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【精品】机械工程测试技术


1.静态测量;动态测量 2.被测真值;测量误差 3.灵敏度;温度 4.补偿;相邻 5.幅值;频率 6. 傅氏三角级数中的各项系数; 傅氏复指数级数中的各项系 7 均方根值; 均方值? 8.离散的;连续的 9.频率响应法;阶跃响应法 10.
2

x(t ? t0 ) ;把原函数图像平

移至

t 0 位置处

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 ? (t ? t0 ) 进行卷积其结果是: 意义是_____。 二、选择题(20 分,每题 2 分) 题号 1 2 3 4 答案 C A D C

x(t ) ? ? (t ? t0 ) ? _____。其几何

5 B

6 A

7 B

8 D

9 A

10 C

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。

? ?5cos10? t x(t ) ? ? ?0 ? A.
B. x(t ) ? 20e
? at

当t ? 0 当t ? 0

cos20? t

(?? ? t ? ??)

C. x(t ) ? 5sin 20? t ? 10cos10? t

(?? ? t ? ??)

5.时域信号的时间尺度压缩时,则其频带的变化为( )。 A.频带变窄、幅值增高 B.频带变宽、幅值压低 C.频带变窄、幅值压低 D.频带变宽、幅值增高
1

6.非线性度是表示定度曲线( )的程度。 A.偏离其拟合直线 B.接近真值 C.正反行程的不重合 7.一般来说,测试系统的灵敏度越高,则其测量范围( )。 A.越宽 B.越窄 C.不变 8.下列哪一种敏感元件不属于弹性式压力敏感元件( ) A.波登管 B.膜片 C.波纹管 D.电阻应变片 9.对于单向应力状态的测量, 贴应变片时,应变片的方向与主应力方向应该相交 成( ) A.0° B.45° C.90° D.30° 10.二阶装置引入合适阻尼的目的是( ) 。 A.使系统不发生共振 B.使得读数稳定 C.获得较好的幅频、相频特性 三、简答题(共 30 分) 1.信号分析和处理必需遵循的原则有哪几点?(4 分)
2.周期信号的频谱具有哪几个特点?(6 分)

3.现有电阻 R1 和 R2 ,电感 L 和电容 C,连结成四臂交流电桥,试画出能满足电桥 平衡的正确接桥方法,并写出该电桥的平衡条件。 (设激励为 u i ,输出为 uo ) 。 4.在使用电阻应变片时, 发现灵敏度不够,若在工作电桥上增加电阻应变片的数 量以提高灵敏度。 试问在半桥上各串联一片的情况下,是否可以提高灵敏度?为 什么?(5 分) 5.什么是调制和解调?为什么要调制?(5 分) 6.在机械工程中常见的有哪些参数的测量?(5 分) 四、计算题(共 20 分,每小题 10 分) 1.求如图所示三角脉冲信号的频谱。
x(t) A

-T/2

0 T/2

t

2.用电阻应变片及双臂电桥悬臂梁的应变 ? 。其贴片及组桥方法如图所示。已知
' ' 图中 R1 ? R1 ? R2 ? R2 ? 120? ,上下贴片位置对称,应变片的灵敏度系数 k ? 2 。
?3 应变值 ? ? 10 ? 10 ,电桥供桥电压 ui ? 3V 。试分别求出如图组成桥路时的输出

电压 uo ? ?

2

五、综合设计题(共 10 分) 请选择以下两种测量要求其中的一种,设计实验过程(包括传感器的选用,传感 器的安装,信号的传输,信号的分析和处理等内容) ,并简述其过程。 (1) 针对载重卡车载物量进行过磅测量,试设计一测试装置并说明其工作原理; (2)大功率传动轴在长时间的带载运转下可能发生疲劳损坏,为了保证整机安 全,防止事故的发生,对轴的扭振进行测量和监控,试设计一测试装置并说明其 工作原理。 《机械工程测试技术基础》课程 A 答案 1.静态测量;动态测量 2.被测真值;测量误差 3.灵敏度;温度 4.补偿;相邻 5.幅值;频率 6. 傅氏三角级数中的各项系数;傅氏复指数级数中的各项系数。 7.均方根值;均方值? 8.离散的;连续的
2

9.频率响应法;阶跃响应法

10. x(t ? t0 ) ;把原函数图像平移至 t 0 位置处 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C A D C B A B D A C 1.信号分析和处理必需遵循的原则有哪几点?(4 分) 答:① 各环节的输入量与输出量之间应保持一一对应的关系,并尽量不失真; ② 尽可能减小或消除各种干扰。 (2’ ) 2.周期信号的频谱具有哪几个特点?(6 分) 答:① 周期信号的频谱是离散的。 (2’ ) ② 每条谱线只出现在基波频率的整倍数上,基波频率是各分量频率的公约数。 ③ 各频率分量的谱线高度表示该谐波的幅值或相位角。 工程中常见的周期信号, 其谐波幅值总的趋势是随谐波次数的增高而减小的。因此,在频谱分析中没必要 取那些次数过高的谐波分量。 (2’ ) 3.现有电阻 R1 和 R2 ,电感 L 和电容 C,连结成四臂交流电桥,试画出能满足电桥 平衡的正确接桥方法, 并写出该电桥的平衡条件。 (设激励为 u i , 输出为 uo ) 答: 。 正确的接桥方法如图所示: (3’ )

3

电桥的平衡条件是:

R1 R2 ? jwL ?

