标 准 操 作 规 程
Standard Operating Procedure
1 目的
本规程用于生殖毒性试验中F1代大鼠学习记忆能力的测定。
2 适用范围
本SOP适用于从事Morris水迷宫（Ethovision XT）管理与使用的人员，以上人员应当阅读、理解、掌握并遵守本SOP。
3 用语说明
无。
4 正文
4.1 Morris水迷宫组成
水迷宫测试软件1套，大鼠圆形测试桶1套，视频采集卡1块，CCD摄像头1个，变焦镜头1组，万向支架1个，12V电源1个，支架1套，排水机1台，配套电缆1套，跳台1个，电脑1台（如下图）。
4.2 安装
按照Morris水迷宫（Ethovision XT）说明书安装调试。将水放入测试桶，水的深度超过跳台约1.5 cm。
4.3 使用方法
4.3.1 启动Ethovision XT
点击file菜单的new experiment。
命名新建的试验并选择保存位置。
4.3.2试验基本设定
4.3.2.1设定试验的跟踪方法（建议选择center-point detection）和视频源
对于实时采集的数据设定为live tracking，选择好相应的视频信号输入口，如果需要存储录像文件的话，点击settings按钮，在source下拉菜单里面选择Euresys PICOLO
DILIGENT sn/2541-VID4选项即可。其他选项建议保持默认设置。
4.3.2.2设定实验列表和独立变量
点击setup菜单的trial list
点击add trials按钮并输入实验动物的数量
4.3.2.3图像采集区域设定
点击setup 的arena settings，按照提示会进入到如下图像抓取界面。
点击grab按钮。
根据所用水迷宫的形状选择相应的画图工具，点击3点画圆工具，在不超出迷宫边界的内部尽量画一个大的圆。
点击zone group1，根据需要分析的区域类型用直线工具将圆均分为4个区域，再用圆形根据将平台标记出来。
点击label zone按钮给各个区域命名。各个区域的箭头一定要指在相应的区域内部。
点击calibration按钮，点击确定关闭软件弹出的提示。点击尺子工具，选择水面所
Morris水迷宫视频跟踪系统使用说明书 Morris水迷宫行为学是医学院校开展药理行为学研究的一个经典实验，本软件采用最新图像处理算法，实时跟踪大小鼠运动轨迹，得出小鼠在设定区域内经过的路径和所花的时间以及其它相关数据，通过这些定量数据，供实验人员分析，得出精确的结论。 该系统在进行图象计算分析的时候,对鼠无需染色,即可辨别,并且采用了最先进的图象压缩技术,用户可以长时间记录图像且暂用硬盘空间极小。并且提供事后图像分析的功能，便于用户反复分析，以得到最精确的结论。另外该系统包含一套严格的图象定位方法，使得实验结果误差最小化。 该设备由成都仪器厂制造并生产。
软件界面简介 视频显示区 显示摄像头捕捉视频的整个范围，我们默认定义为640X480分辨率采集图像。 并且显示4个观察桶区域的定义范围。 视频控制区 控制视频采集、暂停、记录、停止、设置、回放等功能。 轨迹显示区 显示跟踪到的大（小）鼠运动的轨迹，并且显示其相对坐标值和活动区域等信息。 时间轴控制区 当记录视频状态时，用于显示记录轨迹时间长度。 当分析视频状态事，用于显示记录总时间长度，并可以拖动滚动条定位视频时间位置。 实验信息显示区 该区域用于显示水迷宫设置状态和信息参数。 实验数据管理区 用于显示其定义的数据库所包含的所有记录的视频轨迹和统计结果所用到的统计方法。
完整实验步骤 设置数据（数据库）保存空间状态。 该软件采用目录数据库保存方式。 目录数据库的意思是，首先你需要定义一个总目录来保存你所有的视频和轨迹、实验信息数据。实验目录，其次你可以定义属于你自己的实验目录名称路径。下面我们做详细说明： 选择菜单“参数－>设置数据库目录路径”，弹出如下对话框。 选择一个硬盘目录作为你的数据库“总目录”例如我们选择“D:\BMP”作为数据库总目录。 那么你所有的实验目录和数据都保存在这个目录下，以后你可以直接到该目录下寻找文件。 下面我们需要定义属于你自己的实验项目（目录），点击工具条上的“”弹出设置对话框。
第1章传感器的技术基础 1.传感器的定义是什么？ 答：传感器最早来自于“sensor”一词，就是感觉的意思。随着传感器技术的发展，在工程技术领域中，传感器被认为是生物体的工程模拟物。而且要求传感器不但要对被测量敏感，还要就有把它对被测量的响应传送出去的功能，也就是说真正实现能“感”到，会“传”到的功能。 传感器是获取信息的一种装置，其定义可分为广义和狭义两种。广义定义的传感器是指那些能感受外界信息并按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置，以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要求。这里的“可用信号”是指便于处理、传输的信号，一般为电信号，如电压、电流、电阻、电容、频率等。狭义定义的传感器是指将外界信息按一定规律转换成电量的装置才叫传感器。 按照国家标准GB7665—87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。 国际电工委员会(IEC)将传感器定义为：传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号。美国测量协会又将传感器定义为“对应于特定被测量提供有效电信号输出的器件”。传感器也称为变换器、换能器或探测器。如前所述．感受被测量、并将被测量转换为易于测量、传输和处理的信号的装置或器件称为传感器。 2.简述传感器的主要分类方法。 答：(1)据传感器与外界信息和变换效应的工作原理，可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器三大类。 (2)按输入信息分类。传感器按输入量分类有力敏传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、热敏传感器、振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器
