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成绩 XX大学考试题 课 程 现代检测技术 学 院 电信学院 考 试 日 期 2008 年 月 日 专业班号 √ 姓 名 学 号 期中 期末 一、名词解释（每题2分，共10分）
1. 测试系统的灵敏度 2. 压电效应 3. 热电偶冷端补偿 4. 电阻应变效应 5. 虚拟仪器 二、填空（每空1分，共30分）
1. 一阶系统的时间常数τ表征系统的 特性，一阶系统的截止频率表示为 ；
二阶系统的动态参数是阻尼比ζ和 ，通常ζ= 时，响应速度快，动态误差小，系统的输出能够以较快的速度达到给定的误差范围。
2. 线性度是指 ，也称非线性误差，常用的直线拟合方法有理论拟合、 和 等。
3. 常用的应变片有 与 两大类，其中灵敏度较高的是 ，线性度较好的是 。
4. 为了加强居民小区的安全，可以在小区围墙上加装 传感器进行昼夜监控。
5. 可以进行转速测量的传感器包括 、 和 ；
可以进行金属工件厚度测量的传感器包括 、 共 4 页 第 1 页 和 。
6. 在图像测量中，为了确定工件的角点，常采用 方法，它的原理是 。
7. 光电管、光电倍增管是利用 效应工作的，光电池是利用 效应工作的，光敏电阻是利用 效应工作的。
8. 极距变化型的电容式传感器常采用差动结构，目的是 以及 。
9. 为利用电桥的和差特性，提高系统的灵敏度，应使 桥臂上电阻应变极性相同， 桥臂上电阻应变极性相反。
10. GPS卫星导航系统由3部分组成，分别是 、 和 。
简答（每题5分，共25分）
1. 基本型现代检测系统包括哪些环节？ 2. 什么是霍尔效应？为什么半导体材料适合于作霍尔元件？ 3. 请从CCD的原理解释图像亮度与曝光时间的关系。
4. 如果对1mm左右的微位移量进行检测，请问可以选用什么传感器？列举2种方案，并解释其工作原理。
5. 探底雷达可以完成哪些检测任务？在对混凝土构件进行探测时与超声波传感器有何异同？ 四、计算题（共20分）
1. 有一悬臂梁，在其中部上、下两面各贴两片应变片，组成全桥，如题图1所示。
1）请给出由这四个电阻构成全桥电路的示意图。（3分）
2）若该梁悬臂端受一向下力，长，宽，厚，，，应变片灵敏度系数，应变片空载电阻；
第 2 页 西安交通大学考试题 试求此时这四个应变片的电阻值（注：）。（3分）
3）若电源电压Ui=3V，求测量电桥的非平衡输出电压U0。（2分）
图1 2. 用加速度计和电荷放大器测量振动，若传感器的灵敏度为7pC/g，电荷放大器的灵敏度 为100mV/pC，试确定输入3g加速度时系统的输出电压。（3分）
3. 某磁电式传感器可作为二阶系统处理，已知系统的阻尼比为0.65，固有频率为200Hz，当要求测量幅值误差在10%以内，请问该系统可以测量的信号频率范围是多少？（5分）
4. 表1为E型热电偶的分度表，测量电路如图2所示，数字电压表的读数为1.54mV，热电偶与电压表用补偿导线连接，请问被测温度Tx是多少，给出计算过程。（4分）
表1 E型热电偶分度表（分度号：E，单位：mV）
温度（℃）
热电动势（mV）
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0.000 0.059 0.118 0.176 0.235 0.295 0.354 0.413 0.472 0.532 10 0.591 0.651 0.711 0.770 0.830 0.890 0.950 1.011 1.071 1.131 20 1.192 1.252 1.313 1.373 1.434 1.495 1.556 1.617 1.678 1.739 30 1.801 1.862 1.924 1.985 2.047 2.109 2.171 2.233 2.295 2.357 40 2.419 2.482 2.544 2.057 2.669 2.732 2.795 2.858 2.921 2.984 图2 第 3 页 五、综合分析 （15分）
在电子秤实验中，砝码质量与直流全桥电路的输出电压如表2所示，假设数据中不含系统误差与粗大误差，输入量满量程为200g，试分析该系统的下列静态特性：零位、输出满量程、线性度、灵敏度、重复性误差。
表2：电子秤实验数据 电压（V）
砝码（g）
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 组 0.021 0.039 0.058 0.079 0.097 0.117 0.137 0.157 0.177 0.197 第2组 0.019 0.039 0.059 0.079 0.099 0.119 0.139 0.159 0.179 0.199 第3组 0.034 0.052 0.071 0.090 0.108 0.126 0.145 0.163 0.182 0.200 注：直线拟合用端点连线拟合法。
第 4 页 一、名词解释（每题2分，共10分）
1. 测试系统的灵敏度——传感器输出变化量与输入变化量之比 2. 压电效应——某些材料（如石英）当沿着一定方向施加力变形，由于材料分子不具备中心对称性，其内部产生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，重新恢复到不带电状态，此现象称为正压电效应。逆压电效应是指当压电材料沿一定方向受到电场作用时，相应的在一定的晶轴方向将产生机械变形或机械应力，又称电致伸缩效应。
