河南理工大学研究生-现代检测技术-试卷和答案

河南理工大学 2006－－2007 学年第 2 学期

《现代检测技术》试卷

考试方式： 闭 卷 本试卷考试分数占学生总评成绩的 100 %

复查总分 总复查人

（本题 20 分）一、

1、确定被测对象的属性和（量值）为目的的全部操作。

2、检测方法分类有：直接测量 [绝对测量、相对测量]、（间接测量）、开环测量与闭环测量

3、直接将被测量与标准量进行比较的检测方法叫做（直接测量）

4、检测系统在被测量处于稳定状态时的输入输出关系叫做检测系统的（静态特性）

5、同一条件下，对同一被测量，同一方向，多次重复测量，差异程度( repeatability )称（检测系统静态特性的重复性）

6、测量系统在稳态下输出量的增量与输入量的增量之比为(检测系统静态特性的灵敏度)

7、检测系统在被测量随时间变化的条件下输入输出关系即检测系统的（动态特性）

8、能够检测出的被测量的最小变化量表征测量系统的叫做（分辨力 ）

9、检测系统输入输出曲线与理想直线的偏离程度亦称（非线性误差 ） 10、 光纤测量技术灵敏度高、响应速度快、结构简单、体积小、质量轻、易弯曲、耐腐蚀（抗电磁干扰及抗辐射）性能好、便于远距离遥测。

（本题 10 分）二、提高检测性能的措施有哪些？

（本题 10 分）三、根据附图叙述超声波测距系统的工作原理、特点、应用

工作原理：超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。（超声波在空气中的传播速度为340m/s ，根据计时器记录的时间t ，就可以计算出发射点距障碍物的距离(D)，即：D=340t/2）

特点及应用：超声波指向性强，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物 位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，

因此在移

动机器人的研制上也得到了广泛的应用。为了使移动机器人能自动避障行走，装备超声波测距系统，就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距（本题 10 分）四、写出莫尔条纹公式、说明光栅式传感器原理、特点

莫尔条纹是两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结果，当人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只能看到干涉的花纹，这种光学现象就是莫尔条

纹。 主光栅指示光栅成一定夹角叠放时形成另一方向上明暗相间的条纹，称为莫尔条纹，设栅距为()，夹角为，则莫尔条纹宽度B 为：

利用光栅精密测量位移：当指示光栅与主光栅有相对运动时，莫

尔条纹也作同步移动。由于

，栅距被放大许多倍，光电元件测出莫尔条纹的移动，

通过脉冲计数得到位移的度量。

光栅式传感器有如下特点 ①精度高。光栅式传感器在大量程测量长度或直线位移方面仅仅低于激光干涉传感器。在圆分度和角位移连续测量方面，光栅式传感器属于精度最高的。②大量程测量兼有高分辨力。感应同步器和磁栅式传感器也具有大量程测量的特点，但分辨力和精度都不如光栅式传感器。③可实现动态测量，易于实现测量及数据处理的自动化。④具有较强的抗干扰能力，对环境条件的要求不像激光干涉传感器那样严格，但不如感应同步器和磁栅式传感器的适应性强，

（本题 10 分）五、在测量流动血液的氧电极化学传感器中电极的作用。

氧电极的基本原理

当在氧电极两极间施加电压并超过O2的分解电压（约为-0.2V ）时，透过薄膜

进入氯化钾溶液的溶解氧便在铂阴极上还原： O2+2H2+4e-= 4OH-

银阳极上则发生银的氧化反应：

4Ag+4Cl-= 4AgCl+4e

此时电极间产生电解电流。由于氧在阴极被还原，而使阴极表面氧的浓度降低，于是被测溶液中的溶

解氧便向阴极扩散补充，使还原过程得以继续进行，又由于电极反应的速度极快，而氧分子的扩散速度则较慢，所以电解电流的大小受氧的扩散速度的限制。这种受氧扩散速度限制的电解电流叫做扩散电流。在溶液静止、温度恒定的情况下，扩散电流受被测溶液与电极表面O2的浓度差控制。随着外加电压的加大，电极表面O2浓度必然减小，被测溶液与电极表面O2的浓度差加大，扩散电流也随之增大。但当外加的极化电压达到一定值时，阴极表面氧的还原速率大大超过O2向阴极的扩散速率，使阴极表面O2的浓度趋近于零，于是扩散电流的大小完全取决于被测溶液中的氧的浓度（对于薄膜氧电极而言，也就是紧靠膜外侧的O2浓度）。此时再增加极化电压，扩散电流基本上不再增加，使极谱波（即电流-电压曲线）产生一个平顶。将极化电压选定在平顶的中部（约0.6～0.9V ），可以使扩散电流的大小基本不受电压微小波动的影响。即电压在

0.6～

0.9V 之间，氧电极输出的电流与电极外面氧浓度之间有良好的线性关系。因此，在极化电压及温度恒定的条件下，扩散电流的大小即可作为溶解氧定量测定的基础。电极间产生的扩散电流信号可通过电极控制器的电路转换成电压输出，用自动记录仪进行记录。

（本题 10 分）六、根据附图说明构成生物传感器各部分的器件

生物传感器由生物敏感膜和换能器组成，以生物体内存在的活性物质为测量对象，应用生物化学、电化学等原理，将生化反应信号转化为可处理的电信号、光信号等输出。

（本题 10 分）七、画出激光干涉测量系统结构图

（本题 20 分）八、叙述纳米测量中的扫描隧道显微镜（STM ）。

扫描隧道显微镜是一种利用量子理论中的隧道效应探测物质表面结构的仪器。它作

为一种扫描探针显微术工具，扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个原子，

它具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率。此外，扫描隧道显微镜在低温下（4K ）可以利用探针尖端精确操纵原子，因此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具。 扫描隧道显微镜的工作原理：就如同一根唱针扫过一张唱片，一根探针慢慢地通过要被分析的材料（针尖极为尖锐，仅仅由一个原子组成）。一个小小的电荷被放置在探针上，一股电流从探针流出，通过整个材料，到底层表面。当探针通过单个的原子，流过探针的电流量便有所不同，这些变化被记录下来。电流在流过一个原子的时候有涨有落，如此便极其细致地探出它的轮廓。在许多的流通后，通过绘出电流量的波动，人们可以得到组成一个网格结构的单个原子的美丽图片。