智能檢測(cè)技術(shù) 習(xí)題答案、課堂測(cè)試題及答案

智能檢測(cè)技術(shù)習(xí)題答案

注：非唯一答案，每個(gè)學(xué)生可根據(jù)上課個(gè)人理解進(jìn)行做答,

同時(shí)可以發(fā)表個(gè)人的觀點(diǎn)與見(jiàn)解。作業(yè)題目打分情況視題目

完成程度、內(nèi)容是否符合主題、學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)生的個(gè)人

理解綜合方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

第一章：

作業(yè)一：簡(jiǎn)述對(duì)“智能檢測(cè)技術(shù)”的理解.

所謂智能檢測(cè)，應(yīng)當(dāng)包含測(cè)量、檢驗(yàn)、信息處理、判斷決策和故障診斷等

多種內(nèi)容。是檢測(cè)設(shè)備模仿人類(lèi)智能的結(jié)果。是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和人

工智能等相結(jié)合而發(fā)展的檢測(cè)技術(shù)。

智能檢測(cè)是由傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)演變而來(lái)，由于傳統(tǒng)信息轉(zhuǎn)化和處理多采用硬

件處理，傳感器對(duì)環(huán)境變化引起的參量變化適應(yīng)性不強(qiáng)，不易進(jìn)行多參量、多

維度等新型測(cè)量缺點(diǎn)。進(jìn)而產(chǎn)生了智能檢測(cè)技術(shù)，該新型技術(shù)具有測(cè)量過(guò)程軟

件化、高度的靈活性、可實(shí)現(xiàn)多參數(shù)檢測(cè)和數(shù)據(jù)融合、測(cè)量速度快、精度高、

智能化功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。鑒于其的智能化程度高、適用面廣、測(cè)量速度快、精度

高的特點(diǎn)，從而得到了極大發(fā)展。

隨著技術(shù)的發(fā)展，智能化檢測(cè)也不斷的更新迭代。初級(jí)的智能化檢測(cè)，只

可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、儲(chǔ)存、記錄以及處理；中級(jí)的智能化檢測(cè)在原

來(lái)的基礎(chǔ)上增加了辨識(shí)對(duì)象和自治功能；高級(jí)的智能化檢測(cè)可以分析、組織數(shù)

據(jù)并將數(shù)據(jù)變換為機(jī)器理解的結(jié)構(gòu)化信息的能力，可以使系統(tǒng)能夠在復(fù)雜、以

及不確定的環(huán)境中選取優(yōu)化路徑自行工作。

在當(dāng)今工業(yè)4.0時(shí)代以及工業(yè)制造2025的大背景下，作為一名工科生，大

家應(yīng)該扎實(shí)掌握智能檢測(cè)技術(shù)并將其運(yùn)用到我們以后的生活工作崗位當(dāng)中。

第三章：

作業(yè)一：光柵或增量式光電傳感器的辨向原理（畫(huà)圖說(shuō)明）

光柵讀數(shù)頭實(shí)現(xiàn)了位移量由非電量轉(zhuǎn)換為電量，位移是向量，對(duì)位移測(cè)量除

了確定大小之外，還應(yīng)確定其方向。

為了能夠辨向，需要有相位差為”/2的兩個(gè)電信號(hào)。在相隔BH/4間距的位

置上，放置兩個(gè)光電元件1和2,得到兩個(gè)相位差n/2的電信號(hào)ul和u2（圖中

波形是消除直流分量后的交流分量），經(jīng)過(guò)整形后得兩個(gè)方波信號(hào)和u2'0

當(dāng)光柵沿A方向移動(dòng)時(shí)，u「經(jīng)微分電路后產(chǎn)生的脈沖，正好發(fā)生在u2,的“1”

電平時(shí)，從而經(jīng)Y1輸出一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖；而經(jīng)反相并微分后產(chǎn)生的脈沖，則與

u2,的“0”電平相遇，與門(mén)Y2被阻塞，無(wú)脈沖輸出。

在光柵沿一A方向移動(dòng)時(shí)，的微分脈沖發(fā)生在u2,為“0”電平時(shí)，與門(mén)Y1

無(wú)脈沖輸出；而u「的反相微分脈沖則發(fā)生在u2,的“1”電平時(shí)，與門(mén)Y2輸出一個(gè)

計(jì)數(shù)脈沖.

u2,的電平狀態(tài)作為與門(mén)的控制信號(hào)，來(lái)控制在不同的移動(dòng)方向時(shí)，所產(chǎn)生

的脈沖輸出。

這樣就可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)方向正確地給出加計(jì)數(shù)脈沖或減計(jì)數(shù)脈沖，再將其輸入

可逆計(jì)數(shù)器，實(shí)時(shí)顯示出相對(duì)于某個(gè)參考點(diǎn)的位移量。

3光柵9）右移波形

右谷

左移

左移波形3判向電路

矯向電路原理圖

1,2—光電元件3—美爾條紋4—指示光柵

作業(yè)二：滿(mǎn)足光纖傳光的入射角條件（推導(dǎo)公式）

.包層

如圖所示，當(dāng)光線射入一個(gè)端面并與圓柱的軸線成角e時(shí)，根據(jù)折射定律，在光

纖內(nèi)折射成夕，然后以夕角入射至纖芯與包層的界面。若要在界面上發(fā)生全反射,

則纖芯與界面的光線入射角族應(yīng)大于臨界角4，即（4為臨界入射角），由

則々，又因?yàn)?/p>

.”-（sin.A

sin0=—-----

〃。，將

々代入可得〃0"。，既"。。當(dāng)光

纖所處的環(huán)境為空氣時(shí)，"。=1，或、一%2。

第四章：

作業(yè)一：請(qǐng)解釋什么是壓電效應(yīng)?壓電型超聲波傳感器的原理？

1.請(qǐng)解釋什么是壓電效應(yīng)?壓電型超聲波傳感器的原理？

（1）壓電效應(yīng)指的是電介質(zhì)在沿一定方向上受外力作用變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生

極化現(xiàn)象，同時(shí)在其兩相對(duì)表面出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢

復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的

極性也隨之改變。

相反，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去

掉后，變形也隨之消失，這種現(xiàn)象稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)。

（2）壓電式超聲波傳感器包括超聲波發(fā)生器和超聲波接收器。

壓電式超聲波發(fā)生器利用逆壓電效應(yīng)原理將高頻的電振動(dòng)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械

振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波。當(dāng)外加交變電壓的頻率等于壓電材料的固有頻率時(shí)會(huì)發(fā)

生共振，此時(shí)產(chǎn)生的超聲波最強(qiáng)。壓電材料固有頻率為%=卷=點(diǎn)葛=京店

其中瓦為壓電片沿x軸方向的厚度，E為壓電片沿x軸方向的彈性模量，p7n為壓

電片密度，c為波在壓電材料中的傳播速度。

而壓電式超聲波接收器利用正壓電效應(yīng)原理工作，當(dāng)超聲波作用到壓電晶片

上，引起晶片伸縮，在晶片兩相對(duì)表面上分別產(chǎn)生正負(fù)電荷，電荷被轉(zhuǎn)換成電壓

經(jīng)放大后送到測(cè)量電路中，最后記錄或顯示出來(lái)。

作業(yè)二：請(qǐng)解釋超聲波流量傳感器中“時(shí)差法”與“頻率差法”各自

測(cè)速的原理。

測(cè)量原理如圖所示，圖中V為被測(cè)流體的平均速度，C為超聲波在靜止流體中

的傳播速度，。為超聲波傳播方向與流體流動(dòng)方向的夾角（必須小于90°）,

AB為兩個(gè)超聲波探頭，L為兩者之間的直線距離。

（1）時(shí)差法

當(dāng)A為發(fā)射探頭，B為接收探頭時(shí)，超聲波的傳播速度為c+vcos。，順流傳播

時(shí)間為

L

二---------

C+VCOS0

當(dāng)B為發(fā)射探頭，A為接收探頭時(shí)，超聲波的傳播速度為c-%os6,逆流傳播

時(shí)間為

L

t=-------

2c—vcosd

則時(shí)間差為

2Lvcos6

At=七2—G=

C2—V2COS20

由于c?嘰所以上式可以近似為

2LvcosO

At=12-tl=------2-----

解得流速

c2

v=--------At

2LcosO

(2)頻率差法

當(dāng)A為發(fā)射探頭，B為接收探頭時(shí)，超聲波的重復(fù)頻率/1為

c+vcosO

fl=L~~

當(dāng)B為發(fā)射探頭，A為接收探頭時(shí)，超聲波的重復(fù)頻率心為

C—VCOS0

h—

L

則頻率差為

2vcos0

△/=七一

/i=—L;—t

解得流體的流速為

L

v=-——

2cos6'

