传感器与测量技术之计算机测试技术
国家开放大学-传感器与测试技术课程设计(实验成绩)
传感器与测试技术课程设计随着计算机技术、信息技术的发展，信息资源的获取与信息的转换愈来愈引起人们的高度重视。
传感器与测试技术作为信息科学的一个重要的分支，与计算机技术、自动控制技术和通信技术一起构成了完整的信息技术学科，在信息技术领域具有不可替代的作用，以传感器为核心的测试系统已广泛地应用于工业、农业、国防和科学研究等领域。
在军事上，传感器与测试技术已经成为高技术武器装备发展的关键。
在装备性能检测、控制、故障诊断维修，以及战场目标探测、战场生化、环境探测等方面得到广泛应用，因此，许多高校都将《传感器与测试技术>作为工科专业学生的必修课程，也有多个专业开设了该门课程。
上课学生数量多，教学时数在36学时左右。
如何进一步完善基础教学内容、改革教学方法，增加装备应用特色，提高学生的实践与创新能力，已成为任课教师考虑的主要问题。
十分有必要根据学生的培养目标，以及传感器与测试技术的发展趋势，从教学理念、教学目的、课程和实验内容等方面进行优化设计。
一、课程教学理念与目标在工程技术领域，传感与测试过程是利用物质的物理、化学和生物效应，从客观事物对象中提取有关信息的感知和认识过程，属于信息科学中信息获取的范畴。
“工欲善其事，必先利其器”，传感器与测试技术作为人类认识客观事物特性、掌握其内在规律的主要手段，在认识世界、改造世界的过程中具有重要的作用，已成为信息时代的关键技术之一。
所以应能从哲学高度认识传感器与测试在信息获取和预处理过程中作用地位，树立“广义测试”的理念。
在教学内容的组织上，首先从了解传感器与测试技术在现代工业领域的作用地位为出发点，掌握传感器与测试过程的基本静动态特性和技术指标。
然后以实现位移、振动力、温度、流量等常见物理量的测量为目标，深入介绍电阻、电容、电感、热电、光电等传感器的工作原理和测量方法。
并结合武器装备中常用的微光、红外探测器件，详细介绍其构成原理，以突出本课程的军事应用特色。
通过开设验证型、设计型实验，提高学生对本课程的学习兴趣，激发他们的实践和创新意识。
传感器与检测技术1
第1章 传感器与检测技术基础检测技术是人们认识和改造世界的一种必不可少的重要技术手段。
而传感器是科学实验和工业生产等活动中对信息资源的开发获取、传输与处理的一种重要手段。
我们已经知道，对于电量参数的测量具有测量精度高、反应速度快、能自动连续地进行测量、可以进行遥测、便于自动记录、可以与计算机方便地连接进行数据处理、也可采用微处理器做成智能仪表、能实现自动检测与转换等一系列优点。
但是在工程上和实际的测量中，所需要测量的参数往往有相当大的部分为非电量，例如温度、位移、压力、流量等，所以通常就把将这些非电量转换为电信号输出的装置或设备称为传感器。
传感器与检测技术是一门随着现代科学技术发展而迅猛发展的综合性技术学科，广泛应用于人类的社会生产和科学研究中，起着越来越重要的作用，成为国民经济发展和社会进步的一项必不可少的重要技术。
检测的基本任务就是获取有用的信息，通过借助专门的仪器、设备，设计合理的实验方法以及进行必要的信号分析与数据处理，从而获得与被测对象有关的信息，最后将结果提供显示或输入其他信息处理装置、控制系统。
因此，传感器与检测技术属于信息科学范畴，它与通信技术、计算机技术一起分别构成信息技术系统的“感官”、“神经”和“大脑”，是信息技术的三大支柱(传感技术、通信技术和计算机技术)之一。
检测技术的发展与生产和科学技术的发展是紧密相关的，它们互相依赖、相互促进。
现代科技的发展不断地向检测技术提出新的要求，推动了检测技术的发展。
与此同时，检测技术迅速吸取各个科技领域(如材料科学、微电子学、计算机科学等)的新成果，开发出新的检测方法和先进的检测仪器，同时又给科学研究提供了有力的工具和先进的手段，从而促进了科学技术的发展。
在各种现代机械设备的设计和制造中，检测技术的成本已达到设备系统总成本的50%～70%。
据资料统计：一辆汽车需要30～100余种传感器及配套检测仪表用以检测车速、方位、转矩、振动、油压、油量、温度等；而一架飞机需要3600余种传感器及配套检测仪表用来监测飞机各部位的参数(压力、应力、温度等)和发动机的参数(转速、振动等)等。
《测试技术》课后习题答案
第一章1答：测试技术是实验科学的一部分，主要研究各种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法，是进行各种科学实验研究和生产过程参数测量必不可少的手段，起着人的感官的作用。
2答：测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。
传感器将被测物理量检出并转换为电量，中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析，显示记录装置则测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。
3答：在工程领域，科学实验、产品开发、生产监督、质量控制等，都离不开测试技术。
测试技术应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输等每一个工程领域。
