檢測(cè)第一次作業(yè)--第六組

1、第一章1.1測(cè)量就是借助于一定的儀器或設(shè)備，采用一定的方法和手段，對(duì)被測(cè)對(duì)象獲取表征其特征的定量信息的過程，是以確定被測(cè)對(duì)象的量值為目的全部操作。答：測(cè)量過程的三要素:測(cè)量單位，測(cè)量方法，測(cè)量裝置。1.2測(cè)量方法是指人們認(rèn)識(shí)自然界事物的一種手段，例如：要知道某塊金屬的質(zhì)量，可以用天平這種儀器來測(cè)量，而天平就是一種測(cè)量質(zhì)量的方法。答：測(cè)量方法的分類和各自的特點(diǎn):（1）按測(cè)量的手段可分為直接測(cè)量和間接測(cè)量;直接測(cè)量：在使用儀表進(jìn)行測(cè)量時(shí)，對(duì)儀表讀數(shù)不需要經(jīng)過任何運(yùn)算，就能直接表示測(cè)量所需要的結(jié)果。直接測(cè)量過程簡(jiǎn)單，迅速，缺點(diǎn)在于測(cè)量準(zhǔn)確度往往不高。間接測(cè)量:某些被測(cè)量的量值不能通過直接測(cè)量獲取。在

2、對(duì)這類被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，首先應(yīng)對(duì)與被測(cè)量有確定的函數(shù)關(guān)系的幾個(gè)量進(jìn)行直接測(cè)量，然后將測(cè)量結(jié)果代入函關(guān)系式，經(jīng)過計(jì)算得到所需要的結(jié)果。（2）按測(cè)量敏感元件是否與被測(cè)介質(zhì)接觸，可分為接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量；接觸式測(cè)量;在測(cè)量過程中，檢測(cè)儀表的敏感元件或傳感器與被測(cè)介質(zhì)直接接觸，感受被測(cè)介質(zhì)的作用，這種測(cè)量方法為接觸式測(cè)量。接觸式測(cè)量比較直觀，可靠，但傳感器會(huì)對(duì)被測(cè)介質(zhì)引起干擾，造成測(cè)量誤差。非接觸式測(cè)量;在測(cè)量過程中，檢測(cè)儀表的敏感元件或傳感器不直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，而是采用間接方式來感受測(cè)量的作用。非接觸式測(cè)量在測(cè)量時(shí)不干擾被測(cè)介質(zhì)，適于對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)象，腐蝕性介質(zhì)及在危險(xiǎn)場(chǎng)合下的參數(shù)測(cè)量。（3）按測(cè)

3、量的方式，可分為偏差法測(cè)量，零位法測(cè)量和微差法測(cè)量偏差法測(cè)量;以檢測(cè)儀表指針相對(duì)于刻度起始線的偏移量的大小來確定被測(cè)量值的大小。偏差法測(cè)量過程簡(jiǎn)單，迅速，但是當(dāng)偏移量較大時(shí)，測(cè)量誤差也會(huì)增大。零位法測(cè)量;被測(cè)量和已知標(biāo)準(zhǔn)量都作用在測(cè)量裝置的平衡機(jī)構(gòu)上，根據(jù)指零機(jī)構(gòu)示值為零來確定測(cè)量裝置達(dá)到平衡，此時(shí)被測(cè)量的量值就等于已知標(biāo)準(zhǔn)量的量值。零位法測(cè)量精度較高，但在測(cè)量過程中需要調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)量以達(dá)到平衡。微差法測(cè)量;微差法測(cè)量是偏差法測(cè)量和零位法測(cè)量的組合，甩已知標(biāo)準(zhǔn)量的作用去抵消被測(cè)量的大部分作用，再用偏差法來測(cè)量被測(cè)量與已知標(biāo)準(zhǔn)量的差值。微差法測(cè)量的測(cè)量精度高，反應(yīng)也比較快，比較適合于在線控制參數(shù)的檢

