現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)與系統(tǒng)

填空選擇：1光電效應(yīng)：因光照引起的材料電學(xué)特性改變的現(xiàn)象稱(chēng)為光電效應(yīng)，分為外光電效應(yīng)（光電管和光電倍增管）和內(nèi)光電效應(yīng)，內(nèi)光電效應(yīng)又包括光電導(dǎo)效應(yīng)（光敏電阻）和光生伏特效應(yīng)（光敏二極管，光敏三極管，光電池）2熱電偶的基本定律：a.均質(zhì)導(dǎo)體定律：兩種均質(zhì)導(dǎo)體組成的熱電偶的熱電勢(shì)大小與電極的直徑、長(zhǎng)度以及長(zhǎng)度方向的溫度部分無(wú)關(guān)，只與熱電極材料和溫差有關(guān)。如果材質(zhì)不均勻，當(dāng)熱點(diǎn)，極上各處溫度不同時(shí)，將產(chǎn)生附加熱電勢(shì)，造成無(wú)法估計(jì)得測(cè)量誤差，因此熱電極材料的均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。b.標(biāo)準(zhǔn)電極定律:若導(dǎo)體ABC分別與三種導(dǎo)體C組成熱電偶，那么由導(dǎo)體AB組成的熱電偶的熱電勢(shì)可以由標(biāo)準(zhǔn)電極定律來(lái)確定。標(biāo)準(zhǔn)電極定律指出：如果將導(dǎo)體C（熱點(diǎn)極，一般為純鉑絲）作為標(biāo)準(zhǔn)電極（也叫做參考電極），并且已知標(biāo)準(zhǔn)c.中間導(dǎo)體定律:在熱電偶回路中，只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，對(duì)熱電偶回路的總電勢(shì)沒(méi)有影響。D.中間溫度定律：在熱電偶回路中，當(dāng)結(jié)點(diǎn)溫度為T(mén),T0時(shí)，總熱電勢(shì)等于該熱電偶在節(jié)點(diǎn)溫度為T(mén),Tn和Tn，T0時(shí)相應(yīng)的熱電勢(shì)的代數(shù)和。3誤差來(lái)源：方法誤差、環(huán)境誤差、數(shù)據(jù)處理誤差、使用誤差、儀器誤差、人身誤差。誤差分類(lèi)：系統(tǒng)誤差：在相同條件重復(fù)測(cè)量同一量時(shí)，誤差的絕對(duì)值和符號(hào)保持不變，或在條件改變時(shí)按照一定的規(guī)律變化。產(chǎn)生的主要原因是儀表制造，安裝或使用不當(dāng)。是一種有規(guī)律的誤差，系統(tǒng)誤差越小、則表明準(zhǔn)確度越高。隨機(jī)誤差：在相同條件下多次重復(fù)測(cè)量同一量時(shí)，誤差絕對(duì)值和符號(hào)無(wú)規(guī)律變化的誤差。主要來(lái)源有機(jī)械干擾、熱和濕干擾、電磁場(chǎng)變化、放電噪音，光空氣原件噪聲?？傮w來(lái)說(shuō)服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，誤差大小放映數(shù)據(jù)的分散程度，誤差越小，精密度越高。粗大誤差：測(cè)量值偏離實(shí)際值的誤差。操作不當(dāng)造成的。測(cè)得的值明顯地偏離實(shí)際值所形成的的誤差。判斷哪個(gè)測(cè)量值是壞值或是異常值，處理數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)剔除。4數(shù)字PID算法是比例、積分、微分算法。（增量型算法與位置型算法）5人耳可以聽(tīng)到的聲波頻率范圍是16~20kHz，超過(guò)20kHz的聲波稱(chēng)為超聲波。6超聲波傳感器的原理及應(yīng)用原理：超聲波傳感器以超聲波為檢測(cè)手段，因此必須有發(fā)射超聲波和加收超聲波的裝置，一般將它們稱(chēng)為超聲換能器或超聲探頭。分類(lèi)：超聲波傳感器按工作原理分為壓電式、磁致伸縮式和電磁式等，在檢測(cè)技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的是壓電式。應(yīng)用：超聲波測(cè)厚，超聲波測(cè)物位，超聲波測(cè)流量，超聲波無(wú)損探傷7生物敏傳感器的組成原理：生物敏傳感器由分子識(shí)別軟件（敏感基元）和與之結(jié)合的信號(hào)轉(zhuǎn)換器件（換能器）兩部分組成。