山大現(xiàn)代檢測技術(shù)課程試卷（三套）含答案

1、 2008-2009 學(xué)年 第 二 學(xué)期題號一二三四五六七八九十總分總分人得分 得 分閱 卷 人一 、 填空（共50分，每小題2分）檢測技術(shù)，有時也稱為測試技術(shù)，它包含 測量 和 實驗 兩個內(nèi)容。 測量 就是把被測對象中的某種信息檢測出來并加以度量； 實驗 就是通過專門的裝置把被測系統(tǒng)所存在的某種信息激發(fā)出來并加以測量。 1960 年紅寶石激光器的問世，開創(chuàng)了 激光 技術(shù)的先河。光和物質(zhì)的相互作用有三種不同的基本過程： 自發(fā)輻射、受激吸收、受激輻射 。產(chǎn)生激光的必要條件是 粒子的反轉(zhuǎn)分布 。激光具有高 方向性 、高 亮度 、高 單色性 和高 相干性 的特點。根據(jù)激光器的工作物質(zhì)可以把激光器分為

2、以下幾類： 固體激光器、氣體激光器、半導(dǎo)體 激光器、液體激光器、化學(xué)激光器等 （要求至少寫出四種以上）。半導(dǎo)體的能帶分為 導(dǎo)帶、禁帶、價帶 。 當(dāng)光源和光接收器之間存在相對運動時，發(fā)射光波和接收光波之間會產(chǎn)生頻率偏移，其大小與光源和光接收器之間相對速度有關(guān)，這種現(xiàn)象就是光學(xué)多普勒效應(yīng)。PSD的英文全稱為 Position Sensitive Detector，中文全稱為 位置敏感探測器 ，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的大光敏面的光電二極管，又稱為P-N結(jié)光電傳感器。根據(jù)光纖能傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)目，可將其分為 單模 光纖和 多模 光纖。模式是指 傳輸線橫截面和縱截面的電磁場結(jié)構(gòu)圖形，即電磁波的分布情況 。根據(jù)光

3、纖纖芯徑向折射率分布不同，光纖可分為 階躍折射率 光纖和 漸變折射率 光纖。根據(jù)光纖纖芯徑向折射率分布不同，光纖可分為階躍折射率光纖和漸變折射率光纖。數(shù)值孔徑是表示光纖集光能力大小的一個參數(shù)，該參數(shù)決定了光源與光纖之間的耦合效率。根據(jù)光纖的傳感原理，光纖傳感器分為功能型（或稱傳感型）和非功能型（或稱傳光型、結(jié)構(gòu)型）兩類。在流體中放置一個有對稱形狀的非流線體時，在某些條件下在非流線體的下游兩側(cè)就會交替出現(xiàn)漩渦，兩側(cè)漩渦的旋轉(zhuǎn)方向相反，并輪流的從非流線體上分離出來，在下游側(cè)形成所謂渦街。光纖微彎傳感器分為亮場微彎傳感器和暗場微彎傳感器。利用法拉第旋光效應(yīng)，由電流所形成的磁場會引起光纖中線偏振光的偏

4、轉(zhuǎn)，檢測偏轉(zhuǎn)角的大小，可以得到相應(yīng)的電流數(shù)值。一般人耳能聽到的聲音的頻率范圍在20Hz20kHz之間，超聲波檢測中常用的工作頻率在0.2520MHz范圍內(nèi)。超聲波的類型主要有：縱波、橫波、表面波、板波、棒中的波等（要求至少寫出四種以上）。在超聲檢測中超聲波換能器最常用的是壓電換能器和磁致伸縮換能器。常用的超聲探傷方法有透射法、反射法，對于連續(xù)波還有共振法等，最廣泛使用的是脈沖反射法。超聲波測液位中，聲速校正方法主要有校正具校正聲速法和固定標(biāo)記校正聲速法兩種。微波具有非金屬、非電量、非接觸、非破壞的四非特點。紅外測溫主要有亮度測溫、全輻射測溫、比色測溫三種方法。紅外無損檢測的特點主要有非接觸檢測

