《机械工程测试技术基础》期末考试复习题.docx
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《机械工程测试技术基础》期末考试复习题
《机械工程测试技术基础》期末考试复习题
《传感器与测试技术》期末考试试卷
一、填空(每空1份,共20分)
1.测试技术的基本任务是。
2.从时域看,系统的输出是其输入与该系统的卷积。
3.信号的时域描述,以为独立变量;而信号的频域描述,以独立变量。
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,采样频
率应该大于100Hz。
5.在桥式测量电路中,根据其的性质,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:
前者利用形变效应
引起的电阻变化,后者利用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
8.带通滤波器的上下限截止频率为fc2、fc1,其带宽B=fc2fc1;若其带
宽为1/3倍频程则fc2=
1。
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
器等等。
10根据载波受调制的参数不同,调制可分为。
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。
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。
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。
A力B应变C速度D加速度
6.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
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
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√或×表示,在正确的题目对应的括号里填√,反之填×,每题1分,共
10分)
1.()非周期信号的频谱是连续的。
2.()传递函数相同的各种装置,其动态特性均相同。
3.()调幅波是载波与调制信号的叠加。
4.()涡流传感器属于有源传感器。
5.()滑线变阻器式传感器不适于微小位移量的测量。
6.()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.()恒带宽滤波器的中心频率越高,其带宽越宽。
8.()随机激振属于宽带激振法。
9.()压电式加速度计的灵敏度越高,其工作频率越宽。
10.()若系统是完全线性的,则输入输出的相干函数一定为1。
一、简答题(每题5分,共30分)
1.(5分)
2分
频谱特点:
离散性、谐波性、递减性3分(每答对一个得1分)
2.(5分)
2分(每答对一个得1分)
3.(5分)
1.5分
或者用文字表述,表述正确同样得分。
4.(5分)
(
(或者解调)1分
5.(5分)
(3分)。
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)8A11sin0tsin30tsin50t35
试绘出该周期方波的单边幅值谱,并说明其频谱特点。
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?
解;2固有频率(n)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0.58n
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?
解;输出y(t)与输入x(t)满足关系y(t)=A0x(t-t0),其中A0和t0为常数,
则为不失真测试。
2分
实现不失真测试的测试装置的
幅频特性为A(ω)=A0=常数1.5分
相频特性为φ(ω)=t0
4.信号的预处理包括那些环节?
解;1)电压幅值调理(或者放大)1分
(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
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?
解;;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
6.测得两个同频正弦信号的相关函数波形如图1,问:
图1
(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?
解;
(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
H()1,式中0.05s1j
当输入信号为x(t)0.6cos(60t)0.5cos(100t45)时,求滤波器的稳态输出y(t)
100t45)1.(6分)x(t)0.6cos(60t)0.5cos(
令x1(t)0.6cos(60t),x2(t)0.5cos(100t45)
根据线性系统频率保持性和幅频相频特性
A()()2),()tan(
由160,可以得到:
(0.0560)
(1)arctg()arctg(0.0560)71.5651分
y1(t)0.60.316cos(60t71.565)0.1896cos(60t71.565)
由2100,可以得到:
1A
(2)0.1961分2(0.05100)
(2)arctg()arctg(0.05100)78.691分
y2(t)0.1960.5cos(100t4578.69)0.098cos(100t123.69)
由线性系统的叠加性可得
y(t)y1(t)y2(t)0.1896cos(60t71.565)0.098cos(100t123.69)
2分
A
(1)120.3161分
2.(4分)有一信号x(t)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。
解2.(4分)自相关函数:
Rx()lim
=lim1TT0x(t)x(t)dt1分1TAcos(t)Acos[(t))]dt0T
A2
cos()1分=2
__年0
均值:
xt)dt=01分T0x(t)dt=T0Acos(T02T02
方差:
x21T0T02T0
2A21分[x(t)x]dt2
3.(4分)以阻值R120,灵敏度S2.5的电阻丝应变片与阻值为120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
解3.(4分)单臂:
uyR1R11u0u0Su02.5100010642.5103V2分4R4R44
R1R11u0u0Su02.5100010645103V2分2R2R22双臂:
uy
六、应用题(共16分)
1.(6分)某车床加工外圆表面时,表面振纹主要是由主轴箱转动轴上齿轮不平衡惯性
力使主轴箱振动所引起,实验测得振纹的频谱如图2(a)所示,主轴箱内的传动示意图
如图2(b)所示,传动轴Ⅰ、Ⅱ和主轴Ⅲ上的齿轮齿数分别为Z1=30,Z2=40,Z3=20,Z4=50,
传动轴Ⅰ的转速为n1=2022年转/分(根据传动比计算可知:
传动轴Ⅱ的转速为n2=1500
转/分,主轴Ⅲ的转速为n2=600转/分),试分析哪一根轴上的齿轮不平衡量对加工表
面的振纹影响较大?
