機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)(第三版)試卷及答案集--2003

1、機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)(第三版)試卷集.一、填空題、周期信號(hào)的頻譜是離散的，而非周期信號(hào)的頻譜是 連續(xù) 的。、均方值x2表示的是信號(hào)的強(qiáng)度，它與均值x、方差x2的關(guān)系是 x2=Hx2+x2 。 、測(cè)試信號(hào)調(diào)理電路主要有 電橋 、 放大 、 調(diào)制解調(diào)電路 。、測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)有 非線性度 、 靈敏度 、 回程誤差 。、靈敏度表示系統(tǒng)輸出與輸入之間的比值，是定度曲線的 斜率 。、傳感器按信號(hào)變換特性可分為 組合型 、 一體型 。、當(dāng) 0 時(shí)，可變磁阻式電感傳感器的輸出和輸入成近似線性關(guān)系，其靈敏度S趨于 定值 。、和差特性的主要內(nèi)容是相臨、相反兩臂間阻值的變化量符合 相鄰相反 、 相對(duì)相同 的

2、變化，才能使輸出有最大值。10、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性在時(shí)域可用 傳遞函數(shù) 來描述，在復(fù)數(shù)域可用 頻率函數(shù) 來描述，在頻域可用 脈沖響應(yīng) 來描述。11、高輸入阻抗測(cè)量放大電路具有高的共模抑制比，即對(duì)共模信號(hào)有抑制作用，對(duì)差模信號(hào)有放大作用。12、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀上同時(shí)設(shè)有電阻和電容平衡旋鈕，原因是導(dǎo)線間存在 分布電容 。13、壓控振蕩器的輸出電壓是方波信號(hào)，其 頻率 與輸入的控制電壓成線性關(guān)系。14、調(diào)頻波的解調(diào)又稱鑒頻，其解調(diào)電路稱為鑒頻器。15、濾波器的通頻帶寬和響應(yīng)時(shí)間成反比關(guān)系。16、濾波器的頻率分辨力主要由其帶寬決定。17、對(duì)于理想濾波器，濾波器因數(shù)1。18、帶通濾波器可由低通濾波器（fc2）和高通

3、濾波器（fc1）串聯(lián)而成（fc2 fc1）。19、測(cè)試系統(tǒng)的線性度和滯后度是由系統(tǒng)誤差引起的；而重復(fù)性誤差是由隨機(jī)誤差引起的。、 信號(hào)分析的過程主要包括： 信號(hào)加工 、 信號(hào)變換 。、在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，常采用程序控制放大器。10、根據(jù)載波受調(diào)制的參數(shù)的不同，調(diào)制可分為調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相。16、用濾波的方法從信號(hào)提取的頻率成分越窄，即帶寬越小，需要的時(shí)間就越長。17、如信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)為Acos，則其均方值x2=A。18、低通濾波器對(duì)階躍響應(yīng)的建立時(shí)間Te帶寬B成反比、，或者說它們之間的乘機(jī)是常數(shù)。、 信號(hào)程選擇性決定著濾波器對(duì)帶寬外頻率成分衰阻的能力、周期信號(hào)的頻譜是 離散 的，而非周期信號(hào)的頻

4、譜是連續(xù)的。2、周期信號(hào)可按三角函數(shù)分解成下列形式：，8周期信號(hào)的傅氏三角級(jí)數(shù)展開式中：表示 余弦分量的幅值 ，表示 正弦分量的幅值 ，表示直流分量。3、使信號(hào)中特定的頻率成分通過，而衰減其他頻率成分的電路稱 濾波器 。 4、信號(hào)可分為確定性信號(hào)和 隨機(jī)信號(hào) ，也可分為模擬信號(hào)和 數(shù)字信號(hào) 。5、濾波器的品質(zhì)因素Q與帶寬B 的關(guān)系是 。6、金屬應(yīng)變片是根據(jù) 應(yīng)變效應(yīng) 原理工作的。7、當(dāng)把石英等晶體置于電場(chǎng)中，其幾何尺寸將發(fā)生變化，這種由于外電場(chǎng)作用導(dǎo)致物質(zhì)機(jī)械變形的現(xiàn)象稱為 逆電壓效應(yīng) 。8、矩形窗函數(shù)的頻譜是 函數(shù)。 9、兩個(gè)時(shí)域函數(shù)、的卷積定義為 。10、均方值x2表示的是信號(hào)的強(qiáng)度，它與

