武汉理工大学-现代检测理论与技术网课题目和答案

第一讲：1、传感器是一种将特定的被测信号按照一定的规律转换为可用输出信号的装置，它主要由敏感元件和转换元件组成。2、基本型现代检测系统一般包括传感器、信号处理、数据采集、计算机、输出显示等五部分。3、传感器技术发展趋势及重点研究开发主要体现在高精确度、小型化、集成化、多功能化、智能化等方面。4、检测技术的发展主要体现在①不断拓展测量范围，努力提高检测精度和可靠性②传感器逐渐向集成化、组合式、数字化方向发展③重视非接触式检测技术研究④检测系统智能化等方面。5、一个完整的检测过程包括信息数据采集、信号处理、信号传输、信号记录、信号显示等方面。6、现代检测系统的基本结构大致可分为智能仪器、个人仪器和自动测试系统等三类。7、传感器按能量关系可分为能量变换型和能量控制型两类。8、传感器按输出量可分为模拟式和数字式两类。9、智能传感器一般具有①自校零、自标定、自矫正②自动补偿③自动采集数据。并对数据进行预处理④自动进行检测、自选量程、自寻故障⑤数据存储、记忆与信息处理功能⑥双向通讯、标准化数字输出或符号输出等功能。第二讲：.仪表的精度等级是指仪表的（）A.绝对误差B.最大误差C.相对误差D.最大引用误差.属于传感器动态特性指标的是（）A.重复性B.线性度C.灵敏度D.固有频率.按照分类，阈值指标属于（）A.灵敏度B.静态指标C过载能力D.量程.与价格成反比的指标是（）A.可靠性B.经济性C精度D灵敏度.属于传感器静态指标的是（）A.固有频率B.临界频率C阻尼比D.重复性.属于传感器动态特性指标的是（）A.量程B.过冲量C稳定性D线性度.传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的（）A.线性度越好B.迟滞越小C.重复性越好D.灵敏度越高.传感器的灵敏度越高，表示传感器（）A.线性度越好B.能感知的输入变化量越小C重复性越好D.迟滞越小.传感器的标定是在明确传感器的输入与输出关系的前提下，利用某种（）对传感器进行标定。A.标准元件B.正规器件C标准器具D.精度器件.传感器的静态指标标定是给传感器输入已知不变的（），测量其输出。A.标准电量B.正规电量C标准非电量D.正规非电量.传感器的动态标定是检验传感器的（）A.静态性能指标B.频率响应指标C.动态性能指标D.相位误差指标

基准器中（）精度最高。A.国家级B.一等级C二等级D.三等级.在尘埃、油污、温度变化较大伴有振动等干扰的恶劣环境下测量时，传感器的选用必须首先考虑（）因素。A.响应特性B灵敏度C稳定性D.精确度.某温度仪表的测温范围为200〜800C,已知测温误差小于土4C,则该仪表的精度等级为（）。A.0.5级B.1.0级C.1.5级D.2.5级DDABBDBDCCCACB装特期粕也靠蜿，朋恚恃性用下荷tfr介方程播法，刘曲+为dr流求这个绿菜的时间常毂知I*至灵敏度以尤中冷用回电氐W.T（擅入在度CC）分）*时词常数丁=m/3=10（对XW"73X10*5（VC）革他幸宣隋任猾的动态恃性可用领下的隘分方程节悔述・・■+30.1"%+rW[Q、，“Ox|01flr-dfdr成隼”*出电砧（l£>r.VAAOMMfi（n/s1）慎■定该僧超费的3A&Wk的大小*5口=忙25XMFX10%也沙后)V-i—=so乂xvTaKx-io10xi=0Qi/f=11xIO1n/2.25x1()1U=4.8SS9第三讲：一.选择鹿]在电阻应变片中M金鼎世的累求，下面看一项盘正瑞的（>A臭有比较低的电圈里裁B臭有菽大的盘度呆蛾.