为什么?
1.(6分)转动轴I的转动频率为:
2022年/60=33.3HZ;1分
转动轴II的转动频率为:
1500/60=25HZ;1分
转动轴III的转动频率为:
600/60=10HZ;1分
与实验测得振纹的频谱图比较可知轴II上的齿轮不平衡量对加工表面的振纹影响最大。
(a)(b)
图2
2.(10分)欲测试图3(a)所示简直梁的动态特性参数(固有频率和阻尼比),(1
)请
从现有设备中选择,并用框图表示测试系统构成,简述测试过程;
(2)测得该梁的幅频特性曲线如图3(b)所示,根据该曲线如何确定简直梁的动态特
性参数(给出原理、公式并在图中表示)
(现有设备:
压电式加速度计、压电式力传感器、磁电式速度计、电阻应变片、电荷
放大器、功率放大器、信号发生器、激振器、数据采集分析系统、显示设备)
图3(a)
图3(b)
__大学200X―200X学年第一学期
《传感器与测试技术》期末考试试卷参考答案
学院_年级_考试班级___
二、填空(每空1分,答对得分,答错不得分,共20分)
1.获取有用的信息
2.脉冲响应函数
3.时间(t)、频率f或()
4.100Hz
5.激励电压(或工作电压或桥压或电源)
6.导体机械形变、半导体电阻率的(或半导体压阻效应)
7.压电效应
8.fc2fc1、2(或1.26)
9.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,答对任何两
个均得2分
10.调幅、调频、调相
11.同频相关不同频不相关/同频检测原理
12.传递、频率响应、脉冲响应
三、选择题(每题1分,答对得分,答错不得分,共10分)
1―5DBCAB
6―10DBDBD
四、判断题(每题1分,答对得分,答错不得分,共10分)
1―5×√×√√
6―10√×√×√
五、简答题(每题5分,共30分)
1.(5分)
2分
频谱特点:
离散性、谐波性、递减性3分(每答对一个得1分)
2.(5分)
固有频率(n)和阻尼比()3分(每答对一个得1.5分)
2分(每答对一个得1分)
3.(5分)
输出y(t)与输入x(t)满足关系y(t)=A0x(t-t0),其中A0和t0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(ω)=A0=常数1.5分
相频特性为φ(ω)=t01.5分
或者用文字表述,表述正确同样得分。
4.(5分)
(1)电压幅值调理(或者放大)1分
(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.(5分)
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
其它的表述酌情给分。
6.(5分)
(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
六、计算题(共14分)
100t45)1.(6分)x(t)0.6cos(60t)0.5cos(
令x1(t)0.6cos(60t),x2(t)0.5cos(100t45)
根据线性系统频率保持性和幅频相频特性
A()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0.58n
()2),()tan(
由160,可以得到:
(0.0560)
(1)arctg()arctg(0.0560)71.5651分
y1(t)0.60.316cos(60t71.565)0.1896cos(60t71.565)
由2100,可以得到:
1A
(2)0.1961分2(0.05100)
(2)arctg()arctg(0.05100)78.691分
y2(t)0.1960.5cos(100t4578.69)0.098cos(100t123.69)
由线性系统的叠加性可得
y(t)y1(t)y2(t)0.1896cos(60t71.565)0.098cos(100t123.69)
2分A
(1)120.3161分
1T2.(4分)自相关函数:
Rx()limx(t)x(t)dt1分T0
1T=limAcos(t)Acos[(t))]dtT0
A2
cos()1分=2
__年0
均值:
xt)dt=01分Tx(t)dt=TAcos(T020T020
方差:
x21T0T02T0
