《測試技術(shù)》習(xí)題答案

真誠為您提供優(yōu)質(zhì)參考資料，若有不當(dāng)之處，請指正。 緒 論 1 .舉例說明什么是測試？ 答：(1) 測試?yán)樱? 為了確定一端固定的懸臂梁的固有頻率，我們可以采用錘擊法對梁進(jìn)行激振，再利用壓電傳感器、電荷放大器、波形記錄器記錄信號波形，由衰減的振蕩波形便可以計(jì)算出懸臂梁的固有頻率。 （2）結(jié)論： 由本例可知：測試是指確定被測對象懸臂梁的屬性—固有頻率的全部操作，是通過一定的技術(shù)手段—激振、拾振、記錄、數(shù)據(jù)處理等，獲取懸臂梁固有頻率的信息的過程。 2. 測試技術(shù)的任務(wù)是什么？ 答：測試技術(shù)的任務(wù)主要有: 通過模型試驗(yàn)或現(xiàn)場實(shí)測，提高產(chǎn)品質(zhì)量； 通過測試，進(jìn)行設(shè)備強(qiáng)度校驗(yàn)，提高產(chǎn)量和質(zhì)量； 監(jiān)測環(huán)境振動和噪聲，找振源，以便采取減振、防噪措施； 通過測試，發(fā)現(xiàn)新的定律、公式等； 通過測試和數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測、質(zhì)量控制和故障診斷。 3. 以方框圖的形式說明測試系統(tǒng)的組成，簡述主要部分的作用。 （1） 測試系統(tǒng)方框圖如下： （2）各部分的作用如下： l 傳感器是將被測信息轉(zhuǎn)換成某種電信號的器件； l 信號的調(diào)理是把來自傳感器的信號轉(zhuǎn)換成適合傳輸和處理的形式； l 信號處理環(huán)節(jié)可對來自信號調(diào)理環(huán)節(jié)的信號，進(jìn)行各種運(yùn)算、濾波和分析； l 信號顯示、記錄環(huán)節(jié)將來自信號處理環(huán)節(jié)的信號顯示或存貯。 l 模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換和數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換是進(jìn)行模擬信號與數(shù)字信號相互轉(zhuǎn)換，以便用計(jì)算機(jī)處理。 2 . 求正弦信號 的絕對均值 和均方根值 。 解(1) (2) 5.設(shè)有一時(shí)間函數(shù)f(t)及其頻譜如圖所示。現(xiàn)乘以余弦函數(shù)cosw0t（w0>wm）。在這個(gè)關(guān)系中函數(shù)f(t)稱為調(diào)制信號，余弦函數(shù)cosw0t稱為載波。試求調(diào)幅信號的f(t)cosw0t傅氏變換，并繪制其頻譜示意圖。又：若w0<wm將會出現(xiàn)什么情況？ 解：(1)令 (2) 根據(jù)傅氏變換的頻移性質(zhì)，有： 頻譜示意圖如下： (3) 當(dāng)w0<wm時(shí)，由圖可見， 出現(xiàn)混疊，不能通過濾波的方法提取出原信號f(t)的頻譜。 1. 已知信號的自相關(guān)函數(shù) ，求該信號的均方值 。 解：（1）該信號的均值為零，所以 ； （2） ； （3） ； 2 .求 的自相關(guān)函數(shù).其中 解：瞬態(tài)信號的自相關(guān)函數(shù)表示為： 3. 求初始相角 為隨機(jī)變量的正弦函數(shù) 的自相關(guān)函數(shù)，如果 ， 有何變化？ （1）具有圓頻率為 、幅值為A、初始相交為 的正弦函數(shù)，是一個(gè)零均值的各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過程。其平均值可用一個(gè)周期 的平均值計(jì)算。其自相關(guān)函數(shù)為 令 ， 則 ， （2）當(dāng) 時(shí)，自相關(guān)函數(shù) 無變化。 7.車床加工零件外圓表面時(shí)常產(chǎn)生振紋，表面振紋主要是由轉(zhuǎn)動軸上齒輪的不平衡慣性力使主軸箱振動而引起的。振紋的幅值譜 A(f) 如題圖a）所示，主軸箱傳動示意圖如題圖b)所示。傳動軸1、2、3上的齒輪齒數(shù)分別為 ，傳動軸轉(zhuǎn)速n1=2000(r/min) ，試分析哪一根軸上的齒輪不平衡量對加工表面的振紋影響大？為什么？ a) 振紋的幅值譜 b) 主軸箱傳動示意圖 解：（1）計(jì)算軸的轉(zhuǎn)速和頻率： （2）判別: 由計(jì)算結(jié)果知 12. 