機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)熊詩(shī)波課后習(xí)題答案?第一章緒論習(xí)題1.什么是測(cè)試技術(shù)？測(cè)試技術(shù)在機(jī)械工程中有哪些作用？2.測(cè)試系統(tǒng)一般由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？3.簡(jiǎn)述測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

答案1.測(cè)試技術(shù)：測(cè)試技術(shù)是測(cè)量和試驗(yàn)的技術(shù)，它涉及信息的獲取、轉(zhuǎn)換、處理、傳輸、顯示和分析等方面。其目的是獲取被測(cè)量對(duì)象的有關(guān)信息，以達(dá)到認(rèn)識(shí)、分析和改造對(duì)象的目的。在機(jī)械工程中的作用：產(chǎn)品研發(fā)：通過(guò)測(cè)試獲取機(jī)械產(chǎn)品性能參數(shù)，如力學(xué)性能、運(yùn)動(dòng)參數(shù)等，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)改進(jìn)提供依據(jù)。質(zhì)量控制：檢測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。故障診斷：對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并分析原因，以便維修。性能優(yōu)化：幫助優(yōu)化機(jī)械系統(tǒng)性能，提高工作效率和可靠性。2.測(cè)試系統(tǒng)組成及作用：傳感器：感受被測(cè)量并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)等便于后續(xù)處理的信號(hào)。作用是從被測(cè)對(duì)象提取信息。信號(hào)調(diào)理電路：對(duì)傳感器輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、調(diào)制解調(diào)等處理，使其滿足后續(xù)環(huán)節(jié)要求。信號(hào)處理與分析裝置：對(duì)調(diào)理后的信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算、分析，如頻譜分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等，提取有用信息。顯示記錄裝置：將處理后的結(jié)果以直觀的形式顯示或記錄下來(lái)，供操作人員觀察和分析。3.測(cè)試技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：高精度：提高測(cè)量精度，滿足更高要求的工程應(yīng)用。智能化：測(cè)試系統(tǒng)具備智能決策、自適應(yīng)調(diào)整等能力。微型化：開(kāi)發(fā)體積更小的測(cè)試設(shè)備，便于在各種場(chǎng)合應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)化：實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸與共享，便于協(xié)同工作和遠(yuǎn)程監(jiān)控。多傳感器融合：綜合利用多種傳感器信息，提高測(cè)試準(zhǔn)確性和可靠性。

第二章測(cè)試系統(tǒng)的特性習(xí)題1.什么是測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性？它包括哪些指標(biāo)？2.簡(jiǎn)述線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性的定義。3.測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有哪些？如何描述？4.什么是一階系統(tǒng)？其傳遞函數(shù)和單位階躍響應(yīng)有何特點(diǎn)？5.什么是二階系統(tǒng)？其傳遞函數(shù)和單位階躍響應(yīng)有何特點(diǎn)？

答案1.靜態(tài)特性：測(cè)試系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)信號(hào)作用下的特性。指標(biāo)：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、分辨率、零點(diǎn)輸出、滿量程輸出等。2.定義：線性度：測(cè)試系統(tǒng)輸出與輸入之間保持線性關(guān)系的程度。靈敏度：輸出量變化與引起此變化的輸入量變化之比。遲滯：測(cè)試系統(tǒng)在正反行程期間輸出輸入特性曲線不重合的現(xiàn)象。重復(fù)性：測(cè)試系統(tǒng)在輸入量按同一方向作全量程多次測(cè)試時(shí)，所得特性曲線不一致的程度。3.動(dòng)態(tài)特性：測(cè)試系統(tǒng)對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。描述方法：傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)、脈沖響應(yīng)函數(shù)等。4.一階系統(tǒng)：傳遞函數(shù)具有一階形式的系統(tǒng)。傳遞函數(shù)：\(G(s)=\frac{1}{Ts+1}\)，\(T\)為時(shí)間常數(shù)。單位階躍響應(yīng)：\(y(t)=1e^{\frac{t}{T}}\)，輸出按指數(shù)規(guī)律上升，最終趨于穩(wěn)態(tài)值1。5.二階系統(tǒng)：傳遞函數(shù)具有二階形式的系統(tǒng)。傳遞函數(shù)：\(G(s)=\frac{\omega_n^2}{s^2+2\zeta\omega_ns+\omega_n^2}\)，\(\omega_n\)為固有頻率，\(\zeta\)為阻尼比。單位階躍響應(yīng)：當(dāng)\(\zeta\lt1\)時(shí)，為欠阻尼情況，響應(yīng)呈衰減振蕩形式。當(dāng)\(\zeta=1\)時(shí)，為臨界阻尼情況，響應(yīng)單調(diào)上升。當(dāng)\(\zeta\gt1\)時(shí)，為過(guò)阻尼情況，響應(yīng)單調(diào)上升且上升速度比臨界阻尼時(shí)慢。

