响应越快，响应曲线越接近于输入阶跃曲线。
2.满足测试装置不失真测试的频域条件是幅频特性为一常数和相频特性与频率成线性关系。
3.电荷放丸器常用做藝传感器的后续放丸电路，该放丸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无关。
4.信号当时间尺度在压缩时，则其频带变宽其幅值变小。
5.当测量较小应变值时，应选用电阻座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。
6.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。
7.电涡流传感器是利用圭隹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。
8.在调制解调技术中，将控制高频振荡的低频信号称为调制波,载送低频信号的高频振荡信号称为载波,将经过调制过程所得的高频振荡波称为已调制波。
/\
9.已知x（/）=12sinm,郭）为单位脉冲函数，则积分「r-—dt=
丄aI2a））
12.0
10.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900r7min。
11.RC低通滤波器中的RC值越大，则其上限截止频率越小。
12.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。
二、选择题
1.离散、周期的时域信号频谱的特点是（C）的。
A非周期、离散B非周期、连续C、周期、离散D周期、连续
2.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
3.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
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.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
6.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
7.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
8.A/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
9.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。
A41B1CV2/2D1/2
10.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
三、简答题
1.才艮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。
（6分）
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
2.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。
（6分）
答:
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。
3.—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20%,试求：
测试系统的时间常数和当输出达到最大值的95%时，需多长时间？
（6分）
2
解:
=l-e~=20%
-=-ln（0.8）
T
T=9s
当输出达到最大值的95%时，呗=l_e+=1-e吋=95%心）
0.05
Z1=—9x111（0.05）=27s
4.下图为动态应变仪工作框图，请指出图中A、B和C分别代表什么？
并说明B和C在系统中的作用是什么？
（6分）
答：
A电桥将电阻、电容、电感等参数变化转换为电压或电流输出
B相敏检波解调
C低通滤波器选取低频信号，抑制或衰减掉其他不需要的成分
四，计算题
1、有一个电容测微仪，两极板介质为空气，其圆形极板半径r=4mm,工作初始间隙8=0.2mm,已知
so二8・58X1012F/m,尸1,问：
1）、工作时，如果传感器与工件的间隙变化量△浒1凹时，电容变化量是多少？
2）、如果测量电路的灵敏度S.=100mV/pF,读数仪表的灵敏度S2=5格/mV,在"（ini时，读数仪表的指示值变化多少格？
2-1222解：
1）、AC=ee0AXA8/-8=1X&58X10「（F/m）X3.14X（0.004）（m'）X
1X106（m）
=-4.94X103pF
2）、S=ACxSiXS2=-4.94X10-3（pF）X100（mv/pF）X5（格/mv）=-2.47格~一2・5格
2、应变片的计算：
已知试件尺寸如图，试件材料为馮#钢，E=2.0X107N/cm',应变片电阻R=120Q,K=2.0,康铜电阻丝的电阻温度系数a=-50xl0'7°C，温度线膨胀系数P2=15X1（T7°C,45#钢的温度线膨胀系数pi=llX10_7oCo求:
（1）、不考虑温度的影响，当P=10吨时，求电阻应变片的电阻相对变化量AR/R和绝对变化量AR。
（2）、当P=0,环境温度在・20°C变到+20°C时，求电阻应变片的相对变化量△R/R和绝对变化量AR。
解：
（1）拉伸变形P=SA=EsA得
=0.005X120=0.6Q
⑵当p=0,At=20-（-20）=40°C时
AT?
=R[（x+K（0[-02）]xAt=120x[-50xl0-6+2.0x（11-15）x106]x40=-0.2784Q
3、脱粒机滚筒轴上，沿与轴线方向成45。
方向贴一应变片，在工作时应变片的阻值从120Q增加到120.006Q，试问滚筒轴所承受的工作扭矩是多少？
已知轴的直径为40mm,E=2.1X10j6kg/cm\|i=0.3,应变片的K二2.0。
又厶R/R二血—£二AR/R*k二0・006/120X2.0=25X10'
所以Mk二I2.lxl0_6（kg/cm2）x25x1（T7（1+O.3）]x3.14x（4cm）716
=507.2kg.c111=5.072kg.m=50.72N.m
4、如图所示，在左端固定的悬臂梁的右端部，沿X-X轴，Y-Y轴，Z-Z轴分别作用有P’、P『、E三个力，且人、P：
.•可沿Z-Z轴方向在端部稍向内（图的左部）移动，现欲同时测此三个力，应如何布片和接桥。
解：
略
5、已知条件如图，试件为45号钢，E=2.0XlO+'N/c*,应变片的电阻为R.=R2=120欧，K=2.0,由应变仪测得因P力作用，应变片产生△Ri=0.281Q,△R2=・0.281Q的电阻变化，求P=?
