《機械工程測試技術基礎》試題復習題及答案全解.doc

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1、 填空（每空1份，共20分） 1.測試技術的基本任務是 獲取有用的信息 2.從時域看，系統(tǒng)的輸出是其輸入與該系統(tǒng) 脈沖響應函數的卷積。 3.信號的時域描述，以 時間() 為獨立變量；而信號的頻域描述，以頻率或 為獨立變量。 4.如果一個信號的最高頻率為50Hz，為了防止在時域采樣過程中出現混疊現象，采樣頻率應該大于 100Hz。 5.在橋式測量電路中，根據其 激勵電壓（或工作電壓或橋壓或電源） 的性質，可將其分為直流電橋與交流電橋。 6.金屬電阻應變片與半導體應變片的主要區(qū)別在于：前者利用 導體機械形變 引起的電阻變化，后者利用 半導體電阻率的（或半導體壓阻效應） 變化引起的電阻變化。 7.壓電式傳感器是利用某些物質的 壓電效應 而工作的。 8.帶通濾波器的上下限截止頻率為fc2、fc1，其帶寬B = ；若其帶寬為1/3倍頻程則fc2 = fc1。 9.屬于能量控制型的傳感器有 電阻式傳感器 、 渦電流傳感器 電容式傳感器、電感式傳感器等。 10. 根據載波受調制的參數不同，調制可分為 調幅、調頻、調相 。 11. 相關濾波的工作原理是 同頻相關不同頻不相關/同頻檢測原理 12 測試裝置的動態(tài)特性可以用 傳遞 函數、 頻率響應 函數和 脈沖響應 函數進行數學描述。 二、選擇題（把正確答案前的字母填在空格上，每題1分，共10分） 1． 不能用確定的數學公式表達的信號是 D 信號。 A 復雜周期 B 非周期 C 瞬態(tài) D 隨機 2． 平穩(wěn)隨機過程必須 B 。 A 連續(xù) B統(tǒng)計特征與時間無關 C 各態(tài)歷經 D 統(tǒng)計特征等于時間平均 3． 一階系統(tǒng)的動態(tài)特性參數是 C 。 A 固有頻率 B 阻尼比 C 時間常數 D 靈敏度 4． 系統(tǒng)在全量程內，輸入量由小到大及由大到小時，對于同一個輸入量所得到的兩個數值不同的輸出量之間的最大差值稱為 A 。 A 回程誤差 B 絕對誤差 C 相對誤差 D 非線性誤差 5． 電阻應變片的輸入為 B 。 A 力 B 應變 C 速度 D 加速度 6． D 用于評價系統(tǒng)的輸出信號和輸入信號之間的因果性。 A 傳遞函數 B 互相關函數 C 互譜密度函數 D 相干函數 7． 為使電纜的長短不影響壓電式傳感器的靈敏度，應選用 B 放大器。 A 電壓 B 電荷 C 微分 D 積分 8． 在測量位移的傳感器中，符合非接觸測量而且不受油污等介質影響的是 D 傳感器。 A 電容式 B 壓電式 C 電阻式 D 電渦流式 9． 信號分析設備可分析的頻率低于磁帶記錄儀記錄信號的頻率，可將磁帶 B ，也可達到分析的目的。 A 重放速度放快 B 重放速度放慢 C 重放速度不變 D 多放幾次 10. 一階系統(tǒng)的階躍響應中，超調量 D 。 A 存在，但<5％ B 存在，但<1 C 在時間常數很小時存在 D 不存在 三、判斷題（用√或表示，在正確的題目對應的括號里填√，反之填 ，每題1分，共10分） 1． （ F ）非周期信號的頻譜是連續(xù)的。 2． （ T ）傳遞函數相同的各種裝置，其動態(tài)特性均相同。 3． （ F ）調幅波是載波與調制信號的疊加。 