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1、緒 論 1 .舉例說(shuō)明什么是測(cè)試？ 答：(1) 測(cè)試?yán)樱? 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(duì)梁進(jìn)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(hào)波形，由衰減的振蕩波形便可以計(jì)算出懸臂梁的固有頻率。 （2）結(jié)論： 由本例可知：測(cè)試是指確定被測(cè)對(duì)象懸臂梁的屬性—固有頻率的全部操作，是通過(guò)一定的技術(shù)手段—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(guò)程。 2. 測(cè)試技術(shù)的任務(wù)是什么？ 答：測(cè)試技術(shù)的任務(wù)主要有: 通過(guò)模型試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，提高產(chǎn)品質(zhì)量； 通過(guò)測(cè)試，進(jìn)行設(shè)備強(qiáng)度校驗(yàn)，提高產(chǎn)量和質(zhì)量； 監(jiān)測(cè)環(huán)境振

2、動(dòng)和噪聲，找振源，以便采取減振、防噪措施； 通過(guò)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)新的定律、公式等； 通過(guò)測(cè)試和數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、質(zhì)量控制和故障診斷。 3. 以方框圖的形式說(shuō)明測(cè)試系統(tǒng)的組成，簡(jiǎn)述主要部分的作用。 （1） 測(cè)試系統(tǒng)方框圖如下： （2）各部分的作用如下： l 傳感器是將被測(cè)信息轉(zhuǎn)換成某種電信號(hào)的器件； l 信號(hào)的調(diào)理是把來(lái)自傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合傳輸和處理的形式； l 信號(hào)處理環(huán)節(jié)可對(duì)來(lái)自信號(hào)調(diào)理環(huán)節(jié)的信號(hào)，進(jìn)行各種運(yùn)算、濾波和分析； l 信號(hào)顯示、記錄環(huán)節(jié)將來(lái)自信號(hào)處理環(huán)節(jié)的信號(hào)顯示或存貯。 l 模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換和數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換是進(jìn)行模

3、擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)相互轉(zhuǎn)換，以便用計(jì)算機(jī)處理。 4.測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向是什么? 傳感器向新型、微型、智能型方向發(fā)展； 測(cè)試儀器向高精度、多功能、小型化、在線監(jiān)測(cè)、性能標(biāo)準(zhǔn)化和低價(jià)格發(fā)展； 參數(shù)測(cè)量與數(shù)據(jù)處理向計(jì)算機(jī)為核心發(fā)展； 第一章 1 求周期方波的傅立葉級(jí)數(shù)（復(fù)指數(shù)函數(shù)形式），畫(huà)出|cn|-w和j-w圖。 解：(1)方波的時(shí)域描述為： (2) 從而： 2 . 求正弦信號(hào) 的絕對(duì)均值 和均方根值 。 解(1) (2) 3.求符號(hào)函數(shù)和

4、單位階躍函數(shù)的頻譜。 解：(1)因?yàn)椴粷M足絕對(duì)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)： 其傅里葉變換為： (2)階躍函數(shù)： 4. 求被截?cái)嗟挠嘞液瘮?shù) 的傅里葉變換。 解： (1)被截?cái)嗟挠嘞液瘮?shù)可以看成為：余弦函數(shù)與矩形窗 的點(diǎn)積，即： (2)根據(jù)卷積定理，其傅里葉變換為： 5.設(shè)有一時(shí)間函數(shù)f(t)及其頻譜如圖所示?，F(xiàn)乘以余弦函數(shù)cosw0t（w0>wm）。在這個(gè)關(guān)系中函數(shù)f(t)稱(chēng)為調(diào)制信號(hào)，余弦函數(shù)cosw0t稱(chēng)為載波。試求調(diào)幅信號(hào)的f(t)cosw0t傅氏變換，并繪制其頻譜示意圖。又：若w0<

5、wm將會(huì)出現(xiàn)什么情況？ 解：(1)令 (2) 根據(jù)傅氏變換的頻移性質(zhì)，有： 頻譜示意圖如下： (3) 當(dāng)w0

6、； （2） ； （3） ； 2 .求 的自相關(guān)函數(shù).其中 解：瞬態(tài)信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)表示為： 3. 求初始相角 為隨機(jī)變量的正弦函數(shù) 的自相關(guān)函數(shù)，如果 ， 有何變化？ （1）具有圓頻率為 、幅值為A、初始相交為 的正弦函數(shù)，是一個(gè)零均值的各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過(guò)程。其平均值可用一個(gè)周期 的平均值計(jì)算。其自相關(guān)函數(shù)為 令 ， 則 ， （2）當(dāng) 時(shí)，自相關(guān)函數(shù) 無(wú)變化。 4. 求指數(shù)衰減函數(shù) 的頻譜函數(shù) ，（ ）。并定性畫(huà)出信號(hào)及其頻譜圖形。 解：（1）求單邊指數(shù)

7、函數(shù) 的傅里葉變換及頻譜 （2）求余弦振蕩信號(hào) 的頻譜。 利用 函數(shù)的卷積特性,可求出信號(hào) 的頻譜為 其幅值頻譜為 a a` b b` c c` 題圖 信號(hào)及其頻譜圖 注：本題可以用定義求，也可以用傅立葉變換的頻移特性求解。 5 一線性系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)為 ，當(dāng)輸入信號(hào)為 時(shí)， 求：（1） ；（2） ；（3） ；（4） 。 解：(1) 線性系統(tǒng)的輸入、輸出關(guān)系為： 已知 ，則 由此可得： (2) 求 有兩種方法。其一是利用 的傅立葉逆變換； 其二是先求出 ，再求 ，其三

8、是直接利用公式 求。 下面用第一種方法。 （3）由 可得： (4) 可以由 的傅立葉逆變換求得，也可以直接由 、 積分求得： 6. 已知限帶白噪聲的功率譜密度為 求其自相關(guān)函數(shù) 。 解： 可由功率譜密度函數(shù)的逆變換求得： 7.車(chē)床加工零件外圓表面時(shí)常產(chǎn)生振紋，表面振紋主要是由轉(zhuǎn)動(dòng)軸上齒輪的不平衡慣性力使主軸箱振動(dòng)而引起的。振紋的幅值譜 A(f) 如題圖a）所示，主軸箱傳動(dòng)示意圖如題圖b)

9、所示。傳動(dòng)軸1、2、3上的齒輪齒數(shù)分別為 ，傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n1=2000(r/min) ，試分析哪一根軸上的齒輪不平衡量對(duì)加工表面的振紋影響大？為什么？ a) 振紋的幅值譜 b) 主軸箱傳動(dòng)示意圖 解：（1）計(jì)算軸的轉(zhuǎn)速和頻率： （2）判別: 由計(jì)算結(jié)果知 與頻譜圖中最大幅值處的頻率相吻合，故知軸II上的齒輪不平衡量對(duì)加工表面的振紋影響最大。 8. 某8位A/D轉(zhuǎn)換器輸入電壓范圍是 5V，輸入信號(hào)電壓為 -3.215V。試把該信號(hào)電壓分別轉(zhuǎn)換成原碼、補(bǔ)碼、反碼和偏移碼。 解: 偏移碼對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為： (

