机械工程测试技术基础试题复习题及答案全解.docx
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机械工程测试技术基础试题复习题及答案全解
一、填空(每空1份,共20分)
1•测试技术的基本任务是—获取有用的信息
2•从时域看,系统的输出是其输入与该系统_脉冲响应函数的卷积。
3•信号的时域描述,以_时间(t)为独立变量;而信号的频域描述,以
频率f或C■)为独立变量。
4.如果一个信号的最高频率为50Hz,为了防止在时域采样过程中出现混叠现象,米样频率应该大于—100Hzo
5•在桥式测量电路中,根据其_激励电压(或工作电压或桥压或电源)_的性质,可将其分为直流电桥与交流电桥。
6.金属电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于:
前者利用导体机械形变—引起的电阻变化,后者利用—半导体电阻率的(或半导体压阻效应)—变化引起的电阻变化
7•压电式传感器是利用某些物质的压电效应而工作的
8•带通滤波器的上下限截止频率为fC2、fci,其带宽B=
若其带宽为1/3倍频程则fc2=_v'2_fcio
9•属于能量控制型的传感器有—电阻式传感器—、—涡电流传感器_电容式
传感器、电感式传感器等。
10.根据载波受调制的参数不同,调制可分为—调幅、调频、调相
11.相关滤波的工作原理是同频相关不同频不相关/同频检测原理
12测试装置的动态特性可以用—传递—函数、—频率响应—函数和—脉冲响应
函数进行数学描述
二、选择题(把正确答案前的字母填在空格上,每题1分,共10分)
1•不能用确定的数学公式表达的信号是D信号。
A复杂周期B非周期C瞬态D随机
2.平稳随机过程必须B。
A连续B统计特征与时间无关C各态历经D统计特征等于时间平均
3.一阶系统的动态特性参数是_C。
A固有频率B阻尼比C时间常数D灵敏度
4.系统在全量程内,输入量由小到大及由大到小时,对于同一个输入量所得到
的两个数值不同的输出量之间的最大差值称为A。
A回程误差B绝对误差C相对误差D非线性误差
5.电阻应变片的输入为B。
A力B应变C速度D加速度
6.D用于评价系统的输出信号和输入信号之间的因果性。
A传递函数B互相关函数C互谱密度函数D相干函数
7.为使电缆的长短不影响压电式传感器的灵敏度,应选用B放大器。
A电压B电荷C微分D积分
8.在测量位移的传感器中,符合非接触测量而且不受油污等介质影响的是
D传感器。
A电容式B压电式C电阻式D电涡流式
9.信号分析设备可分析的频率低于磁带记录仪记录信号的频率,可将磁带
B,也可达到分析的目的。
A重放速度放快B重放速度放慢C重放速度不变D多放几次
10.一阶系统的阶跃响应中,超调量D。
A存在,但<5%B存在,但<1C在时间常数很小时存在D不存
在
三、判断题(用V或X表示,在正确的题目对应的括号里填",反之填X,每题1分,共10分)
1.(F)非周期信号的频谱是连续的。
2.(T)传递函数相同的各种装置,其动态特性均相同。
3.(F)调幅波是载波与调制信号的叠加。
4.(T)涡流传感器属于有源传感器。
5.(T)滑线变阻器式传感器不适于微小位移量的测量。
6.(T)窗函数频谱的主峰瓣越窄,旁瓣幅度越小,用其截取信号所引起的误差越小。
7.(F)恒带宽滤波器的中心频率越高,其带宽越宽。
8.(T)随机激振属于宽带激振法。
9.(F)压电式加速度计的灵敏度越高,其工作频率越宽。
10.(T)若系统是完全线性的,则输入输出的相干函数一定为1。
四、简答题(每题5分,共30分)
1.已知周期方波的傅立叶级数展开式为x(t)=8Asin0tJsi.吐,
试绘出该周期方波的单边幅值谱,并说明其频谱特点。
斤2)[
8A
jr
8A
3兀8A
UI門
0s3q昭3
频谱特点:
离散性、谐波性、递减性3分(每答对一个得1分)
2.二阶测试装置的两个动态特性参数是什么?
为了实现不失真测试,如何确定
其取值范围?
固有频率Cn)和阻尼比()3分(每答对一个得1.5分);为
了实现不失真,阻尼比「)取值0.6~0.8;工作频率取值小于等于0.58「n2分(每答对一个得1分
3.何谓不失真测试?
实现测试不失真的测试装置的幅频和相频特性应如何?
