现代传感技术复习题_hu.doc

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1、1、 如何检测电梯钢丝缆绳内部断丝钢丝绳无损检测采用漏磁检测方法。电梯曳引钢丝绳检测的探头采用了永久性磁铁,钢丝绳内穿过磁铁,磁头使被测钢丝绳达到磁饱和,通过霍尔元件采集漏磁场的变化信号,检测信号经放大和滤波等处理后由计算机采集和判别,霍尔元件输出电压会有变化,而附加漏磁场正比于钢丝断丝量,只需要测出霍尔元件的变化电压即可计算出是否有断丝以及断丝量。2、地磁传感器,弹丸在空中飞行时,线圈切割地磁磁力线,产生一个交变的感应电动势,利用地磁场感应线圈感应地磁场方向变化,输出是感应线圈轴向与地磁场方向夹角的余弦,弹丸旋转一周对应地磁场传感器输出信号的一个周期,对应可求得转速的大小。安装在弹丸截面的径

2、向和法向。3、能否提出一种测量多发炮弹(填沙弹)落点的测试方法GPS:炮弹出炮口以后, GPS 开始工作, 测量弹道数据。GPS 测量弹道数据的时间为开始测量到修正引信中阻尼机构打开的这一段时间。而阻尼机构打开的时间是阻尼机构的修正能力大于或等于一维弹道修正引信的射程扩展量所对应的弹道飞行时间。根据射程扩展量可以确定弹道修正引信阻尼机构打开以后的弹道系数, 根据GPS 接收机的采样率可以确定GPS 采集的弹道数据点数, 然后利用这些数据拟合出弹道方程, 预报弹道的落点。4、在15-20万g侵彻加速度的测试中采用何种结构原理的MEMS传感器更合理采用压阻式MEMS传感器更合理。压阻式加速度传感器

3、体积小、频率范围宽、测量加速度的范围宽,直接输出电压信号,不需要复杂的电路接口,大批量生产时价格低廉,可重复生产性好,可直接测量连续的加速度和稳态加速度,但对温度的漂移较大,对安装和其它应力也较敏感,它不具备某些低gn值测量时所需的准确度。压阻式传感器由一个振动片和4个用微机械技术处理形成的褶曲部分组成,4个支架中的每一个都含有2个移植的电阻,它们互相连接形成一个惠丝登电桥,当它承受一个加速度时,这个片将上下移动,导致4个电阻值的增加,其他的4个减少。这样就形成了一个与电源电压成比例的电压变化。5、设计一个保护展品的报警系统,要求有防止接近和搬动的功能用红外传感器与压力传感器相结合来实现次要求

4、热释电红外传感器该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式,因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化 并将其转换为电信号输出。在该探测技术中,所谓“被动”是指探测器本身不发出任何形式的能量,只是靠接收自然界能量或能量变化来完成探测目的。被动红外报警器的特点是能够响应入侵者在所防范区域内移动时所引起的红外辐射变化,并能使监控报警器产生报警信号,从而完成报警功能。压力传感器用来实现防止搬动的功能。选择灵敏度较高的半导体压力传感器,置于展品下面,传感器受到压力会产生相应的信号,并用控制器一直监测此信号,当展品被搬动,则传感器所受压力会变化甚至为零,控制器会检测出与未被

5、搬动前不同,从而报警。6、如何进行测量高层建筑物(如电视塔)的摆动幅度GPS,在建筑物底部几何中心点就位坐标可事先通过GPS精确测定,在建筑物顶部几何中心设置GPS接收机,精确测定坐标,由计算机计算倾斜量和倾斜方向。将激光垂涎仪置于高层建筑物与地面的接触点A,其发出一束垂直于地面的激光,调整PSD传感器探出高层建筑物顶端的距离h,使其恰好接收到激光信号,记录下测试的h,再根据建筑物的高度H可到如下关系式:tan=h/H,由角度的变化可得到摆动幅度。7、如何选择传感器测六维姿态六维加速度传感器实现空间三个正交轴向的线加速度和绕其角加速度的测量,本文提出并研究的一种基于立方体结构的6维加速度传感器

