《工程测试技术基础》习题集
第一部分绪论
1T测试技术的基本含义是什么？它包含哪些方面的工作？试举例说明。
1-2测试技术屮测量参量的-慕本内容是什么？机械工程专业研究的主要测量对象是哪些?
1-3非电量电测系统的基本组成有哪些？各部分的功能如何？
1-4测试技术的手段和方法有哪些？试举例说明。
1-5通过网络查询现代测试技术的发展趋势有哪些？试举例说明。
1-6非电量电测系统的基本类型有哪些？
1-7生活屮工程测试技术的例子有哪些？
1-8通过上网查询如何学习工程测试技术这门课程。
第二部分信号分析基础
2-1低通、高通、带通及带阻滤波器各有什么特点？它们的频率特性函数的关系是什么？
2-2何为周期信号?周期信号的变化规律可由哪几个参数完全确定？
2-3信号可采用几个域描述？各域描述信号的物理意义是什么？
2-4周期信号和非周期信号的频域描述有何区别?两者的频谱特点是什么？
2-5试述自相关函数和互相关函数的定义及其应用。
2-6试述谱密度函数的定义及其在振动测试H|的应用。
2-7何为激振器，激振器的作用是什么？
2-8简述电动式、电磁式激振器的工作原理及结构。
2-9调幅波是否可以看成是载波与调制信号的叠加？为什么？
2-10已知RC低通滤波器R = lkQ, C = luF,试求：
(1)确定各函数式〃(S) , 〃(3),力(3)；
(2)当输入信号UF WsinlOOt时,求输出信号%,并比较其幅值及相位的关系。
2-11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？
2-12下限频率相同吋，倍频程滤波器的屮心频率是1/3倍频程滤波器的多少倍？
2-13倍频程选择性为-60dB的滤波器和倍频程选择性为-40dB的滤波器相比，哪一台好？为什么？
2-14检波电路图请参见教材，己知&的波形如图5.1所示，画出图屮⑺的波形图。
2-15用电阻应变片接成全桥，测量某一构件的应变，已知其变化规律为：￡ (t) 二
/cos 10 t +况oslOO to如果电桥激励电压为：eb = ^sin 100001,试求此电桥的输出信号频谱。
2-16有人在使用电阻应变仪吋，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，在下列情况下，是否可提高灵敏度？说明为什么？
(I)半桥双臂各串联一片；
⑵ 半桥双臂各串联一片。
2-17以阻值R二120Q,灵敏度S二2的电阻丝应变片与阻值为120Q的I古I定电阻组成电桥，供桥电压为3V,并假定负载电阻为无穷大，半应变片的应变为2 u ￡和2000 u ￡时，分别求出单臂、双臂电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵皱度(注：U ￡—微应变，即10 6 e )
2-18设一带通滤波器的下截止频率为fcl,上截止频率为fc2,屮心频率为fc3, 试指出下列记述屮的正确与错误。
(1)倍频程滤波器fc2二fcl；
(2)滤波器的截止频率就是此通频带的幅值衰减3dB处的频率；
(3)下限频率相同吋，倍频程滤波器的屮心频率是1/3倍频程滤波器的屮心频率的
3倍。
2-19什么是调制和解调，调制和解调9-14设有一组合复朵信号，系由频率分别 为362Hz, 22Hz, 250Hz, 300Hz 的同向正弦波叠加而成，求该信号的周期。
2-21求图2-2所示三角脉冲信号的频谱。
—
0?壬
if |/|违 2-22求图2-3所示正弦信号
x(t)=Xsino3t 的均值儿、均方值以和概率密度函 数 P(X )O
第三部分 传感器原理与应用
3- 1传感器一般由哪儿部分纽成?试说明各部分的作用。
3- 2内部传感器与外部传感器的作用有何区别？
按被测的基本物理量可将传感器分为哪些类?
3- 4为何标定时必须用上一级标定装置标定下一级传感器？
3- 5静态标定与动态标定的标定指标有哪些？
3- 6何谓传感器的定度与校准？
3- 7按传感器输出信号的性质可将传感器分为哪儿类？
3- 8何谓传感器的静特性和动特性？
2-20如图2-1所示信号, 求周期性三角波的表达式，并绘制出其频谱图。
3-9传感器的主要性能指标有哪些？
3-10为什么说技术革新的主角之一?就是传感器？
3-11差动式屯容位移传感器和差动电感位移传感器的特点是什么？
3-12哪些传感器有可能被选作小位移测量传感器?为什么？
金属电阻丝应变片与半导体应变片的工作原理是什么？各有何优缺点？
3T4应变片布桥方式有几种，各有什么特点？
3-15什么是正压电效应和逆压电效应?利用压电效应可制成I哪儿种传感器？
3-16床屯式力传感器的工作原理是什么？压电式力传感器与电压放大器配套使用应注意什么问题？
3-17试述压磁式力传感器的结构及工作特点。
3-18简述光电式扭矩传感器测量扭矩的原理
3-19为什么压电式加速度传感器要使用高输人阻抗电荷放大器？
3-20温度测量的方法有哪些?它们的原理有何不同？各适于什么场合？
3-21为什么对热电偶的参考端温度要采用一定的方法进行处理?一般有哪些处理方法？
3-22为什么金属热电阻式传感器要采用双线无感绕制法？
3-23什么叫热每攵电阻的正温度系数与负温度系数？
3-24全辐射式温度传感器依据的是什么机理？3-25亮度式温度传感器主要有几种形式?各有什么特点?
