机械工程测试技术练习题及答案.doc

第一章 绪论
1、列举出一些农业工程中应用测试技术的例子。
2、写一篇关于位移、速度、温度、力或应变测量系统的构成和测量过程的简短报告。
3、何谓测量误差？通常测量误差是如何分类、表示的？
4、为什么是用测量仪器时，不仅要考虑其准确度，而且要考虑其量程？

第二章 测试装置基本特性
1、填空题
1) 某一阶系统的频率响应函数为，输入信号，则输出信号的频率为 ，幅值 ，相位 。
2）当测试系统的输出与输入之间的关系为时，该系统能实现 测试。此时，系统的频率特性为 。
3）传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的 越小。
4）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。
2、选择题
1）（ ）不属于测试系统的静特性。
（1）灵敏度 （2）线性度 （3）回程误差 （4）阻尼系数
2）从时域上看，系统的输出是输入与该系统 响应的卷积。
（1）正弦 （2）阶跃 （3）脉冲 （4）斜坡
3）两环节的相频特性各为和，则两环节串联组成的测试系统，其相频特性为（ ）。
（1） （2） （3）
（4）
4）一阶系统的阶跃响应中，超调量（ ）。
（1）存在，但<5％ （2）存在，但<1
（3）在时间常数很小时存在 （4）不存在
5）忽略质量的单自由度振动系统是 系统。
（1）零阶 （2）一阶 （3）二阶 （4）高阶
6）一阶系统的动态特性参数是（ ）。
固有频率 （2）线性度 (3)时间常数 （4）阻尼比
7）用阶跃响应法求一阶装置的动态特性参数，可取输出值达到稳态值（ ）倍所经过的时间作为时间常数。
（1）0.632 （2）0.865 （3）0.950 （4）0.982
3、判断题
1）在线性时不变系统中，当初始条件为零时，系统的输出量与输入量之比的拉氏变换称为传递函数。（ ）
2）当输入信号一定时，系统的输出将完全取决于传递函数，而与该系统的物理模型无关。（ ）
3）传递函数相同的各种装置，其动态特性均相同。（ ）
4）测量装置的灵敏度越高，其测量范围就越大。（ ）
5）幅频特性是指响应与激励信号的振幅比与频率的关系。（ ）
6）一线性系统不满足“不失真测试”条件，若用它传输一个1000Hz的正弦信号，则必然导致输出波形失真。（ ）
4、问答题
1）什么叫系统的频率响应函数？它和系统的传递函数有何关系？
2）测试装置的静态特性和动态特性各包括那些？
3）测试装置实现不失真测试的条件是什么？
5计算题
1、）某测试装置为一线性时不变系统，其传递函数为。求其对周期信号的稳态响应。
2）将信号输入一个传递函数为的一阶装置，试求其包括瞬态过程在内的输出的表达式。
3）试求传递函数分别为和的两个环节串联后组成的系统的总灵敏度。
第三章 常用传感器
1、填空题
1）属于能量控制型的传感器有 等，属于能量转换型的传感器有 等（每个至少举例两个）。
2）金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于：前者利用 引起的电阻变化，后者利用 变化引起的电阻变化。
3）为了提高变极距电容式传感器的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度的影响，实际应用时常常采用 工作方式。
4）压电式传感器的测量电路（即前置放大器）有两种形式： 放大器和 放大器，后接 放大器时，可不受连接电缆长度的限制。
5）涡流式传感器的变换原理是利用了金属导体在交流磁场中的 效应。
6）磁电式速度计的灵敏度单位是 。
7）压电式传感器是利用某些物质的 而工作的。
2、选择题
1）电阻应变片的输入为 。
（1）力 （2） 应变 （3）速度 （4）加速度
2）结构型传感器是依靠 的变化实现信号变换的。
（1）本身物理性质 （2）体积大小 （3）结构参数 （4）电阻值
3）不能用涡流式传感器进行测量的是 。
（1）位移 （2）材质鉴别 （3）探伤 （4）非金属材料
4）变极距面积型电容传感器的输出与输入，成 关系。
（1）非线性 （2）线性 （3）反比 （4）平方
5）半导体式应变片在外力作用下引起其电阻变化的因素主要是 。
（1）长度 （2）截面积 （3）电阻率 （4）高通
6）压电式传感器输出电缆长度的变化，将会引起传感器的 产生变化。
（1）固有频率 （2）阻尼比 （3）灵敏度 （4）压电常数
7） 在测量位移的传感器中，符合非接触测量，而且不受油污等介质影响的是 传感器。
（1）电容式 （2）压电式 （3）电阻式 （4）电涡流式
8）自感型可变磁阻式传感器，当气隙变化时，其灵敏度与之间的关系是：＝ 。
（1） （2） （3） （4）
9）光电倍增管是利用 效应制成的器件。
（1）内光电 （2）外光电 （3）光生伏特 （4）阻挡层
10）光敏元件中 是直接输出电压的。
（1）光敏电阻 （2）光电阻 （3）光敏晶体管 （4）光导纤维
3、判断题
1）滑线变阻器式传感器不适于微小位移量测量。（ ）
2）涡流式传感器属于能量控制型传感器（ ）
3）压电加速度计的灵敏度越高，其工作频率越宽。（ ）
4）磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率。（ ）
4、问答题
1） 哪些传感器可选作小位移传感器？
2） 涡流传感器测量位移与其它位移传感器比较，其主要优点是什么？涡流式传感器能否测量大位移量？为什么？
3） 电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？
4） 电涡流传感器能否测量塑料物体移动的位移？若能测量理由是什么？不能测量理由是什么？应采取什么措施改进，就可以用电涡流传感器测量了。
5） 压电式加速度传感器与压电式力传感器在结构上有何不同，为什么？
6） 试用双螺管线圈差动型电感传感器做成一个测力传感器。
（1） 用简图说明该传感器的结构并简要说明其作用原理；
（2） 两个线圈通常应该接在什么电路中？用图说明如何接法。
5、计算题
1）某电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径，工作初始极板间距离，介质为空气。问：
（1）如果极板间距离变化量，电容的变化量是多少？
（2）如果测量电路的灵敏度，读数仪表的灵敏度（格／mV）在时，读数仪表的变化量为多少？