2A21分[x(t)x]dt2
3.(4分)单臂:
uyR1R11u0u0Su02.5100010642.5103V24R4R44
R1R11u0u0Su02.5100010645103V2分2R2R22分双臂:
uy
七、应用题(共16分)
1.(6分)转动轴I的转动频率为:
2022年/60=33.3HZ;1分
转动轴II的转动频率为:
1500/60=25HZ;1分
转动轴III的转动频率为:
600/60=10HZ;1分
与实验测得振纹的频谱图比较可知轴II上的齿轮不平衡量对加工表面的振纹影
响最大。
3分
2.(10分)
(1)(6分)
测试系统组成框图:
(4分)
测试过程(2分):
信号发生器产生的信号由功率放大器放大后传送给激振器,激振器通过压电式力传感器对简支梁激振;压电力传感器拾取激振力信号,压电加速度传感器拾取振动信号,分别经电荷放大器放大后送入数据采集系统,最后由显示设备显示频率响应函数。
(2)(4分)
一、填空题(20分,每空1分)
1.测试技术是测量和实验技术的统称。
工程测量可分为静态测量和动态测量。
2.测量结果与被测真值之差称为测量误差。
3.将电桥接成差动方式习以提高灵敏度,改善非线性,进行温度补偿。
4.为了补偿温度变化给应变测量带来的误差,工作应变片与温度补偿应变片应接在
相邻桥臂上。
5.调幅信号由载波的幅值携带信号的信息,而调频信号则由载波的频率携带信号的信息。
6.绘制周期信号x(t)的单边频谱图,依据的数学表达式是数,而双边频谱图的依据数学表达式是傅氏复指数级数中的各项系数。
7.有效值的平方称为,它描述测试信号的强度(信号的平均功率)。
8是连续的。
9.为了求取测试装置本身的动态特性,常用的实验方法是频率响应法和阶跃响应法。
10.连续信号x(t)与(tt0)进行卷积其结果是:
x(t)(tt0)x(tt0)。
其几何意义是把原函数图像平移至t0
二、选择题(20分,每题2
1.直流电桥同一桥臂增加应变片数时,电桥灵敏度将(C)。
A.增大B.减少C.不变D.变化不定
2.调制可以看成是调制信号与载波信号(A)。
A相乘B.相加C.相减D.相除
3.描述周期信号的数学工具是(D)。
A.相关函数B.拉氏变换C.傅氏变换D.傅氏级数
4.下列函数表达式中,(B)是周期信号。
25cos10tA.x(t)0
B.x(t)20eat当t0当t0cos20t(t)
(t)C.x(t)5sin20t10cos10t
5.时域信号的时间尺度压缩时,则其频带的变化为(B)。
A.频带变窄、幅值增高B.频带变宽、幅值压低
C.频带变窄、幅值压低D.频带变宽、幅值增高
6.非线性度是表示定度曲线(A)的程度。
A.偏离其拟合直线B.接近真值C.正反行程的不重合
7.一般来说,测试系统的灵敏度越高,则其测量范围(B)。
A.越宽B.越窄C.不变
8.下列哪一种敏感元件不属于弹性式压力敏感元件(D)
A.波登管B.膜片
C.波纹管D.电阻应变片
9.对于单向应力状态的测量,贴应变片时,应变片的方向与主应力方向应该相交成(A)
A.0°B.45°C.90°D.30°
10.二阶装置引入合适阻尼的目的是(C)。
A.使系统不发生共振B.使得读数稳定C.获得较好的幅频、相频特性
三、简答题(共30分)
1.信号分析和处理必需遵循的原则有哪几点?
(4分)
答:
①各环节的输入量与输出量之间应保持一一对应的关系,并尽量不失真;(2’)
②尽可能减小或消除各种干扰。
(2’)
2.周期信号的频谱具有哪几个特点?
(6分)
答:
①周期信号的频谱是离散的。
(2’)
②每条谱线只出现在基波频率的整倍数上,基波频率是各分量频率的公约数。
(2’)
③各频率分量的谱线高度表示该谐波的幅值或相位角。
工程中常见的周期信号,其谐
波幅值总的趋势是随谐波次数的增高而减小的。
因此,在频谱分析中没必要取那些次数过高的谐波分量。
(2’)
3.现有电阻R1和R2,电感L和电容C,连结成四臂交流电桥,试画出能满足电桥平衡的正确接桥方法,并写出该电桥的平衡条件。
(设激励为ui,输出为uo)。
(5分)
答:
正确的接桥方法如图所示:
(3’)
电桥的平衡条件是:
R1R2jwL1L(2’)jwCC
4.有人在使用电阻应变片时,发现灵敏度不够,于是试图在工作电桥上增加电阻应变片数以提高灵敏度。
试问,在半桥上各串联一片的情况下,是否可以提高灵敏度?
