測試技術(shù)部分習(xí)題參考答案

1、名師整理優(yōu)秀資源緒論1 舉例說明什么是測試？答：（1）測試例子：為了確定一端固定的懸臂梁的固有頻率， 我們可以采用錘擊法對梁進行激振， 再利用 壓電傳感器、電荷放大器、波形記錄器記錄信號波形，由衰減的振蕩波形便可以計算出懸 臂梁的固有頻率。（2）結(jié)論：由本例可知：測試是指確定被測對象懸臂梁的屬性一固有頻率的全部操作，是通過一定的技術(shù)手段一激振、拾振、記錄、數(shù)據(jù)處理等，獲取懸臂梁固有頻率的信息的過程。2. 測試技術(shù)的任務(wù)是什么？答：測試技術(shù)的任務(wù)主要有：通過模型試驗或現(xiàn)場實測，提高產(chǎn)品質(zhì)量；通過測試，進行設(shè)備強度校驗，提高產(chǎn)量和質(zhì)量； 監(jiān)測環(huán)境振動和噪聲，找振源，以便采取減振、防噪措施；&quo

2、t;通過測試，發(fā)現(xiàn)新的定律、公式等；通過測試和數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)對設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測、質(zhì)量控制和故障診斷。3. 以方框圖的形式說明測試系統(tǒng)的組成，簡述主要部分的作用。（1）測試系統(tǒng)方框圖如下：散模就換聞佶號處理顯示記錄（2）各部分的作用如下：傳感器是將被測信息轉(zhuǎn)換成某種電信號的器件；信號的調(diào)理是把來自傳感器的信號轉(zhuǎn)換成適合傳輸和處理的形式；信號處理環(huán)節(jié)可對來自信號調(diào)理環(huán)節(jié)的信號，進行各種運算、濾波和分析； 信號顯示、記錄環(huán)節(jié)將來自信號處理環(huán)節(jié)的信號顯示或存貯。模數(shù)（A/D ）轉(zhuǎn)換和數(shù)模（D/A ）轉(zhuǎn)換是進行模擬信號與數(shù)字信號相互轉(zhuǎn)換, 以便用計算機處理。4測試技術(shù)的發(fā)展動向是什么？傳感器向新型、微型、

3、智能型方向發(fā)展；測試儀器向高精度、多功能、小型化、在線監(jiān)測、性能標準化和低價格發(fā)展；參數(shù)測量與數(shù)據(jù)處理向計算機為核心發(fā)展；第一章1求周期方波的傅立葉級數(shù)（復(fù)指數(shù)函數(shù)形式），畫出|Cn|- 和一圖解：（1）方波的時域描述為:=戈（才+挖0）0 <f <T0/2-Tq2 < f < 0x(t)dt = 0Ajn冗(l-cos«)(n 豐 0)n = ±2, ±4, ± 6,n = ±1, ± 3, ± 5,yl ±2, ±4, ± 6> /二 1,3,524、CQ fs

4、 -jn ±1±3, ± 5/ nn從而:n = ±1,±3，±5, - 2鄉(xiāng)饑=arctg = arctg=尬°712nn<0名師整理優(yōu)秀資源2 .求正弦信號in -皿sin-的絕對均值呂：和均方根值.1汀。sin &tdt =1 TL p解(1) 作|二亍川靭血血|出二討°3. 求符號函數(shù)和單位階躍函數(shù)的頻譜。03名師整理優(yōu)秀資源10t1符號函數(shù)1L0t階躍函數(shù)解：(1)因為不滿足絕對可積條件，因此，可以把符合函數(shù)看作為雙邊指數(shù)衰減函數(shù)：W) = *° 0a>Q, t > 0

5、其傅里葉變換為:庫(/)=匸兀(甘叫=(°-嚴出+r嚴出J-CDJOS-丿2小0 eaf_g + _ +J2 疥)QO0-1 1=+J2h)(位+丿2初_-J4#_/+(2才»(2)階躍函數(shù):瓊)=x(/)二 rJ-OT=曠如滋Jo二 1 力門 m -7W0二 1 二 _ j jgf 2f4. 求被截斷的余弦函數(shù) 1"丿/的傅里葉變換。cos®0/t <Tx(Z)= u0t >T汁訂的點積，即:解:(1) 被截斷的余弦函數(shù)可以看成為：余弦函數(shù)與矩形窗x(t) = cosatt - w(/)二辭+才琢)血02(2) 根據(jù)卷積定理，其傅里葉變換為

