现代测试技术作业

现代检测技术作业学院：专业：姓名：学号：指导教师：2023年12月30日一现代检测技术的技术特点和系统的构成1、现代检测技术特点（1）测量过程软件控制智能检测系统可以是新建自稳零放大，自动极性判断，自动量程切换，自动报警，过载保护，非线性补偿，多功能测试和自动巡回检测。

由于有了计算机，上述过程可采用软件控制。

测量过程的软件控制可以简化系统的硬件结构，缩小体积，降低功耗，提高检测系统的可靠性和自动化程度。

（2）智能化数据处理智能化数据处理是智能检测系统最突出的特点。

计算机可以方便、快捷地实现各种算法。

因此，智能检测系统可用软件对测量结果进行及时、在线处理，提高测量精度。

另一方面，智能检测系统可以对测量结果再加工，获得并提高更多更可靠的高质量信息。

智能检测系统中的计算机可以方便地用软件实现线性化处理、算术平均值处理、数据融合计算、快速的傅里叶变换（FFT）、相关分析等各种信息处理功能。

（3）高度的灵活性智能检测系统已以软件工作为核心，生产、修改、复制都比较容易，功能和性能指标更加方便。

而传统的硬件检测系统，生产工艺复杂，参数分散性较大，每次更改都涉及到元器件和仪器结构的改变。

（4）实现多参数检测与信息融合智能检测系统设备多个测量通道，可以有计算对多路测量通进行检测。

在进行多参数检测的基础上，依据各路信息的相关特性，可以实现智能检测系统的多传感器信息融合，从而提高检测系统的准确性、可靠性和容错性。

（5）测量速度快高速测量时智能检测系统追求的目标之一、所谓高速检测，是指从检测开始，经过信号放大、整流滤波、非线性补偿、A/D转换、数据处理和结果输出的全过程所需要的时间。

目前，高速A/D转换的采样速度在2000MHz以上，32位PC机的时钟频率也在500MHz以上。

随着电子技术的迅猛发展，高速显示、高速打印、高速绘图设备也日臻完善。

这些都为智能检测系统的快速检测提供了条件。

（6）智能化功能强以计算机为信息处理核心的智能检测系统具有较强的智能功能，可以满足各类用户的需要。

第二章习题1．现校准为量程100mV ，表盘刻度为100等份毫伏表，见表。

题1：测量数据 被校表示值U X （mV ） 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100标准表示值U 0（mV ） 9.9 20.0 30.4 39.8 50.2 60.4 70.3 79.9 89.7 99.9绝对误差∆U （mV ）-0.1 0.0 0.4 -0.2 0.2 0.4 0.3 -0.1 -0.3 -0.1试求：①．计算各校准点的绝对误差，并填入表中； ②．确定被校表的准确度等级； 解： 最大引用误差为：100%0.4%mnm mA A γ∆=⨯=%a nm ≤γ所以应该取a=0.52．某四位半数字电压表，量程为2V ，工作误差为∆= ± （0.025%∙U X +2个字） 用该表测量时，读数分别为0.0345V 和1.8567V ，试求两种情况下的测量误 差。

从计算结果中可得到什么启示？解：四位半仪表在2V 量程下的显示范围是 0～1.9999V ，分辨率为0.0001V 。

当测量值为0.0345V 时绝对误差和相对误差分别为：()411110.025%0.03450.00012 2.110100%0.6%X VA γ-∆=±⨯+⨯=±⨯∆=⨯=±当测量值为1.8567V 时绝对误差和相对误差分别为：()422220.025% 1.85670.00012710100%0.04%X VA γ-∆=±⨯+⨯=±⨯∆=⨯=±可以看出，测量结果的测量误差不仅和仪表的准确度有关，而且和量程的选择有关。

测量值与量程越近，测量误差越小。

3．对某直流电压源的输出电压U 进行10次 ，读数如表所示。

题3：测量数据次数 12 3 4 5 6 7 8 9 10 U/V 5.003 5.011 5.006 4.998 5.015 4.996 5.009 4.999 5.010 5.007① 求输出电压x U 的算术平均值U 及其标准差()U s .。

