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机械工程测试技术基础

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一、填空题
1.电容式传感器可以通过改变遮盖面积、极板间距离、介电常数来改变电容量。

它可以
用来测量位移、速度、加速度、振动等参数。

2.周期三角波的频谱只包含常值分量、基波、奇次谐波的频率分量。

3.能用确切数学式表达的信号称为确定性信号，不能用确切数学表达的信号称为不确定
性信号。

4、半导体应变片是利用压阻效应进行工作的
5、从时域上看，系统的输出是输入与该系统脉冲响应函数。

6、在数字信号处理中，为避免频率混叠，应使被采样的模拟信号成为数字信号，还应
使采样频率满足采样定理即采样频率大于最高频率的两倍。

7、振动激励方式分为稳态正弦激振、随机激振、瞬态激振。

8、压电式传感器的测量电路（即前置放大器）有两种形式：电压放大器、电荷放大器。

9、一阶系统的动特性参数是时间常数，为使动态响应快，该参数小。

10、获得周期性时域信号的频谱用傅立叶级数的数学工具
11、获得非周期时域信号的频谱用傅立叶变换数学工具。

12、若采样频率过低，不满足采样定理，则采样离散信号的频谱会发生混迭现象。

13、低通滤波器的作用是滤除高频信号。

二、简答题
1、试述实现不失真测量的条件。

答：根据系统不失真传递信号的条件，系统应具有平直的幅频特性和具有负斜率的线性的相频特性，当ζ＝0.6～0.7时，在ω＝(0～0.58)ωn 的频率范围中，幅频
特性A(ω)的变化不超过5％，此时的相频特性曲线也接近于直线，所产生的相位
失真很小。

2、画出信号数字分析流程框图，简述各部分功能。

答：x﹝t﹞→预处理→A/D转换→
数字信号处
理器或计算→结果显示
y﹝t﹞→预处理→A/D转换→
信号预处理：把信号变成适于数字处理的形式，幅值调
理、滤波、隔离直流分量等；
A/D转换：模拟信号→数字信号。

采样、量化为数字量。

分析计算：采用数字信号处理器或计算机，对信号
分析与处理（数据截断、加窗、奇异点剔除、趋势分
离、数字滤波、时域分析、频域分析等）。

结果显示：数据或图形显示、D/A、记录、打印等。

3、简述相关分析的工程应用。

答：相关函数描述了信号波形的相关性（或相似程度），揭示了信号波形的结构特性。

相关分析作为信号的时域分析方法之一，为工程应用提供了重要信息，特
别是对于在噪声背景下提取有用信息。

4、说说设计测试系统的原则。

答：测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。

测试过程中传感器将反映被测对象特性的物理量，如压力、加速度、温度等，检出并转换为
电量，然后传输给中间变换装置；中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路
进行分析处理或经A/D变换后用软件进行计算，再将处理结果以电信号或数字
信号的方式传输给显示记录装置；最后由显示记录装置将测量结果显示出来，
提供给观察者或其他自动控制装置。

三、计算题
1、求所示信号的频谱
式中x 1(t ), x 2(t )是所示矩形脉冲。

解：求得x 1(t ), x 2(t )的频谱分别为
和根据傅里叶变换的线性性质和时移性质可得：
)
(t x )(1t x t
t
t )
(2t x )5.2()5.2(2
1)(21-+-=t x t x t x f f f X ππsin )(1=f f f X ππ3sin )(2=⎭⎬⎫⎩⎨⎧+=-f f e f X f j ππππ3sin sin )(215
()()()()
()()f f f j e f j e f j dt ft j e dt ft j e t x f x f x t x f x t x FT FT πππππππ1sin 212212212212
12212
1
,112211⨯=⎪⎪⎪⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛----=-⎰-=-⎰-=−→−−→−则设： ()()()()()()f j e f f f j e
f x t x f
f f j e f j e f j dt ft j e dt ft j e t x f x f j e f f
f j e f x t x FT FT πππππππππππππππ53sin 15.225.213sin 232232212232
32232
3
5sin 215.222
15.221222211-∙=-−→−-∴⨯=⎪⎪⎪⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛---=-⎰-=-⎰-=-∙=-−→−-∴
()()()⎪⎭
⎫ ⎝⎛+-∙=-∙+-∙=-+-=∴f f f j e f f j e f f
f j e f f f j e f x f j e f x f x ππππππππππππ3sin sin 215153sin 15sin 21552
121
2、一阶温度传感器，其时间常数τ=3.5 (s)，试求：将其快速放入某液体中测得温度误差在2％范围内所需的近似时间。