4、測(cè)。（4）按測(cè)量系統(tǒng)是否向被測(cè)對(duì)象施加能量，可分為主動(dòng)式測(cè)量和被動(dòng)式測(cè)量;主動(dòng)式測(cè)量;測(cè)量過程中，需從外部輔助向被測(cè)對(duì)象施加能量。主動(dòng)式測(cè)量不破壞被測(cè)對(duì)象的物理狀態(tài)，往往可以取得較強(qiáng)的信號(hào)，但測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜。被動(dòng)式測(cè)量:測(cè)量過程中，無須從外部向被測(cè)對(duì)象施加能量。被動(dòng)式測(cè)量的測(cè)量裝置一般比較簡(jiǎn)單，但對(duì)被測(cè)對(duì)象的物理狀態(tài)有一定的影響，所取得的信號(hào)較弱。1.3 組成檢測(cè)系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)有哪些？答：開環(huán)型結(jié)構(gòu)檢測(cè)系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)有：檢測(cè)環(huán)節(jié)、放大環(huán)節(jié)和顯示記錄環(huán)節(jié)。平衡閉環(huán)型結(jié)構(gòu)檢測(cè)系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)有：前向環(huán)節(jié)和負(fù)反饋環(huán)節(jié)。其中，前向環(huán)節(jié)包括：檢測(cè)環(huán)節(jié)、變換器和放大環(huán)節(jié)及校正環(huán)節(jié)，負(fù)反饋環(huán)節(jié)由反

5、向變換器及校正環(huán)節(jié)組成。1.4什么是傳感器？它由哪幾個(gè)部分組成？分別起到什么作用？答：傳感器是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測(cè)量裝置，能完成檢測(cè)任務(wù)；傳感器由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件，轉(zhuǎn)換電路組成。敏感元件是直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的物理量；轉(zhuǎn)換元件把敏感元件的輸出作為它的輸入，轉(zhuǎn)換成電路參量；上述電路參數(shù)接入基本轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。1.5傳感器技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向表現(xiàn)在哪幾個(gè)方面？答：（1）開發(fā)新的敏感、傳感材料：在發(fā)現(xiàn)力、熱、光、磁、氣體等物理量都會(huì)使半導(dǎo)體硅材料的性能改變，從而制成力敏、熱敏、光敏、磁敏和氣敏等敏感元件后，尋找發(fā)

6、現(xiàn)具有新原理、新效應(yīng)的敏感元件和傳感元件。 （2）開發(fā)研制新型傳感器及組成新型測(cè)試系統(tǒng)  MEMS技術(shù)要求研制微型傳感器。如用于微型偵察機(jī)的CCD傳感器、用于管道爬壁機(jī)器人的力敏、視覺傳感器。   研制仿生傳感器  研制海洋探測(cè)用傳感器   研制成分分析用傳感器   研制微弱信號(hào)檢測(cè)傳感器 （3）研究新一代的智能化傳感器及測(cè)試系統(tǒng)：如電子血壓計(jì)，智能水、電、煤氣、熱量表。它們的特點(diǎn)是傳感器與微型計(jì)算機(jī)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成智能傳感器。系統(tǒng)功能最大程度地用

7、軟件實(shí)現(xiàn)。 （4）傳感器發(fā)展集成化：固體功能材料的進(jìn)一步開發(fā)和集成技術(shù)的不斷發(fā)展，為傳感器集成化開辟了廣闊的前景。 （5）多功能與多參數(shù)傳感器的研究：如同時(shí)檢測(cè)壓力、溫度和液位的傳感器已逐步走向市場(chǎng)。1-6請(qǐng)使用泰勒級(jí)數(shù)展開法推導(dǎo)傳感器差動(dòng)結(jié)構(gòu)的輸出式（1.6） + + 第二章2.1測(cè)量誤差的表示方法有哪些？答：絕對(duì)誤差 =xA相對(duì)誤差 =µ×100 A=x×100引用誤差m m=B×1002.2測(cè)量誤差的來源及分類有哪些？答：系統(tǒng)誤差，隨機(jī)誤差，粗大誤差2.3消除系統(tǒng)誤差的方法有哪些？答：(1)減小恒值系統(tǒng)誤差的方法 替代法 交換法