6、：禺刀冷0（/ +血+磯/ -局忡血C" ）二? sin c2;r （/ + 広）T + sin C 2兀（/ - 人）叮5. 設(shè)有一時間函數(shù)f（t）及其頻譜如圖所示?，F(xiàn)乘以余弦函數(shù) cos ot o>m）。在這個關(guān)系中函數(shù)f（t）稱為調(diào)制信號，余弦函數(shù)COS ot稱為 載波。試求調(diào)幅信號的f（t）COSot傅氏變換，并繪制其頻譜示意圖。又： 若 0< m將會出現(xiàn)什么情況？題圖13解: (1)令薊）=/COS他2 協(xié)）戶砒+協(xié)）肝t（2）根據(jù)傅氏變換的頻移性質(zhì)，有:A (d) F(W +) P(G) (Dq )2 2頻譜示意圖如下:(3)當(dāng)時，由圖可見,Fw 宀出現(xiàn)混疊，

7、不能 通過濾波的方法提取出原信號f(t)的頻譜。'6. 求被截斷的余弦函數(shù)工(')二COS 6)qI0的傅立葉變換。解:2花打72尸丄4兀X(0)二丄J二占二 +&COS呦訕卩T9+曲婦丄卩門何啦咕J_T4 卅一丁T .t .sine + zTjg 卩 h- sinc(0 - Dq 卩2兀2冗方法二："kF為矩形窗函數(shù)，其頻譜為:t<TT 畋勁二一 ginc曲n(2)根據(jù)傅氏變換的頻移性質(zhì)，有:X(G) = -W (a)+(j()q) + -(a) - a)Q)2 2T .t .sine6)+ zTjg 卩 +11 sincty - a)Q 卩 2冗 2

8、兀第2章1. 說明線性系統(tǒng)的頻率保持性在測量中的作用。答：(1) 線性系統(tǒng)的頻率保持性，在測試工作中具有非常重要的作用。因為在實際測試中，測試得到的信號常常會受到其他信號或噪聲的干擾，這時依據(jù)頻率保持特性可以認定測得 信號中只有與輸入信號相同的頻率成分才是真正由輸入引起的輸出。(2) 同樣，在故障診斷中，根據(jù)測試信號的主要頻率成分，在排除干擾的基礎(chǔ)上，依據(jù)頻率保持特性推出輸入信號也應(yīng)包含該頻率成分， 通過尋找產(chǎn)生該頻率成分的原因，就可 以診斷出故障的原因。2. 在使用靈敏度為80nC/MPa的壓電式力傳感器進行壓力測量時，首先將他與增益為5mV/nC的電荷放大器相連，電荷放大器接到靈敏度為25

9、mm/V勺筆試記錄儀上，試求該壓力測試系統(tǒng)的靈敏度。當(dāng)記錄儀的輸出變化30mm寸，壓力變化為多少？2解：(1)求解串聯(lián)系統(tǒng)的靈敏度。s 二町 x ® x 務(wù)二 80 x 5 x 25 二(2)求壓力值。Y 30S 103. 把靈敏度為 【2 lii的壓電式力傳感器與一臺靈敏度調(diào)到II的電荷放大器相接，求其總靈敏度。若要將總靈敏度調(diào)到1II 匚匸、：，電荷放大器的靈敏度應(yīng)作如何調(diào)整？解： (X)s = 404xlO" x0.226 = 91 304(v/Pa)4用一時間常數(shù)為2s的溫度計測量爐溫時，當(dāng)爐溫在200C 400E之間，以150s為周期, 按正弦規(guī)律變化時，溫度計輸

