機械工程測試技術(shù) 復(fù)習課(含答案)

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1、真誠為您提供優(yōu)質(zhì)參考資料，若有不當之處，請指正。 《機械工程測試技術(shù)》習題課 一、填空題 1．時間常數(shù)τ是 一 階傳感器動態(tài)特性參數(shù)，時間常數(shù)τ越 小 ，響應(yīng)越快，響應(yīng)曲線越接近于輸入階躍曲線。 2．滿足測試裝置不失真測試的頻域條件是幅頻特性為一常數(shù)和相頻特性與頻率成線性關(guān)系。 3．電荷放大器常用做壓電傳感器的后續(xù)放大電路，該放大器的輸出電壓與傳感器產(chǎn)生的電荷量成正比，與電纜引線所形成的分布電容無關(guān)。 4．信號當時間尺度在壓縮時，則其頻帶變 寬 其幅值變 小 。 5．當測量較小應(yīng)變值時，應(yīng)選用電阻應(yīng)變效應(yīng)工作的應(yīng)變片，而測量大應(yīng)變值時，應(yīng)選用壓阻效應(yīng)工作的應(yīng)變片，后者應(yīng)變片阻

2、值的相對變化主要由材料電阻率的相對變化來決定。 6．電感式和電容式傳感器常采用差動方式，不僅可提高靈敏度，且能改善或消除非線性。 7. 電渦流傳感器是利用 金屬 材料的電渦流效應(yīng)工作，可分為低頻 透射 式和高頻 反射 式兩種，其中前者常用于材料厚度的測量。 8．在調(diào)制解調(diào)技術(shù)中，將控制高頻振蕩的低頻信號稱為 調(diào)制波 ，載送低頻信號的高頻振蕩信號稱為 載波 ，將經(jīng)過調(diào)制過程所得的高頻振蕩波稱為 已調(diào)制波 。 9. RC低通濾波器中的RC值越大，則其上限截止頻率越 小 。 10.頻率混疊是由于 采樣頻率過低 引起的，泄漏則是由于 信號截斷 所引起的。 11.作為傳感器的核心部件，直接感

3、受被測物理量并對其進行轉(zhuǎn)換的元件稱為 敏感元件 。 12.在外力作用下，金屬應(yīng)變式傳感器主要產(chǎn)生幾何尺寸變化，而壓阻式傳感器主要是 電阻率 發(fā)生變化，兩者都引起 電阻值 發(fā)生變化。 13. 描述一階系統(tǒng)動態(tài)特性的參數(shù)是 時間常數(shù) ，其值越 小 ，則該系統(tǒng)頻帶越寬，響應(yīng)越快。 二、選擇題 1．離散、周期的時域信號頻譜的特點是（ C ）的。 A非周期、離散 B非周期、連續(xù) C、周期、離散 D周期、連續(xù) 2．按傳感器能量源分類，以下傳感器不屬于能量控制型的是（ C ）。 A 電阻傳感器 B 電感傳感器 C 光電傳感器 D 電容傳感器

4、 3．變磁通感應(yīng)式傳感器在測量軸的轉(zhuǎn)速時，其齒盤應(yīng)采用（ B ）材料制成。 A 金屬 B 導(dǎo)磁 C 塑料 D 導(dǎo)電 4．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 分辨力 5．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、幅值上都離散 C 時間上連續(xù)，幅值上量化 D 時間、幅值上都連續(xù) 6．傳感器靈敏度越高，表示該傳感器（ B ）。 A 工作頻帶越寬 B 單位輸入引起的輸出量越大 C 線性范圍越寬 D 允許的輸入量越大

5、 7．周期信號傅立葉級數(shù)中的各項系數(shù)表示各諧波分量的（ C ）。 A 相位 B 周期 C 振幅 D 頻率 8．濾波器的-3dB頻率指輸出信號幅值為輸入信號幅值的（ C ）時所對應(yīng)的截止頻率。 A B 1 C D 1/2 9．不能用于材料厚度的非接觸測量的傳感器為（ C ）。 A 渦流式 B 電容式 C 壓電式 D 光電式 10．壓電式傳感器目前多用于測量 D 。 A 靜態(tài)力 B 溫度 C 速度 D 加速度與動態(tài)力 11. 濾波器的帶寬越小，表示該濾波器

