西交大现代检测技术试题（六套）及答案

成绩西安交通大学考试题课程现代检测技术系别考试日期2007年12月08日专业班号√姓名学号期中 期末√一.填空（填在试卷上，共25分，每空1分）测量系统的静态特性是。电阻应变效应是指金属导体在外力作用下发生机械变形时，的现象。测量误差按性质分为误差、误差和误差。在光照作用下，物体内电子逸出物体表面，在回路中形成光电流的现象称为效应；在光照作用下，物体导电性能发生改变的现象称为效应。在图像处理中有两种常见的颜色模型，分别是和。现代测试系统基本型结构包括、、数据采集、及输出显示、打印等环节。常用的位移传感器有和。一阶系统的动态参数是，二阶系统的动态参数是和。光栅的位移放大作用可以用栅距W、主光栅和指示光栅夹角θ以及莫尔条纹间距B表示为。共6页第1页在工程应用中，常用检测淹没在随机噪声中的周期信号，用检测两个信号在时移中的相关性。请列举2个超声波传感器可以测量的物理量：。面积变化型电容传感器的优点是输出与输入成关系，但与极板变化型相比，灵敏度较低，适用于测量。为利用电桥的和差特性，提高系统的灵敏度，应使相邻桥臂上电阻应变极性，相对桥臂上电阻应变极性。二.选择题（共10分，每题1分）准周期信号的频谱是。A.离散的B.连续的C.不确定的概率密度函数是域上来描述随机信号的。A.时间B.空间C.幅值D.频率减小随机误差影响的主要办法是。A.采取恒温B.改换测量仪器C.增加测量次数电涡流传感器是利用材料的电涡流效应工作的。A.金属导体B.半导体C.非金属材料压电材料按一定方向放置在交变电场中，其几何尺寸将随之发生变化，这称之为效应。A.压电B.压阻C.压磁D.逆压电为消除压电传感器联接电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响，可采用。A.电压放大器B.电荷放大器C.相敏检波器下列传感器中，能量转换型传感器是和。A.光电式B.应变片C.电容式D.压电式材料适合于作霍尔元件。A.金属B.半导体C.绝缘体测量熔化的铁水的温度可以使用。A.水银温度计B.热电偶C.光高温计共6页第2页西安交通大学考试题在热电偶工作回路中可以接入测量仪表是遵循。A.均质回路定律B.中间导体定律C.中间温度定律D.标准电极定律三.简答题（共35分，每题5分）检测系统的基本任务是什么？根据电容传感器的工作原理说明它的分类以及能够测量哪些物理参量？为什么不能用压电传感器测量变化比较缓慢的信号？简述霍尔传感器的特点及可能的应用场合。为什么要对热电偶冷端温度进行补偿？简述热电偶冷端温度补偿的各种方法。简述虚拟仪器原理、组成和特点。某饮料生产厂要改进设备，在生产线上加装产品自动计数装置（产品以500毫升塑料瓶装橙汁为例），请问可以选用何种传感器？并说明工作原理。四.画图分析题（直接答在试卷上，共10分）1.（1）请在图4-1和图4-2中画出下面这个LabVIEW程序输出的波形。其中输入信号为正弦信号，频率为5Hz，采样频率为100Hz，采样点数为40，信号幅值为1，初始相位为0。（6分）（2）如果输入信号频率为4Hz，其他参数不变，FFT变换能否输出该信号谱线，为什么？（4分）（此题请直接答在试卷上）共6页第3页图4-1图4-2共6页第4页西安交通大学考试题五.计算题（共20分）1.用悬臂梁测力，4片应变片的标称阻值为120欧姆，应变片灵敏度系数K=2，（1）全桥测量如何贴片和组桥（用图说明）？（2分）（2）如果悬臂梁应变为0.01，电桥电压E=30伏，全桥输出电压U是多少？（3分）2.进行某次动态压力测量时，所采用的压电式力传感器的灵敏度为90.9nC/Mpa，将它与增益为0.005V/nC的电荷放大器相连，而电荷放大器的输出接到一台笔式记录仪上，记录仪的灵敏度为20mm/V。试计算这个测量系统的总灵敏度。又当压力变化为3.5Mpa时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？（4分）3.某霍尔元件l*b*d=10*3.5*1mm3，沿l方向通以电流I=1.0mA。在垂直于lb方向施加均匀磁场B=0.3T，传感器的灵敏度系数为22V/AT，试求其输出霍尔电压。（2分）4.现有0.5级0~300℃和1.0级0~100℃的两个温度计，要测量80℃的温度，请问采用哪一个温度计好？为什么？（2分）5.对某种样品进行8次检测采样，测得长度值为Xi，如表1所示。在置信概率为0.99时，试用格罗贝斯准则判断有无粗大误差。数值表如表2所示。（7分）表1：测量结果i/次12345678Xi13.613.813.813.412.513.913.513.6表2：数值表n3456789101112130.011.161.491.751.912.102.222.322.412.482.552.610.051.151.461.671.821.942.032.112.182.232.292.33共6页第5页共6页第6页

