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《机械测试技术》要点
绪论
测试技术的定义：测试技术在工程、技术开发及科学研究中的作用：测试工作的基本内容和基本步骤；测试系统的基本组成框图。

填空：lo测试技术是测量和试验技术的统称。

2.测试的基本任务是_______________ ,测试是和的综合。

3.信号处理可以用模拟宿号处理系统和来实现。

4.信号中包含被测对象的状态或特征的有用信息，它是人们认识客观事物内在规律、研究事物之间相互关系、预测未来发展的依据。

5.测量结果与被测真值之差称为测量误差。

选择题：力的量纲是LMT",在国际单位制中，它是»
A.基本量
B.导出量
C.被测量
D.质量
简答题：一个计算机测量系统的基本组成包括哪些主要环节？每个环节的作用是什么？
第一章信号及其描述
1、信号分类的基本方法。

2、周期信号的时域定义与判断方法：典型周期信号（正、余弦信号、周期方波、三角波）傅立叶级数计算及其幅相频谱曲线：周期信号的频谱的基本特点（离散性、谐波性、收敛性）：周期信号的强度计算：峰值、平均值、有效值、平均功率。

3、典型非周期信号的傅立叶变换计算，建立连续频谱概念。

4、傅立叶变换的几个主要性质（奇偶虚实性、线性替加性、对称性、尺度变换特性、时移与频移特性、卷积特性）的定义、推导：并应用这些性质解决某些信号的频谱计算问题（例如正、余弦信号、脉冲函数、脉冲序列、矩形窗函数）。

填空：
1.确定性信号可分为周期信号和非周期信号两类，前者频谱特点是离散的，后者频谱特点是_连续的。

2.周期信号戏。

的傅氏三角级数展开式中：表示余弦分量的幅值,如表示正弦分量
的幅值，％表示直流分量。

[一.2]
3.信号的有效值又称为均方根值，有效值的平方称为均方值，它描述测试信号的强
度（信号的平均功率）。

4.傅里.叶变换是建立信号时域描述和频域描述一一对应关系的数学基础。

5.余弦函数只有实频谱图,正弦函数只有虚频谱图。

6.正弦信号x（f） = x0sin（ot的均方根值___ o
7.周期信号的频谱具有、、三个特点。

8.8函数具有性质。

9.非周期信号的频谱可用______ 变换来求得。

10.绘制周期信号X。

）的革边频谱图依据的数学表达式是均方根植，而绘制双边频谱图依据的数学表达式是
均方值。

11.单脉冲函数5（f）的频谱为它在所有频段上都是等强度，这种信号又称白噪声。

12.随机信号不能用确定的数学关系式描述,也不能预测其未来任何瞬时值，但其值的变动服从_壅
计规律。

13.确定性信号可分为周期信号和非周期信号两类，前者频谱特点是离散的，后者频谱特点是连续的。

选择题：
1、描写周期信号的数学工具是 B 。

A、相关函数；
B、傅氏级数；
C、傅氏变化；
D、拉氏变换。

2、连续非周期信号的频谱是 C 。

A、离散、周期的；
B、离散、非周期的；
C、连续、非周期的；
D、连续、周期的。

3、时域信号但持续时间延长时，频域中的高频成分 C 。

A、不变；
B、增加；
C、减少；
D、变化不定。

4、不能用确定函数关系描述的信号是 C 。

A、复杂周期函数；
B、瞬变信号；
C、随机信号。

5、两个函数X"）和X 2（t ）,把运算式「Xi （t ）・X,（t — T ）dr 称为这两个函数的 C
J-00
A 、自相关函数；
B 、互相关函数；C
、卷积。

