机械工程测试技术基础期末试题及答案.docx
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机械工程测试技术基础期末试题及答案
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：
离散性，谐波性，
收敛性。
4、非周期信号包括准周期信号和瞬态非周期信号。
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）总是偶对称，虚频谱（相频谱）总是奇对称。
（二）判断对错题（用"或X表示）
1、各态历经随机过程一定是平稳随机过程。
（V）
2、信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。
（V）
3、非周期信号的频谱一定是连续的。
（X）
4、非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。
（X）
5、随机信号的频域描述为功率谱。
（V）
（三）简答和计算题
1、求正弦信号X（t）=X0Sin7的绝对均值（I|x|和均方根值Xrms。
第二章测试装置的基本特性
（一）填空题
1t
1、某一阶系统的频率响应函数为H（j「）,输入信号x（t）二sin—,则输出信号
2j®+12
y（t）的频率为•二，幅值y，相位'二。
2、为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有傅里叶变换法、
和滤波器法。
3、当测试系统的输出y（t）与输入x（t）之间的关系为y（t）=A°x（t-t。
）时，该系统能实现测试。
此时，系统的频率特性为H（「）二、A0e」to。
4、传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的被测量越小。
5、一个理想的测试装置，其输入和输出之间应该具有_线性_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
3、两环节的相频特性各为Q1C）和Q2C），则两环节串联组成的测试系统，其相频特性
为。
Qt（灼）Q2（灼）
（1）Q1（）Q2（）
（2）Q1（JQ2（）（3）12（4）Q1（）—Q2（J
Q1（①）+Q2W）
4、一阶系统的阶跃响应中，超调量
（2）存在，但＜1
（4）不存在
（1）存在，但＜5%
（3）在时间常数很小时存在
5、忽略质量的单自由度振动系统是系统。
（1）零阶
（2）一阶（3）二阶（4）高阶
6、一阶系统的动态特性参数是。
（1）固有频率
（2）线性度（3）时间常数（4）阻尼比
7、用阶跃响应法求一阶装置的动态特性参数，可取输出值达到稳态值倍所经过的
时间作为时间常数。
（1）0.632
（2）0.865（3）0.950（4）0.982
（3）判断对错题（用"或x表示）
1、一线性系统不满足“不失真测试”条件，若用它传输一个1000Hz的正弦信号，则必然导致输出波形失真。
（X）
2、在线性时不变系统中，当初始条件为零时，系统的输出量与输入量的拉氏变换之比称为传递函数。
（V）
3、当输入信号x（t）—定时，系统的输出y（t）将完全取决于传递函数H（s），而与该系统的物理模型无关。
（V）
4、传递函数相同的各种装置，其动态特性均相同。
（V）
5、测量装置的灵敏度越高，其测量范围就越大。
（X）
6、幅频特性是指响应与激励信号的振幅比与频率的关系。
（X）
（4）简答和计算题
1、什么叫系统的频率响应函数？
它和系统的传递函数有何关系？
2、
3、测试装置的静态特性和动态特性各包括那些？
4、测试装置实现不失真测试的条件是什么？
第三章常用传感器
（1）填空题
1、属于能量控制型的传感器有—电阻、电感、电容、涡流等,
属于能量转换型的传感器有_压电、磁电等（每个至少举例
两个）。
2、金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于：
前者利用—金属丝的几何变形
引起的电阻变化，后者利用—半导体材料的电阻率变化引起的电
阻变化。
3、为了提高变极距电容式传感器的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度的影
响，实际应用时常常采用—差动工作方式。
4、压电式传感器的测量电路（即前置放大器）有两种形式：
—电荷放大器和_电压
放大器，后接电荷放大器时，可不受连接电缆长度的限制。
5、涡流式传感器的变换原理是利用了金属导体在交流磁场中的_涡电流效应。
6、磁电式速度计的灵敏度单位是。
7、压电式传感器是利用某些物质的压电效应而工作的。
（2）选择题
1、电阻应变片的输入为。
（1）力
（2）应变（3）速度（4）加速度
2、结构型传感器是依靠的变化实现信号变换的。
（1）本身物理性质
