刘传玺版自动检测总结及课后习题答案.docx
《刘传玺版自动检测总结及课后习题答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《刘传玺版自动检测总结及课后习题答案.docx（53页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
刘传玺版自动检测总结及课后习题答案
考试形式
一．单项选择题（在每小题的四个备选答案中,选出一个正确答案，并将正确答案的字母序号填在题后的括号内。
每小题2分,共20分）。
二．填空题（每空格1分,共25分）
三．简答题（每小题7分，共35分）
四．计算题（每小题6分，共12分）
五．问答题（以下两题任选一题,共8分）
复习重点
红字部分为重点,含作业
前言
第1章检测技术的基本知识
1.1概述
1.1。
1检测技术的含义、作用和地位（重点）
1.1。
2工业检测技术的内容
1。
1.3自动检测系统的组成（重点）
1.1.4检测技术的发展趋势
1。
2检测系统的基本特性（重点，与2。
1。
3传感器的性能指标合二为一）
1。
2.1静态特性
1。
2.2动态特性
1.3测量误差及消除方法
1.3.1测量误差的概念
1。
3.2误差的表示方法（重点）
1.3.3误差的分类
1。
3。
4误差处理
习题与思考题
题1—1（参考P8相对误差）
题1-2（参考P8P9最大引用误差和精度等级）
题1-3（参考P9系统误差）
题1-4（参考P10P11P12随机误差及其处理）
题1-5（参考P12P13粗大误差的判别与坏值的舍弃）
补充题1:
非电量电测法的主要优点?
答：
1）能够连续、自动地对被测量进行测量和记录。
2）电子装置精度高、频率响应好，不仅能适用于静态测量，选用适当的传感器和记录装置还可以进行动态测量甚至瞬态测量.
3）电信号可以远距离传输,便于实现远距离测量和集中控制。
4）电子测量装置能方便地改变量程，因此测量的范围广。
5）可以方便地与计算机相联,进行数据的自动运算、分析和处理。
补充题2:
一个完整的闭环自动控制系统通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能.为什么说传感器是检测系统最重要的环节。
答:
传感器是把被测量（如物理量、化学量等）转换成电学量的装置，显然,传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件,是检测系统最重要的环节,检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能一次性确定的，因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。
补充题3：
测试系统实现精确测量的条件
答:
对于实际的测试系统，如果时域或频域的传递特性满足:
A（jω）=K
φ（ω）=—ωtо
即它的幅频特性为一常数，相频特性与频率成线性关系，
那么便称该系统是精确的或不失真的测试系统，
用该系统实现的测试将是精确和不失真的。
补充题4:
什么是负载效应？
答：
是指在电路系统中后级与前级相连时由于后级阻抗的影响造成系统阻抗发生变化的一种效应。
仅当由于负载的变化而引起输出稳定量的变化的效应称为负载效应。
第2章传统传感器
2。
1传感器基础知识
2。
1。
1传感器的概念与定义（重点）
2.1。
2传感器的命名与分类
2。
1.3传感器的性能指标（重点，与1.2检测系统的基本特性合二为一）
2。
1.4提高传感器性能的技术途径（重点）
2.1.5传感器选用原则
2.1.6传感器的发展方向
2.2电阻式传感器
2.2。
1电阻应变式传感器（重点①公式2-10;②测量电路）
2。
2.2电位器式传感器
2.3电容式传感器（重点）
2。
3.1电容式传感器的基本原理
2。
3。
2电容式传感器的类型与特性
2。
3.3电容式传感器的测量电路
2.3.4电容式传感器应用举例
2.4电感式传感器（重点）
2。
4.1自感式传感器
2。
4.2互感式传感器（差动变压器）
2.4.3电涡流式传感器
2。
4.4电感式传感器应用举例
2。
5压电式传感器（不作要求）
2。
5。
1压电效应与压电材料
2.5。
2压电式传感器工作原理及压电元件常用结构形式
2。
5.3压电式传感器的测量电路
2。
5.4压电式传感器的应用举例
2。
6磁电式传感器（不作要求）
2.6。
1磁电感应式传感器的工作原理
2.6.2磁电感应式传感器的结构
2。
6。
3应用举例
2。
7热电式传感器（重点）
2.7.1金属热电阻传感器
