機械工程測試技術(shù)試題(卷）與答案解析

1、 填空題（20分，每空1分）1.測試技術(shù)是測量和實驗技術(shù)的統(tǒng)稱。工程測量可分為（靜態(tài)測量和（動態(tài)測量）。2.測量結(jié)果與（被測真值）之差稱為（測量誤差）。3.將電橋接成差動方式習(xí)以提高（靈敏度），改善非線性，進(jìn)行（溫度） 補償。4.為了補償 （溫度）變化給應(yīng)變測量帶來的誤差，工作應(yīng)變片與溫度補償應(yīng)變片應(yīng)接在 (相鄰) 橋臂上。5調(diào)幅信號由載波的(幅值)攜帶信號的信息，而調(diào)頻信號則由載波的 (頻率)攜帶信號的信息。6繪制周期信號的單邊頻譜圖，依據(jù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式是 (傅氏三角級數(shù)中的各項系數(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)級數(shù)中的各項系數(shù))。7信號的有效值又稱為均(方根值)，有效值的平方

2、稱為(均方值)，它描述測試信號的強度(信號的平均功率)。8確定性信號可分為周期信號和非周期信號兩類，前者頻譜特點是(離散的)，后者頻譜特點是(連續(xù)的)。9.為了求取測試裝置本身的動態(tài)特性，常用的實驗方法是（頻率響應(yīng)法）和（階躍響應(yīng)法）。10.連續(xù)信號與進(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 。11、帶通濾波器的中心頻率F=500HZ，負(fù)3分貝點的帶寬B=10HZ，則該濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q=（50）。12調(diào)幅過程在頻域相當(dāng)于(頻率搬移)過程，調(diào)幅裝置實質(zhì)上是一個(乘法器)。13周期信號的傅氏三角級數(shù)中的是從（0到）展開的。傅氏復(fù)指數(shù)級數(shù)中的是從()到()展開的。14周期

3、信號x（t）的傅氏三角級數(shù)展開式中：an表示(余弦分量的幅值)，bn表示（正弦分量的幅值），a0表示（直流分量）。15余弦函數(shù)只有（實頻）譜圖，正弦函數(shù)只有（虛頻）譜圖。16單位脈沖函數(shù)與在點連續(xù)的模擬信號的下列積分：。這一性質(zhì)稱為（脈沖采樣）。17、 若x(t)的傅立葉變換是X(f),則x(kt)的傅立葉變換是（1k×X(fk)）18、 測試裝置輸出波形無失真但有時間延遲的不失真測試條件是：裝置的幅頻特性為（常數(shù)），相頻特性為（=-t）。19、 x(t) 的頻譜是X（f）,y(t)的頻譜是Y(f),若在頻域X(f)與Y(f)作相乘運算，則對應(yīng)在時域x(t)與 y(t)應(yīng)作_卷積_2

4、0、 一個理想的測試裝置，其輸入和輸出之間應(yīng)該具有（線性）關(guān)系最佳。21、 壓電式傳感器是利用某些物質(zhì)的_壓電效應(yīng)而工作的22、 調(diào)幅波可以看作是載波與調(diào)制波的（相乘）。23、 為了提高便極距型電容傳感器的靈敏度,線形度及減小外部條件對測量精度的影響，實際應(yīng)用時常常采用（差動式）工作方式24、 頻率不同的兩個正弦信號,其互相關(guān)函數(shù)（Rxy( )=(0 )）。25、 濾波器分離信號中相鄰頻率成份的能力稱為（分辨能力），它取決于濾波器的（帶寬）。26、 壓電式傳感器在使用電壓前置放大器時，連接電纜長度改變，測量系統(tǒng)的靈敏度也發(fā)生變化27、 測試系統(tǒng)通常由（傳感器），（信號的調(diào)理和轉(zhuǎn)換）及（信號處理