第1章传感器基础理论思考题与习题答案 1.1什么是传感器？（传感器定义） 解：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路组成。 1.2传感器特性在检测系统中起到什么作用？ 解：传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系，所以它在检测系统中的作用非常重要。通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态特性。静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 1.3传感器由哪几部分组成？说明各部分的作用。 解：传感器通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路三部分组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分，转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成电信号的部分，调节转换电路是指将非适合电量进一步转换成适合电量的部分，如书中图1.1所示。 1.4传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意 义？动态参数有那些？应如何选择？ 解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。意义略（见书中）。动态参数有最大超调量、延迟时间、上升时间、响应时间等，应根据被测非电量的测量要求进行选择。 1.5某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为300mV，求其灵敏度。 解：其灵敏度 3 3 30010 60 510 U k X - - ?? === ?? 1.6某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃、
Morris水迷宫及分析系统参数一 1.工作条件 1.1本本仪器可在下列条件下工作： 电源：220伏（±10％），单相，50赫兹（±1赫） 环境温度：摄氏0度——摄氏40度 技术参数 2.1 技术功能指标 2.1.1 A、B、C、D四个区的运动时间 2.1.2 A、B、C、D四个区的运动距离 2.1.3大（小）鼠在迷宫中运动的总时间 2.1.4大（小）鼠在迷宫中运动的总距离 2.1.5 大（小）鼠穿越目标区域的次数 2.1.6 内环、中环、外环的运动时间 2.1.7内环、中环、外环的运动距离 2.1.8大（小）鼠在迷宫中运动的平均速度 *2.1.9大（小）鼠在各个区域中运动的时效 *2.1.10大（小）鼠在迷宫中运动轨迹的回放 *2.1.11实时生成的数据可以导入Excel 2.2 技术参数指标 *2.2.1 传输方式：USB2.0 2.2.2 采样位数：10bit 2.2.3 动态范围：80dB－100dB 2.2.4 镜头接口：C/CS 2.2.5 供电方式：单独＋12V供电 2.2.6 幅面：1280×1024 2.2.7 快门速度：8μs－26μs 2.2.8 快门方式：电子快门 2.2.9 象元尺寸：6.7μm×6.7μm 2.2.10 软件支持：jpg，bmp 2.附件、备件、专用工具或其他消耗品 3.1水迷宫测试软件一套 *3.5微视USB摄像头一个（USB接口可以代替采集卡，传输速度是采集卡的10倍） 3.6万向支架一个 3.7 12V电源一个 3.8 排水机一个 3.9 水温调控装置一个 3.10 配套电缆一套 3.11 说明书一本
参数二 系统功能特点要求： 1.适用于（大小鼠）神经药理学，神经生理学，神经心理学，老年病学等的研究。 2.采用视频摄像跟踪技术，实现实验过程的自动化，实现Morris水迷宫实验的定量化、精确化和客观性； 3.Morris水迷宫的尺寸规格按照Morris本人的设计，采用玻璃钢制作，可长期使用，视频摄像系统固定在特制的支架上，可拆卸，方便实验； 4.能够储存原始的视频图像，视频文件格式支持AVI和MPEG-1压缩格式；空间分辨率最高可达640x480像素（常用320x240像素），时间分辨率最高可达25帧/秒（常用15帧/秒）；测量所得的指标结果精度高并供完整的实验数据库功能，作为研究的真实记录和今后进行教学演示的素材； 5.可在星光条件（0.01Lux）下进行视频分析（包括实时分析）； 6.采用开放式、模块化设计，系统可扩展性强，可外接其他的分析模块，轨迹点坐标序列数据和指标结果可导入到Excel，便于用户在Excel、SPSS、SAS等分析统计软件中作进一步分析处理； 8.分析灵活，支持时段分析，支持定时终止和人工终止，并具有丰富的显示方式，能对动物的运动情况采用轨迹图、参数指标、曲线、直方图等多种显示方式，并可生成完整的报告，供打印输出； 水迷宫软件功能： 1.可记录大小鼠游泳路径距离，时间，速度。 2.可进行象限分析，包括各象限的距离，时间等。 3.可测定入水角度. 4.可测定穿越目标区次数。 5.可进行环行分析。 6.可自动记录大小鼠第一次到达目标区的时间、距离。 7.可实时观测和记录大小鼠运动的轨迹。并具备轨迹回放功能 8.全部数据可自动生成EXCEL结果。 9.实时图像在1024*768，16位或32位真彩色状态下观测。画面为 768*576像素，25帧/秒。 10.可以实时录像，以进行图像回放。 11.数据和轨迹可打印，并以数据库方式（名称，组别，动物编号）储存 结果，删除方便。 12.可人工设定采样时间。