10、5-3.125)/q＝(5-3.125)28 /(25)＝48 轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，有 [x]ob ＝00110000 符號(hào)位取反,得補(bǔ)碼 [x]c1 ＝10110000 補(bǔ)碼末位減1,得反碼 [x]c2 ＝10101111 反碼尾數(shù)按位取反,得原碼 [x]0 ＝11010000 9. 對(duì)三個(gè)余弦信號(hào) 分別做理想采樣，采樣頻率為 ,求三個(gè)采樣輸出序列，畫(huà)出信號(hào)波形和采樣點(diǎn)的位置并解釋混迭現(xiàn)象。 解：(1)求采樣序列 采樣輸出序列為：1，0，-1，0，1，0，-1，0，… 采樣輸出序列為：1，0，

11、-1，0，1，0，-1，0，… 采樣輸出序列為：1，0，-1，0，1，0，-1，0，… (2)由計(jì)算結(jié)果及采樣脈沖圖形可以看出，雖然三個(gè)信號(hào)頻率不同，但采樣后輸出的三個(gè)脈沖序列卻是相同的，產(chǎn)生了頻率混迭，這個(gè)脈沖序列反映不出三個(gè)信號(hào)的頻率特征。原因是對(duì)于 ，不符合采樣定理。脈沖圖見(jiàn)下圖。 10. 利用矩形窗函數(shù)求積分 的值。 解： (1)根據(jù)Paseval定理，時(shí)域能量與頻域能量相等，而時(shí)域 對(duì)應(yīng)于頻域的矩形窗。 即 (2) = = = = 11.什么是窗函數(shù),

12、描述窗函數(shù)的各項(xiàng)頻域指標(biāo)能說(shuō)明什么問(wèn)題? 解： (1)窗函數(shù)就是時(shí)域有限寬的信號(hào)。其在時(shí)域有限區(qū)間內(nèi)有值，頻譜延伸至無(wú)限頻率。 (2)描述窗函數(shù)的頻域指標(biāo)主要有最大旁瓣峰值與主瓣峰值之比、最大旁瓣10倍頻程衰減率、主瓣寬度。 (3)主瓣寬度窄可以提高頻率分辨力，小的旁瓣可以減少泄漏。 12. 什么是泄漏？為什么產(chǎn)生泄漏？窗函數(shù)為什么能減少泄漏？ 解： (1)信號(hào)的能量在頻率軸分布擴(kuò)展的現(xiàn)象叫泄漏。 (2)由于窗函數(shù)的頻譜是一個(gè)無(wú)限帶寬的函數(shù)，即是x(t)是帶限信號(hào)，在截?cái)嗪笠脖厝怀蔀闊o(wú)限帶寬的信號(hào)，所以會(huì)產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象。 (3)盡可能減小旁瓣幅度，使頻譜集中于主瓣附近，可以

13、減少泄漏。 13. 什么是 “柵欄效應(yīng)”？如何減少“柵欄效應(yīng)”的影響？ 解： (1)對(duì)一函數(shù)實(shí)行采樣，實(shí)質(zhì)就是“摘取”采樣點(diǎn)上對(duì)應(yīng)的函數(shù)值。其效果有如透過(guò)柵欄的縫隙觀看外景一樣，只有落在縫隙前的少量景象被看到，其余景象都被柵欄擋住，稱(chēng)這種現(xiàn)象為柵欄效應(yīng)。 (2)時(shí)域采樣時(shí)滿足采樣定理要求，柵欄效應(yīng)不會(huì)有什么影響。頻率采樣時(shí)提高頻率分辨力，減小頻率采樣間隔可以減小柵欄效應(yīng)。 14.數(shù)字信號(hào)處理的一般步驟是什么？有哪些問(wèn)題值得注意？ 答： (1)數(shù)字信號(hào)處理的一般步驟如下圖所示： 其中預(yù)處理包括 1)電壓幅值調(diào)理，以便適宜于采樣；2)必要的濾波；3)隔離信號(hào)的直流分量；

14、4)如原信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制，則先進(jìn)行解調(diào)。 (2)數(shù)字信號(hào)處理器或計(jì)算機(jī)對(duì)離散的時(shí)間序列進(jìn)行運(yùn)算處理。運(yùn)算結(jié)果可以直接顯示或打印。要注意以下一些問(wèn)題：要適當(dāng)?shù)倪x取采樣間隔，采樣間隔太小，則對(duì)定長(zhǎng)的時(shí)間記錄來(lái)說(shuō)其數(shù)字序列就很長(zhǎng)，計(jì)算工作量迅速增大；如果數(shù)字序列長(zhǎng)度一定，則只能處理很短的時(shí)間歷程，可能產(chǎn)生較大的誤差；若采樣間隔大（采樣頻率低），則可能造成頻率混疊，丟掉有用的信息；應(yīng)視信號(hào)的具體情況和量化的精度要求適當(dāng)選?。粒霓D(zhuǎn)換器；在數(shù)字信號(hào)處理的過(guò)程中，要適當(dāng)?shù)倪x取窗函數(shù)，以減小截?cái)嗾`差的影響。 15. 頻率混疊是怎樣產(chǎn)生的，有什么解決辦法？ 答： (1)當(dāng)采用過(guò)大的采樣間隔Ｔｓ對(duì)兩個(gè)不同頻

15、率的正弦波采樣時(shí)，將會(huì)得到一組相同的采樣值，造成無(wú)法辯識(shí)兩者的差別，將其中的高頻信號(hào)誤認(rèn)為低頻信號(hào)，于是就出現(xiàn)了所謂的混疊現(xiàn)象。 (2)為了避免頻率混疊，應(yīng)使被采樣的模擬信號(hào)ｘ（ｔ）成為有限帶寬的信號(hào)，同時(shí)應(yīng)使采樣頻率ｆｓ大于帶限信號(hào)的最高頻率ｆｈ的２倍。 16. 相關(guān)函數(shù)和相關(guān)系數(shù)有什么區(qū)別？相關(guān)分析有什么用途，舉例說(shuō)明。 答： (1)通常，兩個(gè)變量之間若存在著一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，則稱(chēng)兩者存在著函數(shù)關(guān)系,相關(guān)函數(shù)又分為自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)。當(dāng)兩個(gè)隨機(jī)變量之間具有某種關(guān)系時(shí)，隨著某一個(gè)變量數(shù)值的確定，另一變量卻可能取許多不同的值，但取值有一定的概率統(tǒng)計(jì)規(guī)律，這時(shí)稱(chēng)兩個(gè)隨機(jī)變量存在相關(guān)關(guān)

16、系，對(duì)于變量Ｘ和Ｙ之間的相關(guān)程度通常用相關(guān)系數(shù)ρ來(lái)表示。 (2)在測(cè)試技術(shù)技術(shù)領(lǐng)域中，無(wú)論分析兩個(gè)隨機(jī)變量之間的關(guān)系，還是分析兩個(gè)信號(hào)或一個(gè)信號(hào)在一定時(shí)移前后的關(guān)系，都需要應(yīng)用相關(guān)分析。例如在振動(dòng)測(cè)試分析、雷達(dá)測(cè)距、聲發(fā)射探傷等都用到相關(guān)分析。 第三章 1.說(shuō)明線性系統(tǒng)的頻率保持性在測(cè)量中的作用。 答： （1）線性系統(tǒng)的頻率保持性，在測(cè)試工作中具有非常重要的作用。因?yàn)樵趯?shí)際測(cè)試中，測(cè)試得到的信號(hào)常常會(huì)受到其他信號(hào)或噪聲的干擾，這時(shí)依據(jù)頻率保持特性可以認(rèn)定測(cè)得信號(hào)中只有與輸入信號(hào)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(cè)試信號(hào)的主要頻率成分，在排