10、出的變化范圍是多少？ 解：(1)已知條件= At = asm 2究 2託w二=T 150(2)溫度計為一階系統(tǒng)，其幅頻特性為月何)二、 二 |=1.0035S+iV150(3) 輸入為200C、400C時，其輸出為：y=A(w) X 200=200.7( C) y=A(w) X 400=401.4( C )5用一階系統(tǒng)對100Hz的正旋信號進行測量時，如果要求振幅誤差在10%內(nèi),時間常數(shù)應(yīng) 為多少？如果用該系統(tǒng)對50H z的正旋信號進行測試時，則此時的幅值誤差和相位誤差是 多少？ 解：（1） 一階系統(tǒng)幅頻誤差公式1-AM = 1 - E10%w = 100r = 0.00077幅值誤差為:2.

11、9%,相位差為:-67.5407. 用傳遞函數(shù)為:的一階測量裝置進行周期信號測量。若將幅度誤差限制在5%以下，試求所能測量的最高頻率成分。此時的相位差是多少？解：（1）已知一階系統(tǒng)誤差公式一 <5%J(T +1, =95%r = 0.0025(2)解得 w=131.478. 設(shè)一力傳感器作為二階系統(tǒng)處理。已知傳感器的固有頻率為800Hz阻尼比為0.14，問使用該傳感器作頻率為400Hz正弦變化的外力測試時，其振幅和相位角各為多少？解：(1) fn=800HZ, E =0.14 , f=400HZ 帶入頻譜特性。!二= 1 31亠 l-(w/wj'+4d3/wj- (400/800

12、)2r+ 4 x 0143(400/800)*°l-(w/wj31-(400/800)29. 對一個二階系統(tǒng)輸入單位階躍信號后，測得響應(yīng)中產(chǎn)生的第一個過沖量的數(shù)值為解：(1)求解阻尼比、固有頻率1.5,同時測得其周期為6.28s。設(shè)已知裝置的靜態(tài)增益為3,試求該裝值的傳遞函數(shù)和裝 置在無阻尼固有頻率處的頻率響應(yīng)。= ,= = 1.008?rfVl-01282(2)求解傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)為：將匸！協(xié)慣；，.門攝，二-3+ 2g+e；=3xLOO護?+2x0128x LOO fc 4-1.00 823054?+025fc + 1.0186）十將丨，：-UJ2呂和、代，可得該裝置在無阻尼固有

13、頻率處的頻率響應(yīng)似121丹（網(wǎng)）=K1-何他r+2臥血他）-3_ ij2x0128;0.256第3章 常用傳感器1. 應(yīng)變片的靈敏系數(shù)與電阻絲（敏感柵）的靈敏系數(shù)有何不同？為什么？答：（1）一般情況下，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)小于電阻絲的靈敏系數(shù)。原因是：1）當(dāng)應(yīng)變片粘貼于彈性體表面或者直接將應(yīng)變片粘貼于被測試件上時， 由于 基底和粘結(jié)劑的彈性模量與敏感柵的彈性模量之間有差別等原因， 彈性體或試件的變形不 可能全部均勻地傳遞到敏感柵。2）絲柵轉(zhuǎn)角及接線的影響。2. 金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何不同？答：前者利用金屬形變引起電阻的變化； 而后者是利用半導(dǎo)體電阻率變化引起電阻的變化(壓阻效應(yīng))

14、。3. 試比較自感式傳感器與差動變壓器式傳感器的異同。答：不同點：1) 自感式傳感器把被測非電量的變化轉(zhuǎn)換成自感系數(shù)的變化；2)差動變壓器式傳感器把被 測非電量的變化轉(zhuǎn)換成互感系數(shù)的變化。相同點：兩者都屬于電感式傳感器，都可以分為氣隙型、截面型和螺管性三種類型。4. 在自感式傳感器中，螺管式自感傳感器的靈敏度最低，為什么在實際應(yīng)用中卻應(yīng)用最廣泛？答：在自感式傳感器中，雖然螺管式自感傳感器的靈敏度最低，但示值范圍大、線性也較好；(2)同時還具備自由行程可任意安排、制造裝配方便、可互換性好等優(yōu)點。由于具備了這些優(yōu)點，而靈敏度低的問題可在放大電路方面加以解決，故目前螺管式 自感傳感器應(yīng)用中最廣泛。5