6、的结构原理,6只单轴加速度传感器沿立方体ABCDEFGH的首尾相连、依次垂直的6条棱边安装构成获取加速度信息的敏感单元,再通过对单轴加速度传感器输出信号进行信号调理和采用相应传感模型进行处理得到6维加速度。由于多只单轴加速度传感器均固定在同一刚体上,因此感受到的刚体沿空间惯性坐标系三个正交轴向的线加速度和角加速度是相同的,通过分析各单轴加速度传感器的输出方程并建立方程组,结合特殊的布局结构对方程组进行简化,即可通过计算得到6维的加速度。8、试证明热电偶的五大定律。P125(找本书)(1)中间导体定律:因为: 所以:由此可知,总的热电动势与C无关。同理,热电偶回路中插入多种导体后,只要保证插入的

7、每种导体的两端温度相同,则对热电偶的电动势也无影响。(2)中间温度定律:即:当结点温度不用热力学温度(绝对温度)T表示,而改用摄氏温度t来表示时(t=T273.16K),则式:可以改写成式:(3)连接导体定律:接点温度分别为T, Tn,T0,则回路总热电势为:(4)参考电极定律:设结点温度为T、T0,则用导体A、B组成的热电偶产生的热电势等于导体A、C组成的热电偶和导体C、B组成的热电偶产生的热电势的代数和。如下图所示。有:其中:C为参考电极; (5)均质导体定律:根据总热电动势由珀尔电动势和汤姆孙电动势合成,即:当由一种均质导体组成闭合回路时,尽管两端有温差存在,但由于,所以有:这表明由均质

8、导体构成的回路中,总热电动势为零,不能用于测温。9、如何测试物体的表面粗糙度光纤传感器由下列几部分组成,测量时, 由电源发出的光, 经人射光纤束传导到被测表面, 在被测表面产生反射和散射。如果一部分光再经接收光纤束传导, 由光敏接收元件接收并转换为电流或电压, 并用数字显示。电压值的大小与表面粗糙度有关, 由此测出电压值的大小, 就可得知表面粗糙度的特性。10 光电靶的原理是利用发光二极管与透镜组合发射平行光束,光电二极管来接收,以此形成垂直交叉的光路网隔,网隔的距离即二极管的间隔由子弹的直径确定(略小于子弹的直径),数目根据子弹的直径和靶面的大小确定。传统的目标靶纸放置在光电靶前,两靶同轴,

9、当子弹击中靶面时,子弹遮挡住X 轴、Y轴各一束光路,改变了对应的光电二极管的开关状态,而此时,所有的光电二极管的开关状态都已被编码,编码后的数字信号由单片机处理后即得到子弹击中靶面的位置。11、什么叫分布式光纤传感器,试设计一测试系统可实现大坝的应力测量。P174/188分布式光纤传感系统原理是同时利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质,采用先进的OTDR(光时域反射仪)技术,探测出沿着光纤不同位置的温度和应变的变化,实现真正分布式的测量。光纤受到微弯扰动时会产生微弯损耗,其大小体现引起光纤微弯扰动物理量的变化。将应力通过微弯调制机构对光纤进行应力调制,实现对应力的传感。周期性的微弯调制机构由

10、动齿板和定齿板两部分组成,敏感光纤放于两板之间。动齿板固定在弹膜片的中心,定齿板固定在刚性壳体的底座上。应力作用弹膜片产生应变,固定在膜片上的动齿板产生对光纤的微弯扰动,实现应力调制。应力传感范围由弹膜片的大小和厚度决定12、如何测得血管中血细胞的流速超声波的产生和接收原理主要是利用了压电晶体的压电效应和逆压电效应。用超声波照射血管中的血细胞,此时超声发射装置为声源,血细胞为接收者,利用多普勒效应,接收者收到的声波频率将发生变化。利用超声波的反射特性,照射到血细胞的超声波将发生反射,超声接收装置接收反射回波信号,再次利用多普勒效应可以测得回波频率,习惯称入射超声波频率和接收到的声波频率差为频移

11、。由于超声波的速度远远大于血管中血细胞的流速,利用测得频移值,可以测量血管中血细胞的流速。多普勒超声血流仪就是利用此原理制造而成。13、试比较体硅、表面硅和LIGA技术的优缺点 体硅优点:不需精密加工设备缺点:I、加工用的腐蚀剂与集成电路或集成电路加工设备不兼容;II、晶片消耗量大,费用较高。 表面硅优点:I、与常规集成电路加工兼容,因此,元件可方便地制作在已完成电路所留空间的晶片上;II、器件可以做得很小,适合微小结构件的加工。缺点:属于二维平面加工,限制了设计的灵活性。 LIAG技术优点:I、可制作高度达数百至1000、高度比大于200、侧壁平行线偏离在亚微米范围内的三维立体微结构;II、