第二章测试装置的基本特性
1、定常线性系统的定义，性质。

2
、测试系统的静态特性的基本概念，各种静态特性指标；（灵敏度、线性度、回程误差） 的意义及评价方法。

3、一、二阶系统的动态特性（传递函数、频率响应函数、脉冲响应函数）的基本概念与相互关系；分析典 型一、二阶系统的幅频特性、相频特性、实频与虚频特性曲线。

4、测试装置不失真测试的时域、频域条件。

5、测试装置
对 任意激励的响应的计算方法，计算测试系统对典刑信号（简谐信号或多个简谐信号的叠加）的时域响应，计算其输出误差。

6、 一阶系统时间常数T 、二阶系统固有频率刃“、阻尼比，的测定方法。

填空：
1. 工程测量可分为 静态 测量和 动态 测量。

2. 线性系统中的两个最重要的特性是指（线性叠加性）和（频率保持性）。

3. 测试装置的结构参数是不随时间而变化的系统，则称为（定常）系统。

若其输入、输出呈线性关系时, 则称
6、 描述周期信号的数学工具是
A.相关函数
B.拉氏变换 7、 数字信号的特征是。

A.时间上离散、幅值上连续 C.时间、幅值上都连续
C.傅氏变换
D.傅氏级数 B. 时间、幅值上均离散 D.时间上连续、幅值上量化 8、时域信号的时间尺度压缩时，则其频带的变化为 o 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
简答题：
1. 信号的分类方法有哪些？它们的特点如何？
2. FT 的性质有哪些？
3. 周期信号的频谱具有哪几个特点？
4. 简述信号频谱的含义，下图为在某传动装置上测得的振动信号 波形和幅值谱，请从频谱上读出信号的特征参数（固有频率）o 计算题：
1. 求下图所示周期信号的傅里叶变换并画出其频谱图。

2.求傅里叶级数的三角形式展开, 井EI 出频谱。

为（线性）系统。

4.测试装置对单位脉冲函数3（。

的响应，称为脉冲响应函数记为h（t）, /?（f）的傅氏
变换就是装置的频率响应函数。

5.为了求取测试装置本身的动态特性，常用的实验方法是（阶跃响应法）和（频率响应法）。

6.测试系统实现不失真测试的条件为和。

7.测试装置的动态特性在时域、频域和复数域内分别用、、来表征。

8.测试装置的静态特性常用、、来表征。

9.描述二阶测试装置动态特性的基本参数有和。

选择题：
1.测试装备的频响函数H（ja））是装备动态特性在 C 中的描述。

A、幅值域；
B、时域；
C、频率域；
D、复数域。

2.测试过程中，量值随时间而变化的量称为 C 。

A、准静态量；
B、随机变量；
C、动态量。

3.线形装置的灵敏度是 B 。

A、随机变量；
B、常数；
C、时间的线性函数。

4.时间常数为丁的一阶装置，输入频率为一=1的正弦信号，则其输出与输入之间的相位差是 A 。

r
A、一45° ；
B、—90° ；
C、一180°。

5.二阶装置引入合适阻尼的目的是。

[二.3]
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
6.一般来说，测试系统的灵敏度越高，则其测量范围 o
A.越宽
B.越窄
C.不变
7.测试装置的脉冲响应函数与它的频率响应函数间的关系是 o
A.卷积
B.傅氏变换对
C.拉氏变换对
D.微分
8.测试装置能检测输入信号的最小变化能力，称为 o
A.精度
B.灵敏度
C.精密度
D.分辨率
9. _______________________________________________ 测试装置的频响函数H（jw）是装置动态特性在_____________________________________________________ 中的描述。

A.幅值域
B.时域
C.频率域
D.复数域
简答题：
1.简要定性地画出二阶测试系统的幅频和相频特性曲线，并估计它的参数口"和
2.什么是系统的传递函数？传递函数与频率响应函数有何区别与联系？计算题：
1.求周期信号x(0 = 10cos 100r + 5sin(200/ - 45°)通过一个时间常数为0. 35s的一阶装置后的稳态响
应。

周期信号：x(?) = 2cos 100? + 5sin(20r - 45°) ； x(r) = 0.5cos 10? + 0.2 cos(100? - 45°)；
x(?) = 10 cos 50? + 5 sin (100z + 45°)
传递函数为H(s) = ——-——；H(s) = —1—
0.0035 + 1 0.55 + 1
频率响应函数1/(1 + j如),式中£ = 0.05s。