17、除干擾的基礎(chǔ)上，依據(jù)頻率保持特性推出輸入信號(hào)也應(yīng)包含該頻率成分，通過(guò)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(jìn)行壓力測(cè)量時(shí)，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25mm/V的筆試記錄儀上，試求該壓力測(cè)試系統(tǒng)的靈敏度。當(dāng)記錄儀的輸出變化30mm時(shí)，壓力變化為多少？ 2 解：（1）求解串聯(lián)系統(tǒng)的靈敏度。 （2）求壓力值。 3.把靈敏度為 的壓電式力傳感器與一臺(tái)靈敏度調(diào)到 的電荷放大器相接，求其總靈敏度。若要將總靈敏度調(diào)到 ，電荷放大器的靈敏度應(yīng)作如何調(diào)整？ 解： 4.用一

18、時(shí)間常數(shù)為2s的溫度計(jì)測(cè)量爐溫時(shí)，當(dāng)爐溫在200℃—400℃之間，以150s為周期，按正弦規(guī)律變化時(shí)，溫度計(jì)輸出的變化范圍是多少？ 解： （1）已知條件。 （2）溫度計(jì)為一階系統(tǒng)，其幅頻特性為 （3）輸入為200℃、400℃時(shí)，其輸出為： y=A(w)200=200.7(℃) y=A(w) 400=401.4( ℃) 5.用一階系統(tǒng)對(duì)100Hz的正旋信號(hào)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，如果要求振幅誤差在10%以?xún)?nèi),時(shí)間常數(shù)應(yīng)為多少？如果用該系統(tǒng)對(duì)50Ｈz的正旋信號(hào)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，則此時(shí)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。 幅值誤差為：2.9%，相位

19、差為:-67.540 7.用傳遞函數(shù)為 的一階測(cè)量裝置進(jìn)行周期信號(hào)測(cè)量。若將幅度誤差限制在5%以下，試求所能測(cè)量的最高頻率成分。此時(shí)的相位差是多少？ 解：（1）已知一階系統(tǒng)誤差公式。 （2）解得w=131.47 8.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(wèn)使用該傳感器作頻率為400Hz正弦變化的外力測(cè)試時(shí)，其振幅和相位角各為多少？ 解：（1）fn=800HZ, ξ=0.14 , f=400HZ 帶入頻譜特性。 9.對(duì)一個(gè)二階系統(tǒng)輸入單位階躍信號(hào)后，測(cè)得響應(yīng)中產(chǎn)生的第一個(gè)過(guò)沖量 的數(shù)值為1.5，同時(shí)測(cè)得其周期為6

20、.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(wú)阻尼固有頻率處的頻率響應(yīng)。 解：（1）求解阻尼比、固有頻率。 （2）求解傳遞函數(shù)。 傳遞函數(shù)為：將 ， ， 將 ， 和 代，可得該裝置在無(wú)阻尼固有頻率處的頻率響應(yīng) 　 第4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)。 (2)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(cè)試件上時(shí)，由于基底和粘結(jié)劑的彈性模量與敏感柵的彈性模

21、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)）。 3. 試比較自感式傳感器與差動(dòng)變壓器式傳感器的異同。 答： (1)不同點(diǎn)： 1)自感式傳感器把被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換成自感系數(shù)的變化；2)差動(dòng)變壓器式傳感器把被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換成互感系數(shù)的變化。 (2)相同點(diǎn)： 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(lèi)型。 4. 在自感式傳感器中，螺管式自感

22、傳感器的靈敏度最低，為什么在實(shí)際應(yīng)用中卻應(yīng)用最廣泛？ 答： (1)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(shí)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(diǎn)。 (3)由于具備了這些優(yōu)點(diǎn)，而靈敏度低的問(wèn)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. 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(gè)μμF，小的甚至只有幾個(gè)μμF。 (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l米也有幾個(gè)μμF，最大的可達(dá)上百個(gè)μμF。這

23、不僅使傳感器的電容相對(duì)變化大大降低，靈敏度也降低，更嚴(yán)重的是電纜本身放置的位置和形狀不同，或因振動(dòng)等原因，都會(huì)引起電纜本身電容的較大變化，使輸出不真實(shí)，給測(cè)量帶來(lái)誤差。 (3)解決的辦法，一種方法是利用集成電路，使放大測(cè)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(hào)，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)降低分布電容的影響。由于電纜分布電容對(duì)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(cè)量靜態(tài)或變化很緩慢的信號(hào)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(cè)量靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)量值時(shí)，必須

24、采取一定措施，使電荷從壓電元件經(jīng)測(cè)量電路的漏失減小到足夠小的程度； (2)而在作動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，電荷可以不斷補(bǔ)充，從而供給測(cè)量電路一定的電流，故壓電式傳感器適宜作動(dòng)態(tài)測(cè)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(shuō)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(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換的。例如利用水銀的熱脹冷縮現(xiàn)象制成水銀溫度計(jì)來(lái)測(cè)溫；利用石英晶體的壓電效應(yīng)制成壓電測(cè)力計(jì)等。 (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(shí)現(xiàn)信號(hào)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等。 8. 有源型傳感器和

25、無(wú)源型傳感器有何不同?試舉例說(shuō)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(cè)量來(lái)控制外部供給能量的變化。例如，電阻應(yīng)變測(cè)量中，應(yīng)變計(jì)接于電橋上，電橋工作能源由外部供給，而由于被測(cè)量變化所引起應(yīng)變計(jì)的電阻變化來(lái)控制電橋的不平衡程度。此外電感式測(cè)微儀、電容式測(cè)振儀等均屬此種類(lèi)型。 (2)無(wú)源型傳感器即能量轉(zhuǎn)換型傳感器，是直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作的，例如，熱電偶溫度計(jì)、彈性壓力計(jì)等。但由千這類(lèi)傳感器是被測(cè)對(duì)象與傳感器之間的能量傳輸，必然導(dǎo)致被測(cè)對(duì)象狀態(tài)的變化，而造成測(cè)量誤差。 9. 選用傳感器應(yīng)注意哪些問(wèn)題? 答： 1）靈敏度:

26、 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(cè)量要求來(lái)選取。 2） 線性范圍：為了保證測(cè)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(cè)頻率范圍內(nèi)盡量保持不失真。但實(shí)際傳感器的響應(yīng)總有一遲延，但遲延時(shí)間越短越好。 4） 穩(wěn)定性：經(jīng)過(guò)長(zhǎng)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(duì)使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，以選擇合適的傳感器類(lèi)型。 5） 精確度：表示傳感器的輸出與被測(cè)量的對(duì)應(yīng)程度。傳感器的精確度也并非愈高愈好，因?yàn)檫€要考慮到經(jīng)濟(jì)性。 傳感器在實(shí)際測(cè)試條件下的工作方式，也是選用傳感器時(shí)應(yīng)

27、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δ0=0.3(mm)，介質(zhì)為空氣。問(wèn): a) 如果極板間距離變化量Δδ=士l(mm)，電容的變化量ΔC是多少? b) 如果測(cè)量電路的靈敏度k1=10O(mv/pF),讀數(shù)儀表的靈敏度k2=5(格/mV)，在Δδ=士1(um)時(shí)，讀數(shù)儀表的變化量為多少? 答：1)已知ε0=8.851012（F/M），傳感器的靈敏度為k 2） 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(cè)加速度)，輸出電荷靈敏度Kq=Q/a。試推導(dǎo)

28、Ku和Kq的關(guān)系。 答： (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a）的比值，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?yàn)? (2) 12. 圓柱形彈性元件，在拉、彎聯(lián)合作用下，如題圖4-1a,應(yīng)變片應(yīng)如何布片和正確接電橋才能測(cè)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R1和R2(見(jiàn)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(méi)有力、彎矩作用時(shí)，R1=R2=R，電橋輸出電壓U0為零。