（2）体积大小（3）结构参数（4）电阻值
3、不能用涡流式传感器进行测量的是。
（1）位移
（2）材质鉴别（3）探伤（4）非金属材料
4、变极距面积型电容传感器的输出与输入，成关系。
（1）非线性
（2）线性（3）反比（4）平方
5、半导体式应变片在外力作用下引起其电阻变化的因素主要是。
（1）长度
（2）截面积（3）电阻率（4）高通
6、压电式传感器输出电缆长度的变化，将会引起传感器的产生变化。
（1）固有频率
（2）阻尼比（3）灵敏度（4）压电常数
7、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传感器。
（1）电容式
（2）压电式（3）电阻式（4）电涡流式
8、自感型可变磁阻式传感器，当气隙、:
变化时，其灵敏度S与、：
之间的关系是：
S
122
（1）k—
（2）k：
（3）k：
一（4）-k「
6
9、光电倍增管是利用效应制成的器件。
（1）内光电
（2）外光电（3）光生伏特（4）阻挡层
（3）判断对错题（用"或x表示）
1、滑线变阻器式传感器不适于微小位移量测量。
（V）
2、涡流式传感器属于能量控制型传感器（V）
3、压电加速度计的灵敏度越高，其工作频率越宽。
（x）
4、磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率。
（X）
（4）简答和计算题
1、哪些传感器可选作小位移传感器？
2、涡流传感器测量位移与其它位移传感器比较，其主要优点是什么？
涡流式传感器能否测量大位移量？
为什么？
3、电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？
4、电涡流传感器能否测量塑料物体移动的位移？
若能测量理由是什么？
不能测量理由是什么？
应采取什么措施改进，就可以用电涡流传感器测量了。
第四章信号调理、记录和显示
若为倍频程滤波器仁1与fc2的关系为f
RC低通滤波器中RC值愈大，则上截止频率愈低。
（二）选择题
1、设有一电路，作时R1>R1
也R1
（1）1
4R1e0
R1是工作桥臂，
-2R1，则电桥输出电压ey
R1R1
（2）云^（3）百即
R2,R3,R4是固定电阻，且R1二R2二R3二R4。
工
（）。
eo为电桥的电源电压。
2R1
（4）一
调幅过程相当于在时域中将调制信号与载波信号
（2）相除（3）相加
3、电路中鉴频器的作用是—
（1）使高频电压转变成直流电压
（3）使频率变化转变为电压变化
4、一选频装置，其幅一频特性在
滤波器。
（1）低通
（2）高通
2、
（1）相乘
o
（4）相减
（2）使电感量转变为电压量
（4）使频率转变为电流
2》：
：
区间近于平直，在f2》0区间急剧衰减，这叫
（3）带通
（4）带阻
品质因数Q等
5、一带通滤波器，其中心频率是fo,-3dB带宽是B，则滤波器的
于。
（1）foB
（2）f。
一B（3）foB（4）f°「B
（三）判断对错题（用"或x表示）
1、
平衡纯电阻交流电桥须同时调整电阻平衡与电容平衡。
（
V
）
2、
调幅波是载波与调制信号的叠加。
（
x
）
3、
带通滤波器的波形因数，值越大，其频率选择性越好。
（
x
）
4、
将高通与低通滤波器串联可获得带通或带阻滤波器。
（
V
）
第五章信号处理初步
（-
•）填空题
1、
为了识别信号类型，
常用的信号分析方法有
、
和。
2、
为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有
、
和
。
3、
在数字信号处理中，为避免频率混叠，应使被采样的模拟信号成为
5
还应使采样频率满足采样定理即
。
4、
如果一个信号的最高频率为
50Hz,为了防止在时域采样过程中出现混叠现象，采样频
率应该大于Hz。
5、
若x（t）是均值为u
为零的宽带随机
信号
其自相
关函数T=0时
R（T）
TT8时R<（T）
。
6、
用于评价系统的输出信号和输入信号之间的因果性。
7、
若某一信号的自相关函数为
2
Acos（血），则该信号的均方值为屮x
=，均方
根值为X「ms=。
8
最常用的功率谱估计方法为
。
9、
Sx（f）为信号的
沿频率轴的分布，
X（f）
2
称为
。
10、
巴塞伐尔定理表示在
中计算的信号总能量，
等于在
中计算的信号总能
量。
（2）判断对错题（用"或X表示）
1、频率分辨力越高，则泄漏误差越小。
（）
2、A/D转换器的位数越多，则量化误差越小。
（）
3、对于周期信号，经整周期采样后，可完全避免栅栏效应。
（）
4、窗函数频谱的主峰瓣宽度越窄，旁瓣幅度越小，用其截取信号所引起的误差越小。
（）
5、互相关函数是偶实函数。
（）
6、利用系统输入x（t）与输出y（t）的自功率谱密度函数，可求该系统的频率响应函数。
（）
7、若系统是完全线性的，则输入-输出的相干函数一定为1。
（）
（3）简答和计算题