頻率差法所求流速和c值無(wú)關(guān)，即與溫度無(wú)關(guān)，和時(shí)差法相比具有更高的精

度。

第六章：

作業(yè)一：電子鼻的組成、工作原理、核心技術(shù)、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展現(xiàn)狀

與趨勢(shì)；

電子鼻的組成：電子鼻是利用氣體傳感器陣列的響應(yīng)圖案來(lái)識(shí)別氣味的電子

系統(tǒng)，它可以在幾小時(shí)、幾天甚至數(shù)月的時(shí)間內(nèi)連續(xù)地、實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)特定位置的

氣味狀況。電子鼻主要由氣味取樣操作器、氣體傳感器陣列和信號(hào)處理系統(tǒng)三種

功能器件組成。

工作原理：電子鼻主要由氣敏傳感器陣列、信號(hào)預(yù)處理和模式識(shí)別三部分組

成。某種氣味呈現(xiàn)在一種活性材料的傳感器面前，傳感器將化學(xué)輸入轉(zhuǎn)換成電信

號(hào)，由多個(gè)傳感器對(duì)一種氣味的響應(yīng)便構(gòu)成了傳感器陣列對(duì)該氣味的響應(yīng)譜。顯

然，氣味中的各種化學(xué)成分均會(huì)與敏感材料發(fā)生作用，所以這種響應(yīng)譜為該氣味

的廣譜響應(yīng)譜。為實(shí)現(xiàn)對(duì)氣味的定性或定量分析，必須將傳感器的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)

的預(yù)處理(消除噪聲、特征提取、信號(hào)放大等)后采用合適的模式識(shí)別分析方法對(duì)

其進(jìn)行處理。理論上，每種氣味都會(huì)有它的特征響應(yīng)譜，根據(jù)其特征響應(yīng)譜可區(qū)

分小同的氣味。同時(shí)還可利用氣敏傳感器構(gòu)成陣列對(duì)多種氣體的交叉敏感性進(jìn)行

測(cè)量，通過(guò)適當(dāng)?shù)姆治龇椒?，?shí)現(xiàn)混合氣體分析。

電子鼻正是利用各個(gè)氣敏器件對(duì)復(fù)雜成分氣體都有響應(yīng)卻又互不相同這一

特點(diǎn)，借助數(shù)據(jù)處理方法對(duì)多種氣味進(jìn)行識(shí)別，從而對(duì)氣味質(zhì)量進(jìn)行分析與評(píng)定。

電子鼻的工作可簡(jiǎn)單歸納為：傳感器陣列一信號(hào)預(yù)處理一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和各種算

法一計(jì)算機(jī)識(shí)別(氣體定性定量分析)。從功能上講，氣體傳感器陣列相當(dāng)于生物

嗅覺(jué)系統(tǒng)中的大量嗅感受器細(xì)胞，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)識(shí)別相當(dāng)于生物的大腦，其

余部分則相當(dāng)于嗅神經(jīng)信號(hào)傳遞系統(tǒng)。

核心技術(shù)：電子鼻的核心器件是氣體傳感器。氣體傳感器根據(jù)原理的不同，

可以分為金屬氧化物型、電化學(xué)型、導(dǎo)電聚合物型、質(zhì)量型、光離子化型等很多

類(lèi)型。目前應(yīng)用最廣泛的是金屬氧化物型。

電子鼻系統(tǒng)中，傳感器及其陣列作為電子鼻的關(guān)鍵，它的功能是把不同的氣味

分子在其表面的化學(xué)作用轉(zhuǎn)化為可測(cè)的電信號(hào)。

氣體傳感器陣列中的傳感器單元可通過(guò)以下幾種方法制備：

(1)采用不同工作機(jī)理的傳感器；

(2)運(yùn)用基于不同氣敏材料的傳感器；

(3)通過(guò)控制材料微細(xì)結(jié)構(gòu)，選擇新添加劑,改變器件結(jié)構(gòu)、幾何尺寸,來(lái)獲得

具有不同性能的傳感器單元。

對(duì)于氣體傳感器陣列，則可以通過(guò)采用數(shù)個(gè)單獨(dú)的氣體傳感器組合而成，也可

以采用集成工藝制作專(zhuān)門(mén)氣體傳感器陣列。后者體積小,功耗低，便于信號(hào)的集中

采集與處理。

在模式識(shí)別處理方面，傳感器陣列輸出的信號(hào)經(jīng)專(zhuān)用軟件采集、加工、處理

后，利用多元數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法和模糊方法將多維響應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換