四班第一小组M orris水迷宫实验结果 PTajecti fcrria AniruLi 3 0 ] 6 +M EQI須7-￡却曲1分齟；动斗 D祇理201fH\2-3\ Prajecti Ufosri学 A JIUW T F 2 0 16+科蚀苗-卜？荊4试「於矩J =hU Pat PF ?0J叭壯為' 动物背 总路程2786.55cm 潜伏期89.96s 平均速度30.98m*S-1 搜索策略趋向式 动物后肢 总路程2414.41cm潜伏期86.28s 平均速度27.32m*S-1 搜索策略随机式 PToiecti SoETla Anirtali 3 0 J & +M JO]5-4-2>S3 动斗 D就日* 201fM\2-3\ Frojecti Narris Inuuli 2 0 ] 6 +利沏Nl-2湖试L刑恥动峻 Patei 2OJ0M\23\ 动物空白 总路程666.73cm潜伏期16.68s 平均速度35.54m*S-1 搜索策略随机式 动物前肢 总路程1895.37cm 潜伏期50.76s 平均速度35.87m*S-1 搜索策略随机式 Pta ject? Itorrla irtali 3 0 J & +M EQ1E77却忖1 W3 动斗 DX 强201fH\2-3\ Frojecti Karris 2 0 1 P伞利的淖Tl-2溯试■斗唯 Patei 2OJ0\4\23\ 动物头 总路程2673.41cm 潜伏期90.12s 平均速度29.67m*S-1 搜索策略随机式 动物尾 总路程244.68cm潜伏期5.64s 平均速度31.69m*S-1 搜索策略趋向式nv-ii nv-ii XE-I KE-I SW-III nv-ir KE-I DV-II ME- I nu-ii JW-II XE-I KE-I SV-III SE-n
第1章概述 1.什么是传感器？ 传感器定义为能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 1.2传感器的共性是什么？ 传感器的共性就是利用物理规律或物质的物理、化学、生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。 1.3传感器由哪几部分组成的？ 由敏感元件和转换元件组成基本组成部分，另外还有信号调理电路和辅助电源电路。 1.4传感器如何进行分类？ （1）按传感器的输入量分类，分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。（2）按传感器的输出量进行分类，分为模拟式和数字式传感器两类。（3）按传感器工作原理分类，可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。（4）按传感器的基本效应分类，可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。（5）按传感器的能量关系进行分类，分为能量变换型和能量控制型传感器。（6）按传感器所蕴含的技术特征进行分类，可分为普通型和新型传感器。 1.5传感器技术的发展趋势有哪些？ （1）开展基础理论研究（2）传感器的集成化（3）传感器的智能化（4）传感器的网络化（5）传感器的微型化 1.6改善传感器性能的技术途径有哪些？ （1）差动技术（2）平均技术（3）补偿与修正技术(4)屏蔽、隔离与干扰抑制 (5)稳定性处理 第2章传感器的基本特性 2.1什么是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？ 答：传感器的静态特性是指在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系。主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、温度漂移。 2.2传感器输入-输出特性的线性化有什么意义？如何实现其线性化？ 答：传感器的线性化有助于简化传感器的理论分析、数据处理、制作标定和测试。常用的线性化方法是：切线或割线拟合，过零旋转拟合，端点平移来近似，多数情况下用最小二乘法来求出拟合直线。 2.3利用压力传感器所得测试数据如下表所示，计算其非线性误差、迟滞和重复性误差。设压力为0MPa 时输出为0mV,压力为0.12MPa时输出最大且为16.50mV. 非线性误差略 正反行程最大偏差?Hmax=0.1mV，所以γH=±?Hmax0.1100%=±%=±0.6%YFS16.50 重复性最大偏差为?Rmax=0.08，所以γR=±?Rmax0.08=±%=±0.48%YFS16.5 2.4什么是传感器的动态特性？如何分析传感器的动态特性？ 传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即输出对随时间变化的输入量的响应特性。
发布日期20060622 栏目化药药物评价>>非临床安全性和有效性评价 标题动物学习记忆试验常用方法分析 作者王庆利 部门 正文内容 审评四部八室王庆利 随着老龄社会的到来，有关老年病治疗药物的开发成为一个热点，其中老年性痴呆治疗或改善学习记忆的药物就是其中一个例子，该方面的新药申报 品种日渐增多。从国内外的研究现状看尚无真正能治疗“痴呆”的药物，目前已 上市的或开发过程中的药物主要是改变痴呆的学习记忆功能，其临床定位也 主要为改善痴呆患者的学习记忆功能。 在非临床有效性研究过程中，主要采用行为学试验研究药物对动物学习记忆功能的影响。人和动物的内部心理过程是无法直接观察到的，只能根据可 观察到的刺激反应来推测脑内发生的过程，对脑内记忆过程的研究只能从人 类或动物学习或执行某项任务后间隔一定时间，测量他们的操作成绩或反应 时间来衡量这些过程的编码形式、贮存量、保持时间和它们所依赖的条件等 等。学习、记忆实验方法的基础是条件反射，各种各样的方法均由此衍化出
