机械测试考试重点

1、电感式传感器是基于电磁感应原理，将被测非电量（如位移、压力、振动等）转换为电感量变化的一种装置。

按照转换方式的不同，可分为自感型传感器（包括变磁阻式与涡流式）和互感型传感器（差动变压器式）。

3、可变磁阻式传感器的灵敏度与气隙大小的关系是：气隙δ越小，灵敏度s 越高。

4、金属丝电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于：前者是利用导体形变引起电阻的变化，而后者则是利用半导体电阻率变化引起电阻的变化。

5、传感器的灵敏度越高，则线性范围就越小。

6、半导体应变片传感器的工作原理是基于压阻效应；涡电流式传感器的工作原理是利用金属导体在交变磁场中的电涡流效应；压电式传感器的工作原理是利用某些材料的压电效应。

自感式传感器通过改变线圈匝数、通过线圈的磁通量和线圈中流过的电流，从而改变线圈的自感量。

（L=W Φ/i ）
7、差动变压器式传感器的工作原理是电磁感应中的互感现象，故也称其为互感型传感器。

8、传感器的分类：（1）按被测物理量分类：位移、力、速度、温度等。

（2）按工作的物理基础分类：机械式、电气式、光学式、流体式等。

（3）按信号变换特征：物性型、结构型。

（4）按敏感元件与被测对象之间的能量关系：能量转换性、能量控制型。

9、电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。

10、（1）当金属板置于变化磁场中或在磁场中运动时，在金属板中产生感应电流，这种电流在金属板体内是闭合的，称为流涡。

（2）应用：通常线圈尺寸、激励电流i 及其频率ω一定，若金属板材料一定，变化距离δ可以用来测量位移、振动等参量。

若δ一定，变化电阻率ρ或磁导率μ可实现材质鉴别或无损探伤。

11、涡流传感器分为高频反射式涡流传感器和低频透射式传感器。

12、何为压电效应？压电传感器串联和并联时分别适合哪种输出场合,为什么？
答：某些物质，如石英，当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部也会被极化，表面会产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。

串接时，输出电压大、电容小、时间常数小，适宜测量迅变信号和以电压输出的场合。

并接时，输出电荷量大、电容大、时间常数大，适宜测量缓变信号和以电荷输出的场合。

13、电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各有何优点？
答：两种应变片的主要区别：电阻丝应变片主要利用导体形变引起电阻的变化，而半导体应变片利用半导体电阻率变化引起电阻的变化。