為感官評(píng)定指標(biāo)值或組分濃度值，得到被測(cè)氣味定性分析結(jié)果的智能解釋器。早

期的電子鼻多用主成分分析、多元線性擬合、模板匹配、聚類(lèi)等數(shù)據(jù)處理方法。

模式識(shí)別利用的是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原理，由于氣體傳感器響應(yīng)與被測(cè)氣體體

積分?jǐn)?shù)間的關(guān)系一般是非線性的，現(xiàn)在的電子鼻系統(tǒng)多用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法和偏最小

二乘法(PLS)。

近些年發(fā)展起來(lái)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(artificialneuralnetwork)由于具有很強(qiáng)的非

線性處理能及模式識(shí)別能力而得到了廣泛的應(yīng)用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)學(xué)習(xí)自動(dòng)掌握隱

藏在傳感器響應(yīng)和氣味類(lèi)型與強(qiáng)度之間的、難以用明確的模型數(shù)學(xué)表示的對(duì)應(yīng)關(guān)

系。

許多統(tǒng)計(jì)技術(shù)和ANNS是互為補(bǔ)充的，所以常常與ANNS聯(lián)合使用，以得到一

組比用單個(gè)技到的數(shù)據(jù)更加全面的分類(lèi)和聚類(lèi)。這類(lèi)統(tǒng)計(jì)學(xué)或化學(xué)計(jì)量學(xué)方法包

括主分量分析、部分最小平方法、辨別分析法、辨別因子分析法和聚類(lèi)分析法等。

應(yīng)用領(lǐng)域：電子鼻的應(yīng)用場(chǎng)合包括環(huán)境監(jiān)測(cè)、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)（如食品、煙草、

發(fā)酵產(chǎn)品、香精香料等）、醫(yī)學(xué)診斷、爆炸物檢測(cè)等。

下面是一些電子鼻應(yīng)用的實(shí)例：

研究人員相信電子鼻將可能對(duì)尋找傷口MRSA和其他細(xì)菌的方式帶來(lái)革命

性變化。MRSA是指這樣一類(lèi)細(xì)菌，它們對(duì)日益普及的抗生素療法具有抵抗能力。

此外，電子鼻技術(shù)還可以用于檢查其他部位的感染，幫助病人早發(fā)現(xiàn)，早治療。

在1993年，Pearce等人就首次把傳感器應(yīng)用在啤酒檢測(cè)上，實(shí)驗(yàn)室制造的

由12個(gè)有機(jī)導(dǎo)電聚合物傳感器組成的系統(tǒng)檢測(cè)了3種近似的商品酒，有2種是

釀造后再貯存的啤酒，還有1種是淡色啤酒，結(jié)果表明：這3種啤酒很容易被鑒

別，而且還很快鑒別出一種人為感染的啤酒和未被感染的酒。

以色列科學(xué)家研發(fā)出“電子鼻”（electronicnose）,只要通過(guò)簡(jiǎn)單的呼吸測(cè)試，

就可以查出罹患了肺、乳腺、腸和前列腺癌的病人。研究小組發(fā)現(xiàn)，這種檢測(cè)化

學(xué)物質(zhì)改變的傳感器不僅能分辨出健康人和惡性腫瘤病患的呼吸，還能查出這四

種常見(jiàn)的腫瘤。雖然還需要更多工作來(lái)完善這項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)，但初步成功已經(jīng)給開(kāi)

發(fā)一種便宜、易于使用和攜帶的早期癌癥診斷技術(shù)帶來(lái)了希望。

美國(guó)奮進(jìn)號(hào)航天飛機(jī)為國(guó)際空間站送去一個(gè)電子鼻。它可以“嗅”出空間站

內(nèi)空氣中的危險(xiǎn)物質(zhì)，保護(hù)宇航員的健康和安全。2008年12月9日，國(guó)際空間站

宇航員把這個(gè)鞋盒大小的電子鼻安裝到乘員艙內(nèi)，開(kāi)始為期6個(gè)月的試運(yùn)行。

發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)：

目前電子鼻研究現(xiàn)狀主要集中在以下幾個(gè)方面：

（1）氣體傳感器陣列的研究，包括新型敏感材料特別是有機(jī)敏感材料與復(fù)合

敏感材料的探索，和低功耗、高集成度氣體傳感器陣列的研制。

（2）模式識(shí)別系統(tǒng)的研究，包括傳感器響應(yīng)的漂移補(bǔ)償、特征提取、識(shí)別算

法等。

（3）應(yīng)用研究。

（4）基于新的生物學(xué)理解的人工鼻模型研究。

關(guān)于發(fā)展趨勢(shì)，在電子鼻系統(tǒng)的研究中,目前十分引人關(guān)注的3個(gè)方面：

（1）研究對(duì)微量氣體分子瞬時(shí)敏感的檢測(cè)器，以得到與氣體化學(xué)成分相對(duì)應(yīng)

