现代测控技术与系统

填空选择：1光电效应：因光照引起的材料电学特性改变的现象称为光电效应，分为外光电效应（光电管和光电倍增管）和内光电效应，内光电效应又包括光电导效应（光敏电阻）和光生伏特效应（光敏二极管，光敏三极管，光电池）2热电偶的基本定律：a.均质导体定律：两种均质导体组成的热电偶的热电势大小与电极的直径、长度以及长度方向的温度部分无关，只与热电极材料和温差有关。如果材质不均匀，当热点，极上各处温度不同时，将产生附加热电势，造成无法估计得测量误差，因此热电极材料的均匀性是衡量热电偶质量的重要指标之一。b.标准电极定律:若导体ABC分别与三种导体C组成热电偶，那么由导体AB组成的热电偶的热电势可以由标准电极定律来确定。标准电极定律指出：如果将导体C（热点极，一般为纯铂丝）作为标准电极（也叫做参考电极），并且已知标准c.中间导体定律:在热电偶回路中，只要中间导体两端温度相同，对热电偶回路的总电势没有影响。D.中间温度定律：在热电偶回路中，当结点温度为T,T0时，总热电势等于该热电偶在节点温度为T,Tn和Tn，T0时相应的热电势的代数和。3误差来源：方法误差、环境误差、数据处理误差、使用误差、仪器误差、人身误差。误差分类：系统误差：在相同条件重复测量同一量时，误差的绝对值和符号保持不变，或在条件改变时按照一定的规律变化。产生的主要原因是仪表制造，安装或使用不当。是一种有规律的误差，系统误差越小、则表明准确度越高。随机误差：在相同条件下多次重复测量同一量时，误差绝对值和符号无规律变化的误差。主要来源有机械干扰、热和湿干扰、电磁场变化、放电噪音，光空气原件噪声。总体来说服从统计规律，误差大小放映数据的分散程度，误差越小，精密度越高。粗大误差：测量值偏离实际值的误差。操作不当造成的。测得的值明显地偏离实际值所形成的的误差。判断哪个测量值是坏值或是异常值，处理数据时应剔除。4数字PID算法是比例、积分、微分算法。（增量型算法与位置型算法）5人耳可以听到的声波频率范围是16~20kHz，超过20kHz的声波称为超声波。6超声波传感器的原理及应用原理：超声波传感器以超声波为检测手段，因此必须有发射超声波和加收超声波的装置，一般将它们称为超声换能器或超声探头。分类：超声波传感器按工作原理分为压电式、磁致伸缩式和电磁式等，在检测技术中应用最为广泛的是压电式。应用：超声波测厚，超声波测物位，超声波测流量，超声波无损探伤7生物敏传感器的组成原理：生物敏传感器由分子识别软件（敏感基元）和与之结合的信号转换器件（换能器）两部分组成。分类：按所用分子识别元件分为：酶传感器、微生物敏传感器、组织传感器、细胞传感器、免疫传感器等。8红外传感器的分类红外传感器是能将红外辐射转换为电能的装置，其按工作原理可分为光敏型（或称光子型、量子型）和热敏型两类。大题：1.测控系统的基本任务：测控系统的基本任务是借助专门的传感器感知对象信息并传输到系统处理器，系统处理器中，通过信号处理方法对对象信息进行处理与数据分析，得到控制对象的有效状态信息和测试结果，进而将这些对象的控制信息传输给控制环节进行对象的行为控制，并将测试结果通过显示装置输出。实现测控系统所涉及的感知技术、通信技术、控制技术、处理技术以及软硬件集成技术都是测控技术的重要内容。2.什么叫置信区间？置信区间：当测量或计算变量时，在一定概率保证下，估计出一个区间[-a,+a]以能够覆盖真值μ的区间，这个区间称为置信区间，区间的上下限称为置信限。3.超声波传感器的工作原理和应用？原理：超声波传感器以超声波为检测手段，因此必须有发射超声波和加收超声波的装置，一般将它们称为超声换能器或超声探头。分类：超声波传感器按工作原理分为压电式、磁致伸缩式和电磁式等，在检测技术中应最为广泛的是压电式。应用：超声波测厚，超声波测物位，超声波测流量，超声波无损探伤4.智能传感器的组成？