3-26半导体温度传感器根据什么原理测温？
3-27半导磁气敏传感器为何都附有加热器？
3-28试说明氧化型和还原型气敏元件的工作原理及其输出特性
3-29电桥的零测法与偏差测量法有什么不同？它们各适于在什么场合下应用？
3-30请叙述比色温度传感器的工作过程。
3-31电桥的灵敏度与非线性误差如何定义？
3-32在用电桥测量前，为什么要将电桥调零？
3-33公路交通检测汽车流动状态多采用哪些传感器？
3-34请说明湿度传感器、气体传感器对电子灶控制的工作原理。
3-35何谓外光屯效应、光电导效应和光生伏特效应？
3-36红外探测器与光电传感器、热敏电阻器有什么杲同？
3-37电感传感器（自感型）的灵每攵度与哪些因素有关？要提高灵敏度可采取哪些措施？采取这些措施会带來什么样后果？
3-38电容式、电感式、电阻应变片传感器的测量电路有何异同？举例说明。
3-39何谓圧电效应?何谓纵向压电效应和横向压电效应？
3-40材料的主耍特性参数有哪些?试比较三类圧电材料的应用特点。
3-41何谓结构型传感器?何谓物性型传感器?试述两者的应用特点。
3-42传感器静态特性的主要指标有哪些?说明它们的含义
3-43何谓压阻效应?扩散硅压阻式传感器与贴片型电阻应变式传感器相比有什么优点，有什么缺点?如何克服？
3-44何谓霍尔效应?利用霍尔效应可进行哪些参数测量？
3-45变间隙式、变截面式和螺管式三种电感式传感器各适用于什么场合?它们各有什么优缺点？
3-46试述电感传感器产生零位电压的原因和减小零位电压的措施。
3-47试述造成自感式传感器和差动变压器温度误差的原因及其减小措施。
3-48从电涡流式传感器的基本原理简要说明它的各种应用。
3-49为什么电容式传感器的绝缘、屏蔽和电缆问题特别重要?设计和应用屮如何解决这些问题？
3-50电容式传感器的测量电路主要有哪几种？各自的H的及特点是什么？使用这些
测量电路时应注意哪些问题？
3-51霍尔元件的不等位电势和温度影响是如何产生的？可采取哪些方法来减小之。
3-52测温系统由钠电阻温度传感器、电桥、放大器和记录仪四个环节组成，各自的灵敏度分别为:0.4Q/°C , 0. 02V/Q, 100（放大倍数）、0. 2cm/V . （1）求该测温系统的总灵敏度；（2）己知记录仪笔尖位移8cn）吋，求所对应的温度变化值。
3-53 -传感器，其实测的输人/输出特性曲线（校准曲线）与拟合直线的最人偏差为AI,mex = 40C,而论满量程测量范围为（-40、120。0,试求该传感器的线性度。
3-54 -加速度传感器，出厂吋标出的电压灵敏度为100m V /g,由于测试需要，需要加长导线，因需要重新对加速度传感器的灵敏度进行标定，如果在能作50血: 和lg的振动标定台丄进行标定，选用电压大器的放大倍数为100,标定用晶体管毫伏表上指示电压为9V,试计算加速度传感器的电压灵敏度K,并与原灵敏度比较。
3-55床力传感器的校准数据如表格所示，试用最小二乘法求非线性误差并计算迟滞误差和重复性误差？
3-56为什么要对传感器进行标定和校准?举例说明传感器静态标定和动态标定的方法。
3-57今有两加速度传感器均可作为二阶系统来处理，其屮一只固有频率为25kHz,另一只为35kHz ，阻尼比E均为0. 3。若欲测量频率为10kHz的正弦振动加速度，应选用哪一只?试计算测量时将带来多大的振幅误差和相位误差。
458简述电阻应变计产生热输出(温度误差)的原因及其补偿方法。
3-59试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的播施。
3-60如何用电阻应变计构成应变式传感器?对其各组成部分有何要求？
3-61现有栅长为3mm和5mm两种丝式应变计，其横向效应系数分别为5%和3%, 欲用來测量泊松比u二0. 33的铝合金构件在单向应力状态下的应力分布(其应力分布梯度较大)。试问：应选用哪一种应变计?为什么？
3-62现选用丝栅长10mm的应变计检测弹性模量E=2X 10“N/n?、密度P =7. 8g/cm3 的钢构件承受谐振力作用下的应变，要求测量精度不低于0.5%。试确定构件的最大应变频率限。
3-63为什么常用等强度悬臂梁作为应变式传感器的力每攵元件?现用一等强度梁：有效长1=150mm,固支处宽b=18mm,厚h二5mm,弹性模量E=2X 105N/mm2,贴上4 片等阻值、K=2的电阻应变计，并接入四等臂差动电桥构成称重传感器。试问：
(1)悬臂梁上如何布片?又如何接桥?为什么？
(2)半输入电压为3V,有输出电压为2mV吋的称重量为多少？
3-64 一应变片的电阻R二120Q, k=2. 05,用作应变片为800 u m/m的传感元件。a?求AR/R和AR； b.若电源电压U=3V,惠斯登电桥初始平衡，求输出电压U。。
3-65在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120 Q的应变片出和艮，把着两片应变片接入差动电桥，若钢的泊松系数□二0.285, 应变片的灵敬度系数E2,电桥电源电丿玉U二2V,当试件受轴向拉伸时，测得应变片的电阻变化△ R产0.48 Q,求电桥的输出电压山。为多少你？
3-66有一台变极距非接触式电容测微仪，其极板间的极限半径r=4mm,假设与被测工件的初始间隙S =03mm,试求：
(1)若极板与工件的间隙变化量A 8=±10uniDj-,电容变化量为多少？
⑵ 若测量电路的灵敏度K二100mV/pF,则在二±lum吋的输出电压为多少？
3-67什么是零点残余屯床？减小零残屯床的有效措施有哪些？3-68为什么电容式传感器易受干扰？如何减小干扰?
469何谓“驱动电缆技术” ？采用的H的是什么
3-70在压力比指示系统屮采用差动式变极距型电容传感器，己知原始极距§产
5 2=0. 25mm,极距直径D-38. 2mm,采用电桥电路作为其转换电路，电容传感器的两个屯容分别接R=5. lkQ的屯阻后作为电桥的两臂，并接有效值为Ul=60V的电源电压，其频率为f二400Hz,电桥的另两臂为相同的固定电容0=0. 001 Mf,试求电容传感器的电压灵敏度？若△ §=10um吋，求输出电压的有效值？
3-71何谓机械阻抗？试说明它在分析双向传感器的动态特性屮的作用？
3-72试分析应变片传感器工作在低频、高频和固有频率三种情况下的机械阻抗并指出哪种情况下机械阻抗为最小？
3-73试选择合适的传感器：1)现有激磁频率为2. 5kHz的差动变床器式测振传感器和固有频率为50Hz的磁电式测振传感器各一只，欲测频率为400?500Hz的振动，应选哪一种？为什么？(2)有两只压电式加速度传感器，固有频率分别为30kHz 和
50kHz,阻尼比均为0.5,欲测频率为15kHz的振动,应选哪一只?为什么?
3-74为什么磁电感应试传感器的灵敏度在工作频率较高吋将随频率增加而下降？
3-75压电试传感器屮采用电荷放大器有何优点？为什么电压灵敏度与电缆长度有关？而电荷灵敏度无关？
3-76某压电晶体的电容为1000pF,K尸2.5C/cm, C=3000pF,示波器的输入阻抗为1MQ 和并联屯容为50 nF,求：压电晶体的屯压灵敏度；测量系统的高频响应；若系统允许的测量值误差为5%,可测最低频率为多少？若频率为10HZ,允许的误差为5%,用并联方式，电容值为多少？
3-77 珞-鎳硅热电偶测得介质温度为800°C,若参考端温度为25C,问介质
的实际温度为多少？
3-78 -电容测微仪，其传感器的圆形极板半径r = 4mm,工作初始间隙g二0. 3mm, 问：
(1)工作时，如果传感器与工件的间隙变化量时，电容变化量是多少？
(2)如果测量电路的灵敏度S，1=100mV/pF,读数仪表的灵敏度S 2= 5格/mV,在A
5=±lp m吋，读数仪表的指示值变化多少格？
3-78光屯式传感器包含哪几种类型？各有何特点？用光屯式传感器可以测量哪些物理量？
3-79 -压电式压力传感器的灵敏度S二9X105pC/Pa (微微库仑/帕)，把它和一台灵敏度调到0. 005V/pC的电荷放大器连接，放大器的输出又接到灵敏度已调到20mm/V 的光线示波器上记录，试给出这个测试系统的框图，并计算其总的灵敏度。
3-80电阻应变片常用的测量电路是什么？
3-81交流电桥可作为哪些传感器的测量电路？
3-82电荷放人器是哪种传感器的测量电路？
3-83三坐标测量机由哪儿部分组成?其测量系统有哪儿种?各有何特点？
3-84汽车机电一体化的屮心内容是什么?其H的是什么？
3-85汽车行驶控制的重点内容是什么？
3-86汽车用压力传感器有哪些功能？
3-87爆震产生的主要原因是什么？
3-88公路交通检测汽车流动状态多采用哪些传感器？
3-89请说明湿度传感器、气体传感器对电子灶控制的工作原理。
3-90选用传感器的基本原则是什么？在实际屮如何运用这些原则？试举一?例说明。
第四部分测试系统特性
4-1测试系统的静态特性和动态特性的主要描述指标有哪些？这些指标的定义及其含义各是什么？
