智能傳感與檢測(cè)技術(shù) 習(xí)題及答案匯 徐小華第1-15章

填空題1.金屬半導(dǎo)體2.機(jī)械電阻值3.對(duì)臂阻值乘積相等4.兩兩5.電壓二、綜合題1.導(dǎo)體或半導(dǎo)體在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值也發(fā)生相應(yīng)的變化。2.半橋的輸出電壓是惠斯通電橋的兩倍，全橋的輸出是板橋的兩倍。相同點(diǎn)是都與電源電壓和應(yīng)變片的應(yīng)變成正比。3.氣敏元件在高溫下靈敏度大幅提高，它能燒去氣敏元件附著的油污、塵埃等，起到清洗作用，并加速被測(cè)氣體的吸附、脫出過程。4.氣敏電阻是一種半導(dǎo)體敏感器件，它利用半導(dǎo)體材料對(duì)氣體的吸附而使自身電阻率發(fā)生變化的機(jī)理進(jìn)行測(cè)量的元件。5.濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測(cè)量濕度。一、1、電容器電壓電流頻率2、極板相互遮蓋面積介電常數(shù)極距3、變遮蓋面積型、變極距型、變介電常數(shù)型二、1、電容量與、、三個(gè)參量有關(guān)，當(dāng)改變、、三個(gè)參量中的任意一個(gè)，都會(huì)引起電容量的變化，若保持其中任意兩個(gè)參量不變，只改變另一個(gè)參量，那么該參量的變化就能轉(zhuǎn)換為電容量的變化。這就是電容式傳感器的基本原理。2、優(yōu)點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，具有平均效應(yīng)、靈敏度、分辨力高。缺點(diǎn)：輸出阻抗高，負(fù)載能力差、寄生電容影響大、邊緣效應(yīng)帶來的輸出特性非線性三、1、0.19pF2、39.3mV一、填空題1.電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)把被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換成線圈的的變化，再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。2.自感式傳感器是由鐵芯、線圈和銜鐵構(gòu)成的，是將直線或角位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈電感量變化的傳感器。3.金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈漩渦狀流動(dòng)的感應(yīng)電流，稱之為電渦流，這種現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。二、綜合題簡(jiǎn)述變氣隙式自感傳感器的測(cè)量原理。答：變氣隙式自感傳感器的測(cè)量原理是：鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料如硅鋼片或鐵鎳合金制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為，傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連。當(dāng)銜鐵移動(dòng)時(shí)，氣隙厚度發(fā)生改變化，引起磁路總磁阻變化，從而導(dǎo)致電感線圈的電感值變化，因此只要能測(cè)出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。列舉電渦流式傳感器的應(yīng)用場(chǎng)合。答：（1）、電渦流式傳感器可制成開關(guān)量輸出的檢測(cè)元件，這時(shí)可使測(cè)量電路大為簡(jiǎn)化。目前，應(yīng)用比較廣泛的有接近傳感器，也可用于技術(shù)金屬零件的計(jì)數(shù)（見圖3-9）；（2）、電渦流式傳感器可用于測(cè)量轉(zhuǎn)速。在一個(gè)旋轉(zhuǎn)體上開一條或數(shù)條槽，或者將其加工成齒輪狀，旁邊安裝一個(gè)電渦流式傳感器。當(dāng)旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳感器將周期性地改變輸出信號(hào)，此電壓信號(hào)經(jīng)過放大整形后，可用頻率計(jì)指示出頻率值，算出轉(zhuǎn)速；（3）、電渦流式傳感器還可用于測(cè)量振幅第4章壓電式傳感器填空題1.壓電元件一般有三類：第一類是石英晶體；第二類是壓電陶瓷；第三類是高分子壓電材料。2.壓電效應(yīng)可分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。3.將超聲波（機(jī)械振動(dòng)波）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)是利用壓電材料的壓電效應(yīng)；蜂鳴器中發(fā)出“嘀…嘀…”聲的壓電片發(fā)聲原理是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)。4.在實(shí)驗(yàn)室作檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)用的壓電儀表應(yīng)采用sio2壓電材料；能制成薄膜，粘貼在一個(gè)微小探頭上、用于測(cè)量人的脈搏的壓電材料應(yīng)采用PVDF。5.使用壓電陶瓷制作的力或壓力傳感器可測(cè)量動(dòng)態(tài)的力或壓力。6.動(dòng)態(tài)力傳感器中，兩片壓電片多采用并聯(lián)接法，可增大輸出電荷量；在電子打火機(jī)和煤氣灶點(diǎn)火裝置中，多片壓電片采用串聯(lián)接法，可使輸出電壓達(dá)上萬伏，從而產(chǎn)生電火花。7.用于厚度測(cè)量的壓電陶瓷器件利用了逆壓電效應(yīng)原理。綜合題1.簡(jiǎn)述壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)及原理。壓電式加速度傳感器一般由殼體及裝在殼體內(nèi)的彈簧、質(zhì)量塊、壓電元件和固定安裝的基座組成。壓電元件一般由兩片壓電片組成，并在壓電片的兩個(gè)表面鍍銀，輸出端由銀層或兩片銀層之間所夾的金屬塊上引出，輸出端的另一根引線就直接和傳感器的基座相連。在壓電片上放置一個(gè)質(zhì)量塊，然后用硬彈簧對(duì)質(zhì)量塊預(yù)加載荷，然后將整個(gè)組件裝在一個(gè)基座的金屬殼體內(nèi)。為了隔離基座的應(yīng)變傳遞到壓電元件上去，避免產(chǎn)生假信號(hào)輸出，增加傳感器的抗干擾能力，基座一般要加厚或者采用剛度較大的材料制造。

使用時(shí)，將傳感器基座與試件剛性固定在一起，當(dāng)其感受振動(dòng)時(shí)，由于彈簧的剛度相當(dāng)大，質(zhì)量塊的質(zhì)量相對(duì)較小，可以認(rèn)為質(zhì)量塊的慣性很小。因此可以認(rèn)為質(zhì)量塊感受到與傳感器基座相同的振動(dòng)，并受到與加速度方向相反的慣性力作用，這樣，質(zhì)量塊就有一個(gè)正比于加速度的作用力作用在壓電片上。通過壓電片的壓電效應(yīng)，在壓電片的表面上就會(huì)產(chǎn)生隨振動(dòng)加速度變化的電壓，當(dāng)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于傳感器的固有頻率時(shí)，傳感器輸出的電壓與作用力成正比，即與傳感器感受到的加速度成正比。將此電壓輸入到前置放大器后就可以用普通的測(cè)量?jī)x器測(cè)出加速度，如在放大器中加適當(dāng)?shù)姆e分電路，就可以測(cè)出振動(dòng)速度和位移。2.舉例說明壓電式傳感器的應(yīng)用。1）共振型壓電式爆燃傳感器共振型壓電式爆燃傳感器。主要由插頭、插接器、壓電元件等組成。傳感器中的壓電元件緊密的貼合在振蕩片上，振蕩片固定在傳感器的基座上。工作原理：振蕩片隨發(fā)動(dòng)機(jī)的振蕩而振蕩，壓電元件隨振蕩片的振蕩而發(fā)生變形，進(jìn)而在其上產(chǎn)生一個(gè)電壓信號(hào)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)爆燃時(shí)，氣缸的振動(dòng)頻率與傳感器振蕩片的固有頻率相符合，此時(shí)振蕩片產(chǎn)生共振，壓電元件將產(chǎn)生最大的電壓信號(hào)。