机械工程测试技术基础(第三版)试卷及答案集

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、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）３、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=0.2，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？。

第二章 测试装置的基本特性2-1 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，而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 。

试计算这个测量系统的总灵敏度。

当压力变化为3.5MPa 时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？解：若不考虑负载效应，则各装置串联后总的灵敏度等于各装置灵敏度相乘，即 S =90.9(nC/MPa)⨯0.005(V/nC)⨯20(mm/V)=9.09mm/MPa 。

偏移量：y =S ⨯3.5=9.09⨯3.5=31.815mm 。

2-2 用一个时间常数为0.35s 的一阶装置去测量周期分别为1s 、2s 和5s 的正弦信号，问稳态响应幅值误差将是多少？解：设一阶系统1()1H s s τ=+，1()1H j ωτω=+2211()()21()1()A H Tωωπττω===++，T 是输入的正弦信号的周期稳态响应相对幅值误差()1100%A δω=-⨯，将已知周期代入得58.6%1s 32.7%2s 8.5%5s T T T δ=⎧⎪≈=⎨⎪=⎩2-3 求周期信号x (t )=0.5cos10t +0.2cos(100t −45︒)通过传递函数为H (s )=1/(0.005s +1)的装置后得到的稳态响应。

解：1()10.005H j ωω=+，21()1(0.005)A ωω=+，()arctan(0.005)ϕωω=-该装置是一线性定常系统，设稳态响应为y (t )，根据线性定常系统的频率保持性、比例性和叠加性得到y (t )=y 01cos(10t +ϕ1)+y 02cos(100t −45︒+ϕ2) 其中010121(10)01(0.y A x ==⨯≈+⨯，1(10)arctan(0.00510) 2.86ϕϕ==-⨯≈-︒020221(100)0.20.1791(0.005100)y A x ==⨯≈+⨯，2(100)arctan(0.005100)26.57ϕϕ==-⨯≈-︒所以稳态响应为()0.499cos(10 2.86)0.179cos(10071.57)y t t t =-︒+-︒2-5 想用一个一阶系统做100Hz 正弦信号的测量，如要求限制振幅误差在5%以内，那么时间常数应取多少？若用该系统测量50Hz 正弦信号，问此时的振幅误差和相角差是多少？解：设该一阶系统的频响函数为1()1H j ωτω=+，τ是时间常数则 21()1()A ωτω=+稳态响应相对幅值误差21()1100%1100%1(2)A f δωπτ⎛⎫⎪=-⨯=-⨯ ⎪+⎝⎭令δ≤5%，f =100Hz ，解得τ≤523μs 。

机械工程测试技术基础习题解答第一章 信号的分类与描述1-1 求周期方波（见图1-4）的傅里叶级数（复指数函数形式），划出|c n |–ω和φn –ω图，并与表1-1对比。

解答：在一个周期的表达式为00 (0)2() (0)2T A t x t T A t ⎧--≤<⎪⎪=⎨⎪≤<⎪⎩.积分区间取（-T/2，T/2）00000002202002111()d =d +d =(cos -1) (=0, 1, 2, 3, )L T T jn tjn tjn t T T n c x t et Aet Ae tT T T Ajn n n ωωωππ-----=-±±±⎰⎰⎰所以复指数函数形式的傅里叶级数为001()(1cos )jn tjn t n n n Ax t c ejn e n∞∞=-∞=-∞==--∑∑ωωππ，=0, 1, 2, 3, n ±±±L 。

(1cos ) (=0, 1, 2, 3, )0nI nR A c n n n c ⎧=--⎪±±±⎨⎪=⎩L ππ21,3,,(1cos )00,2,4,6, n An A c n n n n ⎧=±±±⎪==-=⎨⎪=±±±⎩L Lπππ 图1-4 周期方波信号波形图1,3,5,2arctan 1,3,5,200,2,4,6,nI n nR πn c πφn c n ⎧-=+++⎪⎪⎪===---⎨⎪=±±±⎪⎪⎩L LL 没有偶次谐波。

其频谱图如下图所示。

1-2 求正弦信号0()sin x t x ωt =的绝对均值x μ和均方根值rms x 。

解答：0002200000224211()d sin d sin d cos TTT Tx x x x x μx t t x ωt t ωt t ωt T T TT ωT ωπ====-==⎰⎰⎰rmsx ==== 1-3 求指数函数()(0,0)atx t Ae a t -=>≥的频谱。

机械工程测试技术基础(第三版)课后答案全集机械工程测试技术基础(第三版)课后答案全集第一章测试与测量基础知识1. 概述机械工程测试技术是机械工程领域中非常重要的一部分。