29、 2）測(cè)拉力時(shí)，由于受拉，ΔR1=ΔR2，測(cè)彎矩時(shí)，由于受彎，ΔR1`=ΔR2`。測(cè)定拉力的電橋如圖b，R1和R2組成電橋的相對(duì)臂。測(cè)定彎矩的電橋如圖c，R1和R2組成相鄰臂。測(cè)拉力的電橋輸出電壓U0 將ΔR2=-ΔR1代入上式有 可見(jiàn)，ΔRT互相抵消，對(duì)電橋的輸出無(wú)影響。 第5章 信號(hào)的調(diào)理與記錄 1． 以阻值 ，靈敏度S=2的電阻絲應(yīng)變片與阻值為 的固定電阻組成電橋，供橋電壓為3 V，并假定負(fù)載為無(wú)窮大，當(dāng)應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)?με和2000με是，分別求出單臂、雙臂電橋的輸出電壓，并比較兩種情況下的靈敏度。 解：(1)對(duì)于電阻型應(yīng)變片來(lái)說(shuō)， 當(dāng)應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)?

30、時(shí)： 單臂電橋的輸出電壓為： 雙臂電橋的輸出電壓為： (2)當(dāng)應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)?時(shí)： 單臂電橋的輸出電壓為： 雙臂電橋的輸出電壓為： 通過(guò)計(jì)算可知：雙臂電橋的靈敏度比單臂電橋高一倍。 2． 有人在使用電阻應(yīng)變片時(shí)，發(fā)現(xiàn)靈敏度不夠，于是試圖在工作電橋上增加電阻應(yīng)變片數(shù)以提高靈敏度。試問(wèn)，在下列情況下，是否可提高靈敏度？說(shuō)明為什么？ 1） 半橋雙臂各串聯(lián)一片。 2) 半橋雙臂各并聯(lián)一片。 解：(1)未增加電阻應(yīng)變片時(shí)，半橋雙臂的靈敏度為： 當(dāng)半橋雙臂各串聯(lián)一片時(shí)： 簡(jiǎn)化電路，設(shè) 時(shí)，計(jì)算得： ，所以不能提高靈敏度。 (2)

31、當(dāng)半橋雙臂各并聯(lián)一片時(shí)： 簡(jiǎn)化電路，設(shè) 時(shí)，計(jì)算得： ，所以也不能提高靈敏度。 3. 用電阻應(yīng)變片接成全橋，測(cè)量某一構(gòu)件的應(yīng)變，已知其變化規(guī)律為 如果電橋激勵(lì)電壓是 。求此電橋輸出信號(hào)的頻譜。 解：(1)電橋輸出電壓 ，其中 為電阻應(yīng)變片的靈敏度， 所以得： 因?yàn)椋? 所以： (2) 4． 已知調(diào)幅波 其中 ， 試求：1）所包含的各分量的頻率及幅值； 2）繪出調(diào)制信號(hào)與調(diào)幅波的頻譜。 解：1） 各分量頻率及幅值為： ， ， ， ， ，

32、 2）調(diào)制信號(hào)頻譜圖： 調(diào)幅波的頻譜圖： 5． 圖為利用乘法器組成的調(diào)幅解調(diào)系統(tǒng)的方框圖。設(shè)載波信號(hào)是頻率為 的正弦波， 試求：1） 各環(huán)節(jié)輸出信號(hào)的時(shí)域波形；2) 各環(huán)節(jié)輸出信號(hào)的頻譜圖。 　 　　 　 解：(1)原信號(hào)時(shí)域波形： ，頻譜圖： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (2)第一次乘法運(yùn)算后時(shí)域波形： ，頻譜圖： (3)第二次乘法運(yùn)算后頻譜圖： 低通處理后時(shí)域波形： （幅值為原信號(hào)的一半），頻譜圖： 6． 交流應(yīng)變電橋的輸出電壓是一個(gè)調(diào)幅波。設(shè)供橋電壓為 ，電阻變化量為 ，其中 。試求電橋輸出電壓 的

33、頻譜。 解：(1)電橋輸出電壓 (2)因?yàn)?，所以： 7． 一個(gè)信號(hào)具有 從到 范圍的頻率成分，若對(duì)此信號(hào)進(jìn)行調(diào)幅，試求： 1） 調(diào)幅波的帶寬將是多少？ 2） 若載波頻率為 ，在調(diào)幅波中將出現(xiàn)那些頻率成分。 解：（1）調(diào)波帶寬為500-100=400Hz。 （2）調(diào)幅波頻率成份為10100~10500Hz以及－9900~－9500Hz。 8． 選擇一個(gè)正確的答案： 將兩個(gè)中心頻率相同的濾波器串聯(lián)，可以達(dá)到： a) 擴(kuò)大分析頻帶；b)濾波器選擇性變好，但相移增加；c) 幅頻、相頻特性都得到改善 解：b） 9． 什么是濾波器的分辨力？與那些因素有關(guān)

34、？ 解：濾波器的分辨力是指濾波器有效的辨別緊密相鄰量值的能力。濾波器的分辨力與濾波器的帶寬有關(guān)，通常越窄則分辨率越高。 10． 設(shè)一帶通濾波器的下截止頻率為 ，上截止頻率為 ，中心頻率為 ，試指出下列技術(shù)中的正確與錯(cuò)誤。 1） 頻程濾波器 。 2) 3) 濾波器的截止頻率就是此通頻帶的幅值 處的頻率。 4) 下限頻率相同時(shí)，倍頻程濾波器的中心頻率是 倍頻程濾波器的中心頻率的 倍。 解：1）錯(cuò)誤： 　　　式中n稱(chēng)為倍頻程數(shù)。當(dāng)n=1稱(chēng)為倍頻程濾波器；若n=1/3稱(chēng)為1/3倍頻程濾波器。 2） 3） 4） .根據(jù)（1）式中的公式推導(dǎo)。 11． 有一

35、 倍頻程濾波器，其中心頻率 ，建立時(shí)間 。求該濾波器： 1） 帶寬 2） 上、下截止頻率 、 3） 若中心頻率改為 ，求帶寬、上下截止頻率和建立時(shí)間。 解: 1） =115.78Hz 2） =445.45Hz =561.23Hz 3） =46.31Hz =178.18Hz =224.49Hz (C是常數(shù)) 12. 一濾波器具有如下傳遞函數(shù) ，求其幅頻、相頻特性。并說(shuō)明 濾波器的類(lèi)型。 解：(1)由 可得頻率響應(yīng)函數(shù) (2)所以幅頻特性： 相頻特性： 根據(jù)它的幅頻特性可知：低通濾波器 13． 圖所示的磁電指示

36、機(jī)構(gòu)和內(nèi)阻的信號(hào)源相連，其轉(zhuǎn)角 和信號(hào)源電壓 的關(guān)系可用二階微分方程來(lái)描述， 即 設(shè)其中動(dòng)圈部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 為 ，彈簧剛度為 ，線圈匝數(shù) 為 ，線圈橫截面積 為 ，線圈內(nèi)阻 為 ，磁通密度 為 和信號(hào)內(nèi)阻 為 。 1)試求該系統(tǒng)的靜態(tài)靈敏度。2）為了得到0.7的阻尼比，必須把多大的電阻附加在電路中？改進(jìn)后系統(tǒng)的靈敏度為多少？ 圖: 動(dòng)圈式磁電指示機(jī)構(gòu) 解：1）因?yàn)樾盘?hào)靜態(tài)時(shí) 所以 因此信號(hào)的靜態(tài)靈敏度 2） 所以 =6781.2 改進(jìn)后的靈敏度 14． 設(shè)有一低通濾波器，其帶寬為 。問(wèn)如

