检测第一次作业--第六组

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1、第一章1.1测量就是借助于一定的仪器或设备，采用一定的措施和手段，对被测对象获取表征其特性的定量信息的过程，是以拟定被测对象的量值为目的所有操作。答：测量过程的三要素:测量单位，测量措施，测量装置。1.2测量措施是指人们结识自然界事物的一种手段，例如：要懂得某块金属的质量，可以用天平这种仪器来测量，而天平就是一种测量质量的措施。答：测量措施的分类和各自的特点:（1）按测量的手段可分为直接测量和间接测量;直接测量：在使用仪表进行测量时，对仪表读数不需要通过任何运算，就能直接表达测量所需要的成果。直接测量过程简朴，迅速，缺陷在于测量精确度往往不高。间接测量:某些被测量的量值不能通过直接测量获取。在

2、对此类被测量进行测量时，一方面应对与被测量有拟定的函数关系的几种量进行直接测量，然后将测量成果代入函关系式，通过计算得到所需要的成果。（2）按测量敏感元件与否与被测介质接触，可分为接触式测量和非接触式测量；接触式测量;在测量过程中，检测仪表的敏感元件或传感器与被测介质直接接触，感受被测介质的作用，这种测量措施为接触式测量。接触式测量比较直观，可靠，但传感器会对被测介质引起干扰，导致测量误差。非接触式测量;在测量过程中，检测仪表的敏感元件或传感器不直接与被测介质接触，而是采用间接方式来感受测量的作用。非接触式测量在测量时不干扰被测介质，适于对运动对象，腐蚀性介质及在危险场合下的参数测量。（3）按

3、测量的方式，可分为偏差法测量，零位法测量和微差法测量偏差法测量;以检测仪表指针相对于刻度起始线的偏移量的大小来拟定被测量值的大小。偏差法测量过程简朴，迅速，但是当偏移量较大时，测量误差也会增大。零位法测量;被测量和已知原则量都作用在测量装置的平衡机构上，根据指零机构示值为零来拟定测量装置达到平衡，此时被测量的量值就等于已知原则量的量值。零位法测量精度较高，但在测量过程中需要调节原则量以达到平衡。微差法测量;微差法测量是偏差法测量和零位法测量的组合，甩已知原则量的作用去抵消被测量的大部分作用，再用偏差法来测量被测量与已知原则量的差值。微差法测量的测量精度高，反映也比较快，比较适合于在线控制参数的

4、检测。（4）按测量系统与否向被测对象施加能量，可分为积极式测量和被动式测量;积极式测量;测量过程中，需从外部辅助向被测对象施加能量。积极式测量不破坏被测对象的物理状态，往往可以获得较强的信号，但测量装置的构造一般比较复杂。被动式测量:测量过程中，不必从外部向被测对象施加能量。被动式测量的测量装置一般比较简朴，但对被测对象的物理状态有一定的影响，所获得的信号较弱。1.3 构成检测系统的基本环节有哪些？答：开环型构造检测系统的基本环节有：检测环节、放大环节和显示记录环节。平衡闭环型构造检测系统的基本环节有：前向环节和负反馈环节。其中，前向环节涉及：检测环节、变换器和放大环节及校正环节，负反馈环节由

5、反向变换器及校正环节构成。1.4什么是传感器？它由哪几种部分构成？分别起到什么作用？答：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有拟定相应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完毕检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路构成。敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成拟定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。1.5传感器技术的发展动向表目前哪几种方面？答：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能变化，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找

6、发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。（2）开发研制新型传感器及构成新型测试系统MEMS技术规定研制微型传感器。如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。研制仿生传感器研制海洋探测用传感器研制成分分析用传感器研制单薄信号检测传感器（3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。系统功能最大限度地用软件实现。（4）传感器发展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。（5）多功能与多参数传感器的研究：犹如步检测压力、温度和液位的传感

