检测第一次作业--第六组

第一章 1 1 测量就是借助于一定的仪器或设备 采用一定的方法和手段 对被测对象 获取表征其特征的定量信息的过程 是以确定被测对象的量值为目的全部操作 答 测量过程的三要素 测量单位 测量方法 测量装置 1 2 测量方法是指人们认识自然界事物的一种手段 例如 要知道某块金属的 质量 可以用天平这种仪器来测量 而天平就是一种测量质量的方法 答 测量方法的分类和各自的特点 1 按测量的手段可分为直接测量和间接测量 直接测量 在使用仪表进行测量时 对仪表读数不需要经过任何运算 就 能直接表示测量所需要的结果 直接测量过程简单 迅速 缺点在于测量准确 度往往不高 间接测量 某些被测量的量值不能通过直接测量获取 在对这类被测量进行 测量时 首先应对与被测量有确定的函数关系的几个量进行直接测量 然后将 测量结果代入函关系式 经过计算得到所需要的结果 2 按测量敏感元件是否与被测介质接触 可分为接触式测量和非接触式 测量 接触式测量 在测量过程中 检测仪表的敏感元件或传感器与被测介质直接 接触 感受被测介质的作用 这种测量方法为接触式测量 接触式测量比较直 观 可靠 但传感器会对被测介质引起干扰 造成测量误差 非接触式测量 在测量过程中 检测仪表的敏感元件或传感器不直接与被测 介质接触 而是采用间接方式来感受测量的作用 非接触式测量在测量时不干 扰被测介质 适于对运动对象 腐蚀性介质及在危险场合下的参数测量 3 按测量的方式 可分为偏差法测量 零位法测量和微差法测量 偏差法测量 以检测仪表指针相对于刻度起始线的偏移量的大小来确定被测 量值的大小 偏差法测量过程简单 迅速 但是当偏移量较大时 测量误差也 会增大 零位法测量 被测量和已知标准量都作用在测量装置的平衡机构上 根据指 零机构示值为零来确定测量装置达到平衡 此时被测量的量值就等于已知标准 量的量值 零位法测量精度较高 但在测量过程中需要调整标准量以达到平衡 微差法测量 微差法测量是偏差法测量和零位法测量的组合 甩已知标准量 的作用去抵消被测量的大部分作用 再用偏差法来测量被测量与已知标准量的 差值 微差法测量的测量精度高 反应也比较快 比较适合于在线控制参数的 检测 4 按测量系统是否向被测对象施加能量 可分为主动式测量和被动式测 量 主动式测量 测量过程中 需从外部辅助向被测对象施加能量 主动式测量 不破坏被测对象的物理状态 往往可以取得较强的信号 但测量装置的结构一 般比较复杂 被动式测量 测量过程中 无须从外部向被测对象施加能量 被动式测量的 测量装置一般比较简单 但对被测对象的物理状态有一定的影响 所取得的信 号较弱 1 3 组成检测系统的基本环节有哪些 答 开环型结构检测系统的基本环节有 检测环节 放大环节和显示记录环节 平衡闭环型结构检测系统的基本环节有 前向环节和负反馈环节 其中 前向 环节包括 检测环节 变换器和放大环节及校正环节 负反馈环节由反向变换 器及校正环节组成 1 4 什么是传感器 它由哪几个部分组成 分别起到什么作用 答 传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的 便 于应用的某种物理量的测量装置 能完成检测任务 传感器由敏感元件 转换 元件 转换电路组成 敏感元件是直接感受被测量 并输出与被测量成确定关 系的物理量 转换元件把敏感元件的输出作为它的输入 转换成电路参量 上 述电路参数接入基本转换电路 便可转换成电量输出 1 5 传感器技术的发展动向表现在哪几个方面 答 1 开发新的敏感 传感材料 在发现力 热 光 磁 气体等物理量都 会使半导体硅材料的性能改变 从而制成力敏 热敏 光敏 磁敏和气敏等敏 感元件后 寻找发现具有新原理 新效应的敏感元件和传感元件 2 开发研制新型传感器及组成新型测试系统 MEMS 技术要求研制微型传感器 如用于微型侦察机的 CCD 传感器 用于 管道爬壁机器人的力敏 视觉传感器 研制仿生传感器 研制海洋探测用 传感器 研制成分分析用传感器 研制微弱信号检测传感器 3 研究新一代的智能化传感器及测试系统 如电子血压计 智能水 电 煤气 热量表 它们的特点是传感器与微型计算机有机结合 构成智能传感器 系统功能最大程度地用软件实现 4 传感器发展集成化 固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发 展 为传感器集成化开辟了广阔的前景 5 多功能与多参数传感器的研究 如同时检测压力 温度和液位的传感 器已逐步走向市场 1 6 请使用泰勒级数展开法推导传感器差动结构的输出式 1 6 uUxXfYA u u UXf x x UXf UXfYA 2 22 2 2 2 2 2 1 u UXf ux ux UXf x x UXf uUxXfYB u u UXf x x UXf UXfYB 2 22 2 2 2 2 2 1 u UXf ux ux UXf x x UXf ux ux UXf x x UXf YY BA 2 2 2 第二章 2 1 测量误差的表示方法有哪些 答 绝对误差 x A 相对误差 100 A 100 引用误差 m m 100 2 2 测量误差的来源及分类有哪些 答 系统误差 随机误差 粗大误差 2 3 消除系统误差的方法有哪些 答 1 减小恒值系统误差的方法 替代法 交换法 抵消法 2 减小线性系统误差的方法 3 采用半周期法减小周期性误差系统 2 4 用测量范围为 50 150 kPa 的压力传感器测量 140 kPa 压力时 传感器测 得示值为 142kPa 求该示值的绝对误差 实际相对误差和引用误差 答 1 绝对误差 x 142 140 2 kPa 实际相对误差 2 140 1 43 