来。目前已经建立了大量的学习记忆研究的行为学方法，各有优缺点。现将常用的动物学习、记忆实验方法简述如下。 一、抑制性（被动）回避 在记忆研究中，一个最重要的动物模型就是抑制模仿活动或学习习惯。被动回避实验通过动物学会去掉某种特定的行为而逃避某种讨厌的事情。 1. 跳台实验 原理：在一个开阔的空间，动物大部分时间都在边缘与角落里活动。在方形空间中心设置一个高的平台，底部铺以铜栅，铜栅通电。当把动物放在平台上时，它几乎立即跳下平台，并向四周进行探索。如果动物跳下平台时受到电击，其正常反应是跳回平台以躲避伤害性刺激。多数动物可能再次或多次跳至铜栅上，受到电击后又迅速跳回平台。 观察指标：首次跳下平台的潜伏期、一定时间内受电击的次数（错误次数），24小时后受电击的动物数、第一次跳下平台的潜伏期和一定时间内的错误总数。 优缺点：简便易行，根据试验设备的不同，一次可同时试验多只动物，可实现组间平行操作。既可观察药物对记忆过程的影响，也可观察对学习的影响。有较高的敏感性，尤适合于药物初筛。缺点是动物的回避性反应差异较大，因此需要检测大量的动物。如需减少差异或少用动物，可对动物进行预选或按学习成绩好坏分档次进行试验。 2. 避暗实验 原理：利用小鼠或大鼠具有趋暗避明的习性设计的装置，一半是暗室，一
2020年传感器原理课后答案精编版
第一章传感与检测技术的理论基础 1．什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？ 答：某量值的测得值和真值之差称为绝对误差。 相对误差有实际相对误差和标称相对误差两种表示方法。实际相对误差是绝对误差与被测量的真值之比；标称相对误差是绝对误差与测得值之比。 引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法，也用相对误差表示，它是相对于仪表满量程的一种误差。引用误差是绝对误差（在仪表中指的是某一刻度点的示值误差）与仪表的量程之比。 2．什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？它们通常应用在什么场合？ 答：测量误差是测得值与被测量的真值之差。 测量误差可用绝对误差和相对误差表示,引用误差也是相对误差的一种表示方法。 在实际测量中，有时要用到修正值，而修正值是与绝对误差大小相等符号相反的值。在计算相对误差时也必须知道绝对误差的大小才能计算。 采用绝对误差难以评定测量精度的高低，而采用相对误差比较客观地反映测量精度。 引用误差是仪表中应用的一种相对误差，仪表的精度是用引用误差表示的。 3．用测量范围为-50～+150kPa的压力传感器测量140kPa压力时，传感器测得示值为142kPa，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。 解：绝对误差 2 140 142= - = ?kPa 实际相对误差 % 43 .1 % 100 140 140 142 = ? - = δ 标称相对误差 % 41 .1 % 100 142 140 142 = ? - = δ 引用误差 % 1 % 100 50 150 140 142 = ? - - - = ） （ γ 4．什么是随机误差？随机误差产生的原因是什么？如何减小随机误差对测量结果的影响？ 答：在同一测量条件下，多次测量同一被测量时，其绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差称为随机误差。 随机误差是由很多不便掌握或暂时未能掌握的微小因素（测量装置方面的因素、环境方面的因素、人员方面的因素），如电磁场的微变，零件的摩擦、间隙，热起伏，空气扰动，气压及湿度的变化，测量人员感觉器官的生理变化等，对测量值的综合影响所造成的。 对于测量列中的某一个测得值来说，随机误差的出现具有随机性，即误差的大小和符号是不能预知的，但当测量次数增大，随机误差又具有统计的规律性，测量次数越多，这种规律性表现得越明显。所以一般可以通过增加测量次数估计随机误差可能出现的大小，从而减少随机误差对测量结果的影响。 5．什么是系统误差？系统误差可分哪几类？系统误差有哪些检验方法？如何减小和消除系统误差？答：在同一测量条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按一定规律变化的误差称为系统误差。
Morris水迷宫简介 Morris水迷宫是英国心理学家Morris于20世纪80年(1981)代初设计并应用于脑学习记忆机制研究的一种实验手段,其在AD研究中的应用非常普遍[3]。较为经典的Morris水迷宫,测试程序主要包括定位航行试验和空间探索试验两个部分。其中定位航行试验(place navigation)历时数天,每天将大鼠面向池壁分别从4个入水点放入水中若干次,记录其寻找到隐藏在水面下平台的时间(逃避潜伏期,escape latency)。空间探索试验(spatial probe)是在定位航行试验后去除平台,然后任选一个入水点将大鼠放入水池中,记录其在一定时间内的游泳轨迹,考察大鼠对原平台的记忆。 自从20多年前Morris水迷宫被发明以来，很多学者都采用此方法研究动物的空间学习记忆能力，并在经典的Morris水迷宫基础上进行了很多改进，如Markowska发现如果在空间探索试验阶段中能让平台间歇性的出现，这样较经典的方案能更加敏感的地测量动物的空间记忆能力。Arteni采用双平台的水迷宫，轮流升起其中一个平台的方法来测量动物的工作记忆等等。Morris水迷宫广泛用于啮齿类动物的视觉相关的空间记忆和工作记忆的测量中，但是否适用于测量动物的长时记忆还存在争议。 应用领域 Morris水迷宫（Morris water maze, MWM）实验是一种强迫实验动物（大鼠、小鼠）游泳，学习寻找隐藏在水中平台的一种实验，主要用于测试实验动物对空间位置感和方向感（空间定位）的学习记忆