补充习题参考答案1、 有一个电容测微仪，两极板介质为空气，其圆形极板半径r = 4 mm ，工作初始间隙δ=0.2 mm ，已知 ε0=8.58×10-12F/m ，ε=1，问：1）、工作时，如果传感器与工件的间隙变化量Δδ=1μm 时，电容变化量是多少？2）、如果测量电路的灵敏度S 1=100mV/pF ，读数仪表的灵敏度S 2=5格/mV ，在Δδ=1μm 时，读数仪表的指示值变化多少格？解：1）、ΔC=εε0A ×Δδ/-δ2=1×8.58×10-12（F/m ）×3.14×（0.004）2（m 2）×1×10-6（m ）=-4.94×10-3pF2）、S=ΔC ×S 1×S 2=-4.94×10-3(pF) ×100（mv/pF ）×5(格/mv)=-2.47格≈-2.5格2、 应变片的计算：已知试件尺寸如图，试件材料为45#钢，Ｅ＝２.0×10＋7N/cm 2，应变片电阻R=120Ω，K=2.0，康铜电阻丝的电阻温度系数α=-50×10-6/℃，温度线膨胀系数β2=15×10-6/℃，45#钢的温度线膨胀系数β1=11×10-6/℃。

求：（1）、不考虑温度的影响，当P=10吨时，求电阻应变片的电阻相对变化量ΔR/R 和绝对变化量ΔＲ。

（２）、当Ｐ＝０，环境温度在-２０℃变到+２０℃时，求电阻应变片的相对变化量ΔR/R 和绝对变化量ΔＲ。

解：（1)拉伸变形 A E A P εδ== 得EAP=ε 所以005.012100.210100.263=⨯⨯⨯⨯⨯===∆EA KP K R R ε R ∆=0.005×120=0.6 Ω (2)当p ＝0，t ∆＝20-（-20）＝40 ℃时Ω-=⨯⨯-⨯+⨯-⨯∆⨯-+=∆--2784.040]10)1511(0.21050[120t)]([6621＝ββαK R R31032.21202784.0-⨯-=-=∆R R 3、 脱粒机滚筒轴上，沿与轴线方向成45º方向贴一应变片，在工作时应变片的阻值从120Ω增加到120.006Ω，试问滚筒轴所承受的工作扭矩是多少？已知轴的直径为40mm ，Ｅ＝２.1×10＋６kg/cm 2，μ＝０.３，应变片又ΔR/R=k ε→ε=ΔR/R*k=0.006/120×2.0=25×10-6所以M k=ㄧ2.1×10-6(kg/cm 2) ×25×10-6/(1+0.3)ㄧ×3.14×(4 cm)3/16 =507.2kg.cm=5.072kg.m=50.72N.m4、 如图所示，在左端固定的悬臂梁的右端部，沿X-X 轴，Y-Y 轴，Z-Z 轴分别作用有P x 、P y 、P z 三个力，且P x 、5、 已知条件如图，试件为４５号钢，Ｅ＝２.０×10＋7N/cm 2，应变片的电阻为Ｒ1＝Ｒ2＝１２０欧，Ｋ＝２.0, 由.２８１Ω，ΔＲ2＝-０.２８１Ω的电阻变化，求Ｐ＝？⎩⨯⨯=WE M ε其中W 是抗弯截面系数，矩形截面的W ＝bh 2/6又μεεε117021120281.01=⨯=⨯∆=∆K R R K R R ＝即 则NLh b E P 01.492064.06.110117010262662≈⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=-ε6、 如图所示，弹性元件为钢材，Ｅ＝２.０×10＋5N/mm 2， 贴片处的断面积为400mm 2，泊松比μ＝０.３，Ｒ1＝Ｒ2＝Ｒ3＝Ｒ4＝１２０欧，Ｋ＝２.０，力Ｐ＝50000N ，求电桥的输出电压ＵBD ＝?解：弹性元件拉伸变形A E A P εδ== 得μεε62510625)(400)/(100.2)(50006224=⨯=⨯⨯==-+mm mm kg kg EAP根据布片、接桥规则（如图所示）：mVU K U BD 875.4610625)3.01(0.221)1(26=⨯⨯⨯+⨯⨯=+=-εμ１7、 图示为圆轴销，其端部受有一力P ，轴上贴有两应变片R 1=R 2=120Ω，K=2.0，两片之间的距离L=100mm ，圆轴直径d=20 mm ，E=２.０×10＋5N/mm 2,若测得半桥的指示应变为2000με 。