4-2测试系统不失真传输信号的时域和频域条件分别是什么？
4-3试说明二阶系统常使阻尼比E二0?7、0?8的原因。
4-4求周期信号x (t) = 0. 5cosl0 t + 0. 2cos (lOOt - 45°)通过传递函数为的装置后所得到的稳态响应。
4-5某加速度传感器可作为一个二阶振荡系统考虑。已知传感器的固有频率为10kHz,阻尼比^ = 0. 12,当用此传感器测试5kHz正弦加速度时，幅值失真和相位滞后各是多少？若阻尼比E二0. 7,幅值失真和相位滞后乂各是多少？
4-6描述测试系统的基本特性所用的传递函数和频响函数的意义是什么？两者的区别如何？
4-7进行某次动态压力测量吋，所采用的压电式力传感器的灵敏度为
90. 9nC/MPa,将它与增益为0. 005V/nC的电荷放大器札I连，而电荷放人器的输出接到一台笔式记录仪上，记录仪的灵敏度为20mm/V。试计算这个测量系统的总灵敏度。又半压力变化为3. 5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？
4-8用一个吋间常数为0. 35s的一阶装置去测量周期分别为ls、2s和5s的正弦信号，问幅值误差将是多少？
4-9设一力传感器可作为二阶振荡系统处理。已知传感器的固有频率为800H z, 阻尼比E二0.14,问使用该传感器作频率为400IL正弦变化的外力测试时，其振幅比F ( 3 )和相位角差0(3)各为多少？又若该装置的阻尼比可改为g = 0. 7, 则力(3 )和。(3 )又将作何种变化？
4-10想用一个一阶系统作100H?正弦信号的测量，如要求限制振幅误差在5%以内，则时间常数应取多少？若用具有该时间常数的同一系统作5011?正弦信号的测试，问此时的振幅误差和相位角差是多少？
4-11什么叫误差？误差的表示法有哪些？根据误差的分布规律，可将其归为几类？各有什么特点？
4-12等精密度测量的含义是什么？
4-13若测量序列屮仅含有随机误差，肖测量次数为无穷大吋，测量的结果如何表达？为什么？
4-14系统误差的类型有哪些？如何发现？如何消除？
4-15静态直接测量数据的处理步骤有哪些？
4-16动态测量数据的类型有哪些？随机数据的统计特征量有哪些？口相关函数与功率谱密度函数的关系是什么？各有什么应用？
4-17滤波方式有几种?各有何特点？
4-18什么叫低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器及带阻滤波器?分别画出它们的理想幅频特性。
4-19设计一-个固有频率f°二2kHz.等效甜质因数Q' =2的如图8-26a所示的低通滤波器(设0=0.1 “F)。
4-20设计一个屮心频率为50Hz,阻带宽度为4Hz的带阻滤波器(设00. 05“F )。
第五部分基于计算机的测试系统原理
5-1传感器与微机接口的作用是什么？
5-2传感器与微机的基本接口方式有哪些
5-3简述A/D转换器的数据转换与传送屮，CPU的控制方式。
5-4 LED与LCD的功能原理有何区别？
5-5采用计算机软件进行温度补偿吋，常用的方法有哪两种?说明其步骤。
5-6说明采用计算机软件进行线性化处理的方法及步骤。
5-7试说明光栅式传感器四倍细分原理及其辨向原理。
5-8测量放大器有什么特点？
5-9某数/模转换器，要求其十位二进制数能代表0~5V,试问此二进制数最低位代表几伏？
5-10影响多路模拟开关对信号传递精度的因素是什么？如何加以改善？
5T1试分析采样保持器的工作原理。
5-12系统屮干扰与噪声的主要来源有哪些？
5-13抑制干扰主要有哪些方法？
5-14在检测系统小，为什么通常要加人调制与解调环节？
5-15有一八位T形电阻网络数/模转换器,设R.-3R,若山?d°为00000001吋，
Uo =-0. 04V,试计算d：?山为00010110和11111111吋的U。各为多少伏？
5-16采用光电编码器为什么能同时进行位置反馈和速度反馈？
5-17 SC16型光线示波器的振动子输入i (t)为单位阶跃,输出0 (t)如图6. 1 所示，试求振动子的阻尼比E及固有频率3“，并写出其频率特性表达式。
5-18现用FC6-30型振动子记录10Hz正弦信号，信号幅值为2V,要求在记录纸上偏转±50mm,试求需串、并联的电阻值。(设信号源内阻为200Q)。
5-19现用固有频率为1200Hz的振动子记录基频为600Hz的方波信号，试分析记录结果，并绘出记录波形的示意图。
5-20工程测试屮干扰源有哪些？干扰有哪些类型
?
■
5-21工程测试中干扰通过何种方式进入测试系统）| ?的？
第六部分典型工程测量方案设计
6-1选用位移传感器应考虑哪些问题？
6-2举例说明什么是发电型传感器，什么是参数型传感器？
6-3简述光栅式位移传感器的工作原理及其工作特点。
6-4容栅式位移传感器和电容式位移传感器有何区别？
6-5为防止电容传感器击穿，在两极之间加人厚度为8的两片云母片，如图2-38 所示，其相对介电常数为「，空气介电常数为氐，（空气介电常数近似于真空介电常数）,求传感器总电容（设圆形极板直径为D,两云母片之间距离为Jo）.
6-6某感应同步器及数显表测量最大位移量为9999//m,求仪器的分辨力（绝对值和相
对值）及动态线性范围（dB ）.
6- 7用电阻应变片接成全桥，测量某一构件的应变，已知其变化规律为
的）=4 cos 10/ + Bcos 100/,如果电桥激励电斥6二Usin 1 OOOOt ，试求此电桥的输出 信号频谱。
6- 8设图屮电感位移传感器的铁心相对磁导率为104,空气的相对磁导率为1。已
知真空111的磁导率“ o 二4兀x 10“ H /加。试对下述情况计算该传感器的输出电感:
（1） 气隙为0;
（2） 气隙为2mmo
6- 9把一个变阻式位移传感器按图2-40接线，其输人量、输出量各是什么？当R. =10kQ, R p=100Q, ab=lmm, Ui=3V, Uo=500mV 时，求被测线位移.x=ob 是多 少？
6- 10有一钢板,原长L=lm,钢板弹性模量E=2. 059x10^3,使用BP -箔式应变 片的阻值R=120Q,,灵敏度K=2,测出拉伸应变为300必。求钢板伸长△】,应 力6 AR /R 及AR 。如果要出1必，则相应的AR /R 是多少(注：表示相
对变形为lxl0~6)o
6- 11某一?铅试件受拉力作用，试分析能否用在试件上粘贴应变片的方法实现拉 力的测量。
6- 12构件及其受力如图6. 1所示，请设计测量力P 吋的贴片和接桥方法并导出P —关系式。
6- 13构件的受力及布片情况如图6. 2所示，请说明如何完成拉力P 的测量并画 出接桥图。
6- 14当补偿板和待测试件的材料不同吋，产生的虚假应变值e 广为多大？ 200匝 60
30
6-15接桥如图4.3所示,其中斤二召二凡=120 Q,厂二3 Q,请计算由引线电阻T引起的相对误差为多少？若召为工作片，凡为补偿片，当仪器的读数值为100 〃F时，实际应变值为多少？
6T6接桥如图4.3和图4.4所示，其屮斤二用二凡=120 Q , r =3 □,环境温度引起的引线电阻/的变化量均为△/= 0.3Q，请计算两种情况下由引起的测量误差分别为多少？并根据计算评价三线制接法在动态测量屮的应用效果。
6-17设计一个用压电式加速度传感器测量线加速度的测量系统。画出系统框图并重点说明对前置放大器的要求和该系统适用的频率范围。
6-18某加速度计的标准振动台，振动的频率是5OH Z,量值是lg。现有一压电式加速度计出厂吋标出的电压灵敏度是^100mV/g,由于现场测试屮需要加长导线要重新标定其灵敏度。假定电压（前置）放大器的放大倍数为1,后续放大器的增益为40dB,标定时毫伏表的示值为9. 13V,要求画出标定系统框图并计算出电压灵敏度5-0
6-19某压力表的指示压力（表压力）为1.3kPa,当时半地的大气压力正好为0. IMPa,求该被测压力的绝对压力。
6-20列出你所知道的压力表的名称，指出它们用在什么地方？
6-21何为热电效应？回路屮热电势恒等于零的充分必要条件有哪些？
6-22用鎳珞-银硅热电偶测量炉温，热电偶冷端温度h为30°C,测得的热屯势为33. 29mV,求被测炉子的实际温度。
6-23热电阻三线制接法要解决的是什么问题？是怎样解决的？请完成图4.5 的热电阻接线。
6-24用银铮-银硅热电偶测量炉温,其仪表示值为600°C,而冷端温度t°为65°C, 则实际温度为665°C,对不对？为什么？与正确值相差多少度？
6-26有一台车床进行切削加工，若要测切削力，请设计一?测力系统，并说明各环节的作用。
6-27试举两种测量扭矩的方法。
6-28用一电阻应变片测量一结构上某点的应力。应变片电阻值R二120G,灵敏度系数K二2,接入电桥的一?臂，其余桥臂为标准电阻Ro=120Q o若电桥由10V直流电源供电，测得输出电压为5mV。求该点应变片敏感方向的应变和应力。构件材料的弹性模量为E=2 xl0lo Pa.
