机械工程测试技术课后作业.docx
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机械工程测试技术课后作业
机械工程测试技术-课后作业
第一次作业
1、P1263-3试举出你所熟悉的5种传感器,并说明它们的变换原理。
2、下图是使用三根引线引入应变片,从而消除引线的影响。
分析原理。
解:
3、讨论下图电路采用差动结构后如何:
改善系统的线性;减轻温度等干扰的影响;提高检测系统的灵敏度。
re→应变带来的电阻变化
rt→温度带来的电阻变化
解:
第二次作业
1、举例说明传感器采用差动式结构的优点。
解:
要举例说明
2、试述电涡流传感器的工作原理。
说明如何使用相敏检波电路进行检测及使用相敏检波的优缺点。
解:
电涡流传感器是利用电涡流效应原理,将位移等非电量转换为阻抗的变化(或电感的变化,或Q值的变化),从而进行非电量电测的。
一个通有交变电流的线圈,由于电流的变化,在线圈周围就产生一个交变磁场H1,当被测导体置于该磁场范围之内,被测导体内便产生电涡流,电涡流也将产生一个新磁场H2,H2与H1方向相反,因而抵消部分原磁场,从而导致线圈的电感量、阻抗和品质因数发生改变。
3、电容传感器有哪些优缺点?
答:
电容式传感器的优点:
(1)输入能量小而灵敏度高
(2)精度高达0.01%。
(3)动态特性好,适合测量动态参数。
(4)能量损耗小。
(5)结构简单,环境适应性好(高温、辐射等)
缺点:
电缆分布电容影响大,集成电路、双屏蔽传输电缆等——降低分布电容的影响。
第三次作业
1、什么是压电效应?
什么是逆压电效应?
答:
某些物质,如石英,受到外力作用时,不仅几何尺寸会发生变化,而且内部会被极化,表面产生电荷;当外力去掉时,又重新回到原来的状态,这种现象称为压电效应。
压电效应是可逆的,当在电介质的极化方向上施加电场,这些电介质也会发生变形,电场去掉后,电介质的变形随之消失,这种现象称为逆压电效应。
2、什么是电荷放大器?
它有哪些特点?
答:
电荷放大器是一个带电容负反馈的高输入阻抗,高增益的放大器,是压电式传感器的一种专
用前置放大器。
能将高内阻的电荷源转变为低内阻的电压源。
特点:
理想情况下:
电荷放大器的输出电压只与反馈电容的大小、压电体产生的电荷量有关,而与压电体的电容、电缆的电容等无关。
高阻抗变低阻抗输出;
输入电压与输入电荷成正比,信噪比高;
频带宽,电缆长度变化引起的电容变化,不影响测量灵敏度。
作业存在问题:
1、基本都没给出等效电路图和推导过程
2、特点这一块,有些属于乱凑:
a、具有电压输出功能,使仪器可以配装电压输出型传感器;
b、具有一次积分功能,配接压电加速度传感器,除了测量加速度外,还可测速度,配接速度传感器,除了测速度,还可测位移。
。
。
(本身就是测位移的)
c、体积小,重量轻,稳定可靠。
。
。
3、为什么压电传感器不能测量静态量?
压电传感器的频率上限和下限主要由什么决定?
答:
理论上来讲,如果施加在晶片上的外力不变,积聚在极板上的电荷无内部泄漏,外电路负载无穷大,那么在外力作用期间,电荷量将始终保持不变。
但这是不存在的,漏电阻会很快泄放掉其上的电荷。
所以,这类传感器不能用于静态测量。
【存在最主要的问题:
很多同学写着压力传感器只有在动态时才有信号输出,静态时,不管受力与否,压力值多大,都没信号输出,所以不能测静态量。
。
。
。
这肯定是属于没有认真思考的】
(1)频率下限
压电传感器的低频响应不好。
主要是受到泄漏电阻(传感器本身与放大器输入电阻)的影响。
传感器的低频响应可以很低,但就是不能为零(DC);
(2)频率上限
压电传感器的频率上限由传感器本身的固有频率限制,一般应为固有频率的三分之一以下。
第四次作业
1、理论推导:
答:
2、精密仪器中如何避免热电偶效应带来的影响,可采取哪些措施。
答:
在精密仪器中,热电偶效应是非常重要的一个需要考虑的内容。
每度几十个微伏的热电势在有些情况下会带来很大的测量误差。
由于温度的变化一般是缓变的,因此可以用电容把这一直流变化的量给去除。
当然,这里的前提是有用信号必须是快变的。
当有用信号也是慢变的时候,可以使用斩波的方法把它加载到高频分量上,从而与温度的变化区分开来。
在设计电路时,还可通过减小温度差、恒温、使用热电势小的导体对来减小热电势的影响。
3、太阳能电池的光接收面正对着太阳具有最大的效率,设计一个使用四象限PSD进行太阳位置追踪的系统,使太阳电池板始终对着太阳。
答题要点:
首先给出PSD的工作原理分析,然后设计出追踪框图,并给出相应的分析介绍。
存在问题:
PSD原理分析不清;
未给出控制框图。
第五次作业
1、如何设置霍尔元件能实现既能测速又能判断转动方向?
请简单说明。
作业中存在的问题:
就是写的比较简单,直接说采用相位差来实现辨向,但真正的实现还要考虑一些东西,比如圆盘上的贴的磁铁从两个霍尔元件中间启动。
2、有一批涡轮机叶片,需要检测是否有裂纹,请举出两种以上方法,并阐明所用传感器的工作原理。
答:
(1)超声波探测
(2)振动信号频谱分析
(3)涡流传感器霍尔元件等对标准件和待测件进行对比分析探测
作业中存在的问题:
都提到了红外测温探测,但内部裂纹还是很难探测的,毕竟温度分布没有那么不均,对红外热像仪的分辨率要求太高。
只有两三个同学提到了超声探伤
第六次作业:
1、将书中整流检波的某一过程分析清楚。
作业中存在的问题:
个别同学没有画图;另外可能直接抄书的,不确定是否理解透彻
第七次作业
1、利用滤波器设计软件filtersolution,设计一个三阶butterworth滤波器,带通的,50kHz~150kHz,分别给出无源和有源的电路原理图,并画出幅频特性。
第八次作业
1、详细描述模拟信号到数字信号处理过程中时域与频域的变化过程,并给出步骤中可能会引起信号失真的问题。
第九次作业
课本P175
5-2假定有一个信号x(t),它由两个频率、相角均不相等的余弦函数叠加而成。
其数学表达式为:
,求该信号的自相关函数。
解:
由同频相关,不同频不相关得:
5-4某一系统的输入信号为
(见图5-25),若输出
与输入
相同,输入的自相关函数
和输入——输出的互相关函数
之间的关系为
,试说明该系统起什么作用?
解: