机械工程测试期末考试复习资料
一，填空题
1. 信息是事物运动和状态的特征，信号是信息的载体，信号的基本表现形式是变化的电流和电压。
2. 根据信号具有的时间函数的特性，信号类型可以分为确定性信号与非确定性信号，能量信号与功率信号、时限信号与频限信号、连续信号与离散信号等。
3. 本课程介绍的信号分析的基本方法主要有时域统计分析与幅值域统计分析。
4. 信号的形式不同，其频谱呈现出不同的特征。周期信号的频谱是--离散的；时间有限信号的频谱是--连续的；离散信号的频谱是--连续而且周期的；离散且周期的信号的频谱是---离散而且周期的。
5. 信号的持续时间与占有的频带成反比，经时间尺度展缩K 倍后，频谱的幅度为原来频谱幅度的1/K 倍。
6. 信号频谱在频域里平移+η后的时域信号与原频谱的时域信号之间的异同在于是增加了一个复指数因子，该因子的表达式为 。
7. 随机过程中的任一样本函数的时间统计特征与该随机过程的平均统计的特征相等，则该随机过程是各态历经随机过程。
8. 自相关函数是关于t 的偶函数，互相关函数为关于t 的非奇非偶函数。
9. 通常用频率响应函数、幅频特性函数、和相频特性函数（或脉冲响应函数）描述测试系统的动态特性。
10. 卷积定理表明：时域卷积等效于频域的乘积，时域的乘积等效于频域的卷积。 11. FFT 是快速傅里叶变换，DFT 是离散傅里叶变换。
12. 带通滤波器的中心频率为：（21a a f f ?）2/1。
13. 用于频谱分析装置中的带通滤波器，根据中心频率与带宽之间的关系可以分为恒带宽滤波器和恒带宽比滤波器。
14. 对于光栅常数w=0.01的光栅传感器，调整光栅刻线夹角使θ=0.01，此时莫尔条纹的间距为10nm ，其放大倍数为1000倍。
15. 时域采样是对信号实行离散化处理的过程，时域采样定理要求采样频率满足c s f f 2≥条件。实际工作中的频率应选为c f 45.2-。
16. A//D 转换器的输入电压为0~5V ，要求识别2mV 的微小信号，A/D 的位数应选12。
17. 评价窗函数的优劣的主要指标有主瓣宽度、旁瓣高度和旁瓣衰减速度。
18. 振动试验时，测振方式通常可以分为正弦测振、随机测振和瞬态测振三类。脉冲测振属于瞬态测振类，其测振频谱为宽带特征。 19. 构成信号x （t ）的各频率分量合称为频谱。
20. 在时间信号x （t ）幅值不变的条件下若x （t ）∈X （f ），则 x （k1） ∈（K 》0）。
21. 如果函数?与某一连续信号f （t ）相乘，则其乘积仅在t=0处得到f （0）?（t ）=1，其余各点（t ≠0）之乘积均为0.
22. 在平稳随机过程中，若任一单个样本函数的时间平均统计特征等于该过程的
集合平均统计特征，这样的平稳随机过程称为各态历经随机过程。
23. 当测量装置的输入有一个增量Δx ，引起其输出y 发生相应变化Δy ，则该装置的绝对灵敏度S= Δy/Δx 。
24. 两个传递函数各为1H （s ）和2H （s ）的环节，其串联后所组成的系统的传递函数H （s ）为1H （s ）2H （s ）。
25. 半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的压电效应。涡流式传感器的变换原理是利用金属导体在交流磁场中的涡流效应。
26. 设两光栅刻线间的夹角为θ，栅距均为W ，则两者所生成莫尔条纹间的距离BH=W/θ。
27. 信号的时域描述是信号时间历程的直接记录，频域描述则反映了信号的频率结构。
二、选择题
1.二阶装置的动态特性参数是它的（C).
A.时间常数t
B.传递函数H(s)
C.固有频率n ω和阻尼比ζ
D.功率值
2.差动变压器式电感传感器是把被测位移量转换为( B)的变化装置。通过这一转换从而获得相应的电压输出。
A.线圈自感
B.线圈互感
C.LC 调谐振荡
D.RC 调谐振荡
3.智能传感器具有辨认、识别与判断的功能，它是由（D ）而成。
A.智能型材料研制
B.传感器与记忆合金组装
C.传感器与机器人组合
D.传感器与计算机整合.
4.RC 低通滤波器中，RC 值越大。则（A ）
A.上截止频率越低
B. 下截止频率越低
5.周期信号在时域内按时间间隔T 采样后，其频谱将具有（A ）特征。
A.周期、离散
B.非周期、离散
C.周期、连续
D.非周期、连续
6.无论二阶系统的阻尼比如何变化，当它所受的激振力频率等于系统固有频率时，该系统的位移与激振力之间的相位差必为（B ）
A.0 度
B.90度
C.180度
D.0度---90度的反复变化值
7.某随机信号的方差为2x σ，均方值为2x ψ，均值为x υ，则三者之间（B ）。
A.存在关系式2x σ=2x ψ+2x υ
B.存在关系式2x ψ= 2x σ+2
x υ
C.存在关系式2x σ=2x ψ+2x υ—2x x υψ .
D.相互独立，没有关系 8.测量装置的频率特性为A(ω)和?(ω)，当它满足（C ）条件是，输出波形与输入波形将相似而无失真。
A.A(ω)=1，?(ω)=0
B.A(ω)=常数，?(ω)=常量
A(ω)=常数，?(ω)=-t ，时间延迟 D. A(ω)=1，?(ω)=1
9.二阶欠阻尼系统因固有频率为n ω，阻尼比为ζ，在激振力消失后将做衰减周期运动，其中d ω与n ω，ζ的关系为（B ）。 A.d n ωζω=+21 B.d n ωζω=-21
C.()d n ωζω=+21
D.()d n ωζω=+21/
10.涡流式电感传感器的测量电路一般为（B ）。
A.电容反馈式放大电路
B.阻抗分压式调幅电路或调频电路
C.电阻电容式积分电路
D. 电桥式脉宽调制电路
11. 电容放大器是一个（C ）放大器。
A.高增益，带电阻的电流反馈式
B.低增益，带电容反馈的积分运算
C.高增益，带电容反馈的运算
D.带电桥的高增益
12.磁电式传感器是把被测物理量转换为（D ）的一种传感器。
A.磁阻变化量
B.电荷量
C.电感变化量
D.感应电动势
13.一般常用的光电池有晒、硅、碲化镉、硫化镉等PN 结，其中作为能量转换使用最多的是（B ）光电池。
A.硒
B.硅
C.碲化镉
D.硫化镉
14.传感器与被测量的对应程度可用其（A ）。
A.精确度
B.稳定性
C. 线性
D.灵敏度
15.设某信号中最高频率c f ，按采样定理必须（B ）。
A.大于c f 的（3-4)倍
B.大于c f 的2倍
C.等于c f 的2倍
D.小于c f 的2倍
三、简答题
1.绘出测试系统的基本框图，简述各组成部分的功能。
答：
（1） 测量对象
（2） 传感器：在测试系统和被测试对象之间建立了一定的连接关系，它直接感受被测量并将其
转换成电信号。是测试系统中的关键部件。
（3） 中间转换电路（信号调理电路）：作用是将传感器的输出信号 进行传输、放大和转换，使
其适合显示、纪录、数据处理。
（4） 信号处理单衣：它是以计算机为核心对中间转换电路的输出信号作进一步地处理（如：计
算、频谱分析、数据储存等）
（5） 显示、记录部分：作用是输出测试结果。
2.试述幅频谱密度函数A(f)和幅频特性函数A(f)两者之间的主要区别 ？
A(f)是非周期信号X(t)的傅里叶更换X(f)的模，即A(f)称为幅值密度，反映了幅值随频率的分析情况，A(w)是频率响应函数H （jw ）的模，称为幅频特性，是描述系统是描述系统各分量幅度随各输入频率的变化而变化的关系。
3.用图形及文字解释因何时域采样频率s f 必须大于等于2c f .
由于X （f ）是以f=1/ 为周期的周期频谱，它的意义的范围是它的主周期，即 的范围，对应的单边频谱，是0 的范围，所以对采样的频率的的二分之一是一个重要的参数，称为奈魁斯特频率记为fn ，fn=1/2=fs/2
离散信号的频谱所能表达的最高的频率就是奈魁斯特，如果时间信号有频率上限fc ，且fn>=fc,那么在正负fn 的频率范围内，离散信号的频谱与连续信号的频谱是完全相等的，可以用对离散信号的分析来代替对连续信号的分析。
4.绘出压电式传感器连接电荷放大器的等效电路图，证明电荷放大器可以避免连接电缆分布电容的影响。
表明，电荷放大器的输出电压与压电传感器的电荷成正比，与电荷放大的负反馈电容成正比，而与放大器的放大倍数的变化或电缆电容等均无关系。
5.何谓泄露？防止泄露的方法如何？电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上的有何区别？答：（1）截断信号的能量扩散到了理论 上无穷宽的频带中去，这种现象叫泄露。（2）a 增加窗长b 对周期性信号进行整周期截断c 选择主瓣窄而旁瓣小的优质时窗（3） 电阻丝变片主要利用形变响应，而半导体应变片主要利用压阻响应。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，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来选择。
6.下图图一是一种传感器的工作原理图，试问这是何种形式的传感器？用图中符号简述其工作原理。差动压变器是互感型电压传感器结构如图，初级线圈W=
7.什么叫调制?什么叫解调？在测量中为何要将信号先调制然后又解调？
答：把缓慢变化的信号变为频率适当的交流信号称为信号调制。把调制过的交流信号还原到原来的信号称为解调。调制的目的是为了便于信号的处理和放大。
8.什么叫测试系统的静态传递特性？常用那些量来表征？
答：描述测试系统静态测量时的输入、输出关系的方程、图形、参数等称为测试系统的静态传递特性，最常用的静态传递特性有静态传递方程、定度曲线和灵敏度、线性度、回程误差、灵敏闪、漂移等表征测试系统静态特性的主要参数。
9.何为滤波器，滤波器分类，基本参数及其定义?
答:滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大的衰减其他频率成分，在测试装置中，利用滤波器可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。滤波器可以分为低通、高通、带通和带阻滤波器，基本参数包括纹波幅度、截止频率、带宽和品质因数、信频程选择性W 和滤波器因数。
10.信号数字分析法的主要优点？
答：信号数字分析法的主要优点是具有精度高、工作稳定、速度快和动态范围宽等一系统优越性，高度的灵活性和可靠性，能完成很多模拟分析方法无法实现的运算分析。
四、已知周期性三角波德傅里叶级数展开式为
()t n n
x A A t x n ωcos 142122∑∞+= 式中n=1,3,5…… 当其通过一特性如下图所示的系统之后输出为y （t ），试分析y （t ）的频率成分及相位并绘出和y （t ）的幅频谱和相位谱图。
答题要点：1.直接用周期方波信号的傅里叶级数展开式求出x （t ）频率成分及其幅值相位。
2.利用()()()ωωωx A y =求出输出各频率成分及其幅值；利用 )()()(ω?ω?ω?n r -=求出输出的各频率成分的)(ω?r ；
3.并绘出y （t ）幅频谱图和想频谱。
五、现拟用动态电阻应变仪器测量试件在外加纯扭矩作用下的扭振情况。试设计测试方案：要求指明传感器的选择、布置，绘出动态电阻应变仪的原理框图以及各组成环节的输出波形。
答题要点：
1 选择传感器为应变片式的传感器
2 指明传感器布置位置，布片要与主应变方向一致
3 绘出动态电阻应变仪框图
4 绘出各部分的输出波形图，突出波形特征
六、为了测量热轧带钢的轧制速度，某测试系统利用相关分析的原理组成如下：
试确定轧制速度v （t ）的值并对测量原理给出解释。（8分）
答题要点：原理--钢带表面的反射光经透镜聚焦在相距为d 的两光电池上，
当钢带上某一不反射点处经过透镜时，将会导致反射光强度的波动，再经光电池转换为电信号在进行相关处理。由于两光电池有间距，故反射光强度的波动有时差，由互相关图上可得m ττ=处)(τxy R 有最大值，这个m τ就是时差，则该钢带的运动速度m d v τ/=。
在给出长度L 的两个端点上布置测量表面波形的传感器，利用同一信号源在不同时段发出的信号具有相似性的特点经相关器处理其输出的最大值就是带钢通过给定长度L 的时差：
τ/L V =
八、已知信号的最高截止频率fc 为1200赫兹，要对该信号作的数字频谱分析，给定的频率分辨率≤1赫兹，试确定以下采样条件：
（1）原始模拟信号最小记录长度T ；
（2）时域采样的采样间隔和采样频率应满足的条件；
（3）最小采样点数（注意信号的点数一般取为n N 2=）
（4）若将分辨率提高一倍，应如何调整参数。
答题要点：
1 由T f /1=? 确定T
2 由c S f F 2≥ 确定s f
3 由N f T s /= 初步确定N ，圆整然后按n N 2=圆整，保证分辨率Z H 1≤ 分辨率提高一倍，试将f ?置为给定频率分辨率的1/2，重新确定参数
九、综合题
1. 用一阶量仪作100赫兹正弦信号的测量，如要限制振幅误差在5%以内，
则该测量仪的时间常数x 应设计成多大？、
答：一阶量仪的频率响应函数①,11)(w
j H jw τ+=②频率特性2)()(1/1τωω+=H ,③欲误差小于5%，950)(?应大于ωH ，已知χχω200f 2-= ④故：220011
）χ+应大于0.95，⑤解得：τ《0.000523
2. 模数转换器的输入电压为0到10V 。为了识别2mV 的微小信号，量化器的位数应当是多少？若要识别1mV 的信号，量化器的位数应当是多少？
3.一精密高速机床，传动部分由电机，齿轮，滚动轴承等组成，因操作不当产生了振动现象，现要求：
(1).组成一个测量该振动加速度的测试系统（以框图形式表示）
(2).简述传感器的选用原则
(3).简述框图各组成部分的作用。
(4).简述信号分析时，欲得到信号频谱所采用数字信号处理的具体步骤 答：（1）被测对象----压电加速度计------电荷放大器-----数字信号处理----显示记录。
（2）测量对象为高速、精密机床的振动，其频率较高、振幅不太大，宜采用压电加速计。
(3) 被测对象产生的振动，其加速度被压电加速度计转换为电信号（电荷)，然后被电荷放大器转换为被放大了的电压信号，经过信号的预处理及A/D 转换和运算处理数据，再经显示记录即可得到测量处理结果。
(4) a ，信号预处理 b ，采样与量化（A/D 转换） c ，确定分析信号的长度T 和数据点数N d ，选窗函数（加窗） e ，进行FFT 运算，从而得到信号频谱
4.采用数字信号处理方法对测试信号进行分析前，必须对所获取的模拟信号进行哪些预处理工作？典型的信号数字处理由哪三个部分组成？
答：（1）如果处理前为调制信号首先进行解调，如果处理前不为调制信号则不需进行解调。 （2）抗混叠跌滤波
（3）消除直流分量（当测试信号中不应有直流分量时）
（4）电压幅值处理，使幅值适应于A/D 转换器的动态范围
模拟信号预处理---模拟/数字转换----数字分析
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的。 ２、均方值Ψx2表示的是信号的强度，它与均值μx、方差σx2的关系是。 ３、测试信号调理电路主要有、、。 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、— ３、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） ４、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 (τ) 。（15分） ２、二阶系统的阻尼比ξ=，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 = ×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：
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 =S ?3.5=9.09?3.5=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？ 解：设一阶系统1 ()1 H s s τ= +，1()1H j ωτω=+ ()()A H ωω== = ，T 是输入的正弦信号的周期 稳态响应相对幅值误差()1100%A δω=-?，将已知周期代入得 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。 解：1()10.005H j ωω= + ，()A ω=()arctan(0.005)?ωω=- 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 )=y 01cos(10t +?1)+y 02cos(100t ?45?+?2) 其 中 0101(10)0.50.499 y A x == ≈， 1(10)arctan(0.00510) 2.86??==-?≈-? 0202(100)0.20.179 y A x == ≈， 2(100)arctan(0.005100)26.57??==-?≈-? 所以稳态响应为()0.499cos(10 2.86)0.179cos(10071.57)y t t t =-?+-? 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 1 ()1H j ωτω = +，τ是时间常数
机械工程测试技术期末 考试试题A Document number【AA80KGB-AA98YT-AAT8CB-2A6UT-A18GG】
《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_____和_____ 。 2.测量结果与_____ 之差称为_____ 。 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 _____。 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()00t t x t t π?≥?=??
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 3）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。一般需要电桥图3-105 题3-4图
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
《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?≥?=??
第1章绪论 1 计量、测试、测量的概念。 2 测试系统的组成及各环节的作用，并举例说明。 第2章传感器 1 在机械式传感器中，影响线性度的主要因素是什么？可举例说明。 解答：主要因素是弹性敏感元件的蠕变、弹性后效等。 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 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。 4 有一电阻应变片，其灵敏度S g＝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？ 解：根据应变效应表达式R/R=S g得 R=S g R=2100010-6120=0.24 1）I1=1.5/R=1.5/120=0.0125A=12.5mA 2）I2=1.5/(R+R)=1.5/(120+0.24)0.012475A=12.475mA 3）=(I2-I1)/I1100%=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？
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______倍. A、2 B、3 C、4 D、5 2、信号有多种类型，从分析域上看，经典的分析方法有______ 和______。 A、时域法，相频法 B、时域法，幅频法 C、相频法，幅频法 D、时域法，频域法 3、压电式传感器的转换原理是利用晶体材料的______。 A、电阻应变效应 B、压电效应 C、电磁感应 D、霍尔效应 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______。 A、线性度 B、灵敏度 C、稳定性 D、回程误差 6、信息与信号二者间关系是______。 A、信息与信号相同 B、信息包含信号 C、信息在信号之中 D、信息与信号无关 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 时，相关程 度______。 A、最低 B、最高 C、适中 D、一般 8、传感器的灵敏度越高，意味着传感器所能感知的_____越小。 A、被测量 B、输出量 C、频率特性 D、显示值 9、测试工作的任务主要是要从复杂的信号中提取( ) A、干扰噪声信号 B、正弦信号 C、有用信号 D、频域信号 10、时域信号的时移，则频谱变化为（） A、扩展 B、压缩 C、不变 D、相移 11、记录磁带快录慢放，放演信号的频谱带宽( ) A、变窄，幅值压低 B、扩展，幅值压低 C、扩展，幅值增高 D、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( )
A、愈大愈好 B、愈小愈好 C、接近1/2 D、接近 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( ) A、A1sin(w1t+φ1）+A2sin(w2t+φ2） B、A1A2sinw1tsinw2t C、A1＇sinw1t+A2＇sinw2t D、A1＇sin（w1t+φ＇１）+A2＇sin（w2t+φ２＇） 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( ) A、电容式 B、压电式 C、电阻式 D、电涡流式 16、只使在fe 1～fe 2 间频率的信号通过，应采用（）滤波器 A、带阻 B、带通 C、高通 D、低通 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( )振动子的固有频率fn A、等于 B、>2倍 C、≤（０.５-０.６） D、<０.1倍 18、为使电缆的长度不影响压电式传感器的灵敏度，应选用（）放大器。 A、电压 B、电荷 C、微分 D、积分 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( )。 A、为周期信号 B、含有周期成份 C、为离散信号
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？ 参考答案：一般采用傅里叶级数展开式。根据具体情况可选择采用傅里叶级数三角函数展开 式和傅里叶级数复指数函数展开式两种形式。不考虑周期信号的奇偶性，周期信号通过傅里叶 级数三角函数展开可表示为： x(t) a 。 A n sin(n 。 n ) (n 1,2,3, L ) n 1 1 T '2 a 。 x (t )dt T T ：2 2 - 2 T 2 2 T2 A n ■, a n b n ( a n 〒 T 2 x(t)cos n o tdt S 〒 T 2 x(t)sinn o tdt ) tan n b n , a n 式中，T 为信号周期,。为信号角频率,。2 ,. T 。 A 图为信号的幅频图,n 图为信号的相频图。 周期信号通过傅里叶级数复指数函数展开式可表示为 x(t) n C n e jn 0t 1 「 2 C n x(t)e T T 2 (n 0, 1, 2,L ) jn 0t dt C n 是一个复数，可表示为: n C n 图为信号的幅频图 图称为信号的相频图 ▲不可直接进行傅里叶变换 ,因为周期信号不具备绝对可积条件。但可间接进行傅里叶 变换。参见书中第25页“正弦和余弦信号的频谱” 【2-2】求指数函数x(t) Ae at (a 0, t 0)的频谱。 参考答案：由非周期信号的傅里叶变换， X( ) x(t)e j t dt ，得
X() 0 x(t)e t dt 一 a j 由此得到，幅频谱为: X() 相频谱为：【2-3】求周期三角波 () (图2-5a) 参考答案：周期三角波为: x(t) arcta n( /a) 的傅里叶级数(复指数函数形式) A (2AT)t (2AT)t T2 t 0 0 t T2 则C n T 2 T2x(t)e jn0t dt 积分得C n cosn。才) 羊y(1 cosn ) n2 2 C n 2A (n )2 3, 5,L n 1, n 0, 2, 4,L b n 0，所以n 又因为周期三角波为偶函数，则 所以，周期三角波傅里叶级数复指数形式展开式为: arctan Cm/C nR 0 x(t) n C n e jn 0t 2A (2k 1) 2 e j(2k 1) 0t(k 0, 1, 2L) cos 【2-4】求图2-15所示有限长余弦信号x(t)的频谱。x(t) 0t 参考答案: 方法一 X() T T cos o te sin( 0 )T T 1 J t dt -(e J 0t T2V sin( 0 )T 0t )e j t dt T[sinc( 0 )T sinc( 0 )T] 方法二：对于上面所给的有限长余弦信号x(t)，其实也就是用一个窗宽为2T的窗函数把无限 长的余弦信号截断所得到的，即把无限长余弦信号x(t)与窗函数相乘，此时所需的窗函数为:
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（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) 桥臂上。 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 (傅氏三角级数中的各项系数)，而双边频谱图的依据数学表达式是(傅氏复指数级数中的各项系数)。 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2ψ)，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*-= （0()x t t -） 。其几何意义是 把原函数图像平移至( t )位置处 。 11、带通滤波器的中心频率F=500HZ ，负3分贝点的带宽B=10HZ ，则该滤波器的品质因数Q=（50）。 12．调幅过程在频域相当于(频率搬移)过程，调幅装置实质上是一个(乘法器)。 13．周期信号的傅氏三角级数中的n 是从（0到+∞）展开的。傅氏复指数级数中的n 是从(－∞)到(＋∞)展开的。 14．周期信号x （t ）的傅氏三角级数展开式中：a n 表示(余弦分量的幅值)，b n 表示（正弦分量的幅值），a 0表示（直流分量）。 15．余弦函数只有（实频）谱图，正弦函数只有（虚频）谱图。 16．单位脉冲函数 0()t t δ-与在0t 点连续的模拟信号()f t 的下列积分： 0()()f t t t dt δ∞ -∞ -=? ()f t 。这一性质称为（脉冲采样）17、 若x(t)的傅立叶变换是X(f),则x(kt)的傅立叶变换是（18、 测试装置输出波形无失真但有时间延迟的不失真测试条件是：装置的幅频特性为（常数），相 。 19、 x(t) 的频谱是X （f ）,y(t)的频谱是Y(f),若在频域内X(f)与Y(f)作相乘运算，则对应在时域内x(t)与 y(t)应作__卷积___ 20、 一个理想的测试装置，其输入和输出之间应该具有（线性）关系最佳。
2014机械工程测试技术习题 第一章、信号及信号分析 1,求下图周期方波的傅立叶级数（三角函数函数形式）。画出频谱图A(ω)—ω、φ(ω)— ω 图。 2，下图所示周期三角波的数学表达式为 40 2()402A T A t t T x t A T A t t T ?+-<
第二章、传感技术基础 1 电容位移传感器由下式描述： 0.5δ =A C 式中，A =300为传感器探头的横截面积(mm 2)；δ为空气隙距离(mm)。 求空气隙从0.2mm 变到0.3mm 时电容值的变化。空气介质的介电常数1F/m ，真空的介 电常数=8.85×10-12F/m 。 2 下图为一矩形的叠加型电容传感器，极板宽度a=55mm ，长度b=50mm ，极板间距 =0.3mm ，用此传感器测量位移x ，试求此传感器的灵敏度(F/mm)，并画出此传感器的特性曲线。假设介质为空气，ε0=8.85×10-12F/m 。 第三章、信号处理基础 1 已知直流电桥R l=9725Ω ，R 2=8820Ω ，R 3=8850Ω ，R 4=9875Ω ，若激励 电压e 0=24V ，试求输出电压e r ，若R 4可调，试求电桥平衡时的R 4值。 2 选用电阻值R =100Ω ，灵敏度S =2.5的电阻应变片与阻值R =的固定电阻组成电 桥，供桥电压为10V ，当应变片应变为1000时，若要使输出电压大于10mV ，则 可采用何种接桥方式？计算输出电压值(设输出阻抗为无穷大)，并画出接线圈。 3 以阻值，灵敏度S =2的电阻应变片与阻值的固定电阻组成电桥，供桥电压为4V ， 并假定负载电阻无穷大，当应变片上的应变分别为1和1000时，半桥单臂、半桥 双臂及全桥的输出电压，并比较三种情况下的灵敏度。
机械工程测试技术基础第三版熊诗波 绪论 0-1 叙述我国法定计量单位的基本内容。 解答：教材P4~5，二、法定计量单位。 0-2 如何保证量值的准确和一致？ 解答：（参考教材P4~6，二、法定计量单位~五、量值的传递和计量器具检定） 1、对计量单位做出严格的定义； 2、有保存、复现和传递单位的一整套制度和设备； 3、必须保存有基准计量器具，包括国家基准、副基准、工作基准等。 3、必须按检定规程对计量器具实施检定或校准，将国家级准所复现的计量单位量值经过各级计算标准传递到工作计量器具。 0-3 何谓测量误差？通常测量误差是如何分类表示的？ 解答：（教材P8~10，八、测量误差） 0-4 请将下列诸测量结果中的绝对误差改写为相对误差。 ①1.0182544V±7.8μV ②(25.04894±0.00003)g ③(5.482±0.026)g/cm2 解答： ① ② ③ 0-5 何谓测量不确定度？国际计量局于1980年提出的建议《实验不确定度的规定建议书INC-1(1980)》的要点是什么？ 解答： (1)测量不确定度是表征被测量值的真值在所处量值范围的一个估计，亦即由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。 (2)要点：见教材P11。 0-6为什么选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程？为什么是用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用？用量程为150V的0.5级电压表和量程为30V的1.5级电压表分别测量25V电压，请问哪一个测量准确度高？ 解答： (1)因为多数的电工仪表、热工仪表和部分无线电测量仪器是按引用误差分级的（例如，精度等级为0.2级的电表，其引用误差为0.2%），而 引用误差=绝对误差/引用值 其中的引用值一般是仪表的满度值(或量程)，所以用电表测量的结果的绝对误差大小与量程有关。量程越大，引起的绝对误差越大，所以在选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程。
《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
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 为独立变量；而信号的频域描述，以 频率 为独立变量。 3、 周期信号的频谱具有三个特点： 离散的 ，谐波型 ， 收敛性 。 4、 非周期信号包括 瞬态非周期 信号和 准周期 信号。 5、 描述随机信号的时域特征参数有 均值x μ、均方值2x ψ，方差2 x σ；。 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。（ v ） 2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。（ v ） 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。（ v ） （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2 x 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1 21 )(+= ωωj j H ，输入信号2 sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω 1/2 ，幅值=y √2/2 ，相位=φ -45 。 2、 试求传递函数分别为5.05.35 .1+s 和2 2 2 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。123 3、 为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有 傅里叶级数展开式 、 和 傅里叶变换 。 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 延时 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 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、 4 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 3 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)(1ωQ 和)(2ωQ ，则两环节串联组成的测试系统，其相频特性为 2 。 （1）)()(21ωωQ Q （2）)()(21ωωQ Q + （3）) ()() ()(2121ωωωωQ Q Q Q +（4）)()(21ωωQ Q - 4、 一阶系统的阶跃响应中，超调量 4 。 （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 2 系统。
《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
. 思考题与习题 0-1 举例说明什么是测试？ 答：⑴测试的例子：为了确定一端固定的悬臂梁的的固有频率，可以采用锤击法对梁尽享激振，在利用压力传感器、电荷放大器、波形记录器记录信号波形，由衰减的振荡波形便可以计算出悬臂梁的固有频率。 ⑵结论：由本例可知，测试是指确定被测对象悬臂梁固有频率的全部操作，是通过一定的技术手段-激振。拾振、记录、数据处理等，获取悬臂梁固有频率的信息过程。 0-2 以方框图的形式说明测试系统的组成，简述主要组成部分的作用。 答：⑴：测试系统的方框图如图0-1所示。 ⑵：各部分的作用如下。 传感器是将被测信息转换成某种电信号的器件；信号调理是把来自传感器的信号转换成适合传输和处理的形式；信号处理环节可对来自信号调理环节的信号，进行各种运算。滤波和分析；信号显示、记录环节将来至信号处理环节的信号显示或存储；模数转换和数模转换是进行模拟信号与数字信号的相互转换，以便于用计算机处理。 0-3 针对工程测试技术课程的特点，思考如何学习该门课程？ 答：本课程具有很强的实践性，只有在学习过程中密切联系实际，加强实验，注意物理概念，才能真正掌握有关知识。 在教学环节中安排与本课程相关的必要的实验及习题，学习中学生必须主动积极的参加实验及完成相应的习题才能受到应有的实验能力的训练，才能在潜移默化中获得关于动态测试工作的比较完整的概念，也只有这样，才能初步具有处理实际测试工作的能力。 思考题与习题 1-1 信号的分哪几类以及特点是什么？ ⑴、 按信号随时间的变化规律分为确定性信号和分确定性信号，确定信号分为周期信号（包括谐波信号和一般周 期信号）和非周期信号（准周期信号和以便非周期信号）；非确定性信号包括平稳随机信号（包括各态历经信号和非各态历经信号）和非平稳随机信号。 ⑵、 按信号幅值随时间变化的连续性分类，信号包括连续信号和离散信号，其中连续信号包括模拟信号和一般模 拟信号，离散信号包括一般离散信号和数字信号。 ⑶、 按信号的能量特征分类，信号包括能量有限信号和功率有限信号。 1-2 什么是单位脉冲函数)(t δ？它有什么特性？如何求其频谱？ ⑴单位脉冲函数的定义 在ε时间内矩形脉冲()εδt （或三角形脉冲及其他形状脉冲）的面积为1，当0ε→时，()εδt 的极限()0 lim εεδt →， 称为δ函数。δ函数用标有“1”的箭头表示。显然()δt 的函数值和面积（通常表示能量或强度）分别为： ()()0 lim 00εεt δt δt t →∞=?==? ≠? ()()()0 lim lim 1εεεεδt dt δt dt δt dt +∞ +∞ +∞ -∞ -∞ -∞ →→===? ?? ⑵()δt 函数的性质 ①积分筛选特性。 当单位脉冲函数()δt 与一个在t=0处连续且有界的信号()x t 相乘时，其积的积分只有在t=0处得到()0x ，其余
机械工程测试技术基础习题解答 教材：机械工程测试技术基础，熊诗波 黄长艺主编，机械工业，2006年9月第3版第二次印刷。 绪 论 0-1 叙述我国法定计量单位的基本容。 解答：教材P4~5，二、法定计量单位。 0-2 如何保证量值的准确和一致？ 解答：（参考教材P4~6，二、法定计量单位~五、量值的传递和计量器具检定） 1、对计量单位做出严格的定义； 2、有保存、复现和传递单位的一整套制度和设备； 3、必须保存有基准计量器具，包括国家基准、副基准、工作基准等。 3、必须按检定规程对计量器具实施检定或校准，将国家级准所复现的计量单位量值经过各级计算标准传递到工作计量器具。 0-3 何谓测量误差？通常测量误差是如何分类表示的？ 解答：（教材P8~10，八、测量误差） 0-4 请将下列诸测量结果中的绝对误差改写为相对误差。 ①1.0182544V±7.8μV ②(25.04894±0.00003)g ③(5.482±0.026)g/cm 2 解答： ①-6 6 7.810/1.01825447.6601682/10±?≈± ②6 0.00003/25.04894 1.197655/10±≈± ③0.026/5.482 4.743±≈‰ 0-5 何谓测量不确定度？国际计量局于1980年提出的建议《实验不确定度的规定建议书INC-1(1980)》的要点是什么？ 解答： (1)测量不确定度是表征被测量值的真值在所处量值围的一个估计，亦即由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。 (2)要点：见教材P11。 0-6为什么选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程？为什么是用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用？用量程为150V 的0.5级电压表和量程为30V 的1.5级电压表分别测量25V 电压，请问哪一个测量准确度高？ 解答： (1)因为多数的电工仪表、热工仪表和部分无线电测量仪器是按引用误差分级的（例如，精度等级为0.2级的电表，其引用误差为0.2%），而 引用误差=绝对误差/引用值 其中的引用值一般是仪表的满度值(或量程)，所以用电表测量的结果的绝对误差大小与量程有关。量程越大，引起的绝对误差越大，所以在选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程。 (2)从(1)中可知，电表测量所带来的绝对误差=精度等级×量程/100，即电表所带来的绝对误差是一定的，这样，当被测量值越大，测量结果的相对误差就越小，测量准确度就越高，所以用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用。 (3)150V 的0.5级电压表所带来的绝对误差=0.5×150/100=0.75V ；30V 的1.5级电压表所带来的绝对误差=1.5×30/100=0.45V 。所以30V 的1.5级电压表测量精度高。