4． （ T ）渦流傳感器屬于有源傳感器。 5． （ T ）滑線變阻器式傳感器不適于微小位移量的測量。 6． （ T ）窗函數頻譜的主峰瓣越窄，旁瓣幅度越小，用其截取信號所引起的誤差越小。 7． （ F ）恒帶寬濾波器的中心頻率越高，其帶寬越寬。 8． （ T ）隨機激振屬于寬帶激振法。 9． （ F ）壓電式加速度計的靈敏度越高，其工作頻率越寬。 10.（ T ）若系統(tǒng)是完全線性的，則輸入輸出的相干函數一定為1。 四、簡答題（每題5分，共30分） 1． 已知周期方波的傅立葉級數展開式為 試繪出該周期方波的單邊幅值譜，并說明其頻譜特點。 頻譜特點：離散性、諧波性、遞減性 3分(每答對一個得1分) 2． 二階測試裝置的兩個動態(tài)特性參數是什么？為了實現不失真測試，如何確定其取值范圍？ 固有頻率()和阻尼比() 3分(每答對一個得1.5分)；為了實現不失真,阻尼比()取值0.6 ~ 0.8; 工作頻率取值小于等于0.58 2分(每答對一個得1分 3． 何謂不失真測試？實現測試不失真的測試裝置的幅頻和相頻特性應如何？ 輸出y(t)與輸入x(t)滿足關系y(t)=A0x(t-t0), 其中A0和t0為常數, 則為不失真測試。 2分 或者用文字描述上述關系，描述正確2分，不完整1分，錯誤不得分。 實現不失真測試的測試裝置的 幅頻特性為 A(ω)= A0 = 常數 1.5分 相頻特性為 φ(ω)= 1.5分 或者用文字表述，表述正確同樣得分。 4． 信號的預處理包括那些環(huán)節(jié)？ （1）電壓幅值調理（或者放大） 1分 （2）濾波（或者濾去高頻） 2分 （3）隔離直流分量（或者隔直） 1分 （4）如原信號進行調制，則應先進行解調（或者解調） 1分 5． 為什么在動態(tài)電阻應變儀上除了設有電阻平衡旋鈕外，還設有電容平衡旋鈕？ 動態(tài)電阻應變儀采用的是純電阻交流電橋（1分），即使各橋臂均為電阻，由于導線間存在分布電容（1分），相當于在各橋臂上并聯了一個電容，因此，除了電阻平衡外，還須有電容平衡（3分）。 5分 6． 測得兩個同頻正弦信號的相關函數波形如圖1，問： 圖1 （1） 這一波形是自相關函數還是互相關函數？為什么？ （2） 從波形中可以獲得信號的哪些信息？ （1）互相關函數，因為是非奇非偶函數。 2分 （2）頻率信息：正弦波形的頻率與此波形頻率相同 1分 相位信息：兩正弦波形之間的相位差就是此波形中的初相位 1分 幅值信息：此波形的振幅是兩個正弦波振幅乘積的一半 1分 五、計算題（共14分） 1． （6分）已知低通濾波器的頻率響應函數為 ， 式中 當輸入信號為時，求濾波器的穩(wěn)態(tài)輸出.。 令， 根據線性系統(tǒng)頻率保持性和幅頻相頻特性 　　　　， 由，可以得到： 1分 1分 由，可以得到： 1分 1分 由線性系統(tǒng)的疊加性可得 2． （4分）有一信號，初始相角為一隨機變量； 試求 1）求其自相關函數；2）確定其均值和方差。 自相關函數： 1分 = = 1分 均值：==0 1分 方差： 3． （4分）以阻值，靈敏度的電阻絲應變片與阻值為的固定電阻組成電橋，供橋電壓為4V，并假定負載電阻無窮大，當應變片的應變?yōu)?000時，分別求出單臂、雙臂電橋的輸出電壓 單臂： V 2分 雙臂： V 2分 復習題 第一章 信號及其描述 （一）填空題 1、 測試的基本任務是獲取有用的信息，而信息總是蘊涵在某些物理量之中，并依靠它們來傳輸的。