“现代检测技术”2007A卷试题参考答案一.填空（共25分，每空1分）1.输入量和输出量不随时间变化或变化缓慢时，输出与输入之间的关系。2.其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。3.系统；随机；粗大4.外光电效应；内光电5.RGB；HSL6.传感器；信号调理；计算机7.霍尔传感器；光纤传感器。（答出两个位移传感器即可）8.τ或时间常数；ω0或系统无阻尼固有角频率；ζ或为阻尼比9.10.自相关函数；互相关函数11.厚度、无损探伤、计数、距离等12.线性；较大直线位移或角位移。13.相反；相同二.选择题（共10分，每题1分）1.A；2.C；3.C；4.A；5.D；6.B；7.A、D；8.B；9.C；10.B三.简答题（共35分，每题5分）1.获取有用的信息，即借助专门的设备、仪器、设计合理的实验方法与必需的信号分析及数据处理，获得与被测对象有关的信息，最后将结果进行显示或输入到其它信息处理装置、控制系统。2.根据电容式传感器的工作原理，可分为变间距式、变面积式和变介电常数式，利用极板间距和极板覆盖面积的变化，可以测量直线位移或角位移；通过弹性元件也可以测量力、压力、振动或加速度等；利用介电常数的变化还可以进行一些特殊量的测量，如液位、浓度、厚度、湿度等。3.压电式传感器只有在负载阻抗无穷大、内部也无漏电时，受力后产生的电压（电荷）才能长期保存下来，否则电路将以某时间常数按指数规律放电。这对于测量缓变信号极为不利，必将造成测量误差。（而在动态测量时，电荷量可以不断得到补充，）因此压电式传感器适于动态测量，而不能用来测量变化比较缓慢的信号。4.霍尔式传感器转换效率较低，受温度影响大，但其结构简单、体积小、坚固、频率响应宽、动态范围（输出电势变化）大、无触点，使用寿命长、可靠性高、易微型化和集成电路化，因此在测量技术、自动控制、电磁测量、计算装置以及现代军事技术等领域中得到广泛应用。应用：磁场强度传感器（高斯计）；电流、电压传感器；位移、压力、加速度传感器等。5.热电偶回路的热电势是两个接点温度的函数，为此，必须使冷端温度保持不变，其输出热电势才是热端温度的单值函数。在实际测量中，热电偶的两端距离很近，冷端温度易受测量对象和环境温度波动的影响，而难以保持恒定，从而引入测量误差。补偿方法：0℃恒温法；补偿导线法；修正法；补偿电桥法等。6.虚拟仪器是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟面板、其测试功能由软件实现的一种计算机仪器系统。虚拟仪器的组成要素：计算机、应用软件、仪器硬件。虚拟仪器特点：仪器功能由软件决定；仪器功能由用户来定义；用户通过更改软件来提高仪器性能、构造新功能；虚拟仪器技术更新周期比传统仪器短。虚拟仪器灵活、开放，可以与计算机同步发展，可与网络及其他周边设备互联。7.可以选用光电传感器、光纤传感器、超声波传感器等。四.画图分析题（共10分）（1）两图各3分（2）FFT不能输出原信号谱线，因为频谱分辨率为2.5Hz，4Hz的谱线会被挡住，看不到。(4分)五.计算题（共20分）1.（1）（2分）（2）（3分）2.总灵敏度：（2分）偏移量：（2分）3.（2分）4.0.5级的温度计可能产生的最大绝对误差：300×0.5%=1.5℃用它测量的相对误差为1.5/80=1.875%1.0级的温度计可能产生的最大绝对误差：100×1.0%=1℃用它测量的相对误差为1/80=1.25%，因此选用后一个温度计测量，相对误差小。（2分）5.第一步：平均值13.51（1分），标准差0.44（1分），g(8,0.01)=2.22，12.5含粗大误差应剔除（2分）；第二步：平均值13.66（1分），标准差0.18（1分），g(7,0.01)=2.10，无粗大误差数据。（1分）；

成绩西安交通大学考试题课程现代检测技术系别考试日期2008年3月7日专业班号√姓名学号期中 期末√一.填空（填在试卷上，共25分，每空1分）测量系统的动态特性是。压阻效应是指半导体材料在受到外力作用时，的现象。测量误差按性质分为误差、误差和误差。在光线作用下，能使物体产生一定方向的电动势的现象称为效应；在光照作用下，物体导电性能发生改变的现象称为效应。在图像处理中有两种常见的颜色模型，分别是和。标准通用接口型测试系统采用的标准总线有、、和等。常用的温度传感器有和。一阶测量系统的动态特性参数τ称为，在幅频特性曲线中称为转折频率或截止角频率；二阶测量系统的动态特性参数ω0称为，ζ称为，当时，二阶系统幅频特性曲线存在谐振频率。共6页第1页光栅的位移放大作用可以用栅距W、主光栅和指示光栅夹角θ以及莫尔条纹间距B表示为。外光电效应中，光电子逸出物体表面的必要条件是。请列举2个压电传感器可以测量的物理量：。高频反射式电涡流传感器可用来测量，低频透射式电涡流传感器可用来测量。二.选择题（共10分，每题1分）如果一个信号的频谱是离散的，则该信号的频率成份是。A.有限的B.无限的C.有限的或无限的概率密度函数是域上来描述随机信号的。A.时间B.空间C.幅值D.频率幅值解调过程中，相敏检波器的作用是。A.判断极性和提取已调波的幅值信息B.判断极性和恢复载波幅值C.放大已调波D.恢复调制信号的幅值压电式传感器使用放大器时，输出电压几乎不受联接电缆长度变化的影响。A.调制放大器B.电荷放大器C.电压放大器变间距式电容传感器适用于测量微小位移是因为。A.电容量微弱、灵敏度太低B.传感器灵敏度与间距平方成反比，间距变化大则非线性误差大C.需要做非接触测量下列传感器中，能量控制型传感器是和。