1、1機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)課程習(xí)題集西南科技大學(xué)成人、網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 版權(quán)所有習(xí)題【說(shuō)明】：本課程機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)(編號(hào)為 09009)共有計(jì)算題,簡(jiǎn)答題,填空題等多種試題類型，其中，本習(xí)題集中有 填空題等試題類型未進(jìn)入。、計(jì)算題1.求如下圖所示周期性方波的復(fù)指數(shù)形式的幅值譜和相位譜4.已知信號(hào)x(t)=5sin10t+5cos(100t-n4)+4sin(200t+d6),通過傳遞函數(shù)為H(s)的測(cè)試系統(tǒng)，試確定輸出信號(hào)的頻率成分并繪出輸出信號(hào)的幅值譜。0.005s+15.一階溫度傳感器，其時(shí)間常數(shù)T3.5 (s),試求：將其快速放入某液體中測(cè)得溫度誤差在2%范圍內(nèi)所需的近似時(shí)間。6.有一金屬電阻應(yīng)變

2、片，其靈敏度S=2.5，R =120Q，設(shè)工作時(shí)其應(yīng)變?yōu)?200卩:，問R是多少？若將此應(yīng)變片與2V直流電源組成回路，試求無(wú)應(yīng)變時(shí)和有應(yīng)變時(shí)回路的電 流各是多少？。7.用時(shí)間常數(shù)為0.5的一階裝置進(jìn)行測(cè)量，若被測(cè)參數(shù)按正弦規(guī)律變化，若要求裝置指示值的幅值誤差小于2%問被測(cè)參數(shù)變化的最高頻率是多少？如果被測(cè)參數(shù)的周期是2s和5s，問幅值誤差是多少？8.已知低通濾波器的頻率特性為H(f)二1 (1j2二fj，式中= 0.05s，當(dāng)輸入信號(hào)x(t)=0.5cos10t+0.2cos(10a-45)時(shí)，求其輸出y(t)，并比較y(t)與x(t)的幅值與相位有何區(qū)別。9.進(jìn)行某次動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量時(shí)，所采用的

3、壓電式力傳感器的靈敏度為90.9nC/Mpa,將它與增益為0.005v/nc的電荷放大器相連，而電荷放大器的輸出接到一臺(tái)筆式記錄儀上，記錄 儀的靈敏度為20mm/v。試計(jì)算這個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的總靈敏度。又當(dāng)壓力變化為3.5Mpa時(shí)，記2錄筆在記錄紙上的偏移量是多少？10.應(yīng)變片稱重傳感器，其彈性體為圓柱體，直徑D=10cm，材料彈性模量E=205X109N/m2，用它稱50噸重物體，若用電阻絲式應(yīng)變片，應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)S=2,R=120Q,問電阻變化多少？11.余弦信號(hào)被矩形脈沖調(diào)幅，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為試求其頻譜12.已知某信號(hào)的截頻f fc=125Hz,現(xiàn)要對(duì)其作數(shù)字頻譜分析，頻率分辨間隔=1Hz。

4、問：1)采樣間隔和采樣頻率應(yīng)滿足什么條件？2)數(shù)據(jù)塊點(diǎn)數(shù)N應(yīng)滿足什么條件？3)原模擬信號(hào)的記錄長(zhǎng)度T=?13.求同周期的方波和正弦波的互相關(guān)函數(shù)A計(jì)214.已知理想低通濾波器H(f)=00試求當(dāng):.函數(shù)通過此濾波器以后的時(shí)域波形。15.應(yīng)變片稱重傳感器，其彈性體為圓柱體，直徑109N/m2，用它稱50噸重物體，若用電阻絲式應(yīng)變片，應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)Q,問電阻變化多少?、簡(jiǎn)答題16.什么是信號(hào)的頻譜？周期信號(hào)的頻譜有什么特點(diǎn)？17.試述線性系統(tǒng)最主要的特性及其應(yīng)用。18.測(cè)量系統(tǒng)主要有哪幾種干擾？如何減少這些干擾？19.試舉例說(shuō)明測(cè)試系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)的主要功能。20.什么是信號(hào)？信號(hào)處理的目的是什

