自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)試題及答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪一項(xiàng)不屬于自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的基本組成環(huán)節(jié)？（）A.傳感器B.信號(hào)調(diào)理電路C.執(zhí)行機(jī)構(gòu)D.數(shù)據(jù)處理單元2.某應(yīng)變式壓力傳感器的靈敏度為2mV/MPa，當(dāng)輸入壓力從0MPa增加到5MPa時(shí)，輸出電壓變化量為（）。A.2mVB.5mVC.8mVD.10mV3.壓電式傳感器適用于測(cè)量（）。A.靜態(tài)力B.動(dòng)態(tài)力C.恒定溫度D.直流電壓4.在信號(hào)調(diào)理電路中，運(yùn)算放大器的“虛短”特性指的是（）。A.輸入端電流為零B.輸入端電壓近似相等C.輸出端電壓為零D.輸出端電流為零5.某溫度檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量誤差為±0.5℃（滿量程50℃），其引用誤差為（）。A.±1%B.±0.5%C.±2%D.±5%6.以下哪種傳感器屬于非接觸式測(cè)量？（）A.熱電偶B.電渦流傳感器C.應(yīng)變片D.壓阻式傳感器7.模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的分辨率主要取決于（）。A.轉(zhuǎn)換時(shí)間B.輸入電壓范圍C.位數(shù)D.參考電壓8.檢測(cè)系統(tǒng)中，抑制共模干擾最有效的措施是（）。A.單點(diǎn)接地B.屏蔽電纜C.差分放大D.濾波電路9.某光電傳感器的響應(yīng)時(shí)間為10μs，其最高可測(cè)量的信號(hào)頻率約為（）。（提示：頻率與響應(yīng)時(shí)間近似成反比）A.10kHzB.50kHzC.100kHzD.200kHz10.傳感器標(biāo)定時(shí)，通常需要使用（）作為標(biāo)準(zhǔn)量。A.被測(cè)對(duì)象的實(shí)際值B.高精度測(cè)量設(shè)備的輸出值C.系統(tǒng)自身的理論計(jì)算值D.任意已知量二、填空題（每空1分，共20分）1.自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的核心功能是將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為______，并通過處理得到量化結(jié)果。2.傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)包括______、______、______（至少寫三個(gè)）。3.信號(hào)調(diào)理的主要目的是______、______、______（至少寫三個(gè)）。4.誤差按性質(zhì)可分為______、______和______三類。5.熱電偶的工作原理基于______效應(yīng)，其輸出電勢(shì)由______和______組成。6.電渦流傳感器利用______原理實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，可用于檢測(cè)______、______等參數(shù)。7.A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率計(jì)算公式為______（設(shè)位數(shù)為n，滿量程電壓為VFS）。8.檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾措施通常包括______、______、______（至少寫三個(gè)）。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述檢測(cè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的意義及主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。2.比較應(yīng)變式傳感器和壓電式傳感器的工作原理及應(yīng)用場(chǎng)景。3.分析信號(hào)調(diào)理中抗干擾的必要性及常用措施。4.說明模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）分辨率與位數(shù)的關(guān)系及工程應(yīng)用中的選擇原則。5.論述傳感器標(biāo)定的目的、步驟及注意事項(xiàng)。四、分析計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)K=2，初始電阻R0=120Ω，粘貼在彈性模量E=2×10^11Pa的鋼構(gòu)件表面。當(dāng)構(gòu)件受到σ=100MPa的應(yīng)力時(shí)，求應(yīng)變片的電阻變化量ΔR及輸出應(yīng)變?chǔ)牛ㄌ崾荆簯?yīng)變?chǔ)?σ/E）。2.某熱電偶的分度表顯示，當(dāng)熱端溫度為300℃、冷端溫度為25℃時(shí)，熱電勢(shì)為12.20mV；若冷端溫度升至35℃，且未采取補(bǔ)償措施，此時(shí)顯示儀表的示值會(huì)是多少？（假設(shè)顯示儀表按冷端0℃刻度）五、綜合應(yīng)用題（10分）設(shè)計(jì)一個(gè)電機(jī)軸轉(zhuǎn)速檢測(cè)系統(tǒng)，要求：（1）選擇合適的傳感器類型并說明理由；（2）畫出系統(tǒng)組成框圖（文字描述即可）；（3）列出信號(hào)調(diào)理的關(guān)鍵步驟；（4）分析可能的誤差來源及抑制方法。