机械工程测试技术（刘培基）
第二章 信号描述及其分析
2—1 描述周期信号的频率结构可采用什么数学工具?如何进行描述?周期信号是否可 以进行傅里叶变换?为什么?
2—2 求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。
2—3 求周期三角波(图2—5a)的傅里叶级数(复指数函数形式)。
2—4 求图2-15所示有限长余弦信号)(t x 的频谱。 设⎩⎨⎧≥<=T
t T t t
w t x 0cos )(0
2—5 当模拟信号转换为数字信号时遇到哪些问题? 应怎样解决?
第三章 测试系统的基本特性
3—1 测试装置的静态特性指标主要有哪些?它们对装置的性能有何影响?
3—2 什么叫一阶系统和二阶系统?它们的传递函数、频率响应函数及幅频和相频特性 表达式是什么?
3—3求周期信号工)45100cos(2.010cos 5.0)(
-+=t t t x 通过传递函数为1
005.01)(+=s s H 的装置后所得到的稳态响应。 3—4 一气象气球携带一种时间常数为s 15的一阶温度计，并以s m /15的上升速度通过大气层。设温度随所处的高度按每升高m 30下降 c 15.0的规律变化，气球将温度和高度的数据用无线电送回地面。在m 3000处所记录的温度为c 2-。试问实际出现c
2-的真实高度是多少?
3—5 某传感器为一阶系统，当阶跃信号作用在该传感器时，在0=t 时，输出mV 10； ∞→t 时，输出mV 100；在s t 5=时，输出mV 50，试求该传感器的时间常数。
3—6 求信号)604cos(10)452sin(4)30sin(12)( +++++=t t t t x 通过—阶系统后的
输出)(t y 。设该系统时间常数s 1=τ，系统的静态灵敏度为25=S 。
3—7 某测试系统频率响应函数为)176********)(01.01(3155072)(2w jw jw w H -++=；试求该系统对正弦输入)8.62sin(10)(t t x =的稳态响应。
3—8 单位阶跃信号作用于一个二阶装置之后，测得其响应中产生了数值为2.25的第一个超调量峰值。同时测得其衰减振荡周期为s 14.3。已知该装置的静态增益为5，试求该装置的传递函数和该装置在无阻尼固有频率处的频率响应。
3—9 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1000Hz ，阻尼比
14.0=ξ，
问使用该传感器作频率为500Hz 的正弦力测试时，其幅值比)(w A 和相角差)(w ϕ各为多少?若该装置的阻尼比可改为7.0=ξ，问)(w A 和)(w ϕ又将作何种变化?
3—10 如何理解信号不失真测试的条件?若要求输入信号通过系统后反相位，则对系统有何要求?
第四章 常用传感器原理及应用
4—1 金属电阻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?应如何根据具体情况选用?
4—2 有一电阻应变片，其R=120Ω，灵敏度K=2，设工作时的应变为1000με，问∆R=? 若将此应变片接成图4—26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)电流表指示值的相对变化量；4)试分析这个变化量能否从电流表中读出?
4—3 许多传感器采用差动形式，差动传感器有何优点?
4—4 一电容式传感器，其圆形极板半径r=4mm ，初始工作间隙o δ=0.3mm ，若工作时极板间隙的变化量m μδ1±=∆时，电容变化量是多少?
4—5 何为压电效应和逆压电效应?常用的压电材料有哪几类?
4—6 压电式传感器的测量电路为什么常用电荷放大器?
4—7 何为霍尔效应?其物理本质是什么?
4—8 分别用光电元件和霍尔元件设计测量转速的装置，并说明其原理。
第五章 信号的变换与处理
5—1在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片金属电阻应变片R 1和R 2，接入点桥。若应变片的阻值R=120Ω，灵敏度K=2，钢的泊松比μ=0.285，桥压U 0=3V ，当应变片受到的应变为1000με时，求点桥的输出电压。
5—2 什么是滤波器的分辨力？与哪些因素有关？
5—3 分别设计一个截至频率为1kHz 的二阶有源低通滤波器和一个截至频率为100kHz 的二阶有源高通滤波器。
5—4 调幅波是否可以看成是调制信号与载波信号的叠加？为什么？
5—5 说明相敏检波器的作用和基本原理。
第六章 随机信号分析
6—1 概率密度函数的物理意义是什么?它和均值、均方值有何联系?
6—2 自相关函数和互相关函数在工程上有何应用?举例说明。
6—3 已知一个随机信号()x t 的自功率谱密度函数为()x S f ，将其输入到频率响应函数为τ
πf j f H 211)(+=的系统中，试求该系统的输出信号()y t 的自功率谱密度函数()y S f ，以及输入、输出函数的互功率谱密度函数()xy S f 。
第七章 机械位移测量
7—1 哪些类型的传感器适合于100mm 以上的大量程位移测量?
7—2 变极距电容传感器的线性范围如何、它适合高精度微小位移测量否?还有哪些类 型的传感器适合高精度微小位移测量?
7—3 数字式位移传感器有哪些种类?阐述其各自的工作原理?
7—4 采用四细分技术的增量式轴角编码器，参数为2048p/r ，与螺距为2mm 的丝杠相联接。实测轴角编码器在1s 的时间内输出了411648个脉冲，请计算丝杠转过的圈数、与之配合的螺母移动的直线位移及螺母移动的平均速度。
7—5 有一差动电容传感器，动极板处于中间位置时两个电容器的电容均为20pF ，正弦激励源的电压峰－峰值为12V 、频率为15kHz ，请完成： (1)设计一个电桥电路，具有电压输出的最大灵敏度；(2)计算传感器以外两个桥臂的匹配阻抗值；(3)传感器电容变化量为lpF 时，桥路的输出电压为多少?
第八章 振动的测量
8—1 何谓相对式测振传感器?何谓惯性式测振传感器?它们之间有什么不同?
8—2 要使惯性式位移传感器、惯性式速度传感器和惯性式加速度传感器的输出量能够准确地反映被测物体的振动参数，它们各应该满足什么条件?
8—3 已知某应变式加速度传感器的阻尼比7.0=ξ，当n ωω<时，传感器的相频特性可近
似的表示为：()()0.5n ϕωπωω≈-< ；设输入信号是一个由多个谐波组成的周期信号： ()()0cos n x t x nw t =∑，当该信号经过应变式加速度传感器时，其响应为 ()()0cos n n y t x nw t ϕ=+∑。式中n 为整数，试证明输出波形有没有相位失真?
8—4 用某惯性式位移传感器测量振动时，若要求其测量误差不超过2％，问其可测频率范围有多大(取6.0=ξ)?
8—5 根据磁电式惯性速度传感器的结构，说明为了扩展可测下限频率，在结构设计上采取了哪些措施?
8—6 压电式加速度传感器是否能够测量常值加速度?为什么?
第九章 应变力和扭矩的测量
9—1 －简单拉伸试件上贴有两片电阻应变片，一片沿轴向，一片与之垂直，分别接入电桥相邻两臂。已知试件弹性模量E=2.0 ⨯1011Pa ，泊松比3.0=μ，应变片灵敏系数K=2，供桥电压U 0=5V ，若测得电桥输出电压U BD =8.26mV ，求试件上的轴向应力为多少Pa? 9—2 以单臂工作为例，说明电桥实现温度补偿必须符合哪些条件?
9—3 为了测量某轴所承受的扭矩，在其某截面的圆周上沿轴向±45o 方向贴了两个电阻应变片，组成半桥。已知轴径d=40mm ，弹性模量E=2.0 ⨯1011Pa ，泊松比3.0=μ。若由静态应变仪测得读数为1000με，求该轴所受的扭矩大小?
9—4 一构件受拉弯综合作用，试设计如何贴片阻桥才能进行下述测试：(1)只测弯矩，并进行温度补偿，消除拉力的影响；(2)只测拉力，并进行温度补偿，消除弯矩的影响。 9—5 试述转轴扭矩测量的原理和方法。
9—6 有一扭矩标定小轴，其轴径d=30mm ，弹性模量E=2.0 ⨯1011Pa ，泊松比3.0=μ，加载力臂L=1000mm 。若用静态应变仪全桥测其应力，若加载50N 时，静态应变仪读数为多少με?用同种材料直径D=300mm 的轴进行实测，测试条件与标定完全相同，问当应变仪读数与上面标定相同时，实测轴所受的扭矩是多少?
第十章 温度测量
10—1 当热电偶的参考温度不为0o C 时，应怎样测量温度？举例说明。
10—2 分别说明热电偶，金属热电阻和半导体热敏电阻的特点和用途。
第十一章 压力和流量的测量
11—1 说明力平衡压力变送器的工作原理。
11—2 利用弹簧管作为压力敏感元件，试设计一个霍尔压力变送器。
11—3 流量主要有哪些测量方法？
11—4 电磁流量计有哪些特点？
第十二章 计算机控制测试系统
12—1 计算机数据采集的设计原则，设计内容及设计步骤有哪些？
12—2 计算机数据采集系统主要有哪些功能部分组成？
12—3 什么是虚拟仪器？虚拟仪器是怎样组成的？
12—4 计算机数据采集系统一般有哪几种地线？有几种主要的接地方式？
12—5 对计算机数据采集系统产生干扰因素有哪些？如何进行干扰抑制?
