機(jī)械工程測(cè)試技術(shù) 復(fù)習(xí)課(含答案)

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1、真誠(chéng)為您提供優(yōu)質(zhì)參考資料，若有不當(dāng)之處，請(qǐng)指正。 《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)》習(xí)題課 一、填空題 1．時(shí)間常數(shù)τ是 一 階傳感器動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，時(shí)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(cè)試裝置不失真測(cè)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(wú)關(guān)。 4．信號(hào)當(dāng)時(shí)間尺度在壓縮時(shí)，則其頻帶變 寬 其幅值變 小 。 5．當(dāng)測(cè)量較小應(yīng)變值時(shí)，應(yīng)選用電阻應(yīng)變效應(yīng)工作的應(yīng)變片，而測(cè)量大應(yīng)變值時(shí)，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(duì)變化主要由材料電阻率的相對(duì)變化來(lái)決定。 6．電感式和電容式傳感器常采用差動(dòng)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(cè)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(hào)稱(chēng)為 調(diào)制波 ，載送低頻信號(hào)的高頻振蕩信號(hào)稱(chēng)為 載波 ，將經(jīng)過(guò)調(diào)制過(guò)程所得的高頻振蕩波稱(chēng)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(guò)低 引起的，泄漏則是由于 信號(hào)截?cái)?所引起的。 11.作為傳感器的核心部件，直接感

3、受被測(cè)物理量并對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換的元件稱(chēng)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(dòng)態(tài)特性的參數(shù)是 時(shí)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(shí)域信號(hào)頻譜的特點(diǎn)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(lèi)，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(cè)量軸的轉(zhuǎn)速時(shí)，其齒盤(pán)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(cè)試裝置能檢測(cè)輸入信號(hào)的最小變化能力，稱(chēng)為（ D ）。 A 精度 B 靈敏度 C 精密度 D 分辨力 5．?dāng)?shù)字信號(hào)的特征是（ B ）。 A 時(shí)間上離散，幅值上連續(xù) B 時(shí)間、幅值上都離散 C 時(shí)間上連續(xù)，幅值上量化 D 時(shí)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(hào)傅立葉級(jí)數(shù)中的各項(xiàng)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(hào)幅值為輸入信號(hào)幅值的（ C ）時(shí)所對(duì)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(cè)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(cè)量 D 。 A 靜態(tài)力 B 溫度 C 速度 D 加速度與動(dòng)態(tài)力 11. 濾波器的帶寬越小，表示該濾波器

6、 D 。 A建立時(shí)間越短，頻率分辨率越低 B建立時(shí)間越長(zhǎng)，頻率分辨率越低 C建立時(shí)間越短，頻率分辨率越高 D建立時(shí)間越長(zhǎng)，頻率分辨率越高 12. 測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的測(cè)定方法包括階躍響應(yīng)試驗(yàn)和 A 試驗(yàn)。 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(shí)現(xiàn)非接觸振動(dòng)測(cè)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(dòng)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(biāo)有 D 。 A幅頻特性 B穩(wěn)定時(shí)間 C動(dòng)態(tài)范圍 D線性度 18. 信號(hào)的時(shí)域描述與頻域描述通過(guò) C 來(lái)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(wú)法確定 20. 測(cè)試裝置能檢測(cè)輸入信號(hào)的最小變化能力，稱(chēng)為 D 。 A 量程 B靈敏度 C 精確度 D分辨力 21. 壓電式振動(dòng)傳感器輸出電壓信號(hào)與輸入振動(dòng)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(jī)械軸受到正應(yīng)力時(shí)，則會(huì)在垂直于（ ）的表面上產(chǎn)生電荷量。 A. 機(jī)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(dòng)勢(shì) D. 光熱效應(yīng) 24. 金屬絲應(yīng)變片在測(cè)量構(gòu)件的應(yīng)變時(shí)，電阻的相對(duì)變化主要由（ ）來(lái)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(zhǎng)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(jiǎn)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(qǐng)分別標(biāo)注出來(lái)。并列出4個(gè)實(shí)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(gè)）： (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(dòng)態(tài)應(yīng)變