输出y(t)与输入x(t)满足关系y(t)=Aox(t-to),其中Ao和to为常数,则为不失真测试。
2分
或者用文字描述上述关系,描述正确2分,不完整1分,错误不得分。
实现不失真测试的测试装置的
幅频特性为A(3)=Ao=常数1.5分
相频特性为林3)=-to,1.5分
或者用文字表述,表述正确同样得分。
4.信号的预处理包括那些环节?
(1)电压幅值调理(或者放大)
(2)滤波(或者滤去高频)2分
(3)隔离直流分量(或者隔直)1分
(4)如原信号进行调制,则应先进行解调(或者解调)1分
5.为什么在动态电阻应变仪上除了设有电阻平衡旋钮外,还设有电容平衡旋
钮?
动态电阻应变仪采用的是纯电阻交流电桥(1分),即使各桥臂均为电阻,由于导线间存在分布电容(1分),相当于在各桥臂上并联了一个电容,因此,除了电阻平衡外,还须有电容平衡(3分)。
5分
6.测得两个同频正弦信号的相关函数波形如图1,问:
(1)这一波形是自相关函数还是互相关函数?
为什么?
(2)从波形中可以获得信号的哪些信息?
(1)互相关函数,因为是非奇非偶函数。
2分
(2)频率信息:
正弦波形的频率与此波形频率相同1分
相位信息:
两正弦波形之间的相位差就是此波形中的初相位1分
幅值信息:
此波形的振幅是两个正弦波振幅乘积的一半1分
五、计算题(共14分)
1.(6分)已知低通滤波器的频率响应函数为
式中=0.05s
当输入信号为X(t)二0.6cos(60t)•0.5cos(100t-45)时,求滤波器的
稳态输出y(t).。
x(t)二0.6cos(60t)0.5cos(100t-45)
令捲⑴=0.6cos(60t),X2(t)二0.5cos(100t-45)
根据线性系统频率保持性和幅频相频特性
A()=11(.)2,()…tan()
由'=60,可以得到:
1
AD厂0.3161分
J1+(0.05汉60)2
(1)「-arctg()「-arctg(0.0560厂「71.5651分
y,t)二0.60.316cos(60t-71.565)=0.1896cos(60t-71.565)
由•,2=100,可以得到:
1
A(・2)0.1961分
+(0.05汉100)2
(2)=-arctg()二-arctg(0.05100)=-78.69
1分
y2(t)二0.1960.5cos(100t-45-78.69)=0.098cos(100t-123.69)
由线性系统的叠加性可得
y(t)二y1(t)y2(t)二0.1896cos(60t-71.565)0.098cos(100t-123.69)
2.(4分)有一信号x(t)二Acos「’t•」),初始相角为一随机变量;
试求1)求其自相关函数;2)确定其均值和方差。
1T
自相关函数:
Rx()=limT0x(t)x(t)dt
1T
=limAcos(t)Acos[(t))]dt
A2
=cos()
To
均值:
x
1
yT°x(t)dt=
T0
a
方差:
x
To
占¥Acos(t)dt=o
T0-2
A2
趕以⑴-^皿二2
3.(4分)以阻值R=120「,灵敏度S=2.5的电阻丝应变片与阻值为1201的
固定电阻组成电桥,供桥电压为4V,并假定负载电阻无穷大,当应变片的应
变为1000;时,分别求出单臂、双臂电桥的输出电压
单臂:
R1R11$3
uyu0u0Su02.51000104=2.510
4R4R44
双臂:
Uy
2R
Uo
1±RUo^Su。
-12.5100010』4=510’
2R22
复习题
第一章信号及其描述
(一)填空题
1、测试的基本任务是获取有用的信息,而信息总是蕴涵在某些物理量之中,并
依靠它们来传输的。
这些物理量就是,其中目前应用最广泛的
是电信号。
2、信号的时域描述,以为独立变量;而信号的频域描述,以为
独立变量。
3、周期信号的频谱具有三个特
4、非周期信号包括信号和信号。
5、描述随机信号的时域特征参数
有、、。
6、对信号的双边谱而言,实频谱(幅频谱)总是对称,虚频谱(相频谱)
总是对称。
(二)判断对错题(用"或x表示)
1、各态历经随机过程一定是平稳随机过程。
()
2、信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。
()
3、非周期信号的频谱一定是连续的。
()
4、非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。
()
5、随机信号的频域描述为功率谱。
()
(三)简答和计算题
1、求正弦信号X(t)=X°Sint的绝对均值gx|和均方根值Xrms。
2、求正弦信号x(t)二X0sin(「t」)的均值\,均方值tX2,和概率密度函数p(x)。
3、求指数函数x(t)二AeVt(a0,t-0)的频谱。
求被截断的余弦函数心笄鳥的傅立叶变换
求指数衰减振荡信号x(t)=e^sin^°t(a>0,tKO)的频谱。
第二章测试装置的基本特性
(1)
填空题
3、为了获得测试信号的频谱,常用的信号分析方法有
和。
(1)0.632
(2)0.865(3)0.950(4)0.982
(三)判断对错题(用"或x表示)
1、一线性系统不满足“不失真测试”条件,若用它传输一个1000Hz的正弦信号,则必然导致输出波形失真。
()
2、在线性时不变系统中,当初始条件为零时,系统的输出量与输入量之比的拉氏变换称为传递
函数。
()
3、当输入信号x(t)—定时,系统的输出y(t)将完全取决于传递函数H(s),而与该系统的物理模型无关。
()
4、传递函数相同的各种装置,其动态特性均相同。
()
5、测量装置的灵敏度越高,其测量范围就越大。
()
&幅频特性是指响应与激励信号的振幅比与频率的关系。
()
(四)简答和计算题
1、什么叫系统的频率响应函数?