A.光电式B.应变片C.电容式D.压电式在工程测量中，为了方便热电偶电极选配，常将作为标准电极。A.纯金B.纯银C.纯铂D.纯铜共6页第2页西安交通大学考试题某些晶体材料（如铁电晶体）具有自发极化现象，因温度变化引起自发极化强度变化的现象被称为效应。A.热释电B.光电C.热电D.压电下列描述中，不是光纤传感器的特点。A.灵敏度高，精度高；B.抗电磁干扰能力强、电绝缘、耐腐蚀、本质安全；C.频带宽，动态测量范围大；D.接触测量，使用简便等。在图像检测技术中，在预知区域形状的条件下，利用图像全局特征，将不连续的边缘象素点连接起来得到边界曲线的方法称为。A.哈夫变换B.模板运算C.膨胀运算D.腐蚀运算三.简答题（共35分，每题5分）检测系统的基本任务是什么？为什么电感式传感器一般都采用差动形式?为什么不能用压电传感器测量变化比较缓慢的信号？什么是霍尔效应？为什么半导体材料适合于作霍尔元件？简述热电偶产生热电势的条件是什么?简述虚拟仪器原理、组成和特点。某饮料生产厂要改进设备，在生产线上加装产品自动计数装置（产品以500毫升塑料瓶装橙汁为例），请问可以选用何种传感器？并说明工作原理。四.画图分析题（直接答在试卷上，共10分）1.CCD作为摄像光敏器件时，其信号电荷由光注入产生。器件受光照射时，光被半导体吸收，产生电子－空穴对，在外加电压作用下，少数载流子被收集到较深的势阱中。为了将势阱中的电荷转移并输出，每个光敏单元一般包括3个相邻的电极，请根据电荷转移情况在图4-1中画出加在3个电极上的脉冲电压波形，并在图4-2中画出脉冲电压与电极的连接方法。（10分）共6页第3页图4-1图4-2五.计算题（共20分）1.进行某次动态压力测量时，所采用的压电式力传感器的灵敏度为90.9nC/Mpa，将它与增益为0.005V/nC的电荷放大器相连，而电荷放大器的输出接到一台笔式记录仪上，记录仪的灵敏度为20mm/V。试计算这个测量系统的总灵敏度S。又当压力变化为3.5Mpa时，记录笔在记录纸上的偏移量x是多少？（4分）共6页第4页西安交通大学考试题2.有一悬臂梁，在其中部上、下两面各贴两片应变片，组成全桥，如图5-1所示。1）请给出由这四个电阻构成全桥电路的示意图。（2分）2）若该梁悬臂端受一向下力，长，宽，厚，，，应变片灵敏度系数，应变片空载电阻；试求此时这四个应变片的电阻值（注：）。（2分）3）若电源电压Ui=3V，求测量电桥的非平衡输出电压U0。（1分）图5-13.表1为某热电偶的分度表，测量电路如图5-2所示，数字电压表的读数为4.10mV，热电偶与电压表用补偿导线连接，请问被测温度Tx是多少，给出计算过程。（4分）表1：温度/℃203040508090100110120130140热电势/mV0.801.201.602.023.263.384.104.514.905.305.73图5-2共6页第5页4.对某种样品进行8次检测采样，测得长度值为Xi，如表2所示。在置信概率为0.99时，试用格罗贝斯准则判断有无粗大误差。数值表如表3所示。（7分）表2：测量结果i/次12345678Xi13.613.813.813.412.513.913.513.6表3：数值表n3456789101112130.011.161.491.751.912.102.222.322.412.482.552.610.051.151.461.671.821.942.032.112.182.232.292.33共6页第6页

“现代检测技术”2007B卷试题参考答案一.填空（共25分，每空1分）1.输入量和输出量随时间迅速变化时，输出与输入之间的关系。2.其电阻率ρ发生变化的现象。3.系统；随机；粗大4.光生伏特；内光电5.RGB；HSL6.GPIB总线、VXI总线、PXI总线、PCI/CompactPCI总线、RS232C总线和USB/IEEE-1394总线等。（填其中4个）7.常用的温度传感器有_热电阻__、_热电偶_____等。8.一阶测量系统的动态特性参数τ称为时间常数，在幅频特性曲线中称1/τ为转折频率或截止角频率；二阶测量系统的动态特性参数ω0称为系统无阻尼固有角频率，ζ称为阻尼比，当0≤ζ＜0.707时，二阶系统幅频特性曲线存在谐振频率。9.10.11.压力、位移、加速度等12.位移及与位移相关的厚度、振动等；材料厚度二.选择题（共10分，每题1分）1.A；2.C；3.A；4.B；5.B；6.B、C；7.C；8.A；9.D；10.A三.简答题（共35分，每题5分）1.获取有用的信息，即借助专门的设备、仪器、设计合理的实验方法与必需的信号分析及数据处理，获得与被测对象有关的信息，最后将结果进行显示或输入到其它信息处理装置、控制系统。2.为提高自感式传感器的灵敏度，增大传感器的线性工作范围，实际应用中较多的是将两个结构相同的自感线圈组合在一起形成差动式电感传感器。采用差动式结构，除了可以改善非线性、提高灵敏度，对电源电压、频率的波动及温度变化等外界影响也有补偿作用；作用在衔铁上的电磁力，由于是两个线圈磁通产生的电磁力之差，所以对电磁吸力有一定的补偿作用，从而提高了测量的准确性。3.压电式传感器只有在负载阻抗无穷大、内部也无漏电时，受力后产生的电压（电荷）才能长期保存下来，否则电路将以某时间常数按指数规律放电。