1、機械工程測試技術習題課一、填空題1 .時間常數T是_階傳感器動態特性參數，時間常數 T越 小，響應越快，響應曲線越 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和相頻特性與頻率成線性關系。3. 電荷放大器常用做壓電傳感器的后續放大電路，該放大器的輸出電壓與傳感器產生的電荷 量成正比，與電纜引線所形成的分布電容無關。4. 信號當時間尺度在壓縮時，則其頻帶變寬其幅值變小。5. 當測量較小應變值時，應選用電阻應變效應工作的應變片，而測量大應變值時，應選用壓 _ 阻效應工作的應變片，后者應變片阻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

2、用差動方式，不僅可提高靈敏度能改善或消除非線 7. 電渦流傳感器是利用 金屬材料的電渦流效應工作,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. 在調制解調技術中，將控制咼頻振蕩的低頻信號稱為調制波，載送低頻信號的咼頻振蕩 信號稱為載波，將經過調制過程所得的高頻振蕩波稱為 已調制波。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，直接感受被測物理量并對其進行轉換的元件稱為敏感元件。12. 在外力作用下，金屬應變式傳感器主要產生幾何尺寸變化，而壓阻式傳感器

3、主要是電阻率發生變化，兩者都引起電阻值 發生變化13. 描述一階系統動態特性的參數是 時間常數，其值越小，則該系統頻帶越寬，響應越快。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 C、周期、離散 D周期、連續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 ）0A電阻傳感器B電感傳感器C光電傳感器 D 電容傳感器3. 變磁通感應式傳感器在測量軸的轉速時，其齒盤應采用（B ）材料制成A金屬 B 導磁 C 塑料 D 導電C 精密度 DB時間、幅值上都離散D時間、幅值上都連續分辨力4. 測試裝置能檢測輸入信號的最小變化能力，稱為（D ）0A精度 B 靈

4、敏度5. 數字信號的特征是（B ）A時間上離散，幅值上連續C時間上連續，幅值上量化6. 傳感器靈敏度越高，表示該傳感器（B ）oA工作頻帶越寬B單位輸入引起的輸出量越大C )oC ）時所對應的截止頻率C線性范圍越寬D允許的輸入量越大7. 周期信號傅立葉級數中的各項系數表示各諧波分量的（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（AB 1 C.2/2D 1/29. 不能用于材料厚度的非接觸測量的傳感器為（ C ）oA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靜態力 B 溫度 C 速度 D加速度與動態力11. 濾

5、波器的帶寬越小，表示該濾波器 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，頻率分辨率越咼D建立時間越長，頻率分辨率越咼12. 測試系統動態特性的測定方法包括階躍響應試驗和A 試驗。A頻率響應B脈沖響應傳遞函數任意輸入響應13. 以下 C的頻譜為連續頻譜。A周期矩形脈沖B正弦函數14.屬于物性型傳感器為D 。A應變式傳感器B 電感式傳感器15.可以實現非接觸振動測量的傳感器為A應變式傳感器B 電感式傳感器16.動態電阻應變儀中相敏檢波電路的作用是A幅值調制B幅值解調矩形窗函數D周期方波電容式傳感器。D壓電式傳感器壓電式傳感器B。D以上皆可頻率解調D濾波CBC

6、17. 描述傳感器靜態特性的指標有DA幅頻特性B穩定時間C動態范圍D線性度18. 信號的時域描述與頻域描述通過C來建立關聯。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的幅頻特性為A。A常數B零C零或常數 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D.頻率22.石央晶體沿機械軸受到正應力時，則會在垂直于（）的表面上產生電何量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二（）效應。A.外光電B.內光

7、電C.光生電動勢D.光熱效應）來決定的24.金屬絲應變片在測量構件的應變時，電阻的相對變化主要由（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，靈敏度最高的是（）。A.面積變化型B. 介質變化型 C. 極距變化型 D. 不確定 三、簡答、應用題1根據濾波器的選頻作用，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。帶通(b)(a)0A(f)f c2低通主要特征參數（任選4個）：（1）截止頻率（2）帶寬 紋波幅度 品質因子（5）倍頻程選擇性 濾

8、波器因數2下圖為動態應變儀工作框圖，請指出圖中A B和C分別代表什么？并說明B和C在系統中的作用是什么？ （ 6分）x(ty(t)f答: A 電橋：將電阻、電容、電感等參數變化轉換為電壓或電流輸出B 相敏檢波：解調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何為系統不失真測試條件？根據二階系統的幅頻特性和相頻特性曲線，說明如何選擇二階系統動態特性參數及工作頻帶？解：不失真測試條件：幅頻特性為一常數，相頻特性與頻率成線性的關系。0.3對于一個二階系統來說，在0 的范圍內，系統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