能力。被广泛应用于学习记忆、老年痴呆、海马/外海马研究、智力与衰老、新药开发/筛选/评价、药理学、毒理学、预防医学、神经生物学、动物心理学及行为生物学等多个学科的科学研究和计算机辅助教学等领域，在世界上已经得到广泛地认可，是医学院校开展行为学研究尤其是学习与记忆研究的首选经典实验。Morris水迷宫其最主要的附件之一就是水池，水池的质量及功能是实验不可却少的部分，在实验中水温的温度是实验的关键，淮北正华生物仪器设备有限公司生产的恒温水池是国内唯一有此功能的，其温度控温，及准确度已达到先进水平。 实验原理 虽然老鼠是天生的游泳健将，但是它们却厌恶处于水中的状态，同时游泳对于老鼠来说是十分消耗体力的活动，他们会本能的寻找水中的休息场所。寻找休息场所的行为涉及到一个复杂的记忆过程，包括收集与空间定位有关的视觉信息，再对这些信息进行处理、整理、记忆、加固、然后再取出，目的是能成功的航行并且找到隐藏在水中的站台，最终从水中逃脱。 淮北正华生产的Morris分析软件[1] Morris水迷宫的组成部分
第一章 1、何为传感器及传感技术？ 人们通常将能把被测物理量或化学量转换为与之有对应关系的电量输出的装置称为传感器，这种技术被称 为传感技术。 2、传感器通常由哪几部分组成？通常传感器可以分为哪几类？若按转换原理分类，可以分成几类？ 传感器通常由敏感元件、传感元件和其他辅助元件组成，有时也把信号调节和转换电路、辅助电源作为传 感器的组成部分。 传感器一般按测定量和转换原理两种方法进行分类。 按转换原理分类可以分为能量转换型传感器和能量控制型传感器。 3、传感器的特性参数主要有哪些？选用传感器应注意什么问题？ 传感器的特性参数：1 静态参数：精密度，表示测量结果中随机误差大小的程度。 正确度,表示测量结果中系统误差大小程度。 准确度，表示测量结果与被测量的真值之间的一致程度。 稳定度、鉴别度、分辨力、死区、回程误差、线性误差、零位误差等。 动态参数：时间常数t:在恒定激励理 第二章 1、光电效应有哪几种？与之对应的光电器件和有哪些？ 光电传感器的工作原理基于光电效应。 光电效应总共有三类：外光电效应（光电原件有：光电管、光电倍增管等、内光电效应（光敏电阻）、光生 伏特效应（光电池、光敏二极管和光敏三极管） 2、什么是光生伏特效应？ 光生伏特效应：在光线的作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。 3、试比较光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管的性能差异，并简述在不同的场和下应选用哪种器 件最为合适。 光敏二极管：非线性器件，具有单向导电性。（PN 结装在管壳的顶部，可以直接爱到光的照射）通常处于 反向偏置状态，当没有交照射时，其反向电阻很大反向，反向电流很小，这种电流称为暗电流。当有光照 射时，PN 结及附近产生电子-空穴对，它们的反向电压作用下参与导电，形成比无光照时大得多的反向电 流，该反向电流称为光电流。 不管硅管还是锗管，当入射光波长增加时，相对灵敏度都下降。，因为光子能量太小不足以激发电子-空穴 对，而不能达到PN 结，因此灵敏度下降。 探测可见光和赤热物时，硅管。对红外光进行探测用锗管。光敏三极管：有两个PN 结，比光敏二极管拥有更高的灵敏度。 光敏电阻：主要生产的光敏电阻为硫化镉。 7、简述光纤的结构和传光原理。光纤传感器有哪些类型？他们之间有什么区别？
《传感器原理及工程应用》完整版习题答案 第1章 传感与检测技术的理论基础（P26） 1—1：测量的定义？ 答：测量是以确定被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。 所以, 测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较， 确定被测量对标准量的倍数。 1—2：什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？ 1－ 3 用测量范围为－50～150kPa 的压力传感器测量140kPa 的压力时，传感器测得示值为142kPa ，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。 解： 已知： 真值L ＝140kPa 测量值x ＝142kPa 测量上限＝150kPa 测量下限＝－50kPa ∴ 绝对误差 Δ＝x-L=142-140=2(kPa) 实际相对误差 ％＝ ＝43.11402 ≈?L δ 标称相对误差 ％＝＝41.1142 2≈?x δ 引用误差 ％－－＝测量上限－测量下限＝ 1) 50(1502 ≈?γ 1－10 对某节流元件（孔板）开孔直径d 20的尺寸进行了15次测量，测量数据如下（单位：mm ）： 120.42 120.43 120.40 120.42 120.43 120.39 120.30 120.40 120.43 120.41 120.43 120.42 120.39 120.39 120.40 试用格拉布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差，并写出其测量结果。 答：绝对误差是测量结果与真值之差, 即: 绝对误差=测量值—真值 相对误差是绝对误差与被测量真值之比,常用绝对误差与测量值之比,以百分数表示 , 即: 相对误差=绝对误差/测量值 ×100% 引用误差是绝对误差与量程之比,以百分数表示, 即: 引用误差=绝对误差/量程 ×100%
附3. 大（小）鼠Morris水迷宫 “水迷宫”是由Richard Morris在1984年发明的，随后他阐述了评估学习记忆方法的细节和步骤。近30年来，在行为神经科学研究中，它成为最常用的验室研究工具之一。水迷宫实验常被用于啮齿类动物神经认知疾病模型的验证和神经认知治疗可行性的评估。有相当多的试验者利用水迷宫来评价动物的学习与记忆能力，同时也利用该实验评价水迷宫成绩、神经递质系统、药物作用之间的关系。通过非常多的应用，水迷宫实验在当代神经科学研究中占据了一个十分重要的位置。 实验将大（小）鼠置于恒温水池中，大（小）鼠会试图找到让自己脱离浸在水中的位置，在池中特定位置放置一个平台，让大（小）鼠通过学习知道平台的位置，之后撤去平台，通过对大（小）鼠空间探索训练与定向航行实验中相关指标的检测分析，评价大（小）鼠的对空间位置学习能力以及记忆能力 一、操作步骤： 1. 