习题1 求如图所示周期三角波的傅立叶级数表示，并画出频谱图。

解:x(t ）的一个周期可表示为:t T AA 02+020≤≤-t T=)(t xt T AA 02-200T t ≤<常值分量：A dt t T AA T dt t x T a TT T =-==⎰⎰-)2(4)(220022000000余弦分量的幅值： =-==⎰⎰-tdt n t T AA T tdt n t x T a TT T n 020022000cos )2(4cos )(2000ωω224πn An=1，3,5… =2sin 4222ππn n A 0n=2，4,6…正弦分量的幅值：0sin )(2220000⎰-==T T n tdt n t x T b ω这样,该周期三角波的傅立叶级数展开式为：t n nA A t t t A A t x n 0122020202cos 1425cos 513cos 31cos 42)(ωπωωωπ∑∞=+=⎪⎭⎫ ⎝⎛++++=000练习2 求指数衰减振荡信号t e t x at 0si n )(ω-=的频谱函数. 解一：22000)()(000)(00)(121)(1)(1221][221)()(2sin sin 21sin 21)(0000ωωπωωωωππωωωπωπωωωωωωωωω++=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-++=-=-===⎰⎰⎰∞-+-++--∞+-∞--j a j j a j j a j dt e e j X e e j t tdte dtte e X tj j a t j j a t j t j t j a t j at 解二：[])()(22sin 000f f f f jt f --+⇔δδπ fj a e at π21+⇔-)()()(T t x T t t x ±=±*δ)()()()(f Y f X t y t x *⇔•[]⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-++=--+*+⇔∴-000002)2(12)2(12)()(2212sin f j f j a f j f j a j f f f f j f j a t f eatππππδδππ4. 求指数衰减函数的频谱函数,（）.并定性画出信号及其频谱图形.解：（1）求单边指数函数的傅里叶变换及频谱（2）求余弦振荡信号的频谱。

现代材料测试技术作业(总13页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--现代材料测试技术作业第一章 X射线衍射分析一、填空题1、X射线从本质上说，和无线电波、可见光、γ射线一样，也是一种。

2、尽管衍射花样可以千变万化，但是它们的基本要素只有三个：即、、。

3、在X射线衍射仪法中，对X射线光源要有一个基本的要求，简单地说，对光源的基本要求是、、。

4、利用吸收限两边相差十分悬殊的特点，可制作滤波片。

5、测量X射线衍射线峰位的方法有六种，它们分别是、、、、、。

6、X射线衍射定性分析中主要的检索索引的方法有三种，它们分别是、、。

7、特征X射线产生的根本原因是。

8、X射线衍射定性分析中主要的检索索引的方法有三种，它们分别是、和字顺索引。

9、X射线衍射仪探测器的扫描方式可分、、三种。

10、实验证明，X射线管阳极靶发射出的X射线谱可分为两类：和11、当X射线穿过物质时，由于受到散射，光电效应等的影响，强度会减弱，这种现象称为。

12、用于X射线衍射仪的探测器主要有、、、，其中和应用较为普遍。

13、X射线在近代科学和工艺上的应用主要有、、三个方面14、X射线管阳极靶发射出的X射线谱分为两类、。

15、当X射线照射到物体上时，一部分光子由于和原子碰撞而改变了前进的方向，造成散射线；另一部分光子可能被原子吸收，产生；再有部分光子的能量可能在与原子碰撞过程中传递给了原子，成为。

二、名词解释X-射线的吸收、连续x射线谱、特征x射线谱、相干散射、非相干散射、荧光辐射、光电效应、俄歇电子、质量吸收系数、吸收限、X-射线的衰减三、问答与计算1、某晶体粉末样品的XRD数据如下，请按Hanawalt法和Fink法分别列出其所有可能的检索组。

2、产生特征X射线的根本原因是什么？3、简述特征X-射线谱的特点。

4、推导布拉格公式，画出示意图。

5、回答X射线连续光谱产生的机理。

6、简述以阴极射线的方式获得X射线所必须具备的条件。

如何利用误差理论减少测量中的误差在进行测量的过程中,人利用仪器求出作为研究对象的部分物体用数量表示的某种性质.在进行任何一次测量中,所用的仪器设备,所采用的测量方法,人们对测量环境和条件的控制及人的观察认识能力都会受到当前的科学技术水平和人的生理条件所制约,都不可能做到完美无缺,因而必然被测量结果受到歪曲,表现为测量结果与真值之间存在一定差值,即测量误差。