5、均值x、方差x2的關(guān)系是 。 信號(hào)的有效值又稱為均方根值，有效值的平方稱為 均方值，它描述測(cè)試信號(hào)的強(qiáng)度(信號(hào)的平均功率)。12、半導(dǎo)體應(yīng)變片是根據(jù) 壓阻效應(yīng) 原理工作的。1、函數(shù)的頻譜是 均勻 譜。 3、對(duì)于實(shí)際濾波器，濾波器因數(shù)范圍一般是（1，5）。4、傳感器按結(jié)構(gòu)可分為 結(jié)構(gòu)型 、 物性型 等。7、高輸入阻抗測(cè)量放大電路具有高的共模抑制比，即對(duì)共模信號(hào)有抑制作用，對(duì)差模信號(hào)有放大作用。10電感式傳感器?？煞譃?自感型 、 互感型 等。6繪制周期信號(hào)的單邊頻譜圖，依據(jù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式是 傅氏三角級(jí)數(shù)中的各項(xiàng)系數(shù) ，而雙邊頻譜圖的依據(jù)數(shù)學(xué)表達(dá)式是 傅氏復(fù)指數(shù)級(jí)數(shù)中的各項(xiàng)系數(shù) 。9.為了求取測(cè)試裝

6、置本身的動(dòng)態(tài)特性，常用的實(shí)驗(yàn)方法是頻率響應(yīng)法和 階躍響應(yīng)法。10.連續(xù)信號(hào)與進(jìn)行卷積其結(jié)果是： 。其幾何意義是 把原函數(shù)圖像平移至位置處 。10單位脈沖函數(shù)與在點(diǎn)連續(xù)的模擬信號(hào)的下列積分：。這一性質(zhì)稱為 脈沖采樣 。1、 若x(t)的傅立葉變換是X(f),則x(kt)的傅立葉變換是1/k*X(f/k)二、問答題（共30分）、 什么是測(cè)試？說明測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)成及各組成部分的作用。（10分） 答：測(cè)試是測(cè)量和試驗(yàn)的綜合，是一種研究型的探索型的、論證型的測(cè)量過程，也是獲取信息的過程。（1） 測(cè)量對(duì)象（2） 傳感器：在測(cè)試系統(tǒng)和被測(cè)試對(duì)象之間建立了一定的連接關(guān)系，它直接感受被測(cè)量并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。是測(cè)

7、試系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。（3） 中間轉(zhuǎn)換電路（信號(hào)調(diào)理電路）：作用是將傳感器的輸出信號(hào) 進(jìn)行傳輸、放大和轉(zhuǎn)換，使其適合顯示、紀(jì)錄、數(shù)據(jù)處理。（4） 信號(hào)處理單衣：它是以計(jì)算機(jī)為核心對(duì)中間轉(zhuǎn)換電路的輸出信號(hào)作進(jìn)一步地處理（如：計(jì)算、頻譜分析、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存等）（5） 顯示、記錄部分：作用是輸出測(cè)試結(jié)果。、 說明電阻絲應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片的異同點(diǎn)，各有何優(yōu)點(diǎn)？（10分）相同之處在于：都是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化，且dR/R=(1+2H)+E,其中H為材料的泊桑比，E為材料的彈性模量，(1+2H)是由幾何尺寸變化引起的阻值變化，E是由電阻率的變化引起的阻值變化。不同的是，電阻應(yīng)變片是利用導(dǎo)體形變引起的阻

8、值變化，所以dR/R(1+2H)，S1+2H；而半導(dǎo)體應(yīng)變片是利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)使電阻率發(fā)生變化引起電阻變化。所以dR/R=E，SE。各自的優(yōu)點(diǎn)分別為：電阻絲應(yīng)變片具有相當(dāng)高的適應(yīng)性；半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度高，一般為電阻絲應(yīng)變片的50-70倍。、 簡(jiǎn)述調(diào)幅波的特點(diǎn)。（10分）（1） 當(dāng)調(diào)制信號(hào)x(t)0時(shí)，調(diào)幅波xm (t)與載波y(t)同頻同相，其幅值的大小與x(t)的大小有關(guān)；x(t) y(t)（2） 當(dāng)x(t)0時(shí)，xm (t)與載波y(t) 同頻反相，其幅值大小仍與x(t)的大小有關(guān)；（3） 調(diào)幅波是一高頻，但其包洛線和調(diào)制信號(hào)x(t)相似，其副值受x(t)變化的影響，y(t)的頻