5、；使用安全，快速省時；準(zhǔn)確可靠，空間分辨能力強；操作簡單，容易判讀。粒子本質(zhì)上是氦原子核，粒子本質(zhì)上是電子，射線和射線本質(zhì)上是電磁波。 得 分閱 卷 人二 、 數(shù)值孔徑 是表示光纖集光能力大小的一個參數(shù)，決定了光源與光纖之間的耦合效率。根據(jù)光纖的傳感原理，光纖傳感器分為 功能 型和 非功能 型兩類。在流體中放置一個有 對稱 形狀的非流線體時，在某些條件下在非流線體的下游兩側(cè)就會交替出現(xiàn)漩渦，兩側(cè)漩渦的旋轉(zhuǎn)方向 反 ，并輪流的從非流線體上分離出來，在下游側(cè)形成所謂 渦街 。光纖微彎傳感器分為 亮 場微彎傳感器和 暗 場微彎傳感器。利用 法拉第旋光 效應(yīng)，由電流所形成的磁場會引起光纖中 線偏振光

6、光的偏轉(zhuǎn)，檢測偏轉(zhuǎn)角的大小，可以得到相應(yīng)的電流數(shù)值。一般人耳能聽到的聲音的頻率范圍在 20Hz20kHz 之間，超聲波檢測中常用的工作頻率在 0.2520MHz范圍內(nèi)。超聲波的類型主要有： 縱波、橫波、表面波、板波、棒波 等（要求至少寫出四種以上）。在超聲檢測中超聲波換能器最常用的是 壓電 換能器和 磁致伸縮 換能器。常用的超聲探傷方法有 透射 法、 反射 法，對于連續(xù)波還有 共振 法等，最廣泛使用的是 脈沖反射 法。超聲波測液位中，聲速校正方法主要有 校正具 校正聲速法和固定標(biāo)記校正聲速法兩種。微波具有 非金屬、非電量、非接觸、非破壞 的四非特點。紅外測溫主要有 亮度測溫、全輻射測溫、比色測

7、溫 三種方法。紅外無損檢測的特點主要有 非接觸、安全快速、分辨率高、操作簡單 。粒子本質(zhì)上是 氦原子核 ，粒子本質(zhì)上是 電子 ，射線和射線本質(zhì)上是 電磁波 。 得 分閱 卷 人四 、 山東大學(xué) 現(xiàn)代檢測技術(shù)A 課程試卷 控 制 學(xué)院 專業(yè) 級 學(xué)號 姓名 密封線第 1 頁 共 3 頁 2008-2009 學(xué)年 第 二 學(xué)期 得 分閱 卷 人二 、簡答題（30分，每小題6分）1、 簡述微波測濕的原理。答：水分子是強極性分子，在外電場作用下將產(chǎn)生強的取向極化，與此同時還將產(chǎn)生位移極化。極化的結(jié)果是將外電場的能量轉(zhuǎn)換成水分子的勢能，這一勢能意味著將從外電場獲得的能量儲存起來，可以用復(fù)介電常數(shù)的實部表

8、示。由于分子運動有惰性，轉(zhuǎn)向極化運動相對于外電場的變化有一時間上的滯后，這種滯后即前面所說的弛豫。弛豫的宏觀效果是使水分子產(chǎn)生損耗，這一損耗可用夏介電常數(shù)的慮部表示。 由于水分于是極性很強的偶極子，在外電場作用下，水的極化程度遠大于其他物質(zhì)。在微波頻段，不向波長對應(yīng)水的介電常數(shù)不同。水的介電常數(shù)比其他電介質(zhì)的介電常數(shù)要大得多。因此，通過測量含水物質(zhì)在微波場中的介電常數(shù)，便能間接測得該物質(zhì)中含水量的多少。由于水的吸收損耗遠較其他電介質(zhì)大，所以，當(dāng)微波功率通過物料時，其衰減量的大小將主要取決于物料中水分含量的多少，這就是衰減法微波測濕的原理。簡述紅外氣體分析的原理。答：根據(jù)紅外理論，許多化合物分子

