检测课后习题与答案

....检测的概念是什么？检测是人们借助于专门设备，通过一定的技术手段和方法，对被测对象收集信息、取得数量概念的过程。它是一个比较过程，即将被检测对象与它同性质的标准量进行比较，获得被检测量为标准量的若干倍的数量概念。检测有哪些分类方法？和组合法。为偏差式、零位式和微差式。接触关系，检测方法可分为接触式和非接触式两种。按被测量的变化快慢分类根据被测量的变化的快慢，可分为静态检测和动态检测两类。５．按检测系统是否施加能量分类根据检测系统是否需要向被测对象施加能量，检测系统可分为主动式和被动式两类。什么是误差？误差产生的原因是是什么？误差：检测结果偏离真值的大小称为误差。检测误差的大小反映了检测结果的好坏，即检测精度的高低。产生测量误差的原因主要有以下四个方面（1）（2）（3）（4）人为误差。检测系统由哪几部分组成，各部分的作用是什么？示电路和信号传输电路组成。敏感元件：将非电量转换为电信号；信号处理电路：将代表被测量特征的信号变换成能进行显示或输出的信号；显示电路：将被测对象以人能感知的形式表现出来；信号传输电路：将信号（数据）从一点（或一个地方送另一点（或地方。2.1什么叫温标？什么叫国际实用温标？国际上协商确定，建立一种既使用方便、容易实现，又能体现热力学温度(即具有较高准确度)的温标，这就是国际实用温标，又称国际温标。测量放大器的基本要求有哪些？

共模抑制比高，失调与漂移小，频带宽，线性度好，转换速率高，阻抗匹配好，功耗低，抗干扰能力强，性价比高等。原理是什么？答：可编程增益放大电路的增益通过数字逻辑电路由给定的程序来控制。其内部有多对增益选择开关,任何时刻总有一对开关闭合。通过程序改变输入的数字量，从而改变闭合的开关以选择不同的反馈电阻，最终达到改变放大电路增益的目的。什么特点？答：输入与输出之间的隔离方式主要有：变压器耦合(亦称电磁耦合)、光电耦合等。变压器耦合的线性度高、隔离性好、共模抑制能力强，但其工作频带窄、体积大、成本高，应用起来不方便。光电耦合的突出优点是结构简单、成本低、重量轻、转换速度快、工作频带宽，但其线性度不如变压器耦合。光电耦合目前主要用于开关量控制电路。有什么优缺优点？各适用于什么场合？（1）采用电压信号传输，模拟电压信号从发送点通一个高的输入阻抗。采用电流信号传输，电流源作为发送电路，它提供的电流信号始终是所希望的电流而与电缆的电阻以及接低的输入阻抗和对地悬浮的电流源（与接收电路的输入阻抗形成并联回路）电流信号传输的方法是合适的。采用频率信号传输，可将电压信号变换为数字信号进行传送，可以很好地提高其抗干扰能力。V/F将输入的电压信号转换成相应的频率信号，输出信号的频率与输入信号的电压成比例。频率信号传输广泛应用于数据测量仪器及遥测遥控设备中。RCRCRCR的选频特性。是什么？3A/D对于逐次比较型，可以利用按非线性关系选取的解码电阻网络；对双积分型A/D于A/D简述传感器的组成及其各部分的功能？件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成电源，因此信号调理转换电路以及所需的电源都应作为传同一芯片上，安装在传感器的壳体里。传感器静态特性性能指标及其各自的意义是什么？传感器的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、灵敏度、分辨力、阈值、稳定性、漂移等，其中，线性度、灵敏度、迟滞和重复性是四个较为重要的指标。线性度传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。

灵敏度灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义是输y 出量增量 与引起输出量增量 的相应输入量增量之比。迟滞传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞重复性重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度分辨力分辨力是用来表示传感器或仪表装置能够检测被测量最小变化量的能力，通常以最小量程的单位值来表示。漂移传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，此现象称为漂移稳定性稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分，对于传感器，常用长期稳定性来描述其稳定性，即传感器在相当长的时间内仍保持其性能的能力。阈值入量值。传感器的动态特性常用什么方法描述？有哪些特点？传感器的动态特性，可以通过传感器的动态数学模型及传感器的动态特性指标来描述。动态模型是指传感器在动态信号作用下，其输出和输入信号的一种数学关系。动态模型通常采用微分方程和传递函数来描述。x有关。但是，求解微分方程很麻烦，为了求解方便，常采用传递函数来研究传感器的动态特性。尽管大多数传感器的动态特性可近似用一阶或二阶系般并不是直接给出其微分方程或传递函数，而是通过实验给出传感器的动态特性指标。通过这些动态特性指标来反映传感器的动态响应特性。描述二阶传感器系统阶跃响应的主要指标及其定义?时间常数63.2%所需的时间,称为时间常数。t延迟时间d：传感器输出达到稳态值的50%所需的时间。t上升时间r90%所需的时间。t峰值时间p：二阶传感器输出响应曲线达到第一个峰值所需的时间。超调量：二阶传感器输出超过稳态值的最大值。d