12—6 计算机数据采集系统中通常采用哪些可靠技术？
工程测试技术（康宜华）
习题
第1章 绪论
1.列出你身边的测试技术应用的例子。
2.系统地提出(或介绍)你了解的(或设想的)与工程测试相关的某一考虑通过本门课程的学习，你如何来解决这一问题。
第2章 信号分析基础
1.求信号2cos 2()()t x t e t π=-∞<<∞的周期，并绘出时域图形。
2.确定序列3()cos(
)78x n n ππ=-是不是周期性的，如果是，求出其周期，并给出波形图。 3.已知余弦信号1020()cos(),()cos()x t w t x t w t ϕϕ=+=-，试给出其幅值谱与相位谱，并作比较。
4.如习题图1所示， 已知周期矩形脉冲信号在一个周期内的表达式为：
2()02A t x t t ττ⎧⎛⎫≤ ⎪⎪⎪⎝⎭=⎨⎛⎫⎪> ⎪⎪⎝⎭⎩ 试求其幅值谱与相位谱，并研究在时移0τ情况下的相位谱。
5.如习题图2所示，矩形脉冲信号()20A t x t τ⎧⎛⎫≤⎪ ⎪=⎝⎭⎨⎪⎩
其它求其频谱，并研究当时移0t τ=时的频谱特征。
6.已知矩形单脉冲信号0()x t 的频谱为0()sin (2)x w A c w ττ=，试求习题图3所 示的矩形信号的频谱。
习题图3
7.已知信号x(c)：00()1sin 2cos3x t w t w t =++，试用Fourier 级数展开式求其复数形式的幅值谱与相位谱，再用Fourier 变换式求其幅值谱密度与相位谱，并绘出图形作比较。
8.已知信号0()cos(2)4x t A f t π
π=-，试绘图表示：(1)Fourier 级数实数形式的幅值谱、相
位谱；(2)Fourier 级数复数形式的幅值谱、相位谱；(3)幅值谱密度、能量谱密度；(4)功率谱密度。
9.对三个余弦信号()cos 2,()cos6,()cos10
x t t x t t x t t πππ===进行理想采样，采样频率4c f Hz =，求三个采样输出序列，比较这三个结果，画出123()()()x t x t x t 、、的波形及采样点位置，并解释频率混叠现象。
10.计算以下序列的离散傅立叶变换：(
)(1,x n =---。 11.已知一信号的最高频率含量为1kHz ，记录长度T=40s ，今对该模拟信号进行数字化处理，
已决定采样频率为2kHz，采样点数为2048点，问：
(1)所得数字信号有无功率泄漏现象，为什么?
(2)所得数字信号有无频率混叠现象，为什么?
第3章传感器原理及应用基础
1.什么叫传感器?它由哪几部分组成?它们的作用及相互关系怎样?
2.简述应变式电阻传感器的工作原理。
3.把一个变阻器式传感器按习题图4接线，它的输入量是什么?输出量是什么?在什么条件下它的输出量与输入量之间有较好的线性关系?
4．以测量温度为例，分析不同方法的特点，请从下面几点考虑：(1)测量的温度范围；(2)测量方法的适应情况。
5．将上述温度换为磁场，回答同样的问题。
6．差动变压器的零点残余电压产生的原因是什么?怎样减小和消除它的影响?
7．何为涡流效应?怎样利用涡流效应进行位移测量?
8．电容式传感器的工作原理和主要性能是什么?
9．简述电容式传感器的主要优缺点。
10．如何改善单极式、变极距型电容传感器的非线性?
11．磁电式传感器可分为几类?各有什么性能特点?
12．请利用压电式传感器设计一个测量轴承支座受力情况的装置。
13．如何测量太阳的温度?
14．请列出测量物体位置的几种方法(不少于3种)，请描述其基本原理，各种方法的特点，局限性。
15．红外探测器有哪些类型?并说明它们的工作原理。
16．磁栅式传感器的误差是哪些因素引起的?可应用于哪些场合?
17．透射式光栅传感器的莫尔条纹是怎样产生的?条纹间距、栅距和夹角的关系是什么? 18．试述光敏电阻、光电二极管、光电晶体管和光电池的工作原理，如何正确选用这些器件?
请举例说明。
19．光电传感器包含哪几种类型?各有何特点?用光电式传感器可以测量哪些物理量?
20．试叙述脉冲盘式数字传感器的一般结构。用一只每圈有1024个输出脉冲的脉冲盘式传感器设计一个测量高速钻床的转速装置，最高转速为5000r ／min 。
21．简述热电偶与热电阻测温原理。
22．试比较热电偶测温与热电阻测温有什么不同(从原理、测温系统组成和应用场合三方面考虑)。
23．试证明在热电偶中接人第三种材料，只要接人的材料两端的温度相同，对热电动势没有影响这一结论。
24．试述差压流量传感器、电磁流量传感器、涡轮流量传感器的测量原理、特点及使用场合。
25．根据频率调制原理，设计一个用光纤传感器测试石油管道中的石油流速的系统，并叙述其工作原理。
26．利用光纤传感器详细设计一个工业探伤成像系统(根据自己所掌握的知识尽可能地详细)。
27．叙述酶、微生物分子传感器的基本工作原理。它们各有哪些固定生成技术?试列表比较它们的技术特点。
28．叙述免疫传感器的基本工作原理。电化学免疫传感器的结构有哪几种?抗体与抗原结合时产生的化学量的变化是很微弱的，怎么使这种变化量变大?
29．如何用生物传感器诊断一个病人是否得了糖尿病?
30．在网络上查找出有介绍电阻应变式、热阻式、电容式、电感式和磁电式传感器产品的网站各一个，打印(或记录)其结构简图、工作原理、特性、主要型号及技术参数等有关信息。
31．为满足测试需要，对传感器的一般要求有哪些?
32．传感器的动态特性的评价指标有哪些?
33．提高传感器性能的方法有哪些?
第4章 模拟信号处理
1.如习题图5所示，余弦函数被矩形脉冲调幅，其数学表达式为0cos ()0s w t t t x t t t
⎧<⎪=⎨
>⎪⎩试求其频谱。 2.已知理想低通滤波器(如习题图6所示) ()()0
00jw c c A e w w w H w τ-⎧<<=⎨⎩其它
，试求，当δ函数通过此滤波器以后：(1)时域波形；（2）频谱；（3）为什么说该滤波器是非因果系统。
3.已知理想低通滤波器(如习题图6所示) ()()0
00jw c c A e w w w H w τ-⎧<<=⎨⎩其它
，试求，当价跃信号通过此滤波器以后：(1)时域波形；（2）频谱；（3）滤波器带宽()2f c B w π=与滤波上升时间之间的关系。
4.简述电桥采用恒压源供电和恒流源各自的特点，推导出恒压源供电的计算公式。
5. 有人在使用电阻应变仪时，发现灵敏度不够，于是，试图在工作电桥上增加电阻应变片数，以提高灵敏度。试问，在下列情况下，是否可提高灵敏度?说明为什么?
(1)半桥双臂各串联一片；(2)半桥双臂各并联一片。
6.已知调幅波()()()10030c o s 20c o s 3
c o s a c x t wt wt w t =++，10c f kHz =；500w f Hz =。试求：(1) ()a x t 所包含的各分量的频率及幅值；(2)绘出调制信号与调幅波的频谱。
7.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：
()cos10cos100t A t B t ε=+，
如果电桥激励电压0sin10000e E t =，试求此电桥的输出信号频谱。
8．调幅波是否可以看成是载波与调制信号的迭加?为什么?
9．已知低通滤波器的频率响应函数())11,0.05H jw jw s τττ=+=，当输入信号 ()()()0.5cos 100.2cos 10045x t t t =+-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。
10．已知调制信号是幅值为10，周期为1s 的方波信号，载波信号是幅值为1，频率为10Hz 正弦波信号。1)画出已调制波的波形，2)画出已调制波的频谱。
第5章 数字信号处理
1．数字信号处理系统由哪些主要部分组成?各部分的基本作用是什么?
2．试述抗频混滤波器在数字信号处理系统中的作用。
3．上网查阅TMS320系列信号处理芯片的资料，并分析它们的主要特点。
已知任意信号()x t 被理想脉冲序列()()s n p t t nT δ∞=-∞=
-∑所采样，试求采样信号的频谱。式中，s T 为脉冲序列的周期。
4．试说明在A ／D 转换过程中产生量化误差的原因以及减小量化误差的方法。
第6章 工程案例分析
1．设计21世纪的家居环境中的检测系统。
2．如何发现废墟下的人员。
3．设计超市的防盗系统。
4．评价高层建筑的安全性及其防护措施。
5．论述一个智能机器人的检测系统。
6．画出一典型测试系统的组成框图，并说明各组成部分的作用。
机械工程测试技术基础(周生国)
第二章 测量系统的基本特性
2-1 某温度传感器的时间常数s 3=τ，当传感器受突变温度作用后，试求传感器指示出温度差的31和21所需的时间。
2-2 某传感器为一阶系统，当阶跃信号作用在该传感器时，在0=t 时，输出mV 10；∞
→t 时，输出mV 100；在s t 5=时，输出mV 50，试求该传感器的时间常数。
2-3 某一阶压力传感器的时间常数为s 5.0，若阶跃压力从25Mpa 到5Mpa ，试求二倍时间
常数的压力和s 2后的压力。
2-4 试说明二阶测量系统常使阻尼比8.0~6.0=ζ的原因。
2-5 某测力传感器属于二阶测量系统，其固有频率为1000Hz,阻尼比为临界值的50%，当
500Hz 的简谐压力输入后，试求其幅值误差和相位迟滞。
第三章 传感器原理与测量电路
3-1 一个量程为10kN 的应变式测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径20mm ，
内径18mm ，在其表面粘贴8个应变片，4个沿轴向贴，4个沿周向贴，应变片的电阻值均为Ω120，灵敏度系数为2.0，泊松比为0.3，材料弹性模量Pa E 11101.2⨯=。要求： (1)绘出弹性元件贴片位置及全桥电路；(2)计算传感器在满量程时各应变片电阻变化量；(3)当供桥电压为10V 时，计算传感器的输出电压。
3-2 试分析电感传感器产生非线性的原因，并说明如何改善。
3-3 有一直径2m 、高5m 的铁桶，往桶内连续注水，当注水量达到桶容量的80％时就应停
止，试分析用应变式或电容式传感器系统来解决该问题的途径和方法。
3-4 为何压电式传感器通常都用来测量动态或瞬态参量?
3-5 试比较压阻传感器和半导体应变片传感器的异同点。
第四章 压力测量
4-1 为什么要制定压力的传递标准？各级标准可否用同等标准的传感器代替？
4-2 说明应变式压力和力传感器的基本工作原理。
4-3 校准一块1.5级量程为0Mpa~1.6Mpa 的工业用压力表，应选择下列哪一个标准压力传感
器？
（1）0Mpa~1.6Mpa ，0.5级 （2）0Mpa~2.5Mpa ，0.35级 （3）0Mpa~6Mpa ，0.25级 4-4 压力传感器为什么要进行校准？各有什么特点？
第五章 力和应力测量
5-1 为何要制定力值传递标准?各级标准可否用相同等级的力传感器代替？
5-2 杠杆式二等标准测力机的杠杆比是10：1，若此测力机安装在我国的哈尔滨和广州两地，要产生1000N 的力值，砝码的质量应分别为多少kg?