这对于测量缓变信号极为不利，必将造成测量误差。（而在动态测量时，电荷量可以不断得到补充，）因此压电式传感器适于动态测量，而不能用来测量变化比较缓慢的信号。4.置于磁场中的通电半导体，在垂直于电场和磁场的方向产生电动势的现象称为霍尔效应。霍尔元件的材料要求有高的电阻率和载流子迁移率。通常金属材料具有很高的载流子迁移率，但其电阻率很小；绝缘材料的电阻率极高，但是其载流子迁移率极低；因此，金属材料和绝缘材料均不适合作霍尔元件，只有半导体材料最适合制造霍尔元件。5.两种不同的金属接成闭合回路，当它们的两个结点处于不同温度时，导体在回路中产生与两结点温差有关的电动势。只有当热电偶的两个电极材料不同，且两个接点的温度也不同时，才会产生电势，热电偶才能进行温度测量。6.虚拟仪器是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟面板、其测试功能由软件实现的一种计算机仪器系统。虚拟仪器的组成要素：计算机、应用软件、仪器硬件。虚拟仪器特点：仪器功能由软件决定；仪器功能由用户来定义；用户通过更改软件来提高仪器性能、构造新功能；虚拟仪器技术更新周期比传统仪器短。虚拟仪器灵活、开放，可以与计算机同步发展，可与网络及其他周边设备互联。7.可以选用光电传感器、光纤传感器、超声波传感器等。四.画图分析题（画图直接答在试卷上，共10分）五.计算题（共20分）1.总灵敏度：（2分）偏移量：（2分）2.（3）（1，2分；2，2分；3，1分）3.（计算过程2分，答案2分）4.第一步：平均值13.51（1分），标准差0.44（1分），g(8,0.01)=2.22，12.5含粗大误差应剔除（2分）；第二步：平均值13.66（1分），标准差0.18（1分），g(7,0.01)=2.10，无粗大误差数据。（1分）；

成绩西安交通大学考试题课程现代检测技术学院电信学院考试日期2008年11月28日专业班号√姓名学号期中 期末√一、名词解释（每题2分，共10分）1.测试系统的灵敏度2.压电效应3.热电偶冷端补偿4.电阻应变效应5.虚拟仪器二、填空（每空1分，共30分）1.一阶系统的时间常数τ表征系统的特性，一阶系统的截止频率表示为；二阶系统的动态参数是阻尼比ζ和，通常ζ=时，响应速度快，动态误差小，系统的输出能够以较快的速度达到给定的误差范围。2.线性度是指，也称非线性误差，常用的直线拟合方法有理论拟合、和等。3.常用的应变片有与两大类，其中灵敏度较高的是，线性度较好的是。4.为了加强居民小区的安全，可以在小区围墙上加装传感器进行昼夜监控。5.可以进行转速测量的传感器包括、和；可以进行金属工件厚度测量的传感器包括、共4页第1页和。6.在图像测量中，为了确定工件的角点，常采用方法，它的原理是。7.光电管、光电倍增管是利用效应工作的，光电池是利用效应工作的，光敏电阻是利用效应工作的。8.极距变化型的电容式传感器常采用差动结构，目的是以及。9.为利用电桥的和差特性，提高系统的灵敏度，应使桥臂上电阻应变极性相同，桥臂上电阻应变极性相反。10.GPS卫星导航系统由3部分组成，分别是、和。三、简答（每题5分，共25分）1.基本型现代检测系统包括哪些环节？2.什么是霍尔效应？为什么半导体材料适合于作霍尔元件？3.请从CCD的原理解释图像亮度与曝光时间的关系。4.如果对1mm左右的微位移量进行检测，请问可以选用什么传感器？列举2种方案，并解释其工作原理。5.探底雷达可以完成哪些检测任务？在对混凝土构件进行探测时与超声波传感器有何异同？四、计算题（共20分）1.有一悬臂梁，在其中部上、下两面各贴两片应变片，组成全桥，如题图1所示。1）请给出由这四个电阻构成全桥电路的示意图。（3分）2）若该梁悬臂端受一向下力，长，宽，厚，，，应变片灵敏度系数，应变片空载电阻；第2页西安交通大学考试题试求此时这四个应变片的电阻值（注：）。（3分）3）若电源电压Ui=3V，求测量电桥的非平衡输出电压U0。（2分）图12.用加速度计和电荷放大器测量振动，若传感器的灵敏度为7pC/g，电荷放大器的灵敏度为100mV/pC，试确定输入3g加速度时系统的输出电压。（3分）3.某磁电式传感器可作为二阶系统处理，已知系统的阻尼比为0.65，固有频率为200Hz，当要求测量幅值误差在10%以内，请问该系统可以测量的信号频率范围是多少？（5分）4.表1为E型热电偶的分度表，测量电路如图2所示，数字电压表的读数为1.54mV，热电偶与电压表用补偿导线连接，请问被测温度Tx是多少，给出计算过程。（4分）表1E型热电偶分度表（分度号：E，单位：mV）温度（℃）热电动势（mV）012345678900.0000.0590.1180.1760.2350.2950.3540.4130.4720.532100.5910.6510.7110.7700.8300.8900.9501.0111.0711.131201.1921.2521.3131.3731.4341.4951.5561.6171.6781.739301.8011.8621.9241.9852.0472.1092.1712.2332.2952.357402.4192.4822.5442.0572.6692.7322.7952.8582.9212.984图2第3页五、综合分析（15分）在电子秤实验中，砝码质量与直流全桥电路的输出电压如表2所示，假设数据中不含系统误差与粗大误差，输入量满量程为200g，试分析该系统的下列静态特性：零位、输出满量程、线性度、灵敏度、重复性误差。表2：电子秤实验数据电压（V）砝码（g）20406080100120140160180200第1组0.0210.0390.0580.0790.0970.1170.1370.1570.1770.197第2组0.0190.0390.0590.0790.0990.1190.1390.1590.1790.199第3组0.0340.0520.0710.0900.1080.1260.1450.1630.1820.200注：直线拟合用端点连线拟合法。第4页