它涉及到测量、测试和控制等方面的知识，为机械设计和制造提供了重要的支撑。

本章将介绍测试与测量的基础知识，为后续章节的学习打下基础。

2. 测试与测量的概念测试是指根据一定的方法和程序对被测对象进行实验或观察，并获取数据以评价其性能、特性或状态的过程。

测量是指采用设备、仪器或传感器等工具对被测对象进行定量或定性分析的过程。

3. 测试与测量的分类测试与测量可按照被测量的对象、被测量的量理性质、测试方法等进行分类。

按照被测量的对象可分为机械测试、电气测试、化学测试等。

按照被测量的量理性质可分为温度、压力、力量、速度等。

按照测试方法可分为直接测量和间接测量等。

4. 测量数据的误差与精度在测量过程中，会存在着各种误差，如系统误差、随机误差和人为误差等。

误差的存在会影响到测量结果的准确性和可靠性。

精度是指测量结果与被测量真实值之间的接近程度，可以通过误差精度限制来描述。

5. 测量数据的处理在实际测试过程中，我们往往需要对测量数据进行处理和分析。

常用的方法包括平均值、标准差、方差、相关系数等。

这些方法可以帮助我们更好地理解和利用测量数据。

第二章机械测试技术基础知识1. 概述机械测试技术是机械工程中的一个重要分支，它主要涉及到各种机械性能的测试和测量。

本章将介绍机械测试技术的基础知识，包括机械测试的目的、方法和步骤等。

2. 机械测试的目的机械测试主要是为了评价机械产品的性能和质量，以指导机械设计和制造的改进。

通过对机械产品进行测试，可以了解其强度、刚度、疲劳寿命、噪声等性能指标，为产品的改进提供依据。

3. 机械测试的方法机械测试的方法包括静态测试和动态测试两种。

静态测试是指在静止状态下对机械产品进行测试，如材料的拉伸试验、硬度测试等。

动态测试是指在运动状态下对机械产品进行测试，如振动测试、冲击试验等。

机械工程测试技术基础试卷及答案公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]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连续的。

２、均方值Ψx 2表示的是信号的强度，它与均值μx、方差σx2的关系是￠x2=Hx2+óx2。

３、测试信号调理电路主要有电桥、放大、调制解调电路。

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（fc2）和高通滤波器（fc1）而成（fc2> fc1）。

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、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）３、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Rx(τ) 。

机械工程测试技术基础习题解答第一章 信号的分类与描述1-1 求周期方波（见图1-4）的傅里叶级数（复指数函数形式），划出|c n |–ω和φn –ω图，并与表1-1对比。

解答：在一个周期的表达式为00 (0)2() (0)2T A t x t T A t ⎧--≤<⎪⎪=⎨⎪≤<⎪⎩. 积分区间取（-T/2，T/2）所以复指数函数形式的傅里叶级数为001()(1cos )jn tjn tn n n Ax t c ejn e n∞∞=-∞=-∞==--∑∑ωωππ，=0, 1, 2, 3, n ±±±L 。

没有偶次谐波。

其频谱图如下图所示。

图1-4 周期方波信号波形1-2 求正弦信号0()sin x t x ωt =的绝对均值x μ和均方根值rms x 。

解答：0002200000224211()d sin d sin d cos TTT Tx x x x x μx t t x ωt t ωt t ωt T T TT ωT ωπ====-==⎰⎰⎰1-3 求指数函数()(0,0)at x t Ae a t -=>≥的频谱。

解答：1-4 求符号函数(见图1-25a)和单位阶跃函数(见图1-25b)的频谱。

|c n|φnπ/2-π/2ωω ω0 ω0 3ω0 5ω0 3ω5ω02A/π 2A/3π 2A/5π 幅频图相频图 周期方波复指数函数形式频谱图2A/5π 2A/3π 2A/π -ω0 -3ω0-5ω0-ω0 -3ω0 -5ω0 单边指数衰减信号频谱图f|X (f )|A /φ(f ) fπ/2-π/2a)符号函数的频谱t =0处可不予定义，或规定sgn(0)=0。

该信号不满足绝对可积条件，不能直接求解，但傅里叶变换存在。

可以借助于双边指数衰减信号与符号函数相乘，这样便满足傅里叶变换的条件。

先求此乘积信号x 1(t)的频谱，然后取极限得出符号函数x (t )的频谱。

机械工程测试技术基础习题解答第一章信号的分类与描述1-1 求周期方波（见图1-4）的傅里叶级数（复指数函数形式），划出| c n| –ω和φn –ω图，并与表1-1 对比。

x(t)A⋯T0T0 ⋯22T 00 tT-A图1-4 周期方波信号波形图解答：在一个周期的表达式为x(t )TA ( t 0)2TA (0 t )2.积分区间取（-T/2 ，T/2 ）T T0 01 1 1jn t jn t jn t2 20 0 0c x(t)e dt = Ae dt +Ae dtn TTT T T0 2 0 02A= j (cos n -1) ( n=0, 1, 2, 3, )n所以复指数函数形式的傅里叶级数为0 A 1 0jn t jn t x (t ) c e j (1 cos n ) enn nn ，n =0, 1, 2, 3, 。