第四章 信号调理
1、填空题
1）电桥的作用是把电感、电阻、电容的变化转化为 输出的装置。
2）在桥式测量电路中，按照 的性质，电桥可分为直流和交流电桥。
3）在桥式测量电路中，根据工作时阻抗参与变化的 可将其分为半桥与全桥测量电路。
4）调幅是指一个高频的正（余）弦信号与被测信号 ，使高频信号的幅值随被测信号的 而变化。信号调幅波可以看作是载波与调制波的 。
5）调频波的解调又称为 。
6）调频是利用信号电压的 控制一个振荡器，使其输出为等幅波，而 与信号电压成正比。
7）常用滤波器的上、下截止频率、的定义为 ，其带宽＝ ，若为倍频程滤波器与的关系为 。
8）RC低通滤波器中RC值愈 ，则上截止频率愈低。
9）为提高灵敏度，磁记录仪重放磁头的线圈匝数应 ，为补偿其微分特性，重放放大器应采用 。
10）驱动振动子转动的动力是由被记录信号电流通过振动子线圈所产生的 。
2、选择题
1）设有一电路，是工作桥臂，，，是固定电阻，且。工作时，则电桥输出电压（ ）。为电桥的电源电压。
（1） （2） （3） （4）
2）调幅过程相当于在时域中将调制信号与载波信号 。
（1）相乘 （2）相除 （3）相加 （4）相减
3）电路中鉴频器的作用是 。
（1）使高频电压转变成直流电压 （2）使电感量转变为电压量
（3）使频率变化转变为电压变化 （4）使频率转变为电流
4）一选频装置，其幅—频特性在区间近于平直，在区间急剧衰减，这叫 滤波器。
（1）低通 （2）高通 （3）带通 （4）带阻
5)一带通滤波器，其中心频率是，-3dB带宽是，则滤波器的品质因数等于 。
（1） （2） （3） （4）
6）为测量和记录的正弦信号，最好选用 型号的振动子比较合适。
（1）FC6－120 (2) FC6—120A (3)FC6—400 （4）FC6—1200
7）为了改善重放磁头的电压输出信号，应后续 电路。
（1）放大 （2）微分放大 （3）积分放大 （4）频率调制
8）记录一基频为的方波信号，应选用固有频率 的光线示波器振动子。
（1）＝ （2） （3） （4）>>0.5
9) 伺服式记录仪的特点是 。
（1）记录缓变信号幅值准确性高 （2）记录缓变信号幅值准确性低
（3）记录中频信号幅值准确性高 （4）记录高频信号准确性高
10）在选用振动子时，除了使阻尼比接近0.7 外，应使被测正弦信号的最高频率 振动子的固有频率。
（1）＝ （2）>2倍 （3）（0.5~0.6）倍 （4）<0.1倍
3、判断题
1）平衡纯电阻交流电桥须同时调整电阻平衡与电容平衡。 （ ）
2）调幅波是载波与调制信号的叠加。 （ ）
3）带通滤波器的波形因数值越大，其频率选择性越好。 （ ）
4) 将高通与低通滤波器串联可获得带通或带阻滤波器。 （ ）
4、问答题
1）何谓电桥平衡？要使直流电桥平衡，桥臂参数应满足什么条件？交流电桥应满足什么条件？
2）调幅波的解调方法有哪几种？
3）抗混滤波器的作用是什么？它选用何种滤波器？其截止频率如何确定？
4）相关滤波器的的基本原理是什么？举例说明其工程应用。
5、计算题
1）以阻值，灵敏度的电阻丝应变片与阻值为的固定电阻组成电桥，供桥电压，若其负载电阻为无穷大，应变片的应变。
（1）求单臂电桥的输出电压及其灵敏度。
（2）求双臂电桥的输出电压及其灵敏度。
2）若为调制信号，为载波，为调幅波（如图所示）
（1）利用傅里叶变换性质说明调幅过程的原理。
（2）画出载波与调幅波的双边频谱图。