解：将温度传感器快速放入某液体中测量温度，属于其实质是阶跃输入根据阶跃输入状态下，一阶系统的响应特征，当t 约为4τ时，其输出值为输入值的98.2%，
另解：
误差在2%范围内达到稳定输出的98%
由()τt e t y --=1 即5.31%98t
e -
-= 解之得s t 145.344=⨯==τ
3.有一金属电阻应变片，其灵敏度S=2.5，R =120Ω，设工作时其应变为1200μ，问ΔR 是多少？若将此应变片与2V 直流电源组成回路，试求无应变时和有应变时回路的电流各是多少？
解:
由P59,公式(3-2)可知：
1 1τ
0 2τ 3τ 4τ 5τ
y (t )
t
6τ Ω=⨯⨯⨯===36.05.21012001206S R dR S R dR ξξ
无应变
有应变
mA A R U t i 3.8103.8120222)(3=⨯=⨯==-mA A R R U t i 8.5108.536.024022)(3=⨯=+=∆+=-。

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机械工程测试技术基础1-2

机械工程测试技术基础1-2


A( )
2 1
M
M
0
0
（五）卷积特性
两个函数x1(t)与x2(t)的卷积定义为：


x1
(
)
x
2
(t


)d
记作：
x1 (t) * x2 (t)
若： x1(t) X1( f ) 则：x1(t) * x2 (t) X1( f ) X 2 ( f )
x2 (t) X 2 ( f )
δ(t)的图示可用一长度为一个单位的线段来表示，线段位于 原点，表示当时间t0=0有一冲击。若线段位于 t=t0点，则 可定义δ函数的延迟为：

(t

t0
)

0 1
t t0 t t0 ，积分值仍为1。
（2） 函数的采样性质：如果 函数与某一连续函数f(t)相 乘，显然其乘积仅在t=0处为f(0) (t)，其余各点（t 0） 之乘积均为零。如果函数与某一连续函数f(t)相乘，并在
)dt

f (t0 )
由于经过此种处理，可将f(t)在任何时刻的值提取出来，所 以称其为筛选性质，或抽样性质。当对信号进行采样时，采 样的过程及采样后信号即可利用此种性质来进行描述.
（3） 函数的与其他函数的卷积：任何函数和函数 (t)的卷
积是一种最简单的卷积积分。例如，一个矩形函数x(t)与 函数
从面积（通常也称其为 函数的强度）的角度来看：


lim (t)dt

0
S (t)dt 1

(t)


0
t0 t 0
且
+
(t)dt 1
---称之为δ函数。
机械工程测试技术基础试题及答案

机械工程测试技术基础试题及答案

1、什么是测试装置的静态特性？常用哪几个特性参数来描述？答：测试装置的静态特性就是指在静态测量情况下描述实际测试装置及理想定常线性系统的接近程度。

常用的特性参数有灵敏度、线性度和回程误差等。

2、实现不失真测试的条件是什么？分别叙述一、二阶装置满足什么条件才能基本上保证不失真测试。

答：测试装置实现不失真测试的条件是A（ω）=A0=常数φ（ω）=-t0ω为满足上述条件，对于一阶装置，时间常数τ原则上越小越好，对于二阶装置一般选取ξ=0.6~0.8，ω=0~0.58ωn.3、调制波有哪几种？分别说明其含义，并指出常用的有哪两种。

答：调制波有调幅波、调频波和调相波三种。

载波信号的幅值受调制信号控制时，输出的已调波称为调幅波；载波信号的频率受调制信号控制时，输出的已调波称为调频波；载波信号的相位受调制信号控制时，输出的已调波称为调相波；常用的调制波有调幅波和调频波两种。

4、选用传感器时应考虑到哪些原则？答： 选用传感器时应考虑到以下原则：（1）灵敏度 （2）响应特性 （3）线性范围 （4）可靠性（5）精确度 （6）测量方法 （7）稳定性及其他5、电器式传感器包括哪几种，各自的工作原理如何？ 答：包括电阻式、电感式、电容式三种。

电阻式传感器工作原理：把被测量转换为电阻变化的一种装置；电感式传感器工作原理：把被测量如位移转换为电感量变化的一种装置；电容式传感器工作原理：把被测物理量转换为电容量变化的一种装置。