什么是泄漏？為什么產(chǎn)生泄漏？窗函數(shù)為什么能減少泄漏？ 解： (1)信號的能量在頻率軸分布擴(kuò)展的現(xiàn)象叫泄漏。 (2)由于窗函數(shù)的頻譜是一個(gè)無限帶寬的函數(shù)，即是x(t)是帶限信號，在截?cái)嗪笠脖厝怀蔀闊o限帶寬的信號，所以會產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象。 (3)盡可能減小旁瓣幅度，使頻譜集中于主瓣附近，可以減少泄漏。 13. 什么是 “柵欄效應(yīng)”？如何減少“柵欄效應(yīng)”的影響？ 解： (1)對一函數(shù)實(shí)行采樣，實(shí)質(zhì)就是“摘取”采樣點(diǎn)上對應(yīng)的函數(shù)值。其效果有如透過柵欄的縫隙觀看外景一樣，只有落在縫隙前的少量景象被看到，其余景象都被柵欄擋住，稱這種現(xiàn)象為柵欄效應(yīng)。 (2)時(shí)域采樣時(shí)滿足采樣定理要求，柵欄效應(yīng)不會有什么影響。頻率采樣時(shí)提高頻率分辨力，減小頻率采樣間隔可以減小柵欄效應(yīng)。 的影響。 15. 頻率混疊是怎樣產(chǎn)生的，有什么解決辦法？ 答： (1)當(dāng)采用過大的采樣間隔Ｔｓ對兩個(gè)不同頻率的正弦波采樣時(shí)，將會得到一組相同的采樣值，造成無法辯識兩者的差別，將其中的高頻信號誤認(rèn)為低頻信號，于是就出現(xiàn)了所謂的混疊現(xiàn)象。 (2)為了避免頻率混疊，應(yīng)使被采樣的模擬信號ｘ（ｔ）成為有限帶寬的信號，同時(shí)應(yīng)使采樣頻率ｆｓ大于帶限信號的最高頻率ｆｈ的２倍。 16. 相關(guān)函數(shù)和相關(guān)系數(shù)有什么區(qū)別？相關(guān)分析有什么用途，舉例說明。 答： (1)通常，兩個(gè)變量之間若存在著一一對應(yīng)關(guān)系，則稱兩者存在著函數(shù)關(guān)系,相關(guān)函數(shù)又分為自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)。當(dāng)兩個(gè)隨機(jī)變量之間具有某種關(guān)系時(shí)，隨著某一個(gè)變量數(shù)值的確定，另一變量卻可能取許多不同的值，但取值有一定的概率統(tǒng)計(jì)規(guī)律，這時(shí)稱兩個(gè)隨機(jī)變量存在相關(guān)關(guān)系，對于變量Ｘ和Ｙ之間的相關(guān)程度通常用相關(guān)系數(shù)ρ來表示。 (2)在測試技術(shù)技術(shù)領(lǐng)域中，無論分析兩個(gè)隨機(jī)變量之間的關(guān)系，還是分析兩個(gè)信號或一個(gè)信號在一定時(shí)移前后的關(guān)系，都需要應(yīng)用相關(guān)分析。例如在振動測試分析、雷達(dá)測距、聲發(fā)射探傷等都用到相關(guān)分析。 第三章 1.說明線性系統(tǒng)的頻率保持性在測量中的作用。 答： （1）線性系統(tǒng)的頻率保持性，在測試工作中具有非常重要的作用。因?yàn)樵趯?shí)際測試中，測試得到的信號常常會受到其他信號或噪聲的干擾，這時(shí)依據(jù)頻率保持特性可以認(rèn)定測得信號中只有與輸入信號相同的頻率成分才是真正由輸入引起的輸出。 （2）同樣，在故障診斷中，根據(jù)測試信號的主要頻率成分，在排除干擾的基礎(chǔ)上，依據(jù)頻率保持特性推出輸入信號也應(yīng)包含該頻率成分，通過尋找產(chǎn)生該頻率成分的原因，就可以診斷出故障的原因。 2.在使用靈敏度為80nC/MPa的壓電式力傳感器進(jìn)行壓力測量時(shí)，首先將他與增益為 5mV/nC的電荷放大器相連，電荷放大器接到靈敏度為25mm/V的筆試記錄儀上，試求該壓力測試系統(tǒng)的靈敏度。當(dāng)記錄儀的輸出變化30mm時(shí)，壓力變化為多少？ 2 解：（1）求解串XXX統(tǒng)的靈敏度。 （2）求壓力值。 3.把靈敏度為 的壓電式力傳感器與一臺靈敏度調(diào)到 的電荷放大器相接，求其總靈敏度。若要將總靈敏度調(diào)到 ，電荷放大器的靈敏度應(yīng)作如何調(diào)整？ 解： 4.