1、已知信号x（t）=Ao-AiCOsC'i^i）A2sin（■2），求信号的自相关函数Rx（），并画出自功率谱Sx（■）（双边幅值谱）。
2、求频率相同的单位方波和正弦波的互相关函数。
3、相关滤波器的基本原理是什么？
举例说明其工程应用。
4、试根据一个信号的自相关函数图形，讨论如何确定该信号中的常值分量和周期成分。
5、某一系统的输入信号为x（t），若输出y（t）与输入x（t）相同，输入的自相关函数Rx（）和输入一输出的互相关函数Rxy（）之间的关系为Rx（J=RxC，T），试说明该系统起什么作用？
旳2
6、应用巴塞伐尔定理求,.sinc（t）dt的积分值。
参考答案
第一章信号及其描述
（一）1、信号；2、时间（t），频率（f）;3、离散性，谐波性，收敛性；4、准周期，瞬态
22
非周期；5、均值■'■x，均方值%，方差：
「x；6、偶，奇;
（二）1>V;2.V;3、X；4、X；5>V;
Tsinc（2二f・o）TTsinc（2「:
f-・o）T；
们o
a2_4二2f2r.y：
/j4fa
第二章测试装置的基本特性
（一）1、1/2，1/2，-45；2、123；3、傅立叶变换法，滤波器法；4、A）e」to；5、
被测量；6、线性；
（二）（4）（3）
（2）（4）
（2）（3）
（1）
（三）XVVVXX
（四）略
第三章常用传感器
（一）1、电阻、电感、电容、涡流；压电、磁电；2、金属丝的几何变形，半导体材料的电
阻率变化；3、差动；4、电荷，电压，电荷；5、涡电流；6、mv/（m/s）；7、压电效应。
（二）
（2）（3）（4）
（2）（3）,（3）（4）（4）
（2）
（三）VVXX
（四）略
第四章信号调理、处理和记录
（一）1、电压或电流；2、激励电压；3、桥臂数；4、相乘，相乘；5、鉴频；6、幅值，频
率；7、幅频特性曲线降为最大值的1£倍时对应的频率为截止频率；
B=fc2-fc1；fc2=2fc1,8、大；
（二）
（1）
（1）（3）
（2）（4）
（三）VXXV
（四）略
第五章信号处理初步
（一）1、概率密度函数，自相关函数；2、带通滤波法，傅立叶变换法；3、有限带宽，fs.2fh；
4、100；5、匚x2，0；6、相干函数；7、A「A；8、周期图法；9、功率密度，能
谱；10、时域，频域；
（二）1、X；2、2;3、“；4、2;5、X；6、X；7、X；
2、Rxy（.）sin.；
Tt
3、同频相关、不同频不相关；
周期成分与其自相关函数周期成分
T；
4、信号的常值分量为其自相关函数均值的开方,
的频率相同、幅值成比例关系；
5、该系统的作用是使信号幅值不变、相位提前
:
22112：
--
6、sinc（t）dt=■:
1df二二；
」/；
河北科技大学200X――200X学年第一学期
《传感器与测试技术》期末考试试卷
学院班级姓名学号
题号
二
三
四
五
六
总分
得分
一、填空（每空1份，共20分）
I•测试技术的基本任务是。
2.从时域看，系统的输出是其输入与该系统的卷积。
3.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。
4.如果一个信号的最高频率为50Hz，为了防止在时域采样过程中出现混叠现象，采样频
率应该大于Hz。
5.在桥式测量电路中，根据其的性质，可将其分为直流电桥与交流电桥。
6.金属电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于：
前者利用
引起的电阻变化，后者利用变化引起的电阻变化。
7.压电式传感器是利用某些物质的而工作的。
&带通滤波器的上下限截止频率为fC2、fC1,其带宽B=；若其带宽
为1/3倍频程则fc2=fc1°
9.属于能量控制型的传感器有、等。
10根据载波受调制的参数不同，调制可分为、、。
II相关滤波的工作原理是。
12测试装置的动态特性可以用函数、函数和
函数进行数学描述。
二、选择题（把正确答案前的字母填在空格上，每题1分，共10分）
1.不能用确定的数学公式表达的信号是信号。
A复杂周期B非周期C瞬态D随机
2.平稳随机过程必须。
A连续B统计特征与时间无关C各态历经D统计特征等于时间平均
3.一阶系统的动态特性参数是。
A固有频率B阻尼比C时间常数D灵敏度
4.系统在全量程内，输入量由小到大及由大到小时，对于同一个输入量所得到的两个数值
不同的输出量之间的最大差值称为。
A回程误差B绝对误差C相对误差D非线性误差
5.电阻应变片的输入为。
A力B应变C速度D加速度
6.用于评价系统的输出信号和输入信号之间的因果性。
A传递函数B互相关函数C互谱密度函数D相干函数
7.为使电缆的长短不影响压电式传感器的灵敏度，应选用放大器。
A电压B电荷C微分D积分
&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
传感器。
A电容式B压电式C电阻式D电涡流式