2）壓電式雨滴傳感器。主要由振動(dòng)板、壓電元件、放大器、殼體及阻尼橡膠構(gòu)成。振動(dòng)板的作用是接收雨滴沖擊能量，按自身固有的振動(dòng)頻率進(jìn)行彎曲振動(dòng)，并將振動(dòng)傳遞給內(nèi)側(cè)壓電元件上，壓電元件把從振動(dòng)板傳遞來的變形轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。當(dāng)壓電元件上出現(xiàn)機(jī)械變形時(shí)，在兩側(cè)的電極上就會(huì)產(chǎn)生電壓。當(dāng)雨滴滴落在振動(dòng)板上時(shí)，壓電元件上就會(huì)產(chǎn)生電壓，電壓大小與加到板上的雨滴的能量成正比，一般是0.5~300mV。放大器將壓電元件上產(chǎn)生的電壓信號(hào)放大后再輸入到刮水器放大器中。第五章思考題與習(xí)題填空題熱電偶作為溫度傳感器，測(cè)得與溫度相應(yīng)的熱電動(dòng)勢(shì)，由儀表顯示出溫度值。熱電偶傳感器廣泛用來測(cè)量-200℃~1800℃范圍內(nèi)的溫度，特殊情況下，可測(cè)至2800℃的高溫或4K的低溫。2.熱電偶冷端0℃恒溫法是指在實(shí)驗(yàn)室及精密測(cè)量中，通常把冷端放入0℃恒溫器或裝滿冰水混合物的容器中，以使冷端溫度保持0℃。3.集成溫度傳感器將溫敏晶體管與相應(yīng)的輔助電路集成在同一芯片上，它能直接給出正比于絕對(duì)溫度的理想線性輸出，一般用于-50℃～±150℃之間的溫度測(cè)量。二、簡(jiǎn)答題1.什么是熱電效應(yīng)？將兩種不同材料的導(dǎo)體A和B串接成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)1和2的溫度不同時(shí)，如T＞T0，在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，并在回路中有一定大小的電流，此種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。2.熱電偶分哪幾種類型？熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償有哪些方法？根據(jù)熱電極的材料，熱電偶可分為難熔金屬熱電偶、貴金屬熱電偶、廉金屬熱電偶、非金屬熱電偶等；根據(jù)測(cè)溫范圍，熱電偶可分為高溫?zé)犭娕?、中溫?zé)犭娕?、低溫?zé)犭娕迹桓鶕?jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的情況，又分為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。熱電偶需要采取一定的措施進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償，消除冷端溫度變化和不為0℃時(shí)所引起的溫度誤差。常用的補(bǔ)償措施有補(bǔ)償導(dǎo)線法、冷端0℃恒溫法、電橋補(bǔ)償法等。3.簡(jiǎn)述熱電阻測(cè)溫原理，常用熱電阻有哪些？他們的性能特點(diǎn)是什么？熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化來測(cè)量溫度的元件，它由熱電阻體（感溫元件），連接導(dǎo)線和顯示或紀(jì)錄儀表構(gòu)成。溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動(dòng)加劇，從而使金屬內(nèi)部的自由電子通過金屬導(dǎo)體時(shí)的阻礙增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增加，我們稱其為正溫度系數(shù)，即電阻值與溫度的變化趨勢(shì)相同。熱電阻按感溫元件的材質(zhì)分金屬與半導(dǎo)體兩類。金屬導(dǎo)體有鉑、銅、鎳、銠鐵及鉑鈷合金等，在工業(yè)生產(chǎn)中大量使用的有鉑、銅兩種熱電阻;

半導(dǎo)體有鍺、碳和熱敏電阻等。按準(zhǔn)確度等級(jí)分為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)和工業(yè)熱電阻。按結(jié)構(gòu)分為繞線型、薄膜型和厚膜型等。(1)鉑熱電阻鉑的物理化學(xué)性能極為穩(wěn)定，并有良好的工藝性。以鉑作為感溫元件具有示值穩(wěn)定，測(cè)量準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，其使用范圍是-200～850℃。除作為溫度標(biāo)準(zhǔn)外，還廣泛用于高精度的工業(yè)測(cè)量。(2)銅熱電阻銅熱電阻的使用范圍是-50～150℃，具有電阻溫度系數(shù)大，價(jià)格便宜，互換性好等優(yōu)點(diǎn)，但它固有電阻太小，另外銅在250℃以上易氧化。銅熱電阻在工業(yè)中的應(yīng)有逐漸減少。

4.什么是熱敏電阻？熱敏電阻的主要特點(diǎn)？熱敏電阻是一種電阻值隨其溫度成指數(shù)變化的半導(dǎo)體熱敏元件。廣泛應(yīng)用于家電、汽車、測(cè)量?jī)x器等領(lǐng)域。優(yōu)點(diǎn)如下：電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，比一般金屬電阻大10～100倍；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，可以測(cè)量“點(diǎn)”溫度；電阻率高，熱慣性小，適宜動(dòng)態(tài)測(cè)量；功耗小，不需要參考端補(bǔ)償，適于遠(yuǎn)距離的測(cè)量與控制。缺點(diǎn)是阻值與溫度的關(guān)系呈非線性，元件的穩(wěn)定性和互換性較差。除高溫?zé)崦綦娮柰?，不能用?50℃以上的高溫。第6章思考題與習(xí)題一、填空題1.光電傳感器通常是指能敏感檢測(cè)到由紫外線到紅外線光的光能量，并能將光能轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的器件。其工作原理是基于一些物質(zhì)的光電效應(yīng)。2.光照射到物體表面后產(chǎn)生的光電效應(yīng)分為三類：外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)。3.熱釋電紅外傳感器由探測(cè)元件、場(chǎng)效應(yīng)管匹配器和干涉濾光片組成。4.光纖傳感器主要包括光纖、光源、光探測(cè)器和信號(hào)處理電路四個(gè)重要部分。二、綜合題1.光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用有哪幾種形式的工作方式？由于光電測(cè)量方法靈活多樣，可測(cè)參數(shù)眾多，一般情況下又具有非接觸、高精度、高分辨率、高可靠性和相應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn),加之激光光源、光柵、光學(xué)碼盤、CCD器件、光導(dǎo)纖維等的相繼出現(xiàn)和成功應(yīng)用，使得光電傳感器在檢測(cè)和控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。按其接收狀態(tài)可分為模擬式光電傳感器和脈沖光電傳感器。光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納為吸收式、遮光式、反射式、輻射式四種基本形式。簡(jiǎn)述光纖傳感器的原理及其應(yīng)用實(shí)例。光纖傳感器一般由三個(gè)環(huán)節(jié)組成，即信號(hào)的轉(zhuǎn)換、信號(hào)的傳輸、信號(hào)的接收與處理。信號(hào)的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，將被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換成為便于傳輸?shù)墓庑盘?hào)。信號(hào)的傳輸環(huán)節(jié)，利用光導(dǎo)纖維的特性將轉(zhuǎn)換的光信號(hào)進(jìn)行傳輸。