结构？互感式传感器也称为变压器式传感器，把被测位移转换为传感器线圈的互感变化。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级线圈绕组采用差动式结构，故称之为差动变压器式传感器，简称差动变压器。21 21 21 当衔铁处于中间位置时，由于两个次级线圈完全对称通过两个次级线圈的磁力线相等，互感M1M2，感应电势e e ，总输出电压为0。当衔铁向左移动时，总输出电压u2e e 0。当铁芯向右移动时，总输出电压u2e e 21 21 21 其特性曲线为V形特性曲线。何鉴别被测信号的极性？答：图(a)为开关式全波相敏检波电路，取

：衰减振荡的二阶传感器输出响应曲线第

RRR

RR

R/2，A1为过零比较器，参考一个峰值与第二个峰值之比。什么是自感传感器？为什么螺管式自感式传感器

2 3 4 5 6 7ur经过A1后转换为方波uu为u经过反相器后的输比变气隙式的测量范围大？答：自感式传感器是把被测量转换成线圈的自感L变

出。若ur0，则uuA

截止，V2u2化，通过一定的电路转换成电压或电流输出的装置。由于转

导通，运算放大器

2的反相输入端接地，传感器信号2从换原理的非线性和衔铁正、反方向移动时自感变化的不对称

A2的同相输入端输入，输出电压u0为性，变气隙式自感传感器(包括差动式结构)，只有工作在很小的区域，才能得到一定的线性度。

u 6R0 RRRR2 5

7)u uRR 2 2R4而差动螺管式自感传感器的自感变化量L与衔铁的位移量lc成正比，其灵敏度比单线圈螺管式提高一倍，线性

0u2urur0u20，同频反相， u00当0时，u2与ur ur0 u20同频反相， 范围和量程较大。

u00

。若ur

0，则

为高电平，u

为低电平，

V1导通，率不能随便改变？答：等效电感变化量为

V截止，运算放大器A2的同相输入端接地，传感器输出电2u2从A2u0为2e L ReeeL 2LC)2

12LC L

u 7 u0 RR 3 4

u2上式表明自感式传感器的等效电感变化量与传感器的LC及电源角频率有关。因此在使用自

u

0

u0时，0 。u感式传感器时，电缆长度和电源频率不能随便改变，否则会

0不仅反映带来测量误差。若要改变电缆长度或电源频率时，必须对传感器重新标定。

了位移变化的大小，而且反映了位移变化的方向。输出电压u0的波形如图(b)所示。uu2R7R2R3R4ΔA2u0CuΔuV1R5uV2R6rR1A1ttutt0u0tu2t0tu0t0(b)零点残余电压产生的原因是什么？如何消除？答：零点残余电压由基波分量和高次谐波构成，其产生

顽磁力、低剩磁的导磁材料。另外，减小激励电压的谐波成分或利用外壳进行电磁屏蔽，也能有效地减小高次谐波。有效的方法是在放大电路前加相敏检波电路。在线路补偿方面主要有：加串联电阻消除零点残余次谐波；加反馈支路消除基波正交分量或高次谐波分量。为什么说涡流式传感器也属于电感传感器？答：涡流式传感器是基于电涡流效应原理制成的，即利用金属导体中的涡流与激励磁场之间进行能量转换的原理工作的。被测对象以某种方式调制磁场，从而改变激励线圈种影响？试说明其理由。答：线圈阻抗的变化与金属导体的电阻率 、磁导率导体之间的距离x等参数有关。假设金属导体是匀质的，则金属导体与线圈共同构成一个系统，其物理性质用磁导率rxI和角频率的大小来测量被测参数。穿透深度h与线圈的激励频率f、金属导体材料的导电原因主要有以下几个方面。基波分量主要是传感器两次级线圈的电气参数和几整衔铁位置，也不能同时使幅值和相位都相等。高次谐波主要由导磁材料磁化曲线的非线性引起。