一、名词解释（每题2分，共10分）1.测试系统的灵敏度——传感器输出变化量与输入变化量之比2.压电效应——某些材料（如石英）当沿着一定方向施加力变形，由于材料分子不具备中心对称性，其内部产生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，重新恢复到不带电状态，此现象称为正压电效应。逆压电效应是指当压电材料沿一定方向受到电场作用时，相应的在一定的晶轴方向将产生机械变形或机械应力，又称电致伸缩效应。3.热电偶冷端补偿——热电偶回路的热电势是两个接点温度的函数，为此，必须使冷端温度保持不变，其输出热电势才是热端温度的单值函数。在实际测量中，热电偶的两端距离很近，冷端温度易受测量对象和环境温度波动的影响，而难以保持恒定，从而引入测量误差。补偿方法：0℃恒温法；补偿导线法；修正法；补偿电桥法等。4.电阻应变效应——金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。5.虚拟仪器——在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟面板、其测试功能由软件实现的一种计算机仪器系统。二、填空（每空1分，共30分）1.输出随输入变化快慢的动态特性；1/τ；无阻尼固有角频率（固有频率）；0.6~0.8（0.7）；2.系统输入输出特性与拟合直线的不一致程度；最小二乘拟合；端点连线拟合；3.金属电阻应变片；半导体应变片；半导体应变片；金属电阻应变片；4.红外图像（红外摄像仪）；5.霍尔传感器、光电传感器、电涡流传感器、电感式、电容式（答3种）；电容式、电感式、电涡流式、超声波式、霍尔式、光纤式等（3种）6.Harris角点法；定义一个矩形窗，使窗口在图像内滑动，当窗口处于①平滑区域：无论窗口如何移动，图像强度均无显著变化。②边缘区域：沿着边缘方向灰度值无明显变化。③角点区域：无论超哪个方向移动，均会产生灰度值的剧烈变化。通过这种方法可以确定角点。7.外光电；光生伏特；内光电；8.提高灵敏度；改善非线性度；9.相对；相邻；10.空间星座部分；地面支撑系统；用户设备；三、简答题（每题5分，共25分）1.基本型现代检测系统包括传感器、信号调理、数据采集、计算机及输出显示、打印西安交通大学本科生课程考试试题标准答案与评分标准课程名称：现代检测技术课时：48考试时间：2008年11月28日等环节。2.置于磁场中的载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称为霍尔效应。半导体具有高的电阻率和载流子的迁移率3.当光照射到硅片上时，在光子作用下产生电子-空穴对，自由电子会被势阱收集，电子数主要取决于光照强度和收集（积分）时间的长短。曝光时间越长，光生电子数越多，图像就越亮。4.测量1mm的位移可以采用电容、电感、光栅、光纤、容栅等多种传感器，任选两种。5.探底雷达可以用于建筑结构、道路桥梁、地质勘探、市政管线以及考古刑侦等方面。雷达对钢筋敏感程度远大于超声波。因此雷达图像可较好地反映混凝土内部钢筋的存在和位置，并且还可以根据反射波的强弱显示钢筋的锈蚀情况。超声波和雷达均可反映混凝土内部的结构缺陷，但对于不密实的混凝土内部区域，超声波以相对低速区可较好地显示出来，但雷达效果往往不明显。四、计算题1.（1）3分；（2）3分；（3）2分；（3）2.（3分）；3.二阶系统动态幅值误差表达式为：，将A(ω)＝1.1和ζ＝0.65代入幅频特性公式，方程无实数解。（2分）将A(ω)＝0.9和ζ＝0.65代入幅频特性公式，得，（2分）163Hz可用频率范围是0~163Hz。（1分）4.（4分）五、综合分析（15分）电压（V）砝码（g）20406080100120140160180200第1组0.0210.0390.0580.0790.0970.1170.1370.1570.1770.197第2组0.0190.0390.0590.0790.0990.1190.1390.1590.1790.199第3组0.0340.0520.0710.0900.1080.1260.1450.1630.1820.200平均值0.0250.0430.0630.0830.1010.1210.1400.1600.1790.199拟合值0.0250.0440.0640.0830.1020.1220.1410.1600.1800.1993组数据最大差值0.0150.0140.0130.0110.0110.0090.0080.0060.0050.003端点拟合直线：k=(0.199-0.025)/(200-20)=9.67*10-4V/g，b=200*k-0.199=0.0056V零位：0.0056V输出满量程：0.199-0.0056=0.1934V线性度：拟合值与测量平均值最大差值为0.001V，线性度为0.001/0.1934*100%=0.52%灵敏度：即k=9.67*10-4V/g重复性：三组数据间最大差值为0.015V，0.015/0.1934*100%=7.76%（零位、输出满量程、线性度、灵敏度、重复性误差每个参数3分。）

