第一章三、计算题
1-2求正弦信号的绝对均值和均方根值。
解答：
1 T 1 T 2x0 T
2 x0 T 4x0 2 x0
μ2 sin ωtdt cosωt 2
x(t)d t x0 sin ωt dt
x T
T 0 T 0 Tω0 Tω π
x
rms 1 T 2 (t )dt 1 T 2 sin 2 ωtdt x2 T 1 cos2 ωx x x0 0 t dt 0
T 0 T 0 T 0 2 2 1-3 求指数函数的频谱。
解答：
X( f) xt()e j2 f t dt at j2 f t dt A e(a j2 f )t A Aa( j2 f)
Ae e (a j2 f) 0 a j2 f 2 2
0 a (2 f )
k
X ( f )
(2 f )2
a2
( f ) arctan Im X ( f )
arctan
2 f Re X ( f ) a
|X(f) φ(f
A/
) π/2
0 f
0 f -π/
2
单边指数衰减信号频谱图
1-5 求被截断的余弦函数( 见图 1-26) 的傅里叶变换。
cos ω
t T x(t)
t
t
T
解：
x(t)
w(t)cos(2 f 0t )
w(t) 为矩形脉冲信号
W ( f ) 2T sinc(2 Tf )
cos(2 f 0t)
1 e j
2 f 0t
e j 2
f 0 t
1 2
1
所以 x(t)
w(t)e j 2 f 0t j 2 f 0t
2
w(t)e
2
根据频移特性和叠加性得：
X ( f )
1 W ( f f 0 ) 1
W ( f f 0 ) 2 2
T sinc[2 T ( f f 0 )] T sinc[2 T ( f f 0 )]
可见被截断余弦函数的频谱等于将矩形脉冲的频谱一分为二，各向左右移动 f 0，同时谱线
高度减小一半。也说明，单一频率的简谐信号由于截断导致频谱变得无限宽。
X(f)
T
-f 0
f
f
被截断的余弦函数频谱
1-6 求指数衰减信号
x(t) e at sin ωt 的频谱
.
x(t)
指数衰减信号解答：
sin( 0t ) 1 e j 0 t e
2 j
所以
x(t) e at 1 e j 0t e
2 j
j0t j0t
单边指数衰减信号x1(t) e at (a 0,t 0) 的频谱密度函数为
X1 ( f ) x(t )1 e j t dt e at e j t dt 1 a j
2 2
0 a j a 根据频移特性和叠加性得：
1
X1 ( 0 ) X1 ( 1 a j ( 0
)
a j ( 0
)
X ( ) 0 )
( 0 ) 2 a2 ( 0 )2
2 j 2 j a2
0 [ a2 ( 2 02 )]
j
2a 0
[ a2 ( 0 )2 ][ a2 ( 0 ) 2 ] ( 0 ) 2 ][ a2 ( 0 )2 ]
[a2
X( ω) φ(ω)
π
0ω
-π
0ω
指数衰减信号的频谱
图
1-7 设 有 一 时 间 函 数 f ( t ) 及 其 频 谱 如 图 1-27 所 示 。 现 乘 以 余 弦 型 振 荡
cos ω0t (ω0 ωm )
。在这个关系中，函数 f ( t ) 叫做调制信号，余弦振荡
cos ωt 叫做载波。
试求调幅信号
f (t ) cos ω0t 的傅里叶变换， 示意画出调幅信号及其频谱。
又问：若 ω0
ωm 时
将会出现什么情况？
f(t)
F(ω)
t m
ωm ω
-ω
图 1-27 题 1-7 图
解：
x(t )
f (t) cos( 0t ) F ( )
F [ f (t )]
cos( 0t) 1 e j
t
e j
t
1 2 1
所以
x(t) f (t)e j 0t f (t )e j 0t
2 2
根据频移特性和叠加性得：
X ( f )
1 0
)
1 0
)
F ( F (
2
2
可见调幅信号的频谱等于将调制信号的频谱一分为二，
各向左右移动载频 ω0 ，同时谱线高
度减小一半。
X(f)
- ω0
ω
f
矩形调幅信号频谱
若
ω
ω 将发生混叠。
m
1-8 求正弦信号
x(t)
x 0 sin(ωt φ) 2
的均值 μ、均方值 ψ 和概率密度函数 p ( x ) 。
x
x
解答：
μ
1
T
t
1 T 0 x
ωt
φ t
2π
(1)
x t
，式中
—正弦信号
x
lim
T
( )d
T
0 sin(
)d
0 T 0
T
ω
周期
(2)
2 1 T 2
( )d
1
T 0
2 2 (ω φ)d x 0 2
T
1
cos2(ωt φ)
x 0 2
ψ
lim
x
t
x 0 sin
t
d
x
T
t
t
t
T
T 0
T 0
2 2
(3) 在一个周期内
T x0 t 1 t 2 2 t
P[ x x(t)
x x]
lim
T x T
x 0
2 t
T
T
T 0
T 0
p( x) lim P[ x x(t )
x x] lim 2
t 2 dt
1
x 0
x
x 0
T 0 x T 0 dx π x 0 2 x 2
x( t
t
t
) x+ x
四、判断题
x
t
正弦信号
1. 非周期信号不是确定性信号。 ( X)
2. δ(t) 的频谱为 (f)=1.(V )
3. 因为非周期信号是周期无限大的周期信号，所以它的频谱和周期信号一样是离散的。
( X)
4. 当信号的时间尺度压缩时，其频谱的频带加宽、幅值增高。( X)
5.各态历经随机过程是平稳随机过程。(V )
6.具有离散频谱的信号不一定是周期信号。（V）
7.在频域中每个信号都需要同时用幅频谱和相频谱来描述。（V）
参考答案 ( 本答案仅供参考哦)
一、选择题
1.B
2.C
3.A
4.C
5.B
6.C
7.C
8.C
9.C 10.C 11.D 12.C 13.B 14.A 15.B 16.C 17.C 18.B 19.C
20.B
二、填空题
1.周期信号；非周期信号；离散的；连续的
2.均方根值；均方值
3.傅氏三角级数中的各项系数（a0 , a n , b n , A n等）傅氏复指数级数中的各项系数（ c n, c n , c n）。
4.0 ；+∞；–∞； +∞
5. 衰减
a n—余弦分量的幅值；
b
n —正弦分量的幅值；
a
0 —直流分量；
A
次谐波分
n -- n
量的幅值；n --n 次谐波分量的相位角；n 0--n次谐波分量的角频率
7.A ； A/2 ；更慢；工作频带8. e j f sin c f 9. 展宽；降低；慢录快放10.1 ；等强度；白噪声
11. 实频；虚频 . 12. 能量有限；能量有限；功率有限13. e 5 14. x1 (t ) x2 (t )d
15. x(t t0 ) ；把原函数图象平移至位置处16. f (t 0 ) ；脉冲采样 .
