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检测技术第一次形考作业（占课程总成绩的15%）作业详情老师点评：2传感器的组成部分中，直接感受到被测物理量的是（）。
客观题满分：5分得分：5分A转换元件B转换电路C敏感元件D放大元件正确答案：C学生答案：C老师点评：3螺线管式自感传感器采用差动结构是为了（）。
客观题满分：5分得分：5分A加长线圈的长度从而增加线性范围B提高灵敏度，减小温漂C降低成本D增加线圈对衔铁的吸引力正确答案：B学生答案：B老师点评：4当电涡流线圈靠近非磁性导体（铜）板材后，线圈的等效电感L减小，调频转换电路的输出频率f（）。
客观题满分：5分得分：5分A不变增大C减小正确答案：B学生答案：B老师点评：5如将变面积型电容式传感器接成差动形式，其灵敏度将()。
客观题满分：5分得分：5分A保持不变增大一倍C减小一倍D增大两倍正确答案：B学生答案：B老师点评：6变极距型电容传感器只适用于测量小位移是因为（）。
客观题满分：5分得分：5分A电容量微弱，灵敏度太低B需要做非接触测量传感器灵敏度与极板间距的平方成反比D灵敏度太高正确答案：C学生答案：C老师点评：7用电容式传感器测量固体或液体物位时，应该选用（）。
客观题满分：5分得分：5分A变间隙式B变介电常数式C变面积式D空气介质变间隙式正确答案：B学生答案：B老师点评：8应变式传感器采用半桥差动等臂电桥转换电路时，若电源电压为U时，其输出电压U0为（）。
客观题满分：5分得分：5分ABCD正确答案：B学生答案：B老师点评：9产生应变片温度误差的主要原因有（）。
客观题满分：5分得分：5分A电阻丝有温度系数B试件与电阻丝的线膨胀系数相同C电阻丝承受应力方向不同D电阻丝与试件材料不同正确答案：A学生答案：A老师点评：10半导体应变片的灵敏系数比电阻应变片的灵敏系数大()。
客观题满分：5分得分：5分A(10～30)倍B(30～50)倍(50～70)倍D(70～90)倍正确答案：C学生答案：C老师点评：11传感器一般由（）、（）、（）三部分组成。
北交《检测技术》在线作业一一、多选题（共10 道试题，共40 分。
）1. 通常用应变式传感器测量()。
. 温度. 速度. 加速度. 压力正确答案：2. 一个高阶系统的传感器总可以看成是由若干个()组合而成的。
. 零阶系统. 一阶系统. 低阶系统. 二阶系统正确答案：3. 光电式传感器的可应用于()的检测。
. 零件线度. 表面粗糙度. 速度. 加速度正确答案：4. 霍尔式传感器可用来测量()。
. 电流. 磁场. 位移. 压力正确答案：5. 测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、()等。
. 分辨力. 稳定性. 温度稳定性. 各种抗干扰稳定性正确答案：6. 下面的哪些传感器属于内光电传感器()。
. 光电管. 光电池. 光敏电阻. 光电二/三极管正确答案：7. 温度传感器从使用上分大致可以分为()。
. 接触型. 非接触型. 数字式. 模拟式正确答案：8. 集成温度传感器优点是()。
. 结构简单. 线性关系. 精度高. 使用方便正确答案：9. 压电谐振式传感器有()。
. 光敏感型. 应变敏感型. 热敏感型. 声敏感型正确答案：10. 光纤按传播模式分类可以分为()。
. 普通光纤. 单模光纤. 多模光纤. 渐变折射率光纤正确答案：北交《检测技术》在线作业一二、单选题（共10 道试题，共30 分。
）1. 仪表的精度等级是用仪表的()来表示的。
. 相对误差. 绝对误差. 引用误差正确答案：2. 半导体应变片的工作原理是基于()。
. 压阻效应. 热电效应. 压电效应. 压磁效应正确答案：3. 应变片绝缘电阻是指已粘贴的应变片的之间的()电阻值。
. 覆盖片与被测试件. 引线与被测试件. 基片与被测试件. 敏感栅与被测试件正确答案：4. 汽车衡所用的测力弹性敏感元件是()。
. 悬臂梁. 弹簧管. 实心轴. 圆环正确答案：5. 在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是()。