4答：例如：全自动洗衣机中用到如下传感器：衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器(洗净度) 液位传感器，电阻传感器(衣物烘干检测)。
第二章1答：信号波形是指被测信号幅度随时间的变化历程。
2答：从信号描述上分为：确定性信号与非确定性信号；从信号的幅值和能量上分为：能量信号与功率信号；从分析域上分为：时域与频域；从连续性分为：连续时间信号与离散时间信号；从可实现性分为：物理可实现信号与物理不可实现信号。
3答：可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。
不能用数学关系式描述的信号称为非确定性信号。
4答：在所分析的区间（-∞，∞），能量为有限值的信号称为能量信号，能量不是有限值的信号称为功率信号。
5答：周期信号的自相关函数仍然是同频率的周期信号，但不保留原信号的相位信息。
6答：信号频域分析是采用傅立叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)。
时域分析只能反映信号的幅值随时间的变化情况，除单频率分量的简谐波外，很难明确揭示信号的频率组成和各频率分量大小。
信号频谱X(f)代表了信号在不同频率分量成分的大小，能够提供比时域信号波形更直观，丰富的信息。
7答：周期函数展开为傅立叶级数的物理意义: 把一个比较复杂的周期信号看成是许多不同频率的简谐信号的叠加。
传感器与检测技术实验报告
西华大学实验报告（理工类）开课学院及实验室：自动检测及自动化仪表实验室实验时间：年月日一、实验目的1．观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式；2．测试应变梁变形的应变输出；3．比较各桥路间的输出关系；4．比较金属应变片与半导体应变片的各种的特点。
二、实验原理应变片是最常用的测力传感元件。
当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。
通过测量电路，转换成电信号输出显示。
三、实验设备、仪器及材料直流稳压电源（±4V档）、电桥、差动放大器、箔式应变片、测微头、（或双孔悬臂梁、称重砝码）、电压表。
四、实验步骤（按照实际操作过程）1．调零。
开启仪器电源，差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“＋、－”输入端用实验线对地短路。
输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。
调零后电位器位置不要变化，调零后关闭仪器电源。
2．按图1.1将实验部件用实验线连接成测试桥路。
桥路中R1、R2、R3、和WD为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R为金属箔式应变片（可任选上、下梁中的一片工作片）。
直流激励电源为±4V。
3．确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。
测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。
调整电桥WD电位器，使测试系统输出为零。
4．旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以悬臂梁水平状态下电路输出电压为零为起点，向上和向下移动各5mm，测微头每移动0.5mm记录一个差动放大器输出电压值，并列表。
5．直流半桥：保持差动放大器增益不变，将R2换成与应变片R工作状态相反的另一金属箔式应变片，（若R拉伸，换上去的应为压缩片）形成半桥。
重复单臂电桥的步骤；6．直流全桥：保持差动放大器增益不变，将R1换成与应变片R工作状态相反的另一金属箔式应变片，（若R拉伸，换上去的应为压缩片），将 R3换成与应变片R工作状态相同的另一金属箔式应变片，形成全桥。
传感器与检测技术完整ppt课件
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6．稳定性。稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。对于传感器常用长期 稳定性描述其稳定性。所谓传感器的稳定性是指在室温条件下，经过相当长 的时间间隔，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。因此，通常又 用其不稳定度来表征传感器输出的稳定程度。
7．漂移。传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时 间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结 构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。
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1.3.1测量误差及其分类
误差的定义
测量误差(error of measurement)是指测得值与被