.
17.
( f f0) 18. X1(f ) X2( f ) 19. X ( f ) X ( f ) e j 2 t df
第二章
四、计算题
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=S3.5=9.093.5=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？
1 ，
H ( ) 1
解：设一阶系统H ( s)
j
s 1 1
A( ) H ( )
1 1
， T 是输入的正弦信号的周期1 ( ) 2 2
) 2
1 (
T
稳态响应相对幅值误差 A 1 100%，将已知周期代入得
58.6% T 1s
32.7% T 2s
8.5% T 5s
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。
.
1
A( ) 1
解：H ( ) ，，
1 j 0.005 1 (0.005 )2
( ) arctan(0.005 )
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 )=y01cos(10 t +1)+ y02cos(100 t - 45 +2)
y0 ( 1 A 1 1
) 0
其中0 x0 1 ，
1 (
2 0 . 0 0 1 (10) arctan(0.005 10) 2.86
y
02 A(100)x02
1
0.2 0.179 ，
(0.005
1 100)2
2 (100) arctan(0.005 100) 26.57
所以稳态响应为y(t) 0.499cos(10 t 2.86 ) 0.179cos(100 t 71.57 )
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
H ( ) 1 ，是时间常数
j
1
则
A( ) 1
( )2
1
稳态响应相对幅值误差A( ) 1 100% 1
1 100%
1 (
2 f )2
令≤ 5%，f =100Hz，解得≤523 s。
如果 f =50Hz，则
.
相对幅值误差：
1 100%
1
1
100% 1.3%
1
1 (2
523 10
1 (2
f )2
6 50) 2
相角差： ( )
arctan(2 f )arctan(2
523 10 6 50)9.33
2-6 试说明二阶装置阻尼比多采用 0.6~0.8 的原因。
解答：从不失真条件出发分析。在
0.707 左右时，幅频特性近似常数的频率范围最宽，而
相频特性曲线最接近直线。
2-9 试求传递函数分别为 1.5/(3.5s + 0.5) 和 41n2/(s2 + 1.4ns + n2) 的两环节串联后组成的
系统的总灵敏度（不考虑负载效应）。
解：
H 1 (s)
1.5
3
K 1 ，即静态灵敏度 K 1=3
0.5
7s 1
3.5s 7s 1
H 2 (s)
41 n 2
K
2 n 2
，即静态灵敏度 2=41
1.4 n s
n
2
s 2 1.4 n s
n
2
K
s 2 因为两者串联无负载效应，所以
总静态灵敏度 K = K 1
K 2 = 3
41 = 123
2-10 设某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 800Hz ，阻尼比 =0.14 ，
问使用该传感器作频率为
400Hz 的正弦力测试时， 其幅值比 A() 和相角差 () 各为多少？若该装置
的阻尼比改为 =0.7 ，问 A() 和() 又将如何变化？
2
解：设 H ( )
2
n 2 ，则
2
n
s
s
n
1
，
2
n ，即
A( )
( )
arctan
2
2
2
2
1
1
2
n
n n
.
f
，
2
1
f n
A( f )
( f )
arctan
2
2
2
2
f
f 1
1 2 f f n
f n
f n
将 f n = 800Hz ， = 0.14 ， f = 400Hz ，代入上面的式子得到
(400)1.31 ， (400) - 10.57
A
如果 = 0.7 ，则 (400)
0.975 ， (400)- 43.03
A
例 2. 测试系统分别由环节的串联、并联构成，如下图所示，求图示各系统的总灵敏度。（
S 1, S 2 , S 3 为各环节的灵敏度）
.