參考答案一、選擇題1.C2.D3.B4.B5.A6.B7.C8.C9.B（f≈1/(2πτ)≈1/(2×3.14×10μs)≈15.9kHz，最接近50kHz為近似估算）10.B二、填空題1.電信號(hào)2.靈敏度、線性度、遲滯、重復(fù)性（任選三個(gè)）3.放大信號(hào)、濾波降噪、阻抗匹配、線性化處理（任選三個(gè)）4.系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、粗大誤差5.塞貝克、接觸電勢(shì)、溫差電勢(shì)6.電磁感應(yīng)、位移、振動(dòng)、厚度（任選兩個(gè)）7.分辨率=VFS/(2^n-1)8.屏蔽、接地、濾波、隔離（任選三個(gè)）三、簡答題1.意義：描述檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)輸入信號(hào)的響應(yīng)能力，直接影響動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確性。主要評(píng)價(jià)指標(biāo)：時(shí)間常數(shù)τ（反映響應(yīng)速度）、上升時(shí)間tr（輸出從10%到90%穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間）、超調(diào)量σ（輸出超過穩(wěn)態(tài)值的最大百分比）、頻帶寬度（幅頻特性下降3dB對(duì)應(yīng)的頻率范圍）。2.應(yīng)變式傳感器：基于金屬或半導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)（電阻隨機(jī)械應(yīng)變變化），輸出為電阻信號(hào)，需外接電橋電路轉(zhuǎn)換為電壓；適用于靜態(tài)或低頻動(dòng)態(tài)測(cè)量（如壓力、力、位移）。壓電式傳感器：基于壓電材料的壓電效應(yīng)（應(yīng)力作用下產(chǎn)生電荷），輸出為電荷或電壓信號(hào)，需配電荷放大器；適用于高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量（如振動(dòng)、沖擊、加速度）。3.必要性：檢測(cè)信號(hào)通常微弱（如mV級(jí)），易受電磁干擾（如50Hz工頻、高頻噪聲），干擾可能導(dǎo)致信號(hào)失真甚至系統(tǒng)誤判。常用措施：①屏蔽（金屬屏蔽層隔離電場(chǎng)/磁場(chǎng)）；②接地（單點(diǎn)接地避免地環(huán)路干擾）；③差分放大（抑制共模干擾）；④濾波（RC低通/高通濾波去除特定頻率噪聲）；⑤隔離（光電耦合器切斷干擾路徑）。4.關(guān)系：分辨率=滿量程電壓/(2^n-1)，位數(shù)n越高，分辨率越高（如8位ADC分辨率為VFS/255，12位為VFS/4095）。選擇原則：①根據(jù)被測(cè)信號(hào)精度要求（如需要0.1%精度，需分辨率≤0.1%VFS，對(duì)應(yīng)n≥log2(VFS/0.001VFS+1)≈10位）；②平衡轉(zhuǎn)換速度（高位數(shù)ADC轉(zhuǎn)換時(shí)間長，不適用于高頻信號(hào)）；③考慮成本（高位數(shù)ADC價(jià)格更高）。5.目的：確定傳感器輸入-輸出特性，保證測(cè)量準(zhǔn)確性和量值溯源性。步驟：①準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備（精度高于被標(biāo)定傳感器3~5倍）；②選擇標(biāo)定點(diǎn)（覆蓋量程，均勻分布）；③輸入標(biāo)準(zhǔn)量，記錄傳感器輸出；④重復(fù)測(cè)量（消除隨機(jī)誤差）；⑤擬合特性曲線，計(jì)算靈敏度、線性度等指標(biāo)。注意事項(xiàng)：①環(huán)境條件（溫度、濕度等需符合要求）；②穩(wěn)定時(shí)間（輸入量需穩(wěn)定后再讀數(shù)）；③避免過載（防止傳感器損壞）；④定期標(biāo)定（長期使用后特性可能漂移）。四、分析計(jì)算題1.解：應(yīng)變?chǔ)?σ/E=100×10^6Pa/2×10^11Pa=5×10^-4（即500με）；電阻變化量ΔR=K×R0×ε=2×120Ω×5×10^-4=0.12Ω。2.解：熱電偶實(shí)際熱電勢(shì)E(T,T0)=E(T,0)-E(T0,0)。當(dāng)T0=25℃時(shí)，E(300,25)=12.20mV=E(300,0)-E(25,0)，查表得E(25,0)=1.00mV（假設(shè)值，實(shí)際需查表），則E(300,0)=13.20mV。當(dāng)T0=35℃時(shí)，未補(bǔ)償則儀表顯示E(T,35)=E(T,0)-E(35,0)，儀表按T0=0℃刻度，故示值T'滿足E(T',0)=E(T,35)=E(T,0)-E(35,0)。假設(shè)E(35,0)=1.40mV（假設(shè)值），則E(T',0)=13.20mV-1.40mV=11.80mV，查表得T'≈285℃（具體值需根據(jù)實(shí)際分度表計(jì)算）。五、綜合應(yīng)用題（1）傳感器選型：選擇光電編碼器（或霍爾傳感器）。理由：光電編碼器通過碼盤產(chǎn)生脈沖信號(hào)，脈沖頻率與轉(zhuǎn)速成正比，測(cè)量精度高（可達(dá)0.1%）；霍爾傳感器利用磁鋼觸發(fā)霍爾元件產(chǎn)生脈沖，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，適用于工業(yè)環(huán)境。（2）系統(tǒng)組成框圖：電機(jī)軸→傳感器（光電編碼器/霍爾傳感器）→信號(hào)調(diào)理電路（放大、整形）→數(shù)據(jù)采集卡（A/D轉(zhuǎn)換或計(jì)數(shù)）→計(jì)算機(jī)（數(shù)據(jù)處理、顯示）。（3）信號(hào)調(diào)理關(guān)鍵步驟：①放大（傳感器輸出信號(hào)可能較弱，需運(yùn)放放大至TTL電平）；②整形（通過施密特觸發(fā)器將正弦波