测量真值之差，可用下式表示： 测量误差=测得值-真值
若定义中的测得值是用测量方式获得的被测量的测
量结果，则得到测量误差的定义为：测量误差=测量结果-真
值
若定义中的测得值是指计量仪器的示值，则得到计
1.1.3传感器的分类 1．按输入量（被测量）分类 2．按工作原理（机理）分类 3、按能量的关系分类 4．按输出信号的形式分类
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1.2 传感器的特性
静态特性和动态特性
输入量X和输输出Y的关系通常可用多项式表示
静态特性可以用一组性能指标来描述，如线性度、灵敏度、精确度（精 度）、重复性、迟滞、漂移、阈值和分辨率、稳定性、量程等。
2替代法其实质是在测量装置上测量被测量后不改变测量条件立即用相应标准量代替被测量放到测量装置上再次进行测量从而得到此标准量测量结果与已知标准量的差值即系统误差取其负值即可作为被测量测量结果的修正先将被测量x放于天平一侧标准砝码p放于另一侧调至天平平衡则有xpl此时移去被测量x用标准砝码q代替使天平重新平衡则有qpl2l1所以有xq
传感器与检测技术
第一章 绪论1.1 自动检测技术概述传感器处于研究对象与测试系统的接口位置,即检测与控制系统之首。
因此，传感器成为感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息，都要通过传感器获取并通过它转换为容易传输与处理的电信号。
所以，80年代以来，世界各国都将传感器技术列为重点发展的高技术，倍受重视。
传感器技术是材料学、力学、电学、磁学、微电子学、光学、声学、化学、生物学、精密机械、仿生学、测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、乃至系统科学、人工智能、自动化技术等众多学科相互交叉的综合性高新技术密集型前沿技术，广泛应用于航空航天、兵器、信息产业、机械、电力、能源、交通、冶金、石油、建筑、邮电、生物、医学、环保、材料、灾害预测预防、农林渔业、食品、烟酒制造、建筑、汽车、舰船、机器人、家电、公共安全等领域。
1.1.1 自动检测技术的重要性（1）测试手段就是仪器仪表。
在工程上所要测量的参数大多数为非电量，促使人们用电测的方法来研究非电量，即研究用电测的方法测量非电量的仪器仪表，研究如何能正确和快速地测得非电量的技术。
（2）非电量电测量技术优点：测量精度高、反应速度快、能自动连续地进行测量、可以进行遥测、便于自动记录、可以与计算机联结进行数据处理、可采用微处理器做成智能仪表、能实现自动检测与转换等。
机械制造业化工行业烟草行业环境保护等部门现代物流行业科学研究和产品开发中文物保护领域综上所述，自动检测技术与我们的生产、生活密切相关。
它是自动化领域的重要组成部分，尤其在自动控制中，如果对控制参数不能有效准确的检测，控制就成为无源之水，无本之木。
1.1.2 自动检测系统的组成传感器：把被测非电量转换成为与之有确定对应关系，且便于应用的某些物理量（通常为电量）的测量装置。
测量电路：把传感器输出的变量变换成电压或电流信号，使之能在输出单元的指示仪上指示或记录仪上记录；或者能够作为控制系统的检测或反馈信号。
传感器与测试技术概述
传感器按被测量的性质划分，可分为位移传感器、速度传感器、加 速度传感器、转速传感器、力矩传感器、压力传感器、流量传感器、温 度传感器、湿度传感器、浓度传感器等等。由于这种分类方法是按被测 量命名的，因而能够明确地指出传感器的用途，方便地表示传感器的功 能，便于使用者选用。生产厂家和用户都习惯于这种分类方法。
传感器敏感元件的性能、尺寸不仅与材料有 关，而且还与加工工艺及技术有关。
将多种功能的敏感元件或同一功能的多个敏感 元件集成在一个芯片上，就可以检测多种被测量。
1.3 本课程的特点及任务要求
传感器与测试技术是一门技术基础课，它涉及到工程数学、电工电子学、控 制技术、计算机技术、机械技术、数据处理技术等多门学科和技术。在学习中要 综合运用所学的各种知识，在获得测试技术知识和技能的基础上，着重培养灵活 合理应用基础知识解决工程实际问题的能力。
传感器与测试技术
1.1 测试基础
1.1.1 测试的含义
所谓测试，就是具有试验性质的测量，它是试验和测量的综合。
测试
试验 测量
试验是对未知事物探索认识的过程，是对被研究的 对象或系统进行试验性研究的过程。通常是将被研究对 象或系统置于某种特定的或人为构建的环境条件下，通 过试验数据来探讨被研究对象的性能的过程。
1.2.3 传感器的发展趋势
半导体材料
半导体材料包括单晶硅、多 晶硅、非晶硅、硅蓝宝石等半导 体硅材料。
新材料、新
传
功能的开发
感
器
的
发
新工艺、新
展
技术的应用
趋
势
2020年XXX《传感器与测试技术》形成性考核附答案
2020年XXX《传感器与测试技术》形成性考核附答案形考作业一一、判断题（Y对/N错）1．测试技术在自动控制系统中也是一个十分重要的环节。
Y2．金属应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏系数小。
Y3．热敏电阻传感器的应用范围很广，但是不能应用于宇宙飞船、医学、工业及家用电器等方面用作测温使用。
