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1、第1章 信號(hào)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)概述思考題1.自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的基本組成是什么?檢測(cè)是指通過(guò)各種科學(xué)的手段和方法獲得客觀事物的量值;轉(zhuǎn)換則是通過(guò)各種技術(shù)手段把客觀事物的大小轉(zhuǎn)換成人們能夠識(shí)別、存貯和傳輸?shù)牧恐怠R粋€(gè)典型的檢測(cè)與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)基本組成如下:2.簡(jiǎn)述心電信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的基本組成及各部分功能。功能略。3.簡(jiǎn)述工業(yè)檢測(cè)技術(shù)涉及的主要物理量有哪些?工業(yè)檢測(cè)技術(shù)涉及主要內(nèi)容包括:熱工量:溫度、壓力(壓強(qiáng))、壓差、真空度、流量、流速、物位、液位等。機(jī)械量:直線位移、角位移、速度、加速度、轉(zhuǎn)速、應(yīng)變、力矩、振動(dòng)、噪聲、質(zhì)量(重量)等。幾何量:長(zhǎng)度、厚度、角度、直徑、間距、形狀、粗糙度、硬度、材料缺陷等。物

2、體的性質(zhì)和成分量:空氣的濕度(絕對(duì)、相對(duì));氣體的化學(xué)成分、濃度;液體的粘度、濁度、透明度;物體的顏色等。狀態(tài)量:工作機(jī)械的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(啟停等)、生產(chǎn)設(shè)備的異常狀態(tài)(超溫、過(guò)載、泄漏、變形、磨損、堵塞、斷裂等)。電工量:電壓、電流、電功率、電阻、電感、電容、頻率、磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁通密度等。4.檢測(cè)儀表和檢測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)性能有哪些?有什么含義?如何測(cè)量或計(jì)算?見(jiàn)書(shū)上相關(guān)部分,略。5.測(cè)量誤差來(lái)源有那些?按誤差出現(xiàn)的規(guī)律,測(cè)量誤差分哪幾類(lèi)? 系統(tǒng)誤差:簡(jiǎn)稱(chēng)系差,是按某種已知的函數(shù)規(guī)律變化而產(chǎn)生的誤差。隨機(jī)誤差:簡(jiǎn)稱(chēng)隨差,又稱(chēng)偶然誤差,它是由未知變化規(guī)律產(chǎn)生的誤差,具有隨機(jī)變量的一切特點(diǎn),在一定條件下服從統(tǒng)

3、計(jì)規(guī)律,因此經(jīng)過(guò)多次測(cè)量后,對(duì)其總和可以用統(tǒng)計(jì)規(guī)律來(lái)描述,可以從理論上估計(jì)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。粗大誤差:是指在一定的條件下測(cè)量結(jié)果顯著地偏離其實(shí)際值時(shí)所對(duì)應(yīng)的誤差,簡(jiǎn)稱(chēng)粗差。6.傳感器的基本組成是什么?簡(jiǎn)述各部分主要功能。電信號(hào)電量中間量轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電路被測(cè)量 敏感元件(彈簧管、波紋管、膜盒、膜片)能直接感受被測(cè)量,并將被測(cè)非電量信號(hào)按一定對(duì)應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換為易于轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的另一種非電量的元件。傳感元件(電位器)能將敏感元件輸出的非電信號(hào)或直接將被測(cè)非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電量信號(hào)的元件。轉(zhuǎn)換電路將傳感元件輸出的電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于顯示、處理、傳輸?shù)挠杏秒娦盘?hào)的電路。7.對(duì)某量進(jìn)行多次重復(fù)的等精度測(cè)量,測(cè)量次

4、數(shù)為10次,在不考慮系統(tǒng)誤差和粗大誤差的情況下,測(cè)量結(jié)果如下,試求標(biāo)準(zhǔn)誤差和極限誤差,并寫(xiě)出測(cè)量結(jié)果表達(dá)式。123.95, 123.45, 123.60, 123.60, 123.87, 123.88, 123.00, 123.85, 123.82, 123.60。計(jì)算過(guò)程略。8.已知一組測(cè)量數(shù)據(jù):;。求其最小二乘線性度。要求:用C語(yǔ)言或Matlab語(yǔ)言編程求取,給出程序代碼和運(yùn)行結(jié)果。代碼略。第2章 電阻式傳感器思考題1. 什么是電阻式傳感器?電阻應(yīng)變效應(yīng)做成的傳感器可以測(cè)量哪些物理量?電阻式傳感器是把位移、力、壓力、加速度、扭矩等非電物理量轉(zhuǎn)換為電阻值變化的傳感器。主要包括電阻應(yīng)變式傳感器