5-3 试设计一个能测拉力和压力的力传感器，额定量程为100N ，输出灵敏度为2mV ／V 。若弹性元件分别用圆筒形和圆环形，结果如何?
5-4 图5-37是用4个三分力传感器组成的测力平台，若改为3个传感器，应如何布局和计算?如用两个传感器行吗?
5-5 有一个应变式测力传感器，弹性元件为实心圆柱，直径D=40mm ，在其上沿轴向和周向各贴两片应变片(灵敏度系数K=2.0)组成差动全桥电路，供桥电压为10V 。设材料弹性模量Pa E 11100.2⨯=，泊松比3.0=μ，试求该测力传感器的灵敏度(该灵敏度用kN V μ表示)。
5-6 一个圆筒状压力容器受内压，在表面沿轴向和圆周方向各贴一片应变片，分别测得轴向和周向的应变μεεμεε425,115==r L 。设圆筒材料的弹性模量Pa E 11100.2⨯=，泊松比3.0=μ，试求圆筒表面的轴向应力和周向应力(注意应变比和应力比的大小)。
5-7一个圆筒状压力容器受内压，在表面贴应变花，测得的应变分别是μεεμεεμεε770,470,21090450===
，试求圆筒主应变、主应力和主应力方向。
第六章 震动测量
6-1 在稳态正弦函数振动中，是否可以只测位移，然后用对位移进行微分的方法，求速度和加速度？或者只测量加速度，然后用对其进行积分的方法求得速度和位移?为什么? 6-2 分析惯性传感器的工作原理。
6-3 有一个压电加速度测量系统，如果用其测量信号的最高频率30f kHz =，欲使幅值测量误差小于5％，传感器的固有频率为何值?用50kHz 的传感器能否测量?为什么? 6-4 压电加速度计有哪几种安装方法?安装时有什么注意事项?
6-5 如何对测振传感器进行校准?请简述方法。
6-6 选择测振传感器的主要注意事项是什么?
6-7 用压电加速度计和电荷放大器测量振动加速度，如果加速度计的灵敏度为80PC g ，
电荷放大器的灵敏度为20mV PC ，当振动加速度为5g 时，电荷放大器的输出电压为多少?此电荷放大器的反馈电容为多少?
第七章 温度测量
7-1 试述热电偶测温的基本原理和基本定律。
7-2 试述电阻温度计与热电偶温度计的异同点。它们各自应选用何种二次仪表相连，为什么? 7-3 辐射式温度计有何特点?试比较红外测温仪与全辐射高温计的异同点。 ·
7-4 用镍铬—康铜热电偶测量冰箱冷冻室温度，把热电偶直接与指示仪表相连，仪表所处的室内温度为15C ，此时仪表测得的热电势为 2.5mV ，求冰箱的温度。
7-5 用镍铬—镍硅热电偶测量物体温度，该物体在不同时刻温度分别为15015C C C ＋、、－
，测量仪表所处室温为15＋
。热电偶直接与仪表相连，问在上述时刻仪表测得的热电势分别是多少。
7-6 用镍铬—康铜热电偶测量700C 的温度，原冷端温度为100C ，现采用补偿导线将原冷端延长至新的冷端0C ，但是把补偿导线的极性接反了，求此时引起的测量误差(温度)有多大。
7-7 一支铂铑10－铂热电偶，时间常数为10s ，欲测量熔炉中高温，冷端温度为20C ＋，当热电偶从室温20C ＋突然插入炉内，经过5s 测得的热电势为5.133mV ，求熔炉中的温度。
第八章 现代数据采集系统
8-1 数据采集系统的基本组成是什么？一般具有什么功能？如何分类？各有什么特点？ 8-2 试设计一个实用的数据采集系统，设计要求与给定条件如下：
测量6个温度点，其中有4路温度范围为0200C C ～，有两路温度范围为01000C C ～，要求温度精度为0.5％，采集速度2次/s 。还有两路压力信号，压力范围为0MPa~100MPa ，压力测量精度为0.5％。
8-3 在上述系统中，当6路温度均为100C 时，各路温度的绝对误差是多少？相对误差是多少？当达到满量程值时误差是多少？
机械工程测试技术(陈花玲)
第一章 绪论
1-1 机械工程测量系统在机械工程中有哪些应用？为什么它受到机械工程中各行各业的普遍重视？
1-2 叙述测量系统在自动控制系统中的地位和作用。
1-3 测量系统有哪些环节？各个环节有什么功能？
1-4 举例说明接触测量与非接触测量的优缺点。
1-5 什么叫智能传感器？
1-6 计算机测试系统的特点是什么？
1-7 虚拟仪器的含义是什么？
1-8 测量、测试、计量的概念有什么区别？
第二章 机械测试信号分析与处理
2-1 信号一般有哪几种分类方法?各分为哪几类?请简要说明。
2-2 请简述信号的几种描述方法。
2-3 写出周期信号两种展开式的数学表达式，并说明系数的物理意义。
2-4 周期信号和非周期信号的频谱图各有什么特点?它们的物理意义有何异同?
2-5 求如图2-1所示的周期性锯齿波、半波整流波形、全波整流波形的傅立叶展开式 并画出其频图。
图2—1 习题2-5图
2-6 有周期性方波、三角波、全波整流三个周期信号，设它们的频率均为1000Hz 。对这几个信号进行测量时，后续设备通频带的截止频率上限各应是多少?(设某次谐波的幅值降低到基波的110以下，则可以不考虑)
2-7 求出下列非周期信号的频谱图
1)被截断的余弦信号 ()()()0cos 0A w t t T f t t T ⎧≤⎪=⎨>⎪⎩
2)单一三角波；
3)单一半个正弦波；
4)衰减的正弦振荡 ()()0sin 0,0at f t Ae
w a t -=>≥
图2—2 习题2—7图
2-8 已知正弦信号()()0sin f t A w t φ=+，求其自相关函数和功率谱密度函数。
2-9 简要说明模拟信号离散化过程中需要考虑的几个方面。
第三章 测量装置的基本特性
3-1 线性定常系统有哪些基本特性?简述同频性在动态测量中的重要意义。
3-2 测量装置有哪些静态特性指标?
3-3 待测压缩机转速为1000r/min ，现有1.0级精度，量程为10000r/min 及2.0级精度，量程为3000r/min 的两个转速表，请问使用哪一个转速表较好，并说明原因。
3-4 说明测量装置的幅频特性()A w 和相频特性()w φ的物理意义。为什么()A w k =(常数) 和()0w wt φ=-，可以作到理想的不失真测量?
3-5 用时间常数为0.5s 的一阶测量装置进行测量，若被测参数按正弦规律变化，如果要 求仪表指示值的幅值误差小于2％，问：被测参数变化的最高频率是多少?如果被测参数的周期是2s 和5s ，幅值误差是多少?
3-6 求周期信号()()()0.5cos 100.2cos 10045x t t t =+-通过频率响应为
())110.005H jw jw =+的测量装置后得到的稳态响应。
3-7 用一个一阶测量装置测量100Hz 的正弦信号，如果要求振幅的测量误差小于5％，此仪器的时间常数应不大于多少?若用具有该时间常数的测量仪器测量50Hz 的正弦信号，相应的振幅误差和相位滞后是多少?
3-8 试说明二阶测量装置的阻尼比的值多采用0.6~0.7的原因。
3-9 已知一个二阶测量装置，阻尼比0.65,1200n f Hz ζ==，问：输入240Hz 和480Hz 的信号时()A w 和()w φ是多少?若阻尼比ζ变为0.5和0.707，()A w 和()w φ又各是多少? 3-10 已知某一测力传感器为二阶测量装置，其动态参数为固有频率1200n f Hz =， 0.707ζ=。试求当测量信号()000sin 2sin6sin10x t f t f t f t πππ=++时其幅值、相位变化，其中0600f Hz =。最后请用幅频、相频图作出定性解释。
第四章 测量误差分析
4-1 什么是测量准确度? 什么是测量不确定度? 它们的作用如何?
4-2 量程为10A 的0.5级电流表经检定在示值5A 处的示值误差最大，其值为15mA ，该表是否合格?
4-3 对约为70V 的电压进行测量，现有两只电压表可供选择；一只的量程为100V ，级别为1.0级；另一只量程为200V ，级别为0.5级。问用哪一只电压表测量合适?
4-4 对某量进行了8次测量，测得值为：802.40，802.50，802.38，802.48，802.49，802.46，802.45，802.43，求测量量的最佳估计值和测量不确定度。
4-5 按公式2
V r h π=计算圆柱体体积，若已知r 约为2cm ，h 约为20cm ，要使体积的相对误差等于1％，试问r 和h 测量时误差应为多少?
4-6 测量某电路的电流I=22.5mA ，电压V=12.6V ，I 和U 的标准偏差为10.5S mA =，0.1V S V =，求所耗功率及其标准不确定度。(I 和V 互不相关)
4-7 设间接测量量z x y =+，在测量时，x 与y 是同时读数的。试求z 及其标准不确定度。
4-8 某电子测量设备技术说明书指出：当输入信号的频率在200kHz 时，其相对误差不大于2.5%±；环境温度在()2010C ±范围变化时，温度附加误差不大于11%C -；电源电压变化10%±时，附加误差不大于2%±；更换晶体管时附加误差不大于1%±；假设在环境温度23C 时使用该设备，使用前更换了一个晶体管，电源电压220V ，被测信号为0.5V 、200kHz 的交流信号，量程为1V 。试估算测量不确定性。
4-9 对某量重复测量数据如下：25.6，25.2，25.9，25.3，25.7，26.8，25.5，25.4，25.5，25.6，25.1,试判断该组数据中是否含有粗大误差。
第五章 信号的获取与调理
5-1 参数式传感器与发电式传感器有何主要不同?试各举一例。
5-2 电阻丝式应变片与半导体式应变片在工作原理上有何不同?各有何优缺点?
5-3 一个电容测微仪，其传感器的圆形极板的半径r=4mm ，工作初始间隙00.3d mm =， 空气介质。问：1)通过测量得到电容变化量为3310PF -±⨯，则传感器与工件之间由初始间隙变化的距离?d ∆=；2)如果测量电路的放大系数，读数仪表灵敏度25k mV =格，则此 时仪表指示值变化多少格?
5-4 差动式传感器的优点是什么?
5-5一个直流应变电桥如图5-1。已知：R1=R2=R3＝R4=R=120Ω，
E ＝4V ，电阻应变片灵敏度S=2。
求：1)当R1为工作应变片，其余为外接电阻，
R1受力后变化11100
R R ∆=时，输出电压为多少？
2)当R2也改为工作应变片，若R2的电阻变化为1/1 00时，
问R1和R2是否能感受同样极性的应变，为什么?
5-6 调幅波是否可以看成是载波与调制信号的迭加? 为什么? 图5－1 5-7 已知调幅波()()()010030cos 20cos3cos c x t t t w t =+Ω+Ω，
其中10,500,2c c c f kHz f Hz w f πΩ===。试求：
1)所包含的各分量的频率及幅值；
2)绘出调制信号与调幅波的频谱。
5-8 霍尔效应的本质是什么?用霍尔元件可测哪些物理量?请举三个例子说明。
5-9 热电偶是如何实现温度测量的?影响热电势与温度之间关系的因素是什么?
5-10 设计利用霍尔元件测量转速的装置，并说明其原理。
5-11 试选择适当的中间转换器补充完整题图5-2中动态电阻应变仪方框图。
图5-2 题5-11图
5-12设计用电涡流传感器实时监测扎制铝板厚度的装置，
试画出装置的框图，简要说明工作原理。
5-13用应变片搭成电桥测量题图5-40所示两种情况的力，
请回答下列问题：
1)两种情况下，应变片应接在电桥哪两个臂上?
2)两种情况下，应分别采取什么措施来抵消温度变化引起的电阻值变化? 图5-3 题5-13图
第六章 计算机测试技术
6-1 自动测试系统主要由哪些部分组成?各部分的作用是什么?
6-2 在设计计算机测试系统时，选择模拟多路开关要考虑的主要因素是什么?
6-3 测量信号输入A/D 转换器前是否一定要加采样保持电路?为什么?
6-4 在选择采样保持器时，要考虑的主要因素是什么?
6-5 一个计算机测试系统的测试对象是温室大棚的温度和湿度，要求测量精度分别是+1℃和+3％RH ，每10min 采集一次数据，应选择何种类型的A/D 转换器和通道方案?
6-6 如果一个计算机测试系统，要求有1％级精度性能指标，在设计该计算机测试系自付，怎样选择系统的各个器件?
6-7 一个带有采样保持器的数据采集系统是否其采样频率可以不受限制?为什么?
6-8 一个带有采样保持器的数据采集系统，其采样频率100,10,s f kHz FSR V == 3,8,AP t ns n ∆==试问系统的采样频率人是否太高?
6-9 什么叫智能仪表?它有什么特点?
6-10 智能仪表有哪些基本组成部分?同时它又有哪些功能模块?
6-11 何为虚拟仪器?与传统仪器相比，虚拟仪器有什么特点?
6-12 试用LabVIEW5.0/6.0系统设计一个频谱分析仪。
6-13 设计一个测量系统时应事先考虑哪些影响因素?并以此如何进行详细设计?
6-14 为什么测量仪器设计过程中一定要注意抗于扰问题?于扰窜人仪器的方式有哪些?针对不同的干扰方式，各用什么方法来解决仪器的抗干扰问题?
第七章 力、压力和位移测量
7-1 金属电阻应变片测量外力的原理是什么?
7-2 有人采用U 形管测量压差时将一些小玻璃球沉放到U 形管底部，如图所示，请解释这
样做的作用是什么。
7-3压电式传感器在使用中应采取什么措施可提高测量精度？
7-4为什么压电式传感器一般不用于静态或准静态信号测量？
7-5 压力传感器静态标定与动态标定的内容有什么区别?
7-6 电感传感器为什么用差动式都有利于改善非线性?
7-7 在掌握差动变压器(包括两段式与三段式)工作原理的基础上，理解它在什么条件下可以测量速度，在什么条件下可以测量位移，在什么条件下可以测量位移和速度两个参数? 7-8 涡流传感器为什么测试对象是不同种类的金属材料(铜、铝、钢等)时其特性曲线不同，而且磁性材料与非磁性材料差别更大，原因何在?
7-9 试设计差动变压器速度和位移两用测量仪的电路结构框图(励磁绕组中同时加入直流励磁电流和交流励磁电流)。若励磁绕组中仅加入交流励磁电流可否同时测出速度和位移?如果可以的，将此方案与同时加交、直流励磁电流的方案相比较，哪一个方案性能好? 7-10 电容式传感器用于位移测量有哪些特点?
第八章 温度测量
8-1在热电偶的回路中接人热电势的测量仪表，对于电势值有无影响?为什么?
8-2试说明图8-1中a 、b 两种连接方法等效的原因。
图8-1 习题8-2图
8-3 热电偶测温为何要采用参考端温度补偿?
8-4 用铜一康铜热电偶测某介质温度，测得电势()0,2500E t t V μ=，已知0260t K =，求 被测介质温度t 。
8-5 现有一金属电阻温度计和半导体电阻温度计各一只，要进行一动态温度测量，你认为选用哪种温度计好?为什么?
8-6 电阻温度计测温为何要加工作电源?流过热电阻电流大小改变时，对测量精度有何影响？
8-7 现需要用铂电阻温度计测量某低温介质温度，请你按三线制测量方法进行联线(图8-2)，并解释为何要采用三线制接法?
8-8 试分析采用上题图中线路进行测温的主要误差来源。
8-9 请设计一个温度计，该温度计是通过测量压力的大小来实现温度测量。
8-10用热电偶测温，二节点之间温差越大产生热电势也越大；如果温差相同，产生热电
势也就一样，即
E
T
∆
∆
=常数。所以热电势与温差呈线性关系。上述结论显然是错误的，问错
在哪里，并予以纠正。
8-11如图8-3所示，一直流电位差计与两对相同材料的热电偶联接，已知
()
200,08.5
E mV
=，()
100,0 5.0
E mV
=那么图示电位差计示值应为多少?
8-12如图8-4所示，两支热电偶串联，热电偶的四个节点处在不同温度下，已知：
()
100,0 4.0
E mV
=，()
200,08.5
E mV
=，()
300,013.5
E mV
=，求电位差计示值。
图8-2 习题8-7图
图8-3 习题8-11图图8-4 习题8-12图
第九章振动与噪声测量
9-1 比较振动测量中，电涡流传感器、磁电式速度传感器、压电加速度传感器的工作频率范围及特点。
9-2 加速度传感器有几种安装方法?各有什么优缺点?
9-3 设计一个振动频率特性测量系统框图。
9-4 设计一个系统动态特性测量系统框图。
9-5 脉冲激励与正弦激励各有什么特点?
9-6 某工作地点周围有5台机器，它们在该地点造成的声压级分别为95dB、90dB、92dB、88dB和82dB。求1）5台机器在该地点产生的总声压级；2)试比较第1号机停机与第2、3号机同时停机对降低该点总声压级的效果。
9-7 若用线性声级计与A计权声级计测量同一声源得到的噪声声级基本相同，说明这一
声源有什么频谱特性?
9-8 工业现场常采用声功率级而不采用声压级对一台机器噪声水平进行衡量，为什么?
9-9 声强测量有什么用途?
第十章转速与功率测量
10-1下列技术措施中，哪些可以提高磁电式转速传感器的灵敏度：
1)增加线圈匝数；
2)采用磁性强的磁铁；
3)加大线圈的直径；
4)减小磁电式传感器与齿轮外齿间的间隙。
10-2 采用磁电式传感器测速时，一般被测轴上所安装齿轮的齿数为60，这样做的目的是什么?
10-3 如图10-1所示三种传感器均可用于转速测量，试分析它们的工作原理。对前两种传感器列出其脉冲频率与转速之间的关系。
图10-1 题10-3图
a) 1－铁心2－齿轮(钢材) 3－转轴
b) 1－永久磁铁2－齿轮(钢材) 3－霍尔元件4－转轴
c) 1－铝杯2－永久磁铁3－螺圈弹簧
10-4 在测量一台计算机电源冷却风扇的转速时，应选择下述方案的哪一种并提出具体测量方案。
1) 机械式转速表；
2) 光电式转速传感器；
3) 磁电式转速传感器；
4) 闪光测速仪。
10-5 某些安装了旋转机械的厂房不允许使用日光灯照明，试解释其原因。
10-6 为什么对扭矩仪的安装质量要求很高，在安装扭矩仪时应注意哪些地方，不适当的安装会引起什么问题。
10-7 试述应变式扭矩仪及相位差式扭矩仪的工作原理及优缺点。
10-8 比较所学过的各种测功器的特点、性能指标及应用范围。
10-9 在电力测功器中吸收功率的器件是大功率电阻器，有人认为，我们可以很精确地测量该电阻器端的电压和流过的电流，并计算出该电阻器消耗掉的功率，这样就可以完成测量原动机输出功率的目的，请问，这种方案可行吗？为什么？
第十一章流速与流量测量
11-1 水以1.417m/s的流速流动，用毕托管和装有相对密度为1.25液体的U形管压力计来测量。毕托管的校正系数为1.0，问压力计液体高度差。
11-2 空气流以91.44m/s 的速度流动，气流温度为015C ，密度3
1.235/kg m ρ=，静压为 100kPa ，利用毕托管测量。计算由空气是不可压缩假设引起滞止点压力误差。
11-3 有毕托管－U 形管测量装置测得压差为19.72kPa ，绝对静压为100kPa ，空气流的温度为015.1C 。设1) 空气可压缩；2) 空气不可压缩。计算空气流速。
11-4 热线风速仪有哪些工作方式、各自特点?
11-5 用二元复合测压管测量管道内某一点空气流参数，测压管校正系数为：00.970K =； 010.735,K K -== 侧的：22212900;340;h mmH O h mmH O ΘΘ-==740;Pa mmHg Θ= 020Ta C =。计算流体参数0,,p p v 。
11-6 流量有哪些表示法?气体流量通常用什么流量表示?
11-7 涡轮流量计由哪几部分组成，适用于什么场合?使用时要注意什么?
11-8 涡街流量计的工作原理是什么?有何优缺点?如何正确使用?
11-9 节流式流量计由哪些部分组成?标准节流装置由哪些部分组成?常用的标准节流件形式和取压方式有哪些?标准孔板、喷嘴有哪些优缺点?
11-10 设计标准节流装置时，应根据什么工况来确定C 或α及ε?