2.某测试装置有三个环节组成，各环节的传递函数分别为H]（s） = =^；丑2（$）= -7.3;
155 + 2
2 2 2
H3（5）= -_也——三。

试求该测试装置的总灵敏度。

s +2祁+叫
3.下图为某测试装置的实频和虚频特性曲线，试根据该曲线确定阻尼比♦，并分别在特性曲线的横轴上标出固有频率的位置。

第三章常用的传感器
1、列举典型的机械式传感器；
2、电阻应变式传感器的转换原理与输出计算；
3、电容式传感器的转换原理与输出计算;
4、压电式传感器所组成的测试系统的测量原理与灵敏度计算：
5、智能传感器的基本组成；
6、传感器的选用原则及举例。

填空：
1.模糊传感器的主要功能有：、、、。

2.电容式位移传感器的特点：可实现测量。

3.选用传感器时应考虑、、、、、等六方面的因素。

4.具有压电效应的材料称为压电材料,常用的压电材料有石英晶体和压电陶瓷。

5.电容传感器有变极距型、变面积型、变介电常数型3种类型,其中变极距型的灵敏度最高。

6.为了补偿温度变化对应变测量带来误差，工作应变片与温度补偿应变片应接在相邻桥臂上。

选择题：
1.电涡流传感器是利用材料的电涡流效应工作的。

A、金属导电；
B、半导体；
C、非金属；
D、PVF2O
2.为了保证实现极距变化型差动电容传感器的差动工作，传感器的两个电容应当连接成 o
A.并联电路
B.串联电路
C.电桥电路
3.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° 简答题：
1.简述压电式传感器的前置放大器的作用。

2.光电效应有哪几种？与之对应的光电元件各有哪些？
3.分别简述电阻式、电感式以及电容式传感器各自的工作原理。

计算题：
1.一压电式传感器的灵敏度S[=90pC/MPa ,把它和一台灵敏度为$2 = 0.005V/pC的电荷放大器连接，放大器的输出连接到一灵敏度为S3 =20〃mi/V的光线示波器上记录。

1）绘制测试系统框图；
2）计算系统的总灵敏度。

2.一电容测微仪其传感器的圆形极板半径r = 4rmm ,工作初始间隙d = Q.3mm ,求：1）当传感器与工件
的间隙变化量△ 3 =+2/jm时，电容变化量是多少？
2）若测量电路的灵敏度S] = 100mv/ pF，读数仪表的灵敏度s2 = 5格/mv ,在= +2jum时, 读数仪表的指示值变化多少格？
1 ,,
注：'C = 一晚《一^\8 , £ = 1, s0 =8.85x10 FImo
3.有一电阻应变片，其灵敏度与 = 2 , R = 120Q ,设工作时其应变为2000/zz?，问M = ?
若将此应变片接成下图所示电路，试求：
1）无应变时电流值？
2）有应变时电流值？
3）电流表示值的相对变化量？
第四章信号调理与记录
1、直流电桥的接桥电路、平衡条件推导，输出信号计算；交流电桥的平衡条件推导；
2、调幅与同步解凋的定义、原理: 调幅信号的频谱图：典型信号（简谐信号或其叠加信号）的调幅波计算；
3、调频及其鉴频的定义；
4、滤波器的定义、分类及其幅频特性；
5、一阶RC滤波器的动态特性（传递函数、频率响应函数）分析与推导。

填空：
1.在调制-解调技术中，根据载波受调制的参数的不同，调制可分为,和
2.桥式电路按照激励电压的性质可分为电桥和电桥；直流电桥达到平衡的
条件为,交流电桥达到平衡的条件为 O
3.根据滤波器的选频作用，一般将滤波器分为四类，即,,,
4.调幅波经相敏检波后，既能恢复信号电压的幅值,又能反映其极性。

5.将电桥接成差动方式，可以提高灵敏度,改善非线性，进行温度补偿。

6.对于常见的幅值调制与频率调制方法而言，已调制的调幅信号的幅值携带源信号的信息,而
已调制的调频信号的频率携带源信号的信息。

7.调幅过程在频域相当于频率搬移过程,调幅装置实质上是一个乘法器。

8.为了补偿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相邻
桥臂上。

选择题：
1.在动态测试中，电桥的输出量通常采用 B 。

A、电阻量；
B、电压量；
C、电流量；
D、电感量。

2.在调幅信号的解调过程中，相敏检测的作用是 B 。

A、恢复载波信号；
B、恢复调制信号的复制和极性；
C、恢复已调制波；
D、恢复调制信号的幅值。

3.将两个中心频率相同的滤波器串联，可以 B 。

A、使分析频带扩大；
B、使滤波器的选择性变好，但相移增加；
C、幅频、相频都得到改善。

4.直流电桥同一桥臂增加应变片数时，电桥灵敏度将 o
A.增大
B.减少
C.不变
D.变化不定
5.滤波器的上、下截止频率为f c2,f cl,中心频率九；则它们的关系是 -
A- f』"B. = C.临是十
6.幅值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
7.要使RC低通滤波器的通带加宽，则RC值应__________ 。