Ac (1 cos n ) nIn (n =0, 1, 2, 3, )cnR2 An 1, 3, , A2 2c c c (1 cos n ) nn nR nIn0 n 0, 2, 4, 6,π2n 1, 3, 5,c πnIφarctan n 1, 3, 5,nc 2nR0 n 0, 2, 4, 6,没有偶次谐波。

其频谱图如下图所示。

|c n|φn2A/π2A/ππ/22A/ 3π2A/ 3π2A/ 5π-5ω0 -3ω0 -ω0ω03ω0 5ω02A/ 5πω-π/2-5ω0 -3ω0 -ω0 ω0 3ω0 5ω0ω幅频图相频图周期方波复指数函数形式频谱图1-2 求正弦信号x (t) x sin ωt 的绝对均值0 μ和均方根值x rm s 。

x解答：T T1 12 x x x x 2T T0 2 2 0 μx(t )dt x sin ωt dt sin ωtdt cos ωtx 0 0T T T TωTωπ0 021 T 1 T x T 1 cos 2ωt x2 2 2 0 0x x (t )d t x sin ωtdt dtrms 0T T T 2 20 0 0at1-3 求指数函数( ) ( 0, 0)x t Ae a t 的频谱。

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Ψx 2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、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）３、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=0.2，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？。

《机械工程测试技术基础》-第三版绪 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/cm 2 解答： ①-667.810/1.01825447.6601682/10±⨯≈±②60.00003/25.04894 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。

机械工程测试技术基础习题解答第一章信号的分类与描述1-1 求周期方波(见图1-4)的傅里叶级数(复指数函数形式)，划出|c|–ω和φ–nnω图，并与表1-1对比。

x(t)ATT00 … … ,22t 0 T ,T00-A图1-4 周期方波信号波形图解答:在一个周期的表达式为T,0,,,,At (0),,2xt(),. ,T0, (0)At,,,,2积分区间取(-T/2，T/2)TT000111,,,jntjntjnt,,,22000cxtetAetAet,,()d=d+dTTn0,,,0,0,TTT20002A,jnn,,, =(cos-1) (=0, 1, 2, 3, )n,所以复指数函数形式的傅里叶级数为,,A1jntjnt,,00 ，。

,,,,,n=0, 1, 2,3, ,,,xtcejne()(1cos),,n,nnn,,,,,,A,(1cos),cn,,,,nI (=0, 1, 2, 3, )n,,, n,,,0c,nR,,2A n ,,,,1,3,,A,22,cccn ,，,,,(1cos) ,n,nnRnIn,,00,2,4,6, n,,,,,π,,,，，，n1,3,5,,2,cπ,nI arctan1,3,5,φ,,,,,,n,nc2nR,00,2,4,6,n,,,,,,,没有偶次谐波。

其频谱图如下图所示。

| |cnφn2A/π 2A/ππ/2ω 5ω 3ω0002A/3π 2A/3π 2A/5π 2A/5π -5ω -3ω ω -ω000-π/2 ω -5ω -3ω -ω ω 3ω 5ω 000000幅频图相频图周期方波复指数函数形式频谱图1-2 求正弦信号的绝对均值和均方根值。

xtx()sin,ωtμx0rmsx解答:TTTT2242xxxx11000022μ,,,,,,,xttx()dsindsindcosωttωttωt0x,,,0000TTTTωTωπ2TTTxx111cos2,ωt22200 xxttx,,,,()dsinddωtttrms0,,,000TTT22,at 1-3 求指数函数的频谱。

机械⼯程测试技术基础试题及答案三（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。

（）（⼆）1、√；2、√；3、╳；4、╳；5、√；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)(t x ⼀定时，系统的输出)(t y 将完全取决于传递函数)(s H ，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。

（）6、幅频特性是指响应与激励信号的振幅⽐与频率的关系。

（）（三）╳ √ √ √ ╳╳（三）判断对错题（⽤√或×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。

（）（三）√ √ ╳╳（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 3 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)(1ωQ 和)(2ωQ ，则两环节串联组成的测试系统，其相频特性为。

（1）)()(21ωωQ Q （2）)()(21ωωQ Q + （3）)()()()(2121ωωωωQ Q Q Q +（4）)()(21ωωQ Q -4、⼀阶系统的阶跃响应中，超调量 4 。

（1）存在，但<5％（2）存在，但<1（3）在时间常数很⼩时存在（4）不存在5、忽略质量的单⾃由度振动系统是 2 系统。