第五章 信号及信号分析基础
1. 填空题
1）确定信号可分为_________和_________两类，前者频谱具有的特点是_________，后者的频谱具有特点是_________。
2）信号的有效值又称_________；它反映信号的_________；有效值的平方称_________，它是信号的_________。
3）工程中常见的周期信号，其谐波幅度总的趋势是随着_________而_________的，因此，在频谱分析中，没有必要取那些_________的谐波分量。
4）在周期方波信号的傅里叶级数式和周期三角波信号的傅里叶级数式中，信号的直流分量分别是_________和_________，方波信号的幅值收敛速度比三角波信号_________，叠加复原达到同样的精度要求时，方波信号比三角波信号需要更多的_________，因此对测试装置要求更宽的_________。
5）描述周期信号的强度用_________最适宜，在信号分析中称之为平均功率，在周期信号之中存在一个_________域和_________域间的功率等式为_________。
6）白噪声是指_________。
7）对于非周期信号，当时间尺度在压缩时，则其频谱频带_________，幅值_________，例如将记录磁带_________，即是例证。
8）单位脉冲函数与在点连续的模拟信号有积分式
_________，这个性质称为_________。
9）已知，则_________。
10）根据_________可以推得：输出信号含有什么频率成分，输入信号中也一定含有这种频率成分。
11）周期信号和瞬态信号都可以由无限多个正弦波的叠加来等效，但周期信号的各频率取为_________值，可用_________来求取，其幅值频谱表征为各微小频宽内频率分量的_________和_________之比，因而严格地说，瞬态信号的幅值频谱应称之为_________。
12）在随机信号的统计参数中均方值表示_________；均值表示_________；标准误差表示_________。
13）随即信号没有数学表达式，可通过对_________的傅里叶变换获得_________，用它表示信号平均功率关于频率的分布，以获得信号的频率结构。
14）在相关分析时，保留了________信息，保留了________信息。
15）自相关函数是一个周期函数，则原信号是一个________，而自相关函数是一个脉冲信号，则原信号将是________。
16）均值为零、角频率为、幅值为、初相角为随机变量的正弦函数的自相关函数是________。
17）已知某信号的自相关函数，则该信号的均方值为________。
18）信号和信号的互相关函数的傅里叶变换称为它们的________。
19）互相关函数在工业中的主要应用有________，________，________。
20）两同频正弦周期信号的互相关函数包含下列信息________，而不同频的正弦信号的互相关函数值为________。
21）被测信号被截断的实质是指________。
22）频混是由于________引起的，泄漏是由于________引起的。
23）测试信号中最高频率为100Hz，为了避免混叠，时域中采样的间隔必须小于________s。
24）要不产生频混现象就要求采样频率与信号的截止频率满足________关系。
2. 计算题
1）、求正弦信号的单边、双边频谱、实频图、虚频图，如果该信号延时后，其各频谱又如何变化？
2）、已知方波的傅里叶级数展开式为

