机械工程测试技术基础

绪论

1. 量是指现象、物体或物质可定性区别和定量确定的一种属性。量值是用数值和计量单位的乘积来表示的. 2. 测量是指以确定被测对象的量值为目的而进行的实验过程。测量中涉及实现单位统一和量值准确可靠被称为计量。测试是指具有试验性质的测量，或测量和试验的结合。 3. 一个完整的测量过程必定涉及到被测对象、计量单位、测量方法、测量误差，它们被称为测量四要素。

4. 如何确保量值的统一和准确？ 1）严格定义计量单位2）建立一整套制度和设备来保存、复现和传递单位。

5. 基准是用来保存、复现计量单位的计量器具。基准通常分为国家基准、副基准和工作基准三种等级。

6. 量值传递：通过对计量器具实施检定或校准，将国家基准所复现的计量单位经过各级计量标准传递到工作计量器具，以保证被测对象量值的准确和一致。 7. 工作计量器是指用于现场测量而不用于检定工作的计量器具。 8. 直接测量：指无需经过函数关系的计算，直接通过测量仪器得到被测值的测值。间接测量：指在直接测量的基础上，根据已知函数关系，计算出被测量的量值的测量。 9. 传感器的定义：能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

10.测量变换器是提供与输入量有给定关系的输出量的器件。传感器是第一级的测量变换。

11.漂移：测量器具的计量特性随时间的慢变化。

12.误差分类：（根据误差统计特征）系统误差、随机误差、粗大误差。一般粗大误差可以剔出。随机误差不可能被修正。

13.常用误差表示方法：绝对误差、相对误差、引用误差、分贝误差。 14.描述测量结果可信程度的规范化术语有：测量精密度、测量正确度、测量准确度（精确度）和测量不确定度。

15.测量精密度：测量结果中随机误差大小的程度。测量正确度:测量结果中系统误差大小的程度。测量准确度（精确度）：测量结果和被测量真值之间的一致程度。测量不确定度：对被测量真值不能肯定的误差范围的一种评定。 16.完整的测量结果不仅应包括被测量的量值还应包括它的不确定度。测量结果=样本平均值±不确定度。

17.测量仪器误差：测量仪器的示值误差、基本误差、允许误差、测量器具的准确度、测量器具的重复性和重复性误差、回程误差、误差曲线、校准曲线。 第一章

1.为了确定变量间的相互关系，测量数据的常用表达方式有图形、表格 、表达式、和电信号

2．信号：一切运动或状态的变化，信号包含着信息。信息：信号的具体内容，通常反映一个物理系统的状态和特征。 3．静动态实验数据比较（定义）：静态测量被测对象是静态量值，单次测量结果是具体数据，n次重复测量结果是随机变量（一组具体数值）。动态测量被测对象是随时间或空间而连续变化的动态量值，单次测量结果是具体函数，n次重复测量结果是随机函数（一组具体函数）静态测量是指不随时间变化的物理量的测量，动态测量是指随时间变化的物理量的测量。

4.信号分类：确定性信号与随机信号、连续信号和离散信号 5.

6.连续信号与离散信号。连续（时间）信号：在连续的时间范围内有定义的信号。离散（时间）信号：在一些离散的瞬间才有定义的信号。

7.信号时域描述：直接观测或记录到的信号，一般是以时间为变量的，称为信号的时域描述。信号时域描述能反映信号幅值随时间变化关系。 8.信号时域描述直观地反映出信号瞬时值随时间变化的情况；频域描述反映信号频率组成及其幅值相角之大小。 9.三角函数形式与指数形式之间的关系：复指数函数形式频谱为双边谱，ω从−∞

22an到∞，三角函数形式频谱为双边谱，ωb从0A到∞。两种频谱各谐波幅值在量值有确定关ncncnn22系：

双边幅频谱为偶函数，双边相频谱为奇函数 10.一般周期函数按照傅里叶级数复指数函数展开形式展开后，其实频谱总是偶对称，虚频谱总是奇对称。

11.周期信号频谱具有三个特点：离散性、衰减性、谐波性

12.周期信号的强度峰值xp 、绝对均值μ|x|、有效值xrms和平均功率x2rms 13.工程信号一般由确定信号和随机信号组成，（举列）如振动、和 噪声等。 14.信号在频域中的特征可以采用实频曲线、虚频曲线、单边谱曲线、双边谱曲线等谱图来描述。

第二章

确2.

