机械工程测试技术基础知识点总结

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t为独立变量；而信号的频域描述，以频率f为独立变量。3、周期信号的频谱具有三个特点：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、均方值、方差。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。（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。（Y）2、信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。（Y）3、非周期信号的频谱一定是连续的。（X）4、非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。（X）5、随机信号的频域描述为功率谱。（Y）（三）简答和计算题1、求正弦信号txtxsin)(0的绝对均值μ|x|和均方根值xrms。2、求正弦信号)sin()(0txtx的均值x，均方值2x，和概率密度函数p(x)。3、求指数函数)0,0()(taAetxat的频谱。4、求被截断的余弦函数TtTtttx||0||cos)(0的傅立叶变换。5、求指数衰减振荡信号)0,0(sin)(0tatetxat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)(jjH，输入信号2sin)(ttx，则输出信号)(ty的频率为，幅值y，相位。2、试求传递函数分别为5.05.35.1s和2224.141nnnss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傅立叶变换法、和滤波器法。4、当测试系统的输出)(ty与输入)(tx之间的关系为)()(00ttxAty时，该系统能实现测试。此时，系统的频率特性为)(jH。5、传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的被测量越小。6、一个理想的测试装置，其输入和输出之间应该具有线性关系为最佳。（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3、两环节的相频特性各为)(1Q和)(2Q，则两环节串联组成的测试系统，其相频特性为。（1）)()(21QQ（2）)()(21QQ（3）)()()()(2121QQQQ（4）)()(21QQ4、一阶系统的阶跃响应中，超调量。（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系统。（1）零阶（2）一阶（3）二阶（4）高阶6、一阶系统的动态特性参数是。（1）固有频率（2）线性度(3)时间常数（4）阻尼比7、用阶跃响应法求一阶装置的动态特性参数，可取输出值达到稳态值倍所经过的时间作为时间常数。（1）0.632（2）0.865（3）0.950（4）0.982（三）判断对错题（用√或×表示）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。（X）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。（Y）3、当输入信号)(tx一定时，系统的输出)(ty将完全取决于传递函数)(sH，而与该系统的物理模型无关。（Y）4、传递函数相同的各种装置，其动态特性均相同。（Y）5、测量装置的灵敏度越高，其测量范围就越大。（X）6、幅频特性是指响应与激励信号的振幅比与频率的关系。（X）（四）简答和计算题1、什么叫系统的频率响应函数？它和系统的传递函数有何关系？2、测试装置的静态特性和动态特性各包括那些？3、测试装置实现不失真测试的条件是什么？4、某测试装置为一线性时不变系统，其传递函数为1005.01)(ssH。求其对周期信号)45100cos(2.010cos5.0)(tttx的稳态响应)(ty。5、将信号tcos输入一个传递函数为ssH11)(的一阶装置，试求其包括瞬态过程在内的输出)(ty的表达式。第三章常用传感器（一）填空题1、属于能量控制型的传感器有电阻电感电容涡流等，属于能量转换型的传感器有压电磁电等（每个至少举例两个）。2、金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于：前者利用几何形变引起的电阻变化，后者利用电阻率变化引起的电阻变化。3、为了提高变极距电容式传感器的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度的影响，实际应用时常常采用差动工作方式。4、压电式传感器的测量电路（即前置放大器）有两种形式：电荷放大器和电压放大器，后接电荷放大器时，可不受连接电缆长度的限制。5、涡流式传感器的变换原理是利用了金属导体在交流磁场中的涡电流效应。6、磁电式速度计的灵敏度单位是mv/(m/s)。7、压电式传感器是利用某些物质的压电效应而工作的。（二）选择题1、电阻应变片的输入为。（1）力（2）应变（3）速度（4）加速度2、结构型传感器是依靠的变化实现信号变换的。（1）本身物理性质（2）体积大小（3）结构参数（4）电阻值3、不能用涡流式传感器进行测量的是。（1）位移（2）材质鉴别（3）探伤（4）非金属材料4、变极距面积型电容传感器的输出与输入，成关系。（1）非线性（2）线性（3）反比（4）平方5、半导体式应变片在外力作用下引起其电阻变化的因素主要是。（1）长度（2）截面积（3）电阻率（4）高通6、压电式传感器输出电缆长度的变化，将会引起传感器的产生变化。（1）固有频率（2）阻尼比（3）灵敏度（4）压电常数7、在测量位移的传感器中，符合非接触测量，而且不受油污等介质影响的是传感器。（1）电容式（2）压电式（3）电阻式（4）电涡流式8、自感型可变磁阻式传感器，当气隙变化时，其灵敏度S与之间的关系是：S＝。（1）1k（2）k（3）2k（4）2k9、光电倍增管是利用效应制成的器件。