信號(hào)的接收與處理環(huán)節(jié)，將來自光導(dǎo)纖維的信號(hào)送入測(cè)量電路，由測(cè)量電路進(jìn)行處理并輸出。光纖傳感器可以制造成傳感各種不同物理信息（位置、聲、磁、溫度、旋轉(zhuǎn)等）的器件，如：光纖位移傳感器、光纖液位傳感器等。第7章思考題與習(xí)題填空題霍爾傳感器是一種磁敏傳感器，它是把磁學(xué)物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制、信息傳遞、電磁測(cè)量、生物醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。它的最大特點(diǎn)是非接觸測(cè)量。2.霍爾電勢(shì)UH與輸入電流I及磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，其靈敏度KH與霍爾系數(shù)RH成正比而與霍爾片厚度d成反比。所以，為了提高靈敏度，霍爾元件常制成薄片形狀。3.霍爾元件的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，它通常由霍爾片、引線和殼體組成。4.半導(dǎo)體材料的電阻率隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增強(qiáng)而變大，這種現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng)，利用磁阻效應(yīng)制成的元件稱為磁敏電阻。二、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述你理解中的霍爾效應(yīng)。1879年，美國(guó)物理學(xué)家霍爾（E.H.Hall）經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：如果讓一恒定電流通過一金屬或半導(dǎo)體薄片，并將薄片置于強(qiáng)磁場(chǎng)中，在金屬薄片的另外兩側(cè)將產(chǎn)生與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比的電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)現(xiàn)象后來被人們稱為霍爾效應(yīng)。假設(shè)霍爾元件為N型半導(dǎo)體薄片，薄片厚度為d，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)方向垂直于薄片。在薄片前后兩端通以控制電流I，那么半導(dǎo)體中的載流子（電子）將沿著與電流I相反的方向運(yùn)動(dòng)。由于外磁場(chǎng)B的作用，使電子受到洛侖茲力FL而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，結(jié)果在半導(dǎo)體的右端面上電子積累帶負(fù)電，而左端面缺少電子帶正電，在半導(dǎo)體的左右端面間形成電場(chǎng)。該電場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)力FE阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)。當(dāng)FE和FL相等時(shí)，電子積累達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。這時(shí)在半導(dǎo)體左右兩端面之間（即垂直于電流和磁場(chǎng)方向）建立電場(chǎng)，稱為霍爾電場(chǎng)EH，相應(yīng)的電勢(shì)UH稱為霍爾電勢(shì)。2.制成霍爾元件常用的材料有哪些？1948年以后，由于半導(dǎo)體技術(shù)迅速發(fā)展，人們找到了霍爾效應(yīng)比較明顯的半導(dǎo)體材料，并制成了銻化銦、砷化鎵、砷化銦、硅、鍺等材料的霍爾元件。目前常用的霍爾元件材料是N型硅，它的靈敏度、溫度特性、線性度均較好。3.簡(jiǎn)述集成霍爾傳感器的分類、特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合。集成霍爾傳感器的輸出是經(jīng)過處理的霍爾輸出信號(hào)。其輸出信號(hào)快，傳送過程中無抖動(dòng)現(xiàn)象，且功耗低，對(duì)溫度的變化是穩(wěn)定的，靈敏度與磁場(chǎng)移動(dòng)速度無關(guān)。按照輸出信號(hào)的形式，可以分為開關(guān)集成霍爾傳感器和線性集成霍爾傳感器兩種類型。線性集成霍爾傳感器線性集成霍爾傳感器主要由霍爾元件、恒流源、放大電路組成，由恒流源提供穩(wěn)定的激勵(lì)電流，霍爾電勢(shì)輸出接入放大電路，輸出電壓較高，應(yīng)用廣泛。集成電路的輸出電壓與霍爾元件感受的磁場(chǎng)變化近似呈線性關(guān)系。它主要用于對(duì)被測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性測(cè)量的場(chǎng)合，如角位移、壓力、電流等的測(cè)量。開關(guān)集成霍爾傳感器開關(guān)集成霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)與集成電路技術(shù)制成的一種傳感器，以開關(guān)信號(hào)形式輸出。霍爾開關(guān)集成器件具有使用壽命長(zhǎng)、無觸電磨損、元火花干擾、工作頻率高、溫度特性好及能適應(yīng)惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。常用的開關(guān)集成霍爾傳感器由霍爾元件、放大電路、施密特觸發(fā)器等部分組成。穩(wěn)壓電路可使傳感器在較寬的電源電壓范圍內(nèi)工作，開關(guān)輸出可使該電路方便地與各邏輯電路連接。4.簡(jiǎn)述磁敏二極管的工作原理。當(dāng)磁敏二極管未受到外界磁場(chǎng)作用，且外加如圖7-16a所示的正偏壓時(shí)，則有大量的空穴從P區(qū)通過I區(qū)進(jìn)入N區(qū)，同時(shí)也有大量電子注入P區(qū)而形成電流。只有一部分電子和空穴在I區(qū)復(fù)合掉。當(dāng)磁敏二極管受到如圖7-16b所示的外界磁場(chǎng)H+（正向磁場(chǎng)）作用時(shí)，電子和空穴受到洛侖茲力的作用而向r區(qū)偏轉(zhuǎn)。由于r區(qū)的電子和空穴復(fù)合速度比光滑面I區(qū)快，所以，內(nèi)部參與導(dǎo)電的載流子數(shù)目減少，因此，外電路電流減小。磁場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)，電子和空穴受到洛侖茲力就越大，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入r區(qū)復(fù)合的電子和空穴數(shù)量就越多，外電路的電流就越小。a)不受磁場(chǎng)作用時(shí)b)受正向磁場(chǎng)作用時(shí)c)受反向磁場(chǎng)作用時(shí)圖7-16磁敏二極管工作原理當(dāng)磁敏二極管受到如圖7-16c所示的外界磁場(chǎng)片H-（反向磁場(chǎng)）作用時(shí)，則電子和空穴受到洛侖茲力作用而向I區(qū)偏移；則外電路的電流比不受外界磁場(chǎng)作用時(shí)大。利用磁敏二極管的正向?qū)娏麟S磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化的特性，即可實(shí)現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換。三、綜合應(yīng)用題1.圖7-22是利用霍爾傳感器構(gòu)成的一個(gè)自動(dòng)供水裝置，請(qǐng)分析其工作原理。圖7-22利用霍爾傳感器的自動(dòng)供水裝置鍋爐中的水由電磁閥控制流出與關(guān)閉。電磁閥的打開與關(guān)閉，則受控于控制電路。打水時(shí)，需將鐵制的取水卡從投放口投人，取水卡沿非磁性物質(zhì)制作的滑槽向下滑行，當(dāng)滑行到磁傳感部位時(shí)，傳感器輸出信號(hào)經(jīng)控制電路驅(qū)動(dòng)電磁閥打開，讓水從水龍頭流出。延時(shí)一定時(shí)間后，控制電路使電磁閥關(guān)閉，水流停止。2.