这就是误差存在的必然性和普遍性,称为误差的公理。

这也就是说,误差是经常存在,是不能完全消除的,只能设法减少和削弱。

在测量过程中,引起测量误差的因素是很多的,但在分析和计算测量误差时,不可能也没必要逐一地对所有误差因素进行分析计算。

而是着重分析引起误差的主要因素。

通常情况下,产生误差的原因有仪器设备误差、环境误差、方法误差、人员误差和测量对象变化误差。

测量误差的来源是多方面的,按其性质可分为三类,即:系统误差、随机误差、粗大误差。

这三类误差中,粗大误差是一种明显歪曲测量结果的误差,主要是粗枝大叶,操作不当所引起的,无规律可寻,只要操作细心,多方注意,即可避免。

可通过离群值的检查发现并剔除。

系统误差和随机误差都是测得值对真值的歪曲,都有其确定的界限。

前已述及,误差是必然而普遍存在的,要完全消除所有的误差是不可能的。

但我们可以采取适当的措施使误差尽量减小。

对于随机误差要通过增加平行测定次数以将其减少到容许的范围之内。

而系统误差则要设法消除。

在日常工作中,有的人在几次平行测定中所得数据非常接近,就主观武断地认为测定是绝对可靠的,但有时却存在系统误差而未能发觉。

因为单独靠测定步骤本身是不能反映出是否存在系统误差的,所以即使存在较大的系统误差,通过仔细的测定也未必能察觉,从而造成工作上的损失。

因此必须对消除系统误差的问题予以足够的重视。

从系统误差对分析结果的作用来说,系统误差有两种不同的表现形式,一是恒定误差(Constant error;另一种是比例误差(Proportional error。

一、填空题（每小题1 分，共 10 分）1. 当测试系统的输出)(t y 与输入)(t x 之间的关系为)()(00t t x A t y -=，其中0A 、0t 为常数时，该系统就能实现对信号的（ 不失真 ）测试。