5、）所組成。28、 對連續(xù)時域信號作加窗截斷處理，必然會引起頻譜的（泄露）現(xiàn)象。29、 能用確切數(shù)學(xué)式表達(dá)的信號稱為（確定性信號），不能用確切數(shù)學(xué)式表達(dá)的信號稱為（隨機信號）。30、選擇窗函數(shù)對信號進(jìn)行截斷時，應(yīng)力求其頻譜的主瓣寬度（窄）些，旁瓣幅度（小）些。31、根據(jù)濾波器的選頻作用分，濾波器可分為（低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器）。32、由函數(shù)卷積特性，任一函數(shù)x(t)與具有時移to的單位脈沖函數(shù)(t±to)的卷積為x=(t±to)，(t)函數(shù)的頻譜密度函數(shù)為（-+1e2jftdf）二、選擇題（20分，每題2分）1直流電橋同一橋臂增加應(yīng)變片數(shù)時，電橋靈敏度

6、將(C)。A增大 B減少 C.不變 D.變化不定2調(diào)制可以看成是調(diào)制信號與載波信號(A)。A相乘 B相加 C相減 D.相除3描述周期信號的數(shù)學(xué)工具是(D)。A相關(guān)函數(shù) B拉氏變換 C傅氏變換 D.傅氏級數(shù)4下列函數(shù)表達(dá)式中，(B)是周期信號。ABC5時域信號的時間尺度壓縮時，則其頻帶的變化為(B)。A頻帶變窄、幅值增高 B頻帶變寬、幅值壓低C頻帶變窄、幅值壓低 D頻帶變寬、幅值增高6非線性度是表示定度曲線(A)的程度。A偏離其擬合直線 B接近真值 C正反行程的不重合7一般來說，測試系統(tǒng)的靈敏度越高，則其測量圍(B)。A越寬 B越窄 C不變8.下列哪一種敏感元件不屬于彈性式壓力敏感元件（D）A.

7、波登管 B膜片C波紋管 D電阻應(yīng)變片9.對于單向應(yīng)力狀態(tài)的測量，貼應(yīng)變片時，應(yīng)變片的方向與主應(yīng)力方向應(yīng)該相交成（A）A.0° B45°C90° D30°10二階裝置引入合適阻尼的目的是（C）。A使系統(tǒng)不發(fā)生共振 B使得讀數(shù)穩(wěn)定C獲得較好的幅頻、相頻特性11為了保證實現(xiàn)極距變化型差動電容傳感器的差動工作，傳感器的兩個電容應(yīng)當(dāng)連接成( A )。A并聯(lián)電路 B串聯(lián)電路 C電橋電路12要使RC低通濾波器的通帶加寬，則RC值應(yīng)( B)。A.增加 B減少 C不變13描述非周期信號的數(shù)學(xué)工具是C 。A三角函數(shù) B拉氏變換 C. 傅氏變換 D. 傅氏級數(shù)14下列信號中

8、C 信號的頻譜是連續(xù)的。A BC.15數(shù)字信號的特征是 B 。A時間上離散、幅值上連續(xù) B時間、幅值上均離散C時間、幅值上都連續(xù) D時間上連續(xù)、幅值上量化16測試裝置能檢測輸入信號的最小變化能力，稱為(D )。A.精度 B靈敏度 C精密度 D.分辨率17測試裝置的脈沖響應(yīng)函數(shù)與它的頻率響應(yīng)函數(shù)間的關(guān)系是（B ）。A卷積 B傅氏變換對 C拉氏變換對 D微分18多種信號之和的頻譜是C 。A.離散的 B.連續(xù)的 C.隨機的 D.周期的19二階裝置，用相頻特性中時所對應(yīng)的頻率作為系統(tǒng)的固有頻率的估計值，該值與系統(tǒng)阻尼率的大小（B ）。A有關(guān) B無關(guān) C略有關(guān)系 D有很大關(guān)系20.濾波器的上、下截止頻率

9、為，中心頻率；則它們的關(guān)系是( A )。A.f0=fc1×fc2B.f0=fc1+fc22C.f0=fc2=fc1221、差動式變極距式電容傳感器的靈敏度是變極距式傳感器的_A_倍. A、2B、3C、4D、522、信號有多種類型，從分析域上看，經(jīng)典的分析方法有_D_和 _。A、時域法，相頻法B、時域法，幅頻法C、相頻法，幅頻法D、時域法，頻域法23、壓電式傳感器的轉(zhuǎn)換原理是利用晶體材料的_B_。A、電阻應(yīng)變效應(yīng)B、壓電效應(yīng)C、電磁感應(yīng)D、霍爾效應(yīng)24、傳感器的靜態(tài)特性中，輸出量的變化量與引起此變化的輸入量的變化量之比稱為_B_。A、線性度B、靈敏度C、穩(wěn)定性D、回程誤差25