1 L ? jwC C (2’ )

4.有人在使用电阻应变片时, 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,在半桥上各串联一片的情况下,是否可以提高灵 敏度?为什么?(5 分) 答:不能提高灵敏度。因为半桥双臂时,其输出电压为:
uo ? 1 ?R ui 2 R (2’ )

2?R ?R ? R (2’ 当量桥臂各串联电阻应变片时,其电阻的相对变化量为 2 R )

即仍然没有发生变化, 故灵敏度不变。要提高灵敏度只能将双臂电桥改为全桥连 接。这时
uo ? ui ?R R 。 (1’ )

5.什么是调制和解调?为什么要调制?(5 分) 答:所谓调制,就是在调制信号(测试信号)的控制下,使载波信号(工作信号) 的某些参数(如幅值、频率、相位)发生变化的过程。 (2’ )解调,就是从已调 制波中恢复出调制信号的过程一般的被测量,如力、位移、应变等,经传感器检 测变换后,常常是一些缓变的电信号。 (1’ )经过调制后,采用交流放大,比直 接用直流放大,效果好;另外,调制波抗干扰能力强,也便于传输。 (2’ ) 6.在机械工程中常见的有哪些参数的测量?(5 分) 答:在机械工程的测试过程中,常见的参数测量有:应力的测量;应变的测量; 扭矩的测量、振动信号的测量;声强测量;声发射测量;位移的测量;流量的测 量;压力的测量等。 (每一种 0.5 分) 四、计算题(共 20 分,每小题 10 分) 1.求如图所示三角脉冲信号的频谱。 解:一个周期内的表达式为:
?2A ?T t ? x(t ) ? ? ?? 2 A t ? T ? 0?t ? ? T 2

T ?t?0 2 (2’ )

因为 x(t ) 为偶函数,所以 bn ? 0 , n ? 1, 2,3? (1’ )

4

T

1 T /2 2 T /2 2A 4A 1 2 A a0 ? ? x(t )dt ? ? tdt ? 2 t 2 ? T ?T / 2 T 0 T 2 T 2 0 2 T /2 4 T /2 2A 8A 1 an ? ? x(t ) cos n?0 tdt ? ? t cos n?0 tdt ? 2 (c os n? ? 1) T ?T / 2 T 0 T T (n?0 ) 2 ? ?4 A 2 2A ? ? [(?1) n ? 1] ? ? (n? ) 2 (n? ) ?0 ? n ? 1,3,5? n ? 2, 4, 6?

(2’ )

出此得 x(t ) 的三角函数形式傅里叶级数展开为

x(t ) ? a0 ? ? (an cos n?0 t ? bn sin n?0 t ) ?
n ?1

?

A 4A 1 2n? ? 2 ? 2 cos t 2 ? n?1,3,5? n T (1’ )

n 次谐波分量的幅值
2 2 An ? an ? bn ?

4A n 2? 2 (1’ )

n 次谐波分量的相位

?n ? ? arctan

bn ? ?? an (1’ )

画出 x(t ) 的频谱如图所示。

(2’ ) 2.用电阻应变片及双臂电桥悬臂梁的应变 ? 。其贴片及组桥方法如图所示。已知
' ' 图中 R1 ? R1 ? R2 ? R2 ? 120? ,上下贴片位置对称,应变片的灵敏度系数 k ? 2 。
?3 应变值 ? ? 10 ? 10 ,电桥供桥电压 ui ? 3V 。试分别求出如图组成桥路时的输出

电压 uo ? ?

5

解:如图(b)组桥时的输出电压为(5’ )

uo ? (

R1 ? ?R1 R ? ?R R 1 ?R 1 ? )ui ? 1 ? ui ? ui ? ? ui ? k ? ui ? 0.03(V ) R1 ? ?R ? R2 ? ?R2 R ? R R1 ? R2 2 2R 2
R1 ? ?R1 ? R1' ? ?R1' R ? )ui ' ' ' ' R1 ? ?R1 ? R1 ? ?R1 ? R 2 ? R2 ? ?R2 ? ?R2 R ? R

如图(c)组桥时的输出电压为
uo ? ( ?

2 R ? 2?R 1 1 ?R ui ? ui ? ui ? 0.03(V ) 4R 2 2 R

(5’ )

6


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