2. 测试系统动态特性的描述函数主要有脉冲响应函数、传递函数和( 频率响应函数 )。

3. 周期信号的频域分析采用的数学工具是（ 傅里叶级数 ）。

4. 有源传感器一般是将非电量转换为电能量，称之为能量（ 转换 ）型传感器。

5. 压电式振动加速度传感器是利用某些材料的（ 压电效应 ）原理工作的。

6. 交流电桥的平衡条件是（ 两相对臂阻抗的乘机相等 ）。

7. 电容式传感器分为（ 极距变化 ）型电容传感器、面积变化型电容传感器和介质变化型电容传感器三大类。

8. 振动的激励方式通常有稳态正弦激振、（ 随机激振 ）和瞬态激振。

9. 随机信号的自功率谱密度函数的物理含义是（ 随机信号的自相关函数的傅里叶变换 ）。

二、单项选择题（每小题 1 分，共 15 分）1．传感器在非电量电测系统中的作用是（ C ）。

(A) 将被测电量转换为电参量(B) 将被测非电量转换为非电参量(C) 将被测非电量转换为电参量2. ( C )不属于测试系统的静态特性指标。

（A ）回程误差（B ）灵敏度（C ）阻尼系数3． 频率响应函数H （j ω）是在（ A ）描述测试系统对正弦信号稳态响应特征的函数。

（A ）频率域内（B ） 时间域内（C ）幅值域内4． 压电式传感器目前多用于测量（ B ）。

（A ）静态的力（B ）物体运动速度（C ）瞬态的力5． 振动子FC6-1200的固有频率为1200Hz ，问用该振动子能不失真记录信号的频率范围是（ C ）。

（A ）0 - 1200 Hz（B ）>1200Hz （C ）0 - 600 Hz6. 不能用涡流式传感器进行检测的是（ A ）。

（A）非金属材料（B）金属材质鉴别（C）金属材料无损探伤7.变气隙高度型电感式传感器在实际应用时常采用差动工作方式，这是为了（A ）。

判断题1. 在传感器中输入量只能是物理量，不能是化学量.生物量等。

(5分)正确错误参考答案：错误解题思路：2. 传感器可仅由一个敏感元件组成。

(5分)正确错误参考答案：正确解题思路：3. 敏感元件可直接感受被测物理量。

(5分)正确错误参考答案：正确解题思路：4. 对于同一种粉尘，它的浓度越高，与其接触时间越长，对人体危害越重。

(5分)正确错误参考答案：正确解题思路：5. 呈化学毒作用的粉尘，随溶解度的增加其危害作用增强；主要呈机械刺激作用的粉尘，随溶解度的增加其危害作用增加。

(5分)正确错误参考答案：错误解题思路：6. 堆积密度是根据粉尘本身的真实体积计算得到的。

(5分)正确错误参考答案：错误解题思路：7. 发生爆炸的条件是足够的氧浓度和粉尘在空气中达到足够的浓度。

(5分)正确错误参考答案：错误解题思路：8. 粉尘在空气中的浓度越大，发生爆炸的可能性越大。

(5分)正确错误参考答案：错误解题思路：9. 在污染物的检测方法中的色谱分析法属于化学分析法。

(5分)正确错误参考答案：错误解题思路：10. 化学分析法中重量分析法因准确度比较高，在环境监测中应用较多。

(5分)正确错误参考答案：错误解题思路：填空题11. 传感器一般由敏感元件、转换元件、___(1)___ 三部分组成。

(5分) (1). 参考答案: 转换电路12. 粉尘密度有___(2)___ 、真密度和假密度三个概念。

(5分)(1). 参考答案: 堆积密度13. 污染物的检测方法有化学分析法和___(3)___ 。

(5分)(1). 参考答案: 仪器分析法14. 传感器按输出量进行分类有模拟式传感器和___(4)___ 传感器。

(5分) (1). 参考答案: 数字式15. 电阻式传感器按其工作原理可分为变阻器式和___(5)___ 式两类。

(5分) (1). 参考答案: 应变片16. 根据粉尘的性质及来源，粉尘可分为无机粉尘.有机粉尘和___(6)___ 。

参考答案及评分标准一、单项选择题（本大题共5小题，每空2分，共10分）1．X射线衍射分析的缩写是[ A ]A. XRD；B.TEM；C. SEM；D. DTA。

2．电子探针X射线显微分析的缩写是[ C ]A. TEM；B. SEM；C. EPMA；D. DTA3、吸光度与透射比的关系是[ A ]。

A. A = -lgTB. A=1/TC. A＝10TD. A=T -104．透射电镜是应用[ A ]来成像。

A. 透射电子；B. 背散射电子；C. 二次电子；D. 俄歇电子。

5．扫描电镜用不同信号成像时分辨率是不同的，分辨率最高的是[ B ]。

A. 背散射电子像；B. 二次电子像；C. X射线像；D. 吸收电子像。

二、多项选择题（本大题共5小题，每小题3分，共15分）1．由波的干涉加强条件出发，推导出衍射线的方向与点阵参数、入射线相对于点阵方位及X 射线波长之间的关系（X射线衍射的几何条件），这种关系的具体表现为[ AB ]A. 劳厄方程；B. 布拉格定律；C. 莫塞莱定律；D. 谢乐方程。

2．在电子与固体物质相互作用中，从试样表面出射的电子有[ ACD ]A. 背散射电子；B. 透射电子；C. 二次电子；D. 俄歇电子。

3．透射电镜电子图像的衬度按其形成机制有[ ABC ]。

A. 质厚衬度；B. 衍射衬度；C. 相位衬度；D. 形貌衬度。

4．影响红外光谱图中谱带位置的因素有[ ABCD ]A．诱导效应B．键应力C．氢键D．物质状态5．光电子能谱测量中化学位移的解释有以下模型[ ABC ]A．离子型化合物静电模型B．分子电位—电荷热能模型C．等效原子核心－等价电子壳层模型D．振动模型三、填空题（每小题1分，共10分）1. X射线管主要由阳极、阴极、和窗口构成。

2. 颗粒的粒度能显著影响粉体及其产品的性质和用途。

目前常用的粒度分析方法主要包括：筛分法、激光法和沉降法。

3.基体效应是指样品的基本化学组成和物理、化学状态的变化对分析线强度的影响。