分類(lèi)：按所用分子識(shí)別元件分為：酶?jìng)鞲衅鳌⑽⑸锩魝鞲衅?、組織傳感器、細(xì)胞傳感器、免疫傳感器等。8紅外傳感器的分類(lèi)紅外傳感器是能將紅外輻射轉(zhuǎn)換為電能的裝置，其按工作原理可分為光敏型（或稱(chēng)光子型、量子型）和熱敏型兩類(lèi)。大題：1.測(cè)控系統(tǒng)的基本任務(wù)：測(cè)控系統(tǒng)的基本任務(wù)是借助專(zhuān)門(mén)的傳感器感知對(duì)象信息并傳輸?shù)较到y(tǒng)處理器，系統(tǒng)處理器中，通過(guò)信號(hào)處理方法對(duì)對(duì)象信息進(jìn)行處理與數(shù)據(jù)分析，得到控制對(duì)象的有效狀態(tài)信息和測(cè)試結(jié)果，進(jìn)而將這些對(duì)象的控制信息傳輸給控制環(huán)節(jié)進(jìn)行對(duì)象的行為控制，并將測(cè)試結(jié)果通過(guò)顯示裝置輸出。實(shí)現(xiàn)測(cè)控系統(tǒng)所涉及的感知技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、處理技術(shù)以及軟硬件集成技術(shù)都是測(cè)控技術(shù)的重要內(nèi)容。2.什么叫置信區(qū)間？置信區(qū)間：當(dāng)測(cè)量或計(jì)算變量時(shí)，在一定概率保證下，估計(jì)出一個(gè)區(qū)間[-a,+a]以能夠覆蓋真值μ的區(qū)間，這個(gè)區(qū)間稱(chēng)為置信區(qū)間，區(qū)間的上下限稱(chēng)為置信限。3.超聲波傳感器的工作原理和應(yīng)用？原理：超聲波傳感器以超聲波為檢測(cè)手段，因此必須有發(fā)射超聲波和加收超聲波的裝置，一般將它們稱(chēng)為超聲換能器或超聲探頭。分類(lèi)：超聲波傳感器按工作原理分為壓電式、磁致伸縮式和電磁式等，在檢測(cè)技術(shù)中應(yīng)最為廣泛的是壓電式。應(yīng)用：超聲波測(cè)厚，超聲波測(cè)物位，超聲波測(cè)流量，超聲波無(wú)損探傷4.智能傳感器的組成？智能傳感器一般構(gòu)成結(jié)構(gòu)圖？智能傳感器主要由傳感器、微處理器及相關(guān)電路組成。其結(jié)構(gòu)框圖：P1455、系統(tǒng)、粗大誤差的產(chǎn)生原因是什么？對(duì)測(cè)量結(jié)果影響有什么不同？系統(tǒng)誤差：在相同條件重復(fù)測(cè)量同一量時(shí)，誤差的絕對(duì)值和符號(hào)保持不變，或在條件改變時(shí)按照一定的規(guī)律變化。產(chǎn)生的主要原因是儀表制造，安裝或使用不當(dāng)。是一種有規(guī)律的誤差，系統(tǒng)誤差越小、則表明準(zhǔn)確度越高。隨機(jī)誤差：在相同條件下多次重復(fù)測(cè)量同一量時(shí)，誤差絕對(duì)值和符號(hào)無(wú)規(guī)律變化的誤差。主要來(lái)源有機(jī)械干擾、熱和濕干擾、電磁場(chǎng)變化、放電噪音，光空氣原件噪聲?？傮w來(lái)說(shuō)服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，誤差大小放映數(shù)據(jù)的分散程度，誤差越小，精密度越高。粗大誤差：測(cè)量值偏離實(shí)際值的誤差。操作不當(dāng)造成的。測(cè)得的值明顯地偏離實(shí)際值所形成的的誤差。判斷哪個(gè)測(cè)量值是壞值或是異常值，處理數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)剔除。5.性補(bǔ)償?shù)哪康?？主要有哪些補(bǔ)償方法？目的：非線(xiàn)性補(bǔ)償法通過(guò)在測(cè)量系統(tǒng)中引入非線(xiàn)性補(bǔ)償環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)的總輸出特性呈線(xiàn)性，從而提高檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量的準(zhǔn)確性。方法：模擬非線(xiàn)性補(bǔ)償法：開(kāi)環(huán)式非線(xiàn)性補(bǔ)償法、閉環(huán)式非線(xiàn)性補(bǔ)償法、差動(dòng)補(bǔ)償法、分段矯正法。