6-29 —压电式力传感器，其灵帧度h二15pC/HP?将它与灵敏度为k2二0. 005V /pC 的电荷放人器，放大器输出端接到一台灵敏度为k3=30mm/V的笔式记录仪上，计算此系统的灵敏度。又半圧力变化为Ap二20MPa时，记录笔在纸上的偏移量为多大？
6-30今有一简单拉伸试件，其丄贴有两应变片，如图所示，测量电路如图b所示。已
知试件材料的弹性模量E=25 xlO lo Pa,泊松比“二0. 2,应变片的灵敬度
K二2,电桥供桥电压Ui二6V,若测得电桥的输岀电压Uo=5mV,求试件的轴向应力。
6-31试用双螺管线圈差动型电感传感器，作成一-个测力传感器
6-32八角环测力仪简图及贴片方法如图所示。请说明各应变片应如何组桥及测 量哪一方向的力？
6-33试说明测速发电机工作原理。
6-35变磁通感应式速度传感器M ?的开磁路式与闭磁路式各有何优缺点？
6-36试述压屯陀螺式角速度传感器三种类型的特点。
6-37试简要说明硅流速传感器测流速及流向的原理。
6-38视觉传感器在机电—?体化系统屮有哪些应用？
6-39试说明视觉传感器的光电变换原理。
6-40人工视觉图像处理的方法有哪儿种？
6-41请说明人工视觉的物体图像识别原理。
6-42举例说明触觉传感器的工作原理。
6-43已知微分图像如图所示,试m Sobel -次微分差分近似法求a, b,c, d 的 值。
Uo
3 ,
R
、
R T
1 2 3 4 5 6 7 ??? M
1
d
b
C
1
6-44什么样的金属氧化物制成的半导体磁湿敏兀件呈正感湿特性及负感湿特性，说明它们的感湿原理。
6-45试述高分子膜湿度传感器的测湿原理。它能测量绝对湿度吗？为什么？
6-46为什么磁带录像机多使用结露传感器？
6-47试说明水份传感器的应用。
6-48工业机器人常用的位移传感器有哪些?将编码器安装在驱动元件轴丄为什么能提高分辨率？
6'49怎样区分CNC机床与MC的半闭环和全闭环控制？
6-50采用光电编码器为什么能同时进行位置反馈和速度反馈？
6-51三坐标测量机由哪几部分组成?其测量系统有哪几种?各有何特点？
《机械工程测试技术基础》试题1 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 ，改善非线性，进行 补偿。 4.为了 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 桥臂上。 5．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 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 ，而双边频谱图的依据数学表达式是 。 7．信号的有效值又称为 ，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．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 ，后者频谱特点是 。 9.为了求取测试装置本身的动态特性，常用的实验方法是 和 。 10.连续信号()x t 与0()t t δ-进行卷积其结果是：0()()x t t t δ*-= 。其几何意义是 。 二、 选择题（20分，每题2分） 1．直流电桥同一桥臂增加应变片数时，电桥灵敏度将( )。 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 相乘 B ．相加 C ．相减 D.相除 3．描述周期信号的数学工具是( )。 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，( )是周期信号。 A ．5cos100()0 t t x t t π? ≥?=? ?
机械工程测试技术基础(第三版)试卷集. 一、填空题 １、周期信号的频谱是离散的，而非周期信号的频谱是的。 ２、均方值Ψx2表示的是信号的强度，它与均值μx、方差σx2的关系是。 ３、测试信号调理电路主要有、、。 ４、测试系统的静态特性指标有、、。 ５、灵敏度表示系统输出与输入之间的比值，是定度曲线的。 ６、传感器按信号变换特性可分为、。 } ７、当时，可变磁阻式电感传感器的输出和输入成近似线性关系，其灵敏度S趋于。 ８、和差特性的主要内容是相临、相反两臂间阻值的变化量符合、的变化，才能使输出有最大值。 ９、信号分析的过程主要包括：、。 10、系统动态特性在时域可用来描述，在复数域可用来描述，在频域可用来描述。 11、高输入阻抗测量放大电路具有高的共模抑制比，即对共模信号有抑制作用，对信号有放大作用。 12、动态应变仪上同时设有电阻和电容平衡旋钮，原因是导线间存在。 13、压控振荡器的输出电压是方波信号，其与输入的控制电压成线性关系。 14、调频波的解调又称，其解调电路称为。 — 15、滤波器的通频带宽和响应时间成关系。 16、滤波器的频率分辨力主要由其决定。 17、对于理想滤波器，滤波器因数λ＝。 18、带通滤波器可由低通滤波器（f c2）和高通滤波器（f c1）而成（f c2> f c1）。 19、测试系统的线性度和滞后度是由误差引起的；而重复性误差是 由误差引起的。 二、问答题（共30分） １、什么是测试说明测试系统的构成及各组成部分的作用。（10分） ２、— ３、说明电阻丝应变片和半导体应变片的异同点，各有何优点（10分） ４、选用传感器的原则是什么（10分） 三、计算题（共55分） １、已知信号x(t)=e-t(t≥0)， (1) 求x(t)的频谱函数X(f)，并绘制幅频谱、相频谱。 (2) 求x(t)的自相关函数R x (τ) 。（15分） ２、二阶系统的阻尼比ξ=，求ω=ωn时的幅值误差和相位误差，如果使幅值误差不大于10％，应取多大阻尼比。（10分）３、一电容传感器，其圆形极板r = 4mm，工作初始间隙δ0 =0.3mm， ￥ （1）工作时如果传感器的工作间隙变化Δδ=±2μm，求电容的变化量。 （2）如果测量电路灵敏度S1=100mv/pF，读数仪表灵敏度S2=5格/mv，在 Δδ=±2μm时，读数仪表的指示值变化多少格 （ε0 = ×10-12 F/m）(8分) ４、已知RC低通滤波器的R=1KΩ，C=1MF，当输入信号μx= 100sin1000t时， 求输出信号μy 。（7分） ５、（1）在下图中写出动态应变仪所包含的各个电路环节。 （2）如被测量x(t) = sinωt，载波y(t)=sin6ωt，画出各环节信号的波形图。(15分 。 一、填空题：
思考题与习题 3-1 传感器主要包括哪几部分试举例说明。 传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成。 如气体压力传感器。其内部的膜盒就是敏感元件，它的外部与大气压力相通，内部感受被测压力p ，当p 发生变化时，引起膜盒上半部分移动，可变线圈是传感器的转换元件，它把输入的位移量转换成电感的变化。基本电路则是完成上述电感变化量接入基本转换电路，便可转换成电量输出。 3-2 请举例说明结构型传感器与物性型传感器的区别。 答：结构型传感器主要是通过传感器结构参量的变化实现信号变换的。例如，电容式传感器依靠极板间距离变化引起电容量的变化；电感式传感器依靠衔铁位移引起自感或互感的变化。 物性型传感器则是利用敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换。例如，水银温度计是利用水银的热胀冷缩性质；压电式传感器是利用石英晶体的压电效应等。 3-3 金属电阻应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别 答：金属电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于：金属电阻应变片是基于电阻应变效应工作的；半导体应变片则是基于压阻效应工作的。 3-4 有一电阻应变片（见图3-105），其灵敏度S 0=2，R =120Ω，设工作时其应变为1000με，问ΔR =设将此应变片接成图中所示的电路，试求：1）无应变时电流指示值；2）有应变时电流指示值；3）试分析这个变量能否从表中读出 解：由0dR R s ε = 得，0R R s ε?=??即，6012010001020.24R R s ε-?=??=???= ()1.5 12.5120 I mA = = 3-5 电容式传感器常用的测量电路有哪几种 答：变压器式交流电桥、直流极化电路、调频电路、运算放大电路。 3-6 一个电容测微仪其传感器的圆形极板半径r=4mm ，工作初始间隙δ=0.3mm ，求： 图3-105 题3-4图