解：（ 1）系统由串联环节组成时（图a） y S
1 S
2 S
3 x
总灵敏度为S y
S2 S3
S1
x
（ 2）系统由并联环节组成时（图b）y S1x S2 x S3x
总灵敏度为S y
S2 S3
S1
x
第二章参考答案( 本答案仅供参考哦)
一、选择题
1-5 : CBCDB 6-10 : ADBCA
11-15: BBABB16-20 : CBBC(AB)
二、填空题
1.输出—输入关系
2.静态特性；动态特性
3.灵敏度；非线形度；回程误差
4.40dB
5.微分方程；传递函数；频率响应函数
6.定常（时不变）；线形
7.线形叠加性；频率保持性
8.灵敏度；放大倍数
9.传递函数
10.脉冲响应函数；频率响应函数
11.幅频特性为常数；相频特性为线形
12.阶越响应法；频率响应法
13.微分方程；频率响应函数
14.静态灵敏度；固有频率；阻尼率
15.26.1cos （30t+8.3 °）
16.时间常数τ；越小越好
17.0.5 n
18.y(t)=x(t)*h(t)；卷积关系
19.输出与输入的幅值比（幅频特性）；输出与输入的相位差（相频特性）；频率
.
20.A=3;60
第三章
五、计算题
3-2 、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。
3-3 、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。
3-4 、有一电阻应变片（见图3-84 ），其灵敏度Sg＝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？
.
1.5V
图 3-84 题 3-4 图
解：根据应变效应表达式
R / R =S 得
g
= g
R =2 1000 10-6
R S
120=0.24
1） 1=1.5/ =1.5/120=0.0125A=12.5mA
I
R
2） 2=1.5/(
+ )=1.5/(120+0.24)0.012475A=12.475mA
I
R R
3） =( I 2 - I 1)/ I 1 100%=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？
解答：以气隙变化式为例进行分析。
dL
N
2
A
S
2
2
d
又因为线圈阻抗 Z = L ，所以灵敏度又可写成
dZ
N
2
A
S
2
2
d
由上式可见，灵敏度与磁路横截面积 0
、线圈匝数 、电源角频率 、铁芯磁导率 0 ，气隙
A
N
等有关。
如果加大磁路横截面积 0
、线圈匝数 、电源角频率 、铁芯磁导率
，减小气隙 ，都可
A
N
提高灵敏度。
加大磁路横截面积
、线圈匝数
N 会增大传感器尺寸，重量增加，并影响到动态特性；减
A
小气隙 会增大非线性。
3-7 、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=0.3mm，问： 1）工作时，如果传感器与工件的间隙变化量＝1m 时，电容变化量是多少？2）如果测量电路的灵敏度
S1=100mV/pF，读数仪表的灵敏度S2=5 格/mV，在＝ 1m时，读数仪表的指示值变化多少格？
解： 1）
C 0 A 0 A 0 A 0
A
(
) 2 0 0
1
0 0
8.85 10 12 (4 10 3 )2 ( 1 10 6 )
(0.3 10 3 )2
4.94 10 15 F 4.94 10 3 pF
2） = 1 2 =100 5 ( 4.94 10-3 ) 2.47 格
B S S C
3-8 、把一个变阻器式传感器按图3-85 接线。它的输人量是什么？输出量是什么？在什么样条
件下它的输出量与输人量之间有较好的线性关系？
u o
R L
x
R x
x p
R p
u e
图 3-85 题 3-8 图
解答：输入量是电刷相对电阻元件的位移x，输出量为电刷到端点电阻R x。如果接入分压式测量电路，则输出量可以认为是电压u o。
R x
x R p k l x x，输出电阻与输入位移成线性关系。
x p
u e x
u e
u o
x p
，输出电压与输入位移成非线性关系。x p R p x R p x x
(1 )
x R L x p
1 (1 )
R L x p x p
由上式可见，只有当p L 0 时，才有u o x x 。所以要求后续测量仪表的输入阻
R/ R u e
x p
抗R L要远大于变阻器式传感器的电阻 R p，只有这样才能使输出电压和输入位移有较好的线性关
系。
3-13 、何谓霍尔效应？其物理本质是什么？用霍尔元件可测哪些物理量？请举出三个例子说明。
解答：
霍尔（ Hall ）效应：金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过薄片时，则在垂直于电流和
磁场方向的两侧面上将产生电位差，这种现象称为霍尔效应，产生的电位差称为霍尔电势。
霍尔效应产生的机理（物理本质）：在磁场中运动的电荷受到磁场力 F L（称为洛仑兹力）作用，而向垂直于磁场和运动方向的方向移动，在两侧面产生正、负电荷积累。
应用举例：电流的测量，位移测量，磁感应强度测量，力测量；计数装置，转速测量（如
计程表等），流量测量，位置检测与控制，电子点火器，制做霍尔电机—无刷电机等。
3-21 、选用传感器的基本原则是什么？试举一例说明。
解答：灵敏度、响应特性、线性范围、可靠性、精确度、测量方法、体积、重量、价格等各方
面综合考虑。
第三章参考答案( 本答案仅供参考哦)
一、选择题
1.A
2.B
3.B
4.C
5.B
6.A；D
7.D
8.B；C；A；D
二、填空题
1.涡流式；电容式 .
2. S 1 2 ; S E
3.压电效应；石英晶体；压电陶瓷
4.
dC 0
A
S
2
d 0
5.差动连接
6.反相串接
7.速度；积分电路；微分电路
8.应变值ε
9.面积；极距；介质；极距
10.不相同的
11.
