现代测量期末复习辅导Word文档格式.docx
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并熟悉一些常见的传感器。
传感器是指：
能感受规定的被测量并能按照一定规律把被测量转换成可用输出信号的器件或装置。
在这个定义里，能感受规定的被测量是指不同的被测量要用不同的专门的传感器；
按照一定规律转换是指，传感器把被测量转换成输出信号，必须依照一定的物理效应或化学反应。
传感器的功能：
从被测对象获取有用的信息——即获取被测量，并将其转换为适合于测量的变量或信号；
对于测试系统，传感器的输出必须是电信号，如电压、电流、频率、脉冲等，输出信号的形式由传感器的转换原理确定。
测试系统中的传感器的输出必须是电信号，是由于传感器的后续环节处理的是电信号。
传感器的组成:
传感器主要由敏感元件和转换元件组成；
其中，敏感元件是指传感器中直接感受被测量的部分，转换元件是指传感器中能将敏感元件的输出转换成电信号的部分
传感器的工作原理
图2-3传感器工作原理图
传感器的工作原理见图2-3所示：
敏感元件以一定的方式与被测量相接触，并将被测量转换为另一种易于变换成电量的非电量，然后由转换元件将这种非电量转换成电信号；
信号调理电路将转换元件输出的电信号进行初步的处理，即进行初步的放大、滤波、转换等。
这是为了后续电路对信号处理的需要。
⑵智能传感器的概念；
单片机的概念及单片机的构成。
智能传感器是一种带有微处理器、兼有检测和信息处理功能的传感器。
这种传感器具备识别、判断、自诊断等功能的传感器
单片机的概念：
单片机是单片微型计算机的简称，它是大规模集成电路技术发展的产物，属于第四代电子计算机。
它把中央处理器（CentralProcessingUnit,CPU）、随机存取存储器（RandomAccessMemory,RAM）、只读存储器（ReadOnlyMemory,ROM）、定时器/计数器以及I/O接口电路等主要计算机部件集成在一块集成电路芯片上。
单片机具有高性能、高速度、体积小、价格低、稳定性好、应用广泛等特点。
把单片机应用到传感器技术中，大大提高了传感器技术的现代化水平。
单片机的构成：
单片机也是由硬件系统和软件系统构成。
单片机的硬件系统是由运算器、控制器、存储器、输入/输出设备5部分组成，只不过这5部分被集成在一个尺寸有限的芯片上。
⑶微型传感器的概念。
1微型传感器是单一的敏感元件，它的一个显著特点就是尺寸小
②微型传感器是一个集成的传感器，它将敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在一块芯片上。
③微型传感器中还包括微执行器，可以独立工作。
所谓执行器，它是接收控制信息并对受控对象施加控制作用的装置。
微型传感器主要具有以下特点：
①体积小，重量轻。
②能耗低。
③传感器微型化使性能得到了很大提高。
④易于批量生产，成本低。
⑤便于集成化和多功能化。
⑥可提高测试系统智能化水平。
⑷制作微型传感器的材料及主要微加工技术。
●硅的刻蚀技术
刻蚀主要是利用化学腐蚀液或惰性气体来对硅基材料的某些部分进行有选择的去除，以形成所需的结构构型。
采用化学腐蚀液的称为化学刻蚀，也叫湿法刻蚀；
采用惰性气体的称为离子刻蚀，也叫干法刻蚀。
由于化学刻蚀操作简单，并可以较好地控制刻蚀的结构轮廓，所以实际中常采用化学刻蚀法。
●表面膜的加工工艺，表面膜的加工工艺是微型传感器技术中最基础的工艺。
表面膜加工工艺可分为厚膜工艺与薄膜工艺两类。
压力微型传感器是厚膜技术在微型传感器领域最成功的应用。
●硅的平面微加工工艺平面微加工工艺所涉及的基本技术有薄膜制备、光刻和刻蚀。
●三维结构的微加工工艺
⑸机械量微传感器中的一些重要的微机械结构。
微机械结构可简单分成三种类型：
悬臂梁、桥与膜，悬臂梁可以将机械参量力转换为位移，同样桥、膜等微结构也可以进行类似的转换。
由此可知，微结构悬臂梁、桥及膜都是一种敏感元件。
⑹谐振式微传感器的工作原理