5、么？21.什么叫系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)？它和系統(tǒng)的傳遞函數(shù)有何關(guān)系？22.試述實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量的條件。23.試述信號(hào)的幅值譜與系統(tǒng)的幅頻特性之間的區(qū)別24.說(shuō)說(shuō)設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)的原則25.什么是信號(hào)的預(yù)處理？主要有什么內(nèi)容？26.在信號(hào)采集前一般要求對(duì)模擬信號(hào)作哪些預(yù)處理？為什么? ?？27.簡(jiǎn)述脈沖響應(yīng)函數(shù)與頻率響應(yīng)函數(shù)、傳遞函數(shù)之間的聯(lián)系。28.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)？29.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其它D=10cm，材料彈性模量E=205XS=2,R=120330.抗混濾波器的作用是什么？它選用何種濾波器？31.試說(shuō)明二階

6、裝置的阻尼比Z多采用Z=( 0.60.70.60.7 )的原因。432.選用傳感器應(yīng)注意哪些問題？33.某一系統(tǒng)的輸人信號(hào)為x(t)，若輸出y(t)與輸入x(t)相同，輸入的自相關(guān)函數(shù)Rx(T)和輸入一輸出的互相關(guān)函數(shù)Rxy(T)之間的關(guān)系為Rx(T)=Rxy(T+T)，試說(shuō)明該系統(tǒng)起什么作用？34.極距變化型電容式傳感器的工作原理是怎樣的？請(qǐng)敘述其輸入輸出表達(dá)式、靈敏度表達(dá)式和應(yīng)用場(chǎng)合。35.有人在使用電阻應(yīng)變儀時(shí)，發(fā)現(xiàn)靈敏度不夠，于是試圖在工作電橋上增加電阻應(yīng)變片 數(shù)以提高靈敏度。試問，在下列情況下，是否可提高靈敏度？說(shuō)明為什么？1)半橋雙臂各串聯(lián)一片；2)半橋雙臂各并聯(lián)一片。36.說(shuō)說(shuō)信

7、號(hào)數(shù)字分析流程，簡(jiǎn)述各部分的功能。37.什么是信號(hào)的加窗？加窗后對(duì)信號(hào)有什么影響？38.簡(jiǎn)述相關(guān)分析的工程應(yīng)用。39.說(shuō)說(shuō)采樣中的混疊是如何產(chǎn)生的，怎樣才能避免？40.有一個(gè)200HZ的方波信號(hào)，采樣頻率為500HZ，請(qǐng)問是否產(chǎn)生混迭？為什么？(略)答案1.解在x(t)的一個(gè)周期中可表示為該信號(hào)基本周期為T T,基頻0=2 7/T T,對(duì)信號(hào)進(jìn)行傅里葉復(fù)指數(shù)展開。由于x x(t t)關(guān)于t t=0對(duì)稱，我們可以方便地選取-T T/2t tT T/2作為計(jì)算區(qū)間。計(jì)算各傅里葉序列系數(shù) 6 當(dāng)n n=0時(shí)，常值分量C C0：當(dāng)n-0時(shí)，最后可得注意上式中的括號(hào)中的項(xiàng)即sin (n n0T Ti)的

8、歐拉公式展開，因此，傅里葉序列系數(shù)6 可表示為2.解：求得x xi(t t),X X2(t t)的頻譜分別為sin二f亍sin 3二f和X2(f)=p根據(jù)傅里葉變換的線性性質(zhì)和時(shí)移性質(zhì)可得:填空題計(jì)算題2T1 .,Cn =si nc(n %Ti) =0,二，-二。頻譜圖如下:Xi(f)其幅值譜為:相位譜為:53.解：64.解:5.解：將溫度傳感器快速放入某液體中測(cè)量溫度，屬于其實(shí)質(zhì)是階躍輸入根據(jù)階躍輸入狀態(tài)下， 一階系統(tǒng)的響應(yīng)特征，當(dāng)t約為4T時(shí)，其輸出值為輸入值的98.2%。6.解：由P59,公式(3-2)可知,U23無(wú)應(yīng)變i(t)8.3 10A=8.3mA2R 2x120幅值誤差小于2%

