机械工程测试技术 复习课含答案副本.docx

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机械工程测试技术复习课含答案副本

《机械工程测试技术》习题课

一、填空题

1．时间常数τ是一阶传感器动态特性参数，时间常数τ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．电荷放大器常用做压电传感器的后续放大电路，该放大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，应选用电阻应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金属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.RC低通滤波器中的RC值越大，则其上限截止频率越小。

10.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。

11.作为传感器的核心部件，直接感受被测物理量并对其进行转换的元件称为敏感元件。

12.在外力作用下，金属应变式传感器主要产生几何尺寸变化，而压阻式传感器主要是

电阻率发生变化，两者都引起电阻值发生变化。

13.描述一阶系统动态特性的参数是时间常数，其值越小，则该系统频带越宽，响应越快。

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

C线性范围越宽D允许的输入量越大

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．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。

A

B1C

D1/2

9．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

10．压电式传感器目前多用于测量D。

A静态力B温度C速度D加速度与动态力

11.滤波器的带宽越小，表示该滤波器D。

A建立时间越短，频率分辨率越低B建立时间越长，频率分辨率越低

C建立时间越短，频率分辨率越高D建立时间越长，频率分辨率越高

12.测试系统动态特性的测定方法包括阶跃响应试验和A试验。

A频率响应B脉冲响应C传递函数D任意输入响应

13．以下C的频谱为连续频谱。

A周期矩形脉冲B正弦函数C矩形窗函数D周期方波

14．属于物性型传感器为D。

A应变式传感器B电感式传感器C电容式传感器D压电式传感器

15．可以实现非接触振动测量的传感器为B。

A应变式传感器B电感式传感器C压电式传感器D以上皆可

16．动态电阻应变仪中相敏检波电路的作用是B。

A幅值调制B幅值解调C频率解调D滤波

17.描述传感器静态特性的指标有D。

A幅频特性B稳定时间C动态范围D线性度

18.信号的时域描述与频域描述通过C来建立关联。

A拉氏变换B卷积C傅立叶变换D相乘

19.理想滤波器在通带内的幅频特性为A。

A常数B零C零或常数D无法确定

20.测试装置能检测输入信号的最小变化能力，称为D。

A量程B灵敏度C精确度D分辨力

21.压电式振动传感器输出电压信号与输入振动的（）成正比。

A.位移B.速度C.加速度D.频率

22.石英晶体沿机械轴受到正应力时，则会在垂直于（）的表面上产生电荷量。

A.机械轴B.电轴C.光轴D.晶体表面

23.光敏晶体管的工作原理是基于（）效应。

A.外光电B.内光电C.光生电动势D.光热效应

24.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（）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D.电阻丝材料长度的变化

25.电容式传感器中，灵敏度最高的是（）。

A.面积变化型B.介质变化型C.极距变化型D.不确定

三、简答、应用题

1．根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。

（a）带通（b）高通（c）带阻（d）低通

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

3．何为系统不失真测试条件？

根据二阶系统的幅频特性和相频特性曲线，说明如何选择二阶系统动态特性参数及工作频带？

解：

不失真测试条件：

幅频特性为一常数，相频特性与频率成线性的关系。

对于一个二阶系统来说，在

的范围内，系统的幅频特性接近一条直线，其幅值变化不超过10%，但从相频曲线上看，曲线随阻尼比的不同剧烈变化。

其中当

接近于零时相位为零，此时可以认为是不失真的。

而当

在

范围内时，相频曲线可以近似认为是一条起自坐标系原点的斜线。

4.下图为采用某一种传感器测量不同的非电量的示意图。

图中被测物体2均为金属材料制成，1为传感器。

试问：

（6分）

（1）该种传感器是何种传感器？

（2）图中分别测量的是哪些非电量？

（3）总结该种传感器的两个优点。

（a）（b）（c）

答：

（1）涡流传感器

（2）（a）测转速，（b）测材料的厚度，（c）计数

（3）结构简单，使用方便，非接触测量等优点

5.测量系统主要有哪几种干扰？

如何减少这些干扰？

答：

电磁干扰、信道干扰、电源干扰。

良好的屏蔽，采用交流稳压器、隔离稳压器。

选用低噪声器件。

6.试举例说明测试系统的组成环节的主要功能。

答：

测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。

测试过程中传感器将反映被测对象特性的物理量，如压力、加速度、温度等，检出并转换为电量，然后传输给中间变换装置；中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行计算，再将处理结果以电信号或数字信号的方式传输给显示记录装置；最后由显示记录装置将测量结果显示出来，提供给观察者或其他自动控制装置。

7.在信号采集前一般要求对模拟信号作哪些预处理?

为什么?