10、、若電容式傳感器在真空中，其覆蓋板面為一圓形，r=20cm，極板間距d=2mm，其電容量為：_答案都是錯的_。A、1.11×10-9B、1.11×10-15C、3.27×10-9D、3.27×10-926、信息與信號二者間關(guān)系是_C_。A、信息與信號相同B、信息包含信號C、信息在信號之中D、信息與信號無關(guān)27、當(dāng)兩信號的互相關(guān)函數(shù)在t0有峰值，表明其中一個信號和另一個信號時移t0時，相關(guān)程度_B_。A、最低B、最高C、適中D、一般28、傳感器的靈敏度越高，意味著傳感器所能感知的_A_越小。A、被測量B、輸出量C、頻率特性D、顯示值29、測試工作的任務(wù)主要

11、是要從復(fù)雜的信號中提取C )A、干擾噪聲信號B、正弦信號C、有用信號 D、頻域信號30、時域信號的時移，則頻譜變化為（D ）A、擴展B、壓縮C、不變D、相移31、 記錄磁帶快錄慢放，放演信號的頻譜帶寬(D )A、變窄，幅值壓低B、擴展，幅值壓低C、擴展，幅值增高D、變窄，幅值增高32、 用二階系統(tǒng)作測量裝置時，為獲得較寬的工作頻率圍，則系統(tǒng)的阻尼比應(yīng)(D )A、愈大愈好B、愈小愈好C、接近1/2D、接近1/233、 對二階系統(tǒng)輸入信號x(t)=A1sinw1t+A2sinw2t,則系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸出方程的通式為( D) A、A1sin(w1t+1）+A2sin(w2t+2）B、A1A2sinw1ts

12、inw2tC、A1sinw1t+A2sinw2t D、A1sin（w1t+1）+A2sin（w2t+）34、 概率密度函數(shù)提供了隨機信號（ B）的信息A、沿頻域分布B、沿幅值域分布C、沿時域分布D、強度方面35、 在測量位移的傳感器中，符合非接觸測量，而且不受油污等介質(zhì)影響的是(D )A、電容式B、壓電式C、電阻式D、電渦流式36、 只使在fe1fe2間頻率的信號通過，應(yīng)采用（B ）濾波器A、帶阻B、帶通C、高通D、低通37、 在選用振子時，除了使阻尼比接近.外，應(yīng)使被測正弦信號的最高頻率fm(C )振動子的固有頻率fn。A、等于B、>2倍C、（.-.）D、<.1倍38、 為使電纜

13、的長度不影響壓電式傳感器的靈敏度，應(yīng)選用（B ）放大器。 A、電壓B、電荷C、微分D、積分39、 當(dāng)時,信號x（t）的自相關(guān)函數(shù)Rx（）呈周期性變化,說明該信號(B )。A、為周期信號B、含有周期成份C、為離散信號D、為非周期信號40、 正弦信號的自相關(guān)函數(shù)，使原有的相位信息(B )A、不變B、丟失C、移相D、一定變?yōu)?0°41、 不能用確定的數(shù)學(xué)公式表達(dá)的信號是（D）信號。 A、復(fù)雜周期B、瞬態(tài)C、非周期D、隨機42、 非線性度是表示定度曲線（B ）的程度。 A、接近真值B、偏離其擬合直線C、正反行程不重合D、滯后現(xiàn)象43、 自相關(guān)函數(shù)一定是（B ）函數(shù)。 A、奇B、偶C、周期D、

