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)=Kφ(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，RRK/RRUUo2RRK/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-△LR1=R2=R代入：考虑到：ωLR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uRRRuZZZu2112110uLLuo20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：nqdBIUcH（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μNμPp，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