設(shè)計(jì)一種霍爾式液位控制器，要求：①當(dāng)液位高于某一設(shè)定值時(shí)，水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。②儲(chǔ)液罐是密閉的，只允許在儲(chǔ)液罐的玻璃連通器外壁和管腔內(nèi)確定磁路和安裝霍爾元件。③畫出磁路和霍爾元件及水泵的設(shè)置圖；畫出控制電路原理框圖；簡(jiǎn)要說明該檢測(cè)、控制系統(tǒng)的工作過程?；魻栐八玫脑O(shè)置圖：檢測(cè)、控制系統(tǒng)的工作過程：液位測(cè)量原理是利用漂浮在被測(cè)液面的浮子的位置來判斷液面高度的。浮子漂浮在液面上，隨液位高低上下浮動(dòng)；浮子內(nèi)裝有環(huán)形磁鐵，磁鐵產(chǎn)生了沿不銹鋼保護(hù)管軸向的穩(wěn)定磁場(chǎng)；浮球是泡沫材料，可以在液體的浮力作用下隨液位的升高或下降而升降。當(dāng)上升到液位控制器UGN3020調(diào)定好的位置時(shí)，控制開關(guān)便發(fā)出控制信號(hào)。工作原理:首先閉合隔離開關(guān)Q，220V電源經(jīng)過降壓、整流、濾波和穩(wěn)壓后得到12V直流電壓供給控制電路?？刂齐娐钒l(fā)出的信號(hào)驅(qū)動(dòng)繼電器kM，然后控制注液電動(dòng)機(jī)啟停。1、液位上升

當(dāng)液面上升時(shí)，液體浮力使浮球浮起，霍爾元件的磁場(chǎng)強(qiáng)度隨之增大，當(dāng)浮球（磁鐵）移動(dòng)到距離霍爾元件UGN3020幾毫米時(shí)，霍爾UGN3020接近開關(guān)輸出低電平變?yōu)楦唠娖剑?jīng)驅(qū)動(dòng)電路使繼電器KM放，使電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，液位停止上升。

2、液位下降

當(dāng)液位下降時(shí)，浮球隨之下降，霍爾元件UGN3020接近開關(guān)輸出低電平，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路使繼電器KM合，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，液位重新上升。思考題與習(xí)題填空題當(dāng)超聲波由一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí)，由于在兩種介質(zhì)中傳播速度不同，在介質(zhì)面上會(huì)產(chǎn)生反射、折射和波形轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象。超聲波探頭按其工作原理可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等，而以壓電式最為常用。壓電式超聲波探頭常用的材料是壓電晶體和壓電陶瓷。二、綜合題1．圖8-7是汽車倒車防碰裝置的示意圖。請(qǐng)根據(jù)學(xué)過的知識(shí)，分析該裝置的工作原理。并說明該裝置還可以有其它哪些用途？圖8-7習(xí)題二（1）圖超聲波傳感器在汽車中主要用于倒車提醒，使得駕駛員可以安全地倒車。其原理是，利用超聲波探測(cè)倒車路徑上或附近存在的任何障礙物，并及時(shí)發(fā)出提示。超聲波測(cè)距雖然目前在測(cè)距量程上能達(dá)到百米，但測(cè)量的精度往往只能達(dá)到厘米數(shù)量級(jí)。該裝置還可以用在自動(dòng)化流水線工件檢測(cè)。2.上網(wǎng)查閱電視機(jī)和汽車門遙控器的原理，說明除了超聲波外，還可以采用哪些方法來進(jìn)行遙控？各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？實(shí)現(xiàn)遙控的方式很多，比如紅外線、電磁波等，鼓勵(lì)學(xué)生上網(wǎng)查閱。第9章參考答案一、填空題1.A/D轉(zhuǎn)換模塊、\t"/item/%E6%95%B0%E5%AD%97%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"放大器、\t"/item/%E6%95%B0%E5%AD%97%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"A/D轉(zhuǎn)換器、\t"/item/%E6%95%B0%E5%AD%97%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"微處理器（\t"/item/%E6%95%B0%E5%AD%97%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"CPU）、\t"/item/%E6%95%B0%E5%AD%97%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"存儲(chǔ)器2.位移的方向性、位移的放大作用3.增量式光電編碼器、絕對(duì)式光電編碼器4.直線式、旋轉(zhuǎn)式5.定尺、滑尺、線位移二、簡(jiǎn)答題1.如果把兩塊柵距W相等的光柵面平行安裝，且讓它們的刻痕之間有較小的夾角θ，這時(shí)光柵上會(huì)出現(xiàn)若干條明暗相間的條紋，這種條紋稱為莫爾條紋。2.磁柵位移傳感器和其他類型的位移傳感器相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，動(dòng)態(tài)范圍大（1～20m）和磁信號(hào)可以重新錄制等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是需要屏蔽和防塵。3.當(dāng)滑尺任意繞組加交流激磁電壓時(shí)，由于電磁感應(yīng)作用，在定尺繞組中必然產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該感應(yīng)電壓取決于滑尺和定尺的相對(duì)位置。定尺滑A尺B241位C221置D243E2EAV2MN正弦繞組余弦繞組距離BDCOPBCDE如果滑尺處于A位置，即滑尺繞組與定尺繞組完全對(duì)應(yīng)重合，定尺繞組線圈中穿入的磁通最多，則定尺上的感應(yīng)電壓最大。隨著滑尺相對(duì)定尺做平行移動(dòng)，穿入定尺的磁通逐漸減少，感應(yīng)電壓逐漸減小。當(dāng)滑尺移到圖中B點(diǎn)位置，與定尺繞組剛好錯(cuò)開1/4節(jié)距時(shí)，感應(yīng)電壓為零。再移動(dòng)至1/2節(jié)距處，即圖中C點(diǎn)位置時(shí)，定尺線圈中穿出的磁通最多，感應(yīng)電壓最大，但極性相反。再移至3/4節(jié)距，即圖中D點(diǎn)位置時(shí)，感應(yīng)電壓又變?yōu)榱?，?dāng)移動(dòng)一個(gè)節(jié)距位置如圖中E點(diǎn)，又恢復(fù)到初始狀態(tài)，與A點(diǎn)相同。顯然，在定尺移動(dòng)一個(gè)節(jié)距的過程中，感應(yīng)電壓近似于余弦函數(shù)變化了一個(gè)周期，如圖9-13中ABCDE。感應(yīng)同步器就是利用感應(yīng)電勢(shì)的變化，來檢測(cè)在一個(gè)節(jié)距W內(nèi)的位移量，為絕對(duì)式測(cè)量。設(shè)滑尺繞組的節(jié)距為2，它對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電勢(shì)按余弦函數(shù)規(guī)律將變化2。若滑尺的移動(dòng)距離為x，則對(duì)應(yīng)于感應(yīng)電勢(shì)以余弦函數(shù)將變化θ：三、綜合應(yīng)用題1.感應(yīng)同步器就是利用感應(yīng)電勢(shì)的變化，來檢測(cè)在一個(gè)節(jié)距W內(nèi)的位移量，為絕對(duì)式測(cè)量。設(shè)滑尺繞組的節(jié)距為2，它對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電勢(shì)按余弦函數(shù)規(guī)律將變化2。若滑尺的移動(dòng)距離為x，則對(duì)應(yīng)于感應(yīng)電勢(shì)以余弦函數(shù)將變化θ：因θ＝180°，2τ=2mm，故滑尺移動(dòng)距離x=1mm。2.