8、 抵消法(2)減小線性系統(tǒng)誤差的方法(3)采用半周期法減小周期性誤差系統(tǒng)2.4 用測(cè)量范圍為-50150 kPa的壓力傳感器測(cè)量140 kPa壓力時(shí)，傳感器測(cè)得示值為142kPa,求該示值的絕對(duì)誤差、實(shí)際相對(duì)誤差和引用誤差。答：（1）絕對(duì)誤差：= x =142-140=2 kPa ; 實(shí)際相對(duì)誤差：=/=2/140=1.43% ; 引用誤差：=/ B =2/(150-(-50)=1%2.5壓力傳感器測(cè)量砝碼數(shù)據(jù)如下表，試分析該組測(cè)量中是否存在系統(tǒng)誤差。M/g012345正向測(cè)量值/mV01.522.533.5反向測(cè)量值/mV00.5122.53.5答：由殘余誤差觀察法得下表：M/g012345

9、011.52.252.753.5正向殘差00.50.50.250.250負(fù)向殘差0-0.5-0.5-0.25-0.250所以得出，殘余誤差大體上正負(fù)相同，無顯著變化規(guī)律，無系統(tǒng)誤差存在。2.6用卡尺等精度測(cè)量某工件的厚度10次（卡尺測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差未知），并確認(rèn)測(cè)量已排除系統(tǒng)誤差，測(cè)得值為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，試用格羅布斯準(zhǔn)則判斷測(cè)量結(jié)果中是否存在壞值；若有壞值，則將壞值剔除后寫出測(cè)量結(jié)果。答：將測(cè)量值的殘差和殘差平方和列入表2.3，經(jīng)計(jì)算可得測(cè)量列的算術(shù)平均值為x=i=110xi10=

10、1.382 g殘差平方和為 i=110vi2=i=110(xi-x)2=0.019 g2由貝塞爾公式得測(cè)量列標(biāo)準(zhǔn)差為 =i=1n1n-1vi2=i=110vi29=0.0459 g取定置信水平=0.05，根據(jù)測(cè)量次數(shù)n=10，查表2.2得格羅布斯臨界系數(shù)g010,0.05=2.18，計(jì)算格羅布斯鑒別值g0n,=2.18×0.0459=0.1003將表2.3中絕對(duì)值最大的殘余誤差與格羅布斯鑒別值比較，由于v9=0.108>0.1003，故判定v9為粗大誤差，x9為壞值應(yīng)剔除，重新計(jì)算各測(cè)量值的vi及vi2，并填入表2.3。ixigvi1gvi21g2vi2gvi22g211.33

11、-0.052+0.002704-0.040.001621.36-0.025+0.000625-0.010.000131.41+0.028+0.000784+0.040.001641.40+0.018+0.000324+0.030.000951.38-0.002+0.000004+0.010.000161.39+0.002+0.000004+0.020.000471.35-0.032+0.001024-0.020.000481.34-0.042+0.001764-0.030.000991.49+0.108+0.011664-101.37-0.012+0.00014400重新計(jì)算測(cè)量的算術(shù)平均值為

12、x=1ni=1nxi=12.339g=1.37 g重新計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差為 =i=1n1n-1vi2=i=1918 g=0.0274 g取定置信水平=0.05，根據(jù)測(cè)量次數(shù)，n=10，查表2.2得出相應(yīng)的格羅布斯臨界系數(shù)g09,0.05=2.11，計(jì)算格羅布斯鑒別值g0n,=2.11×0.0274=0.0578將各測(cè)量值的殘余誤差vi與格羅布斯鑒別值相比較，所有殘差誤差vi的絕對(duì)值均小于格羅布斯鑒別值，故已無壞值。2.7用量程為150mm的游標(biāo)卡尺測(cè)量一個(gè)鋼球的直徑10次，已知儀器最小分度值為0.02mm,儀器的最大允差儀=0.02mm，測(cè)量數(shù)據(jù)見表2.7表2.7次數(shù)12345678910D

