在机械工程领域，测试技术是确保设备性能、质量控制以及系统稳定运行的重要手段。《机械工程测试技术基础》作为一门核心课程，涵盖了信号分析、传感器原理、数据采集与处理等内容。为了帮助学习者更好地掌握相关知识，以下是一些典型的练习题及其详细解答，便于理解与复习。

一、选择题

1. 在机械振动测试中，常用的传感器类型是：

A. 光电传感器

B. 应变片

C. 加速度计

D. 温度传感器

答案：C

解析：加速度计能够直接测量物体的加速度，常用于振动和冲击测试中，是机械系统动态特性分析的关键工具。

2. 下列哪种信号不属于周期信号？

A. 正弦波

B. 方波

C. 随机噪声

D. 三角波

答案：C

解析：周期信号是指在一定时间间隔内重复出现的信号，如正弦波、方波、三角波等。而随机噪声不具备周期性特征。

二、填空题

1. 传感器的灵敏度是指其输出信号变化量与输入物理量变化量之间的______。

答案：比值

2. 在信号采集中，为了避免频率混叠现象，通常需要使用______滤波器对信号进行预处理。

答案：低通

三、简答题

1. 简述什么是信号的频域分析，并说明其在机械工程中的应用。

答：信号的频域分析是将时域信号转换为频率成分的表示方式，通过傅里叶变换实现。它能揭示信号中不同频率成分的分布情况，广泛应用于故障诊断、振动分析和噪声控制等领域，有助于识别异常频率成分，判断设备运行状态。

2. 说明应变片的工作原理及主要用途。

答：应变片是一种电阻式传感器，其工作原理基于金属导体的电阻随形变而变化的特性。当被测物体发生形变时，应变片的电阻值随之改变，通过测量电阻变化可推算出应变值。主要用于测量结构件的应力、应变以及力、扭矩等参数。

四、计算题

某设备在运行过程中产生一个正弦波信号，其峰值为5V，频率为100Hz，试求其有效值（RMS）和角频率ω。

解：

- 有效值 = 峰值 / √2 = 5 / 1.414 ≈ 3.536 V

- 角频率ω = 2πf = 2 × 3.14 × 100 = 628 rad/s

五、综合题

某工厂拟对一台机床的主轴进行振动测试，要求检测其在不同转速下的振动特性。请设计一个基本的测试方案，并说明所使用的传感器类型及数据处理方法。

答：

1. 测试方案设计：

- 使用加速度传感器安装在主轴附近，以监测其振动加速度；

- 调整主轴转速，分别记录不同转速下的振动信号；

- 利用数据采集系统对信号进行实时采集与存储。

2. 传感器类型：

- 加速度计（如压电式或电容式），适用于高频振动测量。

3. 数据处理方法：

- 对原始信号进行滤波，去除噪声干扰；

- 进行FFT变换，分析各频率分量；

- 绘制频谱图，识别主要振动频率及其幅值，判断是否存在异常。

通过以上习题的练习，可以加深对机械工程测试技术的理解，提升实际问题的分析与解决能力。希望这些内容能为学习者提供有效的参考与帮助。