11、儀工作框圖，請(qǐng)指出圖中A、B和C分別代表什么？并說(shuō)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(hào)，抑制或衰減掉其他不需要的成分 3．何為系統(tǒng)不失真測(cè)試條件？根據(jù)二階系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性曲線，說(shuō)明如何選擇二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)及工作頻帶？ 解：不失真測(cè)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(duì)于一個(gè)二階系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，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(guò)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(dāng)接近于

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

13、測(cè)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(shuō)明測(cè)試系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)的主要功能。 答：測(cè)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(cè)試過(guò)程中傳感器將反映被測(cè)對(duì)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(duì)接收到的電信號(hào)用硬件電路進(jìn)行分析處理或經(jīng)A/D變換后用軟件進(jìn)行計(jì)算，再將處理結(jié)果以電信號(hào)或數(shù)字信號(hào)的方式傳輸給顯示記錄裝置；最后由顯示記錄裝置將測(cè)量結(jié)果顯示出來(lái)，提供給觀察者或其他自動(dòng)控制裝置。 7. 在信號(hào)采

14、集前一般要求對(duì)模擬信號(hào)作哪些預(yù)處理?為什么?？ 答：信號(hào)的預(yù)處理是把信號(hào)變成適于信號(hào)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(hào)中的直流分量 （4）如原信號(hào)經(jīng)過(guò)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(diǎn)？ 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(diǎn)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(jiǎn)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(hào)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(wú)關(guān)；電壓放大器具有電路簡(jiǎn)單，成本低的特點(diǎn)，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(hào)變?yōu)橄迬盘?hào)，以避免在模擬信號(hào)采樣中產(chǎn)生混疊。 11. 選用傳感器應(yīng)注意哪些問(wèn)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(cè)量要求來(lái)選取。 2）

16、線性范圍：為了保證測(cè)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(cè)頻率范圍內(nèi)盡量保持不失真。但實(shí)際傳感器的響應(yīng)總有一遲延，但遲延時(shí)間越短越好。 4）可靠性：經(jīng)過(guò)長(zhǎng)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(cè)量的對(duì)應(yīng)程度。傳感器的精確度也并非越高越好，因?yàn)檫€要考慮到經(jīng)濟(jì)性。 6）工作方式。傳感器在實(shí)際測(cè)試條件下的工作方式，也是選用傳感器時(shí)應(yīng)考慮的重要因素。 另外，還盡可能考慮結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、價(jià)格便宜、易于維修和更換等因素。 12. 什么是信號(hào)的加窗？加窗后對(duì)信號(hào)有什么

17、影響？ 答：斷截取有限長(zhǎng)度段信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為對(duì)信號(hào)的時(shí)域截?cái)?，它相?dāng)于通過(guò)一個(gè)長(zhǎng)度有限的時(shí)間窗口去觀察信號(hào)，因而又叫做加窗。信號(hào)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?cái)嗾`差。 13. 在軋鋼過(guò)程中，需檢測(cè)薄板的厚度，可采樣何種傳感器？試簡(jiǎn)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(dòng)式測(cè)厚，將兩渦流傳感器分別置于被測(cè)鋼板的上下兩邊，位置固定，間隔為H，設(shè)被測(cè)鋼板厚度為h，兩渦流傳感器與被測(cè)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(cè)距離x1和x2，將它們輸入運(yùn)算器中進(jìn)行如下運(yùn)算，即可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼板厚度： 四、計(jì)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(wèn)： (1) 欲測(cè)量拉力的大小，應(yīng)如何正確組成電橋？請(qǐng)畫(huà)出相應(yīng)的電橋。 (2) 當(dāng)供橋電壓，時(shí)，輸出電壓是多少（）？ 解：(1) 為了測(cè)量力P大小，測(cè)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?yàn)椴此杀圈?0.3，故R3、R4的應(yīng)

19、變?chǔ)?=ε4=-με1=-0.3300=-90 2．一個(gè)電容測(cè)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(cè)量電路的靈敏度為100mV/pF，讀數(shù)儀表的靈敏度為5格/mV，當(dāng)間隙變化量還為2，讀數(shù)儀表示值變化多少格？ 解：(1) 相對(duì)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(cè)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(huà)出該加速度測(cè)量系統(tǒng)的方框圖，并計(jì)算系統(tǒng)總靈敏度。（6分） 被測(cè)物體 被測(cè)物體 被測(cè)物體 被測(cè)物體 解： 10 / 10