2.7.2半导体热敏电阻传感器
2.7.3热电偶传感器
2.7.4集成温度传感器
2.7。
5热电式传感器应用举例
习题与思考题
题2-1（参考P17传感器的概念与定义，传感器的命名与分类）
题2—2（参考P5P6和P17P18P19P20有关传感器静态特性和动态特性内容）
题2-3（参考P24公式2—10，对其物理意义的解读）
题2—4（参考P26P27测量电路分析和比较，公式2-18）
题2-52-6（参考P34P35P36电容传感器的类型和特征）
题2—7（参考P41～P50电感式传感器）
题2—8（参考P46公式2—65，对其物理意义的解读）
题2—9（参考P48公式2-67,对其物理意义的解读）
题2-10（参考P46零点残余电动势）
题2—17（参考P64热电阻温度特性和P66热电效应基本概念之比较）
题2—18（参考P69表2-1）
题2-19（参考P69P70P71热电偶冷端温度的处理）
题2-20（参考P70补偿导线法）
题2-21（应变片灵敏度,差动直流电桥输出电压,
注意：
应变值ε单位为10E-6，即μ）
题2-22（应变片灵敏度,判断差动直流电桥输出电压套用P27公式2-17，
注意：
应变值ε单位为10E-6，即μ）
题2—23（注意：
书中有误,应该标注成共地.参考P37变压器电桥公式2-45结合变面积式
电容器电容量计算方式）
题2—24（参考P38运算放大器电路公式2-48,2-49结合变间隙式电容器电容量计算方式）
题2-25（注意：
书中有误，u和u0标反了！
！
！
答：
L1=L0-△LL2=L0-△L
R1=R2=R
代入:
考虑到：
ωL>〉R
简化得到：
）
题2-26（参考P64公式2-85，2-86）
题2-27（参考P64公式2—87）
题2-28题2-29题2—30题2-31（参考P71例2.2,学着举一反三）
补充题1：
提高传感器性能的技术途径主要有哪些？
（P20）
补充题2：
常用的温度传感器之分类
答：
接触式温度传感器：
1）热电偶
2）热电阻金属热电阻
半导体热敏电阻
3）集成温度传感器模拟式温度传感器
数字式温度传感器
非接触式温度传感器:
红外温度传感器
补充题3：
光电耦合器的工作原理及特点
答：
在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，
光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封
装在一起的受光器上后,因光电效应而产生了光
电流,由受光器输出端引出，这样就实现了
电一光一电的转换。
常见有光电二极管型、
光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、
光电达林顿型、集成电路型等。
光电耦合器的特点是可实现电信号的隔离传输，即输入端与输出端之间既能传输电信号,又具有电的隔离性.光电耦合器可以传输交流信号，又可以传输直流信号。
光电耦合器具有传输效率高、隔离度好、抗干扰能力强、寿命长、体积小和质量小的优点。
第3章新型传感器
3。
1气敏和湿敏传感器
3。
1。
1气敏电阻式传感器
3。
1。
2离子感烟传感器
3.1。
3湿敏电阻式传感器
3。
2霍耳传感器（重点）
3.2.1半导体材料的霍耳效应
3.2.2霍耳元件的结构、符号及基本电路
3.2。
3霍耳元件的特征参数
3.2。
4霍耳传感器的连接方式和输出电路
3。
2.5霍耳传感器应用
3。
3感应同步器
3.3.1感应同步器的类型及结构
3.3。
2感应同步器的工作原理
3。
3。
3感应同步器输出信号的鉴别方式
3。
4磁栅式传感器
3。
4.1磁栅
3。
4。
2磁头
3.4。
3磁栅式传感器的工作原理
3。
4。
4信号处理方式
3。
4。
5磁栅式传感器的应用
3.5热电型红外线传感器（重点）
3.5。
1红外测温原理
3。
5.2常见的红外传感器
3。
5。
3红外传感器使用中应注意的问题
3.6光电式传感器（重点）
3。
6。
1光电效应
3。
6。
2光电器件
3。
6.3光电元件的特性
3.6。
4光电元件应用
3。
7光纤传感器
3.7。
1光导纤维的结构和导光原理
3.7.2光纤传感器的工作原理
3.7.3光纤传感器的分类
3.7。
4光纤传感器的应用
3.8图像传感器
3。
8.1CCD图像传感器的基本结构和工作原理
3。
8。
2CCD图像传感器的应用
3。
9传感器的智能化与微型化
3.9。
1智能传感器
3。
9。
2微型传感器
习题与思考题
题3—7（参考P100～P103）
问：
光电效应有哪几种?