为什么?
(5分)答:
不能提高灵敏度。
因为半桥双臂时,其输出电压为:
1Rui(2’)2R
2RR当量桥臂各串联电阻应变片时,其电阻的相对变化量为(2’)2RRuo
即仍然没有发生变化,故灵敏度不变。
要提高灵敏度只能将双臂电桥改为全桥连接。
这时uouiR。
(1’)R
5.什么是调制和解调?
为什么要调制?
(5分)
答:
所谓调制,就是在调制信号(测试信号)的控制下,使载波信号(工作信号)的某些参数(如幅值、频率、相位)发生变化的过程。
(2’)解调,就是从已调制波中恢复出调制信号的过程一般的被测量,如力、位移、应变等,经传感器检测变换后,常常是一些缓变的电信号。
(1’)经过调制后,采用交流放大,比直接用直流放大,效果好;另外,调制波抗干扰能力强,也便于传输。
(2’)
6.在机械工程中常见的有哪些参数的测量?
(5分)
答:
在机械工程的测试过程中,常见的参数测量有:
应力的测量;应变的测量;扭矩的测量、振动信号的测量;声强测量;声发射测量;位移的测量;流量的测量;压力的测量等。
(每一种0.5分)
四、计算题(共20分,每小题10分)
1.求如图所示三角脉冲信号的频谱。
解:
1.求如图所示三角脉冲信号的频谱。
解:
一个周期内的表达式为:
2AtTx(t)2AtT0tT2Tt02(2’)
因为x(t)为偶函数,所以bn0,n1,2,3(1’)
1T/22T/22A4A12Ax(t)dttdttTT/2T0T2T220
2T/24T/22A8A1anx(t)cosn0tdttcosn0tdt2(cosn1)(2’)2T/20TTTT(n0)a0
4A2A(n)2n[
(1)1](n)20n1,3,5n2,4,6T2
出此得x(t)的三角函数形式傅里叶级数展开为
x(t)a0(ancosn0tbnsinn0t)
n1A4A12n22cost(1’)2n1,3,5nT
n次谐波分量的幅值
An4A(1’)22n
n次谐波分量的相位
narctanbn(1’)an
画出x(t)的频谱如图所示。
(2’)
2.用电阻应变片及双臂电桥悬臂梁的应变。
其贴片及组
'桥方法如图所示。
已知图中R1R1'R2R2120,
上下贴片位置对称,应变片的灵敏度系数k2。
应变值
10103,电桥供桥电压ui3V。
试分别求出如图
组成桥路时的输出电压uo?
解:
如图(b)组桥时的输出电压为(5’)
uo(R1R1RRR1R1)ui1uiuiuikui0.03(V)R1RR2R2RRR1R222R2
如图(c)组桥时的输出电压为
R1R1R1'R1'Ruo()ui''R1R1R1'R1'R2R2R2R2RR
2R2R11Ruiuiui0.03(V)4R22R(5’)
一、填空题(20分,每空1分)
8、带通滤波器的中心频率F=500HZ,负3分贝点的带宽B=10HZ,则该滤波器的品质因数Q=(50)。
1.将电桥接成差动方式习以提高,改善非线性,进行补偿。
2.调幅信号由载波的携带信号的信息,而调频信号则由载波的带信号的信息。
3.调幅过程在频域相当于
4.测试技术是测量和实验技术的统称。
工程测量可分为静态测量和动态测量。
测量结果与被测真值之差称为测量误差。
5.确定性信号可分为周期信号和非周期信号两类,前者频谱特点是离散的后者频谱特点是连续的。
6.绘制周期信号x(t)的单边频谱图,依据的数学表达式是傅氏三角级数中的各项系数,而双边频谱图的依据数学表达式是傅氏复指数级数中的各项系数。
7.周期信号的傅氏
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