6、 D 。 A建立時間越短，頻率分辨率越低 B建立時間越長，頻率分辨率越低 C建立時間越短，頻率分辨率越高 D建立時間越長，頻率分辨率越高 12. 測試系統(tǒng)動態(tài)特性的測定方法包括階躍響應(yīng)試驗和 A 試驗。 A頻率響應(yīng) B脈沖響應(yīng) C傳遞函數(shù) D任意輸入響應(yīng) 13．以下 C 的頻譜為連續(xù)頻譜。 A周期矩形脈沖 B正弦函數(shù) C矩形窗函數(shù) D周期方波 14．屬于物性型傳感器為 D 。 A應(yīng)變式傳感器 B電感式傳感

7、器 C電容式傳感器 D壓電式傳感器 15．可以實現(xiàn)非接觸振動測量的傳感器為 B 。 A應(yīng)變式傳感器 B電感式傳感器 C壓電式傳感器 D以上皆可 16．動態(tài)電阻應(yīng)變儀中相敏檢波電路的作用是 B 。 A幅值調(diào)制 B幅值解調(diào) C頻率解調(diào) D濾波 17. 描述傳感器靜態(tài)特性的指標有 D 。 A幅頻特性 B穩(wěn)定時間 C動態(tài)范圍 D線性度 18. 信號的時域描述與頻域描述通過 C 來建立關(guān)

8、聯(lián)。 A 拉氏變換 B 卷積 C 傅立葉變換 D 相乘 19. 理想濾波器在通帶內(nèi)的幅頻特性為 A 。 A常數(shù) B 零 C零或常數(shù) D無法確定 20. 測試裝置能檢測輸入信號的最小變化能力，稱為 D 。 A 量程 B靈敏度 C 精確度 D分辨力 21. 壓電式振動傳感器輸出電壓信號與輸入振動的（ ）成正比。 A. 位移 B. 速度 C. 加速度

9、 D. 頻率 22. 石英晶體沿機械軸受到正應(yīng)力時，則會在垂直于（ ）的表面上產(chǎn)生電荷量。 A. 機械軸 B. 電軸 C. 光軸 D. 晶體表面 23. 光敏晶體管的工作原理是基于（ ）效應(yīng)。 A. 外光電 B. 內(nèi)光電 C. 光生電動勢 D. 光熱效應(yīng) 24. 金屬絲應(yīng)變片在測量構(gòu)件的應(yīng)變時，電阻的相對變化主要由（ ）來決定的。 A. 貼片位置的溫度變化 B. 電阻絲幾何尺寸的變化 C. 電阻絲材料的電阻率變化 D. 電阻絲材料長度的變化 25. 電容式傳感器中，靈敏度最高的

10、是（ ） 。 A. 面積變化型 B. 介質(zhì)變化型 C. 極距變化型 D. 不確定 三、簡答、應(yīng)用題 1．根據(jù)濾波器的選頻作用，一般將濾波器分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器。下圖為這些濾波器的幅頻特性，請分別標注出來。并列出4個實際濾波器的主要特征參數(shù)。 (a) 帶通 (b) 高通 (c) 帶阻 (d) 低通 主要特征參數(shù)（任選4個）： (1) 截止頻率(2) 帶寬(3) 紋波幅度(4) 品質(zhì)因子(5) 倍頻程選擇性(6) 濾波器因數(shù) 2．下圖為動態(tài)應(yīng)變