它和系统的传递函数有何关系?
2、测试装置的静态特性和动态特性各包括那些?
3、测试装置实现不失真测试的条件是什么?
4、某测试装置为一线性时不变系统,其传递函数为H(s)丄。
求其对周期信
0.005s十1x(t)=0.5cos10t0.2cos(100t-45)的稳态响应y(t)。
1一
5、将信号cost输入一个传递函数为H(s)—的一阶装置,试求其包括瞬态过程在内的输出
1+ts
y(t)的表达式。
第三章常用传感器
(一)填空题
1、属于能量控制型的传感器有等,属于能量转换型的传感器有等(每个至少举例两个)。
2、金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于:
前者利用引起的电阻变化,
后者利用变化引起的电阻变化。
3、为了提高变极距电容式传感器的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度的影响,实
际应用时常常采用工作方式。
4、压电式传感器的测量电路(即前置放大器)有两种形式:
放大器和放大器,
后接放大器时,可不受连接电缆长度的限制。
5、涡流式传感器的变换原理是利用了金属导体在交流磁场中的效应。
&磁电式速度计的灵敏度单位是。
7、压电式传感器是利用某些物质的而工作的。
(二)选择题
1、电阻应变片的输入为。
(1)力
(2)应变(3)速度(4)加速度
2、结构型传感器是依靠的变化实现信号变换的
(1)本身物理性质
(2)体积大小(3)结构参数(4)电阻值
3、不能用涡流式传感器进行测量的是。
(1)位移
(2)材质鉴别(3)探伤(4)非金属材料
4、变极距面积型电容传感器的输出与输入,成关系。
(1)非线性
(2)线性(3)反比(4)平方
5、半导体式应变片在外力作用下引起其电阻变化的因素主要是o
(1)长度
(2)截面积(3)电阻率(4)高通
6压电式传感器输出电缆长度的变化,将会引起传感器的产生变化。
(1)固有频率
(2)阻尼比(3)灵敏度(4)压电常数
7、在测量位移的传感器中,符合非接触测量,而且不受油污等介质影响的是传感器。
(1)电容式
(2)压电式(3)电阻式(4)电涡流式
8、自感型可变磁阻式传感器,当气隙「•变化时,其灵敏度S与「•之间的关系是:
S二o
(1)k-
(2)k-(3)k"(4)-k"
6
9、光电倍增管是利用效应制成的器件。
(1)内光电
(2)外光电(3)光生伏特(4)阻挡层
(三)判断对错题(用"或X表示)
1、滑线变阻器式传感器不适于微小位移量测量。
()
2、涡流式传感器属于能量控制型传感器()
3、压电加速度计的灵敏度越高,其工作频率越宽。
()
4、磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率。
()
(四)简答和计算题
1、哪些传感器可选作小位移传感器?
2、涡流传感器测量位移与其它位移传感器比较,其主要优点是什么?
涡流式传感器能否测量大位移量?
为什么?
3、电涡流传感器除了能测量位移外,还能测量哪些非电量?
4、电涡流传感器能否测量塑料物体移动的位移?
若能测量理由是什么?
不能测量理由是什么?
应采取什么措施改进,就可以用电涡流传感器测量了。
5、压电式加速度传感器与压电式力传感器在结构上有何不同,为什么?
