自动检测技术习题+往年期末考试

1．测量系统的静态特性是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．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,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．测量误差按性质分为系统误差、随机误差和粗大误差。

4．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外光电效应；在光照作用下，物体导电性能发生改变的现象称为内光电效应。

5．现代测试系统基本型结构包括传感器、信号调理、数据采集、计算机及输出显示、打印等环节。

6．请列举2个超声波传感器可以测量的物理量：厚度、无损探伤、计数、距离等7．为利用电桥的和差特性，提高系统的灵敏度，应使相对桥臂上电阻应变极性相同，相邻桥臂上电阻应变极性相反。

8．GPS卫星导航系统由3部分组成，分别是空间星座部分；地面支撑系统；用户设备；9．线性度是指系统输入输出特性与拟合直线的不一致程度，也称非线性误差，常用的直线拟合方法有理论拟合、最小二乘拟合；端点连线拟合等。

10．常用的应变片有金属电阻应变片与半导体两大类，其中灵敏度较高的是半导体应变片，线性度较好的是金属应变片。

11．为了加强居民小区的安全，可以在小区围墙上加装红外图像（红外摄像仪）传感器进行昼夜监控。

三. 简答题（共35分，每题5分）1.检测系统的基本任务是什么？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？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.为什么不能用压电传感器测量变化比较缓慢的信号？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.简述霍尔传感器的特点及可能的应用场合。

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.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。

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.简述虚拟仪器原理、组成和特点。

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.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。

可以选用光电传感器、光纤传感器、超声波传感器等。

8.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？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；9.什么是光电池的频率特性？什么是光电池的光谱特性？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；10.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。

自动门、倒车雷达、数码相机、光控开关、声控开关、红外开关等；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）（1）（2分）（2）（3分）20.01300.6xSRRU E E V R Rε∆===⨯⨯=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） 总灵敏度：90.9/*0.005/*20/9.09/S nC Mpa V nC mm V mm Mpa ==（2分）偏移量：9.09/*3.531.815x mm V V mm ==（2分）3. 某霍尔元件l*b*d=10*3.5*1mm 3，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)（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）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. 对某种样品进行8次检测采样，测得长度值为X i ，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。

(),g n α 6. 数值表如表2所示。

（7分）表1：测量结果表2：(),g n α数值表第一步：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）；nα3456789101112130.01 1.16 1.49 1.75 1.91 2.10 2.22 2.32 2.41 2.48 2.55 2.61 0.05 1.15 1.46 1.67 1.82 1.94 2.03 2.11 2.18 2.23 2.29 2.33i /次 1 2 3 4 5 6 7 8 X i13.613.813.813.412.513.913.513.67.图为一直流应变电桥，4E V=，123350R R R ===Ω，R 1R 2R 4R 3u oE求： ①1R 为应变片，其余为外接电阻，1R 增量为1 3.5R ∆=Ω时输出?o U =1142o E R U R R ∆=+∆10.0154o E R U V R∆≈=②1R 、2R 是应变片，感受应变极性大小相同，其余为电阻，电压输出?o U =()()()121222o R R R U ER R R R ∆-∆=+∆+∆0o U V =③1R 、2R 感受应变极性相反，输出?oU =()()()121222o R R R U ER R R R ∆+∆=+∆-∆()120.034oR R U E VR∆+∆≈=④ 1R 、2R 、3R 、4R 都是应变片，对臂同性，邻臂异性，电压输出?oU =解：()()()()14231324142322o R R R R R R R R R U ER R R R R R ∆+∆+∆+∆+∆∆-∆∆=+∆-∆-∆+∆()14234o R R R R U ER∆+∆+∆+∆=1o R U ER∆=0.06o U V =1.自动检测计数是以自动检测系统中的信息提取，信息转换和信息处理的理论为主要内容的一门应用技术学科。

2.温标可分为热力学温标，国际实用温标，摄氏温标和华氏温标3.测量方法按测量手段分为：直接测量，间接测量，和比较测量。

4.引用误差又称满度误差，指被测点的绝对误差和测量仪表量程之比5.误差分为随机误差，系统误差，粗大误差，计算所产生的误差称为粗大误差。

6.灵敏度表示传感器对被测量变化的反应能力。

是指传感器在稳态下输出变化和输入变化的比7.分辨率是指测量系统的能测量到最小变化的能力，也就是能引起测量数据变化的最小值8.标准大气压符号是：atmD是以电荷为信号，而不同与大多数器件的是以电流或者电压为信号10.物位是液位，料位、界位的总称11.电容式压力及力传感器可分为离散变化型，面积变化型和介质变化型12.内光电效应又分为光电势效应和光电导率效应判断题1.铂电阻温度计与伯劳-伯热电偶温度计相比，后者测量温度高正2.接触电势的大小和温度高低及电子迁移率有关错3.光电效应的频率特征与结面积成反比错4.热敏电阻是利用某种半导体材料的电导率随温度的变化而变化的性质制成的正5.半导体的能带与绝缘体相似正6.翻板式浮力检测仪表一般用于连续测量错7.定点测量仪表一般称为物位开关正8.霍尔电压的大小决定载流子的密度，它随在流体的材料不同而不同错9.金属的电导效应应优于半导体的光电导错10.本征半导体的光电发射能力比非本征半导体的发射能力强对1.什么是传感器，传感器有哪些部分组成？各部分有什么功能，可画图说明2.光电编码器一般有什么组成、绝对码光电编码器和增量码光电编码器有什么区别？由光栅、光源、检读器、信号转换电路、机械传动等部分组成绝对编码器（码盘式）把角位移直接转换成二进制编码，增量编码器（脉冲盘式）把角位移直接转换成为脉冲3.比较测量可分为哪几种类、是进行解释将被测量与同类已知量进行比较从而得到被测量值的测量方法4.热电势分为哪几种，写出表达式设计分析题1.有一直线光栅，每毫米刻度数为50.光栅与指标光栅的夹角为1.8度，其分辨率是多少，莫尔条文宽度是多少？解：W=1mm/50=0.02mm=20nmB=1.8*3.15/180=0.0314I=20/0.0314=637um2.设计一个红外报警电路，说明其工作原理图略答：本系统使用一个89C51单片机，一个HS0038管，一个红外线发射管，1个发光二极管，1个蜂鸣器，它可以实现一个红外声光报警器，它的原理是单片机的P1.1输出一个38KHZ的方波驱动红外发光管发光，当HS0038接受到一个红外光时P1.0口将检测到高电平，此时声光报警电路不工作，当红外发生管挡住时，HS0038将接受不到红光，将会输出低电平，此时声光电路将会工作。