11-11 对同一套节流式流量计所测的最大和最小流量比为多少?为什么?
11-12 当流体工作参数偏离设计值时，怎样对仪表指示值进行修正?
11-13 一支毕托管放在直径为0.15m ，内有高压气体流过的管道中心。当气流最大时，毕托管的差压是250kPa ，根据下述已知数据：气体密度＝35.0/kg m ，气流粘度＝5.0Pa s
1）计算最大流速；
2) 估计最大质量流量；
3）计算最大流量时的雷诺数；
4）解释为什么孔板实用于测量气体的质量流量；
5）40~310⨯Pa 范围内差压变送器是实用的，估计所要求孔板的孔径（设流量系数为0.6，膨胀系数和渐近速度系数＝1.0）
第十二章 其它测试技术
12-1 在轧钢过程中，需监测薄板的宽度，宜采用哪些传感器？并说明其工作原理？
12-2 说明用光纤传感器测量压力和位移的工作原理，指出其不同点。
12-3 试说明固态图象传感器的成像原理，怎样实现光信息的转换、存贮和传输过程，在工程测试中有何应用？
12-4 说明红外传感器的检测原理。为什么在空间技术中有广泛的应用？举出实例说明？ 12-5 有一批涡轮机叶片，需要检测是否有裂纹，请列举出测量方法，并阐明所用传感器的工作原理。
第三章测试系统的基本特征 例3-1 对量程为10MPa 的压力传感器，其中端点法测得x y 005.5036.0+=，最小二乘拟合x y 005.5707.0+=，求其L ε、H ε的结果。 解：（1）%100max ⨯∆= FS L Y L ε Y FS =5.005*(10-0）=50.05mV Y x=2=10.717 ΔL 1=0.674mV Y x=4=20.727 ΔL 2=0.634mV Y x=6=30.737 ΔL 3=0.584mV Y x=8=40.747 ΔL 4=0.619mV Y x=10=50.757 ΔL 5=0.685mV ∴ΔL max =0.685mV %37.1%100%10005 .50685.0max =⨯=⨯=∆F S Y L L ε %100max ⨯= ∆F S Y H H ε ΔH 1=0.054mV ΔH 2=0.078mV ΔH 3=0.066mV ΔH 4=0.040mV ΔH 5=0 ∴%16.0%10005 .50078 .0%100max =⨯=⨯∆= FS H Y H ε 2.某测试系统频率响应函数曲线ω ωj j H 05.011 (+= )，若输入周期信号 )30100cos(8.010cos 2)(︒-+=t t t X ，试求其响应y （t ）。 解：从题意知该系统应为一阶线性系统，故可设： )100cos(8.0)10cos(2)()()(2121θθ+++=+=t t t x t x t x )100cos(8.0*)10cos(2*)()()(221121θθ+++=+=t A t A t y t y t y 又∵2 ) (11)(τωω+= A , ∴8944.0) 1005.0(11)(2 1=⨯+= ωA ， 1961 .0) 10005.0(11)(22=⨯+= ωA ； 又)arctan( )(τωωφ-=
机械工程测试技术基础进行测试系统设计的原则和步骤一、机械工程测试技术基础 机械工程测试技术是指通过相关设备和方法对机械产品进行各种性能测试和试验，以验证其设计是否符合要求，为产品的研发、制造和质量控制提供科学依据。机械工程测试技术基础包括测试原理、测试方法、测试设备、测试数据分析等方面。 1. 测试原理 机械工程测试的原理主要是利用物理学和力学原理，通过对机械产品施加不同的载荷和环境条件，测量其在不同条件下的性能参数，如强度、刚度、耐久性等。 2. 测试方法 机械工程测试方法包括静态试验、动态试验、疲劳试验等多种方式。其中静态试验主要是测量材料或构件在静止状态下的力学性能；动态试验则是测量材料或构件在动态载荷下的响应特征；疲劳试验则是模拟实际使用环境下材料或构件的疲劳寿命。
3. 测试设备 机械工程测试设备包括万能材料试验机、冲击试验机、振动台等多种类型。其中万能材料试验机主要用于静态和动态载荷下的材料性能测试；冲击试验机用于测量材料或构件在冲击载荷下的破坏特征；振动台则用于模拟实际使用环境下的振动条件。 4. 测试数据分析 机械工程测试数据分析包括对测试结果进行处理、统计和分析，以得出结论和提供科学依据。常见的数据处理方法包括曲线拟合、统计分析、信号滤波等。 二、进行测试系统设计的原则和步骤 进行机械工程测试时，需要设计合理的测试系统，以确保测试结果准确可靠。以下是进行测试系统设计的原则和步骤： 1. 原则 （1）系统可靠性原则：设计时应考虑系统可靠性，确保在不同环境条件下仍能正常运行。
（2）精度原则：设计时应考虑精度要求，尽可能提高测量精度。 （3）灵敏度原则：设计时应考虑灵敏度要求，尽可能提高系统对被测对象性能参数变化的检测能力。 （4）经济性原则：设计时应考虑成本问题，尽可能降低设备和维护成本。 2. 步骤 （1）确定测试目的和要求：根据被测对象的性能参数和测试要求，明确测试目的和要求。 （2）确定测试方法：根据测试目的和要求，选择合适的测试方法，并确定所需测试设备和工具。 （3）设计测试系统框架：根据被测对象的特点，设计出合理的测试系统框架，包括传感器、信号调理、数据采集、数据处理等模块。 （4）选择合适的传感器：根据被测对象的性能参数和测试方法，选择合适的传感器，并进行标定和调试。 （5）设计信号调理电路：对传感器输出信号进行放大、滤波、变换等
（完整版）工程测试技术试题及答案 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。 18.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。 19.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。 20.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。 21.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。 22.压电传感器测量电路常接电压或电荷放大器。其中若传感器输出接电荷放大器，则其输 出基本不受连接电缆长度的影响。 23.压电式传感器的测量电路中，前置放大器的作用是阻抗变换和
1. 可以用数学关系式或图表精确描述的信号称为确定性信号。 2.周期信号可分为谐波信号和一般周期信号两类。 3.周期信号的强度特征常用峰值、绝对均值、有效值和平均功率来表示。 4.信息技术中比较典型的代表技术有传感技术、通信技术和计算机技术。 5.要实现不失真测试，测试装置的幅频特性为常数，相频特性应为直线。 6.表征测试装置的静态响应特性的参数主要有灵敏度、非线性度、回程误差 7.测试装置的响应特性包括静态特性和动态特性。 8.描述测试系统的动态响应特性的函数主要有微分方程、传递函数和频率响应函数 9.电容式传感器可分为三种基本类型，即变极距型、变面积型和变介电常数型。 10.传感器按工作原理分可分为机械式、电气式、辐射式、流体式传感器等。 11.传感器的选用原则主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、精确度、测量方式等六个方面。 12.按被测物理量来分传感器可分为位移、速度、加速度和力传感器等。 13.传感器按输出量的性质不同可分为模拟式和数字式传感器。 14.滤波器根据频率特性不同可分为高通滤波、低通滤波、带通滤波和带阻滤波。 15.信号调制时根据可调参数可分为调幅、调频和调相三种调制形式。 16.直流电桥按联接方式不同可分为半桥单臂、半桥双臂和全桥电路等工况。 17.常用的信号调理环节有电桥、放大器、滤波器、调制器和模数转换器。 18.将模拟信号转换为数字信号通常分为采样、量化和编码三个步骤。 19.电桥按桥臂接入的阻抗元件不同则可分为电阻电桥、电容电桥和电感电桥三类 20.DA转换过程分为两个步骤，即解码和低通滤波。 21.一般虚拟仪器系统由通用计算机、仪器硬件和应用软件三要素构成。 选择题 1.电路中鉴频器的作用是（C） A、使高频电压转变为直流电压 B、使电感量转变为电压量 C、使频率变化转变为电压变化 D、使频率转变为电流 2.下列不是电阻应变片的输入为（D） A、力 B、应变 C、加速度 D、速度 3.下列传感器可实现非接触测量的是（C） A、压电式加速度 B、电动式速度 C、电磁式速度 D、电阻式应变 4.交流的动态电阻应变仪中，具有预调平衡的装置是（C） A、电阻调平衡 B、电容调平衡 C、电阻、电容调平衡 D、标定电桥 5.直流电桥电桥中相邻半桥工况的灵敏度是单臂工况的（B） A、1倍 B、2倍 C、3倍 D、4倍 6.极距变化型电容式传感器，其灵敏度与极距（D） A成正比B、平方成正比C、成反比D、平方成反比 7.不属于测试系统的静态特性的有（D） A、灵敏度 B、非线性度 C、回程误差 D、阻尼系数 8.超声波传感器是实现（A）转换的装置
机械工程测试技术（刘培基） 第二章 信号描述及其分析 2—1 描述周期信号的频率结构可采用什么数学工具?如何进行描述?周期信号是否可 以进行傅里叶变换?为什么? 2—2 求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。 2—3 求周期三角波(图2—5a)的傅里叶级数(复指数函数形式)。 2—4 求图2-15所示有限长余弦信号)(t x 的频谱。 设⎩⎨⎧≥<=T t T t t w t x 0cos )(0 2—5 当模拟信号转换为数字信号时遇到哪些问题? 应怎样解决? 第三章 测试系统的基本特性 3—1 测试装置的静态特性指标主要有哪些?它们对装置的性能有何影响? 3—2 什么叫一阶系统和二阶系统?它们的传递函数、频率响应函数及幅频和相频特性 表达式是什么? 3—3求周期信号工)45100cos(2.010cos 5.0)( -+=t t t x 通过传递函数为1 005.01)(+=s s H 的装置后所得到的稳态响应。 3—4 一气象气球携带一种时间常数为s 15的一阶温度计，并以s m /15的上升速度通过大气层。设温度随所处的高度按每升高m 30下降 c 15.0的规律变化，气球将温度和高度的数据用无线电送回地面。在m 3000处所记录的温度为c 2-。试问实际出现c 2-的真实高度是多少? 3—5 某传感器为一阶系统，当阶跃信号作用在该传感器时，在0=t 时，输出mV 10； ∞→t 时，输出mV 100；在s t 5=时，输出mV 50，试求该传感器的时间常数。 3—6 求信号)604cos(10)452sin(4)30sin(12)( +++++=t t t t x 通过—阶系统后的