這些物理量就是 ，其中目前應用最廣泛的是電信號。 2、 信號的時域描述，以 為獨立變量；而信號的頻域描述，以 為獨立變量。 3、 周期信號的頻譜具有三個特點： ， ， 。 4、 非周期信號包括 信號和 信號。 5、 描述隨機信號的時域特征參數有 、 、 。 6、 對信號的雙邊譜而言，實頻譜（幅頻譜）總是 對稱，虛頻譜（相頻譜）總是 對稱。 （二）判斷對錯題（用√或表示） 1、 各態(tài)歷經隨機過程一定是平穩(wěn)隨機過程。（ ） 2、 信號的時域描述與頻域描述包含相同的信息量。（ ） 3、 非周期信號的頻譜一定是連續(xù)的。（ ） 4、 非周期信號幅頻譜與周期信號幅值譜的量綱一樣。（ ） 5、 隨機信號的頻域描述為功率譜。（ ） （三）簡答和計算題 1、 求正弦信號的絕對均值μ|x|和均方根值xrms。 2、 求正弦信號的均值，均方值，和概率密度函數p(x)。 3、 求指數函數的頻譜。 4、 求被截斷的余弦函數的傅立葉變換。 5、 求指數衰減振蕩信號的頻譜。 15 第二章 測試裝置的基本特性 （一）填空題 1、 某一階系統(tǒng)的頻率響應函數為，輸入信號，則輸出信號的頻率為 ，幅值 ，相位 。 2、 試求傳遞函數分別為和的兩個環(huán)節(jié)串聯后組成的系統(tǒng)的總靈敏度。 3、 為了獲得測試信號的頻譜，常用的信號分析方法有 、 和 。 4、 當測試系統(tǒng)的輸出與輸入之間的關系為時，該系統(tǒng)能實現 測試。此時，系統(tǒng)的頻率特性為 。 5、 傳感器的靈敏度越高，就意味著傳感器所感知的 越小。 6、 一個理想的測試裝置，其輸入和輸出之間應該具有 關系為最佳。 （二）選擇題 1、 不屬于測試系統(tǒng)的靜特性。 （1）靈敏度 （2）線性度 （3）回程誤差 （4）阻尼系數 2、 從時域上看，系統(tǒng)的輸出是輸入與該系統(tǒng) 響應的卷積。 （1）正弦 （2）階躍 （3）脈沖 （4）斜坡 3、 兩環(huán)節(jié)的相頻特性各為和，則兩環(huán)節(jié)串聯組成的測試系統(tǒng)，其相頻特性為 。 （1） （2） （3）（4） 4、 一階系統(tǒng)的階躍響應中，超調量 。 （1）存在，但<5％ （2）存在，但<1 （3）在時間常數很小時存在 （4）不存在 5、 忽略質量的單自由度振動系統(tǒng)是 系統(tǒng)。 （1）零階 （2）一階 （3）二階 （4）高階 6、 一階系統(tǒng)的動態(tài)特性參數是 。 （1）固有頻率 （2）線性度 (3)時間常數 （4）阻尼比 7、 用階躍響應法求一階裝置的動態(tài)特性參數，可取輸出值達到穩(wěn)態(tài)值 倍所經過的時間作為時間常數。 （1）0.632 （2）0.865 （3）0.950 （4）0.982 （三）判斷對錯題（用√或表示） 1、 一線性系統(tǒng)不滿足“不失真測試”條件，若用它傳輸一個1000Hz的正弦信號，則必然導致輸出波形失真。（ ） 2、 在線性時不變系統(tǒng)中，當初始條件為零時，系統(tǒng)的輸出量與輸入量之比的拉氏變換稱為傳遞函數。（ ） 3、 當輸入信號一定時，系統(tǒng)的輸出將完全取決于傳遞函數，而與該系統(tǒng)的物理模型無關。（ ） 4、 傳遞函數相同的各種裝置，其動態(tài)特性均相同。