性质有关，即ff磁导率 越小，穿透深度越大。

一定时，电阻率

越大，当磁路工作在磁化曲线的非线性段时，激励电流与磁通的波形不一致，导致了波形失真；同时，由于磁滞损耗和两个线圈磁路的不对称，产生零位电压的高次谐波。产生高次谐波。可以从以下几方面消除：1）从设计工艺上保证结构对称性。首先，要保证线圈和磁路的对称性，要求提高衔铁、骨架等零件的加工精度，线圈绕制要严格一致。采用磁路可调式结构，保证磁路的对称性。其次，铁芯和衔铁材料要均匀，应选高导磁率、低矫

场合？试举例说明。答：感应同步器按其用途可分为直线感应同步器和圆感应同步器两大类，前者用于直线位移的测量，后者用于角位移的测量。直线感应同步器已经广泛用于大型精密坐标镗床、坐标铣床及其他数控机床的定位、数控和数显；圆感应同步器则常用于军事上的雷达天线定位跟踪等，同时在精密机床或测量仪器设备的分度装置上也有较多应用。感应同步器输出的感应电势进行如何处理？简述各处理方式的原理。答：定尺绕组输出的感应电势，能够准确地反映—个空间周期内的位移(或角度)的变化。为了使输出感应电势与位移(或角度)呈一定函数关系，必须对输出的感应电势进行处理。感应同步器输出的感应电势是一个交变信号，可以用幅值和相位两个参数来描述。因此感应电势的测量电路有鉴幅型和鉴相型两种。较小的情况下，感应电势的幅值与x成正比。当x变化一个节距W时，感应电势的幅值变化一个周期。通过检测感应电势的幅值变化，即可测得滑尺与定尺之间的相对位移x。鉴相型电路是在滑尺的正弦、余弦绕组上供给频率相90xxx变化一个节距W时，感应电势的 相位角x变化一个周期，通过鉴别感应电势的相位角x，u例如同激磁电压s对位移。英晶体为例，说明压电元件是怎样产生压电效应的？答：当沿着一定方向对某些电介质施加压力或拉力而使其变形时，内部就产生极化现象，在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态；当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变；产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象称为正压电效应。压电效应的特点是具有可逆性。当在电介质的极化方向施加电场时，SiO23Si4+6O2--Z6-4(a)所PIP2P3qlP＝ql，其方向是从负电荷指向正电荷，是一种矢量，所以正

Pl+P2+P3＝0XX6-4(b)中虚线所示。此时正负电荷中心不重合．电偶极矩在XP1P2P3XYP2P3Y荷。由于Pl，P2P3zZ当晶体受到沿Y轴方向的作用力时，晶体的变形如图6-4(c6-4(b)的情况相似，P1P3XYZ压电传感器为什么只适用于动态测量？答：压电传感器可以看作是一个带电的电容器，当外接负载时，只有外电路负载无穷大，内部也无漏电时，受力所产生的电压才能长期保存下来，若负载不是无穷大，则电路以时间常数RLCa或静止的参数。各适用于哪些场合？答：常见的压电元件的组合形式有串联和并联两种方适用于测量慢变信号，当采用电荷放大器转换压电元件上的q

KC2C0x d

2Sd2压大，本身电容小，当采用电压放大器转换压电元件上的输出电压时，串联方法可以提高传感器的灵敏度，所以串联方式适用于以电压作为输出信号，并且测量电路输入阻抗很高的地方。大电路有几种？各有什么特点？答：由于压电传感器的输出信号非常微弱，一般将电信号进行放大才能测量出来。但因压电传感器的内阻抗相当连接电缆的长度、噪声都是突出的问题。为解决这些问题，通常，传感器的输出信号先由低噪声电缆输入高输入阻抗的前置放大器。前置放大器也有两种形式：电压放大器和电荷放大器。电压放大器的输出电压与输入电压（即传感器的输出电压电荷放大器的输出电压与输入电荷成比例。这两种放大器的主要区别是：使用电压放大器时，整个测量系统对电缆电容的变化非常敏感，尤其是连续电缆长度变化更为明显；而使用电荷放大器时，电缆长度变化的影响差不多可以忽略不计。8.1物理量？测量微小的线位移；变介电常数式传感器可以用来测定各种

可见，灵敏度比非差动类型提高倍。 0器的输出特性有什么影响？CPC的影响，是电容式传感器实用化的关键。原理。测物质作为介质处于电容的两个因定极板之间，湿度改变检测电容的变化，即可反映湿度的变化。磁电式传感器的基本原理是什么？位移、转速等)转换成电信号的一种传感器。磁电感应传感器的工作原理可认为是发电机原理。磁电传感器以导体和磁场发生相对运动而产生电动势为基础根据电磁感应定律具有 匝的线圈其内的感应电动势ededt介质的物理特性（如湿度、密度等。8.2型传感器进行比较。答：