使用CLEVER公司行为学观测系统，北京硕林苑科技有限公司的SLY-WMS装置联合分析，水迷宫主要由一圆柱型水池和一可移动位置的站台组成。水池高70cm，直径160cm，站台直径8cm，水池上空通过一个数字摄相机与计算机相连接。预先在水池中注入清水，水深40cm，加入炭素墨水/奶粉使池水变为不透明的黑/白色，站台表面为黑/白色，使大（小）鼠不能看到，水面高出站台表面0.5cm。水温控制在19～21℃，在水池上标定相同一点作为每次实验大（小）鼠的入水点。 2．实验前一天让大（小）鼠自由游泳2min以适应周围环境，从第一天开始，每天训练4次，每次随机选择一个入水点，将大（小）鼠面向池壁放入水中，观察并记录大鼠寻找并爬上平台的路线图及所需时间（逃避潜伏期）。4次训练大（小）鼠分别从四个不同的入水点入水，如果在120s内未找到平台，需将其引至平台。这时潜伏期记为120s，每次训练间隔60s，连续4～7天。 3．实验时，将大（小）鼠置于水中，记录逃避潜伏期、轨迹图、各象限游泳距离。软件操作步骤见说明书。
第五章 3.试述霍尔效应的定义及霍尔传感器的工作原理。 霍尔效应：将半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行于电流和磁场方向的两个面之间产生电动势，这种现象称为霍尔效应。 霍尔传感器工作原理：霍尔传感器是利用霍尔效应原理将被测物理量转换为电动势的传感器。在垂直于外磁场B的方向上放置半导体薄片，当半导体薄片流有电流I时，在半导体薄片前后两个端面之间产生霍尔电势Uho霍尔电势的大小与激励电流I和磁场的磁感应强度成正比，与半导体薄片厚度d成反比。 4?简述霍尔传感器的组成，画出霍尔传感器的输出电路图。 组成：从矩形薄片半导体基片上的两个相互垂直方向侧面上，引出一对电极，其中1-1'电极用于加控制电流，称控制电流，另一对2-2'电极用于引出霍尔电势。在基片外面用金属或陶瓷、环氧树脂等封装作为外壳。 电路图： 5.简述霍尔传感器灵敏系数的定义。 答：它表示一个霍尔元件在单位激励电流和单位磁感应强度时产生霍尔电势的大小。 7?说明单晶体和多晶体压电效应原理，比较石英晶体和压电陶瓷各自的特点。原理：石英晶体是天然的六角形晶体，在直角坐标系中，x轴平行于它的棱线，称为电轴，通常把沿电轴方向的作用下产生电荷的压电效应称为纵向压电效应；y轴垂直于它的棱面，称为机械轴，把沿机械轴方向的力作用下产生电荷的压电效应称为横向压电效应；z轴表示其纵轴，称为光轴，在光轴方向时，不产生压电效应。 压电陶瓷是人工制造的多晶体，在极化处理以前，各晶粒的电畴按任意方向排列，当陶瓷施加外电场时，电畴由自发极化方向转到与外加电场方向一致，此时，压电陶瓷具有一定极化强度，这种极化强度称为剩余极化强度。由于束缚电荷的作用，在陶瓷片的电极表面上很快就吸附了一层来自外界的自由电荷，正负电荷距离大小因压力变化而变化，这种由机械能转变成电能的现象就是压电陶瓷的正压电效应，放电电荷的多少与外力的大小成比例关系，Q=d33F 特点：石英晶体：（1）压电常数小，时间和温度稳定性极好；（2）机械强度和品质因素高，且刚度大，固有频率高，动态特性好；（3）居里点573°C,无热释电性，且绝缘性、重复性均好。压电陶瓷的特点是：压电常数大，灵敏度高；制造工艺成熟，可通过合理配方和掺杂等人工控制来达到所要求的性能；成形工艺性也好，成本低廉，利于广泛应用。 压电陶瓷除有压电性外，还具有热释电性。因此它可制作热电传感器件而用于红外探测器中。但作
Morris水迷宫实验 一、实验用品的准备： 毛巾或电吹风、染料(黑白鼠染料不一样)、细木棍、深泡沫盒 二、实验前的准备： 1. 在实验前一天晚上，把水迷宫和实验室打扫干净。 a. 水迷宫中动物粪便要处理干净 b. 实验室内保证通风、无异味 c. 实验过程中，要经常更换池中水，大鼠2-3天，小鼠6-7天。 2. 将水注入水迷宫中，水的高度在高过站台1cm左右（水深参考：大鼠：30CM；小鼠：20CM）。注：公共平台水迷宫型号是XR-XM101，大鼠水池直径1600cm，池高50cm；小鼠水池直径1200cm，池高40cm；大鼠站台直径为20cm，小鼠为10cm，离池壁30cm。 3. 保持合适水温（参考：大鼠：25±1℃；小鼠：21~22℃），如果水温过低，请使用快速热水器将热水加入水迷宫中，调至合适温度，水迷宫池边有一个温度测量器，可显示池中温度。 4. 实验前三十分钟把动物带入实验室中熟悉环境。 5. 加入合适的染料(黑鼠加色素或牛奶，白鼠清水或黑墨水)到水中，然后打开实验电脑，通过监视系统人工调节光线来达到光的均匀分布。如果加色素或墨水，拉上窗帘，打开室内灯，如果清水，开灯会反光，则关上室内灯，打开窗帘。 6. 检查标记物是否在固定的位置，整个几天实验中，标记物不可移动，实验人员将动物放入池中后，站到或坐到固定的位置。 三、正式实验步骤： 将已经编好号的大鼠/小鼠依次放入水迷宫进行实验，具体操作如下： 1. 实验人员A从鼠笼中取出小动物，然后快速放入水迷宫中。注意：a. 将动物面向池壁放入水中；b. 快速将动物在水平面放下，不可直接扔下去；c. 入水点选4个象限的位置，每个入水点每组都检测，共四轮（按距离站台的远-近-远-近次序）；d. 实验人员A把动物放入水迷宫后迅速离开。 2. 实验人员B通过监视系统观测到动物入水的一瞬间，然后快速的按下录象键。两人配合，最好A喊一声，然后B准备，之后动物入水瞬间按键。 3. 设置录像时间为90s，当动物到达站台保持30s视为找到站台，这时录像自动停止；如果实验人员B通过监视系统观测到动物在规定时间内没有游上站台，马上通知实验人员A 用细木棍引导小动物上站台，让动物在站台上10s熟悉周边环境后取走；如果动物到达平台，未停留规定时间，也须重新在站台上熟悉10s后取走。 4. 实验人员A将动物从水迷宫中取出后，请用毛巾将小动物檫干，一次做完每组实验，
