清华检测原理思考题答案

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1、1-1 灵敏度和分辨率： 两者定义不同，但属于正相关 1-2 数字仪表的分辨率不能达到 1LSB （least significant bit） , 因为电路噪声大于 1 个 LSB， 会掩盖有效的输入，分辨率下降，只能检测到比噪声大的信号。 1-3 安全栅进行能量限制 1-4 敏感元件特性发生变化导致零点和灵敏度发生变化 因为器件会老化，所以需要调节零点；因为需要调节灵敏度，所以需要调节量程。 1-7 由题意，1oC 是量程的 0.5%，故量程为 200oC。又下限刻度为负值，为全量程的 25%， 故可知负值部分为 50 oC。从而，上限为 150 oC，下限为-50 oC，量程为 200

2、oC。 1-8 （1）U = ? ? E （2）U = ? ? E = ? ? ? ? 滑片接触凸点时 ? ? 滑片接触凹点时 （3）等效于两圈做一圈用，特性曲线为： 等效于低通滤波，使得输入输出特性曲线平滑。 U d 3-1 金属应变片（电阻丝）的应变系数约为 2。 3-2 单臂电桥接法： 存在非线性误差，电源不稳定及温度变化对测量误差有影响。 半桥电路接法： 此时由于差动结构非线性误差被抑制， 具有温度补偿作用， 灵敏度约是单臂电桥的两倍。 全桥电路接法： 具备半桥电路的优势，同时灵敏度是半桥电路的两倍。 3-3 应变片的半桥或全桥电路是否还需要考虑温度补偿？为什么？应变片的半桥或全桥电路

3、是否还需要考虑温度补偿？为什么？ 不需要。因为两种电路都有温度补偿的功能。具体分析： 对于应变片接在 1 R和 2 R处的半桥电路， 根据电阻随温度的变化 01 (20)RRT，电桥平衡时有 222 111 RkRR n RkRR ，其中(20)kT，可见温度对于电路无影响。 就是这样 对于全桥电路，两个桥臂分别可以用上面的方法分析，得到相同结果。 3-4 用半桥电路差动检测悬臂梁自由端的振动时，上下两个应变片连接在用半桥电路差动检测悬臂梁自由端的振动时，上下两个应变片连接在 1 R和和 2 R处，和连 接在 处，和连 接在 1 R和和 3 R处有何不同？处有何不同？ 电桥 24 13 RR

4、n RR ，灵敏度最大时 n=1。 应变片接在 1 R和 2 R处时， 311 1234121 1 () 2 RRRRR eEEE RRRRRRR 应变片接在 1 R和 3 R处时， 31 1234 31 13 13 13 () () 22 () (2)(2) RRRR eE RRRRRR RRRR E RRRR R RR E RRRR 可见前者相对于后者，对温度等变化有抵消，且输出为线性量，检测结果更准确。 3-5 差动检测结构的特点是什么？差动检测结构的特点是什么？ 结构特点：结构特点： 两个空间对称结构 测量参数反对称作用 干扰或影响参数对称作用 功能特点：功能特点： 消除共模干扰 降低

5、漂移 提高灵敏度 3-6 差动电容传感器有哪些应用？测量电路有哪几种？差动电容传感器有哪些应用？测量电路有哪几种？ 差动电容传感器：位移检测、加速度传感器、倾斜仪、三维力传感器 测量电路：差动脉宽调制电路、输出振荡脉宽电路 3-7 差动电容位移测量相比单电容局部线性位移测量.利用了差动检测的结构,具有更好的线性灵 敏度,此外对于差动电容: 2 212 () ) 000 CCdd o Cdd ,而对于单电容的局部线性度: () 000 Cdd o Cdd ,差动电容的非线性误差更小. 4-1 题目做过。 偏位式不工作在平衡状态，零位式工作在平衡状态。 4-2 电感式位移传感器不受环境湿度（与电容

6、式相比的优点）和污染物（与光电式相比的优 点）的影响。 4-3 差动变压器在铁芯出于正中位置时输出不为零，分析其如下原因的对错： A 铁芯材料磁性不对称（Y） B 耳机线圈相位特性不一致（Y） C 一次线圈有谐波输入（N） 4-4 差动变压器相敏整流电路的作用是什么？差动变压器相敏整流电路的作用是什么？ 答：差动变压器相敏整流电路将交流变成直流和相位解调。 4-5 电流 伺服电机转角 4-6 不超调：稳定性 响应快：响应速度 跟踪紧：准确性 由和这两个系统参数决定。 4-7 加速度检测的基础是（位移）检测。 加速度检测系统是（m,k,c）的二阶系统。 当 n ?的条件下，二阶系统的位移相当于加

7、速度。 4-8 闭环式加速度测量的灵敏度与弹簧弹性系数无关。 原因： 1 .1 / o U fdSf UmR S xSk S S S ，因 f Sk?，可知 U f mR S S ，与 K 无关。 开环时与弹簧弹性系数有关。 原因： dS U mRS S S k 4-9 当振动频率远小于系统的固有频率时，可以进行加速度测量，振动频率越小，误差越 小，故 400Hz 下系统误差较小。 5-1 原因是近处主要因素是散射角度，远处主要因素是光强衰减，故非单调变化。 测振动 面时要注意振动过程中都应处在某个线性区。 5-2 主尺、副尺、平滑的三角波、1/4、pi/2 5-3 方向；位移 5-4 1/2

8、 倍上图封装成 M 模块，A 表示单稳电路（具体就不画了） ， 此作业助教打了勾，所以应 该要求得不是那么细节 1/4 倍 5-5 磁极的距离为 0.2m，则输出电压的一个周期对应的位移量为 0.2m。要使测量不确定度达到 0.002m， 则分辨率应为(Vpp*2)/(0.2/0.002)= Vpp/50。注意一个周期有上升段和下降段，所以 Vpp要乘以 2。 6-1 比较同步积分和窄带滤波的异同点比较同步积分和窄带滤波的异同点 窄带滤波去噪的结果：时域里卷积，输出窄带信号 同步积分去噪的结果：时域里积分，输出直流信号 6-2 填空：填空： PSD 元件的两正极输出电流与入射光点到两电极的距离

9、成（反比）关系。 PSD 元件输出入射光点的位置信息，是连续的（模拟量）输出，表示入射光斑的（位置） 。 PSD 距离传感器由（红外 LED） 、 （PSD 元件） 、两片（透镜）和（此格没有， 题目出错） 组成。 为提高测距灵敏度应该尽量将基线 D 设计得（大）一些。为抗其他光源的干扰，需要（调 制）发光，并根据（同步积分）解调接收信号。 同步积分是一种从被噪声淹没的信号中分析（同频同相）信号成分大小的有效方法。 6-3 ( ) ( ) p i i x p i 6-4 人为添加干扰光，观察是否有影响 7-1 离心式转速表：应用于转速检测、蒸汽发动机的自动调速 转速码盘： 光纤陀螺角速度测量：

10、应用与航空、航天、交通等 7-2 采用 ABZ 三相，具体见课件 7-3 激光测距测速方法的关键技术在哪里？为什么？激光测距测速方法的关键技术在哪里？为什么？ 关键技术是时间测量技术。 测距时，光速和距离都是一定的，所测距离的精确度取决于发射波与回波的时间差的测量。 测速时， 假设每隔t时间发射一个脉冲，测出相邻两个回波的时间差即可计算出光程差从而 计算出这段时间内的速度，精确度取决于回波的时间差的测量。 7-4 设传感器设传感器 A 和传感器和传感器 B 处所观测到的离散信号序列分别为处所观测到的离散信号序列分别为 ?(?)，?(?)，其中，其中? = ?,?,? ? 求两信号的互相关函数值

11、，注意标出函数取值范围和取平均的数值个数。求两信号的互相关函数值，注意标出函数取值范围和取平均的数值个数。 互相关函数为?(?) = ? ? ?(?) ?(? + ?) ? ? ?)，其中? = 0,1,2? 1 对于每个 k，函数取值范围为 0 到 n-1-k，取平均的数值个数为 n-k 7-5 利用传感器输出的自相关函数可以分析信号的（周期性） ； 利用空间相隔一定距离的两传感器输出的相关函数可以测量（移动物体的速度） 。 7-6 白噪声发生器能产生连续的随机噪声，指出白噪声自相关函数的特点。 白噪声的功率谱是一个常数，它的自相关函数是冲激函数（） ，自相关函数的傅里叶变换即 为功率谱。