的信號(hào)。

（2）研究對(duì)檢測(cè)得到的信號(hào)進(jìn)行識(shí)別與分類(lèi)的數(shù)據(jù)處理器，以便將有用信號(hào)

與噪聲加以分離。

（3）研究將測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為感官評(píng)定指標(biāo)的智能解釋器，以得到與人的感官

感受相符的結(jié)果。

其具體實(shí)例包括：酒類(lèi)的區(qū)分與辨識(shí)、肉品新鮮度分析、飲料中香精香料分

析、谷物生長(zhǎng)分析、水果中芳香類(lèi)物質(zhì)分析、食品腐敗變質(zhì)過(guò)程分析、香氣的等

級(jí)區(qū)分及質(zhì)量研究和牛奶新鮮度分析。

在國(guó)內(nèi)有一些公司在代理電子鼻產(chǎn)品，銷(xiāo)售對(duì)象一般是大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)，供其用于

應(yīng)用型研究或?qū)﹄娮颖钱a(chǎn)品所帶的模式識(shí)別算法進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。但在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

或者醫(yī)療診斷的實(shí)際場(chǎng)合，還沒(méi)有真正應(yīng)用起來(lái)。

第七章：

作業(yè)一：簡(jiǎn)述電化學(xué)與生物傳感器技術(shù)的工作原理

電化學(xué)傳感器的工作原理：將待測(cè)物質(zhì)以適當(dāng)形式置于電化學(xué)反應(yīng)池中，測(cè)

量其電化學(xué)性質(zhì)（如電位、電流和電導(dǎo)等）變化實(shí)現(xiàn)物質(zhì)組成及含量測(cè)定，基于

此原理的化學(xué)傳感器稱(chēng)為電化學(xué)傳感器。當(dāng)電化學(xué)池中溶液的化學(xué)成分變化時(shí)，

電極上流過(guò)的電流或電極表面與溶液的電勢(shì)差會(huì)隨之發(fā)生變化，這樣通過(guò)測(cè)定電

流或電勢(shì)的變化就可以獲取溶液成分或相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)的變化信息?；陔娀瘜W(xué)

傳感器設(shè)計(jì)出了電化學(xué)生物傳感器。

電化學(xué)生物傳感器的工作原理:電化學(xué)生物傳感器是一類(lèi)特殊的化學(xué)傳感器,

是基于被測(cè)物的電化學(xué)性質(zhì)，并將被測(cè)物的化學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)參量進(jìn)行檢測(cè)的一

種傳感器，主要由兩部分組成:一部分是生物分子識(shí)別元件，是由對(duì)被測(cè)物具有

高選擇性分子識(shí)別功能的生物敏感功能膜組成，可用來(lái)制作生物感應(yīng)元件的物質(zhì)

有酶、細(xì)胞、組織、核酸、抗原抗體等，其主要作用是用來(lái)感知樣品中是否含有

待測(cè)物質(zhì);另一部分是信號(hào)轉(zhuǎn)換元件，按照信號(hào)轉(zhuǎn)換元件所轉(zhuǎn)換的電學(xué)參量的不

同，主要包括電位型傳感器、電流型傳感器和電導(dǎo)型傳感器等。原則上講，任何

一種接收器都可與適應(yīng)的傳導(dǎo)器結(jié)合起來(lái)制造出具有操作性能的傳感器。

電化學(xué)生物傳感器的設(shè)計(jì)原理是待測(cè)物與生物分子識(shí)別原件特異性結(jié)合后，

產(chǎn)生被測(cè)物的非電信號(hào)通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的電信息，再經(jīng)過(guò)信號(hào)放大