《机械工程测试技术》教学大纲 适用专业：机械设计制造及其自动化（本科）专业学时：32学时 一、课程性质和任务 本课程是面向机械设计制造及其自动化本科专业开设的一门专业基础课，重点讲授基本测试理论及常用测试装置的特性和应用。本课程的主要目的是使学生掌握研究动态测试的基本理论和基本方法，为今后从事测试工作打下坚实的理论基础。 二、课程教学目标 本课程的教学目标是：使学生具备高素质劳动者和高等职业专门人才所必需的机械工程测试技术的基本知识和基本技能，初步形成解决实际问题的能力，为学习专业知识和职业技能打下基础，并注意渗透思想教育，逐步培养学生的辩证思维，加强学生的职业道德观念。通过本课程的学习，使学生达到以下要求：懂理论和原理；会选择和使用；能维护和修理。 （一）基本知识教学目标 1、掌握测试系统的组成及各部分的工作原理和功能。 2、掌握动态测试的基本理论及实际测试系统的环节和组成。 3、掌握信号的时域和频域的描述方法，掌握频谱分析、相关分析及功率谱分析的基本原理和应用，了解数字信号分析的基本概念、方法。 4、掌握测试装置的动、静态特性的评价方法和实现不失真测试的条件，并能正确选择 和分析测试装置。 5、掌握中间变换电路及记录仪器的工作原理和基本特性，并能正确地选用。 （二）能力教学目标： 1、能正确使用常用的测试工具、仪表。 2、具有借助手册等工具书和设备铭牌、产品说明书、产品目录等资料，查阅测试仪器的有关数据、功能、使用方法的能力。 3、会选择和使用传感器，能维护和修理。 应用电路的能力。 4、具备对测量系统进行初步分析和设计能力。 5、具有一定的解决工程实际问题的能力。 （三）思想教育目标 1、初步具备辩证思维的能力。 2、具有热爱科学、实事求是的学风和创新意识、创新精神。 3、加强职业道德意识。 三、教学内容和要求
1.测试技术：测量技术与实验技术的综合 2. 测试技术的发展：古老测量方法——机械测量方法——非电量的电测方法——计算机测试技（CAT ） 3.测试技术的发展趋势：1）、 量程范围更加宽广2）、传感器向新型、微型、智能型发展3）、测量仪器向高精度和多功能发展4）、参数测量与数据处理项自动化发展 通过直接测量与被测参数有已知函数关系的其他量而得到该被测参数量值的测量。 5. 要使测量具有普遍科学意义的条件：1）、作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工作稳定，经得起检验。 6. 非电量测量的基本思想：首先要将输入物理量转换成电量，然后再进行必要的调节、转换、运算，最后以适当的形式输出。 7.测量系统的组成： 8.传感器的组成： 敏感元件 ： 将被测非电量预先变换为另一种易于变换成电量的非电量，传感元件 ： 凡是能将感受到的非电量（如力、压力、温度梯度等）直接变换为电量的器件称为传感元件 9. 10. 展成指数形式的傅里叶级数：1）幅度谱以成偶对称，相位谱成奇对称2）1）谱线的密度只与周期T ），谐波系数An=0的点，由 τ值决定 ）当τ一定时，周 期T 4）当T 一定时，脉宽 τ 11. 周期信号的傅里叶谱有三个特点：a 、离散性：频谱由一条条不连续的谱线组成，是离散的，相邻谱线的间距是 ；b 、谐波性：各频率分量符合谐波关系，是基波的整数倍；c 、收敛性：谐波分量的幅值有随其阶数的增高而逐渐减小的总趋势 12. 著名的海森博格“测不准原理”。 13. dt e t x j x t j ωω-∞ ∞ -⋅=⎰)()(傅里叶变换 14. 周期信号与时限信号的异同点：1、相同点： 周期信号频谱的包络线与时限信号频谱的包络线相似2、不同点：a. 时限信号的频谱是连续谱，周期信号的频谱是离散谱b. 周期信号用功率谱表示；时限信号用能量谱表示。C.周期信号幅值谱纵坐标表示相应的谐波分量的幅值；时限信号幅值谱纵坐标表示幅值谱密度；d.周期信号采用傅立叶级数（FS ）分析； 时限信号采用傅立叶积分分析。 15.平稳随机过程：（自相关函数Rx,均值μx ） 非平稳随机过程： 16. 对于各态历经的随机过程，可以用三方面进行描述。①幅值域： 概率密度，联合概率密度。②时间域：自相关，互相关函数等。③频率域：自功率谱， 互功率谱，相干函数等。 17.标定：用已知的标准校正仪器或测量系统的过程称为标定。静态标定：就是将原始基准器，或比被标定系统准确度高的各级标准器或已知输入源作用于测量系统，得出测量系统的激励－响应关系的实验操作。 18. 静态标定的主要作用：①确定仪器或测量系统的输入－输出关系，赋予仪器或测量系统分度值；②确定仪器或测量系统的静态特性指标；③消除系统误差，改善仪器或测量系统的正确度 19.静态特性曲线的参考直线的选用方案：①端点连线 ②端点平移线 ③最小二乘直线 ④过零最小二乘直线 20.静态特性指标：灵敏度S ：是仪器在静态条件下响应量的变化△y 和与之相对应的输入量变化△x 的比值。量程：测量上限值与下限值的代数差称为量程。测量范围：测量系统能测量的最小输入量（下限）至最大输入量（上限）之间的范围称为测量范围。 非线性：通常也称为线性度，是指测量系统的实际输入输出特性曲线对于参考线性输入输出特性的接近或偏离程度，用实际输入－输出特性曲线对参考线性输入－输出特性曲线的最大偏差量与满量程的百分比来表示。即 %100ΔFS max L ⨯=Y L δ 迟滞：亦称滞后量、滞后或回程误差，表征测量系统在全量程范围内，输入量由小到大(正行程)或由大到小(反行程)两者静态特性不一致的 程度。显然, H δ 越小,迟滞性能越好 %100max ⨯∆= FS H y H δ 重复性：表示测量系统在同一工作条件下，按同一方向作全量程多次(三次以上)测量时，对于同一个激励量其测量结果的不一致程度。分辨率：是指测量系统能测量到输入量最小变化的能力，即能引起响应量发生变化的最小激励变化量，用△x 表示。漂移：外界干扰下，输出量发生与输入量无关的变化。 21. 线性时不变系统有两个十分重要的性质，即叠加性和频率不变性。根据叠加性质，当一个系统有n 个激励同时作用时，那么它的响应就等于这n 个激励单独作用的响应之和。 频率不变性表明，当线性系统的输入为某一频率时，则系统的稳态响应也为同一频率的信号。 22. 减小动态误差的方法：1） 一阶系统：一般的讲，时间常数 τ越小越好 2）二阶系统：ξ、n ω两参数要正确、合理的选择，一般地， n ω要尽可能大，ξ选 择在0.6～0.8之间 23. 无失真测试条件：理想的测量系统的幅频特性应当是常数，相频特性应当是线性关系，否则就要产生失真。幅值失真：)(ωA 不等于常数所引起的失真。相 位失真 ： )(ωφ 与ω 不是线性关系所引起的失真。 24. 自动测试系统的组成由五部分组成：①控制器；②程控仪器、设备；③总线与接口；连接控制器与各程控仪器④测试软件；⑤被测对象 25. IEEE-488.1是一种数字式8位并行通信接口，其数据传输速率可达1Mbps 。采用负逻辑，任一根线上都以零逻辑代表“真”条件，这样做的重要原因之一是负逻辑方式能提高对噪声的抗御能力。 26. 1）控者: 控者指明谁是讲者，谁是听者（如PC ） 2) 讲者：产生指令及数据器件,3)听者：接收指令及 数据器件. 26. 产生误差的主要因素：①工具误差：它包括试验 装置、测量仪器所带来的误差；②方法误差：方法引起的，这种误差亦称为原理误差或理论误差；③环境误差：在测量过程中，因环境条件的变化而产生的误差。④人员误差：测量者生理特性和操作熟练程度的优劣引起的误差称为人员误差。 27.误差的分类：随机误差；系统误差；粗大误差 T πω2=∆τ1=f B 1=⋅τ f B x i R t x i t μτ与无关，与无关仅与有关的随机过程x i R t x i t μτ与有关，与及均有关的随机过程 2 2 ,,x x x u σϕ
机械工程测试技术概述 1. 测试技术基本原理 测试技术是通过对各种物理量进行测量、转换和显示，以实现对机械系统或设备性能和状态的评估和监控。测试技术的基本原理包括： (1) 测量原理：通过传感器将待测物理量转换为电信号或光信号，以便进行测量和分析。 (2) 转换原理：利用各种转换器将电信号或光信号转换为便于处理的信号形式，如电压、电流、频率等。 (3) 显示原理：通过各种显示设备将测量结果以图形、数字或图表的形式展示出来，以便进行观察和分析。 2. 传感器与测试系统 传感器是测试技术中的核心部件，用于将待测物理量转换为电信号或光信号。常见的传感器有压力传感器、温度传感器、位移传感器、速度传感器等。测试系统是将传感器与其他辅助设备（如放大器、滤波器、模数转换器等）组合在一起，以实现对各种物理量的测量和记录。 3. 信号处理与分析 在测试过程中，需要对测量得到的信号进行处理和分析，以提取有用的信息。信号处理技术包括滤波、放大、采样、数字化等，而信号分析技术则包括时域分析、频域分析、波形分析等。这些处理和分析技术有助于提高测量的准确性和可靠性。 4. 测试数据处理与显示 测量得到的数据需要进行处理和显示，以便进行观察和分析。数据处理技术包括数据清洗、数据变换、数据拟合等，而数据显示技术则包括图表显示、数字显示、曲线显示等。这些技术和设备有助于提高测量的直观性和便利性。 5. 典型机械量测试 机械工程中需要测量的典型机械量包括压力、温度、位移、速度、加速度等。对于这些量的测量，需要使用相应的传感器和测试系统，并采用适当的信号处理和分析技术。例如，对于压力测试，需要使用压力传感器和相应的测试系统，测量液体或气体在单位面积上所受垂直作用力的大小的物理量程力；对于温度测试，需要使用温度传感器和相应的测试系统，测量物体的冷热程度；对于位移测试，需要使用位移传感器和相应的测试系统，测量机械部件的移动距离；对于速度和加速度测试，需要使用相应的传感器和测试系统，测量机械部件的运动速度和加速度。 6. 现代测试技术应用 随着科技的不断进步，现代测试技术得到了广泛应用。例如，在汽车制造领域，需要对汽车的动力性、经济性、安全性等方面进行全面的测试和评估。这些测试需要使用各种传感器和测试系统，并采用先进的信号处理和分析技术。此外，在航空航天领域、能源领域、环保领域等方面也需要使用现代测试技术进行性能评估和故障诊断。 7. 测试技术标准与规范 为了确保测试结果的准确性和可靠性，需要制定相应的测试技术标准和规范。这些标准和规范包括传感器的精度要求、测试系统的精度要求、测量方法的精度要求等。同时，还需要建立相应的质量管理体系和认证制度，以确保测试结果的可靠性和一致性。 8. 测试技术发展趋势 随着科技的不断进步和应用需求的不断提高，测试技术也在不断发展。未来测试技术的发展趋势包括： (1) 智能化：随着人工智能技术的不断发展，未来测试技术将更加智能化，能够实现自动化测量、智能化分析和预测等功能。 (2) 集成化：未来测试技术将更加集成化，能够将各种传感器和辅助设备集成在一起，实现紧凑、高效、便携的测试系统。 (3) 网络化：未来测试技术将更加网络化，能够实现远程监控和数据共享等功能，提高测试效率和可靠性。