一、计算题1、求图中周期性三角波的傅里叶级数。

解：在x(t)的一个周期中可表示为x(t)={A +2A T 0t − T 02≤t ≤0 A −2A T 0t 0≤ t ≤T 02常值分量a 0=1T 0∫x (t )dt T 02−T 02 = 2T 0∫(A −2A T 0t )dt T020 = A 2 余弦分量的幅值a n =2T 0∫x (t )cosnω0tdt T 02−T 02 = 4T 0∫(A −2A T 0t )cosnω0tdt T020=4An2π2sin2nπ2= {4An2π2n=1,3,5,0n=2,4,6,正弦分量的幅值b n = 2T0∫x(t)sinnω0tdtT02−T02= 02、求传递函数为H（s）=51+0.001S的系统对正弦输入x(t)=10sin(62.8t)的稳态响应y(t)。

机械工程测试技术基础知识点

机械工程测试技术基础知识点

第一章绪论1、测试的概念目的：获取被测对象的有用信息。

测试是测量和试验的综合。

测试技术是测量和试验技术的统称。

2、静态测量及动态测量静态测量：是指不随时间变化的物理量的测量。

动态测量：是指随时间变化的物理量的测量。

3、课程的主要研究对象研究机械工程中动态参数的测量4、测试系统的组成5、量纲及量值的传递6、测量误差系统误差、随机误差、粗大误差7、测量精度和不确定度8、测量结果的表达第二章信号分析及处理一、信号的分类及其描述1、分类2、描述时域描述：幅值随时间的变化频域描述：频率组成及幅值、相位大小二、求信号频谱的方法及频谱的特点1、周期信号数学工具：傅里叶级数方法：求信号傅里叶级数的系数频谱特点：离散性谐波性收敛性（见表1-2）周期的确定：各谐波周期的最小公倍数基频的确定：各谐波频率的最大公约数2、瞬变信号（不含准周期信号）数学工具：傅里叶变换方法：求信号傅里叶变换频谱特点：连续性、收敛性3、随机信号数学工具：傅里叶变换方法：求信号自相关函数的傅里叶变换频谱特点：连续性三、典型信号的频谱1、δ(t)函数的频谱及性质△(f)=1 频率无限，强度相等，称为“均匀谱”采样性质：积分特性：卷积特性：2、正、余弦信号的频谱（双边谱）欧拉公式把正、余弦实变量转变成复指数形式，即一对反向旋转失量的合成。

解决了周期信号的傅里叶变换问题，得到了周期信号的双边谱，使信号的频谱分析得到了统一。

3、截断后信号的频谱频谱连续、频带变宽（无限）四、信号的特征参数1、均值：静态分量（常值分量）正弦、余弦信号的均值？2、均方值：强度（平均功率）均方根值：有效值3、方差：波动分量4、概率密度函数：在幅值域描述信号幅值分布规律五、自相关函数的定义及其特点1、定义：2、特点3、自相关图六、互相关函数的定义及其特点1、定义2、特点3、互相关图七、相关分析的应用八、相关系数及相干函数相关系数、相关函数在时域描述两变量之间的相关关系；相干函数在频域描述两变量之间的相关关系。

机械工程测试技术基础PDF版课件1

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第四章、测试信号调理技术
4.2 信号放大
分类
直流放大器 交流放大器 放大器 直流电桥 交流电桥 电荷放大器 特点 低频保留,高频截止 高频保留,低频截止
4.2 信号放大电路
1 直流放大电路
1) 反相放大器 电压增益:
RF Av = − R1
反馈电阻RF值不能太大，否则会产生较大的 噪声及漂移，一般为几十千欧至几百千欧。R1的 取值应远大于信号源Ui的内阻。
4.3调制与解调
3 幅度调制
调幅是将一个高频正弦信号（或称载波）与 测试信号相乘，使载波信号幅值随测试信号的变 化而变化．
y (t ) = [ A0 * x(t )] cos(2πft + φ )
调制
放大
缓变信号
高频信号
放大高 频信号
解调
放大缓 变信号
4.3调制与解调 幅度调制与解调过程（波形分析）
z(t)
0 t
4.3调制与解调 a) 幅度凋制(AM)
y (t ) = [ A * x(t )] cos(2πft + φ )
b) 频率调制(FM)
y(t) = Acos(2π[ f0 + x(t)]*t + φ)
c) 相位调制(PM)
y (t ) = A cos(2πft + [φ0 + x(t )])
y (t ) = A cos(2π [ f 0 + x(t )] * t + φ )
4.3调制与解调
4.3调制与解调
鉴频：
T2
T4
T1 F
T3
4.3调制与解调
优点：抗干扰能力强。
因为调频信号所携带的信息包含在频率变化 之中，并非振幅之中，而干ຫໍສະໝຸດ 波的干扰作用则主 要表现在振幅之中．