牛刀小试

机械工程测试试题牛刀小试

一、填空题

1．时间常数τ是一阶传感器动态特性参数，时间常数τ越小，响应越快，响应曲线越接近于

输入阶跃曲线。

2．满足测试装置不失真测试的频域条件是幅频特性为一常数和相频特性与频率成线性关系。

3．电荷放大器常用做压电传感器的后续放大电路，该放大器的输出电压与传感器产生的电荷

量成正比，与电缆引线所形成的分布电容无关。

4．信号当时间尺度在压缩时，则其频带变宽其幅值变小。

5．当测量较小应变值时，应选用电阻应变效应工作的应变片，而测量大应变值时，应选用压

阻效应工作的应变片，后者应变片阻值的相对变化主要由材料电阻率的相对变化来决定。

6．电感式和电容式传感器常采用差动方式，不仅可提高灵敏度，且能改善或消除非线性。

7.电涡流传感器是利用金属材料的电涡流效应工作，可分为低频透射式和高频反射式两种，

其中前者常用于材料厚度的测量。

8．在调制解调技术中，将控制高频振荡的低频信号称为调制波，载送低频信号的高频振荡信

号称为载波，将经过调制过程所得的高频振荡波称为已调制波。

低通滤波器中的RC值越大，则其上限截止频率越小。

10.频率混叠是由于采样频率过低引起的，泄漏则是由于信号截断所引起的。

11作为传感器的核心部件，直接感受被测物理量并对其进行转换的元件称为敏感元件。

12在τ为0情况下，自相关函数值达到最大值。

13在外力作用下，金属应变式传感器主要产生几何尺寸变化，而压阻式传感器主要是

电阻率发生变化，两者都引起电阻值发生变化3

14.描述一阶系统动态特性的参数是时间常数，其值越小，则该系统频带越宽，响应越快。

15某信号的自相关函数为

0

cos100)(

x

R，则该信号的均值为0，均方根值为10。

二、选择题

1．离散、周期的时域信号频谱的特点是（C）的。

A非周期、离散B非周期、连续C、周期、离散D周期、连续

2．按传感器能量源分类，以下传感器不属于能量控制型的是（C）。

A电阻传感器B电感传感器C光电传感器D电容传感器

3．变磁通感应式传感器在测量轴的转速时，其齿盘应采用（B）材料制成。

A金属B导磁C塑料D导电

4．测试装置能检测输入信号的最小变化能力，称为（D）。

A精度B灵敏度C精密度D分辨力

5．数字信号的特征是（B）。

A时间上离散，幅值上连续B时间、幅值上都离散

C时间上连续，幅值上量化D时间、幅值上都连续

6．传感器灵敏度越高，表示该传感器（B）。

A工作频带越宽B单位输入引起的输出量越大

C线性X围越宽D允许的输入量越大

7．周期信号傅立叶级数中的各项系数表示各谐波分量的（C）。

A相位B周期C振幅D频率

8．滤波器的-3dB频率指输出信号幅值为输入信号幅值的（C）时所对应的截止频率。

A2B1C2/2D1/2

9．不能用于材料厚度的非接触测量的传感器为（C）。

A涡流式B电容式C压电式D光电式

10．压电式传感器目前多用于测量D。

A静态力B温度C速度D加速度与动态力

11．当时，两信号的互相关函数呈周期变化，说明两信号必定B。

A为周期信号B含有同频率的周期成分

C为非周期信号D含有不同频率的周期成分

12．滤波器的带宽越小，表示该滤波器D。

A建立时间越短，频率分辨率越低B建立时间越长，频率分辨率越低

C建立时间越短，频率分辨率越高D建立时间越长，频率分辨率越高

13．若

0

、

分别为变极距型电容式传感器极板间的初始极距和极距变化量，S为极板面

积，在1

的条件下，该电容传感器灵敏度近似为D。

A．







B．

2





C．

0



S

D．

2

0



S

14．若瞬变信号)(tx的频谱为)(fX，则信号)(btax(其中a、b均为正实常数)的频谱为

A。

A()