电阻丝应变片随温度变化小，半导体应变片的灵敏度大。

14、试述霍尔元件式传感器的工作原理及简单应用 。

答：金属或半导体薄片（霍尔片）置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。

（1）霍尔线位移传感器，在两个反向放置的磁铁中放置霍尔片。

当霍尔片处于平衡位置，初始输出电动势为零。

当霍尔片作横向位移时，霍尔传感器总输出电动势为位移的函数。

（2）测角位移的霍尔传感器，在一均匀的磁场中放置一霍尔元件，当转动霍尔元件时，通过霍尔片磁通量变化，产生的霍尔电势与元件和磁场的夹角θ有关。

即 θsin H H IB K U = ，利用上式关系，就可以测量角位移。

15、选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。

16、压电式传感器常用的压电材料有石英晶体。

17、为消除压电传感器联接电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响，可采用电荷放大器。

18、光敏电阻受到光照射时，其阻值随光通量的增大而变小。

19、属于结构型传感器的有电容式传感器。

属于接触式传感器的有电阻应变片。

属于发电型传感器转换元件的是光电池。

20、压电式传感器是个高内阻传感器，因此要求前置放大器的输入阻抗很高。

21、基于磁阻效应 (或霍尔效应）类型的传感器是从被测对象以外的辅助能源向传感器提供能量使其工作，称为能量控制型传感器。

22、为减少变极距型电容传感器灵敏度的非线性误差，应选用差动式类型的传感器为最好。

23、变间隙式电容传感器测量位移量时，传感器的灵敏度随间隙的减小而增大。

24、灵敏度越高的测试系统，漂移越大。

25、半导体应变片的灵敏度比电阻应变片的灵敏度高(约50~100倍）。

26、涡流式位移传感器的输出与被测对象的材料有关。

27、极距变化型电容传感器的灵敏度与极距的平方成反比。

28、数字信号是指明时间和幅值都具有离散特性的信号。

29、按照信号的能量是否有限，可将信号分为能量信号和功率信号。

30、能用确切数学式表达的信号称为确定性信号，不能用确切数学表达的信号称为非确定性信号。

周期性信号是属于上述的确定性信号，随机信号是属于非确定性信号。

31、描述周期信号的数学工具是傅里叶级数，描述非周期信号的数学工具是傅里叶变换。

32、周期信号的频谱具有特点：离散性、谐波性、收敛性。

非周期信号的频谱特点是连续且延伸至无限频率。

33、由几个频率不同的正弦信号合成的周期信号是各信号周期的最小公倍数。

34、δ函数是一种物理不可实现信号。

35、复指数函数形式的频谱为双边谱（ω从-∞到+∞），三角函数形式的频谱为单边谱（ω
从0到+∞）。

36、傅里叶变换的常用性质：线性叠加性质、尺度改变性质、时移性质、卷积性质。

（1）尺度改变性质表明：信号在时域中展宽（k〈1）时，对应的频域尺度压缩且幅值增加；在时域中压缩（k〉1）时，对应的频域尺度展宽且幅值减小。

时间尺度特性：时域无限，则频域有限；频域无限，则时域有限。

（2）卷积性质表明：时域卷积对应频域乘积，时域乘积对应频域卷积。

37、δ函数具有等强度、无限宽广的频谱，这种频谱常称为“均匀谱”。

δ函数是偶函数，即δ（-t)=δ(t)，δ（-f）=δ（f）。

38、信号在时域内平移，对应在频域内仅有相移；在频域内平移，对应在时域内为复调制。

39、窗函数在时域变窄，则其频域的频带加宽。

40、任意函数与δ函数的卷积等于该函数搬移到δ函数所在的位置。

41、频率不同的两个正弦信号，其互相关函数Rxy(τ)= 0。

两个统计独立的随机信号，当均值为零时，则Rxy(τ)= 0。

周期信号与随机信号的互相关函数为零。

42、信号的自相关函数保持了原信号中的幅值、频率信息。

43、周期函数的自相关函数仍为同频率的周期函数。

44、采样：连续时间信号离散化的过程。

45、若原始信号是带限信号，则采样后信号频谱不发生重叠的条件为 fs≥2fm 。

其中fm 为信号中的最高频率。

此即为采样定理。

46、时域采样间隔过长，造成频域周期化间隔不够大时，在重复频谱交界处出现的局部互相重叠现象，称为频率混叠。

47、截断相当于对信号进行加窗处理，截断即是将信号乘以时域的有限宽矩形窗函数。

48、矩形窗函数的频谱为无限带宽的sinc 函数，即使x(t)为带限信号，经截断后必然成为无限带宽信号，这种信号的能量在频率轴分布扩展的现象称为泄漏。

49、一个好的窗函数应当：主瓣尽可能窄（提高频率分辨力）、旁瓣相对于主瓣尽可能小，且衰减快（减小泄漏）。

50、线性定常系统的特性：叠加性、比例性、积分性、微分性、频率保持性。

51、描述测试装置动态特性的数学模型有传递函数、微分方程和频率响应函数等。

52、传递函数: 是指零初始条件下，定常线性系统输出量的拉普拉斯变换与引起该输出的输入量拉普拉斯变换之比。

53、频率响应函数是指零初始条件下，定常线性系统稳态输出量的傅里叶变换与引起该输出的输入量傅里叶变换之比。

54、y(t)=L -1[H(s)]=h(t)，则h(t) 称为系统的脉冲响应函数或权函数。

55、测试装置的频响函数H(j ω)是装置动态特性在频域中的描述，它是在正弦激励下，系统达到稳态后的传递函数。

56、测试装置不失真测试应满足：该装置的幅频特性A （ω）为常数，相频特性是ϕ（ω）=0t -ω。

（即幅频A(ω)=K ，相频ϕ（ω）=0t -ω）
57、一阶系统动态特性取决时间常数τ，为使系统快速响应，时间常数越小越好。

二阶系统动态特性取决固有频率ωn 和阻尼率ζ。

用二阶系统作测试装置，为使系统响应最快，其固有频率越大越好。

58、信号通过线性系统时会产生频度失真和相位失真。

59、某测试系统的单位脉冲响应函数为h(t)，系统输入任意信号X(t)，其时域输出y(t)与h(t)的关系为：y(t)=X(t)×h(t)。

60、信号的时域与频域描述方法是依靠傅氏变换来确立彼此的关系。

61、测试装置传递函数H(s)的分母与输入点的位置有关。

62、测试装置的频响函数H(jw)是装置动态特性在频域中的描述。

63、测试系统的传递函数和具体测试系统的物理结构无关。

65、信号调理的目的是对传感器采集的信号进行放大、传输、消噪等。

66、在交流电桥设计时，若两个相对臂接入电阻，另两相对臂中一个用容抗，另一个用感抗，目的是满足电桥平衡条件。

67、在半桥双臂各并联一片电阻应变片不可以提高灵敏度。

68、调幅是将一个高频简谐信号（载波信号）与测试信号（调制信号）相乘，使载波信号的幅值随测试信号的变化而变化。

69、简述系统的频率保持特性，并论述其在工程应用中的意义。

答：频率不变性。

频率不变性又称频率保持性，它表明系统的输入为某一频率的简谐(正弦或余弦)信号时，则系统的输出将有、而且也只能有与该信号同一频率的信号线性时不变系统的频率不变性在动态测试中具有重要的作用。