12、对微结构的横向形状没有限制,横向尺寸可小到0.5,加工精度可达0.1;III、用材广泛,金属、合金、陶瓷、聚合物、玻璃等都可作为LIGA加工的对象;IV、与微电镀、注塑巧妙结合可实现大批量复制生产,成本低。缺点:I、由于需要同步辐射光,所以成本较高,而且不容易实现;II、在微电铸工艺中,由于微结构尺寸很小,同时具有很大的高宽比,很难获得高精度高质量的电铸微结构;III、在塑铸工艺中,随着结构高宽比的增加,金属模与塑料复制品的脱模分离变得困难,因此图形的缺陷容易产生。14、如何实现无人小车的超声避障,试述系统构成及关键问题利用超声波来检测小车的前方是否有障碍物,小车的前方你要放一个超声波发生器、

13、一个超声波接收器,当超声波发生器发出去的声波遇到障碍物时,这些声波就会被反射回来,这时就利用超声波接收器接受被反射回来的声波,然后再在车身上面按装一个声波转化器,就是把反射回来的声波转化成其他的信号。系统组成:超声避障小车系统主要由超声传感器检测模块、单片机控制模块、电机驱动模块、电源模块、电机和小车载体构成。工作原理:超声传感器分左、右两对,负责对障碍物的检测。传感器探索前面、左边和右边的障碍物,向单片机发出中断信号IN0、IN1和IN2(1表示检测到障碍物)。单片机控制模块根据IN0、IN1贺IN2信号的组合来判定遇到障碍物,决定转向,并在其端口输出控制信号(PWM1、PWM2、DIR1和

14、DIR2)到开关芯片,信号经开关芯片分解与组合后,再输出到驱动芯片。驱动芯片最终将控制信号转换成模拟信号(MOTOR1+/-和MOTOR2+/-,其中+为正转,-为反转)输出到电机,驱动两个电机正转或反转相配合实现前进、后退和左转等动作,从而避开前面的障碍物。17、如何测量弹丸炸点可以采用声传感器和震动传感器相结合的复合探测系统。将声传感器和震动传感器以一定的阵法排列,比如:平面四元阵和立体五元阵,然后分别探测爆炸的声音和落地的加速度,再通过后续处理电路将所测得的数据通过一定的算法进行整合和计算,便可以精确测量弹丸的炸点。18、某弹药在试飞时不知掉落何方,如何寻找,请设计测试系统如果靶场装备光

15、电经纬仪的话,可以通过此仪器跟踪试飞弹药的轨迹,从而准确的计算出弹药的落点;如果没有的话,可以试着给试飞弹药添加信号源,比如:无线电发射机,通过对所发出信号的跟踪,便可以准确找到试飞弹药的落点。的坐标和环数。13、试比较体硅、表面硅和LIGA技术的优缺点 体硅优点:不需精密加工设备缺点:I、加工用的腐蚀剂与集成电路或集成电路加工设备不兼容;II、晶片消耗量大,费用较高。 表面硅优点:I、与常规集成电路加工兼容,因此,元件可方便地制作在已完成电路所留空间的晶片上;II、器件可以做得很小,适合微小结构件的加工。缺点:属于二维平面加工,限制了设计的灵活性。 LIAG技术优点:I、可制作高度达数百至1

16、000、高度比大于200、侧壁平行线偏离在亚微米范围内的三维立体微结构;II、对微结构的横向形状没有限制,横向尺寸可小到0.5,加工精度可达0.1;III、用材广泛,金属、合金、陶瓷、聚合物、玻璃等都可作为LIGA加工的对象;IV、与微电镀、注塑巧妙结合可实现大批量复制生产,成本低。缺点:I、由于需要同步辐射光,所以成本较高,而且不容易实现;II、在微电铸工艺中,由于微结构尺寸很小,同时具有很大的高宽比,很难获得高精度高质量的电铸微结构;III、在塑铸工艺中,随着结构高宽比的增加,金属模与塑料复制品的脱模分离变得困难,因此图形的缺陷容易产生。14、如何实现无人小车的超声避障,试述系统构成及关键

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