. 补偿热电偶冷端热电势的损失. 起冷端温度补偿作用. 将热电偶冷端延长到远离高温区的地方. 提高灵敏度正确答案：6. 在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中()。
部分课后作业答案2-8． 标称电阻为100Ω的应变计贴在弹性试件上。
设试件的截面积 S=1×10-5m 2，弹性模量E=2×1011 N ／m 2，若由1．0×104N 的拉力作用，使应变计的电阻相对变化为1％，试求此应变计的灵敏度系数。
解：∵灵敏度系数εRR K /∆=，又已知%1=∆RR，F=1.0×104 N ，S=1×10-5m 2，∴ )/(101101100.129254m N mN S F ⨯=⨯⨯==-σ 由εσ⋅=E ，可得321129105)/(102)/(101-⨯=⨯⨯==m N m N E σε 所以，灵敏度系数2105%1/3=⨯=∆=-εRR K2-9． 将4片相同的金属丝应变片贴在实心圆柱形测力弹性元件上，如题2.9图所示。
设应变片的灵敏度系数K=2，作用力F=1 000kg 。
圆柱形横截面半径r=1cm ，弹性元件的杨氏模量E=2×107N ／cm 2，泊松比μ＝0.285。
求：(1)画出应变片贴在圆柱上的位置图及相应测量电桥的原理图； (2)各应变片的应变ε；(3)若测量电路采用电桥电路，设供电桥电压E ＝6V ，桥路输出电压U o 为多少?(4)这种测量方法对环境温度的变化能否具有补偿作用?试说明原因。
解：⑴将R 1～R 4四片应变片按图2－9（a ）所示粘贴，其中R 1、R 3沿轴向粘贴，测量轴向应变，R 2、R 4沿径向粘贴，测量径向应变。
测量电桥为全桥测量电路， R 1与R 3置于电桥的一对角线上，R 2与R 4置于电桥的另一对角线上，如右图2－9（b ）所示。
题2.9 图⑵∵)(1500105.1)/(102)01.0(14.3/8.9100032722μεπσε=⨯=⨯⨯⨯====-cm N m N Er FE A FE∴εK R R R R =∆=∆3311， R 1与R 3的纵向应变（轴向应变）ε为1500με；μεεK K R R R R r -==∆=∆4422 ，式中μ为泊松比，μ＝0.285。
检测技术试题及答案一、选择题1.以下哪项不是检测技术的主要分类？A. 分子生物学技术B. 电子技术C. 光学技术D. 化学分析技术答案：B2.以下哪项是检测技术的基础设备？A. PCR仪B. 手持式光谱仪C. 气相色谱仪D. 全自动分析仪答案：A3.免疫层析法是一种常用的检测技术，用于检测下列哪种物质？A. 蛋白质B. DNAC. RNAD. 糖类答案：A4.下列哪个选项中的仪器可用于精确测量溶液的浓度？A. PH计B. 紫外分光光度计C. 核磁共振仪D. 气相色谱仪答案：B5.生物传感技术是一种将生物学和检测技术相结合的方法，用于检测下列哪种物质？A. 蛋白质B. DNAC. 药物D. 病原体答案：C二、填空题1. PCR全称为________。
答案：聚合酶链反应2. 质谱仪是一种常用的_____________分析仪器。
答案：质谱3. 气相色谱法是利用样品在流动相和固定相的作用下，在______________上分离和检测样品成分的一种方法。
答案：色谱柱4. 核磁共振波谱技术可以用于分析和测定物质的_____________。
答案：结构5. 酶联免疫吸附试验（ELISA）是一种常用的免疫层析技术，可用于检测_____________。
答案：抗体三、简答题1. 请简要描述PCR的原理和应用领域。
答：PCR是一种通过不断复制DNA段的技术。
其原理是通过加热使DNA双链解链，然后引入引物（寡聚核苷酸链），再通过DNA聚合酶酶作用，使DNA段复制多次，最终得到大量指定DNA段。
PCR 广泛应用于基因测序、遗传病检测、法医学等领域。
2. 请简要介绍质谱仪的工作原理及其在化学分析中的应用。
答：质谱仪通过将样品中的分子化合物离子化，然后分离、加速和检测这些离子，最终得到离子的质量和相对丰度信息。
质谱仪在化学分析中广泛应用于物质的结构鉴定、定量分析、生物体内代谢产物的分析等方面。
3. 请简要说明生物传感技术的原理及其在临床诊断中的应用。
第二章测试系统2-2 解释下列概念：频率特性、频响函数和工作频带解：频率特性是指测试系统反映出来的输出与输入幅值之比和两者之间相位差是输入频率的函数的特性。
