檢測與轉換試題

1、第1章 信號檢測與轉換技術概述1.自動檢測與轉換系統(tǒng)的基本組成是什么？檢測：通過各種科學的手段和方法獲得客觀事物的量值；轉換：通過各種技術手段把客觀事物的大小轉換成人們能夠識別、存貯和傳輸?shù)牧恐?。一個典型的檢測與轉換系統(tǒng)基本組成如下：2.簡述心電信號檢測系統(tǒng)的基本組成及各部分功能。3.簡述工業(yè)檢測技術涉及的主要物理量有哪些？工業(yè)檢測技術涉及主要內容包括：熱工量：溫度、壓力（壓強）、壓差、真空度、流量、流速、物位、液位等。機械量：直線位移、角位移、速度、加速度、轉速、應變、力矩、振動、噪聲、質量（重量）等。幾何量：長度、厚度、角度、直徑、間距、形狀、粗糙度、硬度、材料缺陷等。物體的性質和成分量：

2、空氣的濕度（絕對、相對）；氣體的化學成分、濃度；液體的粘度、濁度、透明度；物體的顏色等。狀態(tài)量：工作機械的運動狀態(tài)（啟停等）、生產設備的異常狀態(tài)（超溫、過載、泄漏、變形、磨損、堵塞、斷裂等）。電工量：電壓、電流、電功率、電阻、電感、電容、頻率、磁場強度、磁通密度等。4.傳感器的基本組成是什么？簡述各部分主要功能。電信號電量中間量轉換元件轉換電路被測量敏感元件（如：彈簧管、波紋管、膜盒、膜片）能直接感受被測量，并將被測非電量信號按一定對應關系轉換為易于轉換為電信號的另一種非電量的元件。傳感元件能將敏感元件輸出的非電信號或直接將被測非電量信號轉換成電量信號的元件。轉換電路將傳感元件輸出的電量信號轉

3、換為便于顯示、處理、傳輸?shù)挠杏秒娦盘柕碾娐贰?.檢測儀表和檢測系統(tǒng)的技術性能有哪些？有什么含義？如何測量或計算？量程誤差絕對誤差相對誤差實際相對誤差： 示值相對誤差： 滿度(或引用)相對誤差：最大滿度(或引用)相對誤差： 精度等級：*國家規(guī)定電工儀表精度等級分為0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0七級。 靈敏度與分辨率：靈敏度：指穩(wěn)態(tài)時儀表的單位輸入量變化所引起的輸出量的變化。分辨率：是指測量儀表能夠檢測出被測信號最小變化量的能力。 遲滯性也稱為變差，又稱回差，指當輸入量上升和下降時，對于同一輸入值的儀表兩個相應輸出示值之間的代數(shù)差。 線性度實際的儀表測出的輸出-輸入靜態(tài)特性

4、曲線與其理論擬合直線之間的偏差，也稱為該儀表的“非線性誤差”。用來說明儀表靜態(tài)特性對一條指定的直線的吻合程度。舉例：1.某溫度計的測量范圍為0200，精度為0.5級，該表可能出現(xiàn)的最大絕對誤差為 A1 B0.5 C10 D2002傳感器能感知的輸入變化量越小，表示傳感器的 A線性度越好 B遲滯越小 C重復性越好 D分辨力越高5.測量誤差來源有那些？按誤差出現(xiàn)的規(guī)律，測量誤差分哪幾類？來源：工具誤差(儀表誤差)：測量儀表組成元件本身不完善。例：標準量具的誤差，儀表靈敏度不足，儀表刻度不準，變換器、放大器的誤差等。方法誤差：選用測量方法不當，引用經(jīng)驗公式以及系數(shù)的近似性，測量中觀測次數(shù)的不足。環(huán)境

5、誤差(工作條件誤差)：測量工作環(huán)境與儀表校驗時的規(guī)定標準狀態(tài)不同，以及隨時問而變化所引起的儀表性能與被測對象本身改變所造成的誤差。個人誤差：測試操作者個人的感官生理不同與變化、最小分辨力、反應速度和固有習慣以及操作不熟練、疏忽與過失等所造成的誤差。分類：系統(tǒng)誤差：簡稱系差，是按某種已知的函數(shù)規(guī)律變化而產生的誤差。隨機誤差：簡稱隨差，又稱偶然誤差，它是由未知變化規(guī)律產生的誤差，具有隨機變量的一切特點，在一定條件下服從統(tǒng)計規(guī)律，因此經(jīng)過多次測量后，對其總和可以用統(tǒng)計規(guī)律來描述，可以從理論上估計對測量結果的影響。粗大誤差：是指在一定的條件下測量結果顯著地偏離其實際值時所對應的誤差，簡稱粗差。舉例：下