1.

测量装置的性能要求：静态特性、动态特性、负载特性、抗干扰性。 静态测量：（三个特性指标）静态特性、负载效应和抗干扰特性。动态测量：（4

个特性指标）静态特性、动态特性、负载效应和抗干扰特性。 3.线性度：测量装置输入，输出之间关系与理想比例关系(理想直线关系)的偏离程度。 4.灵敏度：传感器的静态特性中，输出量的变化量与引起此变化的输入量的变化量之比。灵敏度是有量纲的，其量纲为输出量的量纲与输入量的量纲之比。 5.回程误差（迟滞）：描述测量装置的同输入变化方向有关的输出特性。 6.分辨力：引起测量装置的输出值产生一个可察觉变化的最小输入量变化值。分辨力通常表示它与可能输入范围之比的百分数。

7.在规定条件下，对一个恒定的输入在规定时间内的输出变化称为点漂，而在标称范围最低值处的点漂，称为零点漂移。（测量装置的输出零点偏离原始零点的距离）。 8.动态特性的数学描述：传递函数 ，频率响应函数，线性微分方程。

9. 幅频特性：定常线性系统在简谐信号的激励下，其稳态输出信号和输入信号的幅值比。

10.相频特性：稳态输出对输入的相位差。相频特性表达式中的负号表示输出信号 滞后输入信号。

11.脉冲响应函数：课本第51页。脉冲响应函数可视为系统特性的时域描述

n12.串联： 并联： H(f)Hi(f)H(f)Hi(f)i1i1则系统以较短时间15.阻尼比取在~之间，（大约（5-7）/ωn）进入稳态值相差±（2%−

n5%）的范围内。这也是很多装置阻尼比选在这区间的理由之一。

16.如果A(ω)不等于常数，引起的失真称为幅值失真。若φ(ω)与ω不成线性关系引起的失真称为相位失真。

17.输出波形不失真条件： A(ω)=A0=常数 φ(ω)=-t0ω

18. 对于一个物理系统，系统的输出信号在时间上一般滞后于输入信号，这种在时间上的不同步现象及其严重程度是由系统的相频特性所决定的。 19.若周期信号x(t)的周期为T，则其基频为 1/T 。

第三章

1.电阻应变式传感器的作用是把材料的应变（变形）转换成电阻的相对变化。 2.电阻应变片传感器分为金属电阻应变片式与半导体式应变式。

3.电容式传感器根据测量原理可分为三种类型：变间隙型 、变面积型和变介电常数型 4.压电式传感器：基于压电效应工作，不适用于静态测量。

5.压电效应：某些物质当受到外力作用时，不仅几何尺寸发生变化，而且内部极化，表面上有电荷出现形成电场。当外力去除后又重新恢复到原来状态。（可逆） 6. 7.

压电式传感器输出电荷q很少，内阻Ra很大，输出信号很弱小，因此要进行处理

电压放大电路特点：（1）对外接电缆要求高；（2）电路简单；（3）造价低。

需要用到前置放大电路。前置放大电路用途：放大微弱的压电信号，进行阻抗匹配。 8.前置放大电路形式：电压放大器、电荷放大器、ICP调理器（供电） 9.