37、何與磁帶紀(jì)錄儀配合使用，使其分別當(dāng)作帶寬為 和 的低通濾波器使用？ 解：(1)把記錄磁帶慢錄快放即使時(shí)間尺度壓縮，這樣所得到信號(hào)頻帶就可以加寬; (2)同理，把記錄磁帶快錄慢放即使時(shí)間尺度伸長(zhǎng)，這樣所得到信號(hào)頻帶就可以變窄，所以，只要改變磁帶的時(shí)間尺度，就可以實(shí)現(xiàn)上面要求。 第6章 現(xiàn)代測(cè)試系統(tǒng) 1． 一個(gè)6位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，分辨率為0.05V，若模擬輸入電壓為2.2V，試求其數(shù)字輸出量的數(shù)值。 解：(1)參考電壓：VREF=0.05*26=3.2V (2) 數(shù)字輸出量的數(shù)值：Dn=int(2.2/3.2*26)＝44 2． 采用12位A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)

38、10Hz信號(hào)進(jìn)行采樣，若不加采樣保持器，同時(shí)要求A/D采樣孔徑誤差小于1/2LSB時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間最大不能超過(guò)多少？ 解：(1)由shannon定理：采樣間隔為：Δf≤1/(2fmax)=0.05s 所以采樣頻率為：f≥20Hz (2)由f=1/(2n*T)≥20得 轉(zhuǎn)換最大時(shí)間：T≤1/(20*2n)=0.0000122s 3． 如果要求一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器能分辨5mV的電壓，設(shè)其滿量程電壓為10V，試問(wèn)其輸入端數(shù)字量至少要多少位？ 解：(1)由分辨率的表示方法及定義，且其滿量程為10V,所以： 10/2n<0.005V (2)解得：n≥11 即

39、其輸入端數(shù)字量至少要11位。 4． 說(shuō)明逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理。試設(shè)計(jì)一軟件模擬該A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換過(guò)程。 答：(1)逐次逼進(jìn)式A/D轉(zhuǎn)換器是一種反饋比較轉(zhuǎn)換。將被測(cè)的輸入電壓V與一個(gè)推測(cè)電壓E相比較，根據(jù)比較結(jié)果大于或小于推測(cè)電壓的值，使之向輸入電壓逼進(jìn)。 (2)具體過(guò)程為:當(dāng)出現(xiàn)啟動(dòng)脈沖時(shí)，移動(dòng)寄存器和鎖存器全清為零，故輸出也為零，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)時(shí)鐘到達(dá)時(shí)，最高位寄存1，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后得推測(cè)電壓E，與輸入電壓V比較，若V>E則鎖1。之后移位寄存器右移一位，將當(dāng)前最高位寄存1，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后再比較，V>E時(shí)鎖1（否則為0）。直到移位寄存器右移溢出為止。此時(shí)右移脈沖作為A/D轉(zhuǎn)

40、換結(jié)束信號(hào)，鎖存器的鎖存結(jié)果即為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。 5． 簡(jiǎn)要說(shuō)明計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)的主要功能及其技術(shù)要求。 答：計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的主要組成部分包括： (1)傳感器：其功能為利用轉(zhuǎn)換功能，將外界信號(hào)變換為可直接測(cè)量的信號(hào)。要求其具有可靠性（在規(guī)定的使用條件和期限內(nèi)保持其計(jì)量性能的能力），選擇性（輸出不受任何非被測(cè)量的影響），超然性（不影響被測(cè)系統(tǒng)原來(lái)狀態(tài)的能力）。 (2)測(cè)量電路：其功能為將傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行再次變換、放大、衰減、濾波、調(diào)制和解調(diào)等，使它們成為便于顯示、記錄或進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的信號(hào)。 （4）輸入接口（A/D）：將經(jīng)過(guò)處理的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后輸入微機(jī)。其技術(shù)要求包括

41、：分辨率、精度、線性和量化誤差等。 （5）計(jì)算機(jī)（測(cè)試軟件）：其功能為執(zhí)行以測(cè)試為目的的算法程序后，得到與被測(cè)參數(shù)相對(duì)應(yīng)的測(cè)試結(jié)果，或者形成相應(yīng)的決策和判斷。（智能測(cè)試） （6）輸出接口（D/A）：其功能為將微機(jī)處理后的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量后輸出，還可輸出數(shù)字量、開(kāi)關(guān)量。其技術(shù)要求包括分辨率、單值性、精度等。 （7）指示儀表、記錄儀表、報(bào)警控制裝置：其功能為根據(jù)輸出的信號(hào)進(jìn)行判斷、分析、顯示、報(bào)警或反饋控制被測(cè)過(guò)程。 第7章 位移測(cè)量 1、 選用位移傳感器應(yīng)注意哪些問(wèn)題？ 答：選用位移傳感器時(shí)，除應(yīng)符合一般傳感器的選用原則外，其測(cè)量范圍、線性度和精確度對(duì)傳感器的合理選用尤為重

42、要。 1） 測(cè)量范圍：小位移測(cè)試可用電感式、差動(dòng)變壓器式、電容式、應(yīng)變式、渦流式、霍爾式、壓電式等，大位移測(cè)試可采用光柵、感應(yīng)同步器、磁柵等。數(shù)字式位移傳感器確定測(cè)量范圍的原則是：測(cè)量上限不準(zhǔn)傳感器過(guò)載，測(cè)量下限應(yīng)考慮示值相對(duì)誤差。 2） 線性度：由于一些位移傳感器本身是非線性的，為了滿足測(cè)試精確度要求，在位移測(cè)試中常采用適當(dāng)方法給予校正、補(bǔ)償。 3） 精確度：根據(jù)測(cè)試的目的和被測(cè)位移實(shí)際要求，盡可能選擇精密度較低的傳感器，以獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。 2、 利用電渦流傳感器測(cè)量物體的位移。試問(wèn)： （1） 如果被測(cè)物體由塑料制成，位移測(cè)量是否可行？為什么？ （2） 為了能夠?qū)υ?/p>

43、物體進(jìn)行位移測(cè)量，應(yīng)采取什么措施？應(yīng)考慮什么問(wèn)題？ 答： (1)不可行。因?yàn)殡姕u流傳感器是電感傳感器的一種形式，是利用金屬導(dǎo)體在交變磁場(chǎng)中的渦流效應(yīng)進(jìn)行工作的，而塑料不是導(dǎo)體，不能產(chǎn)生渦流效應(yīng)，故不可行。 (2)可在該物體表面上鍍上一層金屬，使之在變化的磁場(chǎng)中或者磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，表層產(chǎn)生感應(yīng)電流，并自行閉合，從而形成渦流。應(yīng)考慮以下問(wèn)題：導(dǎo)體的電阻率要高，消除加工過(guò)程中殘余的剩磁，避免導(dǎo)體表面有不同性質(zhì)的電鍍層，以防止影響靈敏度；被測(cè)物體的大小應(yīng)大于線圈直徑的1.8倍，若為圓柱體時(shí)，其直徑應(yīng)大于線圈直徑的3.5倍。 3、 渦流位移傳感器測(cè)量位移與其它位移傳感器比較，其主要優(yōu)點(diǎn)是什么？渦流

