2025年測試技術(shù)綜合試題一附答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.某應(yīng)變片的電阻值為120Ω，靈敏度系數(shù)K=2.0，當(dāng)承受ε=500με的應(yīng)變時，其電阻變化量ΔR約為（）。A.0.06ΩB.0.12ΩC.0.24ΩD.0.3Ω2.壓電式傳感器適用于測量（）。A.靜態(tài)力B.緩慢變化的力C.動態(tài)力D.所有類型的力3.采用一階測試系統(tǒng)測量100Hz的正弦信號，若要求幅值誤差不超過5%，則系統(tǒng)的時間常數(shù)τ應(yīng)滿足（已知一階系統(tǒng)幅頻特性A(ω)=1/√(1+(ωτ)2)）（）。A.τ≤0.0015sB.τ≤0.003sC.τ≤0.005sD.τ≤0.01s4.熱電偶的熱電勢由（）組成。A.接觸電勢和溫差電勢B.接觸電勢和參考端電勢C.溫差電勢和參考端電勢D.單一導(dǎo)體的溫差電勢5.數(shù)字信號處理中，若信號最高頻率為5kHz，為避免混疊，采樣頻率至少應(yīng)為（）。A.5kHzB.10kHzC.15kHzD.20kHz6.下列傳感器中，基于壓阻效應(yīng)工作的是（）。A.金屬應(yīng)變片B.半導(dǎo)體應(yīng)變片C.壓電陶瓷D.熱電偶7.測試系統(tǒng)的線性度是指（）。A.輸出與輸入成線性關(guān)系的程度B.多次測量輸出的一致性C.測量范圍的上限與下限之比D.輸出變化量與輸入變化量的比值8.用激光多普勒測速儀測量流體速度時，其基本原理是利用（）。A.多普勒頻移B.光電效應(yīng)C.熱電效應(yīng)D.壓阻效應(yīng)9.某測試系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)H(jω)=1/(1+jωτ)，則其相位特性φ(ω)為（）。A.-arctan(ωτ)B.arctan(ωτ)C.-arccot(ωτ)D.arccot(ωτ)10.測量誤差按性質(zhì)分類不包括（）。A.系統(tǒng)誤差B.隨機(jī)誤差C.粗大誤差D.絕對誤差二、填空題（每空1分，共20分）1.應(yīng)變片的溫度補償方法主要有______、______和______。2.壓電式傳感器的前置放大器有兩種形式：______和______，其中______更適合遠(yuǎn)距離傳輸。3.采樣定理指出，為了不失真地恢復(fù)原信號，采樣頻率f_s必須滿足______。4.測試系統(tǒng)的動態(tài)特性可以用______、______和______三種數(shù)學(xué)模型描述。5.熱電偶的基本定律包括______、______和______。6.數(shù)字濾波器按實現(xiàn)方式可分為______和______；按頻率特性可分為______、______、帶通和帶阻濾波器。7.測量誤差的表示方法有______和______，其中______更能反映測量的精度。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理及性能差異。2.為什么壓電式傳感器通常不用于靜態(tài)測量？如何擴(kuò)展其低頻響應(yīng)范圍？3.說明測試系統(tǒng)不失真測量的條件，并分析實際系統(tǒng)中可能導(dǎo)致失真的原因。4.對比模擬濾波器與數(shù)字濾波器的優(yōu)缺點，列舉兩種數(shù)字濾波器的設(shè)計方法。5.什么是系統(tǒng)誤差？如何減小或消除系統(tǒng)誤差？四、綜合分析題（每題15分，共30分）1.設(shè)計一個測量旋轉(zhuǎn)電機(jī)軸扭矩的測試系統(tǒng)，要求：（1）選擇合適的傳感器類型并說明理由；（2）畫出系統(tǒng)組成框圖（含信號調(diào)理、采集與處理環(huán)節(jié)）；（3）分析可能的干擾源及抑制措施。2.某振動測試系統(tǒng)的幅頻特性曲線如圖1所示（假設(shè)圖中橫坐標(biāo)為頻率f/Hz，縱坐標(biāo)為幅值增益A），已知被測信號包含50Hz、200Hz和500Hz三個頻率成分，幅值分別為2V、1V和0.5V。（1）判斷該系統(tǒng)對各頻率成分的幅值測量是否會產(chǎn)生失真；（2）若500Hz成分的測量幅值誤差要求不超過±2%，計算系統(tǒng)在該頻率點的增益允許范圍；（3）提出改進(jìn)系統(tǒng)幅頻特性的兩種方法。答案一、單項選擇題1.B（ΔR=K·R·ε=2×120×500×10??=0.12Ω）2.C（壓電式傳感器依賴電荷積累，靜態(tài)或緩慢變化力會導(dǎo)致電荷泄漏，故適用于動態(tài)測量）3.A（幅值誤差δ=(1-A(ω))/A(ω)≤5%，即A(ω)≥0.952。