9、率越高，即波形越寬，相似程度越好。、 選用傳感器的原則是什么？（10分）基本原則是：選用的傳感器其性能應(yīng)當(dāng)與被測(cè)信號(hào)的性質(zhì)相匹配。（1） 靜態(tài)特性方面：a、應(yīng)使被測(cè)量的變化范圍在傳感器的線性范圍以內(nèi)，并保證線性誤差在允許范圍內(nèi)；b、傳感器的分辨率（力）從數(shù)據(jù)上應(yīng)小于測(cè)量要求的分辨率（力）c、滿足實(shí)際要求的條件下，精度不宜過高。2、什么是調(diào)制和解調(diào)？其作用是什么？調(diào)制：就是使一個(gè)信號(hào)的某些參數(shù)在另一個(gè)信號(hào)的控制下而發(fā)生變化的過程。解調(diào)：從已調(diào)制波中恢復(fù)出調(diào)制信號(hào)的過程。作用：調(diào)制的目的：使緩變信號(hào)便于放大和輸出。解調(diào)的目的：恢復(fù)原信號(hào)。3、 簡(jiǎn)述信號(hào)不失真條件。對(duì)一個(gè)測(cè)試裝置，其輸出y(t)和輸

10、入x(t)滿足 y(t)=A0x(t-0)。式中A0、0 均為常量。則，即實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量的基本條件為A()= A0 =常數(shù)，()=-04、 測(cè)試裝置2個(gè)環(huán)節(jié)的串聯(lián)后的頻率響應(yīng)函數(shù)與它的2個(gè)組成之間的關(guān)系是什 么？為什么所有的系統(tǒng)都可以由一階和二階系統(tǒng)來組成？測(cè)試裝置2個(gè)環(huán)節(jié)的串聯(lián)后的頻率響應(yīng)函數(shù)是它的2個(gè)組成頻率響應(yīng)函數(shù)之積。根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)可知，任何多項(xiàng)式相除都可以化簡(jiǎn)為一次式和二次式組合而組成。故所有的系統(tǒng)都可以由一階和二階系統(tǒng)來組成。5、 按一階系統(tǒng)為例，簡(jiǎn)述求解具體系統(tǒng)頻譜特性的一般步驟，并簡(jiǎn)要說出一階系統(tǒng)的特性。一般步驟：1）對(duì)系統(tǒng)建模，2）求拉氏變換3）求傳遞函數(shù)4）求頻率響應(yīng)函數(shù)、幅

11、頻特性和相頻特性；6）畫相應(yīng)的圖形并分析改進(jìn)之。一階系統(tǒng)圖形有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)它進(jìn)行討論，并分析最左最右的趨勢(shì)。2、什么是調(diào)制和解調(diào)？其作用是什么？調(diào)制：就是使一個(gè)信號(hào)的某些參數(shù)在另一個(gè)信號(hào)的控制下而發(fā)生變化的過程。解調(diào)：從已調(diào)制波中恢復(fù)出調(diào)制信號(hào)的過程。作用：調(diào)制的目的：使緩變信號(hào)便于放大和輸出。解調(diào)的目的：恢復(fù)原信號(hào)。6、 簡(jiǎn)述信號(hào)不失真條件。對(duì)一個(gè)測(cè)試裝置，其輸出y(t)和輸入x(t)滿足 y(t)=A0x(t-0)。式中A0、0 均為常量。則，即實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量的基本條件為A()= A0 =常數(shù)，()=-07、 測(cè)試裝置2個(gè)環(huán)節(jié)的串聯(lián)后的頻率響應(yīng)函數(shù)與它的2個(gè)組成之間的關(guān)系是什 么？為什么

12、所有的系統(tǒng)都可以由一階和二階系統(tǒng)來組成？測(cè)試裝置2個(gè)環(huán)節(jié)的串聯(lián)后的頻率響應(yīng)函數(shù)是它的2個(gè)組成頻率響應(yīng)函數(shù)之積。根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)可知，任何多項(xiàng)式相除都可以化簡(jiǎn)為一次式和二次式組合而組成。故所有的系統(tǒng)都可以由一階和二階系統(tǒng)來組成。8、 按一階系統(tǒng)為例，簡(jiǎn)述求解具體系統(tǒng)頻譜特性的一般步驟，并簡(jiǎn)要說出一階系統(tǒng)的特性。一般步驟：1）對(duì)系統(tǒng)建模，2）求拉氏變換3）求傳遞函數(shù)4）求頻率響應(yīng)函數(shù)、幅頻特性和相頻特性；6）畫相應(yīng)的圖形并分析改進(jìn)之。一階系統(tǒng)圖形有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)它進(jìn)行討論，并分析最左最右的趨勢(shì)。3、 交流電橋達(dá)到平衡時(shí)必須滿足的條件是什么？如何來實(shí)現(xiàn)交流電橋的平衡？答：兩個(gè)條件：相對(duì)兩臂阻抗之模的乘機(jī)