14、非周期44、 為了能從調(diào)幅波中很好地恢復(fù)出原被測信號，通常用（D）做為解調(diào)器。A、鑒頻器B、整流器C、鑒相器D、相敏檢波器45、 采樣時為了不產(chǎn)生頻譜混疊，采樣頻率必須大于信號最高頻率的（B）倍A、4 B、2C、10 D、546、 壓電式傳感器前置放大器的主要作用是（B ）。 A、把傳感器的低阻抗輸出變換為高阻抗輸出 B、把傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出 C、調(diào)制傳感器的輸出信號D、對傳感器的輸出信號盡行檢波47、在電橋測量電路中，由于電橋接法不同，輸出的電壓靈敏度也不同，_D_ 接法可以獲得最大的輸出。 A、單臂電橋B、差動半橋C、補償電橋D、全橋48、壓電傳感器所使

15、用的前置放大器在電路中起著很重要的作用，以下說法錯誤的是_B_。  A、將傳感器的高阻抗輸入變成低阻抗輸出。B、將傳感器的底阻抗輸入變成高阻抗輸出。C、將壓電傳感器的微弱信號放大。D、電壓放大器和電荷放大器的區(qū)別在于電荷放大器帶有一個深度負(fù)反饋。49、幅值調(diào)制裝置實質(zhì)是一個C、低通濾波器、高通濾波器、乘法器、振蕩器50、理想濾波器在通帶的幅頻特性為  A  、常數(shù)、零、零或常數(shù)、無法確定51變極距型電容傳感器的輸出與輸入，成（A）關(guān)系。A.非線性 B.線性 C.反比 D.平方52如果窗函數(shù)頻譜的主瓣峰值相對于左右旁瓣峰值越大，則該窗函數(shù)的泄漏誤

16、差（A）。A.越小 B. 越大 C.不定 D.不確定53不能用渦流式傳感器進(jìn)行測量的是( D )。A.位移 B.材質(zhì)鑒別 C. 探傷 D.非金屬材料54設(shè)時域信號x(t)的頻譜為X(f)，則時域信號（C）的頻譜為X(ff0）。  A . B.    C.   D. 55壓電式傳感器后面的放大器的主要功能為（C）。 A.阻抗變換 B.信號放大 C. 阻抗變換和信號放大 D.不確定56一個相鄰雙臂工作的測力電橋，如果將兩工作臂的一個應(yīng)變片均改為兩個應(yīng)變片串聯(lián)，則電橋的輸出電壓（D）  A. 加大一倍   B. 減小一倍 

17、;   C. 不變     D. 加大兩倍 57一個相鄰雙臂工作的測力電橋，如果將兩工作臂的一個應(yīng)變片均改為兩個應(yīng)變片串聯(lián)，則電橋的輸出電壓（D）  A. 加大一倍   B. 減小一倍    C. 不變     D. 加大兩倍 三、簡答題（共30分）1.信號分析和處理必需遵循的原則有哪幾點？（4分）答： 各環(huán)節(jié)的輸入量與輸出量之間應(yīng)保持一一對應(yīng)的關(guān)系，并盡量不失真；（2） 盡可能減小或消除各種干擾。（2）2.周期信號的頻譜具有哪幾個特點

18、？（6分）答： 周期信號的頻譜是離散的。（2） 每條譜線只出現(xiàn)在基波頻率的整倍數(shù)上，基波頻率是各分量頻率的公約數(shù)。（2） 各頻率分量的譜線高度表示該諧波的幅值或相位角。工程中常見的周期信號，其諧波幅值總的趨勢是隨諧波次數(shù)的增高而減小的。因此，在頻譜分析中沒必要取那些次數(shù)過高的諧波分量。（2）3.現(xiàn)有電阻和，電感L和電容C，連結(jié)成四臂交流電橋，試畫出能滿足電橋平衡的正確接橋方法，并寫出該電橋的平衡條件。（設(shè)激勵為，輸出為）。（5分）答：正確的接橋方法如圖所示：（3）電橋的平衡條件是：4.有人在使用電阻應(yīng)變片時，發(fā)現(xiàn)靈敏度不夠，于是試圖在工作電橋上增加電阻應(yīng)變片數(shù)以提高靈敏度。試問，在半橋上各串聯(lián)