匕具有权百的弹性卿D对留的辗也成舞要大*2下的写科工伸为五不是应变战跑帝王神方式（》A单胃口理肾C^g力国外生应变片不具宥的特直是（>A桶糜高B动谢疵妤C使用筒隼Df烟火**设府匚电器.R;.比是工侔苛ILRsHdtlS定电围.且H尸Rffi同iw工作时2寸叫+训出鸣打附片$电酬■尸DR：.若IT为电桥的电-赤电法।朗电粉梅出电压声t）CCDC二.四1为一直沆应变乐£-4V.4•儿■4•儿(I)&为电阻应变冷,其余为外接电阻.当M・12C时.求V(2)小冗都是应受片.且枇号相同.当受应变内板性和大小都相同，其余为夕速电阻.家€；•，(3)在(2)中,如吴人与三忍受的极性相鼠且MIT战-q•今…mi■薇2盘财E△/?!41.2--x——⑵&）=mi■薇2盘财E△/?!41.2--x——⑵&）=41202+Ag=-0.01V/?+△/?（修+△""+（丛+AR1）凡+Ri2（/?+A"小+&G-揄』⑶设品=打+△⑶，&=A-△&U。（Ai+AAi）+（坨一△闻①E则U0二+/?4>丑）+RqL1厂AZ?941.2〃c…E=-E—=----V=0.02V2A2120三.如乘招1ZQG的应变片贴在住会中住试件上.彼试件的级国枳Ad5X10'nr.材四Wt±ttMlE=2x10N/m%Stfipx10N的"力弓IB应变片♦•阳变化为1.2Q.不改成发片的欠W不做K..应变片电阻的相对变化为2=U=O.O1R120柱形弹性试件的应变为=0.005o_F_5x=0.005e=se=o.5xlo-^nr2srio11应变片的灵钺系数为_003__2e0.005ra,正材料节固的突心圆在试件上.唁耀威和圆用万向各贴一片电眼为】ng的金鼐应变片比口紫・把这照片应变片接入卷粉电拚c图；;所市、希楣的伯松比J1-O2&3.鹿变片的灵地装粒花二，电带的电部电压U・3V,当试件都同技伸时，檄用成登片的的加贱比值M-OyR.的宏电桥的*阳电质著性体■现后出皿.忖狗的弹性慢量E**1yH-,奉茶所受他力大小.♦回答:Ait/Il0.48/120£1=.-=——g——=0.002j[Ji1e2=—件i=—IL285x1).00?=-0,()0057历二一力)二:K2M2M(0.002+O.(KM)57)=O.(M)257(V)=2.371mV]当柱体直径d=10mm时『由’=£可得~SEF=gES=0.002x2x1011x"x00：如*)=3,14xH)3V第四讲:一，单攻速择箱1博n范网大随电百才位楼恬盛器应选用《>整变板板面梆型B管然足型C.支介质布D有葡触口最布昂的恻■南但移的电需抵¥4串根型8画茴型亡货介质。忐备勤J电感式传号改善性籍不考虑的国堂是1I4根龌网迪E零盘京峰电年D线性度.」电署册由廿不良恬f>q电苫式b僦线唬c医电式口青标式，DACA二.若有卑男人炖Rft生长网口学电容件3aL闲IS版唱反显趋近度力4me网收收的网障力O.Smm.极M何介债方变气.伏小的怒更盘度？岩后械招时侈司2mn・术电富变化*1-回笞：解：如生所示所以AC=8曲£0（«—Ah）6c力△（，8.85xAO^pF/mmx4mmx所以AC=~eF=r-=-=0.142"d66O.jmmK二竿〉映=。.。72加小△a2mm变嵌跑七,电香为：变嵌跑七,电香为：三，对央眦式/18元件，HTI蜘8椽同免为*「1.，电方匚的好?1层枇能对.〔口xtu.Ci]l*ID丽，事光■第f#爱电量x._.，百；解'初始串内为：Ji故」董锂一翔JSttS.妾季△&加工W3工三加因此,当曲=1"”口时，若要郛同嚏吞C的女性BE为（1）0.1%（2）1.0%（9）2.OT6,所允用6E朦住的最（1JOUOIrrm（2JOOIrrm（3）D.D2rnnri第六讲一.单项选择题.