与之对应的光电元件各有哪些？
答:
光电效应有外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三种。
基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等；基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等;基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。
题3—8（参考P107~P108光电元件应用实例归纳如下）
问:
光电传感器由哪些部分组成？
被测量可以影响光电传感器的哪些部分？
答：
光电传感器设计灵活，形式多样，在越来越多的领域内得到广泛的应用。
光电传感器通常由光源、光学通路和光电元件三部分组成,如图所示。
图中Ф1是光源发出的光信号，Ф2是光电器件接受的光信号，被测量可以是x1或者x2，它们能够分别造成光源本身或光学通路的变化，从而影响传感器输出的电信号I或者V。
题3—12（参考P84~P85）
问:
什么是霍尔效应？
答：
在置于磁场的导体或半导体中通入电流，若电流与磁场垂直,则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文·霍尔在1879年发现的.产生的电势差称为霍尔电压.
题3—13（参考P84～P85解读霍尔电势推导）
问：
为什么导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍尔元件？
答:
由霍尔电势：
（n为载流子密度）式中可知：
1）一般金属中载流子密度很大,所以金属材料的霍尔效应不明显；
2）而绝缘材料的电子的迁移率μ很小，故也不宜做成霍尔元件；
3）而在半导体材料中，载流子密度较大,又因为电子的迁移率比空穴的大，
即μN〉μPp，所以霍尔元件一般采用N型半导体材料。
补充题1：
什么是光谱特性?
和频率特性区别在哪里？
（参考P104和P106）
补充题2:
红外传感器可分哪两类？
其探测机理又有何差异？
答：
红外传感器（也称为红外探测器）是利用红外辐射与物质相互作用所呈现的物理效应来探测红外辐射的。
红外传感器的种类很多，按探测机理的不同，分为红外热传感器和红外光子（光电）传感器两大类。
前者对整个红外波段均有响应（称为无选择性）,后者仅对确定波段有响应。
红外热传感器的工作是利用辐射热效应。
探测器件接收辐射能后引起温度升高,再由接触型测温元件测量温度改变量，从而输出电信号。
与光子传感器相比，热传感器的探测率比光子传感器的峰值探测率低，响应速度也慢得多.但热传感器光谱响应宽而且平坦，响应范围可扩展到整个红外区域，并且在常温下就能工作,使用方便，应用仍相当广泛。
红外光子传感器的工作原理是基于光电效应。
其主要特点是灵敏度高，响应速度快，响应频率高。
但红外光子传感器一般需在低温下才能工作，故需要配备液氦、液氮制冷设备。
此外，光子传感器有确定的响应波长范围，探测波段较窄
补充题3：
试用霍尔传感器设计一套测转速系统。
第4章检测系统中信号的转换与调理
4。
1电桥（重点）
4.1。
1直流电桥
4.1.2交流电桥
4。
2信号的放大与隔离
4。
2.1测量放大器（重点）
4.2.2程控增益放大器
4。
2。
3隔离放大器
4.3调制与解调
4.3.1调幅及其解调（重点）
4。
3.2调频及其解调
4.4滤波电路
4.4。
1低通滤波器
4.4.2高通滤波器
4.4。
3带通滤波器
4.4.4带阻滤波器
4。
5信号变换电路
4。
5.1采样一保持器
4.5.2信号转换电路（重点）
4。
6线性化
4。
7温度补偿技术
4.7。
1温度误差灵敏度
4.7。
2并联式温度补偿原理
4。
7。
3反馈式温度补偿原理
4.7.4综合应用实例
习题与思考题
题4-1题4—2（参考P127测量放大器）
题4—3（参考P124~P126电桥）
答：
电桥就是将非常微弱的被测量转化为电信号的一种专门电路，以便提供后续电路（如放大电路）进行信号处理.主要有直流和交流电桥电路.电桥由有四个桥臂组成,一个对角接激励电源,另一个作为输出。
题4—6（参考P141～P142）
答：
无源滤波器：
这种电路主要有无源元件R、L和C组成。
无源滤波器具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高、运行费用较低等优点，至今仍是应用广泛的被动谐波治理方法。
有源滤波器:
集成运放和R、C组成，具有不用电感、体积小、重量轻等优点.集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。
但集成运放带宽有限，所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高.
题4-9（参考P136）
题4—14（参考P137）
原题目:
用图解法来说明信号同步解调的过程
改为：
用图解法来说明信号调幅和同步解调过程
题4—19（参考P154）
第5章检测系统中的抗干扰技术
5。
1检测系统中的干扰
5。
1.1干扰的种类、噪声源及防护办法
5。
1。
2干扰的传播
5。
2常用抗干扰技术
5。
2。
1屏蔽技术
5。
2.2接地技术
5.2.3隔离技术
5.2。
4滤波器
5。
2。
5软件抗干扰技术
习题与思考题
题5—4（参考P154）
（1）信噪比：
（2）提示：
滤波，差动测量放大器电路及选择低噪声的运放芯片
补充题1:
干扰的形成必须同时具备哪些因素?