求该方波的均值、频率成分、各频率的幅值，并画出其频谱图。
3）、一时间函数及其频谱函数图如图5.2.3所示，已知函数，设[为中最高频率分量的角频率]，试画出和的示意图形，当时，的图形会出现什么样的情况？

(a) 的时域波形 (b) 的频谱
图5.2.3 的时域波形及其频谱
4）、图5.2.4所示周期三角波的数学表达式为

求出傅里叶级数的三角函数展开式并画出单边频谱图。

图5.2.4 周期三角波
5）、已知某信号的自相关函数。试求：
(1) 该信号的均值；
(2) 均方值；
(3) 自功率谱。
6） 求自相关函数的自谱密度函数，并画出它们的图形。
3. 问答题
3-1 如果一个信号的自相关函数含有不衰减的周期成分，那说明含有什么样的信号？
3-2 图3.36所示为某信号的自相关函数图形，试确定该信号是什么类型信号，并在图中表示，

图3.36 习题3-13插图
3-3 信号送入信号分析仪绘得自相关函数的图形如图3.37所示(均值为零)，完成下列题目：
(1) 根据图形判断中包含哪些类型的信号。
(2) 根据坐标值估算所含信号的特征参数(即主要信息值)的大小。
3-4 两个同频率周期信号和的互相关函数中保留着这两个信号中哪些信息？

图3.37 习题3-14插图
3-5 测得某一信号的相关函数图形如图3.38所示，试问：
(1) 是图形，还是图形？说明其原因。
(2) 可以获得该信号的哪些信息？

图3.38 习题3-16插图
3-6 不进行数学推导，试分析周期相同(T=100ms)的方波和正弦波的互相关函数是什么结果。
3-18 试求图3.39所示信号的频谱函数(提示：可将看成矩形窗函数与、脉冲函数的卷积)。

图3.39 习题3-18插图
3-19 已知某信号的自相关函数。试求：
(1) 该信号的均值；
(2) 均方值；
(3) 自功率谱。
3-20 求自相关函数的自谱密度函数，并画出它们的图形。

第六章 计算机辅助测试
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？
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？
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？
4、.在选择采样保持器时，要考虑的主要因素是什么？
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°C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、请查阅资料，收集5个以上国内外不同厂商生产的PCI接口的数据采集卡，并比较起特性。
7、什么是虚拟仪器？并简述其软硬件结构。

