2025年大学第一学年（仪器科学与技术）仪器设计阶段测试题及答案

2025年大学第一学年（仪器科学与技术）仪器设计阶段测试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共30分）每题只有一个正确答案，请将正确答案的序号填在括号内。(总共6题，每题5分，每题给出的选项中，只有一项符合题目要求)w1.仪器设计中，以下关于传感器的说法错误的是（）A.传感器是仪器获取信息的关键部件B.传感器的精度直接影响仪器的测量精度C.所有传感器的工作原理都是基于物理效应D.传感器可将非电量转换为电量w2.在仪器的电路设计中，为了提高抗干扰能力，常采用的措施是（）A.增加电路的复杂度B.减小电源电压C.采用屏蔽技术D.降低信号频率w3.仪器设计中，对于机械结构的设计要求不包括（）A.具有足够的强度和刚度B.尽可能减轻重量C.结构越复杂越好D.保证良好的运动精度w4.以下哪种仪器设计方法可以有效提高仪器的可靠性（）A.采用单一的关键部件B.增加仪器的功能数量C.进行冗余设计D.降低仪器的精度要求w5.在仪器的软件设计中，以下不属于提高软件可靠性的方法是（）A.进行严格的代码测试B.增加软件的功能模块C.采用容错技术D.进行软件的版本管理w6.仪器设计中，关于人机界面设计的原则，不正确的是（）A.操作要简单方便B.显示信息要清晰易懂C.界面设计要追求华丽D.符合人体工程学原理第II卷（非选择题共70分）w7.（10分）简述仪器设计中总体设计的主要内容。w8.（15分）在仪器设计中，如何选择合适的微处理器？w9.（15分）材料：某仪器需要测量温度范围为-20℃到120℃，要求测量精度达到±0.5℃。现有两种温度传感器可供选择，传感器A的精度为±1℃，线性度较好；传感器B的精度为±0.2℃，但价格昂贵。问题：请分析选择哪种传感器更合适，并说明理由。w10.（20分）材料：在仪器设计过程中，发现仪器的测量结果存在较大误差。经过检查，发现是由于信号处理电路中的一个放大器的增益设置不当导致的。问题：请分析如何解决这个问题，以提高仪器的测量精度。w11.（20分）材料：某仪器设计完成后进行可靠性测试，发现仪器在连续工作一段时间后出现故障。经过排查，发现是仪器内部的一个散热风扇出现故障，导致仪器温度过高。问题：请提出改进措施，以提高仪器的可靠性。答案：w1.Cw2.Cw3.Cw4.Cw5.Bw6.Cw7.仪器设计中总体设计主要内容包括：确定仪器的功能和性能指标；进行原理方案设计，选择合适测量原理和方法；开展总体结构设计，包括机械结构、电路结构、软件架构等；规划仪器的工作流程和操作方式；考虑仪器的可靠性、安全性、可维护性等方面设计。w8.选择合适的微处理器要考虑：仪器所需处理能力，如数据处理速度、运算精度等；片内资源，像内存容量、I/O口数量等；功耗，以适应仪器供电情况；通信接口类型，满足与其他部件通信需求；成本，在性能满足要求下选择性价比高的；还要关注其可扩展性和开发工具支持情况。w9.选择传感器A更合适。理由：虽然传感器B精度更高，但价格昂贵。而仪器要求测量精度为±0.5℃，传感器A的精度为±1℃能满足基本测量精度要求。在满足测量精度的前提下，应优先考虑成本因素，所以选择传感器A更能平衡性能和成本。w10.首先重新测量放大器的增益需求，根据仪器测量结果误差情况和信号特点精确计算合适增益值。然后调整放大器增益设置，可通过改变放大器电路中的电阻或电容参数来实现。调整后再次对仪器进行测量测试，对比测量结果，若误差仍不符合要求，进一步检查放大器其他参数，如零点输出、线性度等，直至测量精度达到要求。w11.改进措施如下：在仪器设计阶段增加散热风扇的冗余设计，比如采用两个散热风扇，当一个出现故障时另一个能继续工作保证散热。同时，设计散热风扇故障监测