《机械工程测试技术基础》课程教学大纲 课程代码： 课程英文名称：Foundation of Mechanical Measure Engineering 课程总学时：40 讲课：32 实验：8 上机：0 适用专业：机械设计制造及其自动化，机械电子工程 大纲编写（修订）时间：2016 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 1．《机械工程测试技术基础》课程适用于机械设计制造及自动化专业本科（四年学制），是学生的专业基础必修课。在机械制造领域，无论是在机械系统研究过程分析还是机械自动加工控制系统中，工程测试技术应用及其普遍，所以掌握必要的测试技术基础知识和技术基础，对做好机械制造专业的工作尤为重要。 2．课程教学内容方面侧重于测试技术基本知识、基本理论和基本方法，着重培养学生运用所学知识解决实际测量问题的实践能力。因此，本门课程的教学目标是：掌握非电量电测法的基本原理和测试技术；常用的传感器、中间变换电路及记录仪器的工作原理及其静、动态特性的评价方法；测试信号的分析、处理方法。培养学生能够根据测试目的选用合适的仪器组建测试系统及装置，使学生初步掌握进行动态测试所需的基本知识和技能；掌握位移、振动、温度、力、压力、噪声等常见物理量的测量和应用方法；掌握计算机测量系统、虚拟仪器等方面的基础知识；并能了解掌握新时期测试技术的更新内容及发展动向，为进一步研究和处理机械工程技术问题打好基础。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1．要求掌握物理学上的电磁学理论知识、控制工程基础中的系统分析方法、电工学的电路分析理论。 2．要求掌握电工实验独立动手能力和仪器的操作能力。 3．掌握测试技术基本知识、基本技能，具备检测技术工程师的基本素质与能力，能应对生产和科研中遇到的测试系统设计以及传感器的选型、调试、数据处理等方面的问题，初步形成解决科研、生产实际问题的能力。 （三）实施说明 本课程是一门技术基础课，研究对象为机械工程中常见动态机械参数，主要讲授有关动态测试与信号分析处理的基本理论方法；测试装置的工作原理、选择与使用。为后续专业课、选修课有关动态量的实验研究打基础，并直接应用于生产实践、科学研究与日常生活有关振动噪声、力、温度等参量的测试中。 1．从进行动态测试工作所必备的基本知识出发，学生学完本课程后应具备下列几方面的知识： （1）掌握信号的时域和频域的描述方法，重点阐述建立明确的频谱概念，掌握信号强度的表达式、频谱分析和相关分析的基本原理和方法，了解功率谱密度函数及应用和数字信号分析的一些基本概念。明白波形图、频谱图的含义，具备从示波器、频谱分析仪中读取解读测量信息的能力。 （2）测试装置的基本特性部分:掌握系统传递函数、频响函数以及一、二阶系统的静动态特性的描述及测试方法，掌握测试装置的基本特性评价方法和不失真条件，并能正确运用于测试装置分析和选择。
机械工程测试技术期末 考试试题A Document number【AA80KGB-AA98YT-AAT8CB-2A6UT-A18GG】
《机械工程测试技术基础》课程试题A 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_____和_____ 。 2.测量结果与_____ 之差称为_____ 。 3.将电桥接成差动方式习以提高_____ ，改善非线性，进行_____ 补偿。 4.为了_____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 _____。 5．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_____ 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 _____，而双边频谱图的依据数学表达式是 _____。 7．信号的有效值又称为_____，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．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_____，后者频谱特点是_____。 9.为了求取测试装置本身的动态特性，常用的实验方法是_____和_____。 10.连续信号()x t 与0()t t δ-进行卷积其结果是：0()()x t t t δ*-= _____。其几何意义是_____。 二、选择题（20分，每题2分） 1．直流电桥同一桥臂增加应变片数时，电桥灵敏度将( )。 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 相乘 B ．相加 C ．相减 D.相除 3．描述周期信号的数学工具是( )。 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，( )是周期信号。 A ． 5cos100()00t t x t t π?≥?=??
第二章信号分析基础 （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 _信号_，其中目前应用最广泛的是电信号。 2、 信号的时域描述，以_时间一为独立变量；而信号的频域描述，以 _频率_为独立变量。 3、 周期信号的频谱具有三点： 离散性 , 谐波性，收敛性。 4、 非周期信号包括 准周期 信号和 瞬态非周期 信号。 5、 描述随机信号的时域特征参数 ,有均值 x ，均方值 2 、、, 2 x ，方差 x 6、 对信号的双边谱而言，实频谱 （幅频 总是偶 对称，虚频谱（相频谱）总是奇 对 称。 7、 信号x （t ）的均值口 x 表示信号的 直流 分量，方差 2 x 描述信号的 波动量。 2 7、当延时T = 0时，信号的自相关函数 R x （O ）= x ，且为R X （T ）的—均方—值。 9、 周期信号的自相关函数是 一同频率—周期信号，但不具备原信号的 —相位—信息。 10、 为了识别信号类型，常用的信号分析方法有 _概率密度函数_、和 ___________ 自相关函 数。 11、 为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有—傅里叶变换法—、 和 _____ 滤波法 ________________________ 2 12、 设某一信号的自相关函数为 Acos （），则该信号的均方值为 x =A ,均方根值为 X rms = '、A o （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。 （对） 2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。 （对） 3、 非周期信号的频谱一定是连续的。 （错） 4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。 （错） 5、 随机信号的频域描述为功率谱。 （对） 6、 互相关函数是偶实函数。（错 ） （三）单项选择题 1、 下列信号中功率信号是（ ）o
《机械工程测试技术基础》课程试题A 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绝对误差。 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。 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傅式三角级数的各项系数，而双边频谱图的依据数学表达式是傅式复指数级数中的各项级数。 7．信号的有效值又称为均方根值，有效值的平方称为均方值，它描述测试信号的强度(信号的平均功率)。 8．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。 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0()t t δ-进行卷积其结果是：0()()x t t t δ*-= X(t-t0)。其几何意义是把原函数图像平移至t0的位置处。 二、选择题（20分，每题2分） 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，(C)是周期信号。 A ．5cos100()00t t x t t π?≥?=??