第三章傳感器習(xí)題1.什么是傳感器？傳感器由哪幾部分組成？2.簡(jiǎn)述傳感器的分類(lèi)方法及各類(lèi)傳感器的特點(diǎn)。3.電阻應(yīng)變片的工作原理是什么？4.什么是壓電效應(yīng)？壓電傳感器的主要應(yīng)用有哪些？5.簡(jiǎn)述電感式傳感器的工作原理及分類(lèi)。

答案1.傳感器：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。組成部分：敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路。2.分類(lèi)方法及特點(diǎn)：按工作原理分類(lèi)：如電阻式、電容式、電感式、壓電式等，各有其基于特定物理原理的工作方式。按被測(cè)量分類(lèi)：可分為位移、力、速度、加速度等傳感器，針對(duì)性強(qiáng)。按能量關(guān)系分類(lèi)：有源傳感器能將非電能轉(zhuǎn)換為電能，無(wú)源傳感器需外部能源。3.電阻應(yīng)變片工作原理：金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電阻應(yīng)變效應(yīng)。應(yīng)變片利用這一原理，將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化來(lái)測(cè)量應(yīng)變。4.壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為正壓電效應(yīng)。反之，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)。主要應(yīng)用：用于測(cè)量力、壓力、加速度等，如在振動(dòng)測(cè)量、動(dòng)態(tài)力測(cè)量等方面廣泛應(yīng)用。5.電感式傳感器工作原理及分類(lèi)：工作原理：利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為電感變化來(lái)檢測(cè)。分類(lèi)：自感式（如變氣隙式、變面積式、螺線管式）和互感式（如差動(dòng)變壓器）。自感式通過(guò)改變磁路磁阻等影響自感，互感式通過(guò)互感變化檢測(cè)被測(cè)非電量。

第四章信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換習(xí)題1.信號(hào)調(diào)理的目的是什么？包括哪些內(nèi)容？2.簡(jiǎn)述電橋的工作原理及分類(lèi)。3.什么是調(diào)制與解調(diào)？常用的調(diào)制方法有哪些？4.簡(jiǎn)述濾波器的分類(lèi)及作用。5.什么是A/D轉(zhuǎn)換？其主要性能指標(biāo)有哪些？

答案1.信號(hào)調(diào)理目的：將傳感器輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、調(diào)制解調(diào)等處理，使其滿足后續(xù)環(huán)節(jié)要求，便于傳輸、顯示、記錄和分析。內(nèi)容：放大、濾波、調(diào)制解調(diào)、阻抗匹配等。2.電橋工作原理：由四個(gè)電阻組成電橋電路，當(dāng)電橋平衡時(shí)，輸出電壓為零；當(dāng)有被測(cè)量（如應(yīng)變等）引起電阻變化時(shí)，電橋失去平衡，輸出與電阻變化成比例的電壓信號(hào)。分類(lèi)：直流電橋和交流電橋。3.調(diào)制與解調(diào)：調(diào)制是將低頻信號(hào)加載到高頻載波信號(hào)上的過(guò)程；解調(diào)是從已調(diào)制信號(hào)中恢復(fù)出原低頻信號(hào)的過(guò)程。常用調(diào)制方法：調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）、調(diào)相（PM）。4.濾波器分類(lèi)及作用：分類(lèi)：低通濾波器（允許低頻信號(hào)通過(guò)，抑制高頻信號(hào)）、高通濾波器（允許高頻信號(hào)通過(guò)，抑制低頻信號(hào)）、帶通濾波器（允許特定頻段信號(hào)通過(guò)，抑制其他頻段信號(hào)）、帶阻濾波器（抑制特定頻段信號(hào)，允許其他頻段信號(hào)通過(guò)）。作用：對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜整形，去除噪聲和干擾，提取有用信號(hào)。5.A/D轉(zhuǎn)換：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程。主要性能指標(biāo)：分辨率（表示能分辨的最小模擬量變化）、轉(zhuǎn)換精度（實(shí)際輸出數(shù)字量與理論值的接近程度）、轉(zhuǎn)換速度（完成一次轉(zhuǎn)換所需時(shí)間）等。

第五章信號(hào)分析與處理習(xí)題1.什么是信號(hào)的時(shí)域分析？常用的時(shí)域分析方法有哪些？2.簡(jiǎn)述信號(hào)的頻域分析方法及頻譜分析的意義。3.什么是相關(guān)分析？相關(guān)分析有哪些應(yīng)用？4.簡(jiǎn)述功率譜估計(jì)的方法及應(yīng)用。5.什么是數(shù)字信號(hào)處理？數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)由哪些部分組成？