6、列幾種誤差中，哪種屬于隨機誤差？A儀表未校零所引起的誤差 B周圍環(huán)境的細微變化引起的測量誤差（溫度傳感器受空氣擾動）C電表的刻度不均勻引起的誤D讀數(shù)錯誤6.對某量進行多次重復的等精度測量，測量次數(shù)為10次，在不考慮系統(tǒng)誤差和粗大誤差的情況下，測量結果如下，試求標準誤差和極限誤差，并寫出測量結果表達式。123.95, 123.45, 123.60, 123.60, 123.87, 123.88, 123.00, 123.85, 123.82, 123.60。算數(shù)平均值標準誤差 算數(shù)平均值的標準差（極限誤差）7.已知一組測量數(shù)據(jù)：；。求其最小二乘線性度。要求：用C語言或Matlab語言編程求取，給

7、出程序代碼和運行結果。x=1, 2, 3, 4, 5;y=500.6,442.4,428.6,370.1,343.1;k=polyfit(x,y,1);/k為最小二乘法擬合直線斜率；m=mean(x);n=mean(y);b=n-k*m第2章 電阻式傳感器1. 什么是電阻式傳感器？電阻應變效應做成的傳感器可以測量哪些物理量？電阻式傳感器是把位移、力、壓力、加速度、扭矩等非電物理量轉換為電阻值變化的傳感器。主要包括電阻應變式傳感器、熱電阻傳感器、電位器式傳感器和各種半導體電阻傳感器等。電阻應變式傳感器是以電阻應變片做為傳感元件的電阻式傳感器。電阻應變式傳感器由彈性敏感元件、電阻應變片、補償電阻和

8、外殼組成。彈性敏感元件受到所測量的力而產生變形，并使附著其上的電阻應變片一起變形。2. 解釋應變效應、壓阻效應。試說明金屬應變片與半導體應變片的相同和不同之處。應變效應：導體或半導體材料在外界力的作用下，會產生機械變形，其電阻值也將隨著發(fā)生變化。壓阻效應：一塊半導體材料的某一軸向受到一定作用力時，電阻率發(fā)生變化。與絲式和箔式應變片的靈敏系數(shù)（約為2.03.6）相比，半導體應變片靈敏系數(shù)很高，約為絲式和箔式的50倍。此外，還有機械滯后小、橫向效應小以及體積小等優(yōu)點。半導體應變片的缺點主要是電阻值及靈敏系數(shù)的溫度穩(wěn)定性差，測量較大的應變時非線性嚴重，靈敏系數(shù)的離散度較大等，這就為其使用帶來一定的困

9、難。雖然如此，在動態(tài)測量中仍被廣泛采用。3. 一應變片的電阻，用作應變?yōu)?.005的傳感元件。（1）求與；（2）若電源電壓,求測量電橋的非平衡輸出電壓。解：單臂電橋非平衡輸出電壓4. 電阻應變傳感器在單臂電橋測量轉換電路在測量時由于溫度變化產生誤差的過程。電阻應變式傳感器進行溫度補償?shù)姆椒ㄊ鞘裁矗繂伪垭姌虻妮敵鲭妷号c橋路中電阻之間的關系為，式中為應變電阻在外力的作用下的電阻變化量。當溫度變化時，應變片的電阻值也會發(fā)生變化，這將給測量結果帶來誤差。常用的溫度補償方法有：熱敏電阻補償法和電橋補償法。橋路補償方法：將兩個特性相同的應變片和，用同樣的方法粘貼在相同材質的兩個試件上，置于相同的環(huán)境溫度中