處理，最后輸出信號(hào)，從而達(dá)到分析檢測(cè)的目的。

具體來(lái)講其原理為：將生物功能材料（酶、微生物組織、動(dòng)物細(xì)胞、底物、

抗原、抗體等）固定化處理，當(dāng)待測(cè)物質(zhì)與分子識(shí)別感受器（即接收器）相互作

用時(shí)發(fā)生物理或化學(xué)變化，然后通過(guò)各種物理、化學(xué)型信號(hào)轉(zhuǎn)換器捕捉目標(biāo)物與

敏感基元之間的反應(yīng)，再將反應(yīng)的程度用離散或連續(xù)的信號(hào)表達(dá)出來(lái)，從而得出

被測(cè)物的濃度。

智能檢測(cè)技術(shù)習(xí)題

畫(huà)圖題請(qǐng)先在紙上畫(huà)出圖形，拍照放在word里面即可。請(qǐng)?jiān)谧詈蟮拇痤}人上寫(xiě)

本人姓名。請(qǐng)將答案直接寫(xiě)在該課堂測(cè)試中，并將word重新命名為“學(xué)號(hào)-姓名

-測(cè)試一”如（2017111111-張三-測(cè)試一）

3.1、CCD是在半導(dǎo)體硅片上制作成百上千個(gè)光敏元，一個(gè)光敏元又稱(chēng)一

個(gè),在半導(dǎo)體硅平面上光敏元按或有規(guī)則地排列。

3.2、目前流行的手機(jī)使用的為（CCD、CMOS）傳感器，該類(lèi)型傳

感器還廣泛用于等

3.3、CCD分辨率主要取決于CCD芯片的像素?cái)?shù)，其次還受到傳輸效率的影

響。高度集成的光敏單元可以獲得。但光敏單元的尺寸的減少將導(dǎo)

致的降低。

3.4、三種基本色為

3.5、出于成本若只能用一個(gè)CCD芯片，就得把彩色濾光片像馬賽克一樣分

布在CCD所有像素上。這樣的濾波片稱(chēng)為濾光片。

3.6、當(dāng)一個(gè)像素聚集過(guò)多電荷后，溢出電荷會(huì)跑到相臨像素勢(shì)阱。這樣電量

就不能如實(shí)反映原物，下列解決方法中是目前最簡(jiǎn)單有效的是（）

A、增大單位像素尺寸；

B、縮短曝光時(shí)間

C、簡(jiǎn)歇開(kāi)關(guān)時(shí)鐘電壓

D、溢出溝道和溢出門(mén)

3.7、單CCD彩色相機(jī)成像原理

3.8、以三相CCD為例畫(huà)出電荷包在t2-t7時(shí)刻的定向轉(zhuǎn)移過(guò)程（僅畫(huà)出時(shí)序圖

即可）

<-PIXELPn->?-PIXELPn+1->PIXELPn+2->

答題人：_________

智能檢測(cè)技術(shù)課堂測(cè)試

第三章：

前6題每題5分，7、8題每題10分

3.1、CCD是在半導(dǎo)體硅片上制作成百上千個(gè)光敏元，一個(gè)光敏元又稱(chēng)一個(gè)」象

春，在半導(dǎo)體硅平面上光敏元按線陣或面陣有規(guī)則地排列。

3.2、目前流行的手機(jī)使用的為(CCD、CMOS)傳感器，該類(lèi)型傳感

器還廣泛用于網(wǎng)絡(luò)攝像頭、超市、樓宇監(jiān)控、手機(jī)照相、汽車(chē)倒車(chē)影像等

3.3、CCD分辨率主要取決于CCD芯片的像素?cái)?shù)，其次還受到傳輸效率的影

響。高度集成的光敏單元可以獲得高分辨率。但光敏單元的尺寸的減少將導(dǎo)

致靈敏度的降低。

3.4、三種基本色為RGB

3.5、出于成本若只能用一個(gè)CCD芯片，就得把彩色濾光片像馬賽克一樣分

布在CCD所有像素上。這樣的濾波片稱(chēng)為馬賽克或拜爾濾光片。

3.6、當(dāng)一個(gè)像素聚集過(guò)多電荷后，溢出電荷會(huì)跑到相臨像素勢(shì)阱。這樣電量

就不能如實(shí)反映原物，下列解決方法中是目前最簡(jiǎn)單有效的是()

A、增大單位像素尺寸；

B、縮短曝光時(shí)間

C、簡(jiǎn)歇開(kāi)關(guān)時(shí)鐘電壓

D、溢出溝道和溢出門(mén)