？

答：

信号的预处理是把信号变成适于信号数字处理的形式，以减轻数字处理的困难。

预处理包括：

（1）电压幅值调理，以便适宜于采样。

（2）必要的滤波，以提高信噪比（3）隔离信号中的直流分量（4）如原信号经过调制，则应先行解调。

8.电阻应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？

各有何优缺点？

答：

电阻应变片是利用导体形变引起电阻变化，后者利用半导体电阻率变化引起电阻变化。

半导体最突出的优点是灵敏度高。

但温度稳定性差。

电阻应变片灵敏度较低，但稳定性较好。

9.简述压电式传感器需要配置前置放大器的原因；常用的前置放大器有哪两种?

答:

因压电式传感器的输出电阻很大、电荷量很小，信号微弱；前置放大器有电荷放大器与电压放大器两种。

电荷放大器具有输入阻抗高，输出电压与压电式传感器电荷成正比、与反馈电容成反比，且与电缆分布电容无关；电压放大器具有电路简单，成本低的特点，压电式传感器须与电缆配套使用。

10.抗混滤波器的作用是什么？

它选用何种滤波器？

答：

应选用低通滤波器以滤掉高频成分，目的是使信号变为限带信号，以避免在模拟信号采样中产生混叠。

11.选用传感器应注意哪些问题？

答：

1）灵敏度：

传感器的量程范围是和灵敏度紧密相关的。

传感器的灵敏度并非越高越好，根据被测量要求来选取。

2）线性范围：

为了保证测量的精确度，传感器必须在线性区域内工作。

3）响应特性：

传感器的响应特性必须在所测频率范围内尽量保持不失真。

但实际传感器的响应总有一迟延，但迟延时间越短越好。

4）可靠性：

经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。

5）精确度：

表示传感器的输出与被测量的对应程度。

传感器的精确度也并非越高越好，因为还要考虑到经济性。

6）工作方式。

传感器在实际测试条件下的工作方式，也是选用传感器时应考虑的重要因素。

另外，还尽可能考虑结构简单、体积小、重量轻、价格便宜、易于维修和更换等因素。

12.什么是信号的加窗？

加窗后对信号有什么影响？

答：

断截取有限长度段信号的过程称为对信号的时域截断，它相当于通过一个长度有限的时间窗口去观察信号，因而又叫做加窗。

信号经加窗后，窗外数据全部置零，波形发生畸变，其频谱自然也有所变化，这就产生了截断误差。

13.在轧钢过程中，需检测薄板的厚度，可采样何种传感器？

试简述其工作原理。

答：

可采用涡流传感器，原理图如图所示。

系统的工作原理为：

差动式测厚，将两涡流传感器分别置于被测钢板的上下两边，位置固定，间隔为H，设被测钢板厚度为h，两涡流传感器与被测钢板距离分别为x1和x2。

涡流传感器和电容C组成谐振回路，则回路频率f将随间隙的变化而改变，使其输出电压幅值也随之变化，经放大、检波和滤波后，可得被测距离x1和x2，将它们输入运算器中进行如下运算，即可实时监测钢板厚度：

四、计算题

1．有一薄壁圆管式拉力传感器如下图所示。

已知其弹性元件材料的泊松比为0.3，电阻应变片

和

阻值相同，且灵敏系数均为2，应变片贴片位置如图所示。

若受拉力

作用，问：

（1）欲测量拉力

的大小，应如何正确组成电桥？

请画出相应的电桥。

（2）当供桥电压

，

时，输出电压

是多少（

）？

解：

（1）为了测量力P大小，测试电桥应如下图所示连接：

（2）设R1、R2、R3、R4应变分别为ε1，ε2，ε3，ε4。

因为泊松比μ=0.3，故R3、R4的应变ε3=ε4=-με1=-0.3×300=-90

2．一个电容测微仪，其传感器的圆形极板半径为4mm，工作初始间隙0.3mm，介电常数为8.85×10-12F/m，试求：

（1）工作中，若传感器参与工作的间隙变化量为2

，电容变化量是多少？

（2）若测量电路的灵敏度为100mV/pF，读数仪表的灵敏度为5格/mV，当间隙变化量还为2

，读数仪表示值变化多少格？

解：

（1）相对面积A=πr2=5.027×10-5m2

由于两极板间距变化引起的电容变化量为：

（2）仪表示值变化格数为：

N=5×100×（-∆C）=5×100×9.85×10-3=4.9格

3．利用压电式传感器组成加速度测量系统。

其中压电式传感器的灵敏度

=9.00Pc/g，它与灵敏度为

=0.005V/Pc的电荷放大器联接后，接到灵敏度为

=20mm/V的示波器上显示。

试画出该加速度测量系统的方框图，并计算系统总灵敏度

。

（6分）

解：