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机械工程测试技术-课后作业

来源：尚车旅游网

机械工程测试技术-课后作业

第一次作业

1、 P126 3-3 试举出你所熟悉的5种传感器，并说明它们的变换原理。

2、下图是使用三根引线引入应变片，从而消除引线的影响。分析原理。

解：

3、讨论下图电路采用差动结构后如何：改善系统的线性；减轻温度等干扰的影响；提高检测系统的灵敏度。 re 应变带来的电阻变化 rt温度带来的电阻变化

解：

第二次作业

1、举例说明传感器采用差动式结构的优点。解：要举例说明

2、试述电涡流传感器的工作原理。说明如何使用相敏检波电路进行检测及使用相敏检波的优缺点。

解：电涡流传感器是利用电涡流效应原理，将位移等非电量转换为阻抗的变化（或电感的变化，或Q值的变化），从而进行非电量电测的。一个通有交变电流的线圈，由于电流的变化，在线圈周围就产生一个交变磁场H1，当被测导体置于该磁场范围之内，被测导体内便产生电涡流，电涡流也将产生一个新磁场H2， H2与H1方向相反，因而抵消部分原磁场，从而导致线圈的电感量、阻抗和品质因数发生改变。

3、电容传感器有哪些优缺点？答：

电容式传感器的优点：（1）输入能量小而灵敏度高

（2）精度高达0.01%。

（3）动态特性好，适合测量动态参数。（4）能量损耗小。

（5）结构简单，环境适应性好（高温、辐射等）缺点：电缆分布电容影响大，集成电路、双屏蔽传输电缆等——降低分布电容的影响。

第三次作业

1、什么是压电效应？什么是逆压电效应？答：某些物质，如石英，受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部会被极化，表面产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。

压电效应是可逆的，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。

2、什么是电荷放大器？它有哪些特点？答：

电荷放大器是一个带电容负反馈的高输入阻抗，高增益的放大器，是压电式传感器的一种专用前置放大器。能将高内阻的电荷源转变为低内阻的电压源。特点：

理想情况下：电荷放大器的输出电压只与反馈电容的大小、压电体产生的电荷量有关，而与压电体的电容、电缆的电容等无关。高阻抗变低阻抗输出；

输入电压与输入电荷成正比，信噪比高；频带宽，电缆长度变化引起的电容变化，不影响测量灵敏度。

作业存在问题：

1、基本都没给出等效电路图和推导过程 2、特点这一块，有些属于乱凑：

a、具有电压输出功能，使仪器可以配装电压输

出型传感器；

b、具有一次积分功能，配接压电加速度传感器，除了测量加速度外，还可测速度，配接速度传感器，除了测速度，还可测位移。。。（本身就是测位移的）

c、体积小，重量轻，稳定可靠。。。

3、为什么压电传感器不能测量静态量？压电传感器的频率上限和下限主要由什么决定？答：理论上来讲，如果施加在晶片上的外力不变，积聚在极板上的电荷无内部泄漏，外电路负载无穷大，那么在外力作用期间，电荷量将始终保持不变。但这是不存在的,漏电阻会很快泄放掉其上的电荷。所以，这类传感器不能用于静态测量。

【存在最主要的问题：很多同学写着压力传感器只有在动态时才有信号输出，静态时，不管受力与否，压力值多大，都没信号输出，所以不能测静态量。。。。这肯定是属于没有认真思考的】

(1) 频率下限

压电传感器的低频响应不好。主要是受到泄漏电阻（传感器本身与放大器输入电阻）的影响。传感器的低频响应可以很低，但就是不能为零(DC)； (2) 频率上限

压电传感器的频率上限由传感器本身的固有频率限制，一般应为固有频率的三分之一以下。

第四次作业E(t ,t)EAB0AB(t,tn)EAB(tn,t0)1、理论推导：

答：

2、精密仪器中如何避免热电偶效应带来的影响，可采取哪些措施。

答：在精密仪器中，热电偶效应是非常重要的一个需要考虑的内容。每度几十个微伏的热电势在有些情况下会带来很大的测量误差。

由于温度的变化一般是缓变的，因此可以用电容把这一直流变化的量给去除。当然，这里的前提是有用信号必须是快变的。

当有用信号也是慢变的时候，可以使用斩波的方法把它加载到高频分量上，从而与温度的变化区分开来。

在设计电路时，还可通过减小温度差、恒温、使用热电势小的导体对来减小热电势的影响。

3、太阳能电池的光接收面正对着太阳具有最大的效率，设计一个使用四象限PSD进行太阳位置追踪的系统，使太阳电池板始终对着太阳。

答题要点：首先给出PSD的工作原理分析，然后设计出追踪框图，并给出相应的分析介绍。

存在问题： PSD原理分析不清；未给出控制框图。

第五次作业

1、如何设置霍尔元件能实现既能测速又能判断转动方向？请简单说明。

作业中存在的问题：就是写的比较简单，直接说采用相位差来实现辨向，但真正的实现还要考虑一些东西，比如圆盘上的贴的磁铁从两个霍尔元件中间启动。

2、有一批涡轮机叶片，需要检测是否有裂纹，请举出两种以上方法，并阐明所用传感器的工作原理。答：

（1）超声波探测（2）振动信号频谱分析

（3）涡流传感器霍尔元件等对标准件和待测件进行对比分析探测

作业中存在的问题：都提到了红外测温探测，但内部裂纹还是很难探测的，毕竟温度分布没有那

么不均，对红外热像仪的分辨率要求太高。只有两三个同学提到了超声探伤

第六次作业:

1、将书中整流检波的某一过程分析清楚。作业中存在的问题：个别同学没有画图；另外可能直接抄书的，不确定是否理解透彻

第七次作业

1、利用滤波器设计软件filter solution，设计一个三阶butterworth滤波器，带通的，50kHz~150kHz，分别给出无源和有源的电路原理图，并画出幅频特性。

第八次作业

1、详细描述模拟信号到数字信号处理过程中时域与频域的变化过程，并给出步骤中可能会引起信号失真的问题。

第九次作业

课本P175

5-2 假定有一个信号x(t)，它由两个频率、相角均不相等的余弦函数叠加而成。其数学表达式为：x(t)Asin(t1112)A2sin(2t22)，求该信号的自