A.增加
B.减少
C.不变简答题：
1.描述理想滤波器的特性以及各种滤波器的功能。

2. 简述调幅原理，并解释同步解调的含义。

3. 推导交流电桥的平衡条件。

4. 画出直流电桥桥路图，并推导直流电桥平衡条件。

5. 简述调制与解调的方法及其在测试技术中的应用。

6. 什么是幅值调制？什么是频率调制？
7. 调幅信号的解调方法有哪几种？
8. 面四个图分别是哪一种滤波器的幅频特性曲线，并说明各自的工作特征。

2. 用电阻应变片及双臂电桥测量悬臂梁的应变8。

其贴片及组桥方法如图所示。

已知图中 & =&'=& =我2 =120Q ，上下贴片位置对称，应变片的灵敏度系数k=2。

应变值£ = 10x10-3,电 桥供桥电压4 =3Vo 试分别求出如图组成桥路时的输出电压M o =?
3. 如图所示为两直流电桥，其中图(a)称为卧式桥，图(b)称为立式 桥，且R] =& =我3 =我4 =火0，&、我2为应变片，R ，穴4为固 定电阻。

试求在电阻应变片阻值变化为M 时，两电桥的输出电压 表达式并加以比较。

4. 已知调幅波 x a (?) =(50 +10cos2Q/)(cos co 0t),其中：f 0 = lOO^te , f n = 100/zz
试求：1) %0)所包含的各分量的频率及幅值；2)绘制调制信号与调幅波的频谱。

3)
的自功率谱密度函数，画出单边功率谱图。

调幅波=(50 + 100cosQ?)cos®0r,其中：f 0 = 20kHz , f n = 400Hz
5. 下图所示滤波网络，&=100AQ, G=1〃F ，写出网络的传递函数，并分析其幅相频特性。

C1
6. 对右图小的RC 积分电路，其输入电压为x(t),输出电压为y(f),试求:
(1) 有关输入输出的一阶微分方程。

(2)
传递函数表达式。

1
--- 1
__
计算题：
1. 下图所示电桥，&=R2=100Q ，人3=&4=100°，电压U()=6V,若&变 化了 10Q,求输出U, =?若A? =&3 =100°Q，其它值不变，求U y =?(注意非 线性误差
)
Ri
(3)频响函数表达式。

------ X (t) R 。

Y(t)
(4)幅频、相频特性表达式。

(5)画出其幅频特性及相频特性曲线。

------------------------------
第五章测试信号分析基础
1、数字信号处理的基本步骤；
2、信号的采样与数字化原理：采样、量化、混叠、采样定理、信号的截断与泄漏、窗函数的概念；
3、信号相关分析的概念；自相关与互相关函数的性质：典型信号(简谐信号或其叠加信号)的相关函数的计算。

4、列举目前现有的采集系统的功能。

填空：
1 .从理论上说50Hz和60Hz方波信号的互相关函数为 o
2.在相关分析中，自相关函数R0)保留了原信号X(f)的幅值和频率信息,丢失了相位信息。

选择题：
1.把连续时间信号进行离散化时产生混叠的主要原因是 B 。

A、记录时间太长；
B、米样间隔太宽；
C、记录时间太短；
D、米样时间太窄。

2.在某一测试工程中，估计被测信号的频带为2kHz,则合适的采样频率应为。

A. 1kHz
B. 2kHz
C. 4kHz
D. 6kHz；
简答题：
1.什么是采样？采样定理？
2.什么是采样定理？它在信号处理过程中起何作用？每个环节的作用是什么？
计算题：
1.已知信号x(0 = 10cosl0z + 20sin20?,求其自相关函数；求该自相关函数的频谱(幅值谱)，画出幅频谱图。

