机械工程测试技术测试习题答案

习题1

第3章

1、传感器的定义及主要分类有哪些？

2、试绘出典型传感器的构成框图？

3、从哪些方面评价或选用传感器？

4、在选用传感器时，应该遵循什么原则？

5、应该采取什么方法来提高传感器的性能？

第4章

1什么叫金属的电阻应变效应？金属丝的应变灵敏度系数的物理意义是什么？

2什么叫金属丝的应变灵敏度系数?它与金属丝的灵敏度系数有何区别？为什么？

3何谓半导体的压阻效应？它与金属的电阻应变效应有什么本质区别？

4电阻应变计的基本测量电路有哪些？试比较它们各自的特点。

5电阻应变片与半导体应变片的工作原理有何区别?它们各有何特点？

6某截面积为5cm2的试件，已知材料的弹性模量为2.0X10uN/m2，沿轴向受到105N

的拉力，若沿受力方向粘贴一阻值为120Q、灵敏系数为2的应变片，试求出其AR。

7试说明差动式电感传感器与差动变压器式电感传感器工作原理的区别。

8差动变压器和普通变压器的工作原理有何区别？如何提高差动变压器的灵敏度？

9试说明电涡流式传感器的工作原理和特点。

10根据电容式传感器的工作原理分为几种类型？各有什么特点？适用于什么场合？

11如何改善单极式变极距型传感器的非线性？

12什么是压电效应？压电材料有哪些？压电传感器的结构和应用特点是什么？能否用压电

传感器测量静态压力？

13为什么压电传感器通常用来测量动态或瞬态参量？

14用压电式加速度计及电荷放大器测量振动加速度，若传感器的灵敏度为70pC/g （g为

重力加速度），电荷放大器灵敏度为10mV/pC,试确定输入3g （平均值）加速度时，电荷

放大器的输出电压Uo （平均值，不考虑正负号），并计算此时该电荷放大器的反馈电容Cf。 15.用压电式单向脉动力传感器测量一正弦变化的力，压电元件用两片压电陶瓷并联，压电 常数为200X 10-12C/N,电荷放大器的反馈电容C =2000pF,测得输出电压u =5sinwt

（V）。

f o

求：

1）该压电传感器产生的总电荷Q （峰值）为多少pC？

2）此时作用在其上的正弦脉动力（瞬时值）为多少？

16 .试说明磁电式速度传感器非线性误差产生的原因以及补偿办法（画图说明）?

17 .试证明霍耳式位移传感器的输出UH与位移成正比关系？

第5章

1什么叫激光、激光器和激光传感器？试叙述激光产生的激理。

2试叙述光纤的结构和传光原理。

3什么叫智能传感器？应从哪些方面研究开发智能传感器？

4什么是MEMS传感器？

5智能传感器的实现主要有哪些途径？ 第6章

6.1 什么叫虚拟仪器？虚拟仪器相对于传统仪器有什么优势?

6.2 什么叫VSA?VSA有什么特点？

1信号分类的方法有哪些？

2信号与信息的关系？

3确定性信号中的非周期信号与准周期信号的区别？

4试回答下列函数哪些是周期函数？哪些是非周期函数？若是周期函数，试求周期T。

A. x1(t) = sin 3 « t B. x2(t) = sin(t/3) C.x3(t)=e-t

5什么是时限信号，什么是频限信号？

6单位冲激信号的定义和特点是什么？

7求正弦信号4)= A sin①t的均方值w 2

x

8什么是信号的均值、均方值、方差？分别描述了信号的什么特征？

9设X(f)为周期信号x(t)的频谱，证明傅里叶变换的频移特性

即：若 xC)< FT >X(f )

10求指数衰减振荡信号x(t)= e-at Sin0 0t，0 t <8的频谱。(参考例7-7)。

11简要说明周期信号频谱的特点。

12简要说明自相关函数的性质特点。

13已知有限带宽白噪声信号的自功率谱密度函数Sx(f )，试求其自相关函数。(提示：利用

维纳-辛钦定理)

-B < f < B

其他

14常见的信号一般可通过哪几个参数来描述？

15随机信号的自相关函数在。分别为多少时最大、最小？

第8章

1拟用固有频率f=80Hz,阻尼比鼻0.7的惯性式测振装置(如图)测频率为f = 45Hz的加 速度时，其振幅误差为多少？若用此装置所记录频率为5Hz之振动位移的振幅范围为土

0.1mm,则可测试的最大加速度为多少？

2如果有两只惯性式测振传感器，其固有角频率和阻尼率分别为3 1=250弧度/秒，Z1 =

0.5, %2 = 80弧度/秒，Z2 = 0.6,现在要测量转速为n = 3500转/分的电机的简谐振动位移，应 当选用哪只传感器，为什么？ 3用压电式加速度传感器及电荷放大器测量振动，若传感器灵敏度为7 pc/g,电荷放大器 灵敏度为80mv/pc,试确定输入a=3g时系统的输出电压。

4若某旋转机械的工作转速为3000转/分，为分析机组的动态特性，需要考虑的最高频率为

工作频率的8倍，问： (1)应选择何种类型的振动传感器，并说明原因？

(2)在进行A/D转换时，选用的采样频率至少为多少?

5惯性式位移传感器具有1Hz的固有频率，认为是无阻尼的振动系统，当它受到频率为2Hz

的振动时，仪表指示振幅为1.25mm,求该振动系统的真实振幅是多少？ 6用压电式加速度传感器与电荷放大器测量某机器的振动。已知，传感器的灵敏度为80 (pC/g),电荷放大器的反馈电容C=0.01( F),测得输出电压的峰值Uom=0.4(V),振动频

率为 80(Hz)。

(1)求机器振动加速度的最大值A(m/s2);

(2)假定振动为正弦波，求振动速度v(t);

(3)求振动幅度的最大值X.