引用误差 B 2 150 50 1 m 2 5 压力传感器测量砝码数据如下表 试分析该组测量中是否存在系统误差 M g012345 正向测量值 mV 01 522 533 5 反向测量值 mV 00 5122 53 5 答 由残余误差观察法得下表 M g012345 x 011 52 252 753 5 正向残差 00 50 50 250 250 负向残差 0 0 5 0 5 0 25 0 250 所以得出 残余误差大体上正负相同 无显著变化规律 无系统误差存在 2 6 用卡尺等精度测量某工件的厚度 10 次 卡尺测量的标准偏差未知 并确 认测量已排除系统误差 测得值为 1 33 1 36 1 41 1 40 1 38 1 39 1 35 1 34 1 49 1 37mm 若取 定置信概率 P 0 95 试用格罗布斯准则判断测量结果中是否存在坏值 若有坏 值 则将坏值剔除后写出测量结果 答 将测量值的残差和残差平方和列入表 2 3 经计算可得 测量列的算术平均值为 10 1 10 1 382 残差平方和为 0 019 10 1 2 10 1 2 2 由贝塞尔公式得测量列标准差为 0 0459 1 1 1 2 10 1 2 9 取定置信水平 根据测量次数 n 10 查表 2 2 得格罗布斯临界系数 0 05 2 18 计算格罗布斯鉴别值 0 10 0 05 0 2 18 0 0459 0 1003 将表 2 3 中绝对值最大的残余误差与格罗布斯鉴别值比较 由于 故判定为粗大误差 为坏值应剔除 重新计算各测 9 0 108 0 1003 9 9 量值的 及 并填入表 2 3 2 i 1 2 1 2 2 2 2 2 11 33 0 052 0 002704 0 040 0016 21 36 0 025 0 000625 0 010 0001 31 41 0 028 0 000784 0 040 0016 41 40 0 018 0 000324 0 030 0009 51 38 0 002 0 000004 0 010 0001 61 39 0 002 0 000004 0 020 0004 71 35 0 032 0 001024 0 020 0004 81 34 0 042 0 001764 0 030 0009 91 49 0 108 0 011664 101 37 0 012 0 00014400 重新计算测量的算术平均值为 1 1 12 33 9 1 37 重新计算标准差为 0 0274 1 1 1 2 9 1 1 8 取定置信水平 根据测量次数 n 10 查表 2 2 得出相应的格罗布斯 0 05 临界系数 2 11 计算格罗布斯鉴别值 0 9 0 05 0 2 11 0 0274 0 0578 将各测量值的残余误差 与格罗布斯鉴别值相比较 所有残差误差 的绝对值均 小于格罗布斯鉴别值 故已无坏值 2 7 用量程为 150mm 的游标卡尺测量一个钢球的直径 10 次 已知仪器最小分 度值为 0 02mm 仪器的最大允差mm 测量数据见表 2 7 仪 0 02 表 2 7 次数 12345678910 D mm3 323 343 363 303 343 383 303 323 343 36 答 均值 3 336 3 32 3 34 3 36 3 34 3 36 10 标准差 1 1 1 2 0 263 A 类的标准不确定度 0 008319 1 1 1 2 B 类的标准不确定度 示值误差的区间半宽度 0 06133 0 02 0 02 3 336 0 02 0 02 150 0 035 0 06133 1 732 合成不确定度 0 06189 1 2 8 在对量程为 10MPa 的压力传感器进行标定时 传感器输出电压值与压力值 之间的关系见表 2 8 请简述最小二乘法准则的几何意义 并分析下列电压 压 力直线中哪一条最符合最小二乘法准则 可使用计算机辅助进行计算 表 2 8 测量次数 I 12345 压力 245810 电压 10 04620 09030 15540 12550 074 y 5 00 x 1 05 y 7 00 x 0 07 y 50 00 x 10 30 y 5 00 x 1 00 y 5 00 x 0 08 答 1 最小二乘法的意义是 拟合直线精度高即误差小 2 利用 mathematica 科学计算软件可以利用上表数据画出下图 整理知 符合最小二乘法准则 2 9 信号分析与处理的根本目的是什么 答 信号中包含着信息 是信息的载体和具体表现形式 信息需转化为传输媒 质能够接受的信号形式方能传播 通过对信号的分析处理后才能提取信息 2 10 信号的分类有哪几种 答 1 确定性信号 1 周期信号 2 非周期信号 2 非确定性信号 随机信号 3 连续时间信号 4 离散时间信号 2 11 周期信号频谱的特点有哪些 与非周期信号的频谱有何区别 答 特点 1 离散性 指频谱由频率离散而不连续的谱线组成 这种频谱称 为离散频谱或线谱 2 谐波性 指各次谐波分量的频率都是基波频率的整数倍 而且 T 2 相邻谐波的频率间隔是均匀的 即谱线在频率轴上的位置是的整数倍 3 收敛性 指谱线幅度随 n而衰减到零 因此这种频谱具有收敛性 或衰减性 区别 周期信号和非周期信号频谱反映的都是信号所包含的频率分量的幅 度和相位随频率变化的情况 但前者频谱是离散的 因为周期信号的频率分量 的频率只能是基频的整数倍 而非周期信号的频率分量包含了所有的频率 2 12 随机信号的数学描述方法有哪些 答 1 幅值域描述 均值 均方值 方差 概率密度函数等 2 时域描述 自相关函数 互相关函数 3 频域描述 自功率谱密度函数 互功率谱密度函数 2 13 相关函数在工程中有哪些应用 请