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1、哈工大信号检测与转换技术课后答案第1章 信号检测与转换技术概述 思考题 1.自动检测与转换系统的基本组成是什么？ 检测是指通过各种科学的手段和方法获得客观事物的量值；转换则是通过各种技术手段把客观事物的大小转换成人们能够识别、存贮和传输的量值。 一个典型的检测与转换系统基本组成如下： 2.简述心电信号检测系统的基本组成及各部分功能。 通道控制电路信号地差动放大电路滤波限波电路光 电隔 离电 路通道控制电路信号地系统地控制远端数字系统有线或无线数字通信光 电隔 离电 路信号地系统地微机系统(显示、存储、分析)微机接口电路A/D转换电路功能略。 3.简述工业检测技术涉及的主要物理量有哪些？ 工业检
2、测技术涉及主要内容包括： 热工量：温度、压力、压差、真空度、流量、流速、物位、液位等。 机械量：直线位移、角位移、速度、加速度、转速、应变、力矩、振动、噪声、质量等。 几何量：长度、厚度、角度、直径、间距、形状、粗糙度、硬度、材料缺陷等。 物体的性质和成分量：空气的湿度；气体的化学成分、浓度；液体的粘度、浊度、透明度；物体的颜色等。 状态量：工作机械的运动状态、生产设备的异常状态。 电工量：电压、电流、电功率、电阻、电感、电容、频率、磁场强度、磁通密度等。 4.检测仪表和检测系统的技术性能有哪些？有什么含义？如何测量或计算？ 见书上相关部分，略。 5.测量误差来源有那些？按误差出现的规律，测量
3、误差分哪几类？ 系统误差：简称系差，是按某种已知的函数规律变化而产生的误差。 随机误差：简称随差，又称偶然误差，它是由未知变化规律产生的误差，具有随机变量的一切特点，在一定条件下服从统计规律，因此经过多次测量后，对其总和可以用统计规律来描述，可以从理论上估计对测量结果的影响。 粗大误差：是指在一定的条件下测量结果显著地偏离其实际值时所对应的误差，简称粗差。 6.传感器的基本组成是什么？简述各部分主要功能。 电量 被测量 中间量 敏感元件能直接感受被测量，并将被测非电量信号按一定对应关系转换为易于转换为电信号的另一种非电量的元件。 传感元件能将敏感元件输出的非电信号或直接将被测非电量信号转换成电
4、量信号的元件。 转换电路将传感元件输出的电量信号转换为便于显示、处理、传输的有用电信号的电路。 电信号 转换元件 转换电路 7.对某量进行多次重复的等精度测量，测量次数为10次，在不考虑系统误差和粗大误差的情况下，测量结果如下，试求标准误差和极限误差，并写出测量结果表达式。123.95, 123.45, 123.60, 123.60, 123.87, 123.88, 123.00, 123.85, 123.82, 123.60。 计算过程略。 8.已知一组测量数据：x=1,2,；y=500.6,442.4,428.6,370.1,343.1。求其最小二乘线性度。要求：用C语言或Matlab语言
5、编程求取，给出程序代码和运行结果。 代码略。第2章 电阻式传感器 思考题 1. 什么是电阻式传感器？电阻应变效应做成的传感器可以测量哪些物理量？ 电阻式传感器是把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器。主要包括电阻应变式传感器、热电阻传感器、电位器式传感器和各种半导体电阻传感器等。 电阻应变式传感器是以电阻应变片做为传感元件的电阻式传感器。电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变片、补偿电阻和外壳组成。弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变片一起变形。 2. 解释应变效应、 压阻效应。试说明金属应变片与半导体应变片的相同和不同之处。 应变效应：导
6、体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化。 压阻效应：一块半导体材料的某一轴向受到一定作用力时，电阻率发生变化。 3. 一应变片的电阻R0=120W，S=2.05，用作应变为0.005的传感元件。 求DR与DR/R； 若电源电压E=3V,求测量电桥的非平衡输出电压U0。 计算过程略。 4. 电阻应变传感器在单臂电桥测量转换电路在测量时由于温度变化产生误差的过程。电阻应变式传感器进行温度补偿的方法是什么？ 答案略。 5. 有一吊车的拉力传感器如题图所示，电阻应变片贴在R1，R2，R3，R4等截面轴上，已知四个电阻的标称阻值为120W，桥路电压2V，物重m引起R1,
7、R2,R3,R4变化增量为1.2W。请画出应变片电桥电路，计算出测得的输出电压和电桥输出灵敏度，R3，R4起什么作用？ 略。第3章 电抗式和霍尔传感器 思考题 1. 电容式传感器的类型有哪些？可以测量那些物理量？有哪些优点和缺点？ 答案略。 2. 电容式传感器的转换电路有哪些？ 答案略 3. 已知平板电容传感器极板间介质为空气，极板面积S=4cm，间隙d0=0.1mm。求：传感器的初始电容值；若由于装配关系，使传感器极板一侧间隙d0，而另一侧间隙为d0+0.01mm，此时传感器的电容值。 答案略 4. 如题图3.2所示为一开关式全波相敏检波滤波电路，输入已调波xm(t)和载波y(t)如题图3.
8、3所示，画出xo(t)，x(t)的波形。 答案略 2题图3.2 题图3.3 5. 霍尔传感器的物理基础是什么？霍尔传感器由哪几部分组成？霍尔传感器有哪些用途？ 霍尔元件的结构很简单，由霍尔片、引线和壳体组成。 霍尔片是一个半导体四端薄片，几何形状为长方形，在薄片的相对两侧对称地焊上两对电极引出线，其中一对为控制电流端，另外一对为霍尔电势输出端。霍尔片一般用非磁性金属、陶瓷或环氧树脂封装。 电磁测量：测量恒定的或交变的磁感应强度、有用功率、无功功率、相位、电能等参数； 自动检测系统：多用于位移、压力的测量。 6. 霍尔集成电路有哪几种？ 答案略 第4章 有源传感器 思考题 1. 什么是光电效应?