谐振式传感器利用谐振器作为敏感元件，以谐振器振动频率的变化来测量被测参量的大小。
谐振式微传感器的结构和工作原理如图2-17所示。
图2-17谐振式微传感器结构和工作原理框图
谐振式微传感器的工作原理是：
在激振器输出信号的激励下，谐振器进行振动，此时谐振器稳定在某一个振动模态下。
当有被测量输入时，谐振器的振动频率发生变化，拾振器对输入的振动信号进行检测并输出。
⑺化学量微传感器的组成及工作原理
化学量传感器主要由化学敏感膜和物理转换器组成。
化学敏感膜就是传感器的敏感元件，它的作用是将被测量按一定规律转换成易于测量的信号。
化学敏感膜通常简称为敏感膜。
物理转换器就是传感器的转换元件，它的作用是将敏感膜输出的非电信号，转换成电信号。
工作原理：
敏感膜对被测量进行识别，并与被测来量发生相互作用，将被测信息按一定规律转换成易于测量的信号，转换器将敏感膜输出的非电信号转换成电信号并输出。
⑻多传感器信息融合的定义；
多传感器信息融合的分类和结构
多传感器信息融合可定义如下：
多传感器信息融合是将经过集成处理的多种传感器的信息进行合成，形成对外部环境或被测对象特征的一种表达方式。
传感器信息融合的方式可以分为四类：
组合、综合、融合、相关。
传感器信息融合的结构，可分为串联和并联两种。
⑼大脑的神经网络原理
大脑可视作1000多亿个神经元组成的神经网络，神经元是处理人体各部分之间相互信息传递的基本单元。
研究表明，每个神经元都由一个细胞体，一个连接其它神经元的轴突和一些向外伸出的树突组成，轴突的功能是将本神经元的输出信号（兴奋）传递给其它神经元。
其末端的许多神经末梢使得兴奋可以同时送给多个神经元。
树突的功能是接受来自其它神经元的兴奋。
神经元细胞体将接受到的所有信号进行简单处理后由轴突输出。
神经元的树突与另外的神经元的神经末梢相连的部分称为突触。
⑽人工神经网络模型中神经元的概念、功能。
神经元是处理人体各部分之间相互信息传递的基本单元
神经元的功能：
人工神经网络由许多神经元相互连接组成，这些神经元是网络的基本信息处理单元。
在人工神经网络中，神经元处理单元可表示不同的对象
第三章测试信号的调理
⑴信号采样的概念及采样定理。
采样：
就是按一定的时间间隔TS对模拟信号的瞬时值进行抽样，得到时间上离散的模拟信号。
采样定理：
只有当采样频率大于被测信号最高频率的两倍时，采集的数据才可能包含被测信号的所有频率分量的信息。
⑵采样—保持的概念及采样—保持电路的工作原理。
采样—保持的概念：
就是把一个时间连续的信号，变换成时间离散的信号。
然后由A/D转换器把时间离散的模拟信号的幅值数字化。
但是进行A/D转换需要一定的时间，这样就需要在A/D转换的同时，将未进行转换的采样信号暂时存储起来，采样—保持电路就是完成采样和对采样信号进行暂时存储任务的器件。
采样—保持电路的工作原理：
（a）采样—保持电路原理图（b）输入-输出电压波形
图3-4（a）是采样—保持电路的原理图。
图中，A1是输入放大器，A2是输出放大器，且要求
（
）；
由于
，所以
。
CH是保持电容。
在
时刻，开关S闭合，电容CH被迅速充电，在
时间间隔内是采样阶段（见图b）。
时刻S断开。
若A2的输入阻抗为无穷大，这样就可以认为电容CH没有放电回路，其两端电压保持不变，并由它维持
不变。
这一阶段即为保持阶段，如图3-4（b）中
到
的平坦段。
时刻开关S又闭合，
时间间隔为采样阶段，
开关S又断开，
为保持阶段，这样采样—保持一直循环下去，直到采样结束。
⑶量化及编码的概念
量化的概念：
将时间离散的采样信号以某个最小数量单位的整数倍来度量，就变为数字信号，这个过程称为量化，所取的最小数量单位称为量化单位
编码：
将量化的结果用代码表示出来，称为编码。
⑷PN结的概念。
N型半导体含有多余的电子，P型半导体含有多余的空穴，当N型半导体和P型半导体相结合后，在N型半导体和P型半导体的结合处，就会产生扩散现象，即多余的电子向P型半导体扩散，多余的空穴向N型半导体扩散。