频响函数是指系统稳态输出量的付立叶变换与输入量的付立叶变换之比。
（参见教材P11页）或者频响函数是指当测试系统的输入为正弦信号时，将该信号的输出与输入之比。
工作频带是指测试装置的适用频率范围，在该频率范围内，仪器装置的测试结果均能保证达到其它相关的性能指标。
（或P25工作频率范围）2-4 某动压力测量时，所采用的压电式压力传感器的灵敏度为90.0nC/MPa，将它与增益为0.005V/nC的电荷放大器相连，然后将其输出送入到一台笔式记录仪，记录仪的灵敏度为20mm/V，试计算系统的总灵敏度。
又当压力变化3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？解：系统总灵敏度为：90.0×0.005×20=9mm/MPa当压力变化3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量为：3.5×9=31.5mm2-5 用某一阶装置测量频率为100Hz 的正弦信号，要求幅值误差限制在5%以内，问其时间常数应取多少？如果用具有该时间常数的同一装置测量频率为50Hz 的正弦信号，试问此时的幅值误差和相角差分别为多少？解：（1）根据一阶系统的幅频特性可知：%51)(111)(A 2≤-+=-τωω，即%5)(1112≤+-τω将Hz f ππω0022==代入上式，可解得：41023.5-⨯≤τ （2）用该装置测量频率为50Hz 的正弦信号时：013.01)(111)(A 2=-+=-τωω，故幅值差为1.3%相角差： 3.9)arctan()(-=-=τωωφ2-6 设用一个时间常数为1s .0=τ的一阶装置测量输入为t t t x 40sin 2.04sin )(+=的信号，试求其输出)(t y 的表达式。
设静态灵敏度K=1。
解：根据一阶系统的幅频特性2)(1K )(A τωω+=、相频特性)arctan()(τωωφ-=以及静态灵敏度K=1， 将数据代入，可得：)96.7540sin(048.0)8.214sin(93.0)4arctan 40sin(1712.0)4.0arctan 4sin(16.11)( -+-=-⋅+-=t t t t t y2-8 两环节的传递函数分别为)55.3/(1.5+s 和)4.1/(412n n 22n ωωω++s s ，试求串联后所组成装置的灵敏度。
第一章1.用以标定的仪器，直接的测量出某一待测未知量的量值称为（）。
答案:直接测量2.下列哪项不是闭环控制型现代测试系统的优点（）。
答案:远距离传输3.下列属于测量过程的是（）。
答案:被测对象;数值和计量单位;测试方法;测量误差4.水银温度计测量体温属于直接式测量。
答案:对5.测试技术与传感技术被称为信息技术系统的（）。
答案:感官第二章1.下列非线性补偿方法中属于软件补偿的是（）。
答案:拟合法2.A类标准不确定度是用非统计方法得到的不确定度。
答案:错3.真值在实际测量中是可以确切获知的。
答案:错4.相对误差是绝对误差与测量仪表量程之比。
答案:错5.将63.73501四舍五入，保留两位小数为（）。
答案:63.74第三章1.直流电桥可以测量电容的变化。
答案:错2.全桥接法的灵敏度是半桥双臂接法的几倍（）。
答案:23.半导体式应变片比金属丝式应变片的灵敏度高。
答案:对4.丝式应变片采用栅状结构是为了获得大的电阻变化量。
答案:对5.下列哪项不是半导体应变片的优点（）。
答案:温度稳定性能好第四章1.下列哪项是电容式传感器的缺点（）。
答案:电缆分布电容影响大2.电容式传感器灵敏度最高的是（）。
答案:极距变化型3.电涡流传感器是利用（）材料的电涡流效应工作的。
答案:金属导体4.互感型传感器接入任何电路均可以测量位移的大小和方向。
答案:错5.相敏解调法只能回复被测信号的幅值，而不能恢复相位。
答案:错第五章1.恒磁通式传感器中线圈和磁铁之间没有相对运动。
答案:错2.压电式传感器有较好的低频特性。
答案:错3.固态传感器线性范围宽、参数离散型小。
答案:错4.霍尔元件多采用P型半导体材料。
答案:错5.磁敏三极管具有正反磁灵敏度，而磁阻器件没有。
答案:对第六章1.光电效应按原理又分为哪几种？答案:光生伏特效应;外光电效应;内光电效应2.光电管的光照特性：通常指当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时，光通量与光电流之间的关系。