（1）内光电（2）外光电（3）光生伏特（4）阻挡层（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。（Y）2、涡流式传感器属于能量控制型传感器（Y）3、压电加速度计的灵敏度越高，其工作频率越宽。（X）4、磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率。（X）（四）简答和计算题1、哪些传感器可选作小位移传感器？2、涡流传感器测量位移与其它位移传感器比较，其主要优点是什么？涡流式传感器能否测量大位移量？为什么？3、电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？4、电涡流传感器能否测量塑料物体移动的位移？若能测量理由是什么？不能测量理由是什么？应采取什么措施改进，就可以用电涡流传感器测量了。5、压电式加速度传感器与压电式力传感器在结构上有何不同，为什么？6、试用双螺管线圈差动型电感传感器做成一个测力传感器。（1）用简图说明该传感器的结构并简要说明其作用原理；（2）两个线圈通常应该接在什么电路中？用图说明如何接法。7、某电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径)(4mmr，工作初始极板间距离)(3.00mm，介质为空气。问：（1）如果极板间距离变化量)(1m，电容的变化量C是多少？（2）如果测量电路的灵敏度)(1001pFmVk，读数仪表的灵敏度52k（格／mV）在)(1m时，读数仪表的变化量为多少？第四章信号调理、记录和显示（一）填空题1、电桥的作用是把电感、电阻、电容的变化转化为电压电流输出的装置。2、在桥式测量电路中，按照激励电压的性质，电桥可分为直流和交流电桥。3、在桥式测量电路中，根据工作时阻抗参与变化的桥臂数可将其分为半桥与全桥测量电路。4、调幅是指一个高频的正（余）弦信号与被测信号相乘，使高频信号的幅值随被测信号的频率而变化。信号调幅波可以看作是载波与调制波的相乘。5、调频波的解调又称为鉴频。6、调频是利用信号电压的幅值控制一个振荡器，使其输出为等幅波，而频率与信号电压成正比。7、常用滤波器的上、下截止频率1cf、2cf的定义为副频特性曲线降为最大值21倍时对应的频率为截止频率，其带宽B＝fc2-fc1，若为倍频程滤波器1cf与2cf的关系为fc2=1.26fc18、RC低通滤波器中RC值愈大，则上截止频率愈低。（二）选择题1、设有一电路，1R是工作桥臂，2R，3R，4R是固定电阻，且4321RRRR。工作时1112RRR，则电桥输出电压ye（）。0e为电桥的电源电压。（1）0114eRR（2）0112eRR（3）011eRR（4）0112eRR2、调幅过程相当于在时域中将调制信号与载波信号。（1）相乘（2）相除（3）相加（4）相减3、电路中鉴频器的作用是。（1）使高频电压转变成直流电压（2）使电感量转变为电压量（3）使频率变化转变为电压变化（4）使频率转变为电流4、一选频装置，其幅—频特性在2f区间近于平直，在02f区间急剧衰减，这叫滤波器。（1）低通（2）高通（3）带通（4）带阻5、一带通滤波器，其中心频率是0f，-3dB带宽是B，则滤波器的品质因数Q等于。（1）Bf0（2）Bf0（3）Bf0（4）Bf0（三）判断对错题（用√或×表示）1、平衡纯电阻交流电桥须同时调整电阻平衡与电容平衡。（Y）2、调幅波是载波与调制信号的叠加。（X）3、带通滤波器的波形因数值越大，其频率选择性越好。（X）4、将高通与低通滤波器串联可获得带通或带阻滤波器。（Y）（四）简答和计算题1、何谓电桥平衡？要使直流电桥平衡，桥臂参数应满足什么条件？交流电桥应满足什么条件？2、调幅波的解调方法有哪几种？3、抗混滤波器的作用是什么？它选用何种滤波器？其截止频率如何确定？4、相关滤波器的的基本原理是什么？举例说明其工程应用。5、以阻值120R，灵敏度2S的电阻丝应变片与阻值为120的固定电阻组成电桥，供桥电压VV30，若其负载电阻为无穷大，应变片的应变2000。（1）求单臂电桥的输出电压及其灵敏度。（2）求双臂电桥的输出电压及其灵敏度6、若)(tx为调制信号，tfty02cos)(为载波，)(txm为调幅波（如图所示）（1）利用傅里叶变换性质说明调幅过程的原理。（2）画出载波与调幅波的双边频谱图。第五章信号处理初步（一）填空题1、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。2、为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有带通滤波法、和傅立叶变换法。3、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有限带宽，还应使采样频率满足采样定理即fs2fh。4、如果一个信号的最高频率为50Hz，为了防止在时域采样过程中出现混叠现象，采样频率应该大于100Hz。5、若x(t)是均值为ux为零的宽带随机信号其自相关函数τ=0时Rx(τ)x2，τ∞时Rx(τ)0。6、相干函数用于评价系统的输出信号和输入信号之间的因果性。7、若某一信号的自相关函数为)cos(A，则该信号的均方值为2x=A，均方根值为xrms=A的根次。8、最常用的功率谱估计方法为周期图法。9、)(fSx为信号的功率密度沿频率轴的分布，2)(fX称为能谱。10、巴塞伐尔定理表示在时域中计算的信号总能量，等于在频域中计算的信号总能量。（二）判断对错题（用√或×表示）1、频率分辨力越高，则泄漏误差越小。（X）2、A/D转换器的位数越多，则量化误差越小。（Y）3、对于周期信号，经整周期采样后，可完全避免栅栏效应。（Y）4、窗函数频谱的主峰瓣宽度越窄，旁瓣幅度越小，用其截取信号所引起的误差越小。（Y）5、互相关函数是偶实函数。（X）6、利用系统输入x(t)与输出y(t)的自功率谱密度函数，可求该系统的频率响应函数。（X）7、若系统是完全线性的，则输入-输出的相干函数一定为1。（X）（三）简答和计算题1、已知信号)sin()cos()(2221110