M=PxL
M=Exe-xW
其中w是抗弯截面系数，矩形截面的W=bh2/6
□bxh1
Exsx
=6_
_L
2xl06xll70xl0-6x
Q49.01N
6、如图所示，弹性元件为钢材，E=2.0X10+'N/mrrf,贴片处的断面积为400mm\泊松比2=0.3,Ri=R2=R_3=Ri=120欧，K=2.0,力P=500007,求电
桥的输出电压Ubd=?
解：
弹性元件拉伸变形P=3A=EsA
P
£=——
EA
=5000仏g）
2.0x10+4（kg/mm2）x400（〃?
〃?
[）
=625x10“
=625“占
根据布片、接桥规则（如图所示）：
%冷KQ+心U
=|x2.0x（1+0.3）x625x10_6x6
=4.S15mV
7、图示为圆轴销，其端部受有一力P,轴上贴有两应变片R尸RE20Q,K=2.0,两片之间的距离L=100mm,圆轴直径d=20mm,E=2.0X10'5N/mm2,若测得半桥的指示应变为2000圧o
求：
（1）画出测量电路，写出输出电压式。
（2）计算卩力的大小。
p
R1
R2
■
1
p
L
解：
（1）测量电路（接桥）如下图，两不等臂工作，组半桥。
UBD=^KB:
.-e2）U
（2）圆轴弯曲变形，在R】、&处分别有弯矩计算公式
A/〕=PxL、=Ex6x"M2=Px厶2=Exs2xW
得F（厶一厶）=
半桥指示应变即为（斫-乞）=2000“
p二E（S-£2）W
（厶一厶2）
故=
1I4x?
03
2.0xl05x2000xl0_6x
32
100
=3140N
8、有一直径为d=30mm的传动轴，受纯扭矩M,其上贴有四个电阻应变片，轴材料为45号钢，E=2.0X10+4kg/mm2,卩=0.3。
求：
（1）、画出全桥测量电路，并写出输出电压公式。
（2）、若已知指示应变8.-2000^,求圆轴扭转时的剪应力gx和扭矩M/
量应变为1000压，应变片的灵敏系数K=2.o,试问电桥的供桥电压是多少？
答：
全桥四臂工作测量：
Ubd=KwU,则—會=孑鳥
Ks2x1000x10
1U
半桥双臂工作测量：
Ubd=-KeU,］）］\\U=2-^=6V
2Ks
半桥单臂工作测量：
UBD=\k£U^\U=4字=127
4Ks
10、电桥的输出电压为0.6X10®,桥臂电阻R=120Q,AR二0.120。
求：
电桥的供桥电压是多少？
2
答：
全桥测量：
UBD=KsUMU=UBD.7?
/AT?
=°-6xlQxl2°=6V
0•1
半桥双臂测量：
UBD=IKeU,PJIJU=2Ubd-R!
\R=nV
半桥单臂测量：
UBD=KeU.RIJU=4Ubd-R/^R=24V
11＞有一金属箔式应变片，标称电阻值为R=100Q,灵敏度K=2,粘贴在横截面积为9.8mm2的钢质圆柱体上，钢的弹性模量E=2x1011N/nf,所受拉力为F=0.2KN,求受拉力后应变片的电阻值增加了多少（AR）?
提示：
拉压变形
如图所示，在一受拉弯综合作用的构件上贴有四个电阻应变片。
试分析各应变片感受的应变，并分析如何组桥才能进行下述测试：
（1）只测弯矩，消除拉应力的影响；
（2）只测拉力，消除弯矩的影响。
电桥输出各为多少？
RsR“
解:
（1）只测弯矩，消除拉应力的影响组桥如图所示。
设构件上表面因弯矩产生的应变为
5材料的泊松比为〃，供桥电压为%,应变片的灵敏度系数为X。
各应变片感受的应变如下表。
可得输出电压
（2）只测拉力，消除弯矩的影响组桥如图所示。
设构件上表面因拉力产生的应变为5其余变量同
（1）的设定.
各应变片感受的应变如下表。
可得输出电压
町=-（-阔+&-（-冏=扌埼&2（1+西）
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