10、，受應力（被測外力）為工作片，不受應力為補償片，把這兩個應變片分別安置在電橋的相鄰兩臂。測量時，若溫度發(fā)生變化，這兩個應變片將引起相同的電阻增量，對輸出不產生影響。5. 有一吊車的拉力傳感器如題圖所示，電阻應變片貼在，等截面軸上，已知四個電阻的標稱阻值為，橋路電壓，物重m引起變化增量為。請畫出應變片電橋電路，計算出測得的輸出電壓和電橋輸出靈敏度，起什么作用？解：四個應變片組成全橋測量電路輸出電壓靈敏度R3和R4與R1和R2，組成全橋測量電路，電橋相鄰兩臂變化趨勢相反，對臂變化趨勢相同，提高了系統(tǒng)的靈敏度。同時，還起到了溫度補償?shù)淖饔谩５?章 電抗式和霍爾傳感器1. 電容式傳感器的類型有哪些？可

11、以測量那些物理量？有哪些優(yōu)點和缺點？極距型變化型，可測微小的線位移。面積變化型，可測角位移或較大的線位移。介質變化型，可測物位和各種介質的溫度、密度、濕度。2. 電容式傳感器的轉換電路有哪些？交流電橋、信號放大部分-交流放大電路、交流信號轉變?yōu)橹绷餍盘柌糠?解調電路、高頻干擾的濾除部分-濾波電路等。3. 如題圖3.2所示為一開關式全波相敏檢波濾波電路，輸入已調波和載波如題圖3.3所示，畫出，的波形。題圖3.2 4. 霍爾傳感器的物理基礎是什么？霍爾傳感器由哪幾部分組成？霍爾傳感器有哪些用途？霍爾元件的結構很簡單，由霍爾片、引線和殼體組成。霍爾片是一個半導體四端薄片，幾何形狀為長方形，在薄片的相

12、對兩側對稱地焊上兩對電極引出線，其中一對為控制電流端，另外一對為霍爾電勢輸出端?；魻柶话阌梅谴判越饘?、陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝。應用：電磁測量：測量恒定的或交變的磁感應強度、有用功率、無功功率、相位、電能等參數(shù)；自動檢測系統(tǒng)：多用于位移、壓力的測量。5. 霍爾集成電路有哪幾種？線性型開關型第4章 有源傳感器1. 什么是光電效應?光電效應的種類有哪些？光照射到某些物質上，引起物質的電性質發(fā)生變化，也就是光能量轉換成電能，這類光致電變的現(xiàn)象被人們稱為光電效應。光電效應分為光電子發(fā)射效應、光電導效應和光生伏特效應。前一種現(xiàn)象發(fā)生在物體表面，又稱外光電效應。后兩種現(xiàn)象發(fā)生在物體內部，稱為內光電效應。2.

13、常用的光電元件種類有哪些？給出它們的電路符號和典型應用電路。光電管   光電管符號 基本電路光敏電阻 光敏電阻符號 光控燈電路光電池 光電池符號 報警電路光敏晶體管 光敏二極管符號 光電開關 光敏三極管符號 光控繼電器3. 光敏電阻有哪些重要特性，在工業(yè)應用中是如何發(fā)揮這些特性的？光敏電阻主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動開關門戶，航標燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動亮滅，自動給水和自動停水裝置，機械上的自動保護裝置，照相機自動曝光裝置，光電計數(shù)器，煙霧報警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。4. 光電傳感器控制電路如題圖4.1所示，試分析電路工作原理：(1) GP-IS01是什么器件，

14、內部由哪兩種器件組成？(2) 當用物體遮擋光路時，發(fā)光二極管LED有什么變化？(3) 是什么電阻，起什么作用？如果最大額定電流為，應該如何選擇？題圖4.1GP-IS01是光電開關元件，內部由一個發(fā)光二極管和一個光敏三極管組成；當用物體遮擋光路時，Vg無電流，VT截止，LED不發(fā)光；R1限流作用；設VD導通電壓為0.7V，（12-0.7）V/60*10-3A=188.3,R1不小于188.3。第5章 其他傳感器1. 光纖傳感器的性能有何特殊之處？主要有哪些應用？光纖傳感器與常規(guī)傳感器相比，最大優(yōu)點是對電磁干擾的高度防衛(wèi)，而且可以制成小型緊湊的器件，具有多路復用的能力等，在靈敏度、動態(tài)范圍、可靠性

