機械工程測試技術(shù)試題及答案成人教育

一、填空題（本題共20分，每個空格0.5分）1、周期信號的頻譜是離散的，而非周期信號的頻譜是連續(xù)的。2、均方值中2表示的是信號的強度，它與均值M、方差。2的關(guān)系是憶海地2。x x x xxx3、測試信號調(diào)理電路主要有電橋、放大、調(diào)制解調(diào)電路。4、測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)有非線性度、靈敏度、回程誤差。5、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。6、傳感器按信號變換特性可分為組合型、一體型。7、當(dāng)A6〈〈60時，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。8、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、相對相同的變化,才能使輸出有最大值。9、信號分析的過程主要包括：信號加工、信號變換。10、系統(tǒng)動態(tài)特性在時域可用傳遞函數(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、高輸入阻抗測量放大電路具有高的共模抑制比，即對共模信號有抑制作用，對差模信號有放大作用。12、動態(tài)應(yīng)變儀上同時設(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，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、對于理想濾波器，濾波器因數(shù)人=1。18、帶通濾波器可由低通濾波器fc2）和高通濾波器fc1）串聯(lián)而成fjfc1）。19、測試系統(tǒng)的線性度和滯后度是由系統(tǒng)誤差引起的；而重復(fù)性誤差是由隨機誤差引起的。二、簡答題（本題共30分，每小題10分）什么是測試？說明測試系統(tǒng)的構(gòu)成及各組成部分的作用。（10分）答：測試是測量和試驗的綜合，是一種研究型的探索型的、論證型的測量過程，也是獲取信息的過程。（1）測量對象傳感器：在測試系統(tǒng)和被測試對象之間建立了一定的連接關(guān)系，它直接感受被測量并將其轉(zhuǎn)換成電信號。是測試系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。中間轉(zhuǎn)換電路（信號調(diào)理電路）：作用是將傳感器的輸出信號進行傳輸、放大和轉(zhuǎn)換，使其適合顯示、紀(jì)錄、數(shù)據(jù)處理。信號處理單衣：它是以計算機為核心對中間轉(zhuǎn)換電路的輸出信號作進一步地處理（如：計算、頻譜分析、數(shù)據(jù)儲存等）顯示、記錄部分：作用是輸出測試結(jié)果。說明電阻絲應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片的異同點，各有何優(yōu)點？（10分）答：相同之處在于：都是將被測量的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化，且dR/R=（1+2H）E+入EE,其中H為材料的泊桑比，E為材料的彈性模量，（1+2H）e是由幾何尺寸變化引起的阻值變化，入ES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)體形變引起的阻值變化，所以dR/R仁（1+2H）e,S'1+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二入Ee,S'人E。各自的優(yōu)點分別為：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。3、選用傳感器的原則是什么？（10分）答：基本原則是：選用的傳感器其性能應(yīng)當(dāng)與被測信號的性質(zhì)相匹配。（1）靜態(tài)特性方面：a、應(yīng)使被測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)小于測量要求的分辨率（力）c、滿足實際要求的條件下，精度不宜過高。三、綜合分析題(共50分)已知信號x(t)=e-t(t20),(1)求x(t)的頻譜函數(shù)X(f),并繪制幅頻譜、相頻譜。(2)求*6)的自相關(guān)函數(shù)Rx(T)。(10分)答：1、x(f)=J”x(t)e-j2"ftdt=- 1 [e(-j2"f-i)]w=1 … 1+j2^f 01+j2^f貝UIx(f)|= 1 o(f)=-arctg(2九f)TOC\o"1-5"\h\z、:1+4n2f2Y u頻譜圖如下：(2)Rx(T)=5x(t)x(t+T)dt=5e-tey+edt=et]e-2tdt=le-T-w 0 0 2二階系統(tǒng)的阻尼比g=0.2,求3=3n時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)答]對于二階系統(tǒng)：當(dāng)w=wn時，A(w)=1/2Z，%(W)=-90。\o"CurrentDocument"幅值誤差二[A(w)-1]X100%=150%Am相位誤差=8(w)=-90。 °如使幅值誤差不大于10%,則IA(w)-1|<0.1即0.9<A(w)<1/2Z<0.1，1/2.2<Z<1/1.8,一電容傳感器，其圓形極板r=4mm,H作初始間隙60=0.3mm,(1)工作時如果傳感器的工作間隙變化A6=±2pm,求電容的變化量。(2)如果測量電路靈敏度51=1001^々?',讀數(shù)儀表靈敏度S2=5格/mv,在A6=±2pm時，讀數(shù)儀表的指示值變化多少格？(￡0=8.85X10-12F/m) (8分)解：(1)VS='=-衛(wèi)=-4.94X10-9F/mA5 820「?當(dāng)A=土2Hm時，ac=S?a=-4.94X10-9F/mX(土2X10-6m)=-+9.88X10-/

