哈工大版信號(hào)檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)課后答案

1、第1章 信號(hào)檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)概述思考題1.自動(dòng)檢測與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的基本組成是什么？檢測是指通過各種科學(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?。一個(gè)典型的檢測與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)基本組成如下：2.簡述心電信號(hào)檢測系統(tǒng)的基本組成及各部分功能。功能略。3.簡述工業(yè)檢測技術(shù)涉及的主要物理量有哪些？工業(yè)檢測技術(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、磁場強(qiáng)度、磁通密度等。4.檢測儀表和檢測系統(tǒng)的技術(shù)性能有哪些？有什么含義？如何測量或計(jì)算？見書上相關(guān)部分，略。5.測量誤差來源有那些？按誤差出現(xiàn)的規(guī)律，測量誤差分哪幾類？ 系統(tǒng)誤差：簡稱系差，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：簡稱隨差，又稱偶然誤差，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)過多次測量后，對(duì)其總和可以用統(tǒng)計(jì)規(guī)律來描述，可以從理論上估計(jì)對(duì)測量結(jié)果的影響。粗大誤差：是指在一定的條件下測量結(jié)果顯著地偏離其實(shí)際值時(shí)所對(duì)應(yīng)的誤差，簡稱粗差。6.傳感器的基本組成是什么？簡述各部分主要功能。電信號(hào)電量中間量轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電路被測量 敏感元件（彈簧管、波紋管、膜盒、膜片）能直接感受被測量，并將被測非電量信號(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)的等精度測量，測量次

4、數(shù)為10次，在不考慮系統(tǒng)誤差和粗大誤差的情況下，測量結(jié)果如下，試求標(biāo)準(zhǔn)誤差和極限誤差，并寫出測量結(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)算過程略。8.已知一組測量數(shù)據(jù)：；。求其最小二乘線性度。要求：用C語言或Matlab語言編程求取，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. 解釋應(yīng)變效應(yīng)、 壓阻效應(yīng)。試說明金屬應(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,求測量電橋的非平衡輸出電壓。計(jì)算過程略。4.

6、 電阻應(yīng)變傳感器在單臂電橋測量轉(zhuǎn)換電路在測量時(shí)由于溫度變化產(chǎn)生誤差的過程。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)稱阻值為，橋路電壓，物重m引起變化增量為。請(qǐng)畫出應(yīng)變片電橋電路，計(jì)算出測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. 電容式傳感器的類型有哪些？可以測量那些物理量？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，幾何形狀為長方形，在薄片的相對(duì)兩側(cè)對(duì)稱地焊上兩對(duì)電極引出線，其中一對(duì)為控制電流端，另外一對(duì)為霍爾電勢輸出端。霍爾片一般用非磁性金屬、陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝。電磁測量：測量恒定的或交變的磁感應(yīng)強(qiáng)度、有用功率、無功功率、相位、電能等參數(shù)；自動(dòng)檢測系統(tǒng)：多用于位移、壓力的測量。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)開關(guān)門戶，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。光纖傳感器可測量位移、速度、加速度、液位、應(yīng)變、壓力、流量、振動(dòng)、溫度、電流、電壓、磁場等物理量。2. 光纖傳感器有哪兩種類型？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？寫出推導(dǎo)過程。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：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. 測量放大器的特點(diǎn)是什么？什么條件下使用它？儀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，測量放大器AD612共模抑制比為120dB，試計(jì)算測量放大器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