下列（）温度传感器属于接触式温度传感器A.全辐射B.亮度式C.电阻式D.半导体TOC\o"1-5"\h\z.不属于非接触式温度传感器的是（）A.全辐射温度传感器B.亮度式温度传感器C.比色温度传感器D.热电偶式温度传感器.下列温度传感器不属于热电偶式温度传感器的是（）A.普通热电偶B.铠装热电偶C.薄膜热电偶D.热敏电阻热电偶.温差电动势是在同一根导体中由于两端（）不同而产生的电动势。A.压强B.温度C.电阻D.电压.一般情况下，要求热敏电阻式传感器的热敏电阻（）A.呈正弦关系B.呈余弦关系C.呈线性关系D.在一定范围内呈线性关系.金属热电阻式温度传感器所测量的温度越高，其敏感元件中的自由电子的运动（）A.越规则B.越不规则C.呈正态分布D.呈线性分布.下列哪种非接触式温度传感器适用于远距离、不能直接接触的高温物体（）A.全辐射温度传感器B.亮度式温度传感器C.热电偶式温度传感器D.比色温度传感器.通常用热电阻式传感器测量（）A.温度B.密度C.加速度D.电阻.热电偶中产生热电势的条件（）A.两热电极材料相同B.两热电极材料不同C.两热电极的两端温度不同D.两热电极的两端温度相同.热电动势的大小，只与组成热电偶的导体材料和两接点的温度有关，而与（）无关。A.冷端温度B.尺寸形状C.补偿导线D.热源.随着温度的升高，陶瓷半导体电子-空穴的浓度按（）规律增加。A.线性B.指数C.对数D.阶跃.热电偶热电动势由两部分组成，一部分是两种导体的接触电动势，另一部分是单一导体的（）电动势。A.内部参数B.输入C.温差D.输出CDDBDBAACBBC三馍铭-馍硅热电偶灵敏度为0.04mV/oC,把它放在温度为1200OC处，若以指示仪表作为冷端，此处温度为50cC,试求热电势大小。£（1200,50）=（1200-50）x0.04=46（niV）第七讲：.光电传感器是以—为检测元件的传感器，是将转化为—的变化，然后通过—将相应的转化为。.光电效应以其表现形式不同，可以分为—和—。.基于外光电效应原理工作的光电器件有—和。.基于光电导效应原理工作的光电器件有—。.基于光生伏特效应原理工作的光电器件有—、—和—等。.硅光电池的Z构是在N型硅片上渗入P型杂质形成一个—PN结而成。.光电传感器的光照特性是指—。.光电传感器的光谱特性是指―。.光电二极管和光电三极管的伏安特性是指—。.光电传感器的温度特性是指—。光电器件，非电量，光量，光电器件，光量，电量外光电效应和内光电效应光电管、光电倍增管光敏电阻光电二极管、光电三极管、光电池大面积光电流与照度之间的关系灵敏度与光波长之间的关系光电流与反向偏压之间的关系光电流与温度之间的关系第二题单选题（每题3分，共36分）.视觉传感器接受部的主要作用是（）A.充分发挥传感器性能的重要作用B.将光学图像信号转换成电信号

C.将二维图像的电信号转换为时间序列的一维信号D.抽出有效信号.光导摄像管不具有的功能是（）A.光电转换功能B.扫描功能C.D/A功能D.存贮功能.视觉传感器扫描部的主要作用是（）A.聚成光学图像信号B.将光学图像信号转换为电信号C.将二维图像信号转换为时间序列的一维信号D.抽出有效信号.视觉传感器能源以（）为基础。A.光电转换B.图像处理技术C.将二维转化为一维D.抽出有效信号.光导摄像管是一种兼有光电转换功能和（）的真空管。A.接受功能B.扫描功能C.记忆功能D.存贮功能.CCD摄像元件是一种（）型晶体管开关集成电路。A.MOSB.PDC.PND.S.红外光的波长（）科北A.2〜20B.4000~80000C.1500~50000D.0-0.5.明亮度信息可以借助（）进行数字化。A.D/A转换器B.A/D转换器C.