2.求正弦信号x(r) = x0sin(»r +(P)的自相关函数R x(r),其中信号的初始相位角伊为一随机变量。

3.设有两个周期信号分别为：x(t) = x0sin(«yr)和y(t) = y0 sin((ot - cp),式中e表示y(。

与x(f)的相位差。

试求其互相关函数R xy(r)。

第六章测试技术的应用
1、电容式位移传感器的类型、测量原理与主要特点：沉筒式液位变送器液位测量原理；
2、惯性式传感器的工作原理: 振动的三种激励方式；压电式加速度计的安装方法；组建某机械结构的振动加速度测试系统：
3、声发射测量仪器的基本组成;
4.应变式压力传感器的基本原理5、流量测量仪表的基本工作原理及其分类。

填空：
1.振动的激励方式通常可分为、、三类。

2.举例说明压电式加速度计的两种安装方法：、。

3.可用于压电式加速度计的两类前置放大器为：、o
选择题：
1.为消除压电传感器电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响，可采用 B 。

A、电压放大器；
B、电荷放大器；
C、前置放大器。

简答题：
1.在机械工程中常见的有哪些参数的测量？
2.通过振动测试的实验方法获得机械结构频响函数的激振信号有哪几种？
3.简述惯性式测振仪器的基本原理。

4.简述选用测振传感器时应考虑哪些因素。

5.参考如图所示的动态电阻应变仪框图，简述其工作原理。

6.平膜片应变式压力传感器的结构简图如图所示，简述其基本工作原理。

7.参考图示节流式差压流量计的原理图，试简要描述其工作原理。

8.一种利用振动测试原理的机械结构频响函数测量系统如图所示，简要说明各仪器的作用和系统的工作原理。

5题图6题图
7题图8题图
试验设计题：
1.要测定一结构的振动参数，利用稳态正弦方法激振，用压电加速度计测振，试设计测试系统，画出测试系统框图。

2.对一复杂结构系统，试采用脉冲激励或稳态正弦激励方式，组建获得系统特性参数的测试系统，画出系统框图。

综合题
已知系统框图如图(a),输入信号e(t)的时域波形如图(b),宣统h(t)的冲激响应波形如图(c)所示，信号的)的
频谱为F(jco) = £即o
n=-<x>
论述题：
在对某一物理场进行测试时，往往会产生系统误差。

试说明产生系统误差的原因？如何发现系统误差？ 减少系统误差有哪些方法？
当我们对同一物理量进行多次重复测量时，如果误差按照一定的规律性出现，则把这种误差称为系统误差。

系
统误差出现的原因有：
① 工具误差：指由于测量仪表或仪表组成组件本身不完善所引起的误差。

② 方法误差：指由于对测量方法研究不够而引起的误差。

③ 定义误差：是由于对被测量的定义不够明确而形成的误差。

④ 理论误差：是由于测量理论本身不够完善而只能进行近似的测量所引起的误差。

⑤ 环境误差：是由于测量仪表工作的环境(温度、气压、湿度等)不是仪表校验时的标准状态，而是随 时间在变化，从而引起的误差。

⑥ 安装误差：是由于测量仪表的安装或放置不正确所引起的误差。

⑦ 个人误差：是指由于测量者本人不良习惯或操作不熟练所引起的误差。

发现系统误差的方法有：
① 实验对比法：这种方法是通过改变产生系统误差的条件从而进行不同条件的测量，以发现系统误差。

这
种方法适用于发现不变的系统误差。

② 剩余误差观察法：是根据测量数据的各个剩余误差大小和符号的变化规律，直接由误差数据或误差 曲线
图形来判断有无系统误差。

这种方法适用于发现有规律变化的系统误差。

③ 计算数据比较法：对同一量测量得到多组数据，通过计算比较数据比较，判断是否满足偶然误差条 件，
以发现系统误差。

减小系统误差的方法：
① 引入更正值法 ② 替换法 ③ 差值法
④ 正负误差相消法 ⑤ 选择最佳测量方案
e(t 试：1)分别画出f(')的频谱图和时域波形；
2) 求输出响应y(t)并画出时域波形。

3) 子系统h(t)是否是物理可实现的？为什么？请叙述理由。

h(t)
图(c)。