9、光电效应的种类有哪些？ 光电效应分为光电子发射效应、光电导效应和光生伏特效应。 2. 常用的光电元件种类有哪些？给出它们的电路符号和典型应用电路。 答案略 3. 光敏电阻有哪些重要特性，在工业应用中是如何发挥这些特性的？ 光敏电阻主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。 4. 光电传感器控制电路如题图4.1所示，试分析电路工作原理： (1) GP-IS01是什么器件，内部由哪两种器件组成？ (2) 当用物体遮挡光路时，发光二极管LED有什么变
10、化？ (3) R1是什么电阻，起什么作用？如果VD最大额定电流为60mA，R1应该如何选择？ 题图4.1 答案略 第5章 其他传感器 思考题 1. 光纤传感器的性能有何特殊之处？主要有哪些应用？ 光纤传感器与常规传感器相比，最大优点是对电磁干扰的高度防卫，而且可以制成小型紧凑的器件，具有多路复用的能力等，在灵敏度、动态范围、可靠性等方面也具有明显的优势。 光纤传感器可测量位移、速度、加速度、液位、应变、压力、流量、振动、温度、电流、电压、磁场等物理量。 2. 光纤传感器有哪两种类型？光纤传感器调制方法有哪些？ =Asin(wt+j) 强度调制型(intensity modulated)； 偏振
11、调制型(polarization modulated)； 频率调制型(frequency modulated)； 相位调制型(phase modulated)。 在光纤中，要使光纤的入射光在光纤纤芯内全反射，需满足什么条件？写出推导过程。答案略 3. 光纤损耗是如何产生的?它对光纤传感器有哪些影响? 光纤在传播时，由于材料的吸收、散射和弯曲处的辐射损耗影响，不可避免的要有损耗，用衰耗系数a表示，其定义为：每公里光纤对光功率信号的衰减值，可表示为： Pa=10lgi (dB/km) Po式中，Pi：输入光功率值；Po：输出光功率值。 0.3如果某光纤的衰耗系数a=3dB/km，则Pi/Po=10
12、=2，意味着，经过一公里的光纤传输后，其光功率信号减少了一半。 4. 求光纤N1=1.46，N2=1.45时的NA值；如果外部的N0=1，求光纤的临界入射角。 答案略 第6章 信号放大技术 思考题 1. 常见的噪声干扰有哪几种?如何防护？ (1) 机械干扰 (2) 湿度及化学干扰 (3) 热干扰 (4) 固有噪声干扰 (5) 电、磁噪声干扰 2. 屏蔽有几种形式?各起什么作用? 屏蔽可以分为下列三类：静电屏蔽，电磁屏蔽，磁屏蔽。 3. 接地有几种形式?各起什么作用? 答案略 4. 测量放大器的特点是什么？什么条件下使用它？ 仪用放大器是一种精密的差动电压增益器件。它的特点是：高输入阻抗，低偏置
13、电流，低失调和低漂移，高共模抑制比，平衡的差动输入和单端输出。 它特别适合在比较恶劣的环境下作精密测量用，它的主要用途是作传感器的信号放大，或用作迭加有共模信号的差模小信号的前置放大。 5. 隔离放大器有什么隔离措施？隔离的目的是什么？ 如果要求输入电路与输出电路和电源之间实现电流或电阻的隔离或者当共模电压很高的时候，则应采用隔离放大器。 Ui1Ui2A1调制器解调器A2Uo铁芯铁芯 载波调制放大器 R2Uin+8V10KWR5R1A1A2A3R3W1Uout4.7KWR4P5212.7KW光电耦合器R6-12V-8V光电耦合器构成的隔离放大器 6. 试计算以下放大电路的放大倍数。 R2=10
14、0KU1U2R1=10KR2=101KU1UoR1=10KU2UgUoR1=10KR2=100KR1=10KR2=99K题图6.1a 题图6.1b 分别求出题图6.1a Uo的U2-U1、题图6.1b的UoUg7. 什么是共模抑制比？题图6.2中，已知电桥电源电压V=5V，RxR=100，为100应变片，其灵敏度系数为2，应变为0.005，测量放大器AD612共模抑制比为120dB，试计算测量放大器AD612的输出电压Uo. 题图6.2 第7章 信号滤波技术 思考题 1. 要对信号作以下处理，使之分别满足下列要求，试选择合适的滤波电路(低通、高通、带通、带阻) 信号频率为1kHz至2kHz为所
15、需信号 抑制50 Hz电源干扰。 低于5kHz为所需信号。 高于200 kHz信号为所需信号。 答案略 2. 画出理想的低通、高通、带通和带阻滤波器的幅频特性。 答案略 3. 试求出题图7.1a、7.1b所示电路的传递函数，指出它们为什么类型的滤波电路。 R2R2R1C1UiR1C1UiUoR3UoR3(a) (b) 4. 设二阶压控高通滤波器和一阶高通滤波器的如图7.2a、7.2b所示，它们的通带增益和特性频率都相同，若Aup=2，f0=10 kHz，试分别计算两图的Auf=100kHz和Auf=100Hz。 RfRfR1AR1Q=8Q=3UACQ=1UiCCoRRQ=0.8Q=0.5UiR0f(a) (b) 题图7.2 AAA2o阻带fU通带