智能传感器一般构成结构图？智能传感器主要由传感器、微处理器及相关电路组成。其结构框图：P1455、系统、粗大误差的产生原因是什么？对测量结果影响有什么不同？系统误差：在相同条件重复测量同一量时，误差的绝对值和符号保持不变，或在条件改变时按照一定的规律变化。产生的主要原因是仪表制造，安装或使用不当。是一种有规律的误差，系统误差越小、则表明准确度越高。随机误差：在相同条件下多次重复测量同一量时，误差绝对值和符号无规律变化的误差。主要来源有机械干扰、热和湿干扰、电磁场变化、放电噪音，光空气原件噪声。总体来说服从统计规律，误差大小放映数据的分散程度，误差越小，精密度越高。粗大误差：测量值偏离实际值的误差。操作不当造成的。测得的值明显地偏离实际值所形成的的误差。判断哪个测量值是坏值或是异常值，处理数据时应剔除。5.性补偿的目的？主要有哪些补偿方法？目的：非线性补偿法通过在测量系统中引入非线性补偿环节，使系统的总输出特性呈线性，从而提高检测系统测量的准确性。方法：模拟非线性补偿法：开环式非线性补偿法、闭环式非线性补偿法、差动补偿法、分段矫正法。数字非线性补偿法：拟合法、查表法。7.按照所用分子识别元件的不同、生物敏传感器可以为哪几类？酶传感器、微生物传感器、细胞传感器、组织传感器、细胞传感器、免疫传感器。8.常用的三种图像分割法是什么？各自有什么特点？1灰度阈值法：特点一常用的图像分割法是将图像灰度分成不同的等级，然后用设置灰度阈值的方法确有意义的区域或分割物体的边界。特点二选用不同的阈值其处理结果差异很大。2.区域生长：区域生长是从某个角度或者像素点触发，最后得到整个区域，进而实现目标提取。3.分裂合并：分裂合并差不多是区域生长的逆过程：从整个图像出发，不断分裂得到各个子区域，然再把前景区域合并，实现目标提取。9.什么是光电效应？主要包括哪几种？因光照引起的材料电学特性改变的现象称为光电效应，分为外光电效应（光电管和光电倍增管）和内光电效应，内光电效应又包括光电导效应（光敏电阻）和光生伏特效应（光敏二极管，光敏三极管，光电池）10.简述虚拟仪器的组成和特点？虚拟仪器由三大功能模块组成：信号采集、信号分析处理、经典输出与显示。相应的，虚拟仪器由被测量传感器预处理及输出接口微处理器输出接口执行机构或显示记录计算机、仪器硬件和应用软件3大要素组成。与传统仪器相比虚拟仪器具有以下3个特点。1．不强调物理上的实现形式虚拟仪器通过软件功能来实现数据采集与控制、数据处理与分析及数据的显示这3部分的物理功能。其充分利用计算机系统强大的数据处理能力，在基本硬件的支持下，利用软件完成数据的采集、控制、数据分析和处理以及测试结果的显示等，通过软、硬件的配合来实现传统仪器的各种功能。2．在系统内实现软硬件资源共享虚拟仪器的最大特点是将计算机资源与仪器硬件、DSP技术相结合，在系统内共享软硬件资源。它打破了以往由厂家定义仪器功能的模式，而变成了由用户自己定义仪器功能。使用相同的硬件系统，通过不同的软件编程，就可实现功能完全不同的测量仪器。3．图形化的软件面板虚拟仪器没有常规仪器的控制面板，而是利用计算机强大的图形环境，采用可视化的图形编程语言和平台，以在计算机屏幕上建立图形化的软面板来替代常规的传统仪器面板。软面板上具有与实际仪器相似的旋钮、开关、指示灯及其他控制部件。在操作时，用户通过鼠标或键盘操作软面板，来检验仪器的通信和操作。除上述特点之外，与传统仪器相比，虚拟仪器还有如下几个方面的优势。（1）虚拟仪器用户可以据自己的需要灵活地定义仪器的功能，通过不同功能模块的组合可构成多种仪器，而不必受限于仪器厂商提供的特定功能。（2）虚拟仪器将所有的仪器控制信息均集中在软件模块中，可以采用多种方式显示采集的数据、分析的结果和控制过程。这种对关键部分的转移进一步增加了虚拟仪器的灵活性。