12. 磁敏特性（霍尔效应）
第四章
四、计算题
4-1 、以阻值R=120、灵敏度S g=2的电阻丝应变片与阻值为120的固定电阻组成电桥，供桥电压为 3V，并假定负载电阻为无穷大，当应变片的应变为2和2000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敏度。
解：这是一个等臂电桥，可以利用等比电桥和差特性表达式求解。
U o 1
( R1R2R3R4 )U e 4R
=2时：
单臂输出电压：
U o 1 R
U e S g U e 1 2 2 10 6 3 3 10 6 V 3μV
4 R 4 双臂输出电压：
U o 1 R
U e S g U e 1 2 2 10 6 3 6 10 6 V 6μV
2 R 2 =2000 时：
单臂输出电压：
U
o
1 R U
e
S U
e
1 2 2000 10 6 3 3 10 3 V 3mV 4 R g 4
双臂输出电压：
U
o 1 R U
e
S U
e
1 2 2000 10 6 3 6 10 3 V 6mV
2 R g 2
双臂电桥较单臂电桥灵敏度提高 1 倍。
4-3 、为什么在动态应变仪上除了设有电阻平衡旋钮外，还设有电容平衡旋钮
解答：动态电阻应变仪采用高频交流电给电桥供电，电桥工作在交流状态，电桥的平衡条件为
1 3
= 2 4 | 1 ||
3|=| 2 || 4| ，
1 3
=
2 4
Z Z Z Z Z
Z
Z Z
由于导线分布、各种寄生电容、电感等的存在，光有电阻平衡是不能实现阻抗模和阻抗角同时达到平衡，只有使用电阻、电容两套平衡装置反复调节才能实现电桥阻抗模和阻抗角同时达到平衡。
4-4 、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
( )= cos10 + cos100 t
t At B
如果电桥激励电压 u
0= sin10000 t ，试求此电桥的输出信号频谱。
E
解：接成等臂全桥，设应变片的灵敏度为
g
，根据等臂电桥加减特性得到
S
u o
R
S g (t)u e S g ( Acos10t B cos100t )E sin10000 t
u e
R 1
S g EA sin(10 10000) t sin(10
10000)t
2
S g EB 1
sin(100
10000)t sin(100 10000)t
S g EA
2
S g EB
sin10010 t
2
sin 9990t sin10100 t sin 9900t
2
幅频图为
A n (f)
S g EB
S g EA
S g EB
2
2
2
9900 9990 10010 10100 f
4-6 、调幅波是否可以看作是载波与调制信号的迭加？为什么？
解答： 不可以。因为调幅波是载波幅值随调制信号大小成正比变化，只有相乘才能实现。 4-7 、试从调幅原理说明，为什么某动态应变仪的电桥激励电压频率为 10kHz ，而工作频率为
0~1500Hz ？
解答： 为了不产生混叠，以及解调时能够有效地滤掉高频成分，要求载波频率为
5~10 倍调制信
.
号频率。动态应变仪的电桥激励电压为载波，频率为 10kHz，所以工作频率（即允许的调制信号最高频率）为0~1500Hz 是合理的。
4-9 、设一带通滤器的下截止频率为 f c1 ，上截止频率为 f c2，中心频率为 f 0，试指出下列记述中
的正确与错误。1）倍频程滤波器f
c 2 2 f c1
。
2） f
0 f c1 f c 2。
3）滤波器的截止频率就是此通频带的幅值-3dB 处的频率。
4）下限频率相同时，倍频程滤波器的中心频率是1/3 倍频程滤波器的中心频率的
3 2 倍。解答： 1）错误。倍频程滤波器n=1，正确的是 f c2=21f c1 =2f c1 。
2）正确。
3）正确。
4）正确。
4-10 、已知某 RC低通滤波器，R=1k ， C=1 F，试；
1）确定各函数式( ) ； ( ) ； A( ) ； ( ) 。
H s H
2）当输入信号u i=10sin1000 t 时，求输出信号 u o，并比较其幅值及相位关系。
R
u i(t) i(t) C u o(t)
一阶 RC 低通滤波器
解：
1） H (s) 1 ， H (
) 1
s j
1 1
= =1000 10-6 =0.001s
RC
所以H (s)
1 ， H ( ) 1
j 0.001
0.001s 1 1
A( ) 1 ，( )arctan 0.001
1 (0.001 ) 2
2）i =10sin1000
t 时，=1000rad/s ，所以
u
.
A(1000)
1
2 1 (0.001 1000)2
2
(1000)
arctan0.001 1000
4
u o 10 A(1000)sin[1000 t
(1000)] 5 2 sin(1000t) （稳态输出）
4
相对输入 u
5 2
（衰减了 -3dB ），相位滞后。
i ，输出幅值衰减为
4
4-11 、已知低通滤波器的频率响应函数
1 H ( )
1 j
式中 =0.05s 。当输入信号 x ( t )=0.5cos(10 t )+0.2cos(100 t -45 ) 时，求其输出 y ( t ) ，并比较 y ( t ) 与
x ( t ) 的幅值与相位有何区别。
1
解： A(
)
，
( ) arctan
2
1 ( )
A(10)
1 0.894
，
(10)
arctan(0.05 10)
26.6
(0.05 1 10)2
1 A(100)
0.196
，
1 (0.05 100)2
(100)
arctan(0.05 100) 78.7
y ( t )=0.5 A (10)cos[10 t + (10)]+0.2
A (100)cos[100 t -45 + (100)]
=0.447 cos(10 t -26.6 )+0.039cos(100 t -123.7 )
比较：输出相对输入，幅值衰减，相位滞后。频率越高，幅值衰减越大，相位滞后越大。
五、简答题
1. 什么是幅值调制？什么是频率调制？
第四章参考答案 ( 本答案仅供参考哦 )
一、选择题
1-5 : BCCDA 6-10 :BBACA 11-14:ACBB
.