12、Temperature: 思考题思考题 1：水的三相点温度是多少？：水的三相点温度是多少？ 答：0.01C 思考题思考题 2： 同种导体材料能否构成热电偶？同种导体材料能否构成热电偶？ 答：只有用不同性质的导体(或半导体)才能组合成热电偶；相同材料不会产生热电势，因为 当 A、B 两种导体是同一种材料时，ln(NA/NB)=0，即EAB(T，T0)=0 。 热电偶两端接点温度相同，热电偶回路中是否有热电势？热电偶两端接点温度相同，热电偶回路中是否有热电势？ 答：由于热电偶两端接点温度相同，故EAB(T，T0)=0 。因而热电偶回路中夜没有热电势。 热电势大小和电极材料、冷热端温度有关，和电极粗

13、细、长短是否有关？为什么？热电势大小和电极材料、冷热端温度有关，和电极粗细、长短是否有关？为什么？ 答：从热点效应的数学模型推导可以看出，热电势的大小与电极粗细、长短无关。 思考题思考题 3：在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，为什么？：在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，为什么？ 答：补偿导线是建立在 EAB(T2,T0) EAB(T2,T0)的基础上的。极性接错后，则 EAB(T2,T0)不 等于 EBA(T2,T0)。 思考题思考题 4：右边图示的冰点槽参比端温度补偿接线方法在实际使用中是否有问题？：右边图示的冰点槽参比端温度补偿接线方法在实际使用中是

14、否有问题？ 答：如果考虑 J3、J4温度可能不一致则有问题，但一般情况可以忽略。 思考题思考题 5：假设热电偶的冷端温度变化范围为：假设热电偶的冷端温度变化范围为 0+50，材料采用铂铑，材料采用铂铑 10-铂，结合后续所 学热电阻测温相关内容，计算为达到自动补偿目的，电阻 铂，结合后续所 学热电阻测温相关内容，计算为达到自动补偿目的，电阻 RCM在在 0时的阻值。时的阻值。 答：根据前几页 ppt 补偿电桥的分析，RCM在 0时的阻值=R5。 思考题思考题 5：用补偿电桥实现热电偶冷端温度自动补偿，能否完全消除冷端温度变化的影响？：用补偿电桥实现热电偶冷端温度自动补偿，能否完全消除冷端温度变

15、化的影响？ 答：不能。因为热电偶的变化是非线性的，而热电阻的变化是线性的，不能用热电阻的变化 来完全消除热电偶的变化。 思考题思考题 6：已知所用热电偶为：已知所用热电偶为 T 型，其输出电压为型，其输出电压为-7.658mV,冷端温度为冷端温度为 100C，求被测温 度？ ，求被测温 度？(-100 C) 答：已经 E(100,0)=4.279mV，所以 E (热端温度,0)= E(100,0)-7.658=-3.379mV，对应-100。 思考题思考题 7：采用串联式热电堆测量温度有何优点？计算被测温度是多少？：采用串联式热电堆测量温度有何优点？计算被测温度是多少？ 答：图中串联式热电堆测

16、得的是 E 是不串联的 4 倍，这样可以提高灵敏度，降低误差。 思考题思考题 8：问图中（并联式热电堆）万用表指示电压为多少？：问图中（并联式热电堆）万用表指示电压为多少？ 答：自动取三者均值。 思考题思考题 9：定量分析采用前图所示：定量分析采用前图所示 3 线制接法后电桥的输出范围。线制接法后电桥的输出范围。 答：模仿 2 线制算吧。期待负责的童鞋补上。 思考题思考题 10： 某热敏电阻在： 某热敏电阻在 T 0 0C 时阻值为时阻值为 R 0 100 ， 在， 在 T45C 时阻值为时阻值为 R20 ， 现用 ， 现用 100mA 恒流源为该热敏电阻供电，测得热敏电阻两端电压为恒流源为该热敏电阻供电