成绩西安交通大学考试题课程现代检测技术学院电信学院考试日期2008年11月28日专业班号√姓名学号期中 期末√一、名词解释（每题2分，共10分）1.测试系统的线性度2.霍尔效应3.热电偶传感器4.莫尔条纹5.虚拟仪器二、填空（每空1分，共30分）1.一阶系统的时间常数τ表征系统的特性，一阶系统的截止频率表示为；二阶系统的动态参数是阻尼比ζ和，通常ζ=时，响应速度快，动态误差小，系统的输出能够以较快的速度达到给定的误差范围。2.重复性是指，迟滞是指。3.常用的电阻型温度传感器有与，其中具有正温度系数，具有负温度系数。4.为了加强居民小区的安全，可以在小区围墙上加装传感器进行昼夜监控。5.可以进行流量测量的传感器包括和；可以进行金属工件探伤测量的传感器包括和。共4页第1页6.在图像测量中，为了确定工件的角点，常采用方法，它的原理是；为了确定工件上的圆孔和圆弧，常采用方法。7.是利用外光电效应工作的，是利用光生伏特效应工作的，是利用内光电效应工作的。8.型的电容式传感器常采用差动结构，目的以及。9.为利用电桥的和差特性，提高系统的灵敏度，应使桥臂上电阻应变极性相同，桥臂上电阻应变极性相反。10.GPS卫星导航系统由3部分组成，分别是、和；我国自主研发的卫星导航系统称为。三、简答（每题5分，共25分）1.标准型现代检测系统包括哪些形式2.什么是压电效应？为什么压电传感器不适合静态参数测量？3.请从CCD的原理解释图像亮度与曝光时间的关系。4.如果对10N左右的压力进行检测，请问可以选用什么传感器？列举2种方案，并解释其工作原理。5.探底雷达可以完成哪些检测任务？与超声波无损探测有何异同？四、计算题（共20分）1.想用一阶系统测量100Hz的正弦信号，如要求限制振幅误差在5%以内，则时间常数应取多少？若用该系统测试50Hz的正弦信号，问此时的振幅误差和相角差是多少？(5分)2.采用4片相同的金属丝应变片（灵敏度S＝2），将其贴在实心圆柱形测力弹性元件上。如图1所示，受力F＝1000N。圆柱截面半径r＝1cm，杨氏模量E＝2×107N/CM2，泊松比μ＝0.3。求：（1）画出应变片在圆柱上的粘贴位置及相应的测量桥路原理图；(3分)第2页西安交通大学考试题（2）各应变片的电阻相对变化量ΔR/R=?（3分）（3）若供桥电压U＝6V，求桥路输出电压U0＝？（2分）注：柱式弹性敏感元件的纵向应变为，横向应变为，A为横截面积。图13.进行某次动态压力测量时，所采用的压电式力传感器的灵敏度为90.9nC/Mpa，将它与增益为0.005V/nC的电荷放大器相连，而电荷放大器的输出接到一台笔式记录仪上，记录仪的灵敏度为20mm/V。试计算这个测量系统的总灵敏度S。又当压力变化为3.5Mpa时，记录笔在记录纸上的偏移量x是多少？（3分）4.表1为E型热电偶的分度表，测量电路如图2所示，数字电压表的读数为1.58mV，热电偶与电压表用补偿导线连接，请问被测温度Tx是多少，给出计算过程。（4分）表1E型热电偶分度表（分度号：E，单位：mV）温度（℃）热电动势（mV）012345678900.0000.0590.1180.1760.2350.2950.3540.4130.4720.532100.5910.6510.7110.7700.8300.8900.9501.0111.0711.131201.1921.2521.3131.3731.4341.4951.5561.6171.6781.739301.8011.8621.9241.9852.0472.1092.1712.2332.2952.357402.4192.4822.5442.0572.6692.7322.7952.8582.9212.984图2第3页五、综合分析（15分）在电子秤实验中，砝码质量与直流全桥电路的输出电压如表2所示，假设数据中不含系统误差与粗大误差，输入量满量程为200g，试分析该系统的下列静态特性：零位、输出满量程、线性度、灵敏度、重复性误差。表2：电子秤实验数据电压（V）砝码（g）20406080100120140160180200第1组0.0210.0390.0580.0790.0970.1170.1370.1570.1770.197第2组0.0190.0390.0590.0790.0990.1190.1390.1590.1790.199第3组0.0340.0520.0710.0900.1080.1260.1450.1630.1820.200注：直线拟合用端点连线拟合法。第4页