5、、熱電阻傳感器、電位器式傳感器和各種半導(dǎo)體電阻傳感器等。電阻應(yīng)變式傳感器是以電阻應(yīng)變片做為傳感元件的電阻式傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器由彈性敏感元件、電阻應(yīng)變片、補(bǔ)償電阻和外殼組成。彈性敏感元件受到所測(cè)量的力而產(chǎn)生變形,并使附著其上的電阻應(yīng)變片一起變形。2. 解釋?xiě)?yīng)變效應(yīng)、 壓阻效應(yīng)。試說(shuō)明金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的相同和不同之處。應(yīng)變效應(yīng):導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下,會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形,其電阻值也將隨著發(fā)生變化。壓阻效應(yīng):一塊半導(dǎo)體材料的某一軸向受到一定作用力時(shí),電阻率發(fā)生變化。3. 一應(yīng)變片的電阻,用作應(yīng)變?yōu)?.005的傳感元件。求與;若電源電壓,求測(cè)量電橋的非平衡輸出電壓。計(jì)算過(guò)程略。4.

6、 電阻應(yīng)變傳感器在單臂電橋測(cè)量轉(zhuǎn)換電路在測(cè)量時(shí)由于溫度變化產(chǎn)生誤差的過(guò)程。電阻應(yīng)變式傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ鞘裁??答案略?. 有一吊車(chē)的拉力傳感器如題圖所示,電阻應(yīng)變片貼在,等截面軸上,已知四個(gè)電阻的標(biāo)稱(chēng)阻值為,橋路電壓,物重m引起變化增量為。請(qǐng)畫(huà)出應(yīng)變片電橋電路,計(jì)算出測(cè)得的輸出電壓和電橋輸出靈敏度,起什么作用? 略。第3章 電抗式和霍爾傳感器思考題1. 電容式傳感器的類(lèi)型有哪些?可以測(cè)量那些物理量?有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)?答案略。2. 電容式傳感器的轉(zhuǎn)換電路有哪些?答案略3. 已知平板電容傳感器極板間介質(zhì)為空氣,極板面積,間隙。求:傳感器的初始電容值;若由于裝配關(guān)系,使傳感器極板一側(cè)間隙,而

7、另一側(cè)間隙為,此時(shí)傳感器的電容值。答案略4. 如題圖3.2所示為一開(kāi)關(guān)式全波相敏檢波濾波電路,輸入已調(diào)波和載波如題圖3.3所示,畫(huà)出,的波形。答案略 題圖3.2 題圖3.35. 霍爾傳感器的物理基礎(chǔ)是什么?霍爾傳感器由哪幾部分組成?霍爾傳感器有哪些用途?霍爾元件的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單,由霍爾片、引線和殼體組成?;魻柶且粋€(gè)半導(dǎo)體四端薄片,幾何形狀為長(zhǎng)方形,在薄片的相對(duì)兩側(cè)對(duì)稱(chēng)地焊上兩對(duì)電極引出線,其中一對(duì)為控制電流端,另外一對(duì)為霍爾電勢(shì)輸出端?;魻柶话阌梅谴判越饘佟⑻沾苫颦h(huán)氧樹(shù)脂封裝。電磁測(cè)量:測(cè)量恒定的或交變的磁感應(yīng)強(qiáng)度、有用功率、無(wú)功功率、相位、電能等參數(shù);自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng):多用于位移、壓力的測(cè)量。6

8、. 霍爾集成電路有哪幾種?答案略第4章 有源傳感器思考題1. 什么是光電效應(yīng)?光電效應(yīng)的種類(lèi)有哪些?光電效應(yīng)分為光電子發(fā)射效應(yīng)、光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。2. 常用的光電元件種類(lèi)有哪些?給出它們的電路符號(hào)和典型應(yīng)用電路。答案略3. 光敏電阻有哪些重要特性,在工業(yè)應(yīng)用中是如何發(fā)揮這些特性的?光敏電阻主要用于各種光電控制系統(tǒng),如光電自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)戶,航標(biāo)燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動(dòng)亮滅,自動(dòng)給水和自動(dòng)停水裝置,機(jī)械上的自動(dòng)保護(hù)裝置,照相機(jī)自動(dòng)曝光裝置,光電計(jì)數(shù)器,煙霧報(bào)警器,光電跟蹤系統(tǒng)等方面。4. 光電傳感器控制電路如題圖4.1所示,試分析電路工作原理:(1) GP-IS01是什么器件,內(nèi)部由哪兩種

