2025年工程測試技術(shù)試題答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.金屬應(yīng)變片的工作原理基于（）。A.壓電效應(yīng)B.壓阻效應(yīng)C.應(yīng)變-電阻效應(yīng)D.霍爾效應(yīng)答案：C2.壓電式傳感器適用于測量（）。A.靜態(tài)力B.動態(tài)力C.緩慢變化的壓力D.溫度答案：B3.差動變壓器式傳感器屬于（）。A.電感式傳感器B.電容式傳感器C.壓電式傳感器D.光電式傳感器答案：A4.增量式光電編碼器的輸出信號通常包含（）。A.絕對位置碼B.相位差90°的兩路方波C.模擬電壓信號D.溫度補償信號答案：B5.熱電偶測量溫度時，若參考端溫度不為0℃，需采用（）。A.冷端恒溫法B.補償導(dǎo)線法C.電橋補償法D.以上均可能答案：D6.霍爾傳感器的工作原理基于（）。A.電磁感應(yīng)B.熱電效應(yīng)C.磁阻效應(yīng)D.霍爾效應(yīng)答案：D7.渦流傳感器可用于（）。A.接觸式位移測量B.非接觸式厚度測量C.溫度測量D.濕度測量答案：B8.變面積式電容傳感器的輸出特性為（）。A.線性B.非線性C.階躍型D.指數(shù)型答案：A9.光纖傳感器按工作原理可分為（）。A.功能型和非功能型B.單模和多模C.強度調(diào)制和相位調(diào)制D.點式和分布式答案：A10.以下傳感器中，輸出為數(shù)字量的是（）。A.熱電偶B.應(yīng)變片C.編碼器D.壓電加速度計答案：C二、填空題（每空1分，共20分）1.金屬應(yīng)變片的敏感柵常用材料為（康銅）或（鎳鉻合金）。2.電橋按工作方式可分為（單臂電橋）、（半橋）和（全橋），其中（全橋）的靈敏度最高。3.壓電傳感器的前置放大器主要有（電荷放大器）和（電壓放大器）兩種類型，前者抗干擾能力更強。4.一階測試系統(tǒng)的動態(tài)特性由（時間常數(shù)τ）決定，二階系統(tǒng)的動態(tài)特性由（固有頻率ωn）和（阻尼比ξ）共同決定。5.信號采樣時若采樣頻率低于信號最高頻率的2倍，會導(dǎo)致（頻率混疊）誤差，需通過（抗混疊濾波）預(yù)處理避免。6.溫度補償?shù)某Ｓ梅椒òǎㄑa償片法）、（電橋自補償法）和（線路補償法）。7.數(shù)據(jù)采集卡的關(guān)鍵參數(shù)包括（采樣頻率）、（分辨率）和（通道數(shù)）。8.霍爾元件的載流子類型為（電子）或（空穴），其輸出電壓與（磁感應(yīng)強度）和（控制電流）成正比。9.渦流傳感器的檢測原理基于（電磁感應(yīng)）和（渦流效應(yīng)），可用于測量（位移）、（厚度）或（硬度）。10.動態(tài)測試中，誤差主要來源于（傳感器動態(tài)特性不足）、（信號調(diào)理失真）和（數(shù)據(jù)采集噪聲）。三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述應(yīng)變式傳感器的溫度誤差來源及補償方法。溫度誤差主要由兩部分引起：一是應(yīng)變片電阻隨溫度變化的熱阻效應(yīng)，二是試件與應(yīng)變片熱膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致的熱機械效應(yīng)。補償方法包括：①補償片法，在試件上粘貼工作片和補償片（不承受機械應(yīng)變），接入電橋相鄰臂，溫度變化時兩者電阻變化相互抵消；②電橋自補償法，選擇敏感柵材料使熱輸出與機械應(yīng)變輸出在特定溫度范圍內(nèi)抵消；③線路補償法，通過外接電阻或溫度傳感器實時修正電橋輸出。2.為何壓電式傳感器通常不用于測量靜態(tài)信號？壓電式傳感器的工作原理是基于壓電材料的正壓電效應(yīng)，外力作用下產(chǎn)生電荷。但電荷會通過測量回路的泄漏電阻和傳感器本身的絕緣電阻緩慢泄漏，時間常數(shù)（τ=RC）有限。對于靜態(tài)信號，電荷無法持續(xù)積累，最終泄漏至零，導(dǎo)致無法檢測；而動態(tài)信號因外力持續(xù)變化，電荷不斷補充，可保持穩(wěn)定輸出。3.比較一階和二階測試系統(tǒng)的動態(tài)特性指標(biāo)。一階系統(tǒng)的動態(tài)特性由時間常數(shù)τ決定，主要指標(biāo)為：①時間常數(shù)τ，越小響應(yīng)越快；②上升時間tr（約3τ），表征系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)值95%的時間；③幅頻特性在ωτ<<1時近似為常數(shù)，ωτ>>1時以-20dB/dec衰減。