第9章

第10章

1评价噪声的主要技术参数是什么？各代表什么物理意义?

2 A、B、cm种不同计权网络在测试噪声中各有什么用途？

3噪声测试中应注意那些具体问题？

4测量某车间的噪声，已知有4小时中心声级为100dB（A）,有3小时中心声级为100dB（A）, 有1小时中心声级为100dB（A），试计算一天内等效连续声级。

5测得某风机的1倍频程各频带声压级如下: 1倍频程 中心频率Hz 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

频带声压级dB 45 52.5 70.3 80.5 81.2 77.2 610.

4 63

试求它的总A声级。

第11章

1-1衡量传感器静态特性的主要指标有哪些？说说它们的含义。

答：

1、线性度：表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合（或

偏离）程度的指标。

2、灵敏度：传感器输出量增量与被测输入量增量之比。

3、分辨力：传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。

4、回差：反应传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程过程中。。。输

出-输入曲线的不重合程度指标。

5、重复性：衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全程连续多次 变动时，所得特性曲线间一致程度的指标。

6、阈值：是能使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附 近的分辨力。

7、稳定性：传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。

8、漂移：指在一定时间间隔内，传感器输出量存在着与被测输人量无关的、不 需要的变化。

9、静态误差（精度）：指传感器在满量程内任一点输出值相对其理 论值的可能偏

离（逼近）程度。它表示采用该传感器进行静态测量时所得数值的不确定度。

1-2计算传感器线性度的方法有哪几种？差别何在？

1、理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，与实际测试值无关。 优点是简单、方便，但输出平均值与拟合直线间的最大偏差很大。

2、端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。 y=b+kx b截距k为斜率 与理论直线发一样 简便 偏差很大

3、 “最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反 行程校准曲线对它的正负偏差相等并且最小。这种方法的拟合精度最高，但是 只能用图解法和计算机结算来获得。（断电平行法）

4、最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数据 的残差平方和最小。最小二乘法的拟合程度很高，但是校准曲线相对拟合直线 的最大偏差绝对值并不一定最小，最大正、负偏值差的绝对值也不一定相同。 1-4怎样评价传感器的综合静态特性和动态特性？

答：

（1）静态特性：表示传感器在被测输入量各个值处于稳定状态时的输出输入关 系。

动态特性：反映传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。

（2）由于传感器可能用来检测静态量（即输入量是不随时间变化的常量）、准静

态量或动态量（即输入量是随时间变化的变量），于是对应于输入信号的性质， 所以传感器的特性分为静态特性和动态特性。

1-5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。

答：

因为新研制或生产的传感器需对其技术性能进行全面的检定；经过一段时间

储存或使用的传感器也需对其性能进行复测。通常，在明确输入-输出变换对应 关系的前提下，利用某种标准量或标准器具对传感器的量值进行标度称之为标 定。

静态标定：静态标定主要用于检测、测试传感器（或传感器系统）的静态特性

指标，如静态灵敏度、非线性、回差、重复性等。进行静态标定首先要建立静 态标定系统。如应变式测力传感器静态标定系统。测力机产生标准力，高精度稳 压电源经精密电阻箱衰减后向传感器提供稳定的供 桥电压，其值由数字电压表 读取，传感器的输出电压由另一数字电压表指示。

动态标定：主要用于检验、测试传感器（或传感器系统）的动态特性，如动 态灵敏度、频率 响应和固有频率等。对传感器进行动态标定，需要对它输入一 标准激励信号。例如测振传感器的动态标定常采用振动台（通常为电磁振动台） 产生简谐振动作传感器的输人量。振动的振幅由读数显微镜读得，振动频率由频 率计指示。若测得传感器的输出电量，即可通过计算得到位移传感器、速度传感 器、加速度传感器的动态灵敏度。若改变振动频率，设法保持振幅、速度或加速 度幅值不变，可相应获得上述各种传感器的频率响应。

标定的基本方法：P29最下面

习题2

2-1金属应变计与半导体应变计在工作原理上有何异同？试比较应变计各种灵 敏系数（指材料的和应变片的）概念的不同物理意义。

答：相同点，两者都由外力作用产生形变而使得电阻变化。不同点，金属材料的

应变效应以机械形变为主；而半导体材料的应变效应以机械形变导致的电阻率的

相对变化为主。

对于金属材料，灵敏系数Ko=Km=（1+2口）+C（1-2口）。前部分为受力后金属 几何尺寸变化，一般口^0.3,因此（1+2口）=1.6；后部分为电阻率随应变而变

的部分。对于半导体材料，灵敏系数Ko=Ks=（1+2 口）+ nE。前部分同样为尺寸

变化，后部分为半导体材料的压阻效应所致，而nE》（1+2 口），因此Ko=Ks=n E。

2-3简述电阻应变计产生热输出（温度误差）的原因及其补偿办法。

答：电阻应变计的温度效应及其热输出由两部分组成:前部分为热阻效应所造成；

后部分为敏感栅与试件热膨胀失配所引起。在工作温度变化较大时，会产生温度

误差。

补偿办法：

1、温度自补偿法

（1）单丝自补偿应变计

P43原理优点

（2）双丝自补偿应变计

P43原理优点 2、桥路补偿法

(1)双丝半桥式

P43原理优点

(2)补偿块法