扩散的结果在N型半导体和P型半导体的结合处形成了一个很薄的电荷区，这就是我们所说的PN结
⑸放大电路静态工作点的概念及分析方法。
静态工作点的概念
输入信号为零时的各电级的电流（
、
或
）、发射结电压
及管压降
称为放大电路的静态工作点Q；
常将静态工作点Q点记作
在近似分析中，常将
作为已知量；
对于硅管，
一般取0.7V。
分析方法。
②静态工作点分析
输入回路和输出回路方程为
（3-17）
可得Q点的表达式
（3-18）
（3-19）
（3-20）
求解静态工作点的过程称为静态分析。
上述分析思路可简述为
在式（3-18）中，
与
相比越大，运算结果与实测结果越接近。
若
远大于
，则可认为
⑹晶体管工作在放大状态的外部条件。
发射结正偏，集电结反偏
⑺晶体管放大电路的三种形式及各电极电流的控制关系。
1.共射极放大电路，2共基极放大电路，3共集电极放大电路
输入回路方程为
因而基极静态电流为
（3-44）
发射极静态电流为
（3-45）
管压降等于
减去
上的电压，即
（3-46）
⑻场效应管是如何控制输出回路电流的？
⑼频率通带、阻带及截止频率的定义
对于一个滤波器，能通过它的频率的范围称为该滤波器的频率通带，被它抑制或衰减的频率范围称为频率阻带，通带与阻带的交界点称为截止频率。
⑽滤波器的分类
⑴按通频带分类，滤波器可分为：
低通、高通、带通、带阻和全通滤波器；
⑵按处理的信号的性质分类，可分为：
模拟滤波器和数字滤波器两大类；
⑶按滤波器的电路中是否含有有源元件，可分为：
有源滤波器和无源滤波器；
⑷按以何种方法逼近理想滤波器来分类，可分为：
巴特沃斯滤波器、切贝雪夫滤波器和贝塞尔滤波器；
⑸按滤波器电路的特性分类，可分为：
一阶滤波器、二阶滤波器……等等。
⑾有源滤波器的概念；
熟悉常见的有源滤波器
一般把含有有源器件的滤波器称为有源滤波器。
有源滤波器由电阻R、电容C和运算放大器组成；
运算放大器就是有源器件。
一阶RC有源滤波器，积分运算电路组成的一阶低通滤波器，.二阶压控电压源低通滤波器，
⑿有源器件的概念。
如果电子元器件工作时，其内部有电源存在，则这种器件叫做有源器件，是一种电子元件，不需要能量的来源而实行他特定的功能
第四章LabVIEW编程基础
⑴LabVIEW编程语言的特点。
①实现了仪器控制与数据采集的完全图形化编程，设计者无需编写任何文本形式的代码。
②提供了大量面向测控领域应用的库函数，如面向数据采集的DAQ库函数；
面向分析的高级分析库；
面向显示的大量仪器面板等。
③提供了大量与外部代码或应用软件进行连接的机制，如动态链接库（DLL）、动态数据交换（DDE）、各种ActiveX等。
④具有强大的网络连接功能，支持常用网络协议，便于用户开发各种网络测控、远程虚拟仪器系统。
⑤LabVIEW应用程序具有可移植性，适用于多种操作系统。
⑥能生成可执行文件，脱离LabVIEW开发环境运行。
⑵LabVIEW程序的基本构成；
设计一个LabVIEW应用程序，主要利用LabVIEW提供的哪几个操作选板来完成？
基本构成:
LabVIEW是虚拟仪器的开发工具，在LabVIEW中开发的应用程序都被称为VI（虚拟仪器），其扩展名均默认为vi。
所有的VI都包括前面板、框图、图标和连接器窗格三部分。
操作选板:
工具选板、控件选板和函数选板。
⑶熟悉VI创建及子VI创建的步骤方法。
创建一个简单的VI，其功能是求两个双精度浮点数的平均值，创建步骤如下：
1.选择LabVIEW对话框的“新建”选项栏中的VI选项，先建立一个空白VI。
2.在前面板上创建两个数值输入控件和一个数值显示控件，并分别命名为A、B和结果。
①（见图4-15）打开“控件选板”，定位到“新式”→“数值”子选板，单击“数值输入控件”，此时鼠标指针变为手形。
移动鼠标指针到前面板，可以看到手形的鼠标指针下出现虚线的控件轮廓；
同时，前面板工作区也被虚线包围。
单击鼠标左键控件被放置到前面板上，完成了“数值输入控件”的放置。
②“数值输入控件”放置到前面板上后，控件标签“数值”自动选中；