（2）讀取儀表的變化格數(shù)為:9.88X10-15X1012S/S2=9.88X10-3X100X5=4.94（格）已知RC低通濾波器的R=1KQ,C=1MF,當(dāng)輸入信號p:100sin1000t時，求輸出信號p。（7分） ,解：??,低通濾波器的截止頻率W=2兀f=2兀，=LA=10-9Hzc2c2 2兀ttRC而輸入信號H=100sin100t的頻率Wx=1000Hz>W2,所以低通濾波器相當(dāng)于積分器，H=AjHxdt=10-9j100sin1000eyRC=10-10sin（1000t-900）5、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。已知圖中R=R=R=R=120。，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￡=10x10-3，電112 2橋供橋電壓u=3V。試分別求出如圖組成橋路時的輸出電壓u=?（15分）解：如圖(b)組橋時的輸出電壓為TOC\o"1-5"\h\zR+AR Ru= 1 1 -u- -uoR+AR+R-ARi R+R，1 1 2 2R+AR1AR= -1 L-U--?U= -UR+Ri2i2Ri121二k?￡?u=0.03(V)2i如圖（c）組橋時的輸出電壓為TOC\o"1-5"\h\zR+AR+R'+AR' R1 1 1 1 ?u—R+AR+R+AR+R+R―—AR-ARiR+R1 1 1 1 2 2 2 22R+2AR1 ?u——u4R i2i0.03(V)0.03(V) ?u=-k?￡?u2Ri2 i一、填空題(本題共20分，每個空格1分)1、6函數(shù)的頻譜是均勻譜。2、使信號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。3、對于實際濾波器，濾波器因數(shù)人范圍一般是(1,5)。4、傳感器按結(jié)構(gòu)可分為結(jié)構(gòu)型、物性型等。5、兩個時域函數(shù)x(t)、x(t)的卷積定義為Jx(t)x(t-T)dT。1 2 126、測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)有非線性度、靈敏度、回程誤差。7、高輸入阻抗測量放大電路具有高的共模抑制比，即對共模信號有抑制作用，對差模信號有放大作用。8、濾波器的頻率分辨力主要由其帶寬決定。9、對于理想濾波器，濾波器因數(shù)入=1。10.電感式傳感器常可分為自感型、互感型等。11、靈敏度表示系統(tǒng)輸出與輸入之間的比值，是定度曲線的斜塞。12、當(dāng)A6〈〈6。時，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。13、動態(tài)應(yīng)變儀上同時設(shè)有電阻和電容平衡旋鈕，原因是導(dǎo)線間存在分布電容。14、調(diào)頻波的解調(diào)電路稱為鑒頻。15、濾波器的通頻帶寬和響應(yīng)時間成反比關(guān)系。二、簡答題(本題共32分,每小題8分).什么是調(diào)制和解調(diào)？其作用是什么？答:調(diào)制：就是使一個信號的某些參數(shù)在另一個信號的控制下而發(fā)生變化的過程。解調(diào)：從已調(diào)制波中恢復(fù)出調(diào)制信號的過程。作用：調(diào)制的目的：使緩變信號便于放大和輸出。解調(diào)的目的：恢復(fù)原信號。.測試裝置2個環(huán)節(jié)的串聯(lián)后的頻率響應(yīng)函數(shù)與它的2個組成之間的關(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？答:測試裝置2個環(huán)節(jié)的串聯(lián)后的頻率響應(yīng)函數(shù)是它的2個組成頻率響應(yīng)函數(shù)之積。根據(jù)數(shù)學(xué)知識可知,任何多項式相除都可以化簡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。.簡述信號不失真的條件。答:對一個測試裝置，其輸出 y(t)和輸入x(t)滿足y(t)=A0x(t-T0)。式中A0、T0均為常量。貝UH(jw);A0e-jT0w，即實現(xiàn)不失真測量的基本條件為A(3)=A0=常數(shù)，①(3)=-T03.按一階系統(tǒng)為例,簡述求解具體系統(tǒng)頻譜特性的一般步驟,并簡要說出一階系統(tǒng)的特性。答:一般步驟：1)對系統(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)的圖形并分析改進之。一階系統(tǒng)圖形有幾個關(guān)鍵點,對它進行討論,并分析最左最右的趨勢。三、計算題（共48分，每題12分）1.試計算一階低通RC濾波器的頻率特性函數(shù)，并推導(dǎo)出濾波器的截止頻率。tdy+y（t）=x（t）答：一階系統(tǒng)微分方程為dt,H(s)=Y(s)=—兩邊拉氏變換得：tsY(s)+Y(s)=Z(s) (ts+1)Y(s)=Z(s) Z(s)1+ts11H(j3)= -A?)=.1+j3T \：1+(①T)2 ①(3)=—tgt(3T)2.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。1.2.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。1.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，它是正負交替的周期信號。其直流分量為：a0=0（1'），解：由圖可知，它是正負交替的周期信號。其直流分量為：a0=0（1'），T其脈寬等于周期的一半，即T=?，（1'）將此代入式可得sinnwi^ETnw 2 2E-n兀a=——h =——與in——；b=0（3’）n兀nwT n兀 2n——U-2因此，對稱方波的傅立葉級數(shù)三角函數(shù)形式為：f(t)=1.n兀一，2E」 ,1.1一?sin cosnwt=——(coswt——wt+wt一n2 1兀13151）（2'）（3'）（3'）3、已知信號x(t)=3e-t(t20),(1)求x(t)的頻譜函數(shù)X(f),并繪制幅頻譜、相頻譜。(2)求*仕)的自相關(guān)函數(shù)Rx(T)。答:(1)x(f)=J”x(t)e-j2兀ftdt=- 1 [e(-j2兀f-i)]w=1 .6 1+j叫 01+j叫貝UIx(f)|= 1 o(f)=-arctg(2九f)1I+4n2f2頻譜圖如下:⑵Rx(T)=J6x(t)x(t+T)dt=fe-tey+edt=e-」6e-2tdt=ie-T-? o o 24.一電容傳感器，其圓形極板r=4mm,工作初始間隙b0=0.3mm,(1)工作時如果傳感器的工作間隙變儂5=±1