二、填空题
1. 1/4 E 0 0 ; ; (t ) 为正时与载波同相位，( t ) 为负时与载波反相位180°
2. 相邻
3. 灵敏度；非线形；温度
4. 幅值；频率
5.调幅；调频；调相；调制波；载波；已调波
6.频率搬移；乘法器；电桥
7. 相敏检波器；鉴频器8. 窄
9. f f c时；不失真传输装置；f f c时10. 1～5；1
11. f 0 f c 1f c 2 12.
第五章
第五章参考答案( 本答案仅供参考哦)
选择题
1.A ； C
2.B
3.B
4.A；A
5.C
6.B
7.C
8.B；D
9.C 10.C 11.B
12.B 13.D 14.C 15.B 16.C 17.B 18 .D
二、填空题
1.幅值与频率；相位；幅值、频率、相位差
lim 1 T
) dt ; lim
1 T
x ( t ) x ( t
T
2. T 0 T
3.同频率的周期信号；带宽随机噪声或白噪声
4.100
5.同频检测；相关滤波；信号成分类别的识别
2
Z ( f )
6.
7.同频一定相关；相关一定同频
8.低通；混叠；f
s
2 f
c
9.采样频率过低；信号截断T
x ( t ) y ( t) dt 0
10.0.005s
11.± 1
12.0
13.0
《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? ≥?=? ?
1、连续非周期信号的频谱是（ C ） 2、时域信号的时间尺度压缩时，其频谱的变化为（ B ）。 3、传感器的灵敏度越高，意味着传感器所能感知的（ A ）越小。 4、若测试系统由两个环节串联而成，的函数分别为12(),()H s H s ，则该系统总的传递函数为（ B ）。 5、磁电式绝对振动速度传感器的测振频率应（ A ）其固有频率。 6、在一定条件下RC 带通滤波器实际上是低通滤波器与高通滤波器（ A ）而成的。 7、正弦信号的自相关函数，使原有的相位信息（ B ）。 8、为了能从调幅波中很好地恢复出原被测信号，通常用（ D ）做为解调器。 9、供电系统的抗干扰措施中，可消除过压、欠压造成的影响，保证供电稳定的是（ C ）。 10、调制可以看成是调制信号与载波信号（ A ）。 二、填空题 1、确定性信号可分为周期信号、和非周期信号 两类。 2、为了求取测试装置本身的动态特性，常用的实验方法是阶跃响应法和频率响应法。 3、交流电桥平衡必须满足两个条件，即相对两臂 阻抗之模的乘积_应相等，并且它们的阻抗角之和也必须相 4、按照变换方式的不同，电感式传感器可分为： 自感型 和 互感型 。 5、常用的压电材料大致可分为三类：压电单晶 、压电陶瓷 和 有机压电薄膜 。 三、简答题（本大题共4题，每题6分，共24分） 1、相关函数和相关系数有什么区别？相关分析有什么用途，举例说明。 答：(1)通常，两个变量之间若存在着一一对应关系，则称两者存在着函数关系，相关函数又分为自相关函数和互相关函数。当两个随机变量之间具有某种关系时，随着某一个变量数值的确定，另一变量却可能取许多不同的值，但取值有一定的概率统计规律，这时称两个随机变量存在相关关系，对于变量Ｘ和Ｙ之间的相关程度通常用相关系数ρ来表示。 (2)在测试技术领域中，无论分析两个随机变量之间的关系，还是分析两个信号或一个信号在一定时移前后的关系，都需要应用相关分析。例如在振动测试分析、雷达测距、声发射探伤等都用到相关分析。 2、什么是调制？调制的目的是什么？如何实现对信号进行调幅和解调？ .答：调制是指利用某种低频信号来控制或改变一高频振荡信号的某个参数的过程。 信号调理的目的是：（1）实现缓变信号的传输，特别是远距离传输；（2）提高信号传输中的抗干扰能力和信噪比。对信号进行调幅是将一个高频载波信号与被测信号相乘，使得高频信号的幅值随被测信号的变化而变化。可使用同步解调、相敏检波的方式来实现对信号进行解调。 3、什么是负载效应？对于电压输出的环节，减轻负载效应的措施有哪些？ 答：当一个装置联接到另一装置上时，由于发生能量交换而使前装置的联接处甚至整个装置的状态和输出都将发生变化的现象称为负载效应。 对于电压输出的环节，减轻负载效应的办法有:(1)提高后续环节(负载)的输入阻抗； (2)在原来两个相联接的环节之中，插入高输入阻抗、低输出阻抗的放大器，以便一方面减小从前环节吸取能量，另一方面在承受后一环节（负载）后又能减小电压输出的变化，从而减轻负载效应；（2分）(3)使用反馈或零点测量原理，使后面环节几乎不从前环节吸取能量。 4、何谓压电效应？压电式传感器对测量电路有何特殊要求？为什么？ 答：某些物质在外力的作用下，不仅几何尺寸发生了变化，而且内部极化，某些表面上出现电荷，形成电场。当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这一性质称为压电效应。 压电式传感器的测量电路必须有高输入阻抗并在输入端并联一定的电容C i 以加大时间常数C R 0。主要是为了在测量动态量时，获得一定的输出电压并实现不失真测量。 四、计算题1、信号()x t 由两个频率和相位角均不相等的余弦函数叠加而成，其数学表达式为111222()cos()cos()x t A t A t =ω+θ+ω+θ，求该信号的自相关函数()x R τ .解：设 111222()()() ()cos()()cos() x t y t z t y t A t z t A t =+=ω+θ=ω+θ （3分） 则()x t 的自相关函数可表示为 ()()()()()x y yz zy z R R R R R τττττ=+++ （3分） 因为12ω≠ω则 ()0;()0zy yz R R ττ= = （3分） 所以21212()()() cos cos 22 x y z R R R A A τττττ=+ =ω+ω
工程测试技术试题及答案Last revision on 21 December 2020