9、,應(yīng)H(f) 0.98求出f：0.08 Hz對(duì)被測(cè)信號(hào)：周期是2s, = 0.5Hz,H(fJ =0.537，幅值誤差為46.3%周期是5s,f2= 0.2Hz,H(f2) =0.847,幅值誤差為15.3%8.解：將輸入信號(hào)的各次諧波統(tǒng)一寫成Xsin(3it+$xi)的形式x(t)=5sin10t+5sin(100t+n/4)+4sin(200t+n/6)信號(hào)x(t)由三個(gè)簡(jiǎn)諧信號(hào)疊加而成，其頻率、幅值、相位分別為頻率幅值X相位$xi31= 10A=5$x1=032=100A =5$x2=n/433=200A?=4$x3=n/6設(shè)輸出信號(hào)為y(t)，根據(jù)頻率保持特性，y(t)的頻率成分應(yīng)與x

10、(t)的頻率成分相同，各 頻率成分的幅值和相位可由輸入信號(hào)的幅值和相位與測(cè)試系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性H(3)確定,根據(jù)題設(shè)條件，可得系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)系統(tǒng)的幅頻特性輸出信號(hào)y(t)的頻率、幅值、初相位分別為頻率幅值Y= A (3i) Xi相位$yi=$(3i)+$xi31= 10Y=4.99$y1=0.0532=100Y2=4.47$y2=0.3233=200Y3=2.83$y3=0.26繪出y(t)的幅值譜如右圖。有應(yīng)變i(t)U2R22400.36= 5.8 10”A=5.8mA7.解：一階裝置，有H(s)=1Ts 1今T =0.5，有H( f)=11 (T 2 f )2279.解：系統(tǒng)的總靈敏度

11、為:890.9X0。005X20=9。09測(cè)量系統(tǒng)的總靈敏度為9。09mm/MPA記錄筆的偏移量為：9.09X3.5=31。815mm10.解：因?yàn)椋篈50 100010(N) DI二()2E11.解：設(shè)xs(t)二cos2：f0tw(t)1其中w(t) = *12.解：1)信號(hào)的帶寬為125Hz,采樣頻率應(yīng)該大于等于它的兩倍，所以2)頻率分辨間隔=1Hz,所以N.：=1 s。如果取厶=4ms，貝U若N值取基2數(shù)，則N= 256。模擬信號(hào)記錄長(zhǎng)度T - N理論上至少應(yīng)在1.024秒以上13.解：因方波和正弦波同周期，故可用一個(gè)周期內(nèi)的計(jì)算值表示整個(gè)時(shí)間歷程的計(jì)算值，又根據(jù)互相關(guān)函數(shù)定義，將方波

12、前移T秒后計(jì)算：14.解：根據(jù)線性系統(tǒng)的傳輸特性，將：函數(shù)通過理想濾波器時(shí)，其脈沖響應(yīng)函數(shù)h(t)應(yīng) 是頻率響應(yīng)函數(shù)H (f)的逆傅里葉變換,由此有:、簡(jiǎn)答題16.答：信號(hào)的幅值或相角與信號(hào)頻率的關(guān)系，稱為信號(hào)的頻譜。 散性、諧波性、諧波的幅值隨諧波次數(shù)的增高而減小。17.答：線性系統(tǒng)最主要的特性是線性特性和頻率保持特性。在分析線性系統(tǒng)多輸入同時(shí)作用下的總輸出時(shí)，人們常常將多輸入分解成許多單獨(dú)的 輸入分量。利用E所以： 二旦AEfs- 250Hz，15.解:因?yàn)椋?E, F所以： =AE50 1000 10(N)DIr: ( )2E2周期信號(hào)的頻譜具有離_ 4mso9頻率保持特性判斷信源。18