由1/√(1+(2π×100×τ)2)≥0.952，解得τ≤0.0015s）4.A（熱電偶熱電勢由兩種導(dǎo)體的接觸電勢和單一導(dǎo)體的溫差電勢組成）5.B（采樣頻率需≥2倍最高頻率，即2×5kHz=10kHz）6.B（半導(dǎo)體應(yīng)變片基于壓阻效應(yīng)，金屬應(yīng)變片基于應(yīng)變電阻效應(yīng)）7.A（線性度指輸出-輸入特性曲線與理想直線的偏離程度）8.A（激光多普勒測速利用流體中粒子散射光的多普勒頻移測量速度）9.A（一階系統(tǒng)相位特性為φ(ω)=-arctan(ωτ)）10.D（絕對誤差是誤差的表示方法，非按性質(zhì)分類）二、填空題1.單絲自補償法；雙絲組合補償法；橋路補償法（或溫度自補償應(yīng)變片、線路補償、環(huán)境控制等）2.電壓放大器；電荷放大器；電荷放大器（電荷放大器輸出受電纜電容影響?。?.f_s≥2f_max（f_max為信號最高頻率）4.微分方程；傳遞函數(shù)；頻率響應(yīng)函數(shù)5.中間導(dǎo)體定律；中間溫度定律；參考電極定律6.有限沖激響應(yīng)（FIR）；無限沖激響應(yīng)（IIR）；低通；高通7.絕對誤差；相對誤差；相對誤差（相對誤差反映誤差的相對大?。┤?、簡答題1.金屬應(yīng)變片基于應(yīng)變電阻效應(yīng)（金屬絲受拉時長度增加、截面積減小，導(dǎo)致電阻變化）；半導(dǎo)體應(yīng)變片基于壓阻效應(yīng)（半導(dǎo)體材料受應(yīng)力時電阻率變化）。性能差異：半導(dǎo)體應(yīng)變片靈敏度系數(shù)（約50-200）遠(yuǎn)高于金屬應(yīng)變片（約2），但溫度穩(wěn)定性差、非線性嚴(yán)重；金屬應(yīng)變片線性度好、溫度敏感性低，適用于高精度測量。2.壓電式傳感器的工作原理是基于壓電材料的壓電效應(yīng)（應(yīng)力→電荷），其等效電路為電荷源與電容并聯(lián)。靜態(tài)測量時，電荷會通過傳感器內(nèi)部泄漏電阻和后續(xù)電路輸入電阻緩慢泄漏，導(dǎo)致輸出信號衰減。擴(kuò)展低頻響應(yīng)的方法：采用高輸入阻抗的電荷放大器（減小泄漏電流）；增加傳感器并聯(lián)電容（延長電荷泄漏時間常數(shù)）；使用低頻響應(yīng)優(yōu)化的壓電材料（如新型弛豫鐵電材料）。3.不失真測量條件：幅頻特性為常數(shù)（A(ω)=A?），相頻特性為線性（φ(ω)=-t?ω，t?為延遲時間）。實際失真原因：幅頻特性不平坦（幅值失真）、相頻特性非線性（相位失真）；傳感器動態(tài)特性不足（如固有頻率低于被測信號最高頻率）；噪聲干擾導(dǎo)致信號畸變；信號調(diào)理電路（如放大器、濾波器）的非線性特性。4.模擬濾波器：優(yōu)點是實時性好、結(jié)構(gòu)簡單；缺點是參數(shù)調(diào)整困難、受溫度影響大、精度低。數(shù)字濾波器：優(yōu)點是參數(shù)可調(diào)、精度高、抗干擾強；缺點是需要模數(shù)轉(zhuǎn)換，存在延遲。設(shè)計方法：窗函數(shù)法（FIR濾波器）、雙線性變換法（IIR濾波器）。5.系統(tǒng)誤差是在相同條件下多次測量同一量時，誤差的絕對值和符號保持恒定或按某一規(guī)律變化的誤差。減小或消除方法：校準(zhǔn)儀器（用更高精度的標(biāo)準(zhǔn)器標(biāo)定）；修正測量結(jié)果（建立誤差模型并補償）；采用對稱測量法（如正反行程測量抵消線性系統(tǒng)誤差）；交換法（如電橋測量中交換被測件與標(biāo)準(zhǔn)件位置）。四、綜合分析題1.（1）傳感器選擇：旋轉(zhuǎn)軸扭矩測量常用電阻應(yīng)變式扭矩傳感器（如應(yīng)變片粘貼在軸表面，組成惠斯通電橋）或磁電式扭矩傳感器（利用磁阻變化測量扭矩）。選擇應(yīng)變式的理由：精度高（0.1%FS）、成本低、安裝方便；磁電式適合非接觸測量，適用于高速旋轉(zhuǎn)或惡劣環(huán)境。（2）系統(tǒng)框圖：扭矩傳感器→信號調(diào)理（橋路激勵、放大、濾波）→數(shù)據(jù)采集卡（A/D轉(zhuǎn)換）→計算機(jī)（數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲）。（3）干擾源及抑制：①電磁干擾（電機(jī)、電纜）：采用屏蔽電纜，接地；②溫度干擾（軸溫變化影響應(yīng)變片電阻）：使用溫度自補償應(yīng)變片或橋路補償；③機(jī)械振動（附加應(yīng)力）：加固安裝，增加減震墊；④噪聲（放大器固有噪聲）：采用低噪聲放大器，優(yōu)化濾波參數(shù)（如設(shè)置截止頻率為扭矩信號頻率的2倍）。2.（1）失真判斷：假設(shè)幅頻特性曲線在50Hz處增益A?=1.0（無失真），200Hz處A?=0.9（幅值衰減10%），500Hz處A?=0.7（幅值衰減30%）。由于各頻率成分的增益不一致，會導(dǎo)致幅值失真；若相頻特性非線性，還會導(dǎo)致相位失真。（2）500Hz成分的測量幅值誤差δ=(A測-A真)/A真≤±2%。設(shè)真實幅值為0.5V，測量幅值A(chǔ)