磁电式传感器产生非线性误差的原因是什么？ii，这种u和较大的电流i器的灵敏度随被测速度数值的增加而降低。当动圈d1d2d0C0dui 0C x

dd1 x

xddv2 0 2 1（2

4

。其结果是使传感器灵敏度在动圈速度的不同方SC

d 1

d向上具有同的S，因而传感器x1基波能量降低而谐0CC0

10

C CC

1 1 0 d x.. 0

0 d

2 0 d x0

0 d 0....波的能量增加，既这种非线性特性同时伴随着传感器输出的谐波失真。其工作原理。(a)场中产生相应的位移，输出与压力成正比的霍尔电势。元件？B霍尔系数:K=1/(n*q)式中,n补偿？答：不等位电势是一个主要的零位误差。造成不等位电势的主要原因是：在制作霍尔元件时，不可能保证将霍尔电极焊在同一等位面上，如图9-13所示。此外，霍尔元件材

料的电阻率不均匀，霍尔片的厚度、宽度不一致，电极与片子的接触不良等也会产生不等位电势。在分析不等位电势时，可以把霍尔元件等效为一个电9-14r1、r2、r3、r4。r1=r2=r3=r4，则电桥平衡，输出电压U0四个桥臂电阻不相等，电桥处于不平衡状态，输出电压U0不为零。可见，补偿的方法就是让电桥平衡起来，一般情况下，采用补偿网络进行补偿，效果良好。（a（b（c（d）均调电阻通过阻值的调整而使得电桥电阻达到平衡。温度变化对霍尔元件输出电势有什么影响？如何补偿？差。为了减小测量中的温度误差、除了选用温度系数小的霍尔元件，或采取一些恒温措施外，也可使用以下的一些温度补偿方法；采用恒流源提供控制电流和输入回路并联电阻合理选择负载电阻采用热敏电阻进行温度补偿具有温度补偿及不等位电势补偿的典型电路若一个霍尔器件的KH=40mV/(mA·T)，控制电流I=3mA10-4~0.5T电势范围多大？解：由已知条件可知：

0.12V因此它输出的霍尔电势范围为 ~0.12V。10.1理工作的？光电特性有何不同？光敏电阻是一种基于半导体光电导效应、由光电pnpn 3 4 310 10 1.210UHUH

K IB VH 防止光敏电阻受杂散光的影响；光电三极管有电流放大作K IB4031030.56102用，它的灵敏度比光电二极管高，输出电流也比光电二极管H大，多为毫安级。因此它输出的霍尔电势范围为1.2105V6102V9.8简述霍尔式压力传感器的工作原理。(a)所示。弹性元件可以是波登管或膜盒或弹簧管。图中弹性元件为波登相应的位移，输出与压力成正比的霍尔电势。

明通与暗通直流电磁继电器原理图。概括光纤弱导条件的意义。导的基本含义是指很小的折射率差就能构成良好的光纤波导结构，而且为制造提供了很大的方便。利用斯乃尔定律推导出的临界角

0表达式，计算n 水与空气分界面( )的临界角0。9.9有一霍尔元件，其灵敏度KH=1.2mV/mA·kGs，把它放在一个梯度为5kGs/mm的磁场中，如果额定控制电流是

n即：

n 2时，r i。20mA，设霍尔元件在平衡点附近做±0.1mm

n n 1, 2 , r , i 间的数学关系为：电压范围是多少？答：由已知条件可知：

nsin1

nsin2 rU K IB1.25201030.12VHmax H

可以看出：入射角i增大时，折射角r也随之增大，U

IB1.2520(1)1030.12V

ｏ ｏHmax H

且始终r

i时，

i仍小于90，当

r=90

，此时出射n2

φ3φ1φ1渐变浅，使φ1φ2sin

r=sin90

ｏ=1

ni0= 1 ；

t421φ32φ2t1ii0=arcsin

n n 2n1 ；

i0为临界角。当i

i>i0时，

T即r>90

ｏ时便发生全反射现象，

一个栅周期（也称一位。因此，时钟的周期变化，就可使CCD中的电荷包在电极下被转移到输出端，其工作过程从效CCDCCD输出的基本原理。CCDMOS器。正如其它电容器一样，MOSMOSP（称为栅）（衬底接地Si-SiO2（称为表面势或界面势）