9、在紅外波段都具有一定的吸收帶，吸收帶的強弱及所在的波長范圍由分子本身的結(jié)構(gòu)決定。只茍當(dāng)物質(zhì)分子本身固有的特定的振動和轉(zhuǎn)動頻率與紅外光譜中某一波段的頻率相致時，分子才能吸收這一波段的紅外輻射能量，將吸收到的紅外輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿诱駝觿幽芎娃D(zhuǎn)動動能伎分子從較低的能級躍遷到較高的能級。實際上，每一種化合物的分子并不是對紅外光譜內(nèi)所有波長的輻射或任意一種波長的輻射都具有吸收能力，而是有選擇性地吸收某一個或某一組特定波段內(nèi)的輻射。這個所謂的波段就是分子的特征吸收帶。氣體分子的特征吸收帶主要分布在l25叩波長范圍內(nèi)的紅外區(qū)。特征吸收帶對某一種分子是確定的、標(biāo)準(zhǔn)的，如同“物質(zhì)指紋”。通過對特征吸收帶及其吸收光

10、譜的分析，可以鑒定識別分子的類型這是紅外光諾分析的基本依據(jù)。根據(jù)上述原理制成的紅外光譜分析儀器“紅外分光光度計”是對混合物進行定性分析、鑒定其中含有哪一種物質(zhì)組分的理想儀器，而且還可以進行定量分析，確定各種組分在混合物中的白分含量。 在工業(yè)、醫(yī)學(xué)方面，有時需要測定混合氣體中某種已知織分的百分含量，例如電力工業(yè)中，為了提高鍋爐的燃燒效率，常常需要測定煙氣中co、c02或ob的含量，作為控制燃燒過程的一個重要依據(jù)。在這種情況下，只需選擇真正代表混合氣體中待測組分的一個持征吸收帶，測量這個吸收帶所在的一個窄波段的紅外輻射的吸收情況，就可以得到待測組分的含量。簡述激光多普勒測速原理。答：利用激光多普勒

11、效應(yīng)測量流體速度的基本原理可以簡述如下；當(dāng)激光照射到跟隨流體一起運動的微粒上時，激光被運動著的微粒所散射。和入射光的頻率相比較，散射光的頻率有正比于流體速度的頻率偏移，測量這個頻率偏移就可以測得流體速度。簡述光纖傳感器的特點。答：主要有以下幾個方面：電絕緣性好抗電磁干擾能力強防爆性能好，耐腐蝕高靈敏度體積小，重量輕簡述逆壓電效應(yīng)。答：逆壓電效應(yīng)：將具有逆壓電效應(yīng)的介質(zhì)置于電場內(nèi)，由于電場作用介質(zhì)內(nèi)部正負電荷中心發(fā)生位置受化，這種位置變化在宏觀上表現(xiàn)為產(chǎn)生了形變，形變與電場強度成正比。如電場反向，則形變也相反：這一現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。利用邊壓電效順能產(chǎn)生超產(chǎn)波。將適當(dāng)?shù)慕蛔冸娦盘柺┘拥骄w上，晶

12、體將發(fā)生文替的壓縮和拉伸，因而產(chǎn)生振動、振動頻率與交變電壓的頻率相同，者把晶體梢合到彈性介質(zhì)中。晶體將充當(dāng)一個超聲源的作用，超聲波將被輻射到那種介質(zhì)中。山東大學(xué) 現(xiàn)代檢測技術(shù)A 課程試卷 控 制 學(xué)院 專業(yè) 級 學(xué)號 姓名 密封線第 2 頁 共 3 頁 2008-2009 學(xué)年 第 二 學(xué)期 得 分閱 卷 人三 、證明題（20分，每小題10分）1、 階躍光纖如圖所示，試證明下式成立：，其中：為當(dāng)達到臨界角時的入射角，此時光線在、的界面發(fā)生全反射，分別為各部分的折射率。答：設(shè)纖芯與包層之間的臨界角，根據(jù)光在兩介質(zhì)界萬產(chǎn)生全反射的條件，得（*） 光從折射率為的空氣中入射到光纖中，根據(jù)折射定律，有，