15、. 為什么電容式傳感器易受干擾？如何減小干擾？答：(1) 傳感器兩極板之間的電容很小，僅幾十個卩卩，小的甚至只有幾個 卩F(2) 而傳感器與電子儀器之間的連接電纜卻具有很大的電容，如屏蔽線的電容最小的I米也有幾個卩卩，最大的可達上百個 卩卩。這不僅使傳感器的電容相對變化大大降低，靈敏度 也降低，更嚴重的是電纜本身放置的位置和形狀不同，或因振動等原因，都會引起電纜本身電容的較大變化，使輸出不真實，給測量帶來誤差。(3) 解決的辦法，一種方法是利用集成電路，使放大測量電路小型化，把它放在傳感器內(nèi)部，這樣傳輸導(dǎo)線輸出是直流電壓信號，不受分布電容的影響；(4) 另一種方法是采用雙屏蔽傳輸電纜，適當(dāng)降低

16、分布電容的影響。由于電纜分布電容對 傳感器的影響，使電容式傳感器的應(yīng)用受到一定的限制。6. 用壓電式傳感器能測量靜態(tài)或變化很緩慢的信號嗎？為什么？答：(1) 由于不可避免地存在電荷泄漏，利用壓電式傳感器測量靜態(tài)或準靜態(tài)量值時，必須采 取一定措施，使電荷從壓電元件經(jīng)測量電路的漏失減小到足夠小的程度；而在作動態(tài)測量時，電荷可以不斷補充，從而供給測量電路一定的電流，故壓電式傳 感器適宜作動態(tài)測量。7. 什么是物性型傳感器？什么是結(jié)構(gòu)型傳感器？試舉例說明答：(1) 物性型傳感器是依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來實現(xiàn)信號變換的。例如利用 水銀的熱脹冷縮現(xiàn)象制成水銀溫度計來測溫；利用石英晶體的壓電效應(yīng)

17、制成壓電測力計(2) 結(jié)構(gòu)型傳感器則是依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化而實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換的。例如，電容式傳感 器依靠極板間距離變化引起電容量變化；電感式傳感器依靠銜鐵位移引起自感或互感變化8. 有源型傳感器和無源型傳感器有何不同？試舉例說明答:(1)有源型傳感器即能量控制型傳感器，是從外部供給輔助能量使其工作的，并由被測量 來控制外部供給能量的變化。例如，電阻應(yīng)變測量中，應(yīng)變計接于電橋上，電橋工作能源 由外部供給，而由于被測量變化所引起應(yīng)變計的電阻變化來控制電橋的不平衡程度。此外電感式測微儀、電容式測振儀等均屬此種類型。(2) 無源型傳感器即能量轉(zhuǎn)換型傳感器，是直接由被測對象輸入能量使其工作的，例如， 熱

18、電偶溫度計、彈性壓力計等。但由千這類傳感器是被測對象與傳感器之間的能量傳輸, 必然導(dǎo)致被測對象狀態(tài)的變化，而造成測量誤差。9. 選用傳感器應(yīng)注意哪些問題？答:1) 靈敏度：傳感器的量程范圍是和靈敏度是緊密相關(guān)的。傳感器的靈敏度并非越高越好， 根據(jù)被測量要求來選取。2) 線性范圍：為了保證測量的精確度，傳感器必須在線性區(qū)域內(nèi)工作。3) 響應(yīng)特性：傳感器的響應(yīng)特性必須在所測頻率范圍內(nèi)盡量保持不失真。但實際傳感 器的響應(yīng)總有一遲延，但遲延時間越短越好。4) 穩(wěn)定性：經(jīng)過長期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。為了保證穩(wěn)定性，在 選用傳感器之前，應(yīng)對使用環(huán)境進行調(diào)查，以選擇合適的傳感器類型。5) 精