复习总结 一、概念题 1.测试过程中，若所测试的信号不随时间变化或变化非常缓慢，称这种测试称为静态 测试。如果所测试的信号随时间周期变化或变化很快，这种测试称为动态测试。 2.传感器是把被测量转换成易于变换、传输和处理的一种器件或装置。 3.按构成原理分类，电阻应变片、热敏电阻、压电晶片属物性型传感器。 4.按构成原理分类，电容传感器、自感型电感式传感器属结构型传感器。 5.为提高和改善传感器的技术性能，可采取以下技术措施：差动技术、平均技术以及 补偿与修正技术。 6.传感器的定度曲线（或标定曲线）与拟合直线之间的偏离程度称为传感器的线性 度。 7.传感器的灵敏度是指稳态时，输出变化量与输入变化量之间的比值。 8.对于一阶传感器系统，当其时间常数（或τ）越小，其频率响应特性越好。 9.激波管标定系统中，激波管的作用是一种动态标定设备，能产生阶跃压力信号输 出。 10.金属电阻应变片的规格一般以面积（或长×宽）和初始阻值表示。 11.用电阻应变片测量构件的变形，影响电阻应变片电阻变化的因素有：应变片的灵敏 度和初始阻值、被测构件的应变量、以及应变片沿构件的粘贴方向。（因为：△R=KεR，K为灵敏度，R为应变片初始阻值，ε被测构件的应变量） 12.将电阻丝绕成应变片后，由于存在横向效应，其灵敏系数一般会减小。 13.在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，全桥接法可以得到 最大灵敏度输出。 14.应变片的温度误差补偿方法通常可分为：桥路补偿法、应变片自补偿法。 15.根据工作原理，变气隙型自感式传感器的灵敏度具有理论上的非线性。 16.电涡流接近开关结构简单，根据其工作原理，不可用来进行类似如玻璃瓶、塑料零 件以及水的液位的检测。 17.在差动式自感传感器中，若采用交流桥路为变换电路，常出现零点残余电压现象， 该现象使传感器灵敏度下降，灵敏阈值增大，非线性误差增大。
第一章 三、计算题 1-2 求正弦信号的绝对均值和均方根值。 解答： 000 2200000 224211()d sin d sin d cos T T T T x x x x x μx t t x ωt t ωt t ωt T T T T ωT ωπ ====-== ??? 2 222 00 rms 000 111cos 2()d sin d d 22 T T T x x ωt x x t t x ωt t t T T T -====??? 1-3求指数函数的频谱。 解答： (2)22022 (2) ()()(2)2(2)a j f t j f t at j f t e A A a j f X f x t e dt Ae e dt A a j f a j f a f -+∞ ∞ ---∞-∞ -==== =-+++??πππππππ 2 2 ()(2) k X f a f π= + Im ()2()arctan arctan Re ()X f f f X f a ==-π? 1-5求被截断的余弦函数(见图1-26)的傅里叶变换。 单边指数衰减信号频谱图 f |X (f )| A / φ(f ) f 0 π/2 -π/2
0cos ()0 ωt t T x t t T ?
《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。
机械工程测试技术课程设计 温 度 测 量 班级：机自111 学号：201100314115 姓名：孟凡 日期：2013.12.1
设计要求： 1、传感器：设计或选用，设计要有设计过程及计算结果。选用要列出所选传感器的技术指标。 2、信号处理电路，尽量设计出详细的电路图，也可以对局部电路图用方框表示。 3、设计所显示信号的显示部分，要求同1。 4、对所设计的题目写出设计报告。设计报告需打印，其中设计图部分可手绘。 5、不得完全相同，如有两个完全相同者，特别是电路部分及报告部分均做零分处理。 6、要求12月6日，以班为单位交到实验室405号。 7、具体设计项目：0——1300摄氏度，温度测量测试系统。 设计原理： 本设计采用的温度传感器是LM35温度传感器， LM35温度传感器是利用两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流。测试电路是通过电压比较放大电路来实现温度都的检测，控制电路是通过两个电压比较电路来实现对两个继电器的控制。报警电路有555时基电路和光敏电阻以及扬声器组成。 工作原理主要是利用温度传感器把系统的温度通过A\D转换电
路将电信号转换成数字信号，并通过与之连接的译码电路中显示出来。同时电压信号通过电压比较器与输入电压比较决定输出是高电平或是低电平，进而控制下一个电路单元的工作状态。报警电路中，当电路出现故障使温度失控时，使被控系统温度达到允许最高温度Vmax，此时发光二极管通电发光照在光敏电阻RL上，RL受光激发，电阻值迅速下降，分压点电位升高，电路立即产生振荡，发出声响报警。调温控制电路中，通过电压比较器的输入输出关系，决定温度的调节。当温度低于下限温度时，电路经过一系列变化接通加热器电源对其进行加热。当温度升到上限温度时，加热器电源，停止加热。 设计方案综述：: 1、对温度进行测量、控制并显示：首先必须将温度的度数（非电量）转换成电量，然后采用电子电路实现题目要求。可采用温度传感器，将温度变化转换成相应的电信号，并通过放大、滤波后送A/D 转换器变成数字信号，然后进行译码显示。 2、恒温控制：将要控制的温度所对应的电压值作为基准电压V REF，用实际测量值 v与V REF进行比较，比较结果（输出状态）自动地控制、 I 调节系统温度。 3、报警部分：设定被控温度对应的最大允许值V max，当系统实际温度达到此对应值V max时，发生报警信号。 4、温度显示部分：采用转换开关控制，可分别显示系统温度、控制温度对应值VREF，报警温度对应值Vmax。
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
工程测试技术试题及答案
1.