6试用双螺管线圈差动型电感传感器做成一个测力传感器。
(1)用简图说明该传感器的结构并简要说明其作用原理;
(2)两个线圈通常应该接在什么电路中?
用图说明如何接法。
7、某电容传感器(平行极板电容器)的圆形极板半径r=4(mm),工作初始极板间距离
-0=0.3(mm),介质为空气。
问:
(1)如果极板间距离变化量=1(Jm),电容的变化量C是多少?
(2)如果测量电路的灵敏度k1=100(mVpF),读数仪表的灵敏度k^5(格/mV)在•…=-1(Jm)时,读数仪表的变化量为多少?
第四章信号调理、记录和显示
(一)填空题
1、电桥的作用是把电感、电阻、电容的变化转化为输出的装置。
2、在桥式测量电路中,按照的性质,电桥可分为直流和交流电桥。
3、在桥式测量电路中,根据工作时阻抗参与变化的可将其分为半桥与全桥测量电路。
4、调幅是指一个高频的正(余)弦信号与被测信号,使高频信号的幅值随被测信号的
而变化。
信号调幅波可以看作是载波与调制波的。
5、调频波的解调又称为。
6调频是利用信号电压的控制一个振荡器,使其输出为等幅波,而与信号电压
成正比。
7、常用滤波器的上、下截止频率fci、fc2的定义为,其带宽B
=,若为倍频程滤波器fci与fc2的关系为。
8、RC低通滤波器中RC值愈,则上截止频率愈低。
2、调幅过程相当于在时域中将调制信号与载波信号
3、电路中鉴频器的作用是
(1)使高频电压转变成直流电压
(2)使电感量转变为电压量
(3)使频率变化转变为电压变化(4)使频率转变为电流
4、一选频装置,其幅一频特性在f^:
:
区间近于平直,在f2>0区间急剧衰减,这叫滤
波器。
(1)低通
(2)高通(3)带通(4)带阻
5、一带通滤波器,其中心频率是fo,-3dB带宽是B,则滤波器的品质因数Q等于。
(1)fo-B
(2)fo-B(3)foB(4)fo「B
(3)判断对错题(用"或X表示)
1、平衡纯电阻交流电桥须同时调整电阻平衡与电容平衡。
()
2、调幅波是载波与调制信号的叠加。
()
3、带通滤波器的波形因数'值越大,其频率选择性越好。
()
4、将高通与低通滤波器串联可获得带通或带阻滤波器。
()
(4)简答和计算题
1、何谓电桥平衡?
要使直流电桥平衡,桥臂参数应满足什么条件?
交流电桥应满足什么条件?
2、调幅波的解调方法有哪几种?
3、抗混滤波器的作用是什么?
它选用何种滤波器?
其截止频率如何确定?
4、相关滤波器的的基本原理是什么?
举例说明其工程应用。
5、以阻值R=12O1,灵敏度S=2的电阻丝应变片与阻值为12O1的固定电阻组成电桥,供桥电12压V=3,若其负载电阻为无穷大,应变片的应变;=2OOO「;。
(1)求单臂电桥的输出电压及其灵敏度。
(2)求双臂电桥的输出电压及其灵敏度
6若x(t)为调制信号,y(t)二cos2:
fot为载波,Xm(t)为调幅波(如图所示)
(1)利用傅里叶变换性质说明调幅过程的原理。
(2)画出载波与调幅波的双边频谱图。
第五章信号处理初步
(1)填空题
1、为了识别信号类型,常用的信号分析方法有、和0
2、为了获得测试信号的频谱,常用的信号分析方法有、
和0
3、在数字信号处理中,为避免频率混叠,应使被采样的模拟信号成为,还应
使采样频率满足采样定理即0
4、如果一个信号的最高频率为50Hz,为了防止在时域采样过程中出现混叠现象,采样频率应该
大于Hzo
5、若x(t)是均值为ux为零的宽带随机信号其自相关函数t=0时Rx(©,
T十乂时Rx(7)o
6用于评价系统的输出信号和输入信号之间的因果性。
7、若某一信号的自相关函数为Acos('),则该信号的均方值为x2=,均方根值为
Xrms=o
8、最常用的功率谱估计方法为o
2
9、Sx(f)为信号的沿频率轴的分布,X(f)称为o
10、巴塞伐尔定理表示在中计算的信号总能量,等于在中计算的信号总能
量。
(2)判断对错题(用"或x表示)
1、频率分辨力越高,则泄漏误差越小。
()
2、A/D转换器的位数越多,则量化误差越小。
()
3、对于周期信号,经整周期采样后,可完全避免栅栏效应。
()
4、窗函数频谱的主峰瓣宽度越窄,旁瓣幅度越小,用其截取信号所引起的误差越小。
()
5、互相关函数是偶实函数。
()
6利用系统输入x(t)与输出y(t)的自功率谱密度函数,可求该系统的频率响应函数。
()
7、若系统是完全线性的,则输入-输出的相干函数一定为1o()
(3)简答和计算题
1、已知信号x(t)=A°cosf'1^1)A2sin(二—爲),求信号的自相关函数Rx(),并画出自功率谱SxC)(双边幅值谱)。
2、求频率相同的单位方波和正弦波的互相关函数。
13
3、相关滤波器的基本原理是什么?