又有哪些方法和措施可以消除或减弱噪声干扰?
（参考P166~P172）
第6章自动检测技术应用举例
6。
1电感式微位移测量仪
6。
1。
1测量仪的组成
6.1.2传感器及其信号处理电路
6。
1。
3单片机及其扩展
6.1.4键盘、显示与打印
6.1.5数字低通滤波与插值
6。
2检测技术在智能楼宇中的应用
6。
2.1空调系统的监控
6.2.2给排水系统
6.2.3火灾监视与控制系统
6。
2。
4门禁与防盗系统
6.2。
5电梯的运行管理
6.3检测技术在全自动洗衣机中的应用
6。
3.1全自动洗衣机单片机控制系统逻辑结构
6.3.2模糊全自动洗衣机的模糊推理
6.3。
3洗衣机物理量检测
6。
3.4控制软件
6。
4检测技术在环境检测中的应用
6。
4。
1检测电路
6.4.2A/D模板
6。
4.3系统标定及数据处理
6。
5检测技术在数控机床中的应用
6.5。
1各传感器在加工过程中的作用
6。
5。
2系统的报警、故障自诊功能
6。
6布匹长度自动记录与控制仪
6.6.1测量原理
6.6.2系统功能
6。
6。
3软件结构
习题与思考题
第7章自动检测系统的设计
7。
1自动检测系统及设计原则
7.1.1开环检测系统
7。
1。
2闭环检测系统
7。
1.3自动检测系统设计原则
7.2自动检测系统的设计步骤
7.2.1自动检测系统的分析
7.2.2自动检测系统总体方案的设计
7。
2。
3自动检测系统硬件的设计
7。
2.4自动检测系统软件的设计
7.2。
5系统集成
7.3加热炉温度测控系统设计
7。
3。
1温度测控系统的设计要求与组成
7。
3.2温度测控系统的硬件电路
7。
3。
3温度测控系统的软件设计
习题与思考题
第8章自动检测技术的发展方向
8。
1现场总线技术
8。
1。
1CAN（控制器局域网络）
8。
1.2LonWorks（局部操作网络）
8.1。
3PROFIBUS（过程现场总线）
8。
1.4HART（可寻址远程传感器数据通路）
8.1.5FF（现场总线基金会现场总线）
8.2虚拟仪器
8。
2。
1虚拟仪器的发展与特点
8.2.2虚拟仪器的结构组成
8。
3网络化测控系统
8.3。
1网络化测控系统的特点与发展
8.3.2网络化测控系统的体系结构
习题与思考题
第9章虚拟仪器系统的应用
9。
1LabVIEW简介
9.1.1LabVIEW概述
9.1.2LabVIEW的运行机制
9.1。
3LabVIEW应用
9。
2虚拟电子秤系统
9.2。
1虚拟电子秤系统组成
9。
2.2虚拟电子秤程序设计
9.3大气污染虚拟检测系统
9。
3.1当今城市环境现状
9.3。
2SO2测量原理
9.3.3氮的氧化物浓度的测量
9。
3.4二氧化硫浓度的计算
9。
3.5二氧化氮浓度的计算
9。
3.6主程序设计
习题与思考题
参考文献
传感器与检测技术试卷及答案
（（（（试卷一试卷一试卷一试卷一））））
第一部分选择题（共24分）
一、单项选择题（本大题共12小题，每小题2分，共24分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项
是符合题目要求的,请将正确选项前的字母填在题后的括号内。
错选、多选和未选均无分。
1．下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（）
A．压力B．力矩C．温度D．厚度
2．属于传感器动态特性指标的是（）
A．重复性B．线性度C．灵敏度D．固有频率
3．按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（）
A．光电式传感器B．电容式传感器
C．压电式传感器D．磁电式传感器
4．测量范围大的电容式位移传感器的类型为（）
A．变极板面积型B．变极距型
C．变介质型D．容栅型
5．利用相邻双臂桥检测的应变式传感器,为使其灵敏度高、非线性误差小（）
A．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片
B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联
C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片
D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片
6．影响压电式加速度传感器低频响应能力的是（）
A．电缆的安装与固定方式B．电缆的长度
C．前置放大器的输出阻抗D．前置放大器的输入阻抗
7．固体半导体摄像元件CCD是一种（）
A．PN结光电二极管电路B．PNP型晶体管集成电路
C．MOS型晶体管开关集成电路D．NPN型晶体管集成电路
8．将电阻R和电容C串联后再并联到继电器或电源开关两端所构成的RC吸收电路，其作用是
（）
A．抑制共模噪声B．抑制差模噪声
C．克服串扰D．消除电火花干扰
9．在采用限定最大偏差法进行数字滤波时,若限定偏差△Y≤0。
01,本次采样值为0。
315，上次
采样值为0。
301，则本次采样值Yn应选为（）
A．0.301B．0。
303C．0.308D．0。
315
10．若模/数转换器输出二进制数的位数为10,最大输入信号为2。
5V,则该转换器能分辨出的最
小输入电压信号为（）
A．1。
22mVB．2。
44mVC．3.66mVD．4。
88mV
11．周期信号的自相关函数必为（）
A．周期偶函数B．非周期偶函数
C．周期奇函数D．非周期奇函数
12．已知函数x（t）的傅里叶变换为X（f），则函数y（t）=2x（3t）的傅里叶变换为（）
第二部分非选择题（共76分）
二、填空题（本大题共12小题，每小题1分，共12分）不写解答过程，将正确的答案写在每小
题的空格内。
错填或不填均无分。
13．对传感器进行动态的主要目的是检测传感器的动态性能指标.