N 4．电容式传感器的结构简单，分辨率高，但是工作可靠性差。
N5．电容式传感器可进行非接触测量，并能在高温、辐射、强烈振动等恶劣条件下工作。
Y6．电容式传感器不能用于力、压力、压差、振动、位移、加速度、液位的测量。
Y7．电感传感器的基本原理不是电磁感应原理。
N8．电感式传感器可以将被测非电量转换成线圈自感系数L或互感系数M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。
Y9．互感传感器本身是变压器，有一次绕组圈和二次绕组。
Y10．差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等，但其工作原理基本一样。
Y11．传感器通常由敏感器件、转换器件和基本转换电路三部分组成。
Y12．电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的一种传感器。
Y13．电阻应变片的绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测试件之间的电阻值。
Y14．线性度是指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。
Y15．丈量偏差越小，传感器的精度越高。
Y16．传感器的灵敏度k即是传感器输出增量与被丈量增量之比。
N17．传感器能检测到输入量最小变化量的能力称为分辩力，当分辩力以满量程输出的百分数表示时则称为分辩率。
Y 18．测量转换电路首先要具有高精度，这是进行精确控制的基础。
N19．电桥是将电阻、电容、电感等参数的变化转换成电压或者电流输出的一种测量电路。
Y20．电桥有两种类型：直流电桥和交流电桥。
Y二、XXX答题1．传感器的输出旌旗灯号通常可以分为哪两类？并举例说明。
答：1模拟式：传感器输出的是模拟电压量；2数字式：传感器输出的是数字量，如编码器式传感器。
国家开放大学-传感器与测试技术——实验 4：基于 CMOS 图像传感器的图像测量
传感器与测试技术实验4基于CMOS图像传感器的图像测量一、实验系统及方案为了方便完成在设计阶段的单模块调试，实现遥感系统地面原理与性能测试，本文采用PC机模拟星上数据处理系统，利用CAN卡将CMOS相机与PC机相连，建立了一套CMOS遥感系统地面测试系统。
本文采用德国VtschIndustrietechnikVT7034型恒温实验箱，在60～-5℃温度区间内，每下降5℃采集一组暗图像。
热循环实验之所以按照从高温到低温的顺序进行，是因为实验所用恒温箱不能抽真空。
如果反过来进行实验，尽管不断向恒温箱内充氮气，箱内微量空气中的水气仍可能凝结在相机上，影响实验结果。
二、特征参数的提取1）平均暗输出平均暗输出是在没有光照的条件下图像传感器输出的平均灰度值，可由下式进行计算：其中：Ii，j是图像传感器在无光照条件下输出的暗图像灰度值矩阵，M、N 是图像传感器像素阵列的行数和列数。
2）暗不一致性理想情况下，在无光照的时候图像传感器的输出也应该是均匀的。
但是图像传感器的像素间总是存在差异的，因此暗输出总有波动。
波动的大小表明图像传感器像素性能的稳定性，计算方法是求出暗图像各像素输出灰度值的标准差其中各符号的含义与暗噪声计算式（5）相同。
三、实验结果及分析按照2.1所述的方案进行实验，得到了CMOS相机在60～-5℃温度区间内平均暗输出以及暗不一致性随温度的变化曲线，分别如图5、图6所示。
图5 平均暗输出随温度的变化曲线图6 暗不一致性随温度的变化曲线从图中可以看出，平均暗输出随着温度的升高大致呈上升趋势。
当温度小于10℃时，平均暗输出上升速度较快;10～15℃上升趋缓;从15℃开始略有下降，到30℃时达到低谷，10～30℃之间，总的来说平均暗输出值变化比较平稳;30℃以上，平均暗输出值又以较快的速度上升。
本文选用的CMOS图像传感器为256级灰度输出，实验中平均暗输出的变化范围为7.7567～10.1092。
平均暗输出之所以随着温度的升高大致呈上升趋势，是因为温度升高，CMOS 图像传感器及其外围电子器件的热噪声都会升高;而平均暗输出在10～30℃之间变化比较平稳，甚至在15～30℃之间略有下降，是因为CMOS图像传感器在设计上的特殊考虑保证了其在常温下具有最优的工作性能;这同时也说明了这套遥感系统的电噪声主要来源于CMOS图像传感器。
第一章传感器原理与检测技术ppt课件
第1章 传感与检测技术的理念基础
测量概论
一、测量 测量是以确定被测量的值或获取测量结果
为目的的一系列操作。
由测量所获得的被测的量值叫测量结果。 测量结果可用一定的数值表示, 也可以用一条 曲线或某种图形表示。但无论其表现形式如何, 测量结果应包括两部分：比值和测量单位。 确 切地讲, 测量结果还应包括误差部分。
测量概论 二、测量方法
2、偏差式测量、 零位式测量与微差式测量 电位差计式测量：
UX：传感器信号 （未知量）
UK：标准量信号 （已知量）
D： 检零计 （电压表）
平衡：UK=UX
测量概论 二、测量方法
2、偏差式测量、 零位式测量与微差式测量 微差式测量是综合了偏差式测量与零位式测量的
传感器世界
中国传感器
第1章 传感与检测技术的理念基础 测量概论.