加法器D.积分器9下列选项中，属于最常见的光学式测量系统的是（）A.光栅测量系统B.光电显微镜C.光学编码器D.磁尺.红外光导摄像管中，红外图像所产生的温度分布可以把靶面上感应出相应电压分布图像的物理基础是（）A.压电效应B.电磁感应C.光电效应D.热电效应.为了进行图像识别，应当先消除图像中的噪声和不必要的像素，这一过程称为（）A.编码B.压缩C.前处理D.后处理12.封装在光电隔离耦合器内部的是（）A.两个发光二极管B.两个光敏三极管一个光敏二极管和一个光敏三极管AABADCD一个发光二极管和一个光敏三极管DCCABAABADCD一三.俄选择一种传感罂，设计测量一转地转速第原理方案，要求画出万案根图I并归简要说明J问答：隆的J传理事:命中式光电周密器首先该传感置有两种状志：号通：有光都7）和不及通（无光照时）.方窠：*懒闻至线的照求框图如图所示.从图中可见，转子由一直流通速电机驱动皿富现大转速范围内的尼亚鞫速口转速信号由光电传居器哈取r使用时应丑在话子上做好九电标圮,具体办法可以是：椅转子去1暧干净启用黑窗或黑色胶布隹部涂黑r再将一块反光材料黜在其上作为光电标记，然后将光电传言需（光电头圆定在正对光事标记的某一^距离处.光电头采肿的漏高亮度LED,光源为高可靠性可顺I光，无论黑枸注是臼入r或是背景为强有人范围改变都不孰ft接收效果.光巨头包含有前置电超,轴由J5Y3勺戚中信号口陵里单片机S9匕51的相应营脚上r通过%C51内学定时,计时器TO、于1及相应的程序谀计r组成一肌建区至因为街轮的转速在特定的一段时间内是恒定的,所以在这段特定的的同内可以通过脉冲式九电传感器每刹N个光电热忱通过计算出齿轮一圈中黑白齿牙的小数并结合N个股中数以及时间就可汉算出转轴的转递.即：n=M/（mr）其中微转速、学位：馆分钟：N为亲样时间内所计脉冲个数：丁为千样时间.年位：分料।：rr为每版转一度厮』^脉冲个数（遢常指潴速谱盘的的黝，通篇m为60,如果m=50,另除1秒钟内胡中4^好I就黑转函.即：第八讲:.光纤由、和组成。保证。.光纤的导光能力取决于和；机械强度由保证。TOC\o"1-5"\h\z.光纤的传光原理基于光的。.入射光线在纤芯和包层的界面上发生全反射，临界角应满足.光纤在光纤内全反射的最大入射角为。.光纤数值孔径是指。.光纤的主要参数包括、、和。8、光纤传感器由、和组成。.在实际应用中，光纤的光源应满足、、和等条件。.常见的光探测器有、、和。.传光型光纤传感器与传感型光纤传感器的区别在于。.光纤传感器的工作原理。1、纤芯，包层，护套2、纤芯，包层，护套川3、反射机制川4、

55、光纤与光源或探测器耦合时的耦合效率数值孔径、色散、光线模式、传输损耗光纤、光源、探测器尺寸小，发光面积大、波长合适、足够亮度10、光敏三极管、光敏二极管、光电倍增管、光电池11、前者光纤只是传光器件，后者光纤既是传光器件也是传感器件12、当光信号在光纤中传播时，表征光信号的特征参量（振幅、香味、偏振态、波长等）因外界因素（如温度、压力、磁场、电厂、位移等）的作用而间接或直接地发生变化二.求光纤n1=1.46,n2=1.45的NA值；如果外部n0=1,求光纤的临界入射角。数值孔径双浦1FZ2777^~A'Zl=一—顶上=V—1.45^=IL17临界入射角,=arrsiiiA'A:arcsiti0.17=9.79'三、光纤涡流流量计测量某管道内液体得流速，已知光纤的直径为200微米，St为0.2,当测得光纤的振动频率为1000赫兹时，求所测液体的流速。液®^为：fd1（X）0x200x10一自，.v———-—KtvJd1m/5第九讲：.信号调理电路的主要功能有哪些？.