44、傳感器能否測(cè)量大位移？為什么？電渦流傳感器除了能測(cè)量位移外，還能測(cè)量哪些非電量？ 答： （1）電渦流式傳感器具有頻率響應(yīng)范圍寬，靈敏度高，測(cè)量范圍大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，不受油污等介質(zhì)影響，特別其具有非接觸測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。 (2)因?yàn)闇u流傳感器受變換磁場(chǎng)大小的限制，故它不能用于測(cè)量大位移。 （3）渦流傳感器除了能夠測(cè)量位移外，還可測(cè)量：1）由位移量變換而來(lái)的被測(cè)對(duì)象，如：位移振幅、表面粗糙度、轉(zhuǎn)速、零件尺寸、零件個(gè)數(shù)、零件厚度、回轉(zhuǎn)軸線誤差運(yùn)動(dòng)等測(cè)量；2）由被測(cè)材質(zhì)物性變換來(lái)的被測(cè)對(duì)象，如溫度、硬度、渦流探傷等。 第8章 振動(dòng)的測(cè)量 1、 某車(chē)床加工外圓表面時(shí)，表面振紋

45、主要由轉(zhuǎn)動(dòng)軸上齒輪的不平衡慣性力而使主軸箱振動(dòng)所引起。振紋的幅值譜如題圖8.1a所示，主軸箱傳動(dòng)示意圖如題圖8.1b所示。傳動(dòng)軸I、傳動(dòng)軸II和主軸III上的齒輪齒數(shù)為 ， ， ， 。傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 =2000r/min。試分析哪一根軸上的齒輪不平衡量對(duì)加工表面的振紋影響最大？為什么？ a) 振紋的幅值譜 b) 傳動(dòng)示意圖 題圖 主軸箱示意圖及其頻譜 解：1）計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)頻率： 軸I的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率： Hz 軸II的轉(zhuǎn)速： (r/min) 軸II的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率： Hz 軸III的轉(zhuǎn)速： (r/min) 軸III的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率： Hz 2）判別 由計(jì)算結(jié)果

46、知，軸II的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率 =25(Hz)與幅頻圖A(f)中最大幅值處的頻率相吻合，故知軸II上的齒輪不平衡量對(duì)加工表面的振紋影響最大。 2、 某產(chǎn)品性能試驗(yàn)需要測(cè)試溢流閥的壓力響應(yīng)曲線（即流量階躍變化時(shí)，溢流閥壓力上升的過(guò)渡曲線）。已知，該閥為二階系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)壓力10MPa，超調(diào)量<20%。閥的剛度k=6400N/m，運(yùn)動(dòng)部分質(zhì)量m=0.1kg。試： 1） 計(jì)算閥的固有頻率。 2） 選用一種精度高、抗振性能好、可靠性高、頻率響應(yīng)特性能滿足上述測(cè)試要求的壓力傳感器。寫(xiě)出其名稱(chēng)、工作原理、量程、選用理由等。 解：1）閥的固有頻率為： Hz 2) 測(cè)量壓力的傳感器常用的有應(yīng)變式、壓阻式、壓電式

47、、電容式等，根據(jù)題意，所要求的測(cè)量范圍為0~12MPa，并要求避開(kāi)其共振頻率。 應(yīng)變式壓力傳感器，如懸鏈膜片壓力傳感器其共振頻率較底（30~50Hz），難以勝任本題的測(cè)試要求； 壓阻式壓力傳感器工作頻率范圍可以在0到數(shù)百Hz，具有靈敏度高、重復(fù)性好、零漂小等特點(diǎn)，測(cè)量范圍可以在0.014MPa~140MPa之間； 壓電式壓力傳感器具有固有頻率高、慣性小、滯后小、體積小等特點(diǎn)，可以測(cè)量幾百帕到幾百兆帕的壓力。 電容式壓力傳感器利用電容方法測(cè)量壓力，由于是非接觸式測(cè)量，該傳感器具有靈敏度高、測(cè)量精度高、測(cè)量范圍大、抗振性能好、可靠耐用等特點(diǎn)，在壓力測(cè)量中也得到廣泛的應(yīng)用。 綜上所述，本題

48、中可選用壓阻式、壓電式和電容式等多種壓力傳感器。 3、 用壓電式加速度傳感器及電荷放大器測(cè)量振動(dòng)，若傳感器靈敏度為7pc/g，電荷放大器靈敏度為100mv/pc，試確定輸入a=3g時(shí)系統(tǒng)的輸出電壓。 解： (1)求系統(tǒng)的總靈敏度： 系統(tǒng)的總靈敏度為：S=7 pc/g 100 mv/pc =700 mv/ g （2）根據(jù)已知條件，求解。 當(dāng)輸入a=3g時(shí)，系統(tǒng)的輸出電壓為：u=aS=3g700 mv/ g =2100mv 4、 若某旋轉(zhuǎn)機(jī)械的工作轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，為分析機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性，需要考慮的最高頻率為工作頻率的10倍，問(wèn)： 1) 應(yīng)選擇何種類(lèi)型的振動(dòng)傳感器，

49、并說(shuō)明原因？ 2) 在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，選用的采樣頻率至少為多少？ 解：1) 機(jī)組工作頻率為：f=3000/60=50Hz，最高分析頻率：fh=10f=500Hz， （1） 在工業(yè)上常見(jiàn)振動(dòng)傳感器有：電渦流振動(dòng)位移傳感器、磁電式振動(dòng)速度傳感器、壓電式振動(dòng)加速度傳感器三類(lèi)，其中渦流傳感器頻率范圍為DC~20KHz以上，磁電式速度傳感器頻率范圍為10Hz~1500Hz左右，而壓電式加速度傳感器的頻率范圍為0.5Hz~10KHz左右，因此從頻率范圍的角度，三種傳感器均可采用。 （2） 但是，如果考慮到安裝的方便性，則最好選擇壓電式加速度傳感器，該類(lèi)型傳感器可直接固定與機(jī)組機(jī)殼表面，精度高，頻

50、響范圍寬，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)；而磁電式速度計(jì)由于存在運(yùn)動(dòng)部件，壽命較短，且傳感器本身的質(zhì)量較重，附加質(zhì)量影響較大，故不建議采用。 （3） 若要求直接測(cè)量轉(zhuǎn)軸振動(dòng)，則應(yīng)選用電渦流振動(dòng)位移傳感器以實(shí)現(xiàn)不接觸測(cè)量。 2）根據(jù)最高分析頻率及采樣定理的要求，系統(tǒng)采樣頻率不應(yīng)低于2fh=1000Hz，實(shí)際使用場(chǎng)合考慮到信號(hào)頻譜分析的精度，要求系統(tǒng)采樣頻率應(yīng)不低于2.56 fh=1280Hz。如果為了能夠較好地復(fù)現(xiàn)振動(dòng)波形，則采樣頻率需要更高，如1600Hz。 第9章 噪聲的測(cè)量 1.評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)噪聲的主要技術(shù)參數(shù)有：聲壓和聲壓級(jí)、聲強(qiáng)和聲

51、強(qiáng)級(jí)、聲功率和聲功率級(jí)、頻率或頻譜、響度和響度級(jí)等。 (2)物理意義分別如下： 1） 聲壓與聲壓級(jí)：表示聲音壓力強(qiáng)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(diǎn)上各瞬間的壓力與大氣壓力之差值，單位為 ，即帕（Pa）； 聲壓級(jí)：聲壓級(jí) 定義為： (dB)，式中，P為聲壓，P0為聽(tīng)閾聲壓。 2） 聲強(qiáng)與聲強(qiáng)級(jí)：是用能量的大小來(lái)表征聲音強(qiáng)弱的物理量。 聲強(qiáng)：聲強(qiáng)是在聲的傳播方向上，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的聲能量。以I表示，單位為 / 。 聲強(qiáng)級(jí)：聲強(qiáng)與參考聲強(qiáng) (取 )比值常用對(duì)數(shù)的10倍來(lái)表示，稱(chēng)為聲強(qiáng)級(jí) ，亦是一