检测技术试题参考答案一、填空题1、传感器是能够感受规定的被测量并按一定规律转换成的器件或装置。
2、传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的关系。
3、某一线性位移传感器，量程为0～100 cm，对应输出电压为0～300mV，最大输出偏差为3mV，则传感器的灵敏度为，非线性误差为。
4、应变式传感器是利用金属的，将测量物体变形转换为电阻变化，通过测量电路（电桥）转换为输出电压的传感器。
5、电感式传感器按转换原理分为和自感两种。
6、电容式传感器分为变极距型、和三种。
7、霍尔传感器的零位误差主要由电动势和寄生直流电动势引起的。
8、热电偶的热电势由和组成。
9、激光器具有、和亮度高的优点。
10、CCD图像传感器的作用是将转换为。
其中MOS单元负责电荷的存储，MOS单元电荷在三相脉冲的作用下实现电荷的，通过输出装置实现电荷的。
11、光在光纤中无损耗传输是利用光在光纤中的原理实现的。
12、传感器一般由、、三部分组成。
13、可以把压电元件等效为一个和一个电容器14、电感式传感器按结构分为、和螺管式。
15、感应同步传感器是利用两个平面形绕组的互感随不同而变化的原理组成的可用来测量直线和或的位移。
16、电容传感器将被测非电量的变化转换为变化的传感器。
17、对于负特性湿敏半导体陶瓷，它的电阻率随湿度的增加而。
18、横向效应使电阻丝应变片的灵敏系数19、热电偶工作原理是基于效应，其热电势包括电势和电势。
20、光在光纤中无损耗传输是利用光在光纤中的原理实现的。
光纤的数值孔径越大，表明光纤的集光本领越。
21、射线式传感器主要由和探测器组成，常用的探测器有、闪烁计数器和盖革计数管。
22、传感器的静态特性主要包括、、重复性、稳定性和静态误差。
23、传感器是一种以一定精确度把被测量转换成有确定关系、便于应用的某种物理量才测量装置。
一般由、和转换电路组成。
24、半导体应变片工作原理是基于效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数______。
第二章测试系统2-2 解释下列概念：频率特性、频响函数和工作频带解：频率特性是指测试系统反映出来的输出与输入幅值之比和两者之间相位差是输入频率的函数的特性。
频响函数是指系统稳态输出量的付立叶变换与输入量的付立叶变换之比。
（参见教材P11页）或者频响函数是指当测试系统的输入为正弦信号时，将该信号的输出与输入之比。
工作频带是指测试装置的适用频率范围，在该频率范围内，仪器装置的测试结果均能保证达到其它相关的性能指标。
（或P25工作频率范围）2-4 某动压力测量时，所采用的压电式压力传感器的灵敏度为90.0nC/MPa，将它与增益为0.005V/nC的电荷放大器相连，然后将其输出送入到一台笔式记录仪，记录仪的灵敏度为20mm/V，试计算系统的总灵敏度。
又当压力变化3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？解：系统总灵敏度为：90.0×0.005×20=9mm/MPa当压力变化3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量为：3.5×9=31.5mm2-5 用某一阶装置测量频率为100Hz 的正弦信号，要求幅值误差限制在5%以内，问其时间常数应取多少？如果用具有该时间常数的同一装置测量频率为50Hz 的正弦信号，试问此时的幅值误差和相角差分别为多少？解：（1）根据一阶系统的幅频特性可知：%51)(111)(A 2≤-+=-τωω，即%5)(1112≤+-τω将Hz f ππω0022==代入上式，可解得：41023.5-⨯≤τ （2）用该装置测量频率为50Hz 的正弦信号时：013.01)(111)(A 2=-+=-τωω，故幅值差为1.3%相角差：ο3.9)arctan()(-=-=τωωφ2-6 设用一个时间常数为1s .0=τ的一阶装置测量输入为t t t x 40sin 2.04sin )(+=的信号，试求其输出)(t y 的表达式。
设静态灵敏度K=1。