关于机械工程测试技术的 发展及其应用领地的探索 1、引言21世纪是一个伟大的世纪，对于一个学习机械工程类的学生而言，要想在这个充满魔力的世纪里大放光彩，为祖国的繁荣发展贡献出自己的一份力量，在市场逐渐趋于饱和状态的同时能够独立创新，迎合时代的发展，这就对我们当代大学生就提出了一个空前的挑战和机遇。 2，关于我国机械制造业的现状目前，我国机械制造业远远落后于世界发达国家，特别在高技术含量，大型高效或精密、复杂的机电新产品开发方面，缺乏现代设计理论和知识的积累，实验研究和开发能力较弱，停留在引进与仿制国外同类产品阶段，大部分关键机电产品不能自主开发和独立设计，仍然需要依靠进口或引进技术。造成这种情况的重要原因之一就是缺乏掌握现代设计理论知识，具有实验研究和创新开发能力的人才 工业设备在制造过程及整机性能测试中离不开各种机械量和几何量，有些工业设备在运行中还要经常对多种物量进行检测或监视，包括位移、速度、加速度、力、力矩、功率、压力、流量、温度、硬度、密度、湿度、比重、黏度、长度、角度、形状、位置、表面粗糙度、表面波形等，这些均属于物理量。实际生产、生活和科学实验中还会遇到化学量、生物量（包括医学），而所有这一切，从信号工程的角度来看，都需要通过传感器，将其转换成电信号（近代还可以转换成光信号），而后再进行信号的传输、处理、存储、显示、控制……，
从信息的角度看，这些信号连同声音和图象信息都是信息的源头，所以传感器和检测仪表、测量仪表是信息科学技术的三部分（信息获取、信息传输、信息处理）中的重要部分 为有效控制机电一体化系统的运作提供必须的相关信息。随着人类探知领域和空间的拓展，电子信息种类日益繁多，信息传递速度日益加快，信息处理能力日益增强，相应的信息采集——传感技术也将日益发展，传感器也将无所不在。逐步在世界范围内掀起一股“检测传感器热”，各先进工业国都极为重视传感技术和传感器研究、开发和生产，检测传感器及其系统生产已成为重要的新兴行业。传感器技术包括敏感机理，敏感材料，工艺设备和计测技术四个方面约有30多种技术。随着微电子技术的发展，传感器技术发展很快，我国研发的力量尚需大量投入，特别要加强具存自主知识产权的传感器的创新开发。科研成果的转化及传感器生产产业化问题，在我国更是迫在眉睫的问题，在批量生产情况下，控制传感器产品性能（主要是稳定性、可靠性），使之合格率达到商业化产业要求，就需要有先进的制造工艺和自动化水平很高的工艺设备，因此应在开发专用工艺设备上下功夫，解决传感器生产产业化的“瓶颈”问题。在传感器的应用上，特别是新型传感器的应用上，还得大力推广，改革开放创造了市场经济条件，各种工业设备应用了先进的传感器，这扩大了传感器市场，也使我国新型传感器生产产业化有了动力。 在传感器生产产业化过程中，应该在引进国际技术和自主创新两方面都不放松。在引进国外先进技术中，可以提高自己的技术，
第1章绪论 1 计量、测试、测量的概念。 2 测试系统的组成及各环节的作用，并举例说明。 第2章传感器 1 在机械式传感器中，影响线性度的主要因素是什么？可举例说明。 解答：主要因素是弹性敏感元件的蠕变、弹性后效等。 2 试举出你所熟悉的五种机械式传感器，并说明它们的变换原理。 解答：气压表、弹簧秤、双金属片温度传感器、液体温度传感器、毛发湿度计等。 3 电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各有何优缺点？应如何针对具体情况来选用？ 解答：电阻丝应变片主要利用形变效应，而半导体应变片主要利用压阻效应。 电阻丝应变片主要优点是性能稳定，现行较好；主要缺点是灵敏度低，横向效应大。 半导体应变片主要优点是灵敏度高、机械滞后小、横向效应小；主要缺点是温度稳定性差、灵敏度离散度大、非线性大。 选用时要根据测量精度要求、现场条件、灵敏度要求等来选择。 4 有一电阻应变片，其灵敏度S g＝2，R＝120。设工作时其应变为1000，问R＝？设将此应变片接成如图所示的电路，试求：1）无应变时电流表示值；2）有应变时电流表示值；3）电流表指示值相对变化量；4）试分析这个变量能否从表中读出？ 解：根据应变效应表达式R/R=S g得 R=S g R=2100010-6120=0.24 1）I1=1.5/R=1.5/120=0.0125A=12.5mA 2）I2=1.5/(R+R)=1.5/(120+0.24)0.012475A=12.475mA 3）=(I2-I1)/I1100%=0.2% 4）电流变化量太小，很难从电流表中读出。如果采用高灵敏度小量程的微安表，则量程不够，无法测量12.5mA的电流；如果采用毫安表，无法分辨0.025mA的电流变化。一般需要电桥来测量，将无应变时的灵位电流平衡掉，只取有应变时的微小输出量，并可根据需要采用放大器放大。 3-5 电感传感器（自感型）的灵敏度与哪些因素有关？要提高灵敏度可采取哪些措施？采取这些措施会带来什么样后果？
机械工程测试技术课后 习题答案 集团标准化小组：[VVOPPT-JOPP28-JPPTL98-LOPPNN]
第三章：常用传感器技术 3-1 传感器主要包括哪几部分？试举例说明。 传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成。 如图所示的气体压力传感器。其内部的膜盒就是敏感元件，它的外部与大气压力相通，内部感受被测压力p ，当p 发生变化时，引起膜盒上半部分移动，可变线圈是传感器的转换元件，它把输入的位移量转换成电感的变化。基本电路则是完成上述电感变化量接入基本转换电路，便可转换成电量输出。 3-2 请举例说明结构型传感器与物性型传感器的区别。 答：结构型传感器主要是通过传感器结构参量的变化实现信号变换的。例如，电容式传感器依靠极板间距离变化引起电容量的变化；电感式传感器依靠衔铁位移引起自感或互感的变化。 物性型传感器则是利用敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换。例如，水银温度计是利用水银的热胀冷缩性质；压电式传感器是利用石英晶体的压电效应等。 3-3 金属电阻应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？ 答： （1）金属电阻应变片是基于金属导体的“电阻应变效应”， 即电阻材料在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化的现象，其电阻的相对变化为()12dR R με=+； （2）半导体应变片是基于半导体材料的“压阻效应”，即电阻材料受到载荷作用而产生应力时，其电阻率发生变化的现象，其电阻的相对变化为dR d E R ρλερ == 。 3-4 有一电阻应变片（见图3-105），其灵敏度S 0=2，R =120Ω，设工作时其 应变为1000με，问ΔR =？设将此应变片接成图中所示的电路，试求：1）无应变时电流指示值；2）有应变时电流指示值；3）试分析这个变量能否从表中读出？ 解：根据应变效应表达式R /R =S g 得 R =S g R =2100010-6120=0.24 1）I 1=1.5/R =1.5/120=0.0125A=12.5mA 2）I 2=1.5/(R +R )=1.5/(120+0.24)0.012475A=12.475mA 图3-105 题3-4图
机械工程测试技术基础第三版熊诗波 绪论 0-1 叙述我国法定计量单位的基本内容。 解答：教材P4~5，二、法定计量单位。 0-2 如何保证量值的准确和一致？ 解答：（参考教材P4~6，二、法定计量单位~五、量值的传递和计量器具检定） 1、对计量单位做出严格的定义； 2、有保存、复现和传递单位的一整套制度和设备； 3、必须保存有基准计量器具，包括国家基准、副基准、工作基准等。 3、必须按检定规程对计量器具实施检定或校准，将国家级准所复现的计量单位量值经过各级计算标准传递到工作计量器具。 0-3 何谓测量误差？通常测量误差是如何分类表示的？ 解答：（教材P8~10，八、测量误差） 0-4 请将下列诸测量结果中的绝对误差改写为相对误差。 ①1.0182544V±7.8μV ②(25.04894±0.00003)g ③(5.482±0.026)g/cm2 解答： ① ② ③ 0-5 何谓测量不确定度？国际计量局于1980年提出的建议《实验不确定度的规定建议书INC-1(1980)》的要点是什么？ 解答： (1)测量不确定度是表征被测量值的真值在所处量值范围的一个估计，亦即由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。 (2)要点：见教材P11。 0-6为什么选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程？为什么是用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用？用量程为150V的0.5级电压表和量程为30V的1.5级电压表分别测量25V电压，请问哪一个测量准确度高？ 解答： (1)因为多数的电工仪表、热工仪表和部分无线电测量仪器是按引用误差分级的（例如，精度等级为0.2级的电表，其引用误差为0.2%），而 引用误差=绝对误差/引用值 其中的引用值一般是仪表的满度值(或量程)，所以用电表测量的结果的绝对误差大小与量程有关。量程越大，引起的绝对误差越大，所以在选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程。