9、器件組成?(2) 當(dāng)用物體遮擋光路時(shí),發(fā)光二極管LED有什么變化?(3) 是什么電阻,起什么作用?如果最大額定電流為,應(yīng)該如何選擇?題圖4.1答案略第5章 其他傳感器思考題1. 光纖傳感器的性能有何特殊之處?主要有哪些應(yīng)用?光纖傳感器與常規(guī)傳感器相比,最大優(yōu)點(diǎn)是對(duì)電磁干擾的高度防衛(wèi),而且可以制成小型緊湊的器件,具有多路復(fù)用的能力等,在靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍、可靠性等方面也具有明顯的優(yōu)勢(shì)。光纖傳感器可測(cè)量位移、速度、加速度、液位、應(yīng)變、壓力、流量、振動(dòng)、溫度、電流、電壓、磁場(chǎng)等物理量。2. 光纖傳感器有哪兩種類(lèi)型?光纖傳感器調(diào)制方法有哪些? 強(qiáng)度調(diào)制型(intensity modulated); 偏振

10、調(diào)制型(polarization modulated); 頻率調(diào)制型(frequency modulated); 相位調(diào)制型(phase modulated)。在光纖中,要使光纖的入射光在光纖纖芯內(nèi)全反射,需滿足什么條件?寫(xiě)出推導(dǎo)過(guò)程。答案略3. 光纖損耗是如何產(chǎn)生的?它對(duì)光纖傳感器有哪些影響?光纖在傳播時(shí),由于材料的吸收、散射和彎曲處的輻射損耗影響,不可避免的要有損耗,用衰耗系數(shù)表示,其定義為:每公里光纖對(duì)光功率信號(hào)的衰減值,可表示為: 式中,:輸入光功率值(單位:);:輸出光功率值(單位:)。如果某光纖的衰耗系數(shù),則,意味著,經(jīng)過(guò)一公里的光纖傳輸后,其光功率信號(hào)減少了一半。4. 求光纖,時(shí)

11、的NA值;如果外部的,求光纖的臨界入射角。答案略第6章 信號(hào)放大技術(shù)思考題1. 常見(jiàn)的噪聲干擾有哪幾種?如何防護(hù)?(1) 機(jī)械干擾(2) 濕度及化學(xué)干擾(3) 熱干擾(4) 固有噪聲干擾(5) 電、磁噪聲干擾2. 屏蔽有幾種形式?各起什么作用?屏蔽可以分為下列三類(lèi):靜電屏蔽(electrostatic shielding, ),電磁屏蔽(electromagnetic shielding),磁屏蔽(magnetic shielding)。3. 接地有幾種形式?各起什么作用?答案略4. 測(cè)量放大器的特點(diǎn)是什么?什么條件下使用它??jī)x用放大器是一種精密的差動(dòng)電壓增益器件。它的特點(diǎn)是:高輸入阻抗,低偏

12、置電流,低失調(diào)和低漂移,高共模抑制比,平衡的差動(dòng)輸入和單端輸出。它特別適合在比較惡劣的環(huán)境下作精密測(cè)量用,它的主要用途是作傳感器的信號(hào)放大,或用作迭加有共模信號(hào)的差模小信號(hào)的前置放大。5. 隔離放大器有什么隔離措施?隔離的目的是什么?如果要求輸入電路與輸出電路和電源之間實(shí)現(xiàn)電流或電阻的隔離或者當(dāng)共模電壓很高的時(shí)候,則應(yīng)采用隔離放大器。載波調(diào)制放大器光電耦合器構(gòu)成的隔離放大器6. 試計(jì)算以下放大電路的放大倍數(shù)。 題圖6.1a 題圖6.1b分別求出題圖6.1a的、題圖6.1b的7. 什么是共模抑制比?題圖6.2中,已知電橋電源電壓V=5V,R=100,為100應(yīng)變片,其靈敏度系數(shù)為2,應(yīng)變?yōu)?.005,測(cè)量放大器AD612共模抑制比為120dB,試計(jì)算測(cè)量放大器AD612的輸出電壓. 題圖6.2第7章 信號(hào)濾波技術(shù)思考題1. 要對(duì)信號(hào)作以下處理,使之分別滿足下列要求,試選擇合適的濾波電路(低通、高通、帶通、帶阻) 信號(hào)頻率為1kHz至2kHz為所需信號(hào) 抑制50 Hz電源干擾。 低于5kHz為所

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