15、等方面也具有明顯的優(yōu)勢。光纖傳感器可測量位移、速度、加速度、液位、應變、壓力、流量、振動、溫度、電流、電壓、磁場等物理量。2. 光纖傳感器有哪兩種類型？光纖傳感器調制方法有哪些？ 強度調制型(intensity modulated)； 偏振調制型(polarization modulated)； 頻率調制型(frequency modulated)； 相位調制型(phase modulated)。3. 在光纖中，要使光纖的入射光在光纖纖芯內全反射，需滿足什么條件？寫出推導過程。n0為入射光線AB所在空間的折射率，一般為空氣，故n1，nl為纖芯折射率，n2為包層折射率。當r=90º的臨

16、界狀態(tài)時，i=i0，發(fā)生全反射的臨界入射角為。4. 光纖損耗是如何產生的?它對光纖傳感器有哪些影響?光纖在傳播時，由于材料的吸收、散射和彎曲處的輻射損耗影響，不可避免的要有損耗，用衰耗系數(shù)表示，其定義為：每公里光纖對光功率信號的衰減值，可表示為：式中，：輸入光功率值（單位：）；：輸出光功率值（單位：）。如果某光纖的衰耗系數(shù)，則，意味著，經(jīng)過一公里的光纖傳輸后，其光功率信號減少了一半。5. 求光纖，時的NA值；如果外部的，求光纖的臨界入射角。解：第6章 信號放大技術1. 常見的噪聲干擾有哪幾種?如何防護？(1) 機械干擾(2) 濕度及化學干擾(3) 熱干擾(4) 固有噪聲干擾(5) 電、磁噪聲干

17、擾2. 屏蔽有幾種形式?各起什么作用?屏蔽可以分為下列三類：靜電屏蔽（electrostatic shielding, ），電磁屏蔽（electromagnetic shielding），磁屏蔽（magnetic shielding）。3. 接地有幾種形式?各起什么作用?廣義接地有兩方面的含義，即接實地和接虛地。接實地指的是與大地相連；接虛地是與電位基準點連接，建立系統(tǒng)的基準電位。如果這個基準電位與大地電氣絕緣，則稱為浮地連接。接地的目的有兩個：一是為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地遠行，防止地環(huán)路引起的干擾，稱為工作接地；二是為了保證操作人員和設備的安全，避免操作人員因設備絕緣損壞或下降遭受觸電危險，稱

18、為保護地。正確合理的接地技術對檢測系統(tǒng)極為重要。4. 測量放大器的特點是什么？什么條件下使用它？儀用放大器是一種精密的差動電壓增益器件。它的特點是：高輸入阻抗，低偏置電流，低失調和低漂移，高共模抑制比，平衡的差動輸入和單端輸出。它特別適合在比較惡劣的環(huán)境下作精密測量用，它的主要用途是作傳感器的信號放大，或用作迭加有共模信號的差模小信號的前置放大。5. 隔離放大器有什么隔離措施？隔離的目的是什么？如果要求輸入電路與輸出電路和電源之間實現(xiàn)電流或電阻的隔離或者當共模電壓很高的時候，則應采用隔離放大器。載波調制放大器光電耦合器構成的隔離放大器6. 試計算以下放大電路的放大倍數(shù)。題圖6.1a 題圖6.1

19、b分別求出題圖6.1a的、題圖6.1b的解：（1） =10（2） =0.27. 什么是共模抑制比？題圖6.2中，已知電橋電源電壓V=5V，R=100，為100應變片，其靈敏度系數(shù)為2，應變?yōu)?.005，測量放大器AD612共模抑制比為120dB，試計算測量放大器AD612的輸出電壓. 題圖6.2第7章 信號濾波技術1. 要對信號作以下處理，使之分別滿足下列要求，試選擇合適的濾波電路(低通、高通、帶通、帶阻) 信號頻率為1kHz至2kHz為所需信號 抑制50 Hz電源干擾。 低于5kHz為所需信號。 高于200 kHz信號為所需信號。2. 畫出理想的低通、高通、帶通和帶阻濾波器的幅頻特性。(a) 低通濾波器(b) 高通濾波器(c) 帶通濾波器(d) 帶阻濾波器3. 試求出題圖7.1a、7.1b所示電路的傳遞函數(shù)，指出它們?yōu)槭裁搭?/p>