52、種無(wú)量綱量，定義為： [dB] 3） 聲功率及聲功率級(jí)：是聲源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出的總能量的量度。 聲功率：是聲源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出的總能量，用 表示，單位為瓦。 聲功率級(jí)：聲功率 和參考基準(zhǔn)聲功率 (取10 )的比值常用對(duì)數(shù)的10倍來(lái)表示聲功率級(jí) ，定義為： [dB] 。 4） 頻率與頻譜 頻譜：由強(qiáng)度不同的許多頻率純音所組成的聲音稱(chēng)為復(fù)音，組成復(fù)音的強(qiáng)度與頻率的關(guān)系圖稱(chēng)為聲頻譜，簡(jiǎn)稱(chēng)頻譜。 5） 響度與響度級(jí) 為了把客觀上存在的物理量和人耳感覺(jué)的主觀量統(tǒng)一起來(lái)，引入一個(gè)綜合聲音強(qiáng)度量度——響度、響度級(jí)。 2. 舉例說(shuō)明如何確定寬帶噪聲的總響度？ 答：(1)噪

53、聲總響度 的計(jì)算，是以響度指數(shù)曲線為出發(fā)點(diǎn)，這些曲線是在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上并考慮了聽(tīng)覺(jué)某些方面的屬性后得出的。 (2)計(jì)算時(shí)，先測(cè)出噪聲的頻帶聲壓級(jí)，然后從響度指數(shù)曲線圖中查出各頻帶的響度指數(shù)，再按下式計(jì)算總響度。 3. A、B、C三種不同計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)在測(cè)試噪聲中各有什么用途？ 答:(1) A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是效仿倍頻程等響曲線中的40方曲線而設(shè)計(jì)的，它較好地模仿了人耳對(duì)低頻段(500Hz以下)不敏感，而對(duì)于1000～5000Hz聲敏感的特點(diǎn)，用A計(jì)權(quán)測(cè)量的聲級(jí)來(lái)代表噪聲的大小，叫做A聲級(jí)。A聲級(jí)是單一數(shù)值，容易直接測(cè)量，并且是噪聲的所有頻率成分的綜合反映，與主觀反映接近，故目前在噪

54、聲測(cè)量中得到廣泛的應(yīng)用，并以它作為評(píng)價(jià)噪聲的標(biāo)準(zhǔn)。 (2)B計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是效仿70方等響曲線，對(duì)低頻有衰減； (3)C計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是效100方等響曲線，在整個(gè)可聽(tīng)頻率范圍內(nèi)近于平直的特點(diǎn)，它讓所用頻率的聲音近于一樣程度的通過(guò)，基本上不衰減，因此C計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)表示總聲壓級(jí)。 4. 噪聲測(cè)試中主要用哪些儀器、儀表？ 答: (1)噪聲的分析除利用聲級(jí)計(jì)的濾波器進(jìn)行簡(jiǎn)易頻率分析外; (2)還可以將聲級(jí)計(jì)的輸出接電平記錄儀、示波器、磁帶記錄器進(jìn)行波形分析; (3)或接信號(hào)分析儀進(jìn)行精密的頻率分析。 5. 噪聲測(cè)試中應(yīng)注意那些具體問(wèn)題？ 答: 噪聲測(cè)試中應(yīng)注意選取正確

55、的測(cè)量部位，選取合適的測(cè)量時(shí)間，對(duì)本底噪聲要進(jìn)行修正，并且要排除干擾。詳細(xì)可參考教材內(nèi)容。 6. 聲級(jí)計(jì)的校準(zhǔn)方法有幾種？ 答：聲級(jí)計(jì)的校準(zhǔn)方法有： 活塞發(fā)生器校準(zhǔn)法，揚(yáng)聲器校準(zhǔn)法，互易校準(zhǔn)法，靜電激勵(lì)校準(zhǔn)法，置換法等。 第10章 力、扭矩、壓力的測(cè)量 1. 如題圖10.1所示，在一受拉彎綜合作用的構(gòu)件上貼有四個(gè)電阻應(yīng)變片。試分析各應(yīng)變片感受的應(yīng)變，將其值填寫(xiě)在應(yīng)變表中。并分析如何組橋才能進(jìn)行下述測(cè)試：(1) 只測(cè)彎矩，消除拉應(yīng)力的影響；(2) 只測(cè)拉力，消除彎矩的影響。電橋輸出各為多少？ 解： (1)組橋如題圖10.1-1。 設(shè)構(gòu)件上表面因彎矩產(chǎn)

56、生的應(yīng)變?yōu)棣?，材料的泊松比為μ，供橋電壓為u0，應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)為K。 各應(yīng)變片感受的彎應(yīng)變?nèi)?題表10.1-1。 題表10.1-1 R1 R2 R3 R4 -με ε -ε με 由式10.3 可得輸出電壓 其輸出應(yīng)變值為 (2) 組橋如題圖10. 1-2。 設(shè)構(gòu)件上表面因拉力產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)棣?，其余變量?1)的設(shè)定。 各應(yīng)變片感受的應(yīng)變?nèi)?題表10.1-2。 題表10.1-2 R1 R2 R3 R4 -με ε ε -με 由 式10.3 可得輸出電壓 其輸出應(yīng)變值為 2. 一等強(qiáng)度梁上、下表面貼有若干參數(shù)相同的應(yīng)

57、變片，如題圖10.2 所示。 梁材料的泊松比為μ，在力P的作用下，梁的軸向應(yīng)變?yōu)棣?，用靜態(tài)應(yīng)變儀測(cè)量時(shí)，如何組橋方能實(shí)現(xiàn)下列讀數(shù)？ a) ε； b) (1+μ)ε； c) 4ε； d) 2(1+μ)ε；e) 0；f) 2ε 解： 本題有多種組橋方式，例如題圖10.2-1所示。 3. 用YD－15型動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀測(cè)量鋼柱的動(dòng)應(yīng)力，測(cè)量系統(tǒng)如題圖10.3所示，若R1=R2=120Ω，圓柱軸向應(yīng)變?yōu)?20με，μ=0.3，應(yīng)變儀外接負(fù)載為Rfz=16Ω，試選擇應(yīng)變儀衰減檔，并計(jì)算其輸出電流大小。（YD－15型動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的參數(shù)參見(jiàn)題表10.3-1和10.3-2。） 題表1

58、0.3-1 YD-15應(yīng)變儀衰減檔位 衰減檔位置 1 3 10 30 100 衰減檔總電阻（Ω） 600 600 600 600 600 衰減檔用電阻（Ω） 600 200 60 20 6 信號(hào)衰減比（％） 100 33 10 3.3 1 量程（με） 100 300 1000 3000 10000 題表10.3-2 YD-15應(yīng)變儀輸出及靈敏度 匹配電阻（Ω） 12 16 20 50 1000 輸出靈敏度（mA/με） 0.25 0.093 0.025 0.01 10（mV/με） 滿量程輸出（mA