解：根据一阶系统的幅频特性2)(1K )(A τωω+=、相频特性)arctan()(τωωφ-=以及静态灵敏度K=1， 将数据代入，可得：)96.7540sin(048.0)8.214sin(93.0)4arctan 40sin(1712.0)4.0arctan 4sin(16.11)(οο-+-=-⋅+-=t t t t t y2-8 两环节的传递函数分别为)55.3/(1.5+s 和)4.1/(412n n 22n ωωω++s s ，试求串联后所组成装置的灵敏度。
解：先将两式化为标准形式，得1)5/5.3(5/1.51s K 1+⇒+s τ 2nn 22n2n n 22n 24.1412K ωξωωωξωω++⇒++s s s s 故系统的总灵敏度：3.12413.0K K S 21=⨯=•=2-10 对某二阶装置输入一单位阶跃信号后，测得其响应中数值为1.5的第一个超调量峰值。
同时测得其振荡周期为6.28s 。
若该装置静态灵敏度K=3，试求该装置的动态特性参数及其频率响应函数。
解：（1）求动态特性参数因为K=3，所以M 1=1.5/3=0.5 代入公式，得215.01)ln (121=+=M πξ 由振荡周期T d =6.28s ，可得024.1)1/(21/22d n =-=-=ξπξωωd T （2）求频率响应函数ωξωωωωωn 22n 2n2K )(H j j +-=或 024.1044.0])024.1(1[32])(1[K)(H 2nn2n ωωωωξωωωωj j j +-=+-=第三章 信号及其描述3-4 对于图3-24所示的周期矩形信号，给定τ=20μs ，E=10V ，f=5kHz ，如使用中心频率可变的选频网络，是否可以从该信号中选出5kHz 、12kHz 、20kHz 、50kHz 、80kHz 和100kHz 的频率分量？解：根据周期信号的频谱特点，其基频为5kHz ，故不会出现12kHz的频谱；根据矩形窗函数的频谱图，f=1/τ=50kHz 及其整数倍频的幅值为零，故50kHz 和100kHz 的频率分量无法选出；故无法从该信号中选出12kHz 、50kHz 和100kHz 的频率分量。
3-5 在全波整流电路中，如输入交流电压为)(t x ，则输出电压)()(t x t y =。
（1）当t t x cos )(=时，求输出的付立叶系数。
（2）输入、输出信号的直流分量分别是多少？ 解：分别写出输入与输出信号的表达式为：ππ≤<-=t tt x cos )(22cos )(ππ≤<-=t t t y（1）输出付立叶系数为：141)1(4])1sin(11)1sin(11[1])1cos()1[cos(212cos cos 2cos )(2212/2/2/2/2/2/2/2/1--=---++=--+===+----⎰⎰⎰n t n n t n n dt t n t n ntdt t dt t n t f T a n T T ynππππωππππππ由于x(t)，y(t)均为偶函数，故0=yn b （2）输入、输出信号的直流分量分别是：0][sin 21cos 21)(12/2/0====---⎰⎰ππππππt dt t dt t f Ta T T x πππππππ2][sin 1cos 1)(12/2/2/2/2/2/0====---⎰⎰t dt t dt t f T a T T y3-6 周期方波信号如图所示，加在R 、L 串联电路上，试求其响应电流的前5次谐波（u m =1V 、T =2πs ）。
解：（1）先将输入信号展开成付立叶级数：先列输入信号的表达式：2/2/2/2/111)(ππππππ-≤<-≤<-≤<⎪⎩⎪⎨⎧--=t t t t u s 因为该函数为偶函数，故0=n b0)(12/2/0==⎰-dt t f T a T T2sin 4]sin [sin 2]cos cos [2cos )(2cos )(22cos )(22/2/02/2/02/22/22/2/1ππππππωπππππππππn n nt nt n ntdt ntdt ntdt t u ntdt t u dt t n t f T a s s T T n =-=-====⎰⎰⎰⎰⎰--故前五次谐波幅值依次为：πππππ94,74,54,34,497531-=-=-=-==a a a a a 输入信号为：t t t t t t u s 9cos 947cos 745cos 543cos 34cos 4)(πππππ----=（2）求取系统的输出：对于上述系统，输出电流满足：)()()(t u t Ri dtt di Ls =+ 因为L=1，R=1，故作为一阶系统，1=τ。