举例说明其工程应用。
4、试根据一个信号的自相关函数图形,讨论如何确定该信号中的常值分量和周期成分。
5、某一系统的输入信号为x(t),若输出y(t)与输入x(t)相同,输入的自相关函数Rx()和输入一输出的互相关函数Rxy()之间的关系为RxC)=RxC•T),试说明该系统起什么作用?
第一章信号及其描述
(一)1、信号;2、时间(t),频率(f);3、离散性,谐波性,收敛性;4、准周期,瞬态非周期;
(二)1、";2、“;3、X;4、X;
4、
5、均值Jx,均方值'打,方差二x?
;6、偶,奇;
2222•a-4f-0j4fa;
第二章测试装置的基本特性
(1)1、1/2,1/2,-45;2、123;3、傅立叶变换法,滤波器法;4、A°e」t0;5、被测量;
6、线性;
(2)(4)(3)
(2)(4)
(2)(3)
(1)(三)XVVVXX(四)
略
第三章常用传感器
(一)1、电阻、电感、电容、涡流;压电、磁电;2、金属丝的几何变形,半导体材料的电阻率
变化;3、差动;4、电荷,电压,电荷;5、涡电流;6、mv/(m/s);7、压电效应。
(二)
(2)(3)(4)
(2)(3),(3)(4)(4)
(2)(三)VVXX(四)略
第四章信号调理、处理和记录
(一)1、电压或电流;2、激励电压;3、桥臂数;4、相乘,相乘;5、鉴频;6、幅值,频率;
7、幅频特性曲线降为最大值的犬历倍时对应的频率为截止频率;B=仁2-fc1;4
fc2=2fci,8、大;
(二)
(1)
(1)(3)
(2)(4)(三)2XXV(四)略
第五章信号处理初步
(一)1、概率密度函数,自相关函数;2、带通滤波法,傅立叶变换法;3、有限带宽,fs■2fh;
4、100;5、二x
0;6、相干函数;7、A,A;8、周期图法;9、功率密度,能谱;
10、时域,频域;
(二)1、X;2、V;3、V;4、V;5、X;&X;7、X;
(三)1、Rx()=A
A2A2
A1A2
cos1cos2
22,
A2
L.(;+.;「)•■/.(心亠心[)—L.(;.-;•-2)•-:
([亠门2)L
4,
Rxy()=2SiL;
3、同频相关、不同频不相关;
4、信号的常值分量为其自相关函数均值的开方,周期成分与其自相关函数周期成分的频
率相同、幅值成比例关系;
5、该系统的作用是使信号幅值不变、相位提前T;
sinc2(t)dt
—oO
-1/2二
1df
4、当测试系统的输出y(t)与输入x(t)之间的关系为y(t)二A°x(t-t。
)时,该系统能实现
测试。
此时,系统的频率特性为H(「)二。
5、传感器的灵敏度越高,就意味着传感器所感知的越小。
6—个理想的测试装置,其输入和输出之间应该具有关系为最佳。
(2)选择题
1、不属于测试系统的静特性。
(1)灵敏度
(2)线性度(3)回程误差(4)阻尼系数
2、从时域上看,系统的输出是输入与该系统响应的卷积。
(1)正弦
(2)阶跃(3)脉冲(4)斜坡
3、两环节的相频特性各为Q1C)和Q2(),贝U两环节串联组成的测试系统,其相频特性
为。
Q1(⑷)Q?
®)
(1)Q1(JQ2(「)
(2)Q1C)Q2C)(3)-2(4)Q1(,)-Q2()
Q1㈣+Q2㈣
4、一阶系统的阶跃响应中,超调量。
(1)存在,但<5%
(2)存在,但<1
(3)在
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