第一章传感与检测技术的理论基础 1．什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？ 答：某量值的测得值和真值之差称为绝对误差。 相对误差有实际相对误差和标称相对误差两种表示方法。实际相对误差是绝对误差与被测量的真值之比；标称相对误差是绝对误差与测得值之比。 引用误差是仪表用的一种误差表示方法，也用相对误差表示，它是相对于仪表满量程的一种误差。引用误差是绝对误差（在仪表中指的是某一刻度点的示值误差）与仪表的量程之比。 2．什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？它们通常应用在什么场合？ 答：测量误差是测得值与被测量的真值之差。 测量误差可用绝对误差和相对误差表示,引用误差也是相对误差的一种表示方法。 在实际测量中，有时要用到修正值，而修正值是与绝对误差大小相等符号相反的值。在计算相对误差时也必须知道绝对误差的大小才能计算。 采用绝对误差难以评定测量精度的高低，而采用相对误差比较客观地反映测量精度。 引用误差是仪表中应用的一种相对误差，仪表的精度是用引用误差表示的。 3．用测量围为-50～+150kPa的压力传感器测量140kPa压力时，传感器测得示值为142kPa，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。 解：绝对误差 2 140 142= - = ?kPa 实际相对误差 % 43 .1 % 100 140 140 142 = ? - = δ 标称相对误差 % 41 .1 % 100 142 140 142 = ? - = δ 引用误差 % 1 % 100 50 150 140 142 = ? - - - = ） （ γ 4．什么是随机误差？随机误差产生的原因是什么？如何减小随机误差对测量结果的影响？ 答：在同一测量条件下，多次测量同一被测量时，其绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差称为随机误差。 随机误差是由很多不便掌握或暂时未能掌握的微小因素（测量装置方面的因素、环境方面的因素、人员方面的因素），如电磁场的微变，零件的摩擦、间隙，热起伏，空气扰动，气压及湿度的变化，测量人员感觉器官的生理变化等，对测量值的综合影响所造成的。 对于测量列中的某一个测得值来说，随机误差的出现具有随机性，即误差的大小和符号是不能预知的，但当测量次数增大，随机误差又具有统计的规律性，测量次数越多，这种规律性表现得越明显。所以一般可以通过增加测量次数估计随机误差可能出现的大小，从而减少随机误差对测量结果的影响。 5．什么是系统误差？系统误差可分哪几类？系统误差有哪些检验方法？如何减小和消除系统误差？ 答：在同一测量条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按一定规律变化的误差称为系统误差。 系统误差可分为恒值（定值）系统误差和变值系统误差。误差的绝对值和符号已确定的系统误差称为恒值（定值）系统误差；绝对值和符号变化的系统误差称为变值系统误差，变值系统误差又可分为线性系统误差、周期性系统误差和复杂规律系统误差等。 在测量过程中形成系统误差的因素是复杂的，通常人们难于查明所有的系统误差，发现系统误差必须
Morris水迷宫实验标准 目录 一、实验原理（水迷宫的发展史，以及简单的实验原理和应用领域，以及在我国的发展情况和国内外的主要厂家） 二、Morris水迷宫的组成（主要分为硬件和图像采集，软件） 三、硬件准则（国内外文献提及到的硬件准则，我们主要针对国内文献提及到的） 四、实验流程准则（实验细节） 五、统计方法学准则（遵循统计学原理） 六、评价指标的准则（实验数据的解释） 七、实验适用范围准则（实验适用四个领域，与水迷宫的10个优点） 八、实验注意事项以下准则仅供实验参考，行为学实验必须依据自身的实际课题来恰当安排实验。 一、实验原理 20世纪80年代初,英国的心理学家Morris和他的同事利用大鼠在盛有水和牛奶混合物的不透
明水池中搜索目标物的方法,研究大鼠的海马等脑区受到损害后的学习、记忆和空间定向以及认知能力时取得了令人瞩目的结果。这种装置不但构思新颖、实验设计合理以及方法简便和实用,而且便于观察和记录动物入水后搜索藏在水下平台所需的时间、采用的策略和它们的游泳轨迹,从而可分析和推断动物的学习、记忆和空间认知等方面的能力。虽然起初的实验对象为大鼠，但此后该迷宫系统成为评估啮齿类动物空间学习和记忆能力的经典程序，广泛运用于神经生物学、药理学等领域的基础和应用研究中。它能较客观地衡量动物空间记忆、工作记忆以及空间辨别能力的改变。因此,这种研究方法很快就引起各国神经科学家的关注,并将此法称为Morris水迷宫法。国外有许多生产Morris水迷宫的公司，比如说德国的TSE公司，美国的Sandiegoinstruments 公司、德国Biobserve公司、荷兰Noldus等等；20世纪80年代末,中国科学院心理研究所建立了我国第一个Morris水迷宫实验室,并于90年代初建立了Morris水迷宫图像自动采集和处理系统。国内随后出现了许多Morris水迷宫生产厂家，比如说有上海软隆科技有限公司、安徽正华生物仪器设备有限公司、北京智鼠多宝科技有限公司等等，但是从国际到国内，Morris水迷宫的硬件设备，软件系统，实验方法，以及实验数据的处理方法都不尽相同，因此，从Morris水迷宫法的发明到现在已有20余年的历史了，应该制定一套比较标准的实验准则了。 二、Morris水迷宫的组成 Morris实验系统由水迷宫装置、水迷宫图像自动采集和软件分析系统组成。 1、Morris水迷宫装置:主要由盛水的水池和一个可调节高度和可移动位置的站台所组成。 2、水迷宫图像自动采集和软件分析系统:该系统的主要部件为摄像机、计算机和图像采集卡等。这种系统有多种型号,但工作原理和流程大致相似:摄像头采集大鼠游泳图像(模拟信号)输入到计算机中的图像采集卡进行模/数转换,大鼠游泳的模拟图像转化为数字图像 储存于硬盘中,将数字图像进行图像分析得到有关的测试参数。软件分析系统能自动地采集动物的入水位置、游泳的速度、搜索目标等所需时间、运行轨迹和搜索策略等参数,并可将所采集的各种资料进行统计和分析。 三、硬件准则要求 1、水池和站台：对于水池的大小，存在一个人为选择的问题，看起来应该统一标准，其实并不容易。但是有个原则就是水池不能太小，站台也不能太大。Morris最初（1981年）用于大鼠的水池是直径1.32米、高为0.6米，水池的水深为0.40米;但后来（1984年）改为直径2.14米、高0.4米，水池的水深为0.25米。对于小鼠的实验水池，文献中介绍的迷宫直径差异巨大，小到0.6米,大到2.0米。一般而言，过小的水池使小鼠爬上平台的偶然性增加，任务难度减小。过大的水池会使小鼠游泳路径延长，体力消耗过大，爬上站台的机率减少。现在国内文献中所用水迷宫水池