系统输出为2211)(11)(ωτωω+=+=A ，ωτωωϕarctan )arctan()(-=-=若设9,7,5,3,154321=====ωωωωω，则οοοοο7.839arctan )(,82111)(9.817arctan )(,50111)(7.785arctan )(,26111)(6.713arctan )(,10111)(451arctan )(,2111)(52554244323322221211=-==+==-==+==-==+==-==+==-==+=ωϕωωωϕωωωϕωωωϕωωωϕωωA A A A A 系统输出为：)7.839cos(016.0)9.817cos(026.0)7.785cos(05.0)6.713cos(134.0)45cos(9.0]9arctan cos[82194]7arctan cos[50174]5arctan cos[26154]3arctan cos[10134]1arctan cos[214)](9cos[)(94)](7cos[)(74)](5cos[)(54)](3cos[)(34)](cos[)(4)(5544332211οοοοο---------=---------=+-+-+-+-+=t t t t t t t t t t t A t A t A t A t A t i πππππωϕωπωϕωπωϕωπωϕωπωϕωπ3-12 幅度为A ，宽度为0τ的矩形脉冲信号和三角形信号如图所示，求其互相关函数。
解：互相关函数为)2(2])(21[)(1)()(10020220200000τττττττττττ+=+=+⋅=+=⎰⎰A t A dt t AA dt t y t x T R Txy第五章 长度及线位移测量5-7 将4个直径相同的钢球，按图5-53所示方式置于被测环规孔内，用仪器测量出H 值，间接求出环规的孔径D 。
若已知钢球直径Фd=19.05mm ，H=19.05mm ，它们的测量不确定度U d =±0.5μm ，U H =±1μm ，求D 。
解：建立以上面钢球和下面其中之一钢球球心为斜边的直角三角形，其三条边分别为：斜边d 、水平直角边（D-d ）/2 垂直直角边（H-d ） 故有 222)(]2/)[(d H d D d -+-= 代入数据，可解得：d=41.63mm 解得：d H dH D +-=222由 22222)d()H (d H DU D U D U ∂∂+∂∂= 122d2)(2H 22+-=∂∂--=∂∂HdH H DH dH H d D代入数据，可解得：U D =±4.5μm5-10 用分度值为1′′的自准直仪测量一个500mm 长工件的直线度误差，桥板跨距l =50mm ，测量数据如下表。
试用最小包容区域法和端点连线法评定该工件的直线度误差。
如果该工件的直线度公差为0.006，说明该工件的直线度是否合格。
解：分段数i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 各段读数a i (格) 0 -6 -2 8 12 6 10 4 -6 0 各段高度差δi (μm) 0 -1.5 -0.5 2 3 1.5 2.5 1 -1.5 0 各采样点坐标值y i (μm)-1.5-234.5786.56.5说明：首先根据公式求各段高度差：l ca i i 50.00=δ再计算各采样点的坐标值：∑∑====ik k ik k i a cl y 11005.0δ在坐标系中画出对应的图形，可知：（1）最小包容区域法： g=0，k=3，l=8由 g g l k y y y gl gk y -----=∆)( 代入数据，得 Δ=5μm（2）端点连线法：i max =8，i min =3 由 n i n i y niy y n i y max max min max)(-+-=∆ 代入数据，得 Δ=6.75μm评定结果为合格。