3. 热电偶冷端补偿——热电偶回路的热电势是两个接点温度的函数，为此，必须使冷端温度保持不变，其输出热电势才是热端温度的单值函数。在实际测量中，热电偶的两端距离很近，冷端温度易受测量对象和环境温度波动的影响，而难以保持恒定，从而引入测量误差。补偿方法：0℃恒温法；
补偿导线法；
修正法；
补偿电桥法等。
4. 电阻应变效应——金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。
5. 虚拟仪器——在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟面板、其测试功能由软件实现的一种计算机仪器系统。
二、填空（每空1分，共30分）
1. 输出随输入变化快慢的动态特性；
1/τ；
无阻尼固有角频率（固有频率）；
0.6~0.8（0.7）；
2. 系统输入输出特性与拟合直线的不一致程度；
最小二乘拟合；
端点连线拟合；
3. 金属电阻应变片；
半导体应变片；
半导体应变片；
金属电阻应变片；
4. 红外图像（红外摄像仪）；
5. 霍尔传感器、光电传感器、电涡流传感器、电感式、电容式（答3种）；
电容式、电感式、电涡流式、超声波式、霍尔式、光纤式等（3种）
6. Harris角点法；
定义一个矩形窗，使窗口在图像内滑动，当窗口处于①平滑区域：无论窗口如何移动，图像强度均无显著变化。②边缘区域：沿着边缘方向灰度值无明显变化。③角点区域：无论超哪个方向移动，均会产生灰度值的剧烈变化。通过这种方法可以确定角点。
7. 外光电；
光生伏特；
内光电；
8. 提高灵敏度；
改善非线性度；
9. 相对；
相邻；
10. 空间星座部分；
地面支撑系统；
用户设备；
三、简答题（每题5分，共25分）
1. 基本型现代检测系统包括传感器、信号调理、数据采集、计算机及输出显示、打印 西安交通大学本科生课程考试试题标准答案与评分标准 课程名称：
现代检测技术 课时：
48 考试时间：2008年 月日 等环节。
2. 置于磁场中的载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称为霍尔效应。半导体具有高的电阻率和载流子的迁移率 3. 当光照射到硅片上时，在光子作用下产生电子-空穴对，自由电子会被势阱收集，电子数主要取决于光照强度和收集（积分）时间的长短。曝光时间越长，光生电子数越多，图像就越亮。
4. 测量1mm的位移可以采用电容、电感、光栅、光纤、容栅等多种传感器，任选两种。
5. 探底雷达可以用于建筑结构、道路桥梁、地质勘探、市政管线以及考古刑侦等方面。雷达对钢筋敏感程度远大于超声波。因此雷达图像可较好地反映混凝土内部钢筋的存在和位置，并且还可以根据反射波的强弱显示钢筋的锈蚀情况。超声波和雷达均可反映混凝土内部的结构缺陷，但对于不密实的混凝土内部区域，超声波以相对低速区可较好地显示出来，但雷达效果往往不明显。
四、计算题 1. （1）3分；
（2）3分；
（3）2分；
（3）
2. （3分）；
3. 二阶系统动态幅值误差表达式为：
， 将A(ω)＝1.1和ζ＝0.65代入幅频特性公式，方程无实数解。（2分）
将A(ω)＝0.9和ζ＝0.65代入幅频特性公式，得，（2分）163Hz 可用频率范围是0~163Hz。（1分）
4. （4分）
五、综合分析（15分）
电压（V）
砝码（g）
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 第1组 0.021 0.039 0.058 0.079 0.097 0.117 0.137 0.157 0.177 0.197 第2组 0.019 0.039 0.059 0.079 0.099 0.119 0.139 0.159 0.179 0.199 第3组 0.034 0.052 0.071 0.090 0.108 0.126 0.145 0.163 0.182 0.200 平均值 0.025 0.043 0.063 0.083 0.101 0.121 0.140 0.160 0.179 0.199 拟合值 0.025 0.044 0.064 0.083 0.102 0.122 0.141 0.160 0.180 0.199 3组数据最大差值 0.015 0.014 0.013 0.011 0.011 0.009 0.008 0.006 0.005 0.003 端点拟合直线：k=(0.199-0.025)/(200-20)=9.67*10-4V/g，b=200*k-0.199=0.0056V 零位：0.0056V 输出满量程：0.199-0.0056=0.1934V 线性度：拟合值与测量平均值最大差值为0.001V，线性度为0.001/0.1934*100%=0.52% 灵敏度：即k=9.67*10-4V/g 重复性：三组数据间最大差值为0.015V，0.015/0.1934*100%=7.76% （零位、输出满量程、线性度、灵敏度、重复性误差每个参数3分。）