传感器的输出信号具有哪些特点？.选用放大器时，应满足哪些条件？.仪用放大器的特点是是什么？适合作为哪些传感器的信号调理电路？.可编程增益放大器适合哪些场合？.隔离放大器有什么隔离措施？其隔离的目的是什么？.信号调理电路白^主要功能：（1）将所测信号的变化范围调整到某一预定的电压或电流范围内。（2）给应变式、电感式等类型的传感器提供激励电源，构成测量电路，实现补偿、调零等功能。（3）根据信号的不同特点，可进行调制、解调、滤波及线性化处理。.传感器的输出信号不仅电平低、内阻大，而且往往伴有较高的共模电压。.选用放大器的要求：（1）输入阻抗应该远大于信号源内阻，防止因放大器的负载效应造成偏差。（2）抗共模电压干扰能力强。（3）在预定的频带宽度内有稳定准确的增益、良好的线性，输入漂移和噪声应足够小以保证要求的信噪比，从而保证放大器输出性能稳定。（4）能附加一些适应特定要求的电路。.仪用放大器的特点是高输入阻抗、低偏置电流、低失调和低漂移、高共模抑制比、平衡的差动输入和单端输出，放大器的增益可以由用户选择电阻来设定，容易实现程控。适合作为记录器的前置放大器、多路缓冲器、伺服误差放大器以及过程控制和数据采集系统中的信号调理电路。.可编程增益放大器适合自动量程切换，便于A/D转换或信号调理；在多路数据采集系统中，也可能遇到各路信号动态范围不一致的情况，这时希望放大器对不同的通路具有不同的增益，以实现相同的动态输出。.隔离放大器有变压器耦合、光电耦合以及电容耦合。隔离的目的是将输入、输出和电源在电流和电阻上进行隔离，使之没有直接耦合的测量放大器。采用多路模拟开关、运放和电阻网络设计一个可编程放大器，增益为1,2,4,8,绘制电路图，并简要说明其工作原理。第十讲：一单项选择题（每题5分，共60分）.有用信号频率低于20Hz,可以用（）滤波电路。A.低通B.高通C.带通D.带阻.有用信号的频率高于500Hz,可选用（）滤波电路。A.低通B.高通C.带通D.带阻3希望仰制50Hz的交流电源干扰，可选用（）滤波电路。A.低通B.高通C.带通D.带阻.有用信号的频率为某一固定频率，可选用（）滤波电路。A.低通B.高通C.带通D.带阻.一选频装置，其幅频特性在？2foe区间近于平直，在?2^0区间急剧衰减，这种滤波器是（）A.低通滤波器B.高通滤波器C.带通滤波器D.带阻滤波器.一带通滤波器，其中心频率是？0,带宽是B,则滤波器的品质因数Q等于（）A.?0+BB.?0­-BC.?0BD.?0/B.无源一阶RC低通滤波器从（）两端引出输出电压。A.电阻RB.电容CC.运算放大器D.电感L.要使RC低通滤波器通带宽度加宽，则RC彳1（）A.增加B.减少C.不变D.都不对.高通滤波器所起的作用是允许（）通过A.低频信号B.高频信号C.某一频带信号D.任意信号.在一定条件下，RC带通滤波器实际上是低通滤波器和高通滤波器的（）A.串联B.并联C.串并联D.叠加ABDCADBBBC二.设计一个固有频率为500Hz,等效品质因素为6的二阶带通滤波器，计算电路的电阻和电容值第十一讲：.当检测装置输入信号，为了有效地,常把传感器输出的电压信号经过—变换电路转换成有恒流特性的电流信号输出，然后再接收端再由—转换还原成电压信号。.在某些场合，需要获得传感器的交流输出信号的幅值或功率，因此在信号处理电路中需要一个—电路，即将交流振幅信号变为与之成—的直流信号输出。目前常用的变换电路有、和_。.电压/频率转换电路是将转换为。由于计算机可以通过自身的定时和技术功能将频率信号转换为—。.电压/频率转换的—和—都比较好，转换速度不—双积分ADG同时，它与微机接口占用微机硬件资源输出的频率信号抗干扰性可以通过—进行远距离传输。.ADC的主要性能指标有、和_。.