西安交通大学本科生课程考试试题标准答案与评分标准课程名称：现代检测技术课时：48考试时间：2008年11月28日一、名词解释（每题2分，共10分）1.测试系统的线性度——系统标准输入输出特性与拟合直线的不一致程度2.霍尔效应——置于磁场中的载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称为霍尔效应。3.热电偶传感器——两种不同的金属接成闭合回路，当它们的两个结点处于不同温度时，导体在回路中产生与两结点温差有关的电动势。利用这种温差电效应工作的温度传感器称为热电偶传感器。4.莫尔条纹——当指示光栅与主光栅的栅线有一个微小的夹角θ时，由于挡光效应(当线纹密度≤50条/mm时)或光的衍射作用(当线纹密度≥100条/mm时)，则在近似垂直于栅线方向上显现出比栅距W大的多的明暗相间的条纹，相邻的两明暗条纹之间的距离B称为莫尔条纹间距。5.虚拟仪器——在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟面板、其测试功能由软件实现的一种计算机仪器系统。二、填空（每空1分，共30分）1.输出随输入变化快慢的动态特性；1/τ；无阻尼固有角频率（固有频率）；0.6~0.8（0.7）；2.同向行程差/量程；正返程差/量程3.热电阻；热敏电阻；热电阻；热敏电阻；4.红外图像（红外摄像仪）；5.超声波传感器、磁电式传感器；超声波式、雷达探测器；6.Harris角点法；定义一个矩形窗，使窗口在图像内滑动，当窗口处于①平滑区域：无论窗口如何移动，图像强度均无显著变化。②边缘区域：沿着边缘方向灰度值无明显变化。③角点区域：无论超哪个方向移动，均会产生灰度值的剧烈变化。通过这种方法可以确定角点。Hough变换法7.光电管、光电倍增管；光电池；光敏电阻；8.变极距；提高灵敏度；改善非线性度；9.相对；相邻；10.空间星座部分；地面支撑系统；用户设备；北斗卫星导航系统；三、简答题（每题5分，共25分）1.标准型现代检测系统包括GPIB接口型、串口型、PCI接口型、VXI型、PXI型等。2.某些电介质在沿一定的方向受到外力的作用变形时，由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状态；而当作用力方向改变时，第1页电荷的极性随着改变。晶体受力所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。反之，如对晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随之消失，称为逆压电效应。压电式传感器只有在负载阻抗无穷大、内部也无漏电时，受力后产生的电压（电荷）才能长期保存下来，否则电路将以某时间常数按指数规律放电。这对于测量缓变信号极为不利，必将造成测量误差。（而在动态测量时，电荷量可以不断得到补充，）因此压电式传感器适于动态测量，而不能用来测量变化比较缓慢的信号。3.当光照射到硅片上时，在光子作用下产生电子-空穴对，自由电子会被势阱收集，电子数主要取决于光照强度和收集（积分）时间的长短。曝光时间越长，光生电子数越多，图像就越亮。4.测量10N左右的压力可以采用电容、电感、光栅、光纤、容栅等许多种传感器，任选两种。5.探底雷达可以用于建筑结构、道路桥梁、地质勘探、市政管线以及考古刑侦等方面。雷达对钢筋敏感程度远大于超声波。因此雷达图像可较好地反映混凝土内部钢筋的存在和位置，并且还可以根据反射波的强弱显示钢筋的锈蚀情况。超声波和雷达均可反映混凝土内部的结构缺陷，但对于不密实的混凝土内部区域，超声波以相对低速区可较好地显示出来，但雷达效果往往不明显。四、计算题1.；幅值误差1.32%，相位误差-9.3°；（5分）2.（1）（3分）；（2）（3分）（3）（2分）3.总灵敏度：（2分）偏移量：（2分）4.（4分）第2页五、综合分析（15分）电压（V）砝码（g）20406080100120140160180200第1组0.0210.0390.0580.0790.0970.1170.1370.1570.1770.197第2组0.0190.0390.0590.0790.0990.1190.1390.1590.1790.199第3组0.0340.0520.0710.0900.1080.1260.1450.1630.1820.200平均值0.0250.0430.0630.0830.1010.1210.1400.1600.1790.199拟合值0.0250.0440.0640.0830.1020.1220.1410.1600.1800.1993组数据最大差值0.0150.0140.0130.0110.0110.0090.0080.0060.0050.003端点拟合直线：k=(0.199-0.025)/(200-20)=9.67*10-4V/g，b=200*k-0.199=0.0056V零位：0.0056V输出满量程：0.199-0.0056=0.1934V线性度：拟合值与测量平均值最大差值为0.001V，线性度为0.001/0.1934*100%=0.52%灵敏度：即k=9.67*10-4V/g重复性：三组数据间最大差值为0.015V，0.015/0.1934*100%=7.76%（零位、输出满量程、线性度、灵敏度、重复性误差每个参数3分。）第3页