也可在快捷菜单的属性中将标签进行修改，如把这个数值输入控件改名为A。
③重复步骤①、②，建立另一个“数值输入控件”B。
④仿照步骤①、②，定位到“新式”→“数值”→“数值显示控件”子选板，把“数值显示控件”放置在前面板上，命名为“结果”。
3.选择“窗口”→“显示程序框图”菜单项，打开框图窗口，如图4-16所示。
可以看到前面板的三个控件在框图上已生成对应的端子。
前面板控件的框图端子上都标有指向右边的小箭头。
输入控件端子的箭头标在右侧，表示数据从这里流入框图；
显示控件端子的箭头标在左侧，表示框图上的数据从这里流入端子。
4.添加加法和除法运算函数。
添加函数的过程和添加前面板控件相似。
加法函数和除法函数的位置在“函数选板”→“编程”→“数值”子选板上。
添加两个函数后的框图窗口如图4-17所示。
5.建立连线，完成程序。
子VI创建:
1.编辑图标
打开已保存的“平均数.VI”,在前面板或框图窗口的图标窗格上双击打开“图标编辑器”对话框。
（见图4-22）首先给图标编辑区域加框，同时使用白色作为编辑区背景色，把图标设置为蓝色。
选择工具，在图标编辑区中间位置写下“（x+y/2）”（可以使用方向键调节文本的位置），然后单击“确定”按钮，图标编辑完毕。
2.建立连接器
在前面板图标窗格上弹出快捷菜单，选择“显示接线板”选项，打开连接器窗格。
根据前面板上的输入控件和显示控件的数目，选择左2右1的三端子连接器模式。
把鼠标指针移动到连接器窗格的左上端子处单击鼠标，端子变黑，表明该端子已被选中。
然后单击数值输入控件A，连接器端子变为橙色，表明端口和A控件连接成功。
重复这一步骤，把连接器的左下和右侧端口分别连接到B和结果控件上。
在连接器左边的两个端口上分别弹出快捷菜单并选择“接线端类型”子菜单下的“必须”选项，至此，连接器建立完毕。
3.调用子VI
在“函数选板”上选择“选择VI”选项，在对话框中选中刚才建立好并保存在硬盘上的子VI，将其象其他LabVIEW函数一样放置到框图上，见图4-6（b）。
A和B数值输入控件为子VI提供输入数据x和y，“结果”显示控件显示运算结果。
⑷程序错误及纠正方法。
程序错误主要有以下两种：
⑴程序编辑语法错误
出现语法错误时，程序无法运行，“运行”按钮由白色箭头图标变成灰色的折断箭头图标。
典型的语法错误主要有以下几种：
①连线两端子的数据类型不匹配。
②应连接的框图端子没有连接。
③向框图上添加的子VI不能执行。
⑵语义和逻辑上的错误
2.程序错误的纠正
根据不同的错误，采用不同的方法加以纠正。
⑴语法错误的纠正
对这种错误的处理方法是：
先定位程序的错误位置，然后再根据正确的语法修改代码。
出现语法错误时，单击“运行”按钮或者选择主菜单命令“查看”→“错误列表”，将弹出“错误列表”窗口（见图4-40）。
在“错误列表”窗口中，“错误项”列表会给出包含错误的VI的名称；
“错误和警告”列表给出在“错误项”列表中选中的出错VI的所有错误和警告；
“详细信息”文本框中给出错误和警告的详细描述，在某些情况下还含有简短的修改提示信息。
单击“显示错误”按钮或双击错误描述信息，都可以定位到出错对象。
选中“显示警告”复选框，会使对话框的错误列表包含可能的警告信息，同时在产生警告信息时，工具条最左端会出现警告按钮。
选择“工具”→“选项”菜单项打开“选项”对话框（见图4-41），在“类别”里选择“环境”选项，然后在“调试”中勾选“默认在错误列表对话框中显示警告”复选框，这样每次启动LabVIEW时，便都默认打开警告信息。
⑸While循环的概念、组成及功能。
While循环的组成如图4-45所示。
其右下角是“循环条件”端子，属“布尔”数据类型，只有真和假两个值；
用于控制循环的运行。
循环运行的条件可以通过“循环条件”端子设置，默认的运行条件是“真时停止”。
对应于不同的循环运行条件，其端子的图标也不同。
While循环左下角标有字母i的小矩形是“循环计数端子，它可在每次循环中提供当前循环次数的计数值；