表征物质特性或其运动形式的参数很多，总的 可分为电量和非电量两大类，电量一般是物理 学中的电学量（电压、电流等）。非电量是指 电量之外的一些参数（压力、流量等）。
法测量; 根据被测量变化快慢可分为静态测量与 动态测量等。
测量概论 二、测量方法
1、直接测量、间接测量与组合测量
直接测量：
在使用仪表或传感器进行测量时, 对仪表读 数不需要经过任何运算就能直接表示测量 所需要的结果的测量方法称为直接测量。
例如,用磁电式电流表测量电路的某一支路 电流, 用弹簧管压力表测量压力等, 都属于 直接测量。直接测量的优点是测量过程简 单而又迅速, 缺点是测量精度不高
传感器与检测技术绪论
0.2 现代检测系统的构成
3）数据采集系统
数据采集系统在检测系统中的主要作用是对信 号调理后的连续模拟信号进行离散化，并转换成与 模拟信号电压幅度相对应的一系列数值信息，同时 以一定的方式把这些转换数据及时传递给微处理器 或依次自动存储。数据采集系统通常以各类模/数 （A/D）转换器为核心，辅以模拟多路开关、采样/ 保持器、输入缓冲器和输出锁存器等。
0.1 传感器与检测技术的地位和作用
（1）测量与数据采集
（4）环境保护和资源探测
（2）检测和控制作用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
传感器的作 用和功能
（5）诊断与监控作用
（3）人体状态检测
（6）辅助性的观测器
0.1 传感器与检测技术的地位和作用
传感器的应用非常广泛，其重要性也非常突出。在 “神舟”飞船上，装备着许许多多的检测与控制系统，传 感器测出飞船的飞行参数及发动机的工作状态等物理量， 传送给自动控制系统，并进行调节，使飞船按人们预设的 轨道运行。在机器制造业中，对于机床，以前往往只是对 一些静态参数进行测量，但现在还要对一些动态性能进行 测量，如切割状态下的动态稳定性和精度等，因此要利用 有关传感器测量刀架、机床等有关部位的振动、机械阻抗 等参数，检验其动态特性。
0.1 传感器与检测技术的地位和作用
在人类的各项生产活动和科学实验中有各种各 样的研究对象，若要从数量方面对它们进行研究和评 估，则要通过对代表其特性的物理量的检测来实现。 而检测就是利用各种物理效应，选择恰当的方法和装 置，将其中的有关特征信息通过各种测量方法赋予定 性与定量的过程。能够自动地完成整个检测过程的技 术称为自动检测技术。自动检测技术以信息的获取、 转换、显示和处理为主要研究内容，现已成为一门完 整的技术性学科。
传感器与检测技术课后习题和答案(陈杰)
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第8章
8.5 什么是测温用的平衡电桥、不平衡电桥和自动 平衡电桥，各有什么特点？ 8.6 试解释负电阻温度系数热敏电阻的伏安特性， 并说明其用途。 8.7 有一串联的热敏电阻测温电路，如图F1-9所示。 试设计其最佳线性工作特性，并计算其线性度， 最后，用坐标纸每5℃一点绘出电路图F1-9中 u=f(t)的曲线。
正行程
6.0
8.0 10.0 10.0 8.0
反行程
6.0 4.0 2.0
577.3
384.1 191.6
577.4
384.2 191.6
578.4
384.7 192.0
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第1章
1.13 建立以质量、弹簧、阻尼器组成的二阶系统 的动力学方程，并以此说明谐振现象和基本特点。
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行程 输入压力×105 2.0 4.0 Pa 输出电压（Mv） (1) 190.9 382.8 575.8 769.4 963.9 964.4 770.6 (2) 191.1 383.2 576.1 769.8 964.6 965.1 771.0 (3) 191.3 383.5 576.6 770.4 965.2 965.7 771.4
x 0.9 2.5 3.3 4.5 5.7 6.7
y
1.1
1.6
2.6
3.2
4.0
5.0
a)试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度； b)用C语言编制程序在微机上实现。
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第1章
1.4 某温度传感器为时间常数 T=3s 的一阶系统， 当传感器受突变温度作用后，试求传感器指示出 温差的1/3和1/2所需的时间。 1.5 某传感器为一阶系统，当受阶跃函数作用时， 在t=0时，输出为10mV;t→∞时，输出为100mV;在 t=5s时，输出为50mV,试求该传感器的时间常数。 1.6 某一阶压力传感器的时间常数为0.5s,若阶跃压 力从25MPa,试求二倍时间常数的压力和2s后的压 力。
2012《传感器与检测技术》题库1
2012《传感器与检测技术》题库一．名词解释1、传感器：指能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的元件或装置。
2、转换元件：将由敏感元件输出的非电量转换成电参量的元件。
3、敏感元件：指传感器中能直接感受被测量的变化，并转换为易于转换的非电量的元件。
4、测量：是以确定被测量值为目的的一系列操作。
5、检测：是利用传感器，将生产科研需要的电量和非电量信息转化成为易于测量、传输、显示和处理的电信号的过程。