13、 令，則 （5分）將式(*)代入上式，得 （5分）N.A稱為數(shù)值孔徑，它是光纖的一個重要參數(shù)，用來計量光纖接收光的特性。2、如圖所示，光源和接收器固定，A點運動方向及其余參數(shù)如圖所示，試證明： 多普勒頻移可表示為： 答： 根據(jù)光學(xué)多普勒效應(yīng)，微粒A所接收到的光波頻率是同樣可求得接收器所接收到的散射光的頻率為因此，可得到固定接收器接收到的光頻率與固定光源發(fā)射出的光頻率之間的多普勒頻率為 （5分）考慮到c，上式可簡化為由于，所以， （5分）山東大學(xué) 現(xiàn)代檢測技術(shù)A 課程試卷 控 制 學(xué)院 專業(yè) 級 學(xué)號 姓名 密封線第 3 頁 共 3 頁第 1 頁 共 5 頁 2010-2011 學(xué)年 第二 學(xué)期

14、題號一二三四五六七八九十總分總分人得分得分閱卷人一 、 填空（共25分，每小題1分）1、人類認(rèn)識世界，探索自然規(guī)律，需要用 和 來增強人的視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺，可以說 和 的發(fā)展代表著科技進步的前沿，是科技發(fā)展的支柱。2、 是現(xiàn)代信息鏈（信息獲取-處理-傳輸-應(yīng)用）中的源頭技術(shù)。新技術(shù)革命的關(guān)鍵技術(shù)是信息技術(shù)，信息技術(shù)由 、計算機技術(shù)和通訊技術(shù)三部分組成， 則是關(guān)鍵和基礎(chǔ)。3、測量是以確定 為目的的一組操作，包括 或 的操作。誤差分為 、 和 三種。4、分辨率的定義： 。5、變送器的定義： 。6、光和物質(zhì)的相互作用有三種不同的基本過程： 、 和 三種。7、激光的“四高”特點： 。8、根

15、據(jù)光纖的傳感原理，光纖傳感器分為 和 兩類。9、常用的超聲探傷方法有 、 和 三種。10、粒子實際上是 ，粒子實際上是 ，輻射和輻射本質(zhì)上是 。得分閱卷人11、儀器儀表的功能是利用 、 和 的方法來獲取被測對象的 、 、 和 的信息，通過轉(zhuǎn)換和處理，使這些信息成為易于人們閱讀和識別的量化形式。12、新一代的傳感器和儀器儀表正在向 化、 化、 化 和 化方向發(fā)展。13、測量一般可分為 測量和 測量兩大類。14、靈敏度的定義： 。傳感器的定義： 。15、按儀表的防爆設(shè)計不同可分為 和 兩種方法。16、產(chǎn)生激光的必要條件是 。17、根據(jù)光纖能傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)目，可分為 和 。18、超聲波檢測中常用的換能

16、器有 和 。19、微波的特點： 、 、 和 。20、紅外無損檢測的特點： 、 、 和 。21、 ，稱為光學(xué)多普勒效應(yīng)。22、光纖的模式是指 。23、 稱為超聲效應(yīng)。24、通常將波長在 范圍內(nèi)的電磁波，稱為微波。25、紅外輻射的波長范圍大致在 范圍以內(nèi)。 學(xué)院 專業(yè) 級 學(xué)號 姓名 山東大學(xué) 現(xiàn)代檢測技術(shù)A 課程試卷密封線第 2 頁 共 5 頁 2010-2011 學(xué)年 第二 學(xué)期得分閱卷人二、簡答題（25分，每小題5分）1、簡述激光器的分類及特點。2、簡述超聲波的散射衰減。3、簡述微波測濕的基本原理。4、簡述紅外測溫的基本原理。5、簡述核輻射密度測量原理。 學(xué)院 專業(yè) 級 學(xué)號 姓名 山東大學(xué)