光柵傳感器獲得的四路原始信號(hào)，經(jīng)差分放大器放大、移相電路分相、整形電路整形、倍頻電路細(xì)分、辨向電路辨向進(jìn)入可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，由顯示器顯示讀出。第10章思考題與習(xí)題一、填空題1.智能傳感器與人類智能相類似，其傳感器相當(dāng)于人類的感知器官，其微處理器相當(dāng)于人類的大腦，可進(jìn)行信息處理、邏輯思維與推理判斷。2.科學(xué)和生產(chǎn)工藝的發(fā)展大大促進(jìn)了傳感器技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)共同構(gòu)成了現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱。3.按照像素排列方式的不同，CCD又可分為線陣與面陣兩大類。4.生物傳感器是一種利用生物活性物質(zhì)的分子識(shí)別功能，將感受到的被測(cè)物質(zhì)的特征量轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。二、綜合題1.簡(jiǎn)述智能化傳感器的特點(diǎn)。智能傳感器已具備了人類的某些智能思維與行為。人類通過眼睛、鼻子、耳朵和皮膚感知獲得外部環(huán)境多重傳感信息，這些傳感信息在人類大腦中歸納、推理并積累形成知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)；當(dāng)再次遇到相似外部環(huán)境時(shí)，人類大腦根據(jù)積累的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)對(duì)環(huán)境進(jìn)行推理判斷，做出相應(yīng)反應(yīng)。智能傳感器精度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好，可靠性高，還要求其具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理、自校準(zhǔn)、自診斷、自補(bǔ)償和遠(yuǎn)程通信等功能。2.圖像傳感器主要分為哪三種？圖像傳感器產(chǎn)品主要分為CCD(ChargeCoupledDevice，電荷耦合器件）、COMS（ComplementaryMetatal-oxideSemiconductoor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）以及CIS(ContactImageSensor，接觸式圖像傳感器）三種。3.CCD有幾個(gè)工作過程？分別是什么？在CCD中，CCD的信號(hào)為電荷信號(hào)，電荷注入的方法有很多，歸納起來，可分為光注入和電注入兩類。CCD工作過程的第一步是電荷的產(chǎn)生。CCD可以將入射光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電荷輸出，依據(jù)的是半導(dǎo)體的內(nèi)光電效應(yīng)（也就是光生伏特效應(yīng)）。CCD工作過程的第二步是信號(hào)電荷的存儲(chǔ)收集，是將入射光子激勵(lì)出的電荷收集起來使其形成信號(hào)電荷包的過程。CCD工作過程的第三步是信號(hào)電荷包的傳輸轉(zhuǎn)移，是將所收集起來的電荷包從一個(gè)像元轉(zhuǎn)移到下一個(gè)像元，直到全部電荷包輸出完成的過程。通過按一定的時(shí)序在電極上施加高低電平，可以實(shí)現(xiàn)光電荷在相鄰勢(shì)阱間的轉(zhuǎn)移。CCD的信號(hào)電荷讀出方法有輸出二極管電流法和浮置柵MOS放大器電壓法兩種。CCD工作過程的第四步是電荷的檢測(cè)，是將轉(zhuǎn)移到輸出級(jí)的電荷轉(zhuǎn)化為電流或者電壓的過程。輸出類型主要有以下三種。電流輸出。浮置柵放大器輸出。浮置擴(kuò)散放大器輸出。4.簡(jiǎn)述CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器的區(qū)別。CCD圖像傳感器與CMOS圖像傳感器是被普遍采用的兩種圖像傳感器，兩者都是利用光電二極管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的。CCD圖像像傳感器與CMOS圖像傳感器器的主要差異是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞讲煌?。CCD圖像傳感器中每一行中每一個(gè)像素的電荷數(shù)據(jù)都會(huì)依次傳送到下一個(gè)像素中，由最底端部分輸出，再經(jīng)由傳感器邊緣的放大器進(jìn)行放大輸出。而在CMOS圖像傳感器中，每個(gè)像素都會(huì)鄰接一個(gè)放大器及A/D轉(zhuǎn)換電路，用類似內(nèi)存電路的方式將數(shù)據(jù)輸出。CCD圖像傳感器與CM0S圖像傳感器另一個(gè)主要差異是電荷讀取方式不同。對(duì)于CDD,光通過光電二極管轉(zhuǎn)換為電荷，然后電荷通過傳感器芯片傳遞到轉(zhuǎn)換器，最終信號(hào)被放大，因此電路較為復(fù)雜，速度較慢。對(duì)于CMOS,光通過電極二極管的光電轉(zhuǎn)換后直接產(chǎn)生電壓信號(hào)，信號(hào)電荷不需要轉(zhuǎn)移，因此CMOS圖像傳感器集成度高，體積小。綜上所述，CCD圖像傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優(yōu)于CMOS圖像傳感器，而CMOS圖像傳感器則具有低成本、低功耗以及整合度高的優(yōu)點(diǎn)。不過，隨著CCD與CMOS傳感器技術(shù)的進(jìn)步，兩者的差異有逐漸縮小的態(tài)勢(shì)。例如：CCD圖像傳感器一直在功耗上做改進(jìn)，以應(yīng)用于移動(dòng)通信市場(chǎng)；CMOS圖像傳感器則在改善分辨率與靈敏度方面的不足，以應(yīng)用于更高端的圖像產(chǎn)品。5.簡(jiǎn)述智能生物傳感器的應(yīng)用場(chǎng)合。從20世紀(jì)60年代Clark和Lyon提出生物傳感器的設(shè)想開始，生物傳感器的發(fā)展已經(jīng)距今已有幾十年的歷史了。作為一門在生命科學(xué)和信息科學(xué)之間發(fā)展起來的交叉學(xué)科，生物傳感器在發(fā)酵工藝、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品工程、臨床醫(yī)學(xué)、軍事及軍事醫(yī)學(xué)等方面得到了深度重視和廣泛應(yīng)用。隨著社會(huì)的進(jìn)一步信息化，生物傳感器必將獲得越來越廣泛的應(yīng)用。近年來，受生物科學(xué)、信息科學(xué)和材料科學(xué)發(fā)展的推動(dòng)，智能生物傳感器技術(shù)飛速發(fā)展。未來的智能生物傳感器將進(jìn)一步應(yīng)用在醫(yī)療保健、疾病診斷、食品檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、發(fā)酵工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。6.什么是生物芯片？進(jìn)入21世紀(jì)，電子技術(shù)和生物技術(shù)相結(jié)合，誕生了生物芯片。生物芯片由研究DNA分子或蛋白質(zhì)分子的識(shí)別技術(shù)開始，已形成獨(dú)立學(xué)科，成為生命科學(xué)領(lǐng)域中迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)。生物芯片原名稱為“核酸微陣列”，是通過微加工技術(shù)和微電子技術(shù)，在一塊1cm2大小的硅片、玻璃片、凝膠或尼龍膜上，構(gòu)建成密集排列的生物分子微陣列。7.簡(jiǎn)述模糊傳感器的概念。模糊傳感器是在傳統(tǒng)傳感器數(shù)值測(cè)量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過模糊推理與知識(shí)集成，以自然語言符號(hào)的形式來描述輸出結(jié)果的智能傳感器。