af

X

bb

B()

bf

X

ab

C()

bf

X

aa

D)(

a

f

X

b

a

15．测试系统动态特性的测定方法包括阶跃响应试验和A试验。

A频率响应B脉冲响应C传递函数D任意输入响应

16．以下C的频谱为连续频谱。

A周期矩形脉冲B正弦函数C矩形窗函数D周期方波

17．单位脉冲函数的采样特性表达式为A。

A)(d)()(

00

txttttx



B)()(*)(

00

ttxtttx

C)()(*)(txttxD1)(t

18．属于物性型传感器为D。

A应变式传感器B电感式传感器C电容式传感器D压电式传感器

19．可以实现非接触振动测量的传感器为B或者C。

A应变式传感器B电感式传感器C电容式传感器D压电式传感器

20．动态电阻应变仪中相敏检波电路的作用是B。

A幅值调制B幅值解调C频率解调D滤波

21.描述传感器静态特性的指标有D。

A幅频特性B稳定时间C动态X围D线性度

22.下列统计参数中，用以描述随机信号波动X围的参数为B。

A均值B方差C均方值D概率密度函数

23信号的时域描述与频域描述通过C来建立关联。

A拉氏变换B卷积C傅立叶变换D相乘

24理想滤波器在通带内的幅频特性为A。

A常数B零C零或常数D无法确定

25如果隔振台对低频激励起不了明显的隔振作用，但对高频激励却有很好的隔振作用，那么，

隔振台属于B。

A高通滤波器B低通滤波器C带通滤波器D带阻滤波器

26测试装置能检测输入信号的最小变化能力，称为D。

A量程B灵敏度C精确度D分辨力

27滤波器的-3dB截止频率指信号幅值衰减为输入幅值C对应的频率。

A

2

B1C

2/2

D1/2

三、简答题

1．根据滤波器的选频作用，一般将滤波器分为低通、高通、带通和带阻滤波器。下图为这些

滤波器的幅频特性，请分别标注出来。并列出4个实际滤波器的主要特征参数。（6分）

0

f

f

c2

0

f

f

c1

)(fA

f

f

c1

f

c2

f

f

c1

f

c2

1

11

1

0

0

)(fA

)(fA

)(fA

(a)带通(b)高通(c)带阻(d)低通

主要特征参数（任选4个）：

(1)截止频率(2)带宽(3)纹波幅度(4)品质因子(5)倍频程选择性(6)滤波器因数

2．下图为动态应变仪工作框图，请指出图中A、B和C分别代表什么？并说明B和C在系

统中的作用是什么？（6分）

t

0

t

)(

0

t

x

0

t

)(t

x

m

0

t

0

)(tx

0

试件

A

放大器

BC

显示记录

振荡器

t

)(tx

)(ty

答：A电桥将电阻、电容、电感等参数变化转换为电压或电流输出

B相敏检波解调

C低通滤

3．何为系统不失真测试条件？根据二阶系统的幅频特性和相频特性曲线，说明如何选择二阶

系统动态特性参数与工作频带？

解：不失真测试条件：幅频特性为一常数，相频特性与频率成线性的关系。

对于一个二阶系统来说，在

3.0

0







的X围内，系统的幅频特性接近一条直线，其幅值变化不超过10%，

但从相频曲线上看，曲线随阻尼比的不同剧烈变化。其中当

接近于零时相位为零，此时可以认为是不失

真的。而当



在

8.0~6.0

X围内时，相频曲线可以近似认为是一条起自坐标系原点的斜线。

波器选取低频信号，抑制或衰减掉其他不需要的成分

4.下图为采用某一种传感器测量不同的非电量的示意图。图中被测物体2均为金属材料制成，

1为传感器。试问：（6分）

（1）该种传感器是何种传感器？

（2）图中分别测量的是哪些非电量？

（3）总结该种传感器的两个优点。

1

2

1

22

1

（a）（b）（c）

答：（1）涡流传感器

（2）（a）测转速，（b）测材料的厚度，（c）计数

（3）结构简单，使用方便，非接触测量等优点

三、计算题