（ ） 5、 測量裝置的靈敏度越高，其測量范圍就越大。（ ） 6、 幅頻特性是指響應與激勵信號的振幅比與頻率的關系。（ ） （四）簡答和計算題 1、 什么叫系統(tǒng)的頻率響應函數？它和系統(tǒng)的傳遞函數有何關系？ 2、 測試裝置的靜態(tài)特性和動態(tài)特性各包括那些？ 3、 測試裝置實現不失真測試的條件是什么？ 4、 某測試裝置為一線性時不變系統(tǒng)，其傳遞函數為。求其對周期信號的穩(wěn)態(tài)響應。 5、 將信號輸入一個傳遞函數為的一階裝置，試求其包括瞬態(tài)過程在內的輸出的表達式。 第三章 常用傳感器 （一）填空題 1、 屬于能量控制型的傳感器有 等，屬于能量轉換型的傳感器有 等（每個至少舉例兩個）。 2、 金屬電阻應變片與半導體應變片的物理基礎的區(qū)別在于：前者利用 引起的電阻變化，后者利用 變化引起的電阻變化。 3、 為了提高變極距電容式傳感器的靈敏度、線性度及減小外部條件變化對測量精度的影響，實際應用時常常采用 工作方式。 4、 壓電式傳感器的測量電路（即前置放大器）有兩種形式： 放大器和 放大器，后接 放大器時，可不受連接電纜長度的限制。 5、 渦流式傳感器的變換原理是利用了金屬導體在交流磁場中的 效應。 6、 磁電式速度計的靈敏度單位是 。 7、 壓電式傳感器是利用某些物質的 而工作的。 （二）選擇題 1、 電阻應變片的輸入為 。 （1）力 （2） 應變 （3）速度 （4）加速度 2、 結構型傳感器是依靠 的變化實現信號變換的。 （1）本身物理性質 （2）體積大小 （3）結構參數 （4）電阻值 3、 不能用渦流式傳感器進行測量的是 。 （1）位移 （2）材質鑒別 （3）探傷 （4）非金屬材料 4、 變極距面積型電容傳感器的輸出與輸入，成 關系。 （1）非線性 （2）線性 （3）反比 （4）平方 5、 半導體式應變片在外力作用下引起其電阻變化的因素主要是 。 （1）長度 （2）截面積 （3）電阻率 （4）高通 6、 壓電式傳感器輸出電纜長度的變化，將會引起傳感器的 產生變化。 （1）固有頻率 （2）阻尼比 （3）靈敏度 （4）壓電常數 7、 在測量位移的傳感器中，符合非接觸測量，而且不受油污等介質影響的是 傳感器。 （1）電容式 （2）壓電式 （3）電阻式 （4）電渦流式 8、 自感型可變磁阻式傳感器，當氣隙變化時，其靈敏度與之間的關系是：＝ 。 （1） （2） （3） （4） 9、 光電倍增管是利用 效應制成的器件。 （1）內光電 （2）外光電 （3）光生伏特 （4）阻擋層 （三）判斷對錯題（用√或表示） 1、 滑線變阻器式傳感器不適于微小位移量測量。（ ） 2、 渦流式傳感器屬于能量控制型傳感器（ ） 3、 壓電加速度計的靈敏度越高，其工作頻率越寬。（ ） 4、 磁電式速度拾振器的上限工作頻率取決于其固有頻率。（ ） （四）簡答和計算題 1、 哪些傳感器可選作小位移傳感器？ 2、 渦流傳感器測量位移與其它位移傳感器比較，其主要優(yōu)點是什么？渦流式傳感器能否測量大位移量？為什么？ 3、 電渦流傳感器除了能測量位移外，還能測量哪些非電量？ 4、 電渦流傳感器能否測量塑料物體移動的位移？若能測量理由是什么？不能測量理由是什么？應采取什么措施改進，就可以用電渦流傳感器測量了。 5、 壓電式加速度傳感器與壓電式力傳感器在結構上有何不同，為什么？ 