機械工程測試與試驗試題及答案考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)）1.在測試系統(tǒng)中，用來感受被測量并輸出相應(yīng)信號的元件稱為（）。A.信號調(diào)理器B.傳感器C.顯示器D.數(shù)據(jù)采集器2.下列哪種傳感器不屬于接觸式傳感器？（）A.位移傳感器B.壓力傳感器C.光纖傳感器D.應(yīng)變片3.測量誤差中，由于測量儀器制造不完善、安裝布置不當?shù)纫鸬氖牵ǎ?。A.系統(tǒng)誤差B.隨機誤差C.粗大誤差D.相對誤差4.對周期信號進行頻譜分析時，其頻譜圖是（）。A.連續(xù)譜B.離散譜C.混合譜D.無譜5.在動態(tài)測試中，常用的時域分析指標不包括（）。A.峰值B.均值C.峰值時間D.頻率6.振動測試中，測量質(zhì)點對平衡位置的距離隨時間變化的物理量是（）。A.速度B.加速度C.位移D.頻率7.工程上常用的硬度測試方法不包括（）。A.布氏硬度B.洛氏硬度C.里氏硬度D.光學光譜硬度8.用千分表測量工件尺寸，屬于（）測量。A.接觸式B.非接觸式C.直接D.間接9.在進行信號平均以減小隨機噪聲影響時，通常采用（）。A.算術(shù)平均B.均方根平均C.移動平均D.指數(shù)平均10.無損檢測的目的是在不損傷被檢對象的前提下，檢測其內(nèi)部或表面缺陷。（）A.正確B.錯誤二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在橫線上）1.測試系統(tǒng)的動態(tài)特性通常用______、______和______三個主要指標來描述。2.傳感器按被測量可分為力、位移、速度、溫度、______、______等傳感器。3.測量誤差按其性質(zhì)和特點可分為系統(tǒng)誤差、______和______。4.常用的信號時域分析方法有波形顯示、______、______等。5.頻率響應(yīng)特性描述了系統(tǒng)對______輸入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性。6.振動的強度通常用______、______和______來描述。7.疲勞試驗通常分為______和______兩種。8.實驗數(shù)據(jù)處理的基本步驟包括數(shù)據(jù)整理、______、______和結(jié)果表達。9.常用的機械參數(shù)測試有位移、速度、加速度、力、力矩、______、______等。10.常用的無損檢測方法有射線檢測、超聲波檢測、磁粉檢測、______和______等。三、判斷題（每題1分，共10分。請將“正確”或“錯誤”填在題后的括號內(nèi)）1.測試精度越高，測量誤差就越小。（）2.任何測試系統(tǒng)都希望具有良好的線性度。（）3.隨機誤差是不可避免的，但可以通過多次測量求平均值來消除。（）4.傅里葉變換可以將時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號。（）5.相位譜描述了信號各頻率分量相對于時間的延遲關(guān)系。（）6.加速度傳感器通常比位移傳感器對低頻信號更敏感。（）7.硬度是衡量材料抵抗局部變形，特別是抵抗壓入硬質(zhì)工具壓入其表面的能力。（）8.實驗報告是測試與試驗工作的重要成果，應(yīng)包含測試目的、方法、數(shù)據(jù)、結(jié)果分析和結(jié)論等內(nèi)容。（）9.傳感器的基本特性包括靜態(tài)特性和動態(tài)特性。（）10.光學檢測方法屬于非接觸式測量方法。（）四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述傳感器的基本組成及其功能。2.簡述隨機誤差產(chǎn)生的主要原因及其減小方法。3.簡述振動測試中，位移、速度、加速度三者之間的關(guān)系。4.簡述進行測試實驗時，應(yīng)注意哪些主要環(huán)節(jié)。五、計算題（每題10分，共20分）1.某位移傳感器輸出電壓與位移的關(guān)系為：U(V)=5x(mm)+0.1x^2(V/mm^2)，其中x為位移。當位移x=10mm時，求傳感器的輸出電壓U，并計算此時傳感器的線性誤差（假設(shè)理想線性關(guān)系為U=5x）。2.對某振動信號進行快速傅里葉變換（FFT），得到其幅頻譜，在頻率f1=50Hz處，幅值A(chǔ)1=2V；在頻率f2=150Hz處，幅值A(chǔ)2=1V。若采樣頻率fs=500Hz，請計算f1和f2處的功率譜密度（假設(shè)信號為實信號，且FFT結(jié)果已經(jīng)進行了適當?shù)臉硕群痛昂瘮?shù)處理）。六、論述題（10分）結(jié)合實際工程應(yīng)用，論述選擇測試傳感器時應(yīng)考慮的主要因素。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.A4.A5.B6.C7.D8.A9.C10.A解析：1.傳感器是測試系統(tǒng)的核心元件，用于感受被測量。