《机械工程测试技术基础》课后答案 章节测试题 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 点： ， ， 。 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×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t x t x ωsin )(0=的绝对均值μ|x|和均方根值x rms 。 2、 求正弦信号)sin()(0?ω+=t x t x 的均值x μ，均方值2x ψ，和概率密度函数p(x)。 3、 求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。 4、 求被截断的余弦函数???≥<=T t T t t t x ||0 ||cos )(0ω的傅立叶变换。 5、 求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t e t x at ω的频谱。 第二章 测试装置的基本特性 （一）填空题 1、 某一阶系统的频率响应函数为121 )(+=ωωj j H ，输入信号2 sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω ，幅值=y ，相位=φ 。 2、 试求传递函数分别为5.05.35.1+s 和222 4.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的 总灵敏度。 3、 为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有 、 和 。 4、 当测试系统的输出)(t y 与输入)(t x 之间的关系为)()(00t t x A t y -=时，该系统能实现 测试。此时，系统的频率特性为=)(ωj H 。 5、 传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的 越小。 6、 一个理想的测试装置，其输入和输出之间应该具有 关系为最佳。 （二）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
《机械故障诊断基础》教学大纲 课程类别：选修课(专业课) 适用专业；机械设计制造及其自动化 执行学时：24学时 一、本课程在培养计划中的作用 （一）本课程是一门专业课，研究的内容为机械系统动态信号处理与分析及以上内容在典型机械零部件运行过程中的状态分析与识别。在本课程中，培养学生利用所学知识正确分析与判断典型机械零部件运行过程中的状态的技能，并了解掌握故障诊断知识的更新及发展动向。 （二）基本要求 1 、从进行机械故障诊断所必备的基本知识与方法出发，学生学完本课程后应具备下列几方面的知识： （1）机械系统动态信号处理与分析方法 （2）转轴组件的振动特性的描述及故障分析方法。 （3）滚动轴承的振动特性的描述及故障分析方法。 （4）齿轮箱的振动特性的描述及故障分析方法。 （5）红外检测技术。 （6）润滑油样分析。 2 、本课程实践性很强，所以实验课是达到本课程教学要求和使学生经受工程技术训练必不可少的环节。开设实验应不少于6学时，重点为典型机械零部件运行过程中振动信号的测试与分析，典型故障信号的分析与故障判断。 （三）与其它课程的联系 在学习本课程之前应具有《机械工程测试技术基础》课程的知识。 讲课学时的分配： 概述 1 学时 信号分析方法及应用 3 学时 机械故障诊断依据的标准 2学时 转轴组件的振动特性描述及故障分析 2 学时 滚动轴承的振动特性的描述及故障分析 2学时
齿轮箱的振动特性的描述及故障分析 2 学时 红外检测技术 2学时 润滑油样分析 2 学时 实验 6学时 总讲课学时 22学时 考试 2 学时 二、课程内容的重点、先进性、实用性和特点 本课程属专业课，与前设课程《机械工程测试技术基础》课程衔接紧密，并直接应用于生产实践、科学研究与日常生活有关振动噪声、力、温度等参量的测试及状态判断中。 近年来，随着传感技术、电子技术、信号处理与计算机技术的突破性进展，《机械故障诊断基础》课程从理论、方法到应用领域都发生了很大的改变。要求本课程的讲授要知识面广、实践性强，结合新理论、新方法及新的使用领域，使学生了解前沿动态。 三、授课大纲 概述 课程的内容、方法。诊断信息的来源、获取，典型故障示例，学习方法。 第一章信号分析方法及应用 1、时域分析与频域分析。 2、时域与频域的转换。 3、时、频域信号中蕴涵的信息分析。 第二章机械故障诊断依据的标准 1、故障诊断的绝对判断标准 2、故障诊断的相对判断标准 3、故障诊断的类比判断标准 4、几种判断标准的选用及判断实例。 第三章转轴组件的振动特性描述及故障分析 1、转轴组件的振动机理 2、转轴组件的振动原因识别 3、现场平衡技术 第四章滚动轴承的振动特性的描述及故障分析 1、滚动轴承失效的基本形式 2、滚动轴承的振动机理 3、滚动轴承的振动监测及故障判别
第二章 信号分析基础 （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 信号 ，其中目前应用最广泛的是电信号。 2、 信号的时域描述，以 时间 为独立变量；而信号的频域描述，以 频率 为独立变量。 3、 周期信号的频谱具有三点： 离散性 ， 谐波性 ， 收敛性 。 4、 非周期信号包括 准周期 信号和 瞬态非周期 信号。 5、 描述随机信号的时域特征参数,有均值x μ，均方值2x ψ，方差2 x σ 6、 对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是 偶 对称，虚频谱（相频谱）总是 奇 对 称。 7、信号x(t)的均值μx 表示信号的 直流 分量，方差2x σ描述信号的 波动量 。 7、 当延时τ＝0时，信号的自相关函数R x (0)= 2x ψ，且为R x (τ)的 均方 值。 9、 周期信号的自相关函数是 同频率 周期信号，但不具备原信号的 相位 信息。 10、 为了识别信号类型，常用的信号分析方法有 概率密度函数 、和 自相关函 数 。 11、为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有 傅里叶变换法 、 和 滤波法 12、 设某一信号的自相关函数为)cos(ωτA ，则该信号的均方值为2 x ψ=A ，均方根值 为x rms = （二）判断对错题（用√或×表示） 1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。（对 ） 2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。（对 ） 3、 非周期信号的频谱一定是连续的。（错 ）