答案1.時(shí)域分析：在時(shí)間域內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，研究信號(hào)隨時(shí)間的變化規(guī)律。常用方法：直接觀察信號(hào)波形、求均值、均方值、方差、峰值、脈沖寬度等參數(shù)，還可進(jìn)行時(shí)域波形的疊加、卷積等運(yùn)算。2.頻域分析方法：將信號(hào)從時(shí)域變換到頻域進(jìn)行分析。頻譜分析意義：能清晰地看出信號(hào)包含的各種頻率成分及其分布情況，可用于分析信號(hào)的頻率特性，如確定信號(hào)的主頻、帶寬等，還可用于濾波設(shè)計(jì)、故障診斷等。3.相關(guān)分析：研究?jī)蓚€(gè)信號(hào)之間的相似程度或關(guān)聯(lián)程度。應(yīng)用：在信號(hào)檢測(cè)、噪聲抵消、系統(tǒng)辨識(shí)、故障診斷等方面有廣泛應(yīng)用，如利用相關(guān)分析檢測(cè)淹沒(méi)在噪聲中的微弱信號(hào)，確定信號(hào)源位置等。4.功率譜估計(jì)方法：經(jīng)典譜估計(jì)（如周期圖法等）和現(xiàn)代譜估計(jì)（如AR模型、MA模型、ARMA模型等）。應(yīng)用：用于分析信號(hào)的功率分布，在語(yǔ)音識(shí)別、圖像處理、機(jī)械振動(dòng)分析等領(lǐng)域用于提取信號(hào)特征、判斷系統(tǒng)狀態(tài)等。5.數(shù)字信號(hào)處理：用數(shù)字方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理。組成部分：硬件部分包括A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字處理器、D/A轉(zhuǎn)換器等；軟件部分包括各種數(shù)字信號(hào)處理算法程序。

第六章測(cè)試系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)習(xí)題1.測(cè)試系統(tǒng)中干擾的來(lái)源有哪些？2.簡(jiǎn)述干擾的耦合方式及抑制方法。3.什么是接地技術(shù)？接地的目的是什么？4.如何選擇合適的濾波器來(lái)抑制干擾？5.簡(jiǎn)述屏蔽技術(shù)的原理及應(yīng)用。

答案1.干擾來(lái)源：內(nèi)部干擾：測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部各元件之間的相互電磁干擾，如電源干擾、電路噪聲等。外部干擾：來(lái)自外部環(huán)境的干擾，如電磁輻射干擾、工業(yè)干擾、自然界干擾（雷電等）。2.耦合方式及抑制方法：靜電耦合：通過(guò)電容耦合干擾。抑制方法有合理布局電路、增加屏蔽層等。電磁耦合：通過(guò)互感耦合干擾?？刹捎么牌帘巍⒑侠聿季€等抑制。共模耦合：存在于信號(hào)源、傳輸線和接收電路之間?？刹捎貌罘址糯笃鳌⑵胶鈧鬏斁€等抑制。3.接地技術(shù)：將電路、設(shè)備機(jī)殼等與大地連接。目的：為設(shè)備提供一個(gè)公共參考電位，防止靜電積累，保障人身安全，抑制干擾，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。4.選擇濾波器方法：根據(jù)干擾信號(hào)頻率特性選擇合適類(lèi)型濾波器。若干擾為高頻窄帶信號(hào)，選帶阻濾波器；若為高頻寬帶信號(hào)，選低通濾波器等。同時(shí)要考慮濾波器的截止頻率、通帶增益、阻帶衰減等指標(biāo)與實(shí)際需求匹配。5.屏蔽技術(shù)原理：利用金屬屏蔽體對(duì)電磁波的反射、吸收和屏蔽作用，阻止電磁波進(jìn)入或穿出屏蔽體。應(yīng)用：用于電纜屏蔽、設(shè)備外殼屏蔽等，減少電磁干擾對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的影響。

第七章測(cè)試系統(tǒng)的標(biāo)定與校準(zhǔn)習(xí)題1.什么是測(cè)試系統(tǒng)的標(biāo)定？標(biāo)定的目的是什么？2.簡(jiǎn)述測(cè)試系統(tǒng)靜態(tài)標(biāo)定的方法和步驟。3.測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)標(biāo)定的主要內(nèi)容有哪些？4.如何進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)？校準(zhǔn)的周期如何確定？5.簡(jiǎn)述標(biāo)定與校準(zhǔn)在測(cè)試系統(tǒng)中的重要性。

答案1.標(biāo)定：對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行全面的性能測(cè)試和精度確定，給出測(cè)試系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系。目的：確定測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)，保證測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。2.靜態(tài)標(biāo)定方法和步驟：方法：采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備產(chǎn)生已知標(biāo)準(zhǔn)量，輸入測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)量其輸出，比較輸出與標(biāo)準(zhǔn)輸入，確定系統(tǒng)靜態(tài)特性。步驟：將測(cè)試系統(tǒng)安裝調(diào)試好；選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)輸入量并施加；測(cè)量測(cè)試系統(tǒng)輸出；記錄數(shù)據(jù)并分析處理；計(jì)算各項(xiàng)靜態(tài)特性指標(biāo)。3.動(dòng)態(tài)標(biāo)定主要內(nèi)容：測(cè)定測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，如頻率響應(yīng)函數(shù)、脈沖響應(yīng)函數(shù)等，包括測(cè)定系統(tǒng)的固有頻率、阻尼比、上升時(shí)間、峰值時(shí)間、