59、） 25 9.3 2.5 1 1（V） 解： (1)由式10.3 可得電橋輸出應(yīng)變 με (2)由題表10.3-1選衰減檔3。 (3)由題表10.3-2可知16Ω負(fù)載時(shí)的靈敏度為0.093mA/με，于是，輸出電流的幅值 I= 4. 轉(zhuǎn)軸扭矩的測(cè)量方法有幾種方法？試述采用應(yīng)變?cè)頊y(cè)量轉(zhuǎn)軸扭矩的原理及方法。 答： (1)扭矩測(cè)量方法如下： 測(cè)量轉(zhuǎn)軸的應(yīng)變，例如應(yīng)變式扭矩測(cè)量； 測(cè)量轉(zhuǎn)軸兩橫截面的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角，例如用磁電感應(yīng)式、光電感應(yīng)式傳感器測(cè)量扭矩； 測(cè)量軸材料導(dǎo)磁率的變化，例如采用壓磁式傳感器測(cè)量扭矩。

60、 (2)應(yīng)變式扭矩測(cè)量方法如下： 沿與軸線方向粘貼應(yīng)變片，應(yīng)變計(jì)的布置及組橋方式應(yīng)考慮靈敏度、溫度補(bǔ)償及抵消拉、壓及彎曲等非測(cè)量因素干擾的要求，如題圖10.4-1所示。 若沿與軸線方向軸的應(yīng)變值為ε1，則扭矩為 (10.20) 式中 E——材料的彈性模量； μ——材料的泊松比； Wn——材料的抗扭模量。 對(duì)于實(shí)心圓軸 (10.21) 圖中電橋輸出可經(jīng)拉線式或電刷式集電裝置連接到電阻應(yīng)變儀。 測(cè)量前應(yīng)做扭矩標(biāo)定。若應(yīng)變儀輸出應(yīng)變?yōu)棣艃x，則 ε1=ε儀/4 第11章 溫度的測(cè)量

61、 1.接觸法測(cè)溫和非接觸法測(cè)溫各有什么特點(diǎn)？ 答：（1）接觸式測(cè)溫時(shí)，由于溫度計(jì)的感溫元件與被測(cè)物體相接觸，吸收被測(cè)物體的熱量，往往容易使被測(cè)物體的熱平衡受到破壞。所以，對(duì)感溫元件的結(jié)構(gòu)要求苛刻，這是接觸法測(cè)溫的缺點(diǎn)，因此不適于小物體的溫度測(cè)量。 （2）非接觸法測(cè)溫時(shí)，溫度計(jì)的感溫元件與被測(cè)物體有一定的距離，是靠接收被測(cè)物體的輻射能實(shí)現(xiàn)測(cè)溫，所以不會(huì)破壞被測(cè)物體的熱平衡狀態(tài)，具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。但非接觸測(cè)量的精度較低。 表列出了兩種測(cè)溫方法的優(yōu)缺點(diǎn)。 接觸式 非接觸式 必要條件 感溫元件必須與被測(cè)物體相接觸。 感溫元件與被測(cè)物體雖然接觸，但后者的溫度不變。 　 感

62、溫元件能接收到物體的輻射能。 特 點(diǎn) 不適宜熱容量小的物體溫度測(cè)量； 不適宜動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量； 便于多點(diǎn)，集中測(cè)量和自動(dòng)控制。 被測(cè)物體溫度不變； 適宜動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量； 適宜表面溫度測(cè)量。 測(cè)量范圍 適宜 1000℃以下的溫度測(cè)量 適宜高溫測(cè)量 測(cè)溫精度 測(cè)量范圍的1%左右 一般在10℃左右 滯后 較大 較小 2.溫標(biāo)及其傳遞的主要內(nèi)容是什么？ 答：（1）通常用純物質(zhì)的三相點(diǎn)、沸點(diǎn)、凝固點(diǎn)和超導(dǎo)轉(zhuǎn)變點(diǎn)等作為溫度計(jì)量的固定點(diǎn)，并賦予固定點(diǎn)一個(gè)確定的溫度。 （2）由固定點(diǎn)、測(cè)溫儀器以及內(nèi)插公式構(gòu)成了溫標(biāo)的主要內(nèi)容。 3.熱電偶測(cè)溫的充要條件？ 答： （1）

63、只有當(dāng)熱電偶的兩個(gè)電極材料不同，且兩個(gè)接點(diǎn)的溫度也不同時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)，熱電偶才能進(jìn)行溫度測(cè)量。 （2）當(dāng)熱電偶的兩個(gè)不同的電極材料確定后，熱電勢(shì)便與兩個(gè)接點(diǎn)溫度T、T0有關(guān)。即回路的熱電勢(shì)是兩個(gè)接點(diǎn)的溫度函數(shù)之差。 第12章 流量的測(cè)量 1. 分析容積式流量計(jì)的誤差及造成誤差的原因。為了減小誤差，測(cè)量時(shí)應(yīng)注意什么？ 答：容積式流量計(jì)包括橢圓齒輪流量計(jì)和腰輪轉(zhuǎn)子流量計(jì)。 （1）橢圓齒輪流量計(jì)是借助于固定的容積來(lái)計(jì)量流量的，與流體的流動(dòng)狀態(tài)及粘度無(wú)關(guān)。但是，粘度變化會(huì)引起泄漏量的變化，泄漏過(guò)大將影響測(cè)量精度。橢圓齒輪流量計(jì)只要保證加工精度，和各運(yùn)動(dòng)部件的配合緊密，保證使用中

64、不腐蝕和磨損，便可得到很高的測(cè)量精度，一般情況下為0.5～1%，較好時(shí)可達(dá)0.2%。 值得注意的是，當(dāng)通過(guò)流量計(jì)的流量為恒定時(shí)，橢圓齒輪在一周的轉(zhuǎn)速是變化的，但每周的平均角速度是不變的。在橢圓齒輪的短軸與長(zhǎng)軸之比為0.5的情況下，轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的脈動(dòng)率接近0.65。由于角速度的脈動(dòng)，測(cè)量瞬時(shí)轉(zhuǎn)速并不能表示瞬時(shí)流量，而只能測(cè)量整數(shù)圈的平均轉(zhuǎn)速來(lái)確定平均流量。 橢圓齒輪流量計(jì)的外伸軸一般帶有機(jī)械計(jì)數(shù)器，由它的讀數(shù)便可確定流量計(jì)的總流量。這種流量計(jì)同秒表配合，可測(cè)出平均流量。但由于用秒表測(cè)量的人為誤差大，因此測(cè)量精度較低?，F(xiàn)在大多數(shù)橢圓齒輪流量計(jì)的外伸軸都帶有測(cè)速發(fā)電機(jī)或光電測(cè)速盤(pán)。再同二次儀表相連，可準(zhǔn)確地顯示出平均流量和累積流量。 （2）腰輪轉(zhuǎn)子流量計(jì)中，兩個(gè)腰輪轉(zhuǎn)子的加工精度和表面粗糙度要求較高，安裝時(shí)必須要保證兩腰輪軸線的平行度要求。普通腰輪流量計(jì)，隨著流量的增大，轉(zhuǎn)子角速度的波動(dòng)現(xiàn)象較嚴(yán)重，脈沖率約為0.22左右。對(duì)大流量的計(jì)量，往往都采用45 角組合腰輪，可大大減小轉(zhuǎn)子角速度的波動(dòng)，脈沖率可減小到0.027左右。此種流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)，適用性強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)于不同粘度的流體，均能夠保證精確的計(jì)量，一般精度可達(dá) 。 2. 超聲波流量計(jì)測(cè)量速度差的方法有哪幾種？分別說(shuō)明基本原理。 答： (1)測(cè)定超聲