2.对于一阶传感器系统，当其时间常数（或τ） 越小，其频率响应特性越好。 3.激波管标定系统中，激波管的作用是一种动态 标定设备，能产生阶跃压力信号输出。 4.金属电阻应变片的规格一般以面积（或长× 宽）和初始阻值表示。 5.用电阻应变片测量构件的变形，影响电阻应变 片电阻变化的因素有：应变片的灵敏度和初始阻值、被测构件的应变量、以及应变片沿构件的粘贴方向。（因为：△R=KεR，K为灵敏度，R为应变片初始阻值，ε被测构件的应变量） 6.将电阻丝绕成应变片后，由于存在横向效应， 其灵敏系数一般会减小。 7.在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电 压的灵敏度也不同，全桥接法可以得到最大灵敏度输出。 8.应变片的温度误差补偿方法通常可分为：桥 路补偿法、应变片自补偿法。
9.根据工作原理，变气隙型自感式传感器的灵 敏度具有理论上的非线性。 10.电涡流接近开关结构简单，根据其工作原 理，不可用来进行类似如玻璃瓶、塑料零件以及水的液位的检测。 11.在差动式自感传感器中，若采用交流桥路为 变换电路，常出现零点残余电压现象，该现象使传感器灵敏度下降，灵敏阈值增大，非线性误差增大。 12.差动变压器式位移传感器是将被测位移量 的变化转换成线圈互感系数的变化，两个次级线圈要求反向串接。 13.电容传感器的转换电路包括：交流电桥、变 压器电桥、调频电路、运算放大器电路。14.压电式传感器是一种可逆型传感器，即可将 机械能转换为电能。也可反之实现逆向变换。 15.压电传感器中压电晶片的等效电路，可以看 作是一个电荷源与一个电容器的并联。 16.压电传感器测量电路常接电压或电荷放大
《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，
复习总结 一、概念题 1.测试过程中，若所测试的信号不随时间变化或变化非常缓慢，称这种测试称为 静态测试。如果所测试的信号随时间周期变化或变化很快，这种测试称为动态测试。 2.传感器是把被测量转换成易于变换、传输和处理的一种器件或装置。 3.按构成原理分类，电阻应变片、热敏电阻、压电晶片属物性型传感器。 4.按构成原理分类，电容传感器、自感型电感式传感器属结构型传感器。 5.为提高和改善传感器的技术性能，可采取以下技术措施：差动技术、平均技术 以及补偿与修正技术。 6.传感器的定度曲线（或标定曲线）与拟合直线之间的偏离程度称为传感器的线 性度。 7.传感器的灵敏度是指稳态时，输出变化量与输入变化量之间的比值。 8.对于一阶传感器系统，当其时间常数（或τ）越小，其频率响应特性越好。 9.激波管标定系统中，激波管的作用是一种动态标定设备，能产生阶跃压力信号 输出。 10.金属电阻应变片的规格一般以面积（或长×宽）和初始阻值表示。 11.用电阻应变片测量构件的变形，影响电阻应变片电阻变化的因素有：应变片的 灵敏度和初始阻值、被测构件的应变量、以及应变片沿构件的粘贴方向。（因为：△R=KεR，K为灵敏度，R为应变片初始阻值，ε被测构件的应变量） 12.将电阻丝绕成应变片后，由于存在横向效应，其灵敏系数一般会减小。 13.在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，全桥接法可以 得到最大灵敏度输出。 14.应变片的温度误差补偿方法通常可分为：桥路补偿法、应变片自补偿法。 15.根据工作原理，变气隙型自感式传感器的灵敏度具有理论上的非线性。 16.电涡流接近开关结构简单，根据其工作原理，不可用来进行类似如玻璃瓶、塑 料零件以及水的液位的检测。
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Ψx2表示的是信号的强度，它与均值μx、方差ζx2的关系是￠x2=H x2+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（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 (η) 。（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？。（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 = 8.85×10-12 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： 1、连续 2、￠x2=H x2+óx2 3、电桥、放大、调制解调电路 4、非线性度、灵敏度、回程误差 5、斜率 6、组合型、一体化型 7、Δó〈〈ó0定位 8、相邻相反相对相同 9、信号分析、信号处理 10、传递函数、频率函数、脉冲响应函数11、差模12、分布电容 13、频率 14、鉴频、鉴频器 15、反比 16、带宽B 17、1 18、串联19、系统、随机 一、问答题 1、答：测试是测量和试验的综合，是一种研究型的探索型的、论证型的测量过程，也是获取信息的过程。 （1）测量对象
