机械测试技术试卷及答案

机械测试技术试卷B答案第1页皖西学院2012–2013学年度第2学期期末考试试卷（B卷）机电学院学院机械专业10级机械测试技术课程题号一二三四五六七八总分统分人复核人得分一．名词解释：本大题共5小题，每小题2分，共10分。1．计量：当测量涉及实现单位统一和量值准确可靠时称为计量。2．准周期信号:由多个周期信号合成，其中至少有一对频率比不是有理数。3．频率保持性：若线性系统的输入为某一频率的谐波信号，则系统的稳态输出将为同一频率的谐波信号。4．频率分辨率：频率采样间隔△f也是频率分辨率指标。此间隔越小，频率分辨率越高，被“挡住”的频率成分越少。5．虚拟仪器：在虚拟仪器系统中，数据分析和显示完全用微机的软件来完成。因此，只要额外提供一定的数据采集硬件，就可以与微机组成测量仪器。这种基于微机的测量仪器称为虚拟仪器。二．简答题：本大题共5小题，每小题5分，共25分。1．以方框图的形式说明测试系统的组成，简述主要部分的作用。传感器是将被测信息转换成某种电信号的器件；信号的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、记录环节将来自信号处理环节的信号显示或存贮。模数（A/D）转换和数模（D/A）转换是进行模拟信号与数字信号相互转换，以便用计算机处理。2.频率混叠是怎样产生的，有什么解决办法？答：(1)当采用过大的采样间隔Ｔｓ对两个不同频率的正弦波采样时，将会得到一组相同的采样值，造成无法辩识两者的差别，将其中的高频信号误认为低频信号，于是就出现了所谓的混叠现象。(2)为了避免频率混叠，应使被采样的模拟信号ｘ（ｔ）成为有限带宽的信号，同时应使采样频率ｆｓ大于带限信号的最高频率ｆｈ的２倍。3.什么是物性型传感器?什么是结构型传感器?试举例说明。答：(1)物性型传感器是依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换的。例如利用水银的热胀冷缩现象制成水银温度计来测温；利用石英晶体的压电效应制成压电测力计等。(2)结构型传感器则是依靠传感器结构参数的变化而实现信号转换的。例如，电容式传感器依靠极板间距离变化引起电容量变化；电感式传感器依靠衔铁位移引起自感或互感变化等。4.涡流位移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？涡流传感器能否测量大位移？为什么？电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？答：（1）电涡流式传感器具有频率响应范围宽，灵敏度高，测量范围大，结构简单，抗干扰能力强，不受油污等介质影响，特别其具有非接触测量等优点。(2)因为涡流传感器受变换磁场大小的限制，故它不能用于测量大位移。（3）涡流传感器除了能够测量位移外，还可测量：1）由位移量变换而来的被测对象，如：位移振幅、表面粗糙度、转速、零件尺寸、零件个数、零件厚度、回转轴线误差运动等测量；2）由被测材质物性变换来的被测对象，如温度、硬度、涡流探伤等。5.相关函数和相关系数有什么区别？相关分析有什么用途，举例说明。答：(1)通常，两个变量之间若存在着一一对应关系，则称两者存在着函数关系,相关函数又分为自相关函数和互相关函数。当两个随机变量之间具有某种关系时，随着某一个变量数值的确定，另一变量却可能取许多不同的值，但取值有一定的概率统计规律，这时称两个随机变量存在相关关系，对于变量Ｘ和Ｙ之间的相关程度通常用相关得分评卷人复核人得分评卷人复核人密封线内不要答题，班级、姓名、学号必须写在密封线内。班级姓名学号………………………………密………………………………封………………………………线………………………………机械测试技术试卷B答案第2页系数ρ来表示。(2)在测试技术技术领域中，无论分析两个随机变量之间的关系，还是分析两个信号或一个信号在一定时移前后的关系，都需要应用相关分析。例如在振动测试分析、雷达测距、声发射探伤等都用到相关分析。三．计算题：本大题共2小题，每小题12分，共24分。1．求被截断的余弦函数0cosωt(见图1-26)的傅里叶变换。0cos()0ωttTxttT解：0()()cos(2)xtwtftw(t)为矩形脉冲信号()2sinc(2)WfTTf002201cos(2)2jftjftftee所以002211()()()22jftjftxtwtewte根据频移特性和叠加性得：000011()()()22sinc[2()]sinc[2()]XfWffWffTTffTTff可见被截断余弦函数的频谱等于将矩形脉冲的频谱一分为二，各向左右移动f0，同时谱线高度减小一半。也说明，单一频率的简谐信号由于截断导致频谱变得无限宽。2.已知低通滤波器的频率响应函数1()1Hj式中=0.05s。当输入信号x(t)=0.5cos(10t)+0.2cos(100t-45)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。解：21()1()A，()arctan21(10)0.8941(0.0510)A，(10)arctan(0.0510)26.621(100)0.1961(0.05100)A，(100)arctan(0.05100)78.7y(t)=0.5A(10)cos[10t+(10)]+0.2A(100)cos[100t-45+(100)]=0.447cos(10t-26.6)+0.039cos(100t-123.7)比较：输出相对输入，幅值衰减，相位滞后。频率越高，幅值衰减越大，相位滞后越大。四．分析题：本大题共2小题，每小题12分，共24分。1．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，在下列情况下，是否可提高灵敏度？说明为什么？得分评卷人复核人得分评卷人复核人fX(f)Tf0-f0被截断的余弦函数频谱图1-26被截断的余弦函数ttT-TT-Tx(t)w(t)1001-1机械测试技术试卷B答案第3页1）半桥双臂各串联一片。2)半桥双臂各并联一片。解：(1)未增加电阻应变片时，半桥双臂的灵敏度为：当半桥双臂各串联一片时：简化电路，设时，计算得：，所以不能提高灵敏度。(2)当半桥双臂各并联一片时：简化电路，设时，计算得：，所以也不能提高灵敏度。2.什么是相敏检波？工作原理是什么？请给出典型的二极管相敏检波电路及其输入输出关系图。答：相敏检波电路(与滤波器配合)可以将调幅波还原成原信号波形，起解调作用；并具有鉴别信号相位的能力。五．应用题：本大题共1小题，每小题17分，共17分转轴扭矩的测量方法有几种方法？试述采用应变原理测量转轴扭矩的原理及方法。答：(1)扭矩测量方法如下：测量转轴的应变，例如应变式扭矩测量；测量转轴两横截面的相对扭转角，例如用磁电感应式、光电感应式传感器测量扭矩；测量轴材料导磁率的变化，例如采用压磁式传感器测量扭矩。(2)应变式扭矩测量方法如下：沿与轴线方向粘贴应变片，应变计的布置及组桥方式应考虑灵敏度、温度补偿及抵消拉、压及弯曲等非测量因素干扰的要求，如题图10.4-1所示。得分评卷人复核人机械测试技术试卷B答案第4页若沿与轴线方向轴的应变值为ε1，则扭矩为(10.20)式中E——材料的弹性模量；μ——材料的泊松比；Wn——材料的抗扭模量。对于实心圆轴(10.21)图中电桥输出可经拉线式或电刷式集电装置连接到电阻应变仪。测量前应做扭矩标定。若应变仪输出应变为ε仪，则ε1=ε仪/4