例如，已经知道测试系统是线性的，其输入信号的频率也已知，那么，在测得的输出信号中就只有与输入信号频率相同的成分才可能是由输入引起的响应；其他的频率成分都是干扰噪声。

利用这一特性，就可以采用相应的滤波技术，在有很强的噪声干扰情况下，也能将有用的信息提取出来。

70、信号时域与频域描述的关系：（1）时域描述与频域描述是等价的，可以相互转换，两者蕴涵的信息相同。

（2）时域描述与频域描述各有用武之地。

（3）将信号从时域转换到频域称为频谱分析，属于信号的变换域分析。

（4）采用频谱图描述信号，需要同时给出幅值谱和相位谱。

71、直流电桥平衡的条件是什么？交流电桥平衡条件是什么？
答：直流电桥平衡的条件是两相对桥臂电阻值的乘积相等。

交流电桥平衡必须满足相对两桥臂阻抗模的乘积相等、阻抗角之和相等两个条件。

72、传感器的作用是什么？试举出三个身边使用传感器的例子。

答：传感器是借助于检测元件接收一种形式的信息，并按一定的规律将所获取的信息转换成另一种信息的装置。

从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。

如温度计测温、声控灯、麦克风、摄像头等。

73、频域描述采用的数学工具是什么？说明周期信号和非周期信号频谱的特点。

答：频域采用的数学工具是傅里叶变换。

周期信号频谱的特点是离散性、收敛性、谐波性；非周期信号的频谱特点是连续且延伸至无限频率。

74、简述利用自相关函数检测信号周期成分的方法。

答：若x(t)为周期信号，周期为T，则自相关函数也为同一周期的周期函数，这是自相关函数的频率保持性，我们可以利用这一性质来检测信号中的周期成分。

75、交流电桥平衡条件是什么？两个具有相同性质的阻抗在交流电桥应如何接才可使电桥平衡？
答：交流电桥桥臂上的阻抗元件可以有不同的组合，但各种组合方式除了要满足阻抗模的平衡条件外，还应注意阻抗元件的配合，以满足阻抗角的平衡条件。

Z1Z3=Z2Z4就是交流电桥的平衡条件，它说明：当交流电桥达到平衡时，相对桥臂的阻抗的乘积相等。

若电桥的相邻臂为纯电阻，则其它两臂必同为电感或同为电容，若电桥的相对两臂为纯电阻，则其另一对角两臂必须一为电感，另一为电容。

76、什么是频混现象？怎样才能避免频谱混叠？
答：频混现象：又称频谱混叠效应，它是由于采样信号频谱发生变化，而出现高、低频成分发生混淆的一种现象。

使采样频率满足采样定理即可。

77、试说明二阶装置的阻尼比多采用0.6-0.7的原因？
答：对于二阶装置在ζ=0.6-0.7时，在0-0.58ωn的频率范围内，幅频特性A(ω)的变化不超过5%，同时相频特性φ(ω)也接近直线，可认为满足不失真条件。

因此二阶装置的阻尼比多采用0.6-0.7。

78、试选用两种不同的传感器设计测电机转速的方案图，并分别说明它们的工作原理。

答：可以用来测速的传感器有动圈式磁电速度传感器、磁阻式磁电转速传感器、光电式转速传感器、涡流式电感传感器。

如下图所示：是光电转速计工作原理。

在电动机的旋转轴上涂上黑白两种颜色，当电动机转动时，光电元件接收到强弱交变的反射信号，输出电信号，再经整形放大电路，输出整齐的方波信号，由数字频率计测出电动机的转速。

79、分别写出周期函数的实数形式与复数形式的傅里叶级数展开式（包括各参数表达式）。

实数形式表达式：∑∞+=++=+++++=1000020201010)
sin cos (2sin 2cos sin cos )(n n n t n b t n a a t b t a t b t a a t x ωωωωωω
直流分量幅值：⎰-=2
20)(1T T dt t x T a ； 余弦分量幅值：⎰⎰--==22
02202cos )(2cos )(2T T T T n tdt nf t x T tdt n t x T a πω； 正弦分量幅值：⎰⎰--==22
02202sin )(2sin )(2T T T T n tdt nf t x T tdt n t x T a πω； 复数表达式：∑+∞-∞==
n t jn n e C t x 0)(ω，（n=0，±1，±2，±3，…） n j n T T t jn n e C dt e t x T C ϕω==⎰--22
0)(1，n n n n A b a C 212122=+=，（n=0，±1，±2，…）。