一、选择题 1、差动式变极距式电容传感器的灵敏度是变极距式传感器的____2__倍. 2、信号有多种类型，从分析域上看，经典的分析方法有__时域法_和__频域法_。 3、压电式传感器的转换原理是利用晶体材料的__压电效应____。 4、传感器的静态特性中，输出量的变化量与引起此变化的输入量的变化量之比称为___灵敏度___。 6、信息与信号二者间关系是___信息在信号之中___。 7、当两信号的互相关函数在t 0有峰值，表明其中一个信号和另一个信号时移t 0时，相关程度___最高__。 8、传感器的灵敏度越高，意味着传感器所能感知的___被测量__越小。 9、测试工作的任务主要是要从复杂的信号中提取(有用信号) 10、时域信号的时移，则频谱变化为（ 相移 ） 11、 记录磁带快录慢放，放演信号的频谱带宽(变窄，幅值增高) 12、 用二阶系统作测量装置时，为获得较宽的工作频率范围，则系统的阻尼比应(接近1/√2 ) 13、 对二阶系统输入信号x(t)=A1sinw1t+A2sinw2t,则系统稳态输出方程的通式为(A1＇sin （w1t+φ＇１）+A2＇sin （w2t+φ２＇）) 14、 概率密度函数提供了随机信号（沿幅值域分布）的信息 15、 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(电涡流式) 16、 只使在fe 1～fe 2间频率的信号通过，应采用（带通）滤波器 17、 在选用振子时，除了使阻尼比接近０.７外，应使被测正弦信号的最高频率fm(≤（０.５-０.６） )振动子的固有频率fn 18、 为使电缆的长度不影响压电式传感器的灵敏度，应选用（电荷）放大器。 19、 当τ→∞时,信号x （t ）的自相关函数Rx （τ）呈周期性变化,说明该信号(含有周期成份)。 20、 正弦信号的自相关函数，使原有的相位信息(丢失) 21、 不能用确定的数学公式表达的信号是（随机）信号。 22、 非线性度是表示定度曲线（偏离其拟合直线）的程度。 23、 自相关函数一定是（偶）函数。 24、 为了能从调幅波中很好地恢复出原被测信号，通常用（相敏检波器）做为解调器。 25、 采样时为了不产生频谱混叠，采样频率必须大于信号最高频率的（2 ）倍 26、 压电式传感器前置放大器的主要作用是（把传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出）。 27、在电桥测量电路中，由于电桥接法不同，输出的电压灵敏度也不同，___全桥___接法可以获得最大的输出。 28、压电传感器所使用的前置放大器在电路中起着很重要的作用，以下说法错误的是___将传感器的低阻抗输入变成高阻抗输出___。 29、幅值调制装置实质是一个乘法器 30、理想滤波器在通带内的幅频特性为常数 31．变极距型电容传感器的输出与输入，成（非线性）关系。 32．如果窗函数频谱的主瓣峰值相对于左右旁瓣峰值越大，则该窗函数的泄漏误差（越小）。 33．不能用涡流式传感器进行测量的是(非金属材料)。 34．设时域信号x(t)的频谱为X(f)，则时域信号（C ）的频谱为X(f ＋f0）。 A . )(0t t x - B. )(0t t x + C. t f j e t x 02)(π- D. t f j e t x 0 2)(π 35．压电式传感器后面的放大器的主要功能为（阻抗变换和信号放大）。 36．一个相邻双臂工作的测力电桥，如果将两工作臂的一个应变片均改为两个应变片串联，则电桥的输 出电压（加大两倍） 二、判断题
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
第1章测量的基础知识 书本： 1-1.欲使测量结果具有普遍科学意义的条件是什么？ 答：①用来做比较的标准必须是精确已知的，得到公认的； ②进行比较的测量系统必须是工作稳定的，经得起检验的。 1-2.非电量电测法的基本思想是什么？ 答：基本思想：首先要将输入物理量转换为电量，然后再进行必要的调节、转换、运算，最后以适当的形式输出。 1-3.什么是国际单位制？其基本量及其单位是什么？ 答：国际单位制是国际计量会议为了统一各国的计量单位而建立的统一国际单位制，简称SI，SI制由SI单位和SI单位的倍数单位组成。 基本量为长度、质量、时间、电流强度、热力学温度、发光强度，其单位分别为米、千克、秒、安培、开尔文、坎德拉、摩尔。 1-4.一般测量系统的组成分几个环节？分别说明其作用？ 答：一般测量系统的组成分为传感器、信号调理和测量电路、指示仪器、记录仪器、数据处理仪器及打印机等外部设备。 传感器是整个测试系统实现测试与自动控制的首要关键环节，作用是将被测非电量转换成便于放大、记录的电量；
中间变换（信号调理）与测量电路依测量任务的不同而有很大的伸缩性，在简单的测量中可完全省略，将传感器的输出直接进行显示或记录；信号的转换（放大、滤波、调制和解调）； 显示和记录仪器的作用是将中间变换与测量电路出来的电压或电流信号不失真地显示和记录出来； 数据处理仪器、打印机、绘图仪是上述测试系统的延伸部分，它们能对测试系统输出的信号作进一步处理，以便使所需的信号更为明确。 1-5.举例说明直接测量和间接测量的主要区别是什么？ 答：无需经过函数关系的计算，直接通过测量仪器得到被测量值的测量为直接测量，可分为直接比较和间接比较两种。 直接将被测量和标准量进行比较的测量方法称为直接比较；利用仪器仪表把原始形态的待测物理量的变化变换成与之保持已知函数关系的另一种物理量的变化，并以人的感官所能接收的形式，在测量系统的输出端显示出来，弹簧测力。 间接测量是在直接测量的基础上，根据已知的函数关系，计算出所要测量的物理量的大小。利用位移传感器测速度。 1-6.根据你的理解，谈谈测试技术的内涵。 PPT:与书本一致。 第2章工程信号及其可测性分析 书本：
《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
《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