6、灵敏度：指传感器输出量的增量与引起输出量增量的输入量的增量的比值。
7、测量方法：指针对不同测量任务进行具体分析以找出切实可行的办法。
8、测量误差：被测量的测量值与真值之间的差异。
9、分辨力：指传感器能检测到输入量最小变化量的能力。
10、绝对误差：指被测量的测量值与被测量的真值之间的差值。
11、满度相对误差：绝对误差与仪器满量程的百分比。
12、标称相对误差：绝对误差与被测量的测量值的百分比。
13、系统误差：在形同条件下，多次重复测量同一被测量时，其测量误差的大小和符号保持不变，或在条件改变时，误差按某一确定的规律变化。
14、随机误差：当多次重复测量同一被测量时，若测量误差的大小和符号均以不可预知的方式变化。
15、粗大误差：明显偏离真值的误差。
16、静态误差：当被测量不随时间变化时所产生的误差。
17、动态误差：当被测量随时间迅速变化时，系统的输出量在时间上不能与被测量的变化精确吻合。
18、直接测量：指在使用仪表或传感器进行测量时，不需要经过任何运算就能直接从仪表或传感器上得出测量结果的方法。
19、间接测量：指用直接测量法测得与被测量有确切函数关系的一些物理量，然后通过计算求得被测量的方法。
20、线性度：指传感器输入量与输出量之间的静态特性曲线偏离直线的程度。
21、应变效应：导体或半导体材料在外力作用下产生机械形变，其电阻发生变化的现象22、压阻效应：在一块半导体的某一轴向施加一定的应力时，其电阻率产生变化的现象23、露点：在露点温度低于0℃，水蒸气将会结露，因此这一温度又称为露点温度，通常两者统称露点。
测试技术与传感器课后答案
测试技术与传感器课后答案【篇一：《传感器与检测技术》习题答案--周杏鹏】t>第一章1.1答：随着我国工业化、信息化步伐加快，现代化建设中的各行各业高效生产对传感器也检测技术的依赖逐步加深。
比如：先进的传感器技术助力现代化石油钻井平台建设。
为了能够可靠地采集钻井平台钴机塔架上运动部件的终点位置，使用了感应式传感器。
在整个新型钻井中共使用了60个这样的感应式传感器，方形的接近开关对钢质目标的感应距离增大到20mm, 满足了近海海上勘探工作环境极为恶劣的所有要求。
1.2答：自动检测系统组成框图如下：对于传感器，一般要求是：①准确性：输出信号必须反映其输入量，即被测量的变化。
因此，传感器的输出与输入关系必须是严格的单值函数关系，最好是线性关系。
②稳定性：传感器的输入、输出的单值函数关系最好不随时间和温度二变化，受外界其他因素的干扰影响亦很小，重复性要好。
③灵敏度：即被测参量较小的变化就可使传感器获得较大的输出信号。
④其他：如耐腐蚀性、功耗、输出信号形式、体积、售价等。
1.3答：功能：信号调理：在检测系统中的作用是对传感器输出的微弱信号进行检波、转换、滤波、放大等，以方便检测系统后续处理或显示。
信号处理：信号处理时自动检测仪表，检测系统进行数据处理和各种控制的中枢环节，其作用和人类的大脑相类似。
区别：信号调理作用是把信号规格化，滤除干扰，信号处理则是提取信号中的信息，并对这些信息按照功能要求进行处理。
可以说，信号调理是进行信号处理的基础。
组成：信号调理：信号放大、信号滤波、a/d转换信号处理：主要是各种信号的嵌入式微控制器、专用高速数据处理器（dsp）等1.4答：分类见表1-1(p8)1.5答：按照被测参量分类，可以分成测量：电工量、热工量、机械量、物性和成分量、光学量、状态量等。
1.6答：1.不断拓展测量范围，提高管检测精度和可靠性2重视非接触式检测技术研究 3检测系统智能化第二章2.1答：随机误差：检测仪器或者测量过程中某些未知或无法控制的随机因素（如仪器某些原件器件性能不稳定、外界温度、湿度变化，空中电磁波扰动等）综合作用的结果。
国家开放大学-传感器与测试技术——实验 1：温度测量
传感器与测试技术-实验1 温度测量一、实验目的掌握温度测量的硬件电路实现方法，以及测量所得信号的微机处理和显示方法。
二、实验内容利用电阻式温度传感器构成的测温电路及LabJack硬件接口测量温度信号并传入微机中；利用LabView软件，设计虚拟仪器面板，将测得的信号通过显示器显示出来。
三、实验原理1、测温电路图如下图所示：图 1 测温电路其中温度传感器可视为电流随温度变化的电流源，电路输出电压与温度成正比。
2、测量电路输出的模拟电压通过labjack接口转化为数字信号输入微机中，这一AD转换功能由labjack硬件平台提供，labview软件内的labjack软件功能模块实现硬件接口的驱动和通信及信号处理等基本功能的实现。
3.如图所示，当温度变化时，温度传感器产生一线性电流，在电阻RC1上形成响应的电压，该电压经过U2进行一级和二级放大，输出一个正向、与温度变化大小成正比的线性电压。
四、实验步骤1．接线：将输出端AI1和GND 用电线连接至labjack 的AI1和GND 端； 2．调节硬件测温电路中的RC8电位器阻值(顺时针放大)，从而调节输入信号幅度和电路的放大倍数，确定电路的电压输出幅度与温度变化之间的比例关系；3．最终结果是：当温度升高时，响应的电压显示曲线也响应增大；反之亦然，当温度降低时，响应的电压显示曲线也响应减小；4．利用labview 软件的设计平台及labjack 提供的功能模块，设计温度监测及显示用虚拟仪器。