机械工程测试技术 第一篇：机械工程测试技术 机械工程测试技术是机械工程领域中的一个重要领域， 它主要涉及到机械制造及其发展的各个方面。在机械制造领域，质量、效率和成本等方面是一个永恒的话题，现代工程技术也致力于解决这些问题。测试技术在机械工程中起到了不可或缺的作用，以确保产品质量、制造效率和成本控制，进而提高整个机械工程行业的水平和声誉。 机械工程测试技术包括很多方面，其中最基本的就是精 确的测量和检验。在机械制造领域中，各种零部件的尺寸、形状和其他特性必须满足特定的要求。这些要求通常来自于图纸和规范要求。因此，需要使用各种测量工具，如千分尺、量具和坐标测量机等，来进行精确测量和检验。 此外，机械工程测试技术还包括机械性能测试。这些测 试通常涉及到机械强度、刚度、耐久性和疲劳等方面。机械性能测试可以使用各种测试工具，如材料试验机、扭转试验机和振动试验机等来进行测试。 机械工程测试技术还包括模拟测试，如有限元分析等。 在机械设计的早期阶段，通过模拟测试可以预测机械部件或系统的性能和响应。这样可以在机械制造之前评估设计的可行性，避免制造出低品质的产品。 总的来说，机械工程测试技术的发展和应用，对于提高 机械制造行业的技术水平、产品质量和市场竞争力具有重要作用。它不仅可以确保产品的质量，还可以为生产过程中的优化
提供有力支持，同时也为机械工程师打开了更加广阔、具有挑战性的道路。 第二篇：机械工程测试技术的应用 机械工程测试技术在生产过程中的应用非常广泛。它可 以确保生产流程的质量，并大大提高生产效率。同时，在机械设备、零部件的研发、制造和维护方面，测试技术也发挥了关键作用。 在机械制造过程中，各种测量和检验技术对于生产过程 的质量控制至关重要。通过使用各种工具和仪器，我们可以及时检测和发现生产中出现的问题，以确保产品达到最高的标准。促进了流程的优化和改进，提高了工艺水平。 在研发和制造机械零部件方面，测试技术也是极为重要的。我们需要通过一系列的测试和试验来确认设计的可行性，并确定材料的性能，以保证生产出满足需求的产品。同时，通过对材料、结构、形状进行有限元分析等模拟测试，可以减少制造成本和时间。 机械设备的维护和故障排除也离不开测试技术。通过对 设备的定期检查和测试，可以发现尚未发生故障的隐患，并及时排除设备的故障，保障设备长时间稳定运行，同时也提高设备的使用寿命。 机械工程测试技术还应用于可靠性测试。通过对机械零 部件进行可靠性测试，我们可以确定机械零部件在使用过程中的可靠性，预测故障和失效的概率，并提高机械设备的可靠性和安全性。 综上所述，机械工程测试技术在机械制造及其发展的各 个方面都扮演着至关重要的角色。它不仅可以提高产品的安全
机械工程测试技术基础知识点 第一章绪论 1. 测试技术是测量和试验技术的统称。 2. 工程测量可分为静态测量和动态测量。 3. 测量过程的四要素分别是被测对象、计量单位、测量方法和测量误差。 4. 基准是用来保存、复现计量单位的计量器具 5. 基准通常分为国家基准、副基准和工作基准三种等级。 6. 测量方法包括直接测量、间接测量、组合测量。 7. 测量结果与被测量真值之差称为测量误差。 8. 误差的分类:系统误差、随机误差、粗大误差。 第二章信号及其描述 1. 由多个乃至无穷多个不同频率的简单周期信号叠加而成，叠加后存在公共周期的信号称为一般周期信号。 2. 周期信号的频谱是离散的，而非周期信号的频谱是连续的。 1．信号的时域描述，以时间为独立变量。 4．两个信号在时域中的卷积对应于频域中这两个信号的傅里叶变换的乘积。 5信息传输的载体是信号。 6一个信息，有多个与其对应的信号；一个信号，包含许多信息。 7从信号描述上：确定性信号与非确定性信号。 8从信号幅值和能量：能量信号与功率信号。 9从分析域：时域信号与频域信号。 10从连续性：连续时间信号与离散时间信号。 11从可实现性：物理可实现信号与物理不可实现信号。 12可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。 13不能用数学关系式描述的信号称为随机信号。 14周期信号。按一定时间间隔周而复始出现的信号 15一般周期信号:由多个乃至无穷多个不同频率的简单周期信号叠加而成，叠加后存在公共周期的信号。 16准周期信号:由多个简单周期信号合成，但其组成分量间无法找到公共周期。或多个周期信号中至少有一对频率比不是有理数。 17瞬态信号（瞬变非周期信号）:在一定时间区间内存在，或随着时间的增加而幅值衰减至零的信号。 18非确定性信号：不能用数学式描述，其幅值、相位变化不可预知，所描述物理现象是一种随机过程。 19一般持续时间无限的信号都属于功率信号。 20一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号（可以理解成能量衰减的过程）。 21信号的域不同，是指信号的独立变量不同，或描述信号的坐标的物理量不同。 22信号的时域描述：以时间为独立变量，强调信号的幅值随时间变化的特征。 23信号的频域描述：以角频率或频率为独立变量，强调信号的幅值和相位随频率变化的特征。
通信系统工程测试技术介绍（每日一练） 1、SDH 的中文名称是同步数字体系。 (A) •A、正确B、错误 2、SDH 是为不同速率的数字信号的传输提供相应等级的信息结构，包括复用方法和映射方法，以及相关的同步方法组成的一个技术体制。 (A) •A、正确B、错误 3、PDH是下一代的SDH的技术。 (B) •A、正确B、错误 4、OTN的中文含义是光传送网络。 (A) •A、正确B、错误 5、SDH帧速率是每秒8000帧。 (A) •A、正确B、错误 6、完整的OTN标准中也包含了WDM的内容和功能。 (A) •A、正确B、错误
7、测试光接收灵敏度时需要用到的仪表有可变光衰减器，误码仪，光功率计。（A) •A、正确B、错误 8、WDM 可以在一根单光纤上使用相同的波长传送不同的光信号。 (B) •A、正确B、错误 9、DWDM波分系统中OTU单元是光波长转换单元的英文缩写，主要实现光信号波长转换和再生功能。 (A) •A、正确B、错误 10、合波器也称为光复用器单元（OMU），主要实现多个波长信号复用到一根光纤上的功能。 (A) •A、正确B、错误 11、分波器也称为光解复用器单元（ODU），主要是将一根光纤上多个波长解复用到不同的光接口上。 (A) •A、正确B、错误 12、DWDM系统OSNR的中文翻译是光信噪比。(A) •A、正确B、错误
13、DWDM系统中相邻通道隔离度是用光源和光功率计进行测试的。 (B) •A、正确B、错误 14、OSNR是DWDM系统最为重要的指标之一，OSNR值与系统性能直接相关，差的OSNR会导致系统误码率上升。 (A) •A、正确B、错误 15、DWDM系统测试中，中心波长（频率）、OSNR、边模抑制比指标是用光谱分析仪测试的。 (A) •A、正确B、错误 16、当DWDM工程验收中，系统没有误码即可，就不需要测试波分系统的中心波长、OSNR 等参数了。 (B) •A、正确B、错误 17、测试IP网络的丢包率时，应在符合设计要求的带宽（流量负荷比）情况下来进行。 (A) •A、正确B、错误 18、IP承载网的网络抖动是指数据包发出和返回的时间。 (B) •A、正确B、错误
名词解释 1.测量：以确定被测物属性量值为目的的全部操作；测试则是具有实验性质的测量，或者 可理解为测量和实验的结合。 2.测试：是具有试验性质的测量，或者可理解为测量和试验的结合。 3.测试技术：是指测试过程中所涉及的测试理论、测试方法、测试设备等。 4.测试方法：是指在实施测试中所涉及的理论运算方法和实际操作方法。 5.直接测量法：指被测量直接与测量单位进行比较，或者用预先标定好的测量仪器或测试 设备进行测量，而不需要对所获取数值进行运算的测量方法。 6.间接测量法：指被测量的数值不能直接由测试设备来获取，而是通过所测量到的数值同 被测量间的某种函数关系运算而获得的被测值的测量方法。 7.静态测量：被测值被认为恒定不随时间变化的测量称为静态测量。 8.测量系统的静态特性：是指被测量不随时间变化或随时间变化很缓慢是测量系统的输入、 输出及其关系的特性或技术指标。 9.动态测量：被测量值随时间变化的这种测量称为动态测量。 10.测量系统的动态特性：是指测量系统的输出对于快速变化的输入信号的动态响应特性。 11.系统的动态测量误差：测量系统低于动态量的测量过程中，若测量系统的动态响应特性 不够理想，则输出信号的波形与输入信号的波形相比就会产生畸变，这种畸变造成的测量误差称为测量系统的动态测量误差。 12.确定性信号：能够用明确的数学关系式描述的信号，或者可以用实验的方法以足够的精 度重复产生的信号。 13.非确定性信号：又称随机信号。如果描述随机信号的各种统计特征（如平均值、均方根 值、概率密度函数等）不随时间推移而变化，这种信号成为平稳随机信号；反之，如果在不同采样时间内测得的统计参数不能看作常数，则这种信号就称为非平稳随机信号。 14.传感器：是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律 变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。 15.参数式传感器：将输入的工程参数变化转变为电参数变化的传感器。 16.发电式传感器：在工作时其本身就有内在的能量转换，且能够产生电信号输出。 17.电阻式传感器：是将非电量变化转换为电阻变化的传感器。 18.电容式传感器：将被测量的变化转换为电容变化的一类传感器。 19.电感式传感器：是利用电磁感应将被测物理量如位移、压力、振动、等转换为电感线圈 自感L或互感M变化的传感器。 20.量程：指测量系统允许测量的输入量的上、下极限值。 21.精度（测量的准确度）：表征测量系统的测量结果y与被测真值μ的一致程度。反映了 测量中各类误差的综合。 22.测量的不确定度：表示对被测量真值不能肯定的误差范围的一种评定，或者说它是被测 量值不能肯定的程度，是被测结果应有的指标。不确定度越小，测量结果的可信度越高，使用价值越高。 23.灵敏度：指单位输入量所引起的输出量的大小。 24.非线性度：用来表示标定曲线偏离理想直线程度的技术指标。 25.分辨率：表示输出量的每个“阶梯”（最小变化量）所代表的输入量的大小。 26.飘零：表示测量系统在零输入状态下，输出值得漂移。 27.稳定性：表示测量系统在一个较长时间内保持其性能参数的能力，即在规定的条件下，