B正確。2.光纖傳感器利用光纖特性感知被測量，屬于非接觸式。C正確。3.系統(tǒng)誤差具有確定性，由儀器、環(huán)境等引起。A正確。4.周期信號頻譜是離散的譜線。A正確。5.均值是時域靜態(tài)指標。B錯誤。6.位移是振動質(zhì)點位置隨時間變化。C正確。7.光學光譜硬度非常用方法。D正確。8.千分表直接接觸測量。A正確。9.移動平均能有效平滑隨機噪聲。C正確。10.無損檢測定義正確。解析：2.常見傳感器類型按物理量劃分。解析：3.測量誤差分類標準。解析：4.信號時域分析基本手段。解析：5.頻率響應(yīng)定義。解析：6.描述振動強度的基本物理量。解析：7.疲勞試驗兩大類。解析：8.數(shù)據(jù)處理標準流程。解析：9.常見機械參數(shù)。解析：10.主要無損檢測方法。解析：10.非接觸式測量定義。二、填空題1.幅頻特性相頻特性時域響應(yīng)特性2.壓力流體3.隨機誤差粗大誤差4.時域統(tǒng)計分析頻域分析5.正弦信號6.強度頻率頻譜7.疲勞試驗振動試驗8.數(shù)據(jù)分析誤差分析9.轉(zhuǎn)速扭矩10.滲透檢測射線照相解析：1.動態(tài)特性三要素。解析：2.常見物理量傳感器。解析：3.誤差三大類。解析：4.信號分析主要方法。解析：5.頻率響應(yīng)輸入類型。解析：6.振動描述維度。解析：7.疲勞試驗分類。解析：8.數(shù)據(jù)處理后續(xù)步驟。解析：9.常見機械動態(tài)參數(shù)。解析：10.主要無損檢測分類。三、判斷題1.正確2.正確3.錯誤4.正確5.錯誤6.錯誤7.正確8.正確9.正確10.正確解析：1.精度與誤差互為補數(shù)。正確。2.線性是系統(tǒng)理想特性。正確。3.隨機誤差不可消除，只能減小，多次平均減小其影響，但不能完全消除。錯誤。4.傅里葉變換核心功能。正確。5.相位譜描述相對相位。錯誤。6.加速度對高頻敏感，位移對低頻敏感。錯誤。7.硬度定義。正確。8.實驗報告基本要求。正確。9.傳感器特性分類。正確。10.滲透檢測屬非接觸。正確。四、簡答題1.傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和輸出調(diào)理電路組成。敏感元件直接感受被測量并發(fā)生相應(yīng)物理變化；轉(zhuǎn)換元件將敏感元件的輸出轉(zhuǎn)換為可處理的電信號或其他形式信號；輸出調(diào)理電路對信號進行放大、濾波、線性化等處理，輸出標準信號。2.隨機誤差主要來源于測試環(huán)境中的各種干擾因素，如溫度波動、電磁干擾、人員操作微小差異等。其特點是不確定、無規(guī)律。減小方法包括提高儀器精度、改善測試環(huán)境、多次測量求平均值、采用數(shù)字濾波等技術(shù)。3.振動測試中，位移是質(zhì)點偏離平衡位置的距離，反映振動形態(tài)；速度是位移對時間的導(dǎo)數(shù)，反映振動運動快慢；加速度是速度對時間的導(dǎo)數(shù)，或位移對時間二階導(dǎo)數(shù)，反映振動沖擊程度。三者關(guān)系為：加速度包含最高頻成分，速度次之，位移頻譜最低。在頻域上，速度頻譜是位移頻譜的導(dǎo)數(shù)，加速度頻譜是速度頻譜的導(dǎo)數(shù)。4.進行測試實驗時，應(yīng)注意：明確測試目的和對象；選擇合適的測試方案和儀器設(shè)備；合理布置測試系統(tǒng)，考慮環(huán)境因素影響；規(guī)范操作，減少人為誤差；認真記錄原始數(shù)據(jù)；對數(shù)據(jù)進行必要的處理和分析；撰寫規(guī)范、完整的實驗報告，包括結(jié)果討論和結(jié)論。5.結(jié)合實際工程應(yīng)用，選擇測試傳感器時應(yīng)考慮：被測量的物理量類型、量程范圍和精度要求；傳感器的響應(yīng)頻率范圍是否滿足測試需求；傳感器的輸出信號類型及是否易于后續(xù)處理；傳感器的尺寸、重量和安裝方式是否適應(yīng)安裝環(huán)境；傳感器的環(huán)境適應(yīng)性（溫度、濕度、振動、電磁干擾等）；傳感器的成本和可靠性；傳感器的壽命和維護要求。解析：1.按標準結(jié)構(gòu)回答傳感器組成及功能。解析：2.說明隨機誤差來源、特點及減小措施。解析：3.闡述振動三參數(shù)定義及關(guān)系。解析：4.列出實驗關(guān)鍵環(huán)節(jié)。解析：5.按傳感器選型原則逐條論述。五、計算題1.解：當x=10mm時，U=5*10+0.1*(10)^2=50+1=51V。理想線性輸出U_ideal=5*10=50V。真實輸出U_real=51V。線性誤差ΔU=|U_real-U_ideal|=|51-50|=1V。線性誤差率δ=(ΔU/U_ideal)*100%=(1/50)*100%=2%。答：輸出電壓U=51V，線性誤差為2%。2.解：功率譜密度S(f)與幅值譜密度A(f)關(guān)系為S(f)=|A(f)|^2/fs（若不標度）。f1=50Hz處功率譜密度S(f1)=|A1|^2/fs=(2