19、一片的情況下，是否可以提高靈敏度？為什么？（5分）答：不能提高靈敏度。因為半橋雙臂時，其輸出電壓為：當(dāng)量橋臂各串聯(lián)電阻應(yīng)變片時，其電阻的相對變化量為（2）即仍然沒有發(fā)生變化，故靈敏度不變。要提高靈敏度只能將雙臂電橋改為全橋連接。這時。（1）*5.什么是調(diào)制和解調(diào)？為什么要調(diào)制？（5分）答：所謂調(diào)制，就是在調(diào)制信號（測試信號）的控制下，使載波信號（工作信號）的某些參數(shù)（如幅值、頻率、相位）發(fā)生變化的過程。（2）解調(diào)，就是從已調(diào)制波中恢復(fù)出調(diào)制信號的過程一般的被測量，如力、位移、應(yīng)變等，經(jīng)傳感器檢測變換后，常常是一些緩變的電信號。（1）經(jīng)過調(diào)制后，采用交流放大，比直接用直流放大，效果好；另外，調(diào)制

20、波抗干擾能力強，也便于傳輸。（2）6.在機械工程中常見的有哪些參數(shù)的測量？（5分）答：在機械工程的測試過程中，常見的參數(shù)測量有：應(yīng)力的測量；應(yīng)變的測量；扭矩的測量、振動信號的測量；聲強測量；聲發(fā)射測量；位移的測量；流量的測量；壓力的測量等。7.測量按測量值獲得的方法進(jìn)行分類有哪些？（6）答：直接測量指無需經(jīng)過函數(shù)關(guān)系的計算，直接通過測量儀器得到被測值得測量。（等精度直接測量和不等精度直接測量）；（2）間接測量指在直接測量值的基礎(chǔ)上，根據(jù)已知函數(shù)關(guān)系，計算被測量的量值的測量；（2）組合測量指將直接測量或間接測量與被測量值之間按已知關(guān)系組合成一組方程（函數(shù)關(guān)系），通過解方程組得到被測值得方法。（2

21、）8.重復(fù)性誤差和遲滯誤差有何區(qū)別? （6）答：重復(fù)性是指測試裝置在輸入按同一方向做全量程連續(xù)多次變動時，所得特性曲線不一致的程度。遲滯是測試裝置在正反行程中輸入輸出曲線的不重合程度。*9.什么是不失真測試，不失真測試的條件是什么？（4）答：若都是常數(shù)，如果一個測試裝置，則有，即認(rèn)為該測試裝置實現(xiàn)了不失真測量。（2）這表明，輸出信號較輸入信號，幅值放大了倍，時間上滯后了，波形一致。對上式作傅里葉變換，有。所以，若要實現(xiàn)輸出波形不失真，其幅頻、相頻特性應(yīng)滿足如下條件。（2）10.電器式傳感器包括哪幾種，各自的工作原理如何？（5）答：包括電阻式、電感式、電容式三種。電阻式傳感器工作原理：把被測量轉(zhuǎn)

22、換為電阻變化的一種裝置；（2）電感式傳感器工作原理：把被測量如位移轉(zhuǎn)換為電感量變化的一種裝置；（2）*電容式傳感器工作原理：把被測物理量轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種裝置。11、什么是調(diào)制，調(diào)制的目的是什么，如何實現(xiàn)對信號進(jìn)行調(diào)幅和解調(diào)？答：調(diào)制是指利用某種低頻信號來控制或改變一高頻振蕩信號的某個參數(shù)的過程。信號調(diào)理的的目的是（1）實現(xiàn)緩變信號的傳輸，特別是遠(yuǎn)距離傳輸（2）提高信號傳輸中的抗干擾能力和信噪比對信號進(jìn)行調(diào)幅是將一個高頻載波信號與被測信號相乘，使得高頻信號的幅值隨被測信號的變化而變化。可使用同步解調(diào)、相敏檢波的方式來實現(xiàn)對信號進(jìn)行解調(diào)。12、什么是負(fù)載效應(yīng)？對于電壓輸出的環(huán)節(jié)，減輕負(fù)載效應(yīng)