从工作原理上，传统的ADC有、、和_几种类型。其中，转换速度最快的是—，抗干扰能力最强的是—，兼顾性能和成本因素，在控制系统中应用最广泛的是O.由于在数字图像处理、数字通信、工业检测等诸多领域对ADC的转换速度、精度、动态性能等方面提出了更高的要求，出现了很多新兴的ADC,如—和—等。.当传感器输出微弱的—信号时，信号可能会受到一的影响，因此在实际测量中，往往将缓变信号—高频交流信号，然后经过放大处理再通过—从高频信号中将缓变信号提取出来。.常用的调制方式有—和_。10幅值调制的解调过程是将—恢复为一的过程。实现方法有和—等。1、抑制外部干扰，V/I,I/V2、AC-DC,正比，线性检波电路，绝对值电路，有效值变换电路3、模拟电压信号，频率信号，数字量4、精度，线性度，低于，简单，少，好，调制5、分辨率，转换时间，精度6、逐次逼近式ADC,双积分式ADC,并彳T式ADC,计数比较式，并行式，双积分式，逐次逼近式7、西格玛-德尔塔ADC,流水线型ADC8、直流或交流缓变信号，外部低频干扰或放大器漂移的影响，调制，解调9、调幅和调频10、高频调制波原来低频调制信号，整流检波解调，相敏检波解调第十二讲.误差是指在检测过程中仪表的—与—之间的差值。.相对误差的表示方法有—,和。.在测量过程中，测量结果的准确度的评价常常使用—，—越小，准确度越.系统误差是指,特点是—和—保持不变。.随机误差的存在，表现为每次测量值偏大或偏小是—，但它服从一定的。.在测量过程中，按照误差产生的原因可将误差分为,—,—和.系统误差的判别方法有,—,—和_。.系统误差的消除方法有,—,—,—和—。.在一定的置信概率下，标准差越,置信区间越,测量数据的可靠度越高。.随机误差的消除方法是;粗大误差的消除方法是。1、测量值，真实值2、实际相对误差，示值相对误差，引用相对误差3、相对误差，相对误差，高4、仪表本身或其他原因引起的有规律的误差，误差的绝对值和符号5、不定的，大数统计规律6、仪表误差，环境误差，理论误差和方法误差，人为误差7、实验对比法，残差观察法，马利科夫判据，阿卑-赫梅特判据8、从误差来源上消除，引入修正值，对称法和替代法9、小,窄10、在相同条件下，多次重复测量，拉依达准则说明测量数据的基本处理步骤(1)求算术平均值(2)每次测量值xi剩余误差及其平方值如表(3)计算样本的方差和标准差(4)如有坏值，剔除，转(1),否则(5)(5)判别线性累积系统误差和周期性系统误差(6)由测量值的标准差计算被测量算术平均值的标准差(7)表示最后测量结果第十五讲：测量系统引起干扰的主要因素有哪些？外部干扰：电磁干扰，电网干扰以及环境理化性干扰(10分)内部干扰：内部电磁干扰，电气互锁故障干扰软件故障干扰(10分)硬件抗干扰的措施有哪些？串模干扰抑制：采用输入滤波器，选择合适的额器件，对信号进行预处理（10分）共模干扰抑制：采用双端输入差分放大器，采用浮地输入双层屏蔽放大器电磁干扰抑制：电磁干扰滤波器，接地，屏蔽，隔离软件抗干扰技术有哪些CPU抗干扰技术：WDT,指令冗余，软件陷阱，掉电保护，延时防抖动，定时刷新出口（10分）I/O炕干扰技术：数字信号输入，数字信号输出，数字滤波（10分）在智能仪表抗干扰的隔离措施中，光电耦合器的作用是什么？传感器与输入信号的隔离，I/O口的隔离，内部电路隔离，江系统和各种与现场关联的传感器、开关、执行机构从电气上隔离开来，完全阻断现场干扰从传输通道传入系统的途径。在测量系统的设计过程中，可采用哪些措施来提高系统的精度和可靠性？举例说明采用硬件抗干扰措施和软件抗干扰技术