2010机械工程测试技术试题卷A参考答案.doc

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课程名称： 机械工程测试技术 考试时间： 100 分钟
课程代码： 8204381 试卷总分： 100 分

一．填空与选择填空（40分）（本题在此试题纸上填写）
1．信息是 事物运动和状态的特征 信号是 信息的载体 ，信号的基本表现形式是变化的 电流 或 电压 。
2．根据信号具有的时间函数的特性，信号类型可以分为 确定性信号与非确定性信号 、
能量信号与功率信号 、 时限信号与频限信号 、 连续信号与离散信号 等。
3．本课程介绍的信号分析的基本方法主要有 时域统计分析 、 幅值域分析 、
频谱分析 和 相关分析 。
4．信号的形式不同，其频谱呈现出不同的特征：
周期信号的频谱是 离散的 ；
时间有限信号的频谱是 连续的 ；
离散信号的频谱是 连续而且周期的 ；
离散且周期的信号的频谱是 离散而且周期的 。
5. 信号的持续时间与占有的频带成 反比 ,经时间尺度展缩K倍后,频谱的幅度为原来频谱幅度的 1/K 倍。
6.信号频谱在频域里平移±f0后的时域信号与原频谱的时域信号之间的异同在于是增加了一个__复指数__ 因子,该因子的表达式为 e ±j2pf0 。
7．随机过程中的任一样本函数的时间平均统计特征与该随机过程的平均统计特征相等，则该随机过程是 各态历经随机过程 。
（ *非平稳随机过程 *各态历经随机过程 *平稳随机过程 ）
8.自相关函数是关于t的 偶函数 ，互相关函数为关于t的 非奇函数非偶函数 。
（*奇函数 *偶函数 *非奇函数非偶函数 *复函数）
9. 通常采用 频率响应函数 , 幅频特性函数 ,和 相频特性函数（或脉冲响应函数） 描述测试系统的动态特性。
10.卷积定理表明：时域卷积等效于频域 乘积 ， 时域的乘积等效于频域 卷积 。
11. FFT是 快速傅立叶变换 、DFT是 离散傅立叶变换 。
12. 带通滤波器的中心频率为： （fc1×fc2）1/2 。
[ *（fc1+fc2）/2 *（fc1-fc2）/2 *（fc1×fc2）/2 *（fc1×fc2）1/2 ]
13. 用于频谱分析装置中的带通滤波器，根据中心频率与带宽之间的关系可以分为 恒带宽滤波器 和 恒带宽比滤波器 两类。
14. 对于光栅常数W=0.01 的光栅传感器，调整光栅刻线夹角使θ=0.01，此时，莫尔条纹的间距为
10mm ，其放大倍数为 1000倍 。
15. 时域采样是对信号实行_____离散化处理___________的过程,时域采样定理要求采样频率满足____ fs ≧2 fc_____条件, 实际工作中采样频率应选为____2.5～４fc____________
16． A/D转换器的输入电压为0～5V，要求能识别2mV的微小信号，A/D的位数应选为 12 。
17．评价窗函数优劣的主要指标有 主瓣宽度 、 旁瓣高度 和 旁瓣衰减速度 。
18.振动试验时，激振方式通常可以分为__正弦激振__、__随机激振___和___瞬态激振___ 三类,脉冲激振属于__瞬态激振____类，其激振频谱呈 宽带 特征。

二.简答(30分)

1． 绘出测试系统的基本框图，简述各组成部分的功能。(6分)

被测对象
信号调理
传输
信号分析
显示记录
传感器
反馈、控制
激励装置
1、

传感器：提取被测对象的信号，将非电量转换成电量
信号调理：将传感器出来的信号变适合进一步传输和处理的的电路
信号分析：对信号进行分析
显示记录：将信号分析结果显示出来提供给观察者。
激励装置：式被测对象的某些信息特征能更明显地表现出来
2． 试述幅频谱密度函数A(f)和幅频特性函数A(f)两者之间的主要区别？ (6分)
答题要点：主要区别有三点：对象不同；处理方法不同；物理意义不同
3． 用图形及文字解释因何时域采样频率fs必须大于等于2fc。(6分)
答题要点：①自定一个有截止频率的频谱
②将时域采样和频域卷积的结果用图形表示
③根据频谱图中fs的变化，说明fs大于等于2fc时，才能获得局部频谱与原频谱完全相
同的频谱，该频谱将包含原信号的所有信息，可以由此恢复原信号。
4． 试绘出压电式传感器连接电荷放大器的等效电路图，证明电荷放大器可以避免连接电缆分布电容的影响。 (5分)
答题要点：
①绘出压电式传感器连接电荷放大器的等效电路图； 图1 略
②根据等效电路图建立电荷平衡方程；
③化简方程可得：Uo= - q/Cf 由此可得输出电压仅由反馈电容Cf 决定，与连接电缆分布电容无关。
5． 何谓泄漏？防止泄漏的方法如何？(6分)
截断信号时，由于窗函数频谱的影响，使得原信号的频谱扩散，这种现象称为泄漏。
防止泄漏的方法：
①. 增加窗长
②．选择主瓣窄而旁瓣小的优质时窗
③．对周期信号实行整周期截断

三. 已知周期性三角波的傅立叶级数展开式为
式中n=1，3，5，……
当其通过一特性如下图所示的系统之后其输出为y(t),试分析y(t)的频率成分及相位并绘出和y(t)幅频谱和相位谱图.(8分)

j(w)
j = -pw /12w0
w
A(w)
5w0
10w0
w

答题要点：
1．直接由周期方波信号的傅立叶级数展开式求出x（t）频率成分及其幅值相位；

2．利用 y(ω) =A(ω) x(ω) 求出输出的各频率成分及其幅值
利用 j(w) =jy(w)-jx(w)求出输出的各频率成分的jy(w)；
3． 绘出 y(t)幅频谱图和相频谱。
四. 现拟用动态电阻应变仪测量试件在外加纯扭矩作用下的扭振情况,试设计测试方案:要求指明传感器的选择、布置，绘出动态电阻应变仪的原理框图以及各组成环节的输出波形。（8分）

答题要点：1 选择传感器为应变片式传感器
2指明传感器布置位置，布片要于主应变方向一致
3 绘出动态电阻应变仪框图
4 绘出各部分的输出波形图，突出波形特征

五.为了测量热轧带钢的轧制速度，某测试系统利用相关分析的原理组成如下
相关分析器
表面波形
传感器
中间变换器
Rxy（τ）
Rxy（τ）
L
v（t）

τd

试确定轧制速度v（t）的值并对测量原理给出解释。(8分)
答题要点：
在给定长度L的两个端点上布置测量表面波形的传感器，利用同一信号源在不同时段发出的信号具有相似性的特点，经相关器处理其输出的最大值就是带钢通过给定长度L的时差td：
v = L/ td

六.已知信号的最高截止频率fc为1200Hz，要对该信号作的数字频谱分析，给定的频率分辨率小于等于1Hz，试确定以下采样条件：（8分）
（1） 原始模拟信号的最小记录长度T；
（2） 时域采样的采样间隔和采样频率应满足的条件；
（3） 最小采样点数（注意信号的点数一般应取为N=2m）
（4） 若将分辨率提高一倍，应如何调整参数。
解题要点：
（1） 由 Df=1/T 确定T
（2） 由 fs≧2fc 确定fs
（3） 由 T=fs/N 初步确定N，圆整然后按N=2m圆整，保证分辨率小于等于1Hz
分辨率提高一倍，是将Df置为给定频率分辨率的1/2，重新确定参数。

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