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济南大学2010～2011学年第2学期课程考试试卷（A 卷）
课 程测试技术 授课教师 宋方臻、苏东宁、邵海燕、马玉真 考试时间 2011年 6月15日 考试班级 学 号 姓 名 题号 一 二 三 四 五 六 总 分 得分 一、分析题（共25分） 如图1所示，由电容传感器、电容测微仪、测微台架组成的位移测量系统中，电容传感器的测量范围如图2所示，请回答以下问题： 传感器 被测面 量程H
m h μ150max = m h μ50min =
图1 电容测量系统组成 图2 电容传感器的测量范围 （1）根据电容传感器与被测表面的相对位置关系，说明电容传感器的测量方式。

答： （2）写出电容传感器的电容与极距h 的关系，说明传感器的测量范围与量程。

答： （3）在h 由50um 到150um 变化的过程中，将电容传感器的电容随位移（或极距）变化的关系在下图中绘出(定性表示)，并说明该传感器的输出与输入之间是否具有线性关系，灵敏度是否为常数？
答： （4）电容测微仪即是电容传感器的测量放大电路，其输出为电压信号。

根据学习的理论知识，说明可能采取的测量电路，画出电路简图，并写出 系统的输出电压与被测位移量之间的关系式。

答： （5）在h 由50um 到150um 变化的过程中，将测微仪的输出电压（以 直流形式表示）随位移（或极距）变化的关系在下图中绘出(定性表示)， 并说明该测量系统的输出与输入之间是否具有线性关系？
得 分 阅卷人 …………………………………………装…………………………订…………………………线……………………………………
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50 h(um) C(F)
70 90 130 110 150
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答：
二、计算题（共25分） 如图所示，在一个悬臂梁上、下表面各粘贴了两个阻值为Ω=120R 、灵敏度2=g S 的金属电阻应变片，当在梁的末端施加一个恒定的力F 时，梁发生应变。

其主视图和俯视图如图3所示。

其中，R 1与R 3在上表面，R 2与R 4在下表面。

图3 悬臂梁的结构简图 （1）将以上四个应变片接成全桥电桥，假设直流供桥电源为5V ，并假设负载电阻无穷大，当应变片的应变为με2000时，求出此时电桥的输出电压，并画出直流电桥的电路图。

解：
（2）某同学将上面的两个应变片串联相接作为一个桥臂的电阻，下面 的两个应变片串联相接作为相邻的一个桥臂的电阻，其余两个桥臂接固定 电阻，阻值为Ω=120R ，从而形成半桥电路，画图表示该电桥，并计算分 析其灵敏度与第一小题中的灵敏度有什么不同？
解：
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（3）若用图3中的电阻应变片接成交流电桥的全桥，并在悬臂梁的末端加交变
激振力，采用交流激励电压t t u 10002cos )(0•=π，当应变片的应变为t t 102cos 410)(•+=πε时，求电桥输出电压)(t u y 。

解： （4）按照要求在下图中画出激励电压)(0t u 、应变)(t ε、电桥输出)(t u y 三个信号的频谱。

（5
）若对以上交流电桥的输出)(t u y 进行同步解调，则需要与 Hz
的信号相乘，解调后，若采用一理想滤波器进行滤波，那么该滤波器的截止
频率至少为 Hz 。

三、实验题（共25分） （1）如图4所示，用手持脉冲锤敲击悬臂梁产生脉冲激励。

激振力
的幅值由脉冲锤上的力传感器与电荷放大器测出。

加速度传感器，电荷放 大器测量梁的响应。

力信号和响应信号同时送到信号处理设备，经处理后 便获得所需的数据，用来测量悬臂梁的动态特性。

图4 脉冲激振实验框图
同样，稳态正弦激振的实验框图如图5所示，也可以用来测量悬臂梁的
图5 稳态正弦激振实验框图
根据图5的实验过程和图4的理论分析，详细说明两种测量方法是 …
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如何获取悬臂梁的动态特性参数的？ 答：
（2）在图5的测量过程中，保持激振力恒定，由低频段向高频段逐次 改变激振频率，可以得到悬臂梁的一阶、二阶、三阶共振波形，若各阶固有 频率约为30Hz 、180Hz 、500Hz ，在以下坐标图中画出波形的大概变化规律。

（3）在图5的实验装置中，若信号发生器产生的正弦信号的频率、 幅值稳定，但初始相位角为随机变量，在悬臂梁的响应信号中却可能
包含一定的干扰信号，其频率成分与信号源的频率并不相同，试结合理 论推导，分析采用什么方法可以把测量获得的信号中的干扰去掉，从而 获得真正由正弦激励信号引起的响应？ 答：
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四、综合题（共25分） （1）如图6所示，分别采用涡电流传感器和电容传感器对回转轴 的转速进行测量，分析二者的测量原理以及在测量过程中信号的变化 规律。

图6 回转轴转速的测量 答：
（2）若对一个光滑的金属材料回转轴进行测量，如图7所示，是否
可以达到转速测量的目的？如果不可以，说明原因，如果可以，请根据 信号的变化规律进行分析。

图7 光滑回转轴的转速测量 答：
得 分 阅卷人 电涡流传感器 电容传感器
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（3）对于一个时不变线性系统，输入为某一频率0ω的正弦信号时，其稳态输出信号的频率应该为（ ）。

（4）已知带通滤波器的上截止频率Hz f c 402=，下截止频率Hz f c 101=，那么该滤 波器的中心频率0f =（ ）Hz 。

（5）调幅是将低频的被测信号与一个高频的载波信号相乘，使高频信号的（ ）随被测信号的变化而变化。

（6）变阻器式传感器的分辨力由于受到电阻丝直径的限制,一般不高，很难小于（ ）m μ。

（7）方波信号与其通过某一滤波器后的输出信号见下图，那么该滤波器可能是（ ）滤波器。

（a ）输入信号 (b) 输出信号 ……………答……………题……………不……………要……………超……………过……………此……………线………………
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