6、 試用雙螺管線圈差動型電感傳感器做成一個測力傳感器。 （1） 用簡圖說明該傳感器的結構并簡要說明其作用原理； （2） 兩個線圈通常應該接在什么電路中？用圖說明如何接法。 7、 某電容傳感器（平行極板電容器）的圓形極板半徑，工作初始極板間距離，介質為空氣。問： （1） 如果極板間距離變化量，電容的變化量是多少？ （2） 如果測量電路的靈敏度，讀數儀表的靈敏度（格／mV）在時，讀數儀表的變化量為多少？ 第四章 信號調理、記錄和顯示 （一）填空題 1、 電橋的作用是把電感、電阻、電容的變化轉化為 輸出的裝置。 2、 在橋式測量電路中，按照 的性質，電橋可分為直流和交流電橋。 3、 在橋式測量電路中，根據工作時阻抗參與變化的 可將其分為半橋與全橋測量電路。 4、 調幅是指一個高頻的正（余）弦信號與被測信號 ，使高頻信號的幅值隨被測信號的 而變化。信號調幅波可以看作是載波與調制波的 。 5、 調頻波的解調又稱為 。 6、 調頻是利用信號電壓的 控制一個振蕩器，使其輸出為等幅波，而 與信號電壓成正比。 7、 常用濾波器的上、下截止頻率、的定義為 ，其帶寬＝ ，若為倍頻程濾波器與的關系為 。 8、 RC低通濾波器中RC值愈 ，則上截止頻率愈低。 （二）選擇題 1、 設有一電路，是工作橋臂，，，是固定電阻，且。工作時，則電橋輸出電壓（ ）。為電橋的電源電壓。 （1） （2） （3） （4） 2、 調幅過程相當于在時域中將調制信號與載波信號 。 （1）相乘 （2）相除 （3）相加 （4）相減 3、 電路中鑒頻器的作用是 。 （1）使高頻電壓轉變成直流電壓 （2）使電感量轉變?yōu)殡妷毫? （3）使頻率變化轉變?yōu)殡妷鹤兓? （4）使頻率轉變?yōu)殡娏? 4、 一選頻裝置，其幅—頻特性在區(qū)間近于平直，在區(qū)間急劇衰減，這叫 濾波器。 （1）低通 （2）高通 （3）帶通 （4）帶阻 5、 一帶通濾波器，其中心頻率是，-3dB帶寬是，則濾波器的品質因數等于 。 （1） （2） （3） （4） （三）判斷對錯題（用√或表示） 1、 平衡純電阻交流電橋須同時調整電阻平衡與電容平衡。 （ ） 2、 調幅波是載波與調制信號的疊加。 （ ） 3、 帶通濾波器的波形因數值越大，其頻率選擇性越好。 （ ） 4、 將高通與低通濾波器串聯可獲得帶通或帶阻濾波器。 （ ） （四）簡答和計算題 1、 何謂電橋平衡？要使直流電橋平衡，橋臂參數應滿足什么條件？交流電橋應滿足什么條件？ 2、 調幅波的解調方法有哪幾種？ 3、 抗混濾波器的作用是什么？它選用何種濾波器？其截止頻率如何確定？ 4、 相關濾波器的的基本原理是什么？舉例說明其工程應用。 5、 以阻值，靈敏度的電阻絲應變片與阻值為的固定電阻組成電橋，供橋電壓，若其負載電阻為無窮大，應變片的應變。 （1）求單臂電橋的輸出電壓及其靈敏度。 （2）求雙臂電橋的輸出電壓及其靈敏度 6、 若為調制信號，為載波，為調幅波（如圖所示） （1）利用傅里葉變換性質說明調幅過程的原理。 （2）畫出載波與調幅波的雙邊頻譜圖。 第五章 信號處理初步 （一）填空題 1、 為了識別信號類型，常用的信號分析方法有 、和 。 2、 為了獲得測試信號的頻譜，常用的信號分析方法有 、 和 。 3、 在數字信號處理中，為避免頻率混疊，應使被采樣的模擬信號成為 ，還應使采樣頻率滿足采樣定理即 。 4、 如果一個信號的最高頻率為50Hz，為了防止在時域采樣過程中出現混疊現象，采樣頻率應該大于 Hz。 