數(shù)字非線(xiàn)性補(bǔ)償法：擬合法、查表法。7.按照所用分子識(shí)別元件的不同、生物敏傳感器可以為哪幾類(lèi)？酶?jìng)鞲衅鳌⑽⑸飩鞲衅?、?xì)胞傳感器、組織傳感器、細(xì)胞傳感器、免疫傳感器。8.常用的三種圖像分割法是什么？各自有什么特點(diǎn)？1灰度閾值法：特點(diǎn)一常用的圖像分割法是將圖像灰度分成不同的等級(jí)，然后用設(shè)置灰度閾值的方法確有意義的區(qū)域或分割物體的邊界。特點(diǎn)二選用不同的閾值其處理結(jié)果差異很大。2.區(qū)域生長(zhǎng)：區(qū)域生長(zhǎng)是從某個(gè)角度或者像素點(diǎn)觸發(fā)，最后得到整個(gè)區(qū)域，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)提取。3.分裂合并：分裂合并差不多是區(qū)域生長(zhǎng)的逆過(guò)程：從整個(gè)圖像出發(fā)，不斷分裂得到各個(gè)子區(qū)域，然再把前景區(qū)域合并，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)提取。9.什么是光電效應(yīng)？主要包括哪幾種？因光照引起的材料電學(xué)特性改變的現(xiàn)象稱(chēng)為光電效應(yīng)，分為外光電效應(yīng)（光電管和光電倍增管）和內(nèi)光電效應(yīng)，內(nèi)光電效應(yīng)又包括光電導(dǎo)效應(yīng)（光敏電阻）和光生伏特效應(yīng)（光敏二極管，光敏三極管，光電池）10.簡(jiǎn)述虛擬儀器的組成和特點(diǎn)？虛擬儀器由三大功能模塊組成：信號(hào)采集、信號(hào)分析處理、經(jīng)典輸出與顯示。相應(yīng)的，虛擬儀器由計(jì)算機(jī)、儀器硬件和應(yīng)用軟件3大要素組成。與傳統(tǒng)儀器相比虛擬儀器具有以下3個(gè)特點(diǎn)。1．不強(qiáng)調(diào)物理上的實(shí)現(xiàn)形式虛擬儀器通過(guò)軟件功能來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)處理與分析及數(shù)據(jù)的顯示這3部分的物理功能。其充分利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，在基本硬件的支持下，利用軟件完成數(shù)據(jù)的采集、控制、數(shù)據(jù)分析和處理以及測(cè)試結(jié)果的顯示等，通過(guò)軟、硬件的配合來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的各種功能。2．在系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟硬件資源共享虛擬儀器的最大特點(diǎn)是將計(jì)算機(jī)資源與儀器硬件、DSP技術(shù)相結(jié)合，在系統(tǒng)內(nèi)共享軟硬件資源。它打破了以往由廠家定義儀器功能的模式，而變成了由用戶(hù)自己定義儀器功能。使用相同的硬件系統(tǒng)，通過(guò)不同的軟件編程，就可實(shí)現(xiàn)功能完全不同的測(cè)量?jī)x器。3．圖形化的軟件面板虛擬儀器沒(méi)有常規(guī)儀器的控制面板，而是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境，采用可視化的圖形編程語(yǔ)言和平臺(tái)，以在計(jì)算機(jī)屏幕上建立圖形化的軟面板來(lái)替代常規(guī)的傳統(tǒng)儀器面板。軟面板上具有與實(shí)際儀器相似的旋鈕、開(kāi)關(guān)、指示燈及其他控制部件。在操作時(shí)，用戶(hù)通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤(pán)操作軟面板，來(lái)檢驗(yàn)儀器的通信和操作。除上述特點(diǎn)之外，與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器還有如下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)。