2-4 2-5 原因：U (? NR 、 △氏斗=亍————+— △ R, 1 A/?. 一 △七 A/?.R\ R 2 R$ M 衡量传感器静态特性的主要指标。说明含义。 1、 线性度一一表征传感器输出■输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合(或偏离)程度的指标。 2、 灵敏度一一传感器输出量增量与被测输入量增量之比。 3、 分辨力一一传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。 1?2计算传感器线性度的方法，差别。 1、 理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，与实际测试值无关。 2、 端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。 3、 “最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反行程校准曲线对它的正负偏差相等 并 且最小。这种方法的拟合精度最高。 4、 最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数据的残差平方和最小。 2- 1金属应变计与半导体工作机理的异同？比较应变计各种灵敏系数概念的不同意义。 (1)相同点：它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化所；不同点：金属材料的应变效 应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的 相对变化为主，而机械形变为辅。 (2)对于金属材料，灵敏系数Ko-Km=(l+2u)+C(l-2u)o 前部分为受力后金属几何尺寸变化，一?般U ^0. 3,齿I 匕(1+2 U )=1.6；后部分为电阻率随应变而变的部分。金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。 对于半导体材料，灵敏系数K 。二Ks=(l+2u)+ nE 。前部分同样为尺寸变化，后部分为半导体材料的压阻效应所致, 而JiE 》(1+2 u),因此Ko=Ks=JiEo 半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。 2-3简述电阻应变计产生热输出(温度误差)的原因及其补偿办法。 电阻应变计的温度效应及其热输出由两部分组成：前部分为热阻效应所造成；后部分为敏感栅与试件热膨胀失配所 引起。在工作温度变化较大时，会产生温度误差。 补偿办法：1、温度自补偿法(1)单丝自补偿应变计(2)双丝自补偿应变计 2、桥路补偿法(1)双丝半桥式(2)补偿块法 试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。 业业? 2上式分母中含△Ri/Ri,是造成输出量的非线性因素。无论是输出电压还是电流，实际上都与△ Ri/Ri 呈非线性关 措施:(1)差动电桥补偿法 差动电桥呈现相对臂“和”，相邻臂“差”的特征，通过应变计合理布片达到补偿目的。常用的有半桥 差动电 路和全桥差动电路。 (2)恒流源补偿法 误差主要由于应变电阻ARi 的变化引起工作臂电流的变化所致。采用恒流源，可减小误差。 如何用电阻应变计构成应变式传感器？对其各组成部分有何要求？ 一是作为敏感元件，直接用于被测试件的应变测量；另一是作为转换元件，通过弹性敏感元件构成传感器，用以 对任何能转变成弹性元件应变的其他物理量作间接测量。 要求：非线性误差要小(〈0.05『0.1%F ?S),力学性能参数受环境温度影响小，并与弹性元件匹配。 2-9四臂平衡差动电桥。说明为什么采用。 全桥差动电路，RER3受拉，R2,R4受压，代入，得 U (\R, △& 1 A/?. A/?. ? AR 4) 4 I /?. R 、 R. 2 R, 由全等柝唇，得 4 K K 可见输出电压Uo 与ARi/Ri 成严格的线性关系，没有非线性误差。即Uo=f(AR/R)o 因为四臂差动工作，不仅消除了飞线性误差，而且输出比单臂工作提高了4倍，故常采用此方法。 3- 7电感传感器产生零位电压的原因和减小零位电压的措施。 差动自感式传感器当衔铁位于中间位置时，电桥输出理论上应为零，但实际上总存在零位不平衡电压输出(零位电 压)，造成零位误差。 措施：一种常用的方法是采用补偿电路，其原理为： (1)串联电阻消除基波零位电压；2)并联电阻消除高次谐波零位电压；(3)加并联电容消除基波正交分量或 高 次谐波分量。 另一种有效的方法是采用外接测量电路来减小零位电压。如前述的相敏检波电路，它能有效地消除基波正交 分 量与偶次谐波分量，减小奇次谐波分量，使传感器零位电压减至极小。此外还可采用磁路调节机构(如可调端 盖)保 证磁路的对称性，来减小零位电压。 4- 2变极距型电容传感器产生非线性误差的原因及如何减小？ 原因：灵敏度S 与初始极距。。的平方成反比，用减少°°的办法来提高灵敏度，但。。的减小会导致非线性误差增大。 采用差动式，可比单极式灵敏度提高一倍，且非线性误差大为减小。由于结构上的对称性，它还能有效地补偿温度变 化所= 4 1 < R1 R 2 斗 -A /?4 U 4A/?f - T — —U