4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。（错 ） 5、 随机信号的频域描述为功率谱。（对 ） 6、 互相关函数是偶实函数。（错 ） （三）单项选择题 1、下列信号中功率信号是（ ）。 A.指数衰减信号 B.正弦信号、 C.三角脉冲信号 D.矩形脉冲信号 2、周期信号x(t) = sin(t/3)的周期为（ ）。 A. 2π/3 B. 6π C. π/3 D. 2π 3、下列信号中周期函数信号是（ ）。 A.指数衰减信号 B.随机信号 C.余弦信号、 D.三角脉冲信号 4、设信号的自相关函数为脉冲函数，则自功率谱密度函数必为（ ）。 A. 脉冲函数 B. 有延时的脉冲函数 C. 零 D. 常数 5、两个非同频率的周期信号的相关函数为（ ）。 A. 0 B. 1 C. π D. 周期信号 6、概率密度函数提供的信号的信息是（ ）。 A. 沿频率轴分布 B. 沿时域分布 C. 沿幅值域分布 D. 沿强度分布 7、不能用确定的数学公式表达的信号是（ ）。 A ．复杂周期信号 B ．瞬态信号 C ．随机信号 D.非周期信号 8、已知函数x(t)的傅里叶变换为X(f)，则函数y(t)=2x(3t)的傅里叶变换为（ ）。 A ． )3( 2f X B ．)3(32f X C ． )(3 2f X D ． 2X(f) （四）简答和计算题 1、 求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值μ|x|和均方根值x rms 。 2、 求正弦信号)sin()(0?ω+=t x t x 的均值x μ，均方值2x ψ，和概率密度函数p(x)。 3、 求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。
2-1 一个测试系统与其输入和输出间的关系各有哪几种情形？试分别用工程实例加以说明。 答：测试系统与输入、输出的关系大致可以归纳为以下三类问题： (1)当输入和输出是可观察的或已知量时，就可以通过他们推断系统的传输特性，也就是求出系统的结构与参数、建立系统的数学模型。此即 系统辨识 问题。 (2)当系统特性已知，输出可测时，可以通过他们推断导致该输出的输入量，此即滤波与预测问题，有时也称为载荷识别问题。 (3)当输入和系统特性已知时，则可以推断和估计系统的输出量，并通过输出来研究系统本身的有关结构参数，此即系统分析问题。 2-2什么是测试系统的静特性和动特性？两者有哪些区别？如何来描述一个系统的动特性？ 答：当被测量是恒定的或是缓慢变化的物理量时，便不需要对系统做动态描述，此时涉及的就是系统的静态特性。测试系统的静态特性，就是用来描述在静态测试的情况下，实际的测试系统与理想的线性定常系统之间的接近程度。静态特性一般包括灵敏度、线性度、回程误差等。 测试系统的动态特性是当被测量（输入量）随时间快速变化时，输入与输出（响应）之间动态关系的数学描述。 静特性与动态性都是用来反映系统特性的，是测量恒定的量和变化的量时系统所分别表现出的性质。 系统的动态特性经常使用系统的传递函数和频率响应函数来描述。 2-3传递函数和频率响应函数均可用于描述一个系统的传递特性，两者有何区别？试用工程实例加以说明。 答：传递函数是在复数域中描述系统特性的数学模型。频率响应函数是在频域中描述系统特性的数学模型。 2-4 不失真测试的条件时什么？怎样在工程中实现不失真测试？ 答：理想情况下在频域描述不失真测量的输入、输出关系：输出与输入的比值为常数，即测试系统的放大倍数为常数；相位滞后为零。在实际的测试系统中，如果一个测试系统在一定工作频带内，系统幅频特性为常数，相频特性与频率呈线性关系，就认为该测试系统实现的测试时不失真测试。 在工程中，要实现不失真测试，通常采用滤波方法对输入信号做必要的预处理，再者要根据测试任务的不同选择不同特性的测试系统，如测试时仅要求幅频或相频的一方满足线性关系，我们就没有必要同时要求系统二者都满足线性关系。对于一个二阶系统，当3.0n <ωω时，测试装置选择阻尼比为0.6~0.8的范围内，能够得到较好的相位线性特性。当3n >ωω时，可以用反相器或在数据处理时减去固定的180°相位差来获得无相位差的结果，可以认为此时的相位特性满足精确测试条件。 2-5 进行某动态压力测量时，所采用的压电式力传感器的灵敏度为90.9nC/MPa ，将它与增益为0.005V/nC 的电荷放大器相连，电荷放大器的输出接到一台笔式记录仪上，记录仪的灵敏度为20mm/V 。试计算这个测试系统的总灵敏度。当压力变化为3.5MPa 时，记录笔在记录本上的偏移量是多少？ 答：由题意知此系统为串联系统，故 321S S S S ++=总 而 1S =90.9nC/MPa ，2S =0.005V/nC,3S =20mm/V
机械工程测试技术试卷 及答案 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-
《机械工程测试技术基础》试题1 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 ，改善非线性，进行 补偿。 4.为了 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 桥臂上。 5．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 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 ，而双边频谱图的依据数学表达式是 。 7．信号的有效值又称为 ，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．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 ，后者频谱特点是 。 9.为了求取测试装置本身的动态特性，常用的实验方法是 和 。 10.连续信号()x t 与0()t t δ-进行卷积其结果是： 0()()x t t t δ*-= 。其几何意义 是 。 二、 选择题（20分，每题2分） 1．直流电桥同一桥臂增加应变片数时，电桥灵敏度将( )。
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 相乘 B ．相加 C ．相减 D.相除 3．描述周期信号的数学工具是( )。 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，( )是周期信号。 A ．5cos100()0 t t x t t π? ≥?=? ?
机械工程测试技术基础习题解答 教材：机械工程测试技术基础，熊诗波黄长艺主编，机械工业出版社，2006年9月第3版第二次印刷。 绪论 0-1 叙述我国法定计量单位的基本内容。 解答：教材P4~5，二、法定计量单位。 0-2 如何保证量值的准确和一致？ 解答：（参考教材P4~6，二、法定计量单位~五、量值的传递和计量器具检定） 1、对计量单位做出严格的定义； 2、有保存、复现和传递单位的一整套制度和设备； 3、必须保存有基准计量器具，包括国家基准、副基准、工作基准等。 3、必须按检定规程对计量器具实施检定或校准，将国家级准所复现的计量单位量值经过各级计算标准传递到工作计量器具。 0-3 何谓测量误差？通常测量误差是如何分类表示的？ 解答：（教材P8~10，八、测量误差） 0-4 请将下列诸测量结果中的绝对误差改写为相对误差。 ①1.0182544V±7.8μV ②(25.04894±0.00003)g ③(5.482±0.026)g/cm2 解答： ①-66 ±?≈± 7.810/1.01825447.6601682/10 ②6 ±≈± 0.00003/25.04894 1.197655/10
③0.026/5.482 4.743 ±≈‰ 0-5 何谓测量不确定度？国际计量局于1980年提出的建议《实验不确定度的规定建议书INC-1(1980)》的要点是什么？ 解答： (1)测量不确定度是表征被测量值的真值在所处量值范围的一个估计，亦即由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。 (2)要点：见教材P11。 0-6为什么选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程？为什么是用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用？用量程为150V 的0.5级电压表和量程为30V的1.5级电压表分别测量25V电压，请问哪一个测量准确度高？ 解答： (1)因为多数的电工仪表、热工仪表和部分无线电测量仪器是按引用误差分级的（例如，精度等级为0.2级的电表，其引用误差为0.2%），而 引用误差=绝对误差/引用值 其中的引用值一般是仪表的满度值(或量程)，所以用电表测量的结果的绝对误差大小与量程有关。量程越大，引起的绝对误差越大，所以在选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程。 (2)从(1)中可知，电表测量所带来的绝对误差=精度等级×量程/100，即电表所带来的绝对误差是一定的，这样，当被测量值越大，测量结果的相对误差就越小，测量准确度就越高，所以用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用。