五、实验结果设温度-电压曲线为*T K V b =+，把温度传感器分别置入热水、温水和冷水中，其测量得到的温度值和电压值如下表所示：C /v 根据测量得到的三组温度值，将其根据线性方程求解出对应的斜率和截距值：15739 6.6256.1575 3.4405k -==-，2392111.023.4405 1.8072k -==-根据中间温度值()39,3.4405c v 求得b 值：1216.20, 1.086b b ==根据平均值公式计算出：128.822k k k +== ，128.6432b b b +== 将得到的具体温度-电压公式8.82*8.643T V =+输入相应的通道（此处选择1通道）并保存退出。
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传感器
信号 调理
数据 采集
计算机 软件
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1、概述
组成
–硬件
对 象
传感器
信号 调理
数据 采集
计算机 软件
o 信号调理：隔离、放大、滤波
o 数据采集：采集板/卡/器
模拟开关、采样保持、AD转换 o 计算机：PC、IPC、CPCI、VXI
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1、概述
组成
–软件
o 采集/监测软件 o 分析软件 o 数据库管理软件
程控放大
A
采样/保持
S/H
A/D
模 拟 输 入 信 号
A
S/H
A/D
…
A S/H
微 处 理 器
(CPU)
A/D
时序控制器
多通道并行A/D转换器的系统框图
可避免模拟多路开关所引起的静动态误差，数据 采集速度快，但系统成本高，常用于高速系统和 高频信号采集系统。
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2、数据采集技术
数据采集硬件（采集卡/器）
15/82
2、数据采集技术 模数转换技术
ch1 ch2 ch3 • • ch32
模 拟 开 关
放大器
采 保
A/D
DC/DC
A/D转换器（简称ADC）
示例 △ 铁康铜热电偶进行温度测量，在0-450℃的温度范围内输出 的电压值是0-25mV，若要求设计的测量装置达到0.1 ℃的测 温分辨率，如何选A/D转换器？ △ 分析 0-450℃的温度范围对应测量范围0-25mV，即M=25mV 最小分辨率：分辨0.1 ℃，对应电压为q＝5.5 μV △ 解题 lg M M q q L 1 L 1 13 M=25000μV、 q＝5.5 μV， 2 lg 2 所以，A/D转换器的位数应该大于13位16位 q＝0.76 V
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2、数据采集技术
数据采集硬件（采集卡/器）
产品——cPCI总线数据采集
NI PXI-4472
8路同步采样模拟输入通道 24位精度 120 dB动态范围 102.4kS/s最高采样速度 45kHz无混叠带宽 模拟与数字触发
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3、智能仪器
定义
模拟式万用表
tAC
捕获时间 孔径时间
tHS
保持建立时间
采样/保持器 输出信号
tAP
原先保持信号
tAJ
孔径抖动
采样
保持
采样/保持器性能
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2、数据采集技术 模数转换技术
A/D转换器（简称ADC）
定义：将模拟量转换为一定码制的数字量的器件或装置 分类：逐次逼近式、积分式、并行式
输入 A
V D/A变换器 D/A输出信号 时钟 逻辑控制
时序控制——硬件
• 采样间隔/频率；通道切换 • S/H、A/D控制；触发
参数设定——软件
• 通道数；采样间隔/频率 • 采样长度N；采集方式
地址逻辑
数据读取——编程
计算机/软件
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2、数据采集技术
模拟信号的数字化处理
• 1．模拟信号的数字化
• • • • • • (1) 采样 (2) 量化 (3) 编码 (1) 采样定理 (2) 频率混淆
- A1 +
S
CH
Vc
Vx
- A2 +
输出
A/D
采样 保持 采样 保持
采样/保持器工作原理
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2、数据采集技术 数据采集与保持 采样保持器 指标：
• • • • • •
被测信号 捕获误差带
Vin
+VFS
Vout
保持误差带
传导误差
DV =衰减率 Dt
捕捉时间TAC 孔径时间TAP 0 孔径抖动tAJ 保持建立时间THS 衰减率 -VFS 传导误差
q
量化误差最大为±1/2LSB，分布为均匀分布 e 1 q 2 △ 转换精度：反映实际A/D转换器与理想A/D转换器量化值上的差值 △ 转换速率：每秒钟内完成A/D转换的次数，与转换时间互为倒数
2
L 1
2
11
0.00244(V )
1 f s tcyc
△ 满刻度范围： A/D转换器所允许输入电压范围 △ 其他参数： 如对电源电压变化的抑制比（PSRR）、零点和增益温度 系数、输入电阻等
2、数据采集技术 A/D通道方案确定
无采保的A/D通道
应用：直流/低频信号 dU △ 输入信号的最大变化率： dt
dU dt
max
M 0.05V / s 2n 1 Dt
变化率小于0.05V/s的输入信号， 采集前可不用加采保
max
FSR 2 n tCONV
Δt