19、確度：表示傳感器的輸出與被測量的對應(yīng)程度。傳感器的精確度也并非愈高愈好，因為還要考慮到經(jīng)濟性。傳感器在實際測試條件下的工作方式，也是選用傳感器時應(yīng)考慮的重要因素。10. 某電容傳感器(平行極板電容器)的圓形極板半徑r=4 (mm，工作初始極板間距離S°=0.3(mm),介質(zhì)為空氣。問：a) 如果極板間距離變化量=士 l(mm)，電容的變化量 C是多少？b) 如果測量電路的靈敏度ki=10O(mv/pF),讀數(shù)儀表的靈敏度k?=5(格/mV)，在= 士 1(um)時，讀數(shù)儀表的變化量為多少？答：1)已知£ 0=8.85 x 1012 (F/M)，傳感器的靈敏度為k(0.3X1

20、0'3)2C二他占二聲舀菁二8*5x10払(你!0 )冥0二方5弓耳00”)Jo2)'1-. T_- - III' 1':11.壓電式加速度傳感器的固有電容為Ca，電纜電容為Cc，電壓靈敏度Ku=U0 /a(a為被測加速度)，輸出電荷靈敏度 Kq=Q/a。試推導(dǎo)Ku和Kq的關(guān)系。答:a)的（1）壓電式加速度傳感器的靈敏度是指其輸出變化量（電壓或電流）與輸入變化量（加速度比值，故有兩種表示方法：電荷靈敏度Kq （采用電荷放大器）和電壓靈敏度Ku （采用電壓放大器）。因為Q _Q 1 一石疋廣©(G+CJ12. 圓柱形彈性元件，在拉、彎聯(lián)合作用下，如題圖4

21、-1a,應(yīng)變片應(yīng)如何布片和正確接電橋才能測定拉力p和彎矩M，并能消除拉力和彎矩間的相互干擾？答：1）原則上僅需在圓柱彈性元件上下表面各貼一片應(yīng)變片Ri和R2（見圖），并與兩阻值和應(yīng)變片阻值相同的固定電阻組成電橋。沒有力、彎矩作用時，Ri=R2=R，電橋輸出電壓 Uo為零。2）測拉力時，由于受拉， Ri=A R2,測彎矩時，由于受彎， Ri'= R2'。測定拉力的電橋如 圖b, Ri和R2組成電橋的相對臂。測定彎矩的電橋如圖 c, Ri和R2組成相鄰臂。測拉力的電橋 輸出電壓Uo將A R2=- A Ri代入上式有可見，A Rt互相抵消，對電橋的輸出無影響。第4章噪聲的測量1. 評

22、價噪聲的主要技術(shù)參數(shù)是什么？各代表什么物理意義？答：（1）評價噪聲的主要技術(shù)參數(shù)有：聲壓和聲壓級、聲強和聲強級、聲功率和聲功率級、頻率或頻譜、響度和響度級等。（2）物理意義分別如下：1）聲壓與聲壓級：表示聲音壓力強弱的物理量。聲壓：聲波是在彈性介質(zhì)中傳播的疏密波即縱波，其壓力隨著疏密程度的變化而變化， 所謂聲壓，是指某點上各瞬間的壓力與大氣壓力之差值， 單位為，即帕（Pa）；聲壓級：聲壓級，定義為：二二1二（dB），式中，P為聲壓，Po為聽閾聲 壓。2）聲強與聲強級：是用能量的大小來表征聲音強弱的物理量。聲強：聲強是在聲的傳播方向上，單位時間內(nèi)通過單位面積的聲能量。以I表示，單位為二/ : 0聲強級：聲強與參考聲強'.（取比值常用對數(shù)的10倍來表示，稱為聲 強級，亦是一種無量綱量，定義為:dB3）聲功率及聲功率級：是聲源在單位時間內(nèi)發(fā)射出的總能量的量度。聲功率：是聲源在單位時間內(nèi)發(fā)射出的總能量，用：表示，單位為瓦。聲功率級：聲功率 和參考基準聲功率（取10的比值常用對數(shù)的10倍來表一 rw示聲功率級 -：，定義為：r， |i比:dB o4）頻率與頻譜頻譜：由強度不同的許多頻率純音所組成的聲音稱為復(fù)音，組成復(fù)音的強度與頻率的關(guān)系