23、的措施有哪些？答：當(dāng)一個裝置聯(lián)接到另一裝置上時，由于發(fā)生能量交換而使前裝置的聯(lián)接處甚至整個裝置的狀態(tài)和輸出都將發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為負(fù)載效應(yīng)；對于電壓輸出的環(huán)節(jié)，減輕負(fù)載效應(yīng)的辦法有:(1)提高后續(xù)環(huán)節(jié)(負(fù)載)的輸入阻抗；(2)在原來兩個相聯(lián)接的環(huán)節(jié)之中，插入高輸入阻抗、低輸出阻抗的放大器，以便一方面減小從前環(huán)節(jié)吸取能量，另一方面在承受后一環(huán)節(jié)（負(fù)載）后又能減小電壓輸出的變化，從而減輕負(fù)載效應(yīng)；(3)使用反饋或零點測量原理，使后面環(huán)節(jié)幾乎不從前環(huán)節(jié)吸取能量。13、何謂壓電效應(yīng)?壓電式傳感器對測量電路有何特殊要求?為什么?答：某些物質(zhì)在外力的作用下，不僅幾何尺寸發(fā)生了變化，而且部極化，某些表面上出現(xiàn)

24、電荷，形成電場。當(dāng)外力去掉時，又重新回到原來的狀態(tài)，這一性質(zhì)稱為壓電效應(yīng)。壓電式傳感器的測量電路必須有高輸入阻抗并在輸入端并聯(lián)一定的電容Ci以加大時間常數(shù)。主要是為了在測量動態(tài)量時，獲得一定的輸出電壓并實現(xiàn)不失真測量。四、計算題（共20分，每小題10分）1.求如圖所示三角脈沖信號的頻譜。0T/2-T/2Atx(t)解：1.求如圖所示三角脈沖信號的頻譜。解：一個周期的表達(dá)式為：（2）因為為偶函數(shù)，所以， （1）（2）出此得的三角函數(shù)形式傅里葉級數(shù)展開為（1）n次諧波分量的幅值（1）n次諧波分量的相位（1）畫出的頻譜如圖所示。2.用電阻應(yīng)變片及雙臂電橋懸臂梁的應(yīng)變。其貼片及組橋方法如圖所示。已知圖

25、中R1=R1=R2=R2=12，上下貼片位置對稱，應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)k=2。應(yīng)變值，電橋供橋電壓ui=3v。試分別求出如圖組成橋路時的輸出電壓u0=？解：如圖（b）組橋時的輸出電壓為（5）如圖（c）組橋時的輸出電壓為（5）3.對稱方波的波形圖如圖所示。求傅里葉級數(shù)的三角形式展開，并畫出頻譜。解：由圖可知，它是正負(fù)交替的周期信號。其直流分量為：a0=0（1），其脈寬等于周期的一半，即，（1）將此代入式可得（3）因此，對稱方波的傅立葉級數(shù)三角函數(shù)形式為：（2）（3）4.如圖所示為兩直流電橋，其中圖(a)稱為臥式橋，圖(b)稱為立式橋，且，為應(yīng)變片，為固定電阻。試求在電阻應(yīng)變片阻值變化為時，兩電橋的

26、輸出電壓表達(dá)式并加以比較。解：圖（a）中，臥式橋的輸出電壓為（4）圖(b)中，立式橋的輸出電壓為（4）由此可知，當(dāng)時，得，在忽略了高階無窮小之后，兩電橋的輸出電壓是一樣的，均為。（1）不同之處是：立式橋由非線性誤差，而臥式橋沒有，所以臥式橋更精確。（1）五、判斷題1、測試工作的任務(wù)主要是要從復(fù)雜的信號中提取有用信息。(ü)2、周期信號各次諧波的頻率只能是基波頻率的整數(shù)倍。(ü)3、一般把控制高頻震蕩波的緩變信號稱為調(diào)制波，載送緩變信號的高頻震蕩稱為載波，調(diào)制后的震蕩波稱為已調(diào)波。(ü)4、測量環(huán)節(jié)作為被測量環(huán)節(jié)的負(fù)載,兩環(huán)節(jié)將保持原來的傳遞函數(shù)。(û)5、一個理想的測試裝置，其輸入和輸出之間應(yīng)具有線性關(guān)系為最佳。(ü)6、壓電傳感器的前置放大器的主要作用是對傳感器輸出信號進(jìn)行解調(diào)。(û)7、周期信號的頻譜是由無限多條離散譜線組成，每一條譜線代表一個諧波分量。(ü)8、當(dāng)0時，自相關(guān)函數(shù)值最