3.7、單CCD彩色相機(jī)成像原理

如果出于價(jià)格因素考慮，一個(gè)相機(jī)只使用一個(gè)CCD芯片，那么可以考慮使用

彩色濾光片像馬賽克一樣分布在CCD所有的像素上。最經(jīng)典的濾光片因最初由拜

爾所發(fā)明所以被稱(chēng)為馬賽克濾光片或拜爾濾光片，如圖3-54(a)所示，每個(gè)小格

對(duì)應(yīng)CCD的每個(gè)像素，每四個(gè)小格為一組，稱(chēng)為一個(gè)宏像素，分別由1個(gè)紅色、

1個(gè)藍(lán)色和2個(gè)綠色小格構(gòu)成。拜爾濾光片就是由上述不斷重復(fù)的宏像素組成的。

如圖3-54(b)所示為白光照射拜爾濾光片后，透過(guò)紅色、綠色和藍(lán)色小格的光線

分別在CCD感光元件上成像的結(jié)果。

進(jìn)一步，分析前述白光光源照射下的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)色板反射的光線，經(jīng)拜耳濾光片

濾光后的效果。拜耳濾光片與CCD尺寸相同，其宏像素所對(duì)應(yīng)的每個(gè)小格的尺寸

也與CCD的像素尺寸完全一致。以左上角、右上角、左下角的宏像素為例，白光

照射的標(biāo)準(zhǔn)色塊對(duì)應(yīng)宏像素的相應(yīng)位置反射的光分別為紅、藍(lán)、紅+綠，相應(yīng)的

光線經(jīng)對(duì)應(yīng)宏像素濾光后，紅色的光經(jīng)拜耳濾光片左上角宏像素濾光后，僅僅紅

色小格對(duì)應(yīng)的CCD像素位置能透過(guò)此紅色的光；同樣藍(lán)色的光經(jīng)過(guò)右上角宏像素

后，僅僅藍(lán)色小格對(duì)應(yīng)的CCD像素位置能透過(guò)此藍(lán)色的光；同理，黃色的光經(jīng)過(guò)

左下角宏像素后，紅色和綠色小格對(duì)應(yīng)的CCD像素位置分別能透過(guò)紅色和綠色的

光。同理，CCD其它像素位置感受的光電荷如圖圖3-54(c)所示，進(jìn)一步經(jīng)相機(jī)

處理單元將上述經(jīng)拜耳濾光片濾光后的電荷量轉(zhuǎn)化為R、G、B三通道的數(shù)字量。

a

三

3S

短lgl

短lal

印

工

短

短laEl

了j

IDI

lql

一

3.8、以三相CCD為例畫(huà)出電荷包在t2-t7時(shí)刻的定向轉(zhuǎn)移過(guò)程（僅畫(huà)出時(shí)序圖

即可）

PIXELPn->PIXELPn+I>PIXELPn+2->

01(P20301(P2Q3<P102<D3<D101

0000000000

Q2__[

一組控制柵電極即具有特定相序關(guān)系的三個(gè)柵電極對(duì)應(yīng)一個(gè)像素，但各柵電極分

別對(duì)應(yīng)自己的耗盡區(qū)，tl時(shí)刻僅有為高電平，此時(shí)QI、Q2、Q4、Q5等為在曝光

完成后，各像素對(duì)應(yīng)的第一柵電極族所對(duì)應(yīng)勢(shì)阱位置處積累的電荷；12時(shí)刻除了

?為高電平外，此刻我也轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖剑瑒t相應(yīng)柵極所對(duì)應(yīng)位置均形成了耗盡區(qū)

即勢(shì)阱，因此，前述第--柵電極外所對(duì)應(yīng)勢(shì)阱位置處積累的電荷此時(shí)將由這兩個(gè)

勢(shì)阱共同存儲(chǔ)；而在t3時(shí)刻，僅。2為高電平，此刻族所對(duì)應(yīng)位置的勢(shì)阱消失，

僅我所對(duì)應(yīng)位置存在勢(shì)阱，從而使得前述由G、人所對(duì)應(yīng)兩勢(shì)阱共同分擔(dān)的電荷，

轉(zhuǎn)變?yōu)槿坑?。，所?duì)應(yīng)勢(shì)阱承擔(dān)。三相控制柵極循環(huán)按照上述相序通電，則可實(shí)

現(xiàn)相鄰像元電荷的定向有序移動(dòng)。

DIRECTIONOFTRANSFER—?