13、.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。19.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/DA/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。20.答：信號(hào)是反映被測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)或特性的某些有用信息，通常表現(xiàn)為隨時(shí)間變化 的物理量。信號(hào)處理的目的

14、是：分離信噪，提高信噪比從信號(hào)中提取有用的特征 信號(hào)修正測(cè)試系統(tǒng)的某些誤差，如傳感器的線性誤差、溫度影響等。21.答：頻率響應(yīng)函數(shù)為輸出的和輸入的付氏變換之比。系統(tǒng)函數(shù)頻率響應(yīng)函數(shù)為輸出的 和輸入的拉氏變換之比。S=(T+j3,當(dāng)6等于0時(shí)，拉氏變換就變成了付氏變換。所以頻響函數(shù)是系統(tǒng)傳遞函數(shù)的一個(gè)特例。22.答：要實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)試，測(cè)試裝置的幅頻特性和相頻特性分別滿足A(3)=Ao=常量 ( 3)=-t03如果A(3)不等于常數(shù)時(shí)所引起的失真為幅值失真， (3)與3之間的非線性關(guān)系所引起的失真稱為相位失真。23.答：(1)對(duì)象不同，前者對(duì)象是信號(hào)；后者的對(duì)象是系統(tǒng)；(2)前者反映信號(hào)的組成，后

15、者反映系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)不同頻率成分的幅值的縮放能力(3)定義不同：處理方法各異：前者是對(duì)信號(hào)付氏變換的模，后者是輸出的付氏變換與輸入的付氏變換之比的模24.答：減少測(cè)試環(huán)節(jié)，阻抗匹配，滿足不失真測(cè)試條件25.答：信號(hào)的預(yù)處理把信號(hào)變成適于數(shù)字處理的形式，以減輕數(shù)字處理的困難。26.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 1)電壓幅值調(diào)理，以便適宜于采樣。(2 2)必要的濾波，以提高信噪比(3 3)隔離信號(hào)中的直流分量(4 4)如原信號(hào)經(jīng)過調(diào)制，則應(yīng)先行解調(diào)。27.答： 當(dāng)輸入信號(hào)的作用時(shí)間小于 0.10.1T(T為一階系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)或二階系 統(tǒng)

16、的振蕩周期)時(shí)，則可以近似地認(rèn)為輸入信號(hào)是單位脈沖信號(hào)3，其響應(yīng)則稱為單位脈沖響應(yīng)函數(shù)，又稱為權(quán)函數(shù)，根據(jù)3 3 函數(shù)的篩選性質(zhì)：立即有Y()二H()X()=HC )對(duì)上式兩邊求付氏逆變換：以上推導(dǎo)可以看出在單位脈沖信號(hào)輸入的時(shí)候，系統(tǒng)輸出的頻域函數(shù)Y(s)Y(s)，就是系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù) H(H(3) )，而其時(shí)域響應(yīng)函數(shù) y(t)y(t)，就是脈沖響應(yīng)函數(shù) h(t)h(t)，它表示測(cè) 試系統(tǒng)在時(shí)域內(nèi)的動(dòng)態(tài)傳遞特性。28.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。10

17、29.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。30.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。31.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）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

18、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。32.答： 1 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 2）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 3）響應(yīng)特性：傳感

19、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 4）可靠性：經(jīng)過長(zhǎng)期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。5 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 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11因素。所以y(t) =x(t -T) =x(t)*、(t -T)該系統(tǒng)為一延時(shí)系統(tǒng)。34.答：由電容式傳感器公式C =SoEA5輸入輸出表達(dá)式如下:靈敏度表達(dá)式：該傳感器適合測(cè)量較小距離的測(cè)量35.答：電橋的電壓靈敏度為SU，即電橋的輸出電壓U。=SR和電阻的相對(duì)AR/ RR變化成正比。由此可知：1） 半橋雙臂各串聯(lián)一片，雖然橋臂上的電阻變化增加1倍，但橋臂總電阻也增加