实验名 力传感器标定及称重实验实验成绩指导教师 称 系（院）机械工程学院班级学号学生姓名 一、实验目的 通过本实验了解和掌握力传感器的测量原理和方法。 二、实验仪器和设备 1、DRVI可重组虚拟实验开发平台 1套 2、蓝津数据采集仪（LDAQ-EPP2）1套 3、开关电源（LDY-A）1套 4、称重台 1个 三、实验原理 电阻应变计是利用物体线性长度发生变形时其阻值会发生改变的原理制成的，其电阻丝一般用康铜材料，它具有高稳定性及良好的温度、蠕变补偿性能。测量电路普遍采用惠斯通电桥（如图1.1所示），利用的是欧姆定律，测试输出量是电压差。 图1.1 惠斯通电桥 本实验采用的电阻应变计采用的是惠斯通全桥电路，当物料加到载物台后，4个应变片会发生变形，产生电压输出，经采样后送到计算机由DRVI快速可重组虚拟仪器平台软件处理。因为电桥在生产时有一些误差，不可能保证每一个电桥的电阻阻值和斜率保持一致。所以，传感器在使用之前必须要经过线性校正，这是由于计算机得到的是经过采样后的数字量，与真实质量之间是一种线性关系，需要由标定来得到这个关系。 图1 .2力传感器实物 在实验中采用的力传感器是LYB-5-A型应变力传感器具有精度高、复现性好的特点。其外形见图1.2。需要特别强调的是：由于力传感器的过载能力有限（150%），所以，在实际使用过程中应尽量避免用力压传感器的头部或冲击传感器。否则，极易导致传感器因过载而损坏！
实验名称实验成绩指导教师 系（院）班级学号学生姓名 四、实验步骤及内容 1、将称重台的传感器输入线与试验台上对应的借口相连。 2、启动服务器，运行DRVI主程序，开启DRVI数据采集仪电源，然后点击DRVI快捷工具条上的“联机注册”图标，选择其中的“DRVI采集仪主卡检测”进行服务器和数据采集仪之间的注册。联机注册成功后，分别从DRVI工具栏和快捷键工具条中启动“DRVI微型Web 服务器”和“内置的Web服务器”，开始监听8600和8500端口。 3、打开客户端计算机，启动计算机上的DRVI客户端程序，然后点击DRVI快捷工具条上的“联机注册”图标，选择其中的"DRVI局域网服务器检测"，在弹出的对话框中输入服务器IP地址，点击“发送”按钮，进行客户端和服务器之间的认证，认证完毕即可正常运行客户端所有功能。 4、在DRVI软件平台打开WEB版实验指导书，在试验中选择“力传感器标定及称重”实验，按实验原理和要求设计该实验。 5、选择附录中该实验脚本文件“服务器端”的链接，将参考的实验脚本文件贴入DRVI 软件平台。 6、首先进行传感器的标定：用标准砝码测定k,b值，取两个点（即分别用两个不同的砝码），计算出k,b的值作为标定结果。 7、标定完毕，即可进行物体测量，按照实验要求，改变放在载物台上的标准砝码，观察分析计算结果。 五、实验数据整理 砝码组合（g）测量值误差 20 19.6574 0.343 50+20 69.6596 0.340 100+50 149.622 0.378 200 199.547 0.453 200+100 299.215 0.785 200+150 348.987 1.013 500 498.310 1.690 六、思考题 1、整理实验结果分析测量误差。 答：实测数据与理论数据有一定的误差，由于测量仪器造成的，这误差是不可消除的。
《工程测试技术》学习指南 1 课程简介 《工程测试技术基础》是机械专业学生的专业基础课。课程内容包括测试系统基本概念，常用传感器测量原理，测量信号分析基本方法，测试系统特性和计算机测量系统等方面的基础知识。通过本课程的学习，使学生初步掌握温度、力、压力、噪声等常见物理量的测量和信号分析方法，为后续的机电传动与控制、机器人技术、数控机床等专业课程打下基础。 2 课程特点 工程测试技术既是专业技术基础课，又是实验课，是一门实践性很强的课程，兼有向学生传授知识和培养学生动手能力的双重目的。 考虑到网络学习环境下实验课难以开设的问题，课程在总体设计上采用以工程案例和实验为主线的教学模式。用工程案例理论联系实际，用虚拟仪器实验使抽象的理论可视化。除书本教材外，课程还提供了《工程测试与技术》PPT 多媒体教案、Java工程测试技术网上虚拟实验室和DRVI可重构虚拟仪器实验平台，形成一个立体化的网络学习环境。 《工程测试技术》是一门实践性课程，强调的是学生对知识的应用能力和实践能力。因此除练习题外，在每个核心知识点上设计了若干虚拟实验，用虚拟实验来检测学生对知识的掌握程度，同时通过实验来培养学生对知识的应用能力。 3 课程学习方法 《工程测试技术》是一门与材料科学、微电子技术、信息技术密切相关的快速发展的学科。为弥补书本教材滞后于学科发展的问题，在教学内容上我们采编了很多多媒体素材和案例。在学习时应做到书本教材与电子课件并重。
本课程是培养学生解决实际工程测量问题能力的专业基础课，具有很强实践性。学习时应充分利用课程所提供和开设的实验和仿真实验。只有通过足够的实验和仿真实验操作，才能得到应有的实际动手能力培养和更好的掌握书本知识。做到理论学习、实践学习、研究学习,三元并重。
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。 18.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。 19.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。 20.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。 21.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。 22.压电传感器测量电路常接电压或电荷放大器。其中若传感器输出接电荷放大器，则其输 出基本不受连接电缆长度的影响。 23.压电式传感器的测量电路中，前置放大器的作用是阻抗变换和信号放大。 24.目前，用压电陶瓷制作的力传感器一般不能用于测量静态力，而只能用来测量动态力。 25.热电偶热电动势的形成是由于接触电动势和温差电动势共同作用的结果。 26.若组成热电偶的两导体材料相同，当参比端温度为20℃、工作端温度为100℃时，则其
机械工程测试技术 机械工程测试技术是机械工程领域中至关重要的一部分。它涵盖了一系列测试方法和技术，用于评估机械设备和系统的性能、可靠性以及对各种工况的适应能力。这些测试技术可以帮助工程师们了解机械设备的运行状态，评估其是否符合设计要求，并为改进设计提供数据支持。 机械工程测试技术是一门复杂而广泛的学科，涵盖了许多不同的测试方法和技术。其中一种常见的测试技术是静态和动态测试。静态测试用于评估机械设备在静止状态下的性能指标，比如强度、刚度和耐久性等。而动态测试则是通过对机械设备进行振动测试，评估其在运动或振动条件下的性能指标。 除了静态和动态测试，机械工程测试技术还包括温度测试、压力测试、流量测试等。温度测试用于评估机械设备在不同温度条件下的工作性能，以及其是否能够在极端温度环境下正常运行。压力测试则是用来评估机械设备在不同压力条件下的工作性能和安全性。流量测试则是用来评估机械设备在不同流量条件下的工作性能和效率。 机械工程测试技术还可以应用于机械设备的寿命测试。寿命测试是通过对机械设备进行长时间的运行测试，以模拟其在实际使用条件下的寿命。通过寿命测试，可以评估机械设备的可靠性和耐久性，并为改善设计和延长设备寿命提供参考。 在机械工程测试技术中，数据记录和分析也是非常重要的一环。通过合适的数据记录和分析方法，可以对测试结果进行定量分析，获取更准确、可靠的数据。这些数据可以帮助工程师们深入了解机械设备的性能特点，找出潜在的问题，并提出改进方案。 除了上述提到的测试技术，还有一些新兴的测试技术在机械工程领域得到了广泛应用。例如，红外热像仪技术可以用于检测机械设备的热量分布情况，帮助工程师们了解机械设备的热量传递机制和热量损失情况。声发射检测技术可以用于监测机械设备中的微小裂纹和缺
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。 九、自功率谱密度函数定义及其特点 1、定义 2、意义 就是信号的功率密度沿频率轴的分布。 反映信号的频域结构。 3、特点 十、互功率谱密度函数定义及其应用 十一、数字信号处理 1、时域采样定理：fs > 2fh fs > (3-4)fc 2、混叠：原因： Ts↑( fs↓)、信号频率太宽 混叠部位：fs/2----折叠频率 处理方法：抗混叠滤波，提高采样频率 fs ↑↑→N↑ 3、量化及量化误差：△x↓→误差↓ 4、泄漏：原因加窗截断处理 处理方法：合理选择窗函数 周期信号—整周期截断 5、频域采样及栅栏效应 十二、傅里叶变换的几个性质