13、應(yīng)相等，并且它們的阻抗角之和也必須相等。實(shí)現(xiàn)：電阻平衡，電容平衡。4、 簡(jiǎn)要說明如何求解測(cè)試裝置動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述的3個(gè)函數(shù)，它們之間有何內(nèi)在關(guān)系？答：對(duì)系統(tǒng)的微分方程做拉氏變換，傳遞函數(shù)為輸出和輸入的拉氏變換之商，另拉氏變換中的a=0即可求得頻率響應(yīng)函數(shù)，對(duì)傳遞函數(shù)進(jìn)行拉氏反變換就可求得脈沖響應(yīng)函數(shù)。它們之間的關(guān)系分別是拉氏變換對(duì)和傅立葉變換對(duì)關(guān)系。5、 以二階系統(tǒng)為例，簡(jiǎn)述求解具體系統(tǒng)頻譜特性的一般步驟，并簡(jiǎn)要說出二階系統(tǒng)的特性。答：一般步驟：1）對(duì)系統(tǒng)建模，2）求拉氏變換3）求傳遞函數(shù)4）求頻率響應(yīng)函數(shù)、幅頻特性和相頻特性；6）畫相應(yīng)的圖形并分析改進(jìn)之。二階系統(tǒng)圖形有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)它進(jìn)行

14、討論，并考慮最左最右的趨勢(shì)。三、計(jì)算題（共55分）、 二階系統(tǒng)的阻尼比=0.2，求=n時(shí)的幅值誤差和相位誤差，如果使幅值誤差不大于10，應(yīng)取多大阻尼比？。 （10分）解：對(duì)于二階系統(tǒng)：當(dāng)w=wn時(shí)，A(w) =1/2，=-90。 幅值誤差= A(w)-1100%=150%Am 相位誤差=(w)= -90。 如使幅值誤差不大于10%，則 A(w)-10.1 即0.9A(w)1/20.1 1/2.21/1.8,2.一電容傳感器，其圓形極板r = 4mm，工作初始間隙0 =0.3mm，（1）工作時(shí)如果傳感器的工作間隙變化=2m，求電容的變化量。（2）如果測(cè)量電路靈敏度S1=100mv/pF，讀數(shù)儀表

15、靈敏度S2=5格/mv，在=2m時(shí)，讀數(shù)儀表的指示值變化多少格？（0 = 8.8510-12 F/m） (8分)解：（1）S=- =-4.9410-9F/m 當(dāng)=2Hm時(shí)， =S=-4.9410-9F/m（210-6m） =-+9.8810-15F（2）讀取儀表的變化格數(shù)為： 9.8810-151012S1S2=9.8810-31005 =4.94（格）、 已知RC低通濾波器的R=1K，C=1MF，當(dāng)輸入信號(hào)x= 100sin1000t時(shí)，求輸出信號(hào)y 。 （7分）解：低通濾波器的截止頻率Wc2=2fc2=2而輸入信號(hào)Hx=100sin100t的頻率Wx=1000HzWc2 ，所以低通濾波器相

16、當(dāng)于積分器，Hy=10-9 =10-10sin（1000t-900）3.已知信號(hào)x(t)=e-t (t0)，(1) 求x(t)的頻譜函數(shù)X(f)，并繪制幅頻譜、相頻譜。(2) 求x(t)的自相關(guān)函數(shù)Rx () 。 （10分）1、x(f)= x(t) e-j2ftdt=- e(-j2f-1)=則x(f)= (f)=-arctg(2f)頻譜圖如下：(2) Rx()=x(t)x(t+)dt=e=e-3、 磁電式速度傳感器線圈平均直徑D=25mm，氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度B=6000Gs，如傳感器的靈敏度S=600mv/cm/s，則工作線圈匝數(shù)應(yīng)為多少？（7分）磁感應(yīng)傳感器的靈敏度S=WRl,所以 線圈匝數(shù) W =S/ Rl,有B=6000GS=0.6T=0.6VS/m2 v=D=25mm,S=600mv/cm/s=0.6v/10-2m/s=2510-3mW=0.6/(0.625)=4103/1274(匝) 4、已知調(diào)幅波xm(t)(100 + 30 cost +20 cos3t )cosct ，其中f c =10KHz，f=500Hz 。試求：（1）xm(t)所包含的各分量的頻率和幅值。（2）繪出調(diào)制信號(hào)與調(diào)幅波的頻譜。 （13分）解：（1）xm (t)=（100+30cost+20cos3t）cosWCt =100 cosWCt+