考试试题
一、简答题（每小题 5 分，共 30 分）
1、未饱和湿空气经历绝热加湿过程，其干球温度、湿球温度和露点温度如何变化？
2、定压、定温、绝热和定容四种典型的热力过程，其多变指数的值分别是多少？
3、画出燃气轮机装置定压加热理想循环的 p-v 图和 T-s 图，并写出其用循环增压比表示的热效率公式。（假设工质为理想气体，比热取定值）
4、反映往复活塞式内燃机混合加热循环特性的设计参数有哪几个？写出其定义式。
5、住宅用空调机当夏天环境温度升高时，其制冷系数和耗功量如何变化？
6、为什么在湿蒸汽区域进行的绝热节流过程总是呈现节流冷效应？
二、计算题（共 70 分）
1 ．（ 18 分） 3kmol 温度 t 1 ＝ 100 ℃的氮气流与 1kmol 温度 t 2 ＝ 20 ℃的空气流在管道中绝热混合。已知混合前空气的摩尔分数为： x N 2 ＝ 0.79 、 x O2 ＝ 0.21 ，若混合前后氮气、空气和混合物的压力都相等，试求：
(1) 混合后气体的温度；
(2) 混合气体中 N2 和 O 2 的摩尔分数；
(3) 对应于 1kmol 的混合气产物，混合过程的熵增。
设摩尔热容为定值： C p，m，N2＝ 29.08kJ/ （ kmol·K ） 、 C p，m ，O2＝ 29.34kJ/ （ kmol·K ） 、 R ＝ 8.314kJ/ （ kmol·K ）
2 ．（ 17 分） 空气初态为 p 1＝ 0.4MPa 、 T 1 ＝ 450K ，初速忽略不计。经一喷管绝热可逆膨胀到 p 2＝ 0.1MPa 。若空气的 Rg ＝ 0.287 kJ/ (kg·K) ； c p ＝ 1.005 kJ/ (kg·K) ； γ ＝ c p / c v ＝ 1.4 ； 临界压力比 νcr =0.528 ； 试求：
（1）在设计时应选用什么形状的喷管？为什么？
（2）喷管出口截面上空气的流速 C f2 、温度 T 2 和马赫数 Ma 2；
（3）若通过喷管的空气质量流量为 q m ＝ 1kg/s ，求：喷管出口截面积和临界截面积。
3 ．（ 15 分） 活塞式压气机每秒钟从大气环境中吸入 p 1＝ 0.1MPa 、 t1＝ 17 ℃的空气 0.1m 3 ，绝热压缩到 p 2＝ 0.4MPa 后送入储气罐。若该压气机的绝热效率 η c,s =0.9 ，空气的 Rg ＝ 0.287k J/ (kg·K) ； c p ＝ 1.005 kJ/ (kg·K) ； γ ＝ c p / c v ＝ 1.4 ；试求：
(1) 压气机出口的空气温度；
(2) 拖动压气机所需的功率；
(3) 因摩擦引起的每秒钟的熵产。
4． （ 20 分） 一单级抽汽回热循环如图 1所示，水蒸气进入汽轮机的状态参数为5MPa、450℃，在10kPa下排入冷凝器。水蒸气在0.45MPa压力下抽出，送入混合式给水加热器加热给水。给水离开加热器的温度为抽汽压力下的饱和温度。在冷凝器和加热器之后有一台水泵。若忽略水泵功，求：
(1) 抽汽回热量；
(2) 每千克水蒸气循环的吸热量 q1和循环放热量q2 ；
(3) 每千克水蒸气循环的净功量 w；
(4) 循环热效率。

图 1 单级抽汽回热循环

※、参考答案

参考答案
第一章 信号及其描述
（一）1、信号；2、时间（t），频率（f）；3、离散性，谐波性，收敛性；4、准周期，瞬态非周期；5、均值，均方值，方差；6、偶，奇；
（二）1、√；2、√；3、╳；4、╳；5、√；
（三）1、，；2、0，，；3、；4、； 5、；

第二章 测试装置的基本特性
（一）1、1/2，，；2、123；3、傅立叶变换法，滤波器法；4、；5、被测量；6、线性；
（二）（4）（3）（2）（4）（2）（3）（1）
（三）╳ √ √ √ ╳ ╳
（四）略
第三章 常用传感器
（一）1、电阻、电感、电容、涡流；压电、磁电；2、金属丝的几何变形，半导体材料的电阻率变化；3、差动；4、电荷，电压，电荷；5、涡电流；6、mv / (m/s)；7、压电效应。
（二）（2）（3）（4）（2）（3），（3）（4）（4）（2）
（三）√ √ ╳ ╳
第四章 信号调理、处理和记录
（一）1、电压或电流；2、激励电压；3、桥臂数；4、相乘，相乘；5、鉴频；6、幅值，频率；7、幅频特性曲线降为最大值的倍时对应的频率为截止频率；；，8、大；
（二）（1）（1）（3）（2）（4）
（三）√ ╳ ╳ √
第五章 信号处理初步
（一）1、概率密度函数，自相关函数；2、带通滤波法，傅立叶变换法；3、有限带宽，；4、100；5、，0；6、相干函数；7、；8、周期图法；9、功率密度，能谱；10、时域，频域；
（二）1、╳；2、√；3、√；4、√；5、╳；6、╳；7、╳；
（三）1、，
；
2、；
3、同频相关、不同频不相关；
4、信号的常值分量为其自相关函数均值的开方，周期成分与其自相关函数周期成分的频率相同、幅值成比例关系；
5、该系统的作用是使信号幅值不变、相位提前T；
6、；

第六章 振动的测试
（一）1、小于，等于，大于；2、90；3、远大于；4、稳态正弦激振，随机激振，瞬态激振；5、相对式，绝对式；6、力传感器，加速度计；7、电荷放大器，电压放大器；8、固有频率，阻尼比，振型；9、参考。
（二）1、╳；2、╳；3、√；4、√；5、╳；6、√；7、√；8、╳；9、√；
（三）略