i的初始值为0。
While循环结构内的空白区域，用于放置执行循环的程序代码。
所谓循环，是指While矩形区域内的程序从运行开始到结束为循环一次。
While循环执行的流程是：
首先“循环计数”端子输出数值，然后矩形区域内部的代码开始执行；
子框图（即矩形区域内部的空白处）的所有代码都执行完后，循环计数器的值加1，表示完成了一次循环。
根据流入“循环条件”端子的布尔类型数据，判断是否继续执行循环；
条件为“真”时停止运行（LabVIEW默认的），否则继续循环。
点击运行按钮后，While循环中的代码，至少循环一次。
⑹While循环内外的数据交换的方法及While循环内部数据交换与内外的数据交换的差别。
在图4-46中，处于下面的乘函数，其两个输入端子都在While循环内部，乘函数在每次循环前（即乘函数开始运算前），都能读取两个输入端子的数据，所以当输入值发生变化时，其输出值也随之变化。
在图4-46中，处于上面的乘函数，其有一个x输入端子在While循环外部，乘函数只能在程序运行开始前读取这个端子的数据，当程序运行开始后，就不能再读取到该端子的数据了。
所以在程序运行中，当While循环外部的x输入端子的数据发生变化时，乘函数并读取不到新的输入数据，因此输出数据不发生变化。
⑺熟悉LabVIEW的数据类型。
⑻移位寄存器和反馈节点的功能。
添加移位寄存器的方法是在循环结构左右边框上弹出快捷菜单，选择“添加移位寄存器”菜单项，即可添加一对移位寄存器。
新添加的移位寄存器由左、右两个端子组成，都为黑色边框、黄底色；
而且左、右端子分别有一个向下和向上的黑色箭头。
这样的颜色表明，移位寄存器还没有输入任何数据。
当输入数据后，移位寄存器的颜色会发生相应的变化，以反映输入数据的类型。
带有向上箭头的右端子，在每一次循环结束时保存输入其中的数据，然后把这一数据在下一次循环开始时传输给左端子。
⑶移位寄存器的左端子
可以为移位寄存器的左端子指定初始化值。
初始化值将在循环开始时读入一次，在循环中不再读取此数据。
图4-47（a）程序中，左端子左侧的常量输入端子的值，即为初始化值。
一个移位寄存器可以有多个左端子，但只能有一个右端子。
在此情况下，多个左端子中，将保存前面多次循环的数据，能够保存的数据数目与左端子数目相同。
在左端子上，最近一次循环保存在右端子的数据进入最上面的左端子，原来的数据下移到第二个端子，第二个左端子中原来的数据移到第三个端子，依此类推。
建立移位寄存器时只有一个左端子，可以在已有左端子上弹出快捷菜单，选择“添加元素”命令；
也可直接使用定位工具拖曳已有
左端子的下边缘来添加左端子。
删除左端子的方法是：
在左端子上弹出快捷菜单，然后选择“删除元素”命令。
2.反馈节点
⑴反馈节点
反馈节点和只有一个左端子的移位寄存器的功能完全相同，同样用于在两次循环之间传递数据。
由（b）程序可以看到，循环结构内部带箭头的小矩形是反馈节点，数据在本次循环结束时，从反馈节点的箭头尾部输入，在下一次循环开始时，从反馈节点的箭头输出。
反馈节点也有自己的初始化端子。
反馈节点一般不需要手动添加。
在循环结构里，当把子VI或函数的输出，再接入其输入端时，将自动建立反馈节点和初始化端子。
⑵反馈节点与移位寄存器的转换
移位寄存器和反馈节点之间的可以转换。
在移位寄存器的左端子或右端子上弹出快捷菜单，选择“替换为反馈节点”命令，即可转换为同样功能的反馈节点；
在反馈节点本身或其初始化端子上弹出快捷菜单，选择“替换为移位寄存器”命令，即可转换为同样功能的移位寄存器。
如果从没有初始化的移位寄存器转换成反馈节点，或者从函数选板上添加反馈节点，则生成的反馈节点没有初始化端子。
可以在反馈节点上弹出快捷菜单，选择“初始化接线端”命令，为其添加初始化端子。
考试时间：
2011.12.914:
00-16:
00（第三大节课）
考试地点：
北区1005
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