（3）由于虚拟仪器关键在于软件，硬件的局限性较小，因此与其他仪器设各连接比较容埸实现。而且虚拟仪器可以方便地与网络、外设及其他应用连接，还可利用网络进行多用户数据共享。（4）虚拟仪器可实时、直接地对数据进行编辑，也可通过计算机总线将数据传输到存储器或打印机。这样做一方面解决了数据的传输问题，一方面充分利用了计算机的存储能力，从而使虚拟仪器具有几乎无限的数据记录容量。（5）虚拟仪器利用计算机强大的图形用户界面（GUI），用计算机直接读数。根据工程的实际需要，使用人员可以通过软件编程或采用现有分析软件，实时、直接地对测试数据进行各种分析与处理。（6）虚拟仪器价格低，而且其基于软件的体系结构还大大节省了开发和维护费用。例题1.用游标卡尺对某一尺寸测量１０次，假定已消除系统误差和粗大误差，得到数据如下（单位为mm）:75.01,75.04,75.07,75.00,75.03,75.09,75.06,75.02,75.05,75.08求测量值的算术平均值、均方根误差以及算术平均值的标准误差。解：假定已消除系统误差和粗大误差，由算术平均值公式得101175.045010iiXX由均方根误差公式得^2110.03031niin算术平均值的标准误差值要用到标准误差，由于一般无法得到它，所以用它的近似值来代替^，再由公式得10.0096Xn的近似值多项式求利用此三值的二次插值已知例12lg.20766.1)12(15(10(503010.120(10(251761.120(15(501)()()()(15(10(5011520(1020(15(10((((()(20(10(2512015(1015(20(10((((()(20(15(5012010(1510(20(15((((()(20,15,1022211002120210221012012010210210PxxxxxxxlyxlyxlyxPxxxxxxxxxxxxxlxxxxxxxxxxxxxlxxxxxxxxxxxxxlxxx））））））所以：））））））））））＝））））））））））＝））））））））））＝解：设3.在设计一视觉检测系统时，已知被测物体至镜头的距离是10cm-30cm范围内，取WD=20cm,设视场高度为6.6mm，则镜头放大倍数为：PMAG=6.6mm/60mm=0.11,则在上述条件下如何选择镜头。计算镜头焦距mmPMAGPMAGWDf82.1911.0111.0*2001*标准镜头焦距为8mm,12.5mm,16mm,25mm,50mm,16mm镜头的焦距最接近计算值，使用该值重新计算WDcmPMAGPMAGfWD1.1611.0)11.01(*161*镜头的扩充距离为mmmmPMAGfLW76.111.0*16*如果镜头的扩充距离不变，可以通过垫圈（1mm或0.5mm）调节焦距机构获得所需扩充距离。4.下图所示为超声波流量计采用视察测量法测量液体流量的安装示意图，已知超声波在液体中流量为C，求被测液体的平均流速V。书上125页当传感器1为发射，2为接收时，超声波顺流传播时间t1为sin*cos1vcDt（1）当传感器2为发射，1为接收时，超声波逆流传播时间t2为sin*cos2vcDt（2）时差为222sintan212vcDvttt（3）由于cv,于是上市可以改写为2tan2cDvt（4）所以tDcvtan22该方法的测量精度取决于t的测量精度5.下图所示为超声波流量计采用视察测量法测量液体流量的安装示意图，已知超声波在液体中流量为C，求被测液体的平均流速V。当传感器1为发射，2为接收时，超声波顺流传播时间t1为vcLt1（1）当传感器2为发射，1为接收时，超声波逆流传播时间t2为vcLt2（2）时差为22212vcLvttt（3）由于cv,于是上式可以改写为22cLvt解得Ltcv22该方法的测量精度取决于t的测量精度由（3）得tctclv222