检测课后部分题答案

检测课后部分题答案1.1检测的概念是什么？检测是人们借助于专门设备，通过一定的技术手段和方法，对被测对象收集信息、取得数量概念的过程。

它是一个比较过程，即将被检测对象与它同性质的标准量进行比较，获得被检测量为标准量的若干倍的数量概念。

1.2检测有哪些分类方法？1．按检测过程分类检测方法可分为直接法、间接法和组合法。

2．按检测方式分类根据获取数据的方式，检测可分为偏差式、零位式和微差式。

3．按接触关系分类根据检测敏感元件与被测介质的接触关系，检测方法可分为接触式和非接触式两种。

4．按被测量的变化快慢分类根据被测量的变化的快慢，可分为静态检测和动态检测两类。

５．按检测系统是否施加能量分类根据检测系统是否需要向被测对象施加能量，检测系统可分为主动式和被动式两类。

1.3什么是误差？误差产生的原因是是什么？误差：检测结果偏离真值的大小称为误差。

检测误差的大小反映了检测结果的好坏，即检测精度的高低。

产生测量误差的原因主要有以下四个方面：（1）理论误差与方法误差；（2）仪器误差；（3）影响误差；（4）人为误差。

1.4检测系统由哪几部分组成，各部分的作用是什么？检测系统主要由敏感元件、信号的转换与处理电路、显示电路和信号传输电路组成。

敏感元件：将非电量转换为电信号；信号处理电路：将代表被测量特征的信号变换成能进行显示或输出的信号；显示电路：将被测对象以人能感知的形式表现出来；信号传输电路：将信号（数据）从一点（或一个地方）送另一点（或地方）。

3.1 测量放大器的基本要求有哪些？答：一般来说，对放大器的基本要求是：增益高且稳定，共模抑制比高，失调与漂移小，频带宽，线性度好，转换速率高，阻抗匹配好，功耗低，抗干扰能力强，性价比高等。

3.2 程控增益放大器的量程可由软件自动切换，其工作原理是什么？答：可编程增益放大电路的增益通过数字逻辑电路由给定的程序来控制。

其内部有多对增益选择开关,任何时刻总有一对开关闭合。

通过程序改变输入的数字量，从而改变闭合的开关以选择不同的反馈电阻，最终达到改变放大电路增益的目的。

3.3 传感器输入与输出之间的耦合方式有哪些？各有什么特点？答：输入与输出之间的隔离方式主要有：变压器耦合 (亦称电磁耦合)、光电耦合等。

变压器耦合的线性度高、隔离性好、共模抑制能力强，但其工作频带窄、体积大、成本高，应用起来不方便。

光电耦合的突出优点是结构简单、成本低、重量轻、转换速度快、工作频带宽，但其线性度不如变压器耦合。

光电耦合目前主要用于开关量控制电路。

3.4 信号传输过程中采用电压、电流和频率方式传输各有什么优缺优点？各适用于什么场合？答：（1）采用电压信号传输，模拟电压信号从发送点通过长的电缆传输到接收点，那么信号可能很容易失真。

原因是电压信号经过发送电路的输出阻抗，电缆的电阻以及接触电阻形成了电压降损失。

由此造成的传输误差就是接收电路的输入偏臵电流乘以上述各个电阻的和。

各适用于信号接收电路的输入阻抗是高阻的（2）采用电流信号传输，电流源作为发送电路，它提供的电流信号始终是所希望的电流而与电缆的电阻以及接触电阻无关，也就是说，电流信号的传输是不受硬件设备配臵的影响的。

同电压信号传输的方法正相反，由于接收电路低的输入阻抗和对地悬浮的电流源，使得电磁干扰对电流信号的传输不会产生大的影响。

如果考虑到有电磁干扰比如电焊设备和其他信号发射设备，传输距离又必须很长，那么电流信号传输的方法是合适的。

（3）采用频率信号传输，可将电压信号变换为数字信号进行传送，可以很好地提高其抗干扰能力。

V/F转换电路将输入的电压信号转换成相应的频率信号，输出信号的频率与输入信号的电压成比例。

频率信号传输广泛应用于数据测量仪器及遥测遥控设备中。

3.5 在滤波电路中为什么普遍采用RC 有源滤波器？答：RC 有源滤波器是目前普遍采用的一种滤波器，在RC 无源滤波器的基础上引入晶体管、运算放大器等具有能量放大作用的有源器件，补偿电阻R 上损失的能量，具有良好的选频特性。

3.6 非线性硬件校正方法有哪几种？各自的工作原理是什么？答：有3大类。

第一种方法是插入非线性器件，即在非线性器件之后另外插入一个非线性器件，使两者的组合特性呈线性关系。

第二种方法是采用非线性A/D 转换器。

对于逐次比较型，可以利用按非线性关系选取的解码电阻网络；对双积分型A/D 转换器，可以通过逐次改变积分电阻值或基准电压值来改变第二次反向积分时间，从而获得非线性A/D 转换电路。

第三方法是采用标度系数可变的乘法器。

由于A/D 转换器和乘法器通常是多路测试系统中所有通道的共同通道，很难做到使所有非线性传感器都线性化，因此不常用。

4.1 简述传感器的组成及其各部分的功能？通常，传感器由敏感元件和转换元件组成。

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适于传输或测量的电信号部分。

由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调理与转换电路，进行放大、运算调制等，此外信号调理转换电路以及传感器的工作必须有辅助的电源， 因此信号调理转换电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部分。