用一時(shí)間常數(shù)為2s的溫度計(jì)測量爐溫時(shí)，當(dāng)爐溫在200℃—400℃之間，以150s為周期，按正弦規(guī)律變化時(shí)，溫度計(jì)輸出的變化范圍是多少？ 解： （1）已知條件。 （2）溫度計(jì)為一階系統(tǒng)，其幅頻特性為 （3）輸入為200℃、400℃時(shí)，其輸出為： y=A(w)200=200.7(℃) y=A(w) 400=401.4( ℃) 5.用一階系統(tǒng)對100Hz的正旋信號進(jìn)行測量時(shí)，如果要求振幅誤差在10%以內(nèi),時(shí)間常數(shù)應(yīng)為多少？如果用該系統(tǒng)對50Ｈz的正旋信號進(jìn)行測試時(shí)，則此時(shí)的幅值誤差和相位誤差是多少？ 解：（1）一階系統(tǒng)幅頻誤差公式。 幅值誤差為：2.9%，相位差為:-67.540 7.用傳遞函數(shù)為 的一階測量裝置進(jìn)行周期信號測量。若將幅度誤差限制在5%以下，試求所能測量的最高頻率成分。此時(shí)的相位差是多少？ 解：（1）已知一階系統(tǒng)誤差公式。 （2）解得w=131.47 8.設(shè)一力傳感器作為二階系統(tǒng)處理。已知傳感器的固有頻率為800Hz，阻尼比為0.14，問使用該傳感器作頻率為400Hz正弦變化的外力測試時(shí)，其振幅和相位角各為多少？ 解：（1）fn=800HZ, ξ=0.14 , f=400HZ 帶入頻譜特性。 9. 5. 為什么電容式傳感器易受干擾？如何減小干擾？ 答： (1)傳感器兩極板之間的電容很小，僅幾十個(gè)μμF，小的甚至只有幾個(gè)μμF。 (2)而傳感器與電子儀器之間的連接電纜卻具有很大的電容，如屏蔽線的電容最小的l米也有幾個(gè)μμF，最大的可達(dá)上百個(gè)μμF。這不僅使傳感器的電容相對變化大大降低，靈敏度也降低，更嚴(yán)重的是電纜本身放置的位置和形狀不同，或因振動等原因，都會引起電纜本身電容的較大變化，使輸出不真實(shí)，給測量帶來誤差。 (3)解決的辦法，一種方法是利用集成電路，使放大測量電路小型化，把它放在傳感器內(nèi)部，這樣傳輸導(dǎo)線輸出是直流電壓信號，不受分布電容的影響; (4)另一種方法是采用雙屏蔽傳輸電纜，適當(dāng)降低分布電容的影響。由于電纜分布電容對傳感器的影響，使電容式傳感器的應(yīng)用受到一定的限制。 6. 10. 某電容傳感器（平行極板電容器）的圓形極板半徑r=4（mm），工作初始極板間距離δ0=0.3(mm)，介質(zhì)為空氣。問: a) 如果極板間距離變化量Δδ=士l(mm)，電容的變化量ΔC是多少? b) 如果測量電路的靈敏度k1=10O(mv/pF),讀數(shù)儀表的靈敏度k2=5(格/mV)，在Δδ=士1(um)時(shí)，讀數(shù)儀表的變化量為多少? 答：1)已知ε0=8.851012（F/M），傳感器的靈敏度為k 2） 1、 某車床加工外圓表面時(shí)，表面振紋主要由轉(zhuǎn)動軸上齒輪的不平衡慣性力而使主軸箱振動所引起。振紋的幅值譜如題圖8.1a所示，主軸箱傳動示意圖如題圖8.1b所示。傳動軸I、傳動軸II和主軸III上的齒輪齒數(shù)為 ， ， ， 。傳動軸轉(zhuǎn)速 =2000r/min。試分析哪一根軸上的齒輪不平衡量對加工表面的振紋影響最大？為什么？ a) 振紋的幅值譜 b) 傳動示意圖 題圖 主軸箱示意圖及其頻譜 解：1）計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動頻率： 軸I的轉(zhuǎn)動頻率： Hz 軸II的轉(zhuǎn)速： (r/min) 軸II的轉(zhuǎn)動頻率： Hz 軸III的轉(zhuǎn)速： (r/min) 軸III的轉(zhuǎn)動頻率： Hz 2）判別 由計(jì)算結(jié)果知，軸II的轉(zhuǎn)動頻率 =25(Hz)與幅頻圖A(f)中最大幅值處的頻率相吻合，故知軸II上的齒輪不平衡量對加工表面的振紋影響最大。 3、 用壓電式加速度傳感器及電荷放大器測量振動，若傳感器靈敏度為7pc/g，電荷放大器靈敏度為100mv/pc，試確定輸入a=3g時(shí)系統(tǒng)的輸出電壓。 解： (1)求系統(tǒng)的總靈敏度： 系統(tǒng)的總靈敏度為：S=7 pc/g 100 mv/pc =700 mv/ g （2）根據(jù)已知條件，求解。 當(dāng)輸入a=3g時(shí)，系統(tǒng)的輸出電壓為：u=aS=3g700 mv/ g =2100mv 13 / 13