所以，模糊傳感器具有智能傳感器感知、學(xué)習(xí)、推理，通信等基本功能，其中學(xué)習(xí)功能是模糊傳感器特殊而重要的功能，例如，檢測(cè)天氣舒適度的模糊傳感器需結(jié)合溫度、濕度、風(fēng)速等氣象要素對(duì)人體綜合作用，表征人體在大氣環(huán)境中舒適程度。8.簡(jiǎn)述多傳感器數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)有應(yīng)用場(chǎng)合。多傳感器數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)包含多傳感器融合和數(shù)據(jù)融合。多傳感器融合是指多個(gè)基本傳感器空間和時(shí)間上的復(fù)合設(shè)計(jì)和應(yīng)用，常稱多傳感器復(fù)合。多傳感器融合能在極短時(shí)間內(nèi)獲得大量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多路傳感器的資源共享，提高系統(tǒng)的可靠性和寬容性。數(shù)據(jù)融合也稱信息融合，是指利用計(jì)算機(jī)對(duì)獲得的多個(gè)信息源信息，在一定準(zhǔn)則下加以自動(dòng)分析、綜合，以完成所需的決策和評(píng)估任務(wù)而進(jìn)行的信息處理技術(shù)。數(shù)據(jù)融合已經(jīng)應(yīng)用到智能機(jī)器人、遙感、醫(yī)療等領(lǐng)域，在軍用領(lǐng)域，數(shù)據(jù)融合已經(jīng)應(yīng)用到對(duì)空防御、電子對(duì)抗、指揮系統(tǒng)等。這些是目前數(shù)據(jù)融合應(yīng)用得較為成熟的領(lǐng)域，另外還有很多其他新的領(lǐng)域均會(huì)應(yīng)用到多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)。9.簡(jiǎn)述MEMS傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域。微傳感器具有空間占有率小、靈敏度高、響應(yīng)速度快、便于集成化和多功能化、可靠性高、消耗電力小、價(jià)格低廉、適于批量化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。因此MEMS傳感器已經(jīng)非常廣泛的應(yīng)用于航空航天、汽車工程、生物醫(yī)學(xué)與健康領(lǐng)域中。MEMS壓力傳感器在汽車上主要用于測(cè)量氣囊壓力、燃油壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力、進(jìn)氣管道壓力及輪胎壓力等。第11章機(jī)器視覺技術(shù)思考題與習(xí)題填空題機(jī)器視覺是使機(jī)器具有像人一樣的視覺，從而實(shí)現(xiàn)各種檢測(cè)、判斷、識(shí)別等功能。2.圖像邊緣是圖像最基本的特征，圖像邊緣存在于目標(biāo)、背景和區(qū)域之間，3.圖像邊緣大致可以分為:階梯狀邊緣、脈沖狀邊緣和屋頂狀邊緣。二、綜合題1.描述典型的工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)包括哪幾個(gè)組成部分？典型的工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)組成包括：圖像采集單元：\t"/item/%E6%9C%BA%E5%99%A8%E8%A7%86%E8%A7%89/_blank"光源、\t"/item/%E6%9C%BA%E5%99%A8%E8%A7%86%E8%A7%89/_blank"鏡頭、視覺傳感器（包括\t"/item/%E6%9C%BA%E5%99%A8%E8%A7%86%E8%A7%89/_blank"CCD和COMS）、采集卡等。圖像處理分析單元：工控主機(jī)、圖像處理軟件、圖形交互界面等。執(zhí)行單元：接受數(shù)據(jù)和指令，通過電力、液壓、氣壓實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如機(jī)械手或機(jī)械臂等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。視覺傳感器按照芯片類型主要分為電荷耦合器件(ChargeCoupledDevice，CCD)和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS)兩大類，按照鏡頭和布置方式的不同又分為單目視覺傳感器、多目視覺傳感器和環(huán)視視覺傳感器。2.數(shù)字圖像處理分為哪些層次？如何理解各圖像處理層次？數(shù)字圖像處理的層次分為圖像處理、圖像分析、圖像理解，如圖11-3所示。圖像處理指對(duì)圖像進(jìn)行各種加工以改善圖像的視覺效果，提取有用信息，便于機(jī)器自動(dòng)識(shí)別，或通過編碼以減少對(duì)其所需存儲(chǔ)空間、傳輸時(shí)間或傳輸帶寬的要求。圖像處理是對(duì)圖像之間進(jìn)行的變換，輸入的是圖像，輸出的也是圖像。圖像分析是對(duì)圖像中感興趣的目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和測(cè)量，以獲得它們的客觀信息，從而建對(duì)圖像中目標(biāo)的描述，是一個(gè)從圖像到數(shù)據(jù)的過程。圖像分析輸入的是圖像，輸出的是數(shù)據(jù)。圖像理解在圖像分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究圖像中各目標(biāo)的性質(zhì)和相互聯(lián)系，得出對(duì)圖像內(nèi)容的理解(對(duì)象識(shí)別)及對(duì)原來客觀場(chǎng)景的解釋(機(jī)器視覺)，從而指導(dǎo)相關(guān)的動(dòng)作執(zhí)行。圖像理解借助機(jī)器視覺，通過知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和機(jī)器學(xué)習(xí)來理解整個(gè)客觀世界。圖像理解輸入的是數(shù)據(jù)，輸出的是理解。3.圖像邊緣檢測(cè)的基本思想是什么？如何實(shí)現(xiàn)圖像的邊緣檢測(cè)？圖像邊緣是圖像最基本的特征，是指其像素灰度急劇變化的像素集合。邊緣存在于目標(biāo)、背景和區(qū)域之間，邊緣是位置的標(biāo)志，也是圖像匹配的重要特征。圖像邊緣檢測(cè)的基本思想是：先檢測(cè)圖像中的邊緣點(diǎn)，再按照策略或思路將邊緣點(diǎn)連接成輪廓。邊緣是所要提取目標(biāo)和背景的分界線，所以邊緣檢測(cè)對(duì)于數(shù)字圖像處理十分重要。圖像邊緣大致可以分為:階梯狀邊緣、脈沖狀邊緣、屋頂狀邊緣。階梯狀邊緣兩邊像素的灰度值明顯不同，邊緣位置容易檢測(cè)；脈沖狀邊緣處于灰度值由小到大再到小的突變位置；屋頂狀邊緣處于灰度值由小到大再到小的逐漸變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)位置。實(shí)現(xiàn)圖像的邊緣檢測(cè)，就是要用離散化梯度逼近函數(shù)根據(jù)二維灰度矩陣梯度向量來尋找圖像灰度矩陣的灰度躍變位置，然后在圖像中將這些位置的點(diǎn)連起來，構(gòu)成圖像邊緣。第12章思考題與習(xí)題一、填空題1.機(jī)器人的技術(shù)主要包括：傳感技術(shù)、智能技術(shù)、控制技術(shù)等。機(jī)器人傳感器可分為內(nèi)部檢測(cè)傳感器和外部檢測(cè)傳感器兩大類。2.機(jī)器人外界檢測(cè)傳感器通常包括觸覺、接近覺、視覺、聽覺、嗅覺和味覺等傳感器。接近覺傳感器主要檢測(cè)傳感器與對(duì)象物之間的接近程度。接近覺傳感器有電磁感應(yīng)式、光電式、電容式、氣壓式、超聲波式、紅外式以及微波式等多種類型。4.傳感器作為汽車電控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它直接影響汽車的技術(shù)性能的發(fā)揮。汽車傳感器主要分布在發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)和車身控制系統(tǒng)中。5.手機(jī)的攝像頭一般都采用CMOS圖像傳感器，目前很多手機(jī)廠商采用多攝像頭方案。6.