成绩西安交通大学考试题课程现代检测技术学院电信学院考试日期2009年12月22日专业班号√姓名学号期中 期末√题号一二三四得分一、填空（每空1分，共20分，此题答在试卷上）在电桥电路的连接方式中，具有最高的灵敏度，其灵敏度为半臂单桥的倍。由测量仪器本身结构或原理引起的误差称为误差。多次测量求平均值可以减小误差，但是当测量次数增加到一定值后，误差就趋于稳定，这个测量次数可以根据公式来确定。半导体应变片主要是利用半导体材料的参数会随着应力的变化而变化，从而导致自身阻值发生改变。压电材料按一定方向放置在交变电场中，其几何尺寸将随之发生变化，这称之为效应。光栅传感器的辨向电路有2路输入信号，这两个信号相位相差。在GPS卫星定位系统中，地面接收机通过测量或测量进行定位，地面接收机至少要接收颗卫星信号才能准确计算出自身的三维坐标。热电偶产生热电势有两个条件，一是，二是。制定热电偶分度表的理论基础是定律，其冷端温度是。共3页第1页常见数字式传感器包括、和。在光源照明技术中，使用偏振光可以消除影响；物距WD、放大倍数PMAG和镜头焦距f的关系是。二、简答（每题6分，共36分）请简述可见光、红外光、微波、超声波这几个概念的区别与联系？在视觉检测系统中，如果生产线上的被测物尺寸较大（如宽度>0.5m），常采用线阵CCD传感器采集图像，而不用面阵CCD，请简单说明原因。探地雷达和超声波传感器都可以进行无损探测，在探测地下埋藏物时，请问它们的检测结果一样么？为什么？什么是光电池的频率特性？什么是光电池的光谱特性？谈谈你对虚拟仪器的理解，虚拟仪器的发展趋势如何？检测技术是实现各种自动控制系统的前提与关键环节，请列举6种日常生活中的检测实例，并分别说明用什么传感器可以实现。三、电路分析题（共14分）互感型传感器的工作原理是利用电磁感应中的互感现象，将被测量(位移)转换成感应电势的变化。为检测位移的大小和方向，常采用全波差动整流电路，如图1所示。当铁芯在零位以上时，请画出对应的、和波形示意图。（6分，此题答在试卷上）图1图2所示电路实现了什么功能？当=20℃时，电桥平衡，当>20℃或<20℃时，第2页西安交通大学考试题电路工作情况如何？使用该电路应注意什么问题？（8分）图2四、计算题（共30分）某压电式压力传感器的灵敏度为80pC/Pa，如果它的电容量为1nF，试确定传感器在输入压力为1.4Pa时的输出电压。（8分）某磁电式传感器要求在最大允许幅值误差2%以下工作。若其阻尼系数ζ=0.6，试求ω/ωn的范围。（10分）在材料为钢的实心圆柱试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120Ω的金属应变片R1和R2，把这两应变片接入差动电桥，如图3所示。若钢的泊松比µ=0.285，应变片的灵敏系数K=2，电桥的电源电压Ui=2V，当试件受轴向拉伸时，测得应变片R1的电阻变化值△R=0.48Ω，试求电桥的输出电压U0；若柱体直径d=10mm，材料的弹性模量E=2×1011N/m2，求其所受拉力大小。（12分）注：柱式弹性敏感元件的纵向应变为，横向应变为，A为横截面积。图3第3页第页

一、填空（每空1分，共20分）1.全桥；4倍；2.系统；3.随机；谢波尔德；4.电阻率；5.逆压电效应；6.90度；7.伪距；载波相位；4；8.两个电极材料不同；两个结点温度不同；中间温度；0摄氏度9.光栅传感器；同步感应器；编码器；容栅传感器（任3个）10.镜面反射；；二、简答题（每题6分，共36分）1.要点：可见光、红外光、微波同属电磁波，波长不同，在真空中传播速度为光速，超声波属机械波，传播速度与介质有关，在真空中不能传播；都有折射与反射现象；2.测量大尺寸物体时，线阵CCD用扫描方式采集的图片不易产生梯形畸变，单次采集数据量小；3.检测结果不一样，超声波对介质密度变化敏感，电磁波（探地雷达）对钢筋等材料敏感。4.频率特性指入射光强按照一定频率变化时，光电池灵敏度变化情况；光谱特性指入射光频率（波长）变化时，光电池灵敏度变化情况；5.虚拟仪器指在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟面板、其测试功能由软件实现的一种计算机仪器系统；性能高、扩展性强、开发时间少、集成度高；6.自动门、倒车雷达、数码相机、光控开关、声控开关、红外开关等；三、电路分析题（共14分）1.（6分）西安交通大学本科生课程考试试题标准答案与评分标准课程名称：现代检测技术课时：48考试时间：2009年12月22日2.（8分）热电偶冷端补偿，利用不平衡电桥(又称冷端补偿器)产生不平衡电压来自动补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化。，，若Tu超过20℃，Δu与热电偶的热电势方向相同；若低于20℃，Δu与热电偶的热电势方向相反，从而自动的得到补偿。注意不能将正负极接错，只能在规定的温度范围内使用。四、计算题1.（8分）两步骤各4分。2.（10分）；解：由磁电式传感器的幅频特性（3分）得其幅值动态误差为（2分）则有（3分）结论：（2分）3.（12分）算出ε1、ε2、U0各得2分，算出F得6分。

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