9、零時相位 為零，此時可以認為是不失真的。而當 在0.6 0.8范圍內時，相頻曲線可以近似認為是一條起自坐標系原點的斜線。2均為金屬材料制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) 總結該種傳感器的兩個優點。(a)(b)10Tn_oxnu 口(c)答：(1)渦流傳感器(2) (a)測轉速，(b)測材料的厚度，(c)計數(3) 結構簡單，使用方便，非接觸測量等優點5.測量系統主要有哪幾種干擾？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，采用交流穩壓器、隔

10、離穩壓器。選用 低噪聲器件。6試舉例說明測試系統的組成環節的主要功能。答：測試系統由傳感器、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A/D變換后用軟件進行計算，再將處理結果以電信號或數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. 在信號采集前一般要求對模擬信號作哪些預處理 ?為什么 ?？ 答：信號的預處理是把信號變成適于信號數字處理的形式，以減輕數字處理的困難。預處

11、理包括：（ 1）電壓幅值調理，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）如原信號經過調制，則應先行解調。8. 電阻應變片與半導體應變片在工作原理上有何區別？各有何優缺點？ 答：電阻應變片是利用導體形變引起電阻變化， 后者利用半導體電阻率變化引起電阻變化。半導體最突出的優點是靈敏度高。但溫度穩定性差。電阻應變片靈敏度較低，但穩定性較好。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 ?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

12、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；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：應選用低通濾波器以濾掉高頻成分，目的是使信號變為限帶信號，以避免在模擬信號 采樣中產生混疊。11. 選用傳感器應注意哪些問題？ 答：1）靈敏度：傳感器的量程范圍是和靈敏度緊密相關的。傳感器的靈敏度并非越高越 好，根據被測量要求來選取。2 ）線性范圍：為了保證測量的精確度，傳感器必須在線性區域內工作。3 ）響應特性：傳感器的響應特性必須在所測頻率范圍內盡量保持不失真。但實際傳感器 的響應總有一遲延，但遲延時間越短越

13、好。4 ）可靠性：經過長期使用以后，其輸出特性不發生變化的性能。5 ）精確度：表示傳感器的輸出與被測量的對應程度。傳感器的精確度也并非越高越好， 因為還要考慮到經濟性。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考慮的重要因 素。另外，還盡可能考慮結構簡單、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。信號經加窗后，窗外數據全部置零，波形發生畸變，其頻譜自然也有所變化，這就產生了截斷誤差。13. 在軋鋼過

14、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,設被測鋼板厚度為h,兩渦流傳感器與被測鋼板距離分別為 xi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 壓幅值也隨之變化，經放大、檢波和濾波后，可得被測距離 Xi和X2，將它們輸入運算器中進 行如下運算，即可實時監測鋼板厚度：h H (x1 x2)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，電阻應變片Ri、R2、R3和R4阻值

15、相同，且靈敏系數均為 2,應變片貼片位置如圖所示。若受拉力 P作用，問：(1) 欲測量拉力P的大小，應如何正確組成電橋？請畫出相應的電橋。(2) 當供橋電壓ei 2V，12 300 口時，輸出電壓e。是多少(1£ 1 10 6) ?R4解：(1)為了測量力P大小，測試電橋應如下圖所示連接：(2)設Ri、R、Rb>Ra 應變分別為£1,£ 2,£ 3,£4。R" R4300=-901 R R RR 一1e0-e1_1234R1R2R3Ra4因為泊松比 卩=0.3 ,故艮、R的應變£ 3= £ 4=-卩£

16、;1=-0.3 X-7J i>R2R3eoo-K eiei o o1300 30090902 2 0.78mV42個電容測微儀，其傳感器的圓形極板半徑為8.85 X 10-1 乍/m,試求:4mm工作初始間隙0.3mm,介電常數為(1)工作中，若傳感器參與工作的間隙變化量為2 ym,電容變化量是多少? 若測量電路的靈敏度為100mV/pF,讀數儀表的靈敏度為5格/mV當間隙變化量還為2 ym ,讀數儀表示值變化多少格?解：(1)相對面積 A=n r 2=5.027 X 10-5吊由于兩極板間距變化引起的電容變化量為:A28.85 1012 5.027 10 5 2 10 63 20.3 10 339.85 10 PF(2)儀表示值變化