智能檢測(cè)技術(shù)習(xí)題

計(jì)算題可寫(xiě)在紙上，拍照放在word中即可。請(qǐng)?jiān)谧詈蟮拇痤}人上寫(xiě)本人姓名。

請(qǐng)將答案直接寫(xiě)在該課堂測(cè)試中，并將word重新命名為“學(xué)號(hào)-姓名-測(cè)試二”

如（2017111111-張三-測(cè)試二）

5.1、電子能級(jí)間躍遷同時(shí)，總伴隨有—和—能級(jí)間的躍遷

5.2、習(xí)慣上將紅外光區(qū)劃分為三個(gè)區(qū)域：、、

5.3、近紅外區(qū)主要對(duì)應(yīng)能量更高的或吸收；中紅外光譜也屬于分

子振動(dòng)光譜，但是它主要是的吸收

5.4、近紅外光隨波長(zhǎng)不斷增大、散射能力（變強(qiáng)，變?nèi)酰?，透射能?/p>

（變強(qiáng)，變?nèi)酰?/p>

5.5、一般認(rèn)為，光譜分辨率在數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)的遙感稱(chēng)為高光譜遙感，光譜

分辨率在10-3X數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)的遙感稱(chēng)為o

5.6、（判斷題）平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度都屬于分子的振動(dòng)自由度。（因因）

5.7、（判斷題）分子吸收紅外輻射由基態(tài)振動(dòng)能級(jí)向第一振動(dòng)激發(fā)態(tài)躍遷產(chǎn)生的

基頻吸收峰，其數(shù)目等于計(jì)算得到的振動(dòng)自由度。（因0）

5.8、專(zhuān)門(mén)用于遙感處理的軟件的名稱(chēng)為（）

A、SPSS

B、ENVI

C、MNF

D、PPI

5.9、（多選題）產(chǎn)生紅外吸收的條件有（）

A、分子振動(dòng)過(guò)程中其偶極矩必須不發(fā)生變化

B、輻射與物質(zhì)之間耦合作用

C、紅外輻射的能量必須小于分子振動(dòng)能級(jí)差

D、輻射光子的能量與發(fā)生振動(dòng)躍遷所需躍遷能量相等

5.10、（多選題）紅外光線的能量要被分子基團(tuán)所吸收，必須滿(mǎn)足（）

A、產(chǎn)生振動(dòng)都能引起紅外吸收

B、光輻射的能量恰好滿(mǎn)足分子振動(dòng)能級(jí)躍遷所需要的能量

C、振動(dòng)過(guò)程中，必須有偶極矩的改變

D、分子振動(dòng)中必須存在諧性振動(dòng)

E、輻射頻率與偶極子頻率相匹配時(shí)

5.11、（多選題）常用來(lái)評(píng)定模型質(zhì)量好壞的統(tǒng)計(jì)量有（）

A、預(yù)測(cè)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RPD）

B、多元線性回歸（MLR）

C、預(yù)測(cè)集樣品的標(biāo)準(zhǔn)偏差（SEP）

D、相關(guān)系數(shù)（R）

E、Fisher判別分析

F、比值光譜指數(shù)RSI（ratiospectralindex）

5.12、分別計(jì)算“水分子-極性分子”與“二氧化碳分子-線性分子”的振動(dòng)自由

度？（可添加適當(dāng)?shù)奈淖终f(shuō)明）

5.13、簡(jiǎn)述近紅外高光譜成像與常規(guī)全色圖像、近紅外光譜分析的區(qū)別聯(lián)系？

答題人：_______

第五章：

前10題每題—分，5.11-5.13為每題—分

5.1.電子能級(jí)間躍遷同時(shí)，總伴隨有振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間的躍遷

5.2、習(xí)慣上將紅外光區(qū)劃分為三個(gè)區(qū)域：近紅外區(qū)域、中紅外區(qū)域、

遠(yuǎn)紅外區(qū)域

5.3、近紅外區(qū)主要對(duì)應(yīng)能量更高的合頻或倍頻吸收;中紅外光譜也屬

于分子振動(dòng)光譜，但是它主要是基頻的吸收

5.4、近紅外光隨波長(zhǎng)不斷增大、散射能力（變強(qiáng)，變?nèi)酰干淠芰?/p>

（變強(qiáng)，變?nèi)酰?/p>

5.5、一般認(rèn)為，光譜分辨率在10-2人數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)的遙感稱(chēng)為高光譜（Hyper-

spectral）遙感，光譜分辨率在10-3X數(shù)量級(jí)范圍