17、 現(xiàn)代檢測技術(shù)A 課程試卷密封線第 3 頁 共 5 頁 2010-2011 學(xué)年 第二 學(xué)期得分閱卷人三、證明題（20分，每小題10分）1、繪圖并證明：當(dāng)光源和光接收器沿同一直線并且相同方向運動時的多普勒頻移為，式中為光源發(fā)射的光波頻率，分別為光源和光接收器的運動速度。2、階躍光纖如圖所示，試證明下式成立：，其中：為當(dāng)達到臨界角時的入射角，此時光線在、的界面發(fā)生全反射，分別為各部分的折射率。 學(xué)院 專業(yè) 級 學(xué)號 姓名 山東大學(xué) 現(xiàn)代檢測技術(shù)A 課程試卷密封線第 4 頁 共 5 頁 2010-2011 學(xué)年 第二 學(xué)期得分閱卷人四、設(shè)計題（10分）請設(shè)計相同頻率、相同幅值，但相位不同的兩列正弦

18、波的相位差的測量方案，要求：簡述測量基本原理；繪出測量方案簡圖；簡述測量過程。 得分閱卷人五、論述題（10分）請列舉出不少于5種教材未涉及到的現(xiàn)代檢測技術(shù)，并簡述其用途。 學(xué)院 專業(yè) 級 學(xué)號 姓名 山東大學(xué) 現(xiàn)代檢測技術(shù)A 課程試卷密封線第 5 頁 共 5 頁 2010-2011 學(xué)年 第二 學(xué)期得分閱卷人六、擴展題（5分）請閱讀以下材料，并翻譯成中文。Advantages of Fiber Optic SensorsPassive, can be monitored remotely and constantly in real-time;Can be easily multiplexed

19、 both by time-division multiplexing and wavelength-division multiplexing. Thus it is ideally suited for a sensor network deployment over a large area or volume.Immune to electromagnetic interference.Small, non-intrusive, and can be integrated into the structure itself without compromising the struct

20、ural integrity.If deployed in large scale, it is an economical alternative to more costly sensors.Unsurpassed accuracy.Minimum drift.Application Areas of Fiber Optic SensorsStructural Health MonitoringSafety Monitoring Environmental MonitoringTraffic MonitoringProduction Control and Monitoring得分閱卷人七

21、、發(fā)揮題（5分） 請根據(jù)自己的興趣和所學(xué)知識，提出一種亟待解決的檢測問題，并簡述自己的設(shè)想的解決方案。 學(xué)院 專業(yè) 級 學(xué)號 姓名 山東大學(xué) 現(xiàn)代檢測技術(shù)A 課程試卷密封線第 4 頁 共 5 頁 2010-2011 學(xué)年 第二 學(xué)期得分閱卷人四、設(shè)計題（10分）請設(shè)計相同頻率、相同幅值，但相位不同的兩列正弦波的相位差的測量方案，要求：簡述測量基本原理；繪出測量方案簡圖；簡述測量過程。答：本題答案分為如下幾種：示波器直接測量法李薩如法測量相位差單片機測量電路法等幾種方法，單純利用第一種方法過于簡單，適當(dāng)給分，按第二種和第三種方法回答可以根據(jù)情況適當(dāng)扣分。下面給出參考答案：相位差測量的基本原理是基

22、于頻率信號的測量。它可將不同相位的信號整形為方波信號送入單片機，這樣就可將相位差的測量轉(zhuǎn)變?yōu)榍蠓讲ǖ拿}寬，圖4.1所示是其相位差測量電路。該電路將兩路信號輸入到電路接入端，再分別經(jīng)限幅、濾波和整形處理，然后將得到的兩路方波信號各自輸入到單片機的兩個捕獲端口。 之后，在單片機中經(jīng)過計算，即可得到脈寬以及周期，最終得到兩個周期穩(wěn)定的模擬輸入信號之間的相位差。圖4.2所示是其相位差波形圖。 在圖4.2中的兩路相位不同的方波信號中，T1為信號1的上升沿到來時的時刻，T2為信號2上升沿到來時的時刻，如果可同時得到方波信號的周期T，則它們之間的相位差的理論計算公式為 這樣，只需要得到這兩路信號的上升沿時刻