11、儀工作框圖，請指出圖中A、B和C分別代表什么？并說明B和C在系統(tǒng)中的作用是什么？（6分） 答：A 電橋：將電阻、電容、電感等參數(shù)變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流輸出 B 相敏檢波：解調(diào) C 低通濾波器：選取低頻信號，抑制或衰減掉其他不需要的成分 3．何為系統(tǒng)不失真測試條件？根據(jù)二階系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性曲線，說明如何選擇二階系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)及工作頻帶？ 解：不失真測試條件：幅頻特性為一常數(shù)，相頻特性與頻率成線性的關(guān)系。 對于一個二階系統(tǒng)來說，在的范圍內(nèi)，系統(tǒng)的幅頻特性接近一條直線，其幅值變化不超過10%，但從相頻曲線上看，曲線隨阻尼比的不同劇烈變化。其中當接近于

12、零時相位為零，此時可以認為是不失真的。而當在范圍內(nèi)時，相頻曲線可以近似認為是一條起自坐標系原點的斜線。 4. 下圖為采用某一種傳感器測量不同的非電量的示意圖。圖中被測物體2均為金屬材料制成，1為傳感器。試問：（6分） （1）該種傳感器是何種傳感器？ （2）圖中分別測量的是哪些非電量？ （3）總結(jié)該種傳感器的兩個優(yōu)點。 （a） （b） （c） 答：（1）渦流傳感器 （2）（a）測轉(zhuǎn)速，（b）測材料的厚度，（c）計數(shù) （3）結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，非接觸測量等優(yōu)點 5.

13、測量系統(tǒng)主要有哪幾種干擾？如何減少這些干擾？ 答：電磁干擾、信道干擾、電源干擾。良好的屏蔽，采用交流穩(wěn)壓器、隔離穩(wěn)壓器。選用低噪聲器件。 6. 試舉例說明測試系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)的主要功能。 答：測試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置三部分組成。測試過程中傳感器將反映被測對象特性的物理量，如壓力、加速度、溫度等，檢出并轉(zhuǎn)換為電量，然后傳輸給中間變換裝置；中間變換裝置對接收到的電信號用硬件電路進行分析處理或經(jīng)A/D變換后用軟件進行計算，再將處理結(jié)果以電信號或數(shù)字信號的方式傳輸給顯示記錄裝置；最后由顯示記錄裝置將測量結(jié)果顯示出來，提供給觀察者或其他自動控制裝置。 7. 在信號采

14、集前一般要求對模擬信號作哪些預(yù)處理?為什么?？ 答：信號的預(yù)處理是把信號變成適于信號數(shù)字處理的形式，以減輕數(shù)字處理的困難。預(yù)處理包括：（1）電壓幅值調(diào)理，以便適宜于采樣。（2）必要的濾波，以提高信噪比 （3）隔離信號中的直流分量 （4）如原信號經(jīng)過調(diào)制，則應(yīng)先行解調(diào)。 8. 電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何區(qū)別？各有何優(yōu)缺點？ 答：電阻應(yīng)變片是利用導(dǎo)體形變引起電阻變化，后者利用半導(dǎo)體電阻率變化引起電阻變化。半導(dǎo)體最突出的優(yōu)點是靈敏度高。但溫度穩(wěn)定性差。電阻應(yīng)變片靈敏度較低，但穩(wěn)定性較好。 9. 簡述壓電式傳感器需要配置前置放大器的原因；常用的前置放大器有哪兩種?

15、 答:因壓電式傳感器的輸出電阻很大、電荷量很小，信號微弱；前置放大器有電荷放大器與電壓放大器兩種。電荷放大器具有輸入阻抗高，輸出電壓與壓電式傳感器電荷成正比、與反饋電容成反比，且與電纜分布電容無關(guān)；電壓放大器具有電路簡單，成本低的特點，壓電式傳感器須與電纜配套使用。 10. 抗混濾波器的作用是什么？它選用何種濾波器？ 答：應(yīng)選用低通濾波器以濾掉高頻成分，目的是使信號變?yōu)橄迬盘枺员苊庠谀M信號采樣中產(chǎn)生混疊。 11. 選用傳感器應(yīng)注意哪些問題？ 答：1）靈敏度：傳感器的量程范圍是和靈敏度緊密相關(guān)的。傳感器的靈敏度并非越高越好，根據(jù)被測量要求來選取。 2）