5、 若x(t)是均值為ux為零的寬帶隨機信號其自相關函數τ=0時Rx(τ) ，τ∞時Rx(τ) 。 6、 用于評價系統(tǒng)的輸出信號和輸入信號之間的因果性。 7、 若某一信號的自相關函數為，則該信號的均方值為= ，均方根值為xrms= 。 8、 最常用的功率譜估計方法為 。 9、 為信號的 沿頻率軸的分布，稱為 。 10、 巴塞伐爾定理表示在 中計算的信號總能量，等于在 中計算的信號總能量。 （二）判斷對錯題（用√或表示） 1、 頻率分辨力越高，則泄漏誤差越小。（ ） 2、 A/D轉換器的位數越多，則量化誤差越小。（ ） 3、 對于周期信號，經整周期采樣后，可完全避免柵欄效應。（ ） 4、 窗函數頻譜的主峰瓣寬度越窄，旁瓣幅度越小，用其截取信號所引起的誤差越小。（ ） 5、 互相關函數是偶實函數。（ ） 6、 利用系統(tǒng)輸入x(t)與輸出y(t)的自功率譜密度函數，可求該系統(tǒng)的頻率響應函數。（ ） 7、 若系統(tǒng)是完全線性的，則輸入-輸出的相干函數一定為1。（ ） （三）簡答和計算題 1、 已知信號，求信號的自相關函數，并畫出自功率譜（雙邊幅值譜）。 2、 求頻率相同的單位方波和正弦波的互相關函數。 3、 相關濾波器的基本原理是什么？舉例說明其工程應用。 4、 試根據一個信號的自相關函數圖形，討論如何確定該信號中的常值分量和周期成分。 5、 某一系統(tǒng)的輸入信號為x(t)，若輸出y(t)與輸入x(t)相同，輸入的自相關函數和輸入—輸出的互相關函數之間的關系為，試說明該系統(tǒng)起什么作用？ 第一章 信號及其描述 （一）1、信號；2、時間（t），頻率（f）；3、離散性，諧波性，收斂性；4、準周期，瞬態(tài)非周期；5、均值，均方值，方差；6、偶，奇； （二）1、√；2、√；3、╳；4、╳；5、√； （三）1、，；2、0，，； 3、； 4、； 5、； 第二章 測試裝置的基本特性 （一）1、1/2，，；2、123；3、傅立葉變換法，濾波器法；4、；5、被測量；6、線性； （二）（4）（3）（2）（4）（2）（3）（1） （三）╳ √ √ √ ╳ ╳ （四）略 第三章 常用傳感器 （一）1、電阻、電感、電容、渦流；壓電、磁電；2、金屬絲的幾何變形，半導體材料的電阻率變化；3、差動；4、電荷，電壓，電荷；5、渦電流；6、mv / (m/s)；7、壓電效應。 （二）（2）（3）（4）（2）（3），（3）（4）（4）（2） （三）√ √ ╳ ╳ （四）略 第四章 信號調理、處理和記錄 （一）1、電壓或電流；2、激勵電壓；3、橋臂數；4、相乘，相乘；5、鑒頻；6、幅值，頻率；7、幅頻特性曲線降為最大值的倍時對應的頻率為截止頻率；；，8、大； （二）（1）（1）（3）（2）（4） （三）√ ╳ ╳ √ （四）略 第五章 信號處理初步 （一）1、概率密度函數，自相關函數；2、帶通濾波法，傅立葉變換法；3、有限帶寬，；4、100；5、，0；6、相干函數；7、；8、周期圖法；9、功率密度，能譜；10、時域，頻域； （二）1、╳；2、√；3、√；4、√；5、╳；6、╳；7、╳； （三）1、， ； 2、； 3、同頻相關、不同頻不相關； 4、信號的常值分量為其自相關函數均值的開方，周期成分與其自相關函數周期成分的頻率相同、幅值成比例關系； 5、該系統(tǒng)的作用是使信號幅值不變、相位提前T； 6、；