23、及其周期，便可計算出它們的相位差。得分閱卷人五、論述題（10分）請列舉出不少于5種教材未涉及到的現(xiàn)代檢測技術(shù)，并簡述其用途。答：本題主要考察學(xué)生對現(xiàn)代檢測技術(shù)的最新進展的了解情況，可以是上課時補充的材料中的檢測技術(shù)，也可以是通過其他途徑了解到的檢測技術(shù)的最新進展，因此，評分標(biāo)準(zhǔn)不唯一，只要符合題意即可，以下列出部分參考答案，每一條計2分，技術(shù)和用途各占1分。生物傳感器：電子鼻等，可用于氣味的檢測和分析。核磁共振技術(shù)：醫(yī)學(xué)診斷。加速度傳感器：電梯的控制雷達檢測技術(shù)：飛行器的檢測微粒檢測技術(shù)：空氣質(zhì)量檢測等圖4.1相位差測量電路圖4.2相位差波形圖 學(xué)院 專業(yè) 級 學(xué)號 姓名 山東大學(xué) 現(xiàn)代檢測技

24、術(shù)A 課程試卷密封線第 5 頁 共 5 頁 2010-2011 學(xué)年 第二 學(xué)期得分閱卷人六、擴展題（5分）請閱讀以下材料，并翻譯成中文。Advantages of Fiber Optic SensorsPassive, can be monitored remotely and constantly in real-time;Can be easily multiplexed both by time-division multiplexing and wavelength-division multiplexing. Thus it is ideally suited for a sens

25、or network deployment over a large area or volume.Immune to electromagnetic interference.Small, non-intrusive, and can be integrated into the structure itself without compromising the structural integrity.If deployed in large scale, it is an economical alternative to more costly sensors.Unsurpassed

26、accuracy.Minimum drift.Application Areas of Fiber Optic SensorsStructural Health MonitoringSafety Monitoring Environmental MonitoringTraffic MonitoringProduction Control and Monitoring答：本題按條目給分，兩個條目1分。光纖傳感器的優(yōu)點：1、被動測量，可以實現(xiàn)遠程實時穩(wěn)定測量；2、能夠容易的實現(xiàn)時分多址和波分多址的集成，因此非常適用于大區(qū)域或者大規(guī)模的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用；3、抗電磁干擾能力強；4、具有小型、非侵入特點，

27、能夠?qū)崿F(xiàn)無補償集成；5、如果大規(guī)模的應(yīng)用，是大量的昂貴的獨立傳感器應(yīng)用的另一種經(jīng)濟的選擇方案；6、具有不可超越的精度；7、非常小的漂移。光纖傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域：1、建筑結(jié)構(gòu)檢測；2、安全檢測；3、環(huán)境監(jiān)測；4、交通檢測；5、生產(chǎn)控制和檢測。得分閱卷人七、發(fā)揮題（5分） 請根據(jù)自己的興趣和所學(xué)知識，提出一種亟待解決的檢測問題，并簡述自己的設(shè)想的解決方案。答：本題為發(fā)揮題，主要考核學(xué)生平時日常生活中或者其他途徑了解到的與檢測有關(guān)的亟待解決的檢測問題，可以根據(jù)情況進行評分。下面給出幾種參考答案：食品安全檢測：農(nóng)藥殘留檢測、食物毒性檢測、添加劑的檢測等等；裝修空氣質(zhì)量檢測：甲醛檢測、輻射檢測等 學(xué)院 專業(yè) 級 學(xué)號 姓名 山東大學(xué) 現(xiàn)代檢測技術(shù)A 課程試卷密封線山東大學(xué)2010-2011學(xué)年第二學(xué)期現(xiàn)代檢測技術(shù)(B卷)一、填空題（本大題共30分，每小題3分）(1) 儀器儀表的功能是利用 、 和 的