16、線性范圍：為了保證測量的精確度，傳感器必須在線性區(qū)域內(nèi)工作。 3）響應(yīng)特性：傳感器的響應(yīng)特性必須在所測頻率范圍內(nèi)盡量保持不失真。但實際傳感器的響應(yīng)總有一遲延，但遲延時間越短越好。 4）可靠性：經(jīng)過長期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。 5）精確度：表示傳感器的輸出與被測量的對應(yīng)程度。傳感器的精確度也并非越高越好，因為還要考慮到經(jīng)濟性。 6）工作方式。傳感器在實際測試條件下的工作方式，也是選用傳感器時應(yīng)考慮的重要因素。 另外，還盡可能考慮結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、價格便宜、易于維修和更換等因素。 12. 什么是信號的加窗？加窗后對信號有什么

17、影響？ 答：斷截取有限長度段信號的過程稱為對信號的時域截斷，它相當于通過一個長度有限的時間窗口去觀察信號，因而又叫做加窗。信號經(jīng)加窗后，窗外數(shù)據(jù)全部置零，波形發(fā)生畸變，其頻譜自然也有所變化，這就產(chǎn)生了截斷誤差。 13. 在軋鋼過程中，需檢測薄板的厚度，可采樣何種傳感器？試簡述其工作原理。 答：可采用渦流傳感器，原理圖如圖所示。 系統(tǒng)的工作原理為： 差動式測厚，將兩渦流傳感器分別置于被測鋼板的上下兩邊，位置固定，間隔為H，設(shè)被測鋼板厚度為h，兩渦流傳感器與被測鋼板距離分別為x1和x2。 渦流傳感器和電容C組成諧振回路，則回路頻率f將隨間隙的變化而改變，使其輸出電壓

18、幅值也隨之變化，經(jīng)放大、檢波和濾波后，可得被測距離x1和x2，將它們輸入運算器中進行如下運算，即可實時監(jiān)測鋼板厚度： 四、計算題 1．有一薄壁圓管式拉力傳感器如下圖所示。已知其彈性元件材料的泊松比為0.3，電阻應(yīng)變片和阻值相同，且靈敏系數(shù)均為2，應(yīng)變片貼片位置如圖所示。若受拉力作用，問： (1) 欲測量拉力的大小，應(yīng)如何正確組成電橋？請畫出相應(yīng)的電橋。 (2) 當供橋電壓，時，輸出電壓是多少（）？ 解：(1) 為了測量力P大小，測試電橋應(yīng)如下圖所示連接： (2) 設(shè)R1、R2、R3、R4應(yīng)變分別為ε1，ε2，ε3，ε4。 因為泊松比μ=0.3，故R3、R4的應(yīng)

19、變ε3=ε4=-με1=-0.3300=-90 2．一個電容測微儀，其傳感器的圓形極板半徑為4mm，工作初始間隙0.3mm，介電常數(shù)為8.8510-12F/m，試求： (1) 工作中，若傳感器參與工作的間隙變化量為2，電容變化量是多少？ (2) 若測量電路的靈敏度為100mV/pF，讀數(shù)儀表的靈敏度為5格/mV，當間隙變化量還為2，讀數(shù)儀表示值變化多少格？ 解：(1) 相對面積A=πr2=5.02710-5m2 由于兩極板間距變化引起的電容變化量為： (2) 儀表示值變化格數(shù)為： N=5100(-?C)=51009.8510-3=4.9格 3．利用壓電式傳感器組成加速度測量系統(tǒng)。其中壓電式傳感器的靈敏度=9.00Pc/g，它與靈敏度為=0.005V/Pc的電荷放大器聯(lián)接后，接到靈敏度為=20mm/V的示波器上顯示。試畫出該加速度測量系統(tǒng)的方框圖，并計算系統(tǒng)總靈敏度。（6分） 被測物體 被測物體 被測物體 被測物體 解： 10 / 10