中國(guó)工業(yè)企業(yè)所關(guān)注的相關(guān)技術(shù)包括工業(yè)軟件、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等。二、綜合題1.你怎樣理解機(jī)器人的“大腦”和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自由度？智能機(jī)器人之所以叫智能機(jī)器人，這是因?yàn)樗邢喈?dāng)發(fā)達(dá)的“大腦”，即\t"/item/%E6%99%BA%E8%83%BD%E6%9C%BA%E5%99%A8%E4%BA%BA/_blank"中央處理器。機(jī)器人的“大腦”叫做中央處理器（CPU）。中央處理器就是一個(gè)超大規(guī)模的集成電路，接收到傳感器傳回來的數(shù)據(jù)后，根據(jù)內(nèi)部預(yù)先設(shè)定好的算法程序解析各個(gè)信號(hào)所代表的真實(shí)意義。伺服電機(jī)是機(jī)器人常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，相當(dāng)于人體的肌肉系統(tǒng)，一旦接收到來自“大腦”的控制信號(hào)則完成相應(yīng)的動(dòng)作。在機(jī)器人系統(tǒng)里，每個(gè)伺服電機(jī)都相當(dāng)于一個(gè)人體關(guān)節(jié)，比如，一個(gè)機(jī)器人的手臂有7個(gè)不同方向的伺服電機(jī)，就代表這個(gè)機(jī)械手臂可以向7個(gè)不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，也可以說成有7個(gè)自由度，由此可見一個(gè)機(jī)器人自由度越多，就說明這個(gè)機(jī)器人得動(dòng)作就越靈活。2.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中主要有哪些傳感器？發(fā)動(dòng)機(jī)用傳感器主要包括空氣流量傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、進(jìn)氣與冷卻液溫度傳感器、氧傳感器、爆燃傳感器等3.簡(jiǎn)述汽車電子點(diǎn)火系統(tǒng)的工作原理。汽車電腦ECU電子點(diǎn)火系統(tǒng)主要包括各種傳感器、ECU和執(zhí)行器（點(diǎn)火器、點(diǎn)火線圈、火花塞）。傳感器主要有：曲軸位置傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、冷卻液溫度傳感器、車速傳感器、爆燃傳感器以及空調(diào)開關(guān)信號(hào)等。汽車電腦（ECU）接收到曲軸位置傳感器發(fā)出的曲軸位置（G）信號(hào)，并根據(jù)空氣流量信號(hào)（或進(jìn)氣歧管壓力信號(hào)）和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，確定基本點(diǎn)火時(shí)刻（基本點(diǎn)火提前角）。與此同時(shí)，ECU接收其他各傳感器發(fā)出的信號(hào)，對(duì)點(diǎn)火提前角進(jìn)行修正。如發(fā)動(dòng)機(jī)冷車起動(dòng)時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制裝置的作用，運(yùn)轉(zhuǎn)速度較正常怠速時(shí)高，應(yīng)增大點(diǎn)火提前角；暖機(jī)過程中，隨著冷卻液溫度的升高，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸降低，點(diǎn)火提前角應(yīng)隨之減小。4.簡(jiǎn)述第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）的特點(diǎn)。5G呈現(xiàn)出低時(shí)延、高可靠、低功耗的特點(diǎn)，已經(jīng)不再是一個(gè)單一的無線接入技術(shù)，而是多種新型無線接入技術(shù)和現(xiàn)有無線接入技術(shù)（4G后向演進(jìn)技術(shù)）集成后的解決方案總稱。5G將大大增強(qiáng)數(shù)百萬智能手機(jī)用戶的移動(dòng)體驗(yàn)。除此之外5G還給我們帶來物聯(lián)網(wǎng)(I0T)和人工智能（AI）等領(lǐng)域全新的體驗(yàn)。在基礎(chǔ)級(jí)技術(shù)領(lǐng)域，5G將提供比4G更快的數(shù)據(jù)速度，更高的數(shù)據(jù)容量，更好的覆蓋范圍，更低的延遲或更快的響應(yīng)時(shí)間。這些優(yōu)勢(shì)的組合將超越提高智能手機(jī)使用體驗(yàn)，5G的誕生，將進(jìn)一步改變我們的生活。5.智能手機(jī)中主要有哪些傳感器？1.光線傳感器2.距離傳感器3.重力傳感器4.加速度傳感器5.磁阻傳感器6.陀螺儀7.GPS8.近場(chǎng)通信（NFC）傳感器9.霍爾感應(yīng)器10.氣壓傳感器11.心率傳感器12.血氧傳感器13.紫外線傳感器6.簡(jiǎn)述電容指紋傳感器的原理。電容指紋傳感器原理是：手指構(gòu)成電容的一極，另一極是硅晶片陣列，通過人體帶有的微電場(chǎng)與電容傳感器間形成微電流，指紋的波峰波谷與感應(yīng)器之間的距離形成電容高低差，從而描繪出指紋圖像。美國(guó)Veridicom公司生產(chǎn)的FPS100固態(tài)指紋傳感器是一種直接接觸的指紋采集器件，它是一種低功耗、低價(jià)格、高性能的電容式指紋傳感器。芯片集成有二維金屬電極陣列傳感器，其中金屬電極是電容的一個(gè)極，而接觸的手指作為另一個(gè)極，表面鈍化層是中間的電介質(zhì)。由于手指上紋路及深淺的存在，導(dǎo)致電容陣列的各個(gè)電容值的不同，通過測(cè)量并記錄各點(diǎn)傳感單元電容上的電壓值就可以獲得具有灰度級(jí)的指紋圖象。7.簡(jiǎn)述陀螺儀工作原理。原理：角動(dòng)量守恒，一個(gè)正在高速旋轉(zhuǎn)的物體（陀螺），它的旋轉(zhuǎn)軸沒有受到外力影響時(shí)，旋轉(zhuǎn)軸的指向是不會(huì)有任何改變的。陀螺儀就是以這個(gè)原理作為依據(jù)，用它來保持一定的方向。三軸陀螺儀可以替代三個(gè)單軸陀螺儀，可同時(shí)測(cè)定6個(gè)方向的位置、移動(dòng)軌跡及加速度。陀螺儀則可以對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)、偏轉(zhuǎn)的動(dòng)作做很好的測(cè)量。這樣，就可以精確分析判斷出使用者的實(shí)際動(dòng)作，從而根據(jù)動(dòng)作對(duì)手機(jī)做出相應(yīng)的操作。8.簡(jiǎn)述智能制造的實(shí)現(xiàn)需要哪些技術(shù)產(chǎn)品的支持。智能制造實(shí)現(xiàn)需要多個(gè)層次上技術(shù)產(chǎn)品支持，主要包括傳感器技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人、3D打印、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、工業(yè)大數(shù)據(jù)、知識(shí)工作自動(dòng)化、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全、虛擬現(xiàn)實(shí)和人工智能等，這些技術(shù)產(chǎn)品中會(huì)產(chǎn)生無數(shù)的商機(jī)和上市公司。中國(guó)工業(yè)企業(yè)智能制造五大部署重點(diǎn)都包括什么內(nèi)容？中國(guó)工業(yè)企業(yè)智能制造五大部署重點(diǎn)依次為：數(shù)學(xué)化工廠（63%）、設(shè)備及用戶價(jià)值深挖（62%）、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（48%）、重構(gòu)生態(tài)及商業(yè)模式（36%）以及人工智能（21%）、從相關(guān)技術(shù)來看，受訪企業(yè)所關(guān)注的相關(guān)技術(shù)包括工業(yè)軟件、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等。