电荷放大电路特点：（1）与电缆无关，接线可任选；（2）电路复杂（3）价格昂贵。 10.并联时传感器的电容量大、输出电荷量大、时间常数也大，故这种传感器适用于测量缓变信号及电荷量输出信号。

11.串联时响应快、输出电压大，故这种传感器适用于测量以电压作输出的信号和频率较高的信号。

12.传感器选用原则：124页（见简答题）

第四章

R1R3R2R41. uyu0(RR)(RR)12342.若相邻两桥臂电阻同向变化，所产生的输出电压的变化将相互抵消。 uRRRR若相邻两桥臂电阻反相变化，所产生的输出电压变化相互迭加。 uy0(1234)4RRRR第五章

1.流程图 2一个有限带信号的正频率谱在0≤ f ≤ fm范围内，则采样频率fs必须满足条件：

12fm称为Nyquist频率，相应采样间隔 其中最低采样频率 fsminfs2fm或t1fs为折叠频率。 12fm采样间隔， t为NyquistfNfsmin2t2第七章.

1.机械振动是指物体在 平衡（或平均） 位置附近所作的往复运动。

2.描述振动强烈程度的量主要有峰值、有效值和平均值，动烈度实质是速度的有效值 。 3.第190页图7-3

4. 惯性式振动传感器（k-m-c系统）具有二阶环节的频响特性

5.压电加速度计安装：1.铜螺栓，固有频率31KHz 2.绝缘螺栓，固有频率28KHz 3.永久磁铁，固有频率7KHz 4.探头，固有频率2KHz 5.薄蜡层粘结，固有频率28KHz 6.粘结剂，固有频率10KHz左右

对于不同安装方式的振动传感器，当其固有频率越高时，满足线性变化频率范围越大，即所能测量的振动频率范围越宽。

第九章

1.

提高应变测量精度的措施：1）选择合适的仪器并进行准确的定度.2）消除导

线电阻引起的影响。3）减小漂移4）温度补偿影响。5）温度补偿法.6） 减少贴片的误差7）力求应变片实际工作条件和额定条件一致 2.

测点的选择

目标：以最少的测点达到足够真实地反映结构受力状态。

注意点：1）.预先确定危险截面及危险位置2).应力集中部位应适当多布置一些测点3）.均布测点在难以确定的最大应力点区域4).充分利用结构和载荷的对称性 设置监测点。

简答题

1．Fourier变换的主要思想是什么？

答：把复杂的时域波形，经FT分解成若干单一的谐波分量来研究，从而获得信号的频率结构以及各谐波幅值和相位信息。 2.静态测量和动态测量的区别？

答：静态测量特点是被测量值可以认为是恒定的；动态测量特点是被测量值是随时间而变化的。

3.试说明一阶系统中时间常数τ越小越好的原因？

答：一阶系统中时间常数τ越小，系统响应越快，且满足于测试不失真条件的频带也越宽。

4.振动传感器不同的安装方式对测量有何影响？

答：对于不同安装方式的振动传感器，当其固有频率越高时，其满足线性变化的频率范围越大，即所能测量的振动频率范围越宽。 5. 试说明二阶系统阻尼比多采用的主要原因？

答：对二阶系统，当阻尼比在时，系统以较短时间进入和稳态值相差(2%5%)的范围内，且可获得较为合适的幅频特性和相频特性的，即幅值和相位失真小。 6.传感器的选用原则？

答：（1） 灵敏度：越高越好，但过高的灵敏度会缩小其适用的测量范围； （2）响应特性：在所测频率范围内满足不失真测量条件；

（3）线性范围：线性范围越宽，则表明传感器的工作量程越大。传感器工作在线性区域内，是保证测量精确度的基本条件；

（4）可靠性：指仪器、装置等产品在规定的条件下，在规定的时间内完成规定功能的能力。它是传感器和一切测量装置的生命。

（5）精确度：传感器的输出与被测量真值一致的程度。它对整个测试系统具有直接影响。在实际应用中应该结合其经济性来综合选用传感器；

（6）测量方式：在实际条件下的工作方式。它是选用传感器时应考虑的重要因素。工作方式不同对传感器的要求也不同。

（7）其它 结构简单、体积小、重量轻、价格便宜、易于维修、易于更换。

计算公式：

第12，13页：标准偏差、算术平均值等。 第22页：三角函数展开公式

第25页：均值，均方根值，有效值平方等 第52页：一阶系统各种公式。 第页：二阶系统各种公式。