二階系統(tǒng)的動態(tài)特性由固有頻率ωn和阻尼比ξ決定：①當(dāng)ξ=0.6~0.8時，系統(tǒng)有較寬的線性工作頻帶和較小的超調(diào)量；②幅頻特性在ω<<ωn時近似為常數(shù)，ω接近ωn時出現(xiàn)共振（ξ<1），ω>>ωn時以-40dB/dec衰減；③相頻特性隨ω/ωn增加呈非線性變化，ξ=0.7時相位失真最小。4.信號調(diào)理的主要環(huán)節(jié)及其作用是什么？信號調(diào)理包括：①放大，提高微弱信號的幅度（如儀用放大器抑制共模噪聲）；②濾波，通過低通、高通或帶通濾波器去除噪聲（如抗混疊低通濾波器）；③調(diào)制解調(diào)，將低頻信號調(diào)制到高頻以便傳輸（如調(diào)幅、調(diào)頻），解調(diào)后還原原始信號；④線性化，修正傳感器的非線性輸出（如查表法或多項式擬合）；⑤隔離，通過光電或電磁隔離器阻斷干擾通路（如高壓環(huán)境下的信號傳輸）；⑥激勵，為傳感器提供穩(wěn)定電源（如應(yīng)變片的恒壓/恒流源）。5.簡述誤差的分類及減小方法。誤差分為三類：①系統(tǒng)誤差，具有確定性規(guī)律（如傳感器標(biāo)定誤差、溫漂），可通過校準(zhǔn)、修正模型（如溫度補償公式）或引入?yún)⒖紭?biāo)準(zhǔn)減??；②隨機誤差，服從統(tǒng)計規(guī)律（如電路噪聲），可通過多次測量取平均、增加采樣次數(shù)或采用數(shù)字濾波（如滑動平均）減??；③粗大誤差，由操作失誤或干擾引起（如脈沖噪聲），可通過拉依達準(zhǔn)則（|x-μ|>3σ）或格拉布斯準(zhǔn)則剔除異常值。四、綜合題（每題10分，共20分）1.設(shè)計一個測量機械結(jié)構(gòu)動態(tài)應(yīng)力的測試系統(tǒng)，要求說明各環(huán)節(jié)的選型依據(jù)及注意事項。系統(tǒng)組成及設(shè)計要點：（1）傳感器：選擇箔式應(yīng)變片（基長5~10mm，適應(yīng)中等應(yīng)變梯度），敏感柵材料為康銅（溫度系數(shù)?。?，粘貼于結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中區(qū)（如焊縫、倒角處），表面需打磨、清洗（丙酮脫脂），用氰基丙烯酸酯膠粘貼，確保粘結(jié)強度。（2）信號調(diào)理：采用全橋接法（提高靈敏度和溫度補償效果），電橋激勵電壓5V（避免應(yīng)變片過熱）；儀用放大器（如AD620，共模抑制比>100dB）放大信號（增益100~1000倍）；低通濾波器（截止頻率1kHz，抑制機械振動以外的高頻噪聲）。（3）數(shù)據(jù)采集：選擇16位DAQ卡（分辨率0.0015%FS，適合小應(yīng)變測量），采樣頻率2.56kHz（滿足奈奎斯特準(zhǔn)則，覆蓋最高應(yīng)力變化頻率1kHz），通道數(shù)根據(jù)測點數(shù)量配置（如8通道同步采樣）。（4）數(shù)據(jù)處理：用LabVIEW編寫程序，實時顯示應(yīng)力-時間曲線，存儲為TDMS格式；通過FFT分析頻率成分，識別共振頻率（如100Hz處峰值）；結(jié)合有限元仿真驗證測量結(jié)果。注意事項：①應(yīng)變片粘貼后需固化24小時，避免受潮；②電橋引線采用屏蔽雙絞線，接地單點接地（避免地環(huán)路干擾）；③測試前需進行靜態(tài)標(biāo)定（用等強度梁加載已知應(yīng)變，校準(zhǔn)系統(tǒng)靈敏度）。2.某旋轉(zhuǎn)機械需測量振動加速度，要求設(shè)計測試系統(tǒng)并說明如何通過頻譜分析判斷共振頻率。系統(tǒng)設(shè)計步驟：（1）傳感器：選擇壓電式加速度計（如PCB352C03，量程±50g，靈敏度100mV/g，頻率范圍0.3Hz~10kHz），安裝方式為螺栓連接（確保剛性接觸，避免松動引起的高頻誤差），測點位于軸承座垂直方向（振動最敏感位置）。（2）信號調(diào)理：電荷放大器（如PCB480B07，輸入阻抗>10^12Ω，輸出電壓范圍±10V）將電荷信號轉(zhuǎn)換為電壓，增益設(shè)置10mV/pC（匹配傳感器靈敏度）；抗混疊濾波器（截止頻率5kHz，斜率-48dB/oct，避免頻率混疊）。（3）數(shù)據(jù)采集：24位DAQ卡（如NI9234，分辨率0.0002%FS，適合低噪聲測量），采樣頻率10.24kHz（2倍于濾波器截止頻率），采樣時間10秒（確保頻率分辨率0.1Hz）。（4）頻譜分析：對采集的時域信號進行加窗（漢寧窗，減少頻譜泄漏），計算FFT得到加速度幅值譜；共振頻率表現(xiàn)為頻譜中顯著的峰值（如500Hz處幅值遠高于其他頻率）；結(jié)合