传感器与测试技术形考作业四

传感器与测试技术形考作业四

责任教师张晓峰

1．超声波在界面上发生波型转换后会产生哪些波型？这些波型要遵循什么规律？

涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是超声波的反射、折射及波型转换。

答：当声波传播至两介质的分界面，一部分能重返回原介质，称为反射波；另一部分能量透过介质面，到另一介质内继续传播，称为折射波。

波型要遵循规律：

①反射定律；

②折射定律；

③反射率；

④反射系数；

⑤透过率；

⑥透过系数。

2．常用的超声波探伤方法有哪些？各有什么特点？

涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是超声波探伤法。

答：超声波探伤法是利用超声波在物体中传播的一些物理特性来发现物体内部的不连续性，即缺陷或伤的一种方法，是无损检验一种重要手段。常用的超声波探伤法有共振法、穿透法、脉冲反射法等。

共振法是根据声波（频率可调的连续波）在工件中呈共振状态来测量工件厚度或判断有无缺陷的方法。这种方法主要用于表面较光滑的工件的厚度检测，也可用于探测复合材料的粘合质量和钢板内的夹层缺陷检测。振法的特点是

〔1〕可精确的测厚，特别适宜测量薄板及薄壁管；

〔2〕工件表面光洁度要求高，否则不能进行测量。

穿透法又称透射法，穿透法是将二个探头分别置于工件相对的两面，一个发射超声波，使超声波从工件的一个界面透射到另一个界面，在该界面处用另一个探头来接收。

穿透法具有以下特点：

（1）探测灵敏度较低，不易发现小缺陷；

（2）根据能量的变化即可判断有无缺陷，但不能定位；

（3）适宜探测超声波衰减大的材料；

（4）可避免盲区，适宜探测薄板；

（5）指示简单，便于自动探伤；

（6）对两探头的相对距离和位置要求较高。

脉冲反射法是将脉冲超声波入射至被测工作后，传播到有声阻抗差异的界面上（如缺陷与工件的界面）时，产生反射声波，波在工件的反射状况就会显示在荧光屏上，根据反射的时间及形状来判断工件内部缺陷及材料性质的方法。

脉冲反射法的特点是：

（1）探测灵敏度高；

（2）能准确地确定缺陷的位置和深度；

（3）可用不同波型探测，应用范围广。

3．探头和工件的耦合方式有哪些？简述其工作原理及特点。

涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是探头和工件的耦合方式可分直接接触法和液浸法。

为使探头有效地向工件发射超声波和有效地接收超声波，必须使探头和工件探测面之间有良好的声耦合。探头和工件的耦合方式可分直接接触法和液浸法二种。

（1）直接接触法

直接接触法就是在探头和工件之间填一层很薄的耦合济。由于声耦合的好坏直接影响到探伤灵敏度及探伤的准确性，应此必须使探头和工件侧面之间具有良好的声学接触。

（2）液浸法

将探头和工件浸于液体中以液体作耦合剂进行探伤的方法，称为液浸法。耦合剂可以是油，也可以是水。液浸法适用于表面粗糙的试件，探头也不易磨损，耦合稳定，探测结果重复性好，便于实现自动化探伤。液浸法分为全浸没式和局部浸没式。

液浸法与接触法的特点

①接触法比液浸法简单、灵活，但接触法的波形不稳定（因受手工操作时压力的影响），而液浸法波形稳定；

②液浸法不必将探头与工件直接接触，便于实现自动化探伤；

③液浸法适宜探测表面粗糙的工件，不磨损探头晶片；

④液浸法的声束方向可连续改变，易探测倾斜的缺陷；

⑤液浸法可控制波束，可以用聚焦探头提高灵敏度；

⑥液浸法要求用清洁的液体，否则会降低探测灵敏度。

4．影响测试系统正常工作的干扰有哪些？如何防护？

涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是测试过程中的抗干扰技术。

答：影响测试系统正常工作的干扰有及防护：

1）机械干扰，应采取减振措施，一般可设置减振弹簧或减振橡胶；

2）光干扰，可封闭半导体元件在不透光的壳体内，对于光敏感件更应注意对光的屏蔽；

3）温度干扰，高精度测试，安排在恒室温内进行；

4）湿度干扰，采用环境去湿或在测试装置时采取防潮措施。

5）电磁干扰，应尽量提高信嘈比。

5．速度测量方法有哪几种？分别介绍其工作原理。

涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是速度测量。

答：详见p259

1）通过对位移信号进行电气微分来测量速度。

2）通过所测的△x和△t来测量平均速度。

3）闪光测速法。

4）采用磁电式传感器测速。

5）利用多普勒效应的原理。

6．机器人视觉是如何实现的？

涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是机器人视觉传感器。

答：机器视觉技术用计算机来分析一个图像，并根据分析得出结论。现今机器视觉有两种应用。机器视觉系统可以探测部件，在此光学器件允许处理器更精确的观察目标并对哪些部件可以通过哪些需要废弃做出有效的决定；机器视觉也可以用来创造一个部件，即运用复杂光学器件和软件相结合直接指导制造过程。

尽管机器视觉应用各异，但都包括以下几个过程；

■图像采集

光学系统采集图像，图像转换成模拟格式并传入计算机存储器。

■图像处理

处理器运用不同的算法来提高对结论有重要影响的图像要素。

■特性提取

处理器识别并量化图像的关键特性，例如印刷电路板上洞的位置或者连接器上引脚的个数。然后这些数据传送到控制程序。

■判决和控制

处理器的控制程序根据收到的数据做出结论。例如：这些数据包括印刷电路板上的洞是否在要求规格以内或者一个自动机器如何必须移动去拾取某一部件。

7．试介绍汽车上需使用传感器的场合及其所采用的传感器。

涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是传感器与测试技术在汽车中的应用。

答：汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。汽车传感器对温度、压力、位置、转速、加速度和振动等各种信息进行实时、准确的测量和控制。衡量现代高级轿车控制系统水平的关键就在于其传感器的数量和水平。当前，一辆国内普通家用轿车上大约安装了近百个传感器，而豪华轿车上的传感器数量多达200只。

近年来从半导体集成电路技术发展而来的微电子机械系统（MEMS）技术日渐成熟，利用这一技术可以制作各种能敏感和检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的微型传感器，这些传感器的体积和能耗小，可实现许多全新的功能，便于大批量和高精度生产，单件成本低，易构成大规模和多功能阵列，非常适合在汽车上应用。

微型传感器的大规模应用将不仅限于发动机燃烧控制和安全气囊，在未来5～7年内，包括发动机运行管理、废气与空气质量控制、ABS、车辆动力的控制、自适应导航、车辆行驶安全系统在内的应用，将为MEMS技术提供广阔的市场。

汽车上的主要传感器：

1）发动机控制传感器

发动机管理系统（简称EMS）其采用各种传感器，是整个汽车传感器的核心，种类很多，包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等。这些传感器将发动机吸入空气量、冷却水温度、发动机转速与加减速等状况转换成电信号送入控制器，控制器将这些信息与储存信息比较、精确计算后输出控制信号。EMS不