（1）虛擬儀器用戶(hù)可以據(jù)自己的需要靈活地定義儀器的功能，通過(guò)不同功能模塊的組合可構(gòu)成多種儀器，而不必受限于儀器廠商提供的特定功能。（2）虛擬儀器將所有的儀器控制信息均集中在軟件模塊中，可以采用多種方式顯示采集的數(shù)據(jù)、分析的結(jié)果和控制過(guò)程。這種對(duì)關(guān)鍵部分的轉(zhuǎn)移進(jìn)一步增加了虛擬儀器的靈活性。（3）由于虛擬儀器關(guān)鍵在于軟件，硬件的局限性較小，因此與其他儀器設(shè)各連接比較容埸實(shí)現(xiàn)。而且虛擬儀器可以方便地與網(wǎng)絡(luò)、外設(shè)及其他應(yīng)用連接，還可利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多用戶(hù)數(shù)據(jù)共享。（4）虛擬儀器可實(shí)時(shí)、直接地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，也可通過(guò)計(jì)算機(jī)總線(xiàn)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱鎯?chǔ)器或打印機(jī)。這樣做一方面解決了數(shù)據(jù)的傳輸問(wèn)題，一方面充分利用了計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)能力，從而使虛擬儀器具有幾乎無(wú)限的數(shù)據(jù)記錄容量。（5）虛擬儀器利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形用戶(hù)界面（GUI），用計(jì)算機(jī)直接讀數(shù)。根據(jù)工程的實(shí)際需要，使用人員可以通過(guò)軟件編程或采用現(xiàn)有分析軟件，實(shí)時(shí)、直接地對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析與處理。（6）虛擬儀器價(jià)格低，而且其基于軟件的體系結(jié)構(gòu)還大大節(jié)省了開(kāi)發(fā)和維護(hù)費(fèi)用。例題1.用游標(biāo)卡尺對(duì)某一尺寸測(cè)量１０次，假定已消除系統(tǒng)誤差和粗大誤差，得到數(shù)據(jù)如下（單位為mm）:75.01,75.04,75.07,75.00,75.03,75.09,75.06,75.02,75.05,75.08求測(cè)量值的算術(shù)平均值、均方根誤差以及算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差。解：假定已消除系統(tǒng)誤差和粗大誤差，由算術(shù)平均值公式得由均方根誤差公式得算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差值要用到標(biāo)準(zhǔn)誤差，由于一般無(wú)法得到它，所以用它的近似值來(lái)代替，再由公式得3.在設(shè)計(jì)一視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)，已知被測(cè)物體至鏡頭的距離是10cm-30cm范圍內(nèi)，取WD=20cm,設(shè)視場(chǎng)高度為6.6mm，則鏡頭放大倍數(shù)為：PMAG=6.6mm/60mm=0.11,則在上述條件下如何選擇鏡頭。計(jì)算鏡頭焦距標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距為8mm,12.5mm,16mm,25mm,50mm,16mm鏡頭的焦距最接近計(jì)算值，使用該值重新計(jì)算WD鏡頭的擴(kuò)充距離為如果鏡頭的擴(kuò)充距離不變，可以通過(guò)墊圈（1mm或0.5mm）調(diào)節(jié)焦距機(jī)構(gòu)獲得所需擴(kuò)充距離。4.下圖所示為超聲波流量計(jì)采用視察測(cè)量法測(cè)量液體流量的安裝示意圖，已知超聲波在液體中流量為C，求被測(cè)液體的平均流速V。書(shū)上125頁(yè)當(dāng)傳感器1為發(fā)射，2為接收時(shí)，超聲波順流傳播時(shí)間t1為（1）當(dāng)傳感器2為發(fā)射，1為接收時(shí)，超聲波逆流傳播時(shí)間t2為（2