9.信号分析设备可分析的频率低于磁带记录仪记录信号的频率，可将磁带,
也可达到分析的目的。
A重放速度放快B重放速度放慢C重放速度不变D多放几次
10.一阶系统的阶跃响应中，超调量。
A存在，但<5%B存在，但<1C在时间常数很小时存在D不存在
周期方波的傅立叶级数展开式为
（11、sin<»0t+_sin3®0t+_sin5叫t+…<35丿
试绘出该周期方波的单边幅值谱，并说明其频谱特点。
二阶测试装置的两个动态特性参数是什么？
为了实现不失真测试，如何确定其取值范围？
当输入信号为x（t）=0.6cos（60t）•0.5cos（100t_45）时，求滤波器的稳态输出y（t）
2.（4分）有一信号x（t）=Acos（「t•「），初始相角「为一随机变量;
试求1）求其自相关函数；2）确定其均值和方差。
3.（4分）以阻值R=120「，灵敏度S=2.5的电阻丝应变片与阻值为1201的固定电阻组成电桥，供桥电压为4V，并假定负载电阻无穷大，当应变片的应变为1000-时，
分别求出单臂、双臂电桥的输出电压
图3（b）
河北科技大学200X—200X学年第一学期
《传感器与测试技术》期末考试试卷参考答案
学院
年级考试班级
填空（每空1分，答对得分，答错不得分，共20分）
1.获取有用的信息
2.脉冲响应函数
3.时间（t）、频率f或（■）
4.100Hz
5.激励电压（或工作电压或桥压或电源）
6.导体机械形变、半导体电阻率的（或半导体压阻效应）
7.压电效应
8.fc2—fd、V2（或1.26）
9.电阻式传感器、涡电流传感器、电容式传感器、电感式传感器等，答对任何两个均得2分
10.调幅、调频、调相
11.同频相关不同频不相关/同频检测原理
12.传递、频率响应、脉冲响应
二、选择题（每题1分，答对得分，答错不得分，共10分）
1—5DBCAB
6—10DBDBD
三、判断题（每题1分，答对得分，答错不得分，共10分）
1—5xVxW
6—10VxVxV
四、简答题（每题5分，共30分）
1.（5分）
8A
8A
28A
0如3叫55
2分（每答对一个得1分）
3.（5分）
输出y（t）与输入x（t）满足关系y（t）=Aox（t-t0）,其中A和to为常数,则为不失真测试。
2分
或者用文字描述上述关系，描述正确2分，不完整1分，错误不得分。
实现不失真测试的测试装置的
幅频特性为
A（co）=A0=常数
1.5
分
相频特性为
0（o）=-t0-
1.5
分
或者用文字表述，
表述正确同样得分。
4.（5分）
（1）电压幅值调理（或者放大）1
分
（2）滤波（或者滤去高频）2
分
（3）隔离直流分量（或者隔直）1
分
（4）如原信号进行调制，则应先进行解调（或者解调）
5.（5分）
动态电阻应变仪采用的是纯电阻交流电桥（1分），即使各桥臂均为电阻，由于
导线间存在分布电容（1分），相当于在各桥臂上并联了一个电容，因此，除了电阻平衡外，还须有电容平衡（3分）。
5分
其它的表述酌情给分。
6.（5分）
（1）互相关函数，因为是非奇非偶函数。
2分
（2）频率信息：
正弦波形的频率与此波形频率相同1分
相位信息：
两正弦波形之间的相位差就是此波形中的初相位1分
幅值信息：
此波形的振幅是两个正弦波振幅乘积的一半1分
五、计算题（共14分）
1.（6分）x（t）=0.6cos（60t）0.5cos（100t—45）
令X1（t）0.6cos（60t），X2（t）0.5cos（100t-45）
根据线性系统频率保持性和幅频相频特性
A（■）二12，C-tan（.J
由^=60，可以得到：
1
A（；.-;”）0.3161分
J1+（0.05x60）2
（JarctgCJ二-arctg（0.0560）=-71.5651分
y1（t）=0.60.316cos（60t-71.565）=0.1896cos（60t-71.565）
由•=10°，可以得到：
AC2）0.1961分
J1+（0.05"00）2
:
（2）一-arctgC）~-arctg（0.05100）--78.691分
y2（t）=0.1960.5cos（100t-45-78.69）=0.098cos（100t-123.69）由线性系统的叠加性可得
y（t）y1（t）y2（t）0.1896cos（60t-71.565）0.098cos（100t-123.69）
2分
1T
自相关函数：
Rx（）=limx（t）x（t）dt
1T
limAcos（t）Acos[（t））]dt
双臂:
测试过程（2分）：
信号发生器产生的信号由功率放大器放大后传送给激振器，激振器通过压电式力传感器对简支梁激振；压电力传感器拾取激振力信号，压电加速度传感器拾取振动
信号，分别经电荷放大器放大后送入数据采集系统，最后由显示设备显示频率响应函数。
要求能在图中正确表示，否则酌情扣分。
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