14．传感器的过载能力是指传感器在不致引起规定性能指标永久改变的条件下,允许超过
的能力。
15．传感检测系统目前正迅速地由模拟式、数字式,向方向发展。
16．已知某传感器的灵敏度为K0，且灵敏度变化量为△K0，则该传感器的灵敏度误差计算公式为rs=。
17．为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用技术。
18．在用带孔圆盘所做的光电扭矩测量仪中,利用孔的透光面积表示扭矩大小，透光面积减小，则表明扭矩.
19．电容式压力传感器是变型的。
20．一个半导体应变片的灵敏系数为180，半导体材料的弹性模量为1。
8×105Mpa，其中压阻系数πL为Pa-1。
21．图像处理过程中直接检测图像灰度变化点的处理方法称为。
22．热敏电阻常数B大于零的是温度系数的热敏电阻。
23．若测量系统无接地点时，屏蔽导体应连接到信号源的。
24．交流电桥各桥臂的复阻抗分别为Z1，Z2，Z3,Z4，各阻抗的相位角分别为ϕ1ϕ2ϕ3
ϕ4，若电桥平衡条件为Z1/Z4=Z2/Z3，那么相位平衡条件应为.
三、问答题（本大题共6小题，每小题4分，共24分）
25．简述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点。
26．回答与直线式感应同步器有关的下列问题:
（1）它由哪两个绕组组成?
（2）鉴相式测量电路的作用是什么?
27．简述压磁式扭矩仪的工作原理.
28．说明薄膜热电偶式温度传感器的主要特点。
29．简述激光视觉传感器将条形码的信息传输的信号处理装置的工作过程.
30．采用逐次逼近法的模/数转换器主要由哪几部分组成？
四、计算题（本大题共3小题，每小题8分,共24分）
31．已知变磁通式转速传感器输出电动势的频率f=72Hz,测量齿盘的齿数Z=36，求:
（1）被测轴的转速是每分钟多少转？
（2）在上述情况下，如果计数装置的读数误差为±1个数字，其最大转速误差是多少？
32．一热敏电阻在0℃和100℃时，电阻值分别为200kΩ和10kΩ。
试计算该热敏电阻在20℃时的电阻值。
33．求正弦信号x（t）=x0sinωt的自相关函数。
五、应用题（本大题共2小题，每小题8分，共16分）
34．图示为电阻网络D/A转换电路。
（1）写出电流i与电压VREF的关系式。
（2）若VREF=10V，输入信号D3D2D1D0=1000，试计算输出电压V0=？
35．已知某信号的傅里叶级数展开式为
试求该信号的直流分量、第一至第五次谐波分量的幅值，并绘出其幅值谱图。
（（（（答案一答案一答案一答案一））））
一、单项选择题（本大题共12小题,每小题2分，共24分）
1。
C2.D3。
A4。
D5.C6。
D
7.C8。
D9.A10。
B11。
A12。
B
二、填空题（本大题共12小题，每小题1分，共12分）
三、问答题（本大题共6小题，每小题4分，共24分）
25．传感器与电压放大器连接的电路，其输出电压与压电元件的输出电压成正比,但容易受电
缆电容的影响.
传感器与电荷放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电荷成正比,电缆电容的影响小。
26．
（1）由固定绕组和
升级会员 