10.簡(jiǎn)述《中國(guó)制造2025》提出的實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略目標(biāo)?！吨袊?guó)制造2025》提出，通過“三布走”實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略目標(biāo)：第一步，到2025年邁入制造強(qiáng)國(guó)行列；第二步，到2035年我國(guó)制造業(yè)整體達(dá)到世界制造強(qiáng)國(guó)陣營(yíng)中等水平；第三步，到新中國(guó)成立一百年時(shí)，我國(guó)制造業(yè)大國(guó)地位更加鞏固，綜合實(shí)力進(jìn)入世界制造強(qiáng)國(guó)前列。第13章思考題與習(xí)題填空題1.物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種信息傳感器、\t"/item/%E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91/_blank"射頻識(shí)別技術(shù)、\t"/item/%E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91/_blank"全球定位系統(tǒng)、\t"/item/%E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91/_blank"紅外感應(yīng)器、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，采集物品的聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、信息，按約定的協(xié)議，把物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物品和過程的智能化感知、識(shí)別、定位和管理。2.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量移動(dòng)或靜止傳感器節(jié)點(diǎn)，通過無線通信方式組成的網(wǎng)絡(luò)。3.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、移動(dòng)通信或衛(wèi)星通信網(wǎng)、數(shù)據(jù)管理中心、終端用戶組成。二、綜合題1.簡(jiǎn)述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及組成部分。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork,WSN)是由大量移動(dòng)或靜止的傳感器節(jié)點(diǎn)，通過無線通信方式組成的網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是集分布式信息采集、信息傳輸和信息處理技術(shù)于一體的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)正是通過遍布在各個(gè)角落和物體上的各種不同的傳感器以及由它們組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來感知物質(zhì)世界。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、移動(dòng)通信或衛(wèi)星通信網(wǎng)、數(shù)據(jù)管理中心、終端用戶組成。2.簡(jiǎn)述無線射頻識(shí)別裝置的工作原理裝有天線的RFID閱讀器在工作過程中持續(xù)地發(fā)出一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)裝有電子標(biāo)簽的物體接近射頻信號(hào)所覆蓋的區(qū)域時(shí)，根據(jù)查詢信號(hào)中的命令要求，將存儲(chǔ)在標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息反射回閱讀器。閱讀器接收到電子標(biāo)簽反射回的信號(hào)后，經(jīng)解碼處理即可將電子標(biāo)簽中的識(shí)別代碼等信息分離出來。這些信息被傳送到后臺(tái)中央信息系統(tǒng)，后臺(tái)系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)算，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制。3.簡(jiǎn)述網(wǎng)絡(luò)傳感器的概念及發(fā)展趨勢(shì)網(wǎng)絡(luò)傳感器是指在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)實(shí)現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議的傳感器，這種傳感器讓現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)能就近登錄網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)所能及的范圍內(nèi)實(shí)時(shí)發(fā)布和共享。具體地說，網(wǎng)絡(luò)傳感器是采用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，同時(shí)采用模塊化結(jié)構(gòu)將傳感器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起的智能傳感器。網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器使傳感器由單一功能、單一檢測(cè)向多功能和多點(diǎn)檢測(cè)發(fā)展；從孤立元件向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展；從就地測(cè)量向遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)在線測(cè)控發(fā)展。因此，網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器代表了傳感器技術(shù)的發(fā)展方向。4.智慧校園的核心的特征是什么？智慧校園指的是以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的智慧化的校園學(xué)習(xí)、工作和生活一體化環(huán)境，這個(gè)一體化環(huán)境以各種應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)為載體，將教學(xué)、科研、管理和校園生活進(jìn)行充分融合。智慧校園的核心的特征：一是為廣大師生提供一個(gè)全面的智能感知環(huán)境和綜合信息服務(wù)平臺(tái)，提供基于角色的個(gè)性化定制服務(wù)；二是將基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的信息服務(wù)融入學(xué)校的各個(gè)應(yīng)用與服務(wù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)和協(xié)作；三是通過智能感知環(huán)境和綜合信息服務(wù)平臺(tái)，為學(xué)校與外部世界提供一個(gè)相互交流和相互感知的接口。舉例說明物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用。智慧農(nóng)業(yè)智慧醫(yī)療智慧校園智能工廠供電供水智慧交通智慧停車……13章習(xí)題答案一、填空題1.初級(jí)智能化、中級(jí)智能化和高級(jí)智能化2.被測(cè)信息流、內(nèi)部控制信息流3.軟件4.前面板、程序框圖、圖標(biāo)/連接器5.輸入、顯示輸出6.工具模板、控件模板、函數(shù)模板7.前面板、程序框圖窗口二、簡(jiǎn)答題1.何謂智能檢測(cè)？答：智能檢測(cè)是檢測(cè)設(shè)備模仿人類智