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
tconv为A/D转换器的转换时间；FSR为A/D转换器的满量程电压， n是A/D转换器的位数
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2、数据采集技术 数据采集与保持
多路开关 指标
ch1 ch2 ch3 • • ch32
模 拟 开 关
放大器
采 保
A/D
DC/DC
Δ 导通与断开电阻 接通电阻为零（实际<100） 断开电阻无穷大（实际>109 ） Δ 切换速度：一般 1us~1ns Δ 隔离：各通过之间的串扰，80db
2
时序控制器
多通道共享采样/保持器与A/D转换器的系统框图
f TH
1 [ N (tAC tHS tCONV tOUT )]
通常A/D转换时间TCONV比采样保持器的孔径时间TAP大，更比孔径 抖动TAJ大得多，在不使用采样保持器的情况下，为了保证转换误差 不大于量化误差e，则A/D转换器可以直接转换的输入信号的频率是 很低的，因此，对较高频率的输入信号进行模数转换时，通常在A/D 转换器前都要加采样保持器。
特点
o 成本优势：PC资源
o 功能优势：数据处理量大、快速，分析手段丰富、灵活 o 发展优势：具有通用性和发展前景
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1、概述 典型框图
传 感 单 元
ch1 ch2 ch3
数据采集
ch32
信 号 调 理
多 路 开 关
放大器
采 保
A/D
DC/DC
晶振 定时计数
FIFO缓存 通道逻辑 控制、状态逻辑 数据缓冲
第 6章
计算机测试技术
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内容
1. 2. 3. 4. 概述 数据采集系统 智能仪表系统 虚拟仪器系统
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1、概述
定义
– 以计算机为核心、完成测试任务的技术 – 基于计算机的测试：测量、分析与处理
基本功能：
• 数据采集 • 数据处理 • 数据表达
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1、概述
组成
– 结构
对 象
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2、数据采集技术
数据采集硬件（采集卡/器）
产品 USB 总线数据采集模块 ——NI USB-9215
高速串行总线：USB2.0有三 种速度 •低速（1.5Mb/s） •全速（12 Mb/s） •高速（480Mb/s） 只要有USB口，即插即用， 可在不改变I/O资源或重新 启机下使用 总线供电 采样速率可达500kHz/s
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2、数据采集技术 A/D通道方案确定
考虑问题： 多个模拟信号
ch1 ch2 ch3 • • ch32
模 拟 开 关
放大器
采 保
A/D
DC/DC
• 性质：快变、慢变；静态、动态 • 采集效率 • 成本
不同的采集要求
分别采集：信号之间没有严格关系 并行采集
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示例： M＝10V、n＝12、 ⊿t＝0.1s
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2、数据采集技术 A/D通道方案确定
多通道共享A/D转换器
带采保的A/D通道
采样/保持
S/H
模 拟 输 入 信 号
S/H
…
S/H
模 拟 多 路 开 关
缓冲器 A/D 微 处 理 器
(CPU)
每一模拟通道都有一个 采样/保持器，由同一状 态指令控制，可得到各 路信号同一时刻的瞬间 值
时序控制器
远程通信接口 GPIB 接 Ethernet 口 USB … …
智能仪器系统的典型硬件结构
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3、智能仪器
软件功能
• • • • • • • • • • • （1）自检模块 （2）初始化模块 （3）时钟模块 （4）监控模块 (5) 人机交互模块 (6) 数据采集模块 (7) 数据处理模块 (8) 控制决策模块 (9) 信号输出模块 (10) 通信模块 (11) 其他模块
fs 2 fm
f s (2.56 ~ 4) f m
• 2．采样定理及频率混淆
fc f s (2.56 ~ 4)
采样信号的混淆现象
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2、数据采集技术
基本单元
多路开关 程控放大 采样保持 DA转换 AD转换
ch1 ch2 ch3 • • ch32 模 拟 开 关 采 保
产品——PC/PCI总线数据采集板
NI PCI-6221
16-Bit, 250kS/s, 16 Analog Inputs Two 16-bit analog outputs (833kS/s) 24 digital I/O、 32bit counters、 digital triggering
含有微计算机或微处理器的测量仪器
精度、速度、测试能力和工作效率
数 据 采 集 和 振 动 分 析