13、/mm3.323.343.363.303.343.383.303.323.343.36答：均值D =3.32+3.34+3.36+3.34+3.3610=3.336標(biāo)準(zhǔn)差 = 1n-1n-1n(Di-D)20.263A類的標(biāo)準(zhǔn)不確定度Ua=1n-1nn-1n(Di-D)2=0.008319B類的標(biāo)準(zhǔn)不確定度UB=K示值誤差的區(qū)間半寬度：=±0.02x0.02x3.336+0.02x0.02x150=0.06133UB=K=0.061331.732=0.035合成不確定度UC=i=1nuix(ui)=0.061892.8在對(duì)量程為10MPa的壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，傳感器輸出電壓值與壓力

14、值之間的關(guān)系見表2.8，請(qǐng)簡(jiǎn)述最小二乘法準(zhǔn)則的幾何意義，并分析下列電壓-壓力直線中哪一條最符合最小二乘法準(zhǔn)則（可使用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行計(jì)算）。表2.8測(cè)量次數(shù)I12345壓力xi/Mpa245810電壓yi/V10.04620.09030.15540.12550.074 y=5.00x-1.05; y=7.00x+0.07; y=50.00x-10.30; y=-5.00x-1.00; y=5.00x+0.08答：（1）最小二乘法的意義是：擬合直線精度高即誤差??；（2）利用mathematica科學(xué)計(jì)算軟件可以利用上表數(shù)據(jù)畫出下圖：整理知：符合最小二乘法準(zhǔn)則。2.9信號(hào)分析與處理的根本目的是什么？

15、答：信號(hào)中包含著信息，是信息的載體和具體表現(xiàn)形式，信息需轉(zhuǎn)化為傳輸媒質(zhì)能夠接受的信號(hào)形式方能傳播，通過對(duì)信號(hào)的分析處理后才能提取信息。2-10信號(hào)的分類有哪幾種？ 答：（1）確定性信號(hào) 1）周期信號(hào) 2）非周期信號(hào) （2）非確定性信號(hào)（隨機(jī)信號(hào)） （3）連續(xù)時(shí)間信號(hào) （4）離散時(shí)間信號(hào) 2-11周期信號(hào)頻譜的特點(diǎn)有哪些？與非周期信號(hào)的頻譜有何區(qū)別？ 答：特點(diǎn)：(1) 離散性。指頻譜由頻率離散而不連續(xù)的譜線組成，這種頻譜稱為離散頻譜或線譜。 (2) 諧波性。指各次諧波分量的頻率都是基波頻率的整數(shù)倍，而且 相鄰諧波的頻率間隔是均勻的，即譜線在頻率軸上的位置是的整數(shù)倍。 (3) 收斂性。指譜線幅度隨n而衰減到零。因此這種頻譜具有收斂性或衰減性。 區(qū)別：周期信號(hào)和非周期信號(hào)頻譜反映的都是信號(hào)所包含的頻率分量的幅度和相位隨頻率變化的情況，但前者頻譜是離散的，因?yàn)橹芷谛盘?hào)的頻率分量的頻率只能是基頻的整數(shù)倍，而非周期信號(hào)的頻率分量包含了所有的頻率。 2-12隨機(jī)信號(hào)的數(shù)學(xué)描述方法有哪些？ 答：（1）幅值域描述。均值、均方值、方差、概率密度函數(shù)等。（2）時(shí)域描述。自相關(guān)函數(shù)、互相關(guān)函數(shù)。（3）頻域描述。自功率譜密度函數(shù)、互功率譜密度函數(shù)。