随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的信号调理转换电路与敏感元件一起集成在同一芯片上，安装在传感器的壳体里。

4.2 传感器静态特性性能指标及其各自的意义是什么？传感器的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、灵敏度、分辨力、阈值、稳定性、漂移等，其中，线性度、灵敏度、迟滞和重复性是四个较为重要的指标。

线性度：传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。

灵敏度：灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。

其定义是输出量增量与引起输出量增量的相应输入量增量之比。

迟滞：传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞重复性：重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度分辨力：分辨力是用来表示传感器或仪表装臵能够检测被测量最小变化量的能力，通常以最小量程的单位值来表示。

漂移：传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，此现象称为漂移稳定性：稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分，对于传感器，常用长期稳定性来描述其稳定性，即传感器在相当长的时间内仍保持其性能的能力。

阈值：阈值是指传感器产生可测输出变化量时的最小被测输入量值。

4.3 传感器的动态特性常用什么方法描述？有哪些特点？传感器的动态特性，可以通过传感器的动态数学模型及传感器的动态特性指标来描述。

动态模型是指传感器在动态信号作用下，其输出和输入信号的一种数学关系。

动态模型通常采用微分方程和传递函数来描述。

用微分方程作为传感器的数学模型，其优点是：通过求解微分方程，容易分清暂态响应与稳态响应，因为其通解只与传感器本身的特性及起始条件有关，而特解则还与输入量有关。

但是，求解微分方程很麻烦，为了求解方便，常采用传递函数来研究传感器的动态特性。

传感器的动态响应特性一般并不是直接给出其微分方程或传递函数，而是通过实验给出传感器的动态特性指标。

通过这些动态特性指标来反映传感器的动态响应特性。

6.1 什么是压电效应？压电效应的特点是什么？以石英晶体为例，说明压电元件是怎样产生压电效应的？答：当沿着一定方向对某些电介质施加压力或拉力而使其变形时，内部就产生极化现象，在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态；当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变；产生的电荷量与外力的大小成正比。

这种现象称为正压y ∆y ∆x ∆x电效应。

压电效应的特点是具有可逆性。

当在电介质的极化方向施加电场时，电介质本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随着消失。

6.2压电传感器为什么只适用于动态测量？答：压电传感器可以看作是一个带电的电容器，当外接负载时，只有外电路负载无穷大，内部也无漏电时，受力所产生的电压才能长期保存下来，若负载不是无穷大，则电路以时间常数RLCa 按指数规律放电，无法测量。

所以不能测量频率低或静止的参数。

6.3常见的压电元件的组合形式有哪些？这些组合形式各适用于哪些场合？答：常见的压电元件的组合形式有串联和并联两种方式。

其中并联接法输出电荷大，本身电容也大，时间常数大，适用于测量慢变信号，当采用电荷放大器转换压电元件上的输出电荷q 时，并联方式可以提高传感器的灵敏度，所以并联方式适用于以电荷作为输出量的地方。

串联接法的输出电压大，本身电容小，当采用电压放大器转换压电元件上的输出电压时，串联方法可以提高传感器的灵敏度，所以串联方式适用于以电压作为输出信号，并且测量电路输入阻抗很高的地方。

6.4压电传感器为什么要接前臵放大器？常用的前臵放大电路有几种？各有什么特点？答：由于压电传感器的输出信号非常微弱，一般将电信号进行放大才能测量出来。

但因压电传感器的内阻抗相当高，不是普通放大器能放大的，而且，除阻抗匹配的问题外，连接电缆的长度、噪声都是突出的问题。

为解决这些问题，通常，传感器的输出信号先由低噪声电缆输入高输入阻抗的前臵放大器。

前臵放大器也有两种形式：电压放大器和电荷放大器。

电压放大器的输出电压与输入电压（即传感器的输出电压）成比例，这种电压前臵放大器一般称为阻抗变换器；电荷放大器的输出电压与输入电荷成比例。

这两种放大器的主要区别是：使用电压放大器时，整个测量系统对电缆电容的变化非常敏感，尤其是连续电缆长度变化更为明显；而使用电荷放大器时，电缆长度变化的影响差不多可以忽略不计。

七章7.1 什么是自感传感器？为什么螺管式自感式传感器比变气隙式的测量范围大？答：自感式传感器是把被测量转换成线圈的自感变化，通过一定的电路转换成电压或电流输出的装臵。

由于转换原理的非线性和衔铁正、反方向移动时自感变化的不对称性，变气隙式自感传感器(包括差动式结构)，只有工作在很小的区域，才能得到一定的线性度。

而差动螺管式自感传感器的自感变化量与衔铁的位移量成正比，其灵敏度比单线圈螺管式提高一倍，线性范围和量程较大。

7.2 在使用自感式传感器时，为什么电缆长度和电源频率不能随便改变？答：等效电感变化量为上式表明自感式传感器的等效电感变化量与传感器的电感、寄生电容及电源角频率有关。

因此在使用自感式传感器时，电缆长度和电源频率不能随便改变，否则会带来测量误差。

若要改变电缆长度或电源频率时，必须对传感器重新标定。

7.3 什么是互感传感器？为什么要采用差动变压器式结构？互感式传感器也称为变压器式传感器，把被测位移转换为传感器线圈的互感变化。

这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级线圈绕组采用差动式结构，故称之为差动变压器式传感器，简称差动变压器。