1．求周期余弦信号ωtAtxcos的均值、均方值、自相关函数和自谱。

解：均值0dcos

1

d

1

lim

00





TT

T

x

tωtA

T

ttx

T



均方值

2

dcos21

2

1

dcos

1

d

1

lim

2

0

2

0

2

0

2

A

tωt

T

A

tωtA

T

ttx

T

TTT

T

x







自相关函数ω

A

ttωωtA

T

ttxtx

T

RTT

T

x

cos

2

dcoscos

1

d

1

lim

2

0

2

0





自谱

00

2

2

π

A

S

x

2．有一薄壁圆管式拉力传感器如下图所示。已知其弹性元件材料的泊松比为0.3，电阻应变

片

321

RRR、、和

4

R

阻值相同，且灵敏系数均为2，应变片贴片位置如图所示。若受拉力P作

用，问：

(1)欲测量拉力P的大小，应如何正确组成电桥？请画出相应的电桥。

(2)当供桥电压

V2

i

e

，

με003

21

时，输出电压

o

e

是多少（6101με1）？

R

2

R

1

R

3

R

4

P

P

R

1

R

2

R

3

R

4

解：(1)为了测量力P大小，测试电桥应如下图所示连接：

(2)设R

1

、R

2

、R

3

、R

4

应变分别为ε

1

，ε

2

，ε

3

，ε

4

。

因为泊松比μ=0.3，故R

3

、R

4

的应变ε

3

=ε

4

=-με

1

=-0.3×300=-90



78mV.0

4

1

4

1

4

1

4321

4

4

3

3

2

2

1

1

0























ii

eKe

R

ΔR

R

ΔR

R

ΔR

R

ΔR

e

3．一个电容测微仪，其传感器的圆形极板半径为4mm，工作初始间隙0.3mm，介电常数为

8.85×10-12F/m，试求：

(1)工作中，若传感器参与工作的间隙变化量为2μm，电容变化量是多少？

(2)若测量电路的灵敏度为100mV/pF，读数仪表的灵敏度为5格/mV，当间隙变化量还为

2μm，读数仪表示值变化多少格？

解：(1)相对面积A=πr2=5.027×10-5m2

由于两极板间距变化引起的电容变化量为：

PF109.85102

103.0

10027.51085.8A

C36

2

3

512

2



















(2)仪表示值变化格数为：

R

1R

4

R

3

R

2

e

0

e

i

N=5×100×(-∆C)=5×100×9.85×10-3=4.9格

4．若要求100Hz正弦信号通过某一阶滤波器后，幅值误差小于5％，问该一阶滤波器的时间

常数最大为多少？120Hz正弦信号通过该滤波器后，幅值误差为多少？(6分)

解：滤波器作为一阶系统，有

1

1

)(





s

sH



和

212])2(1[

1

)(

f

fH





对于同一频率f，越大，测量误差越大，令f=100Hz,测量误差小于5%，即

95.0)(fH，求出41023.5。

所以该滤波器的时间常数最大取为41023.5。

120Hz正弦信号通过该滤波器时，有93028.0)(fH，即幅值误差为6.972%。

5．．利用压电式传感器组成加速度测量系统。其中压电式传感器的灵敏度

cp

S=9.00Pc/g，它与

灵敏度为

VC

S=0.005V/Pc的电荷放大器联接后，接到灵敏度为

XV

S=20mm/V的示波器上显

示。试画出该加速度测量系统的方框图，并计算系统总灵敏度S。（6分）

解：

gmmVmmPcVgPcSSSS

XVVCCP

/9.0/20/005.0/0.9

被测物体

被测物体

被测物体

被测物体