7、器已逐渐走向市场。1-6请使用泰勒级数展开法推导传感器差动构造的输出式（1.6） + + 第二章2.1测量误差的表达措施有哪些？答：绝对误差 =xA相对误差 =100 A=x100引用误差m m=B1002.2测量误差的来源及分类有哪些？答：系统误差，随机误差，粗大误差2.3消除系统误差的措施有哪些？答：(1)减小恒值系统误差的措施 替代法 互换法 抵消法(2)减小线性系统误差的措施(3)采用半周期法减小周期性误差系统2.4 用测量范畴为-50150 kPa的压力传感器测量140 kPa压力时，传感器测得示值为142kPa,求该示值的绝对误差、实际相对误差和引用误差。答：（1）绝对误差：= x

8、 =142-140=2 kPa ; 实际相对误差：=/=2/140=1.43% ; 引用误差：=/ B =2/(150-(-50)=1%2.5压力传感器测量砝码数据如下表，试分析该组测量中与否存在系统误差。M/g012345正向测量值/mV01.522.533.5反向测量值/mV00.5122.53.5答：由残存误差观测法得下表：M/g012345011.52.252.753.5正向残差00.50.50.250.250负向残差0-0.5-0.5-0.25-0.250因此得出，残存误差大体上正负相似，无明显变化规律，无系统误差存在。2.6用卡尺等精度测量某工件的厚度10次（卡尺测量的原则偏差未知

9、），并确认测量已排除系统误差，测得值为1.33、1.36、1.41、1.40、1.38、1.39、1.35、1.34、1.49、1.37mm。若取定置信概率P=0.95，试用格罗布斯准则判断测量成果中与否存在坏值；若有坏值，则将坏值剔除后写出测量成果。答：将测量值的残差和残差平方和列入表2.3，经计算可得测量列的算术平均值为x=i=110xi10=1.382 g残差平方和为 i=110vi2=i=110(xi-x)2=0.019 g2由贝塞尔公式得测量列原则差为 =i=1n1n-1vi2=i=110vi29=0.0459 g取定置信水平=0.05，根据测量次数n=10，查表2.2得格罗布斯临界

10、系数g010,0.05=2.18，计算格罗布斯鉴别值g0n,=2.180.0459=0.1003将表2.3中绝对值最大的残存误差与格罗布斯鉴别值比较，由于v9=0.1080.1003，故鉴定v9为粗大误差，x9为坏值应剔除，重新计算各测量值的vi及vi2，并填入表2.3。ixigvi1gvi21g2vi2gvi22g211.33-0.052+0.002704-0.040.001621.36-0.025+0.000625-0.010.000131.41+0.028+0.000784+0.040.001641.40+0.018+0.000324+0.030.000951.38-0.002+0.00

11、0004+0.010.000161.39+0.002+0.000004+0.020.000471.35-0.032+0.001024-0.020.000481.34-0.042+0.001764-0.030.000991.49+0.108+0.011664-101.37-0.012+0.00014400重新计算测量的算术平均值为x=1ni=1nxi=12.339g=1.37 g重新计算原则差为 =i=1n1n-1vi2=i=1918 g=0.0274 g取定置信水平=0.05，根据测量次数，n=10，查表2.2得出相应的格罗布斯临界系数g09,0.05=2.11，计算格罗布斯鉴别值g0n,=2

12、.110.0274=0.0578将各测量值的残存误差vi与格罗布斯鉴别值相比较，所有残差误差vi的绝对值均不不小于格罗布斯鉴别值，故已无坏值。2.7用量程为150mm的游标卡尺测量一种钢球的直径10次，已知仪器最小分度值为0.02mm,仪器的最大允差仪=0.02mm，测量数据见表2.7表2.7次数12345678910D/mm3.323.343.363.303.343.383.303.323.343.36答：均值D =3.32+3.34+3.36+3.34+3.3610=3.336原则差 = 1n-1n-1n(Di-D)20.263A类的原则不拟定度Ua=1n-1nn-1n(Di-D)2=0.

13、008319B类的原则不拟定度UB=K示值误差的区间半宽度：=0.02x0.02x3.336+0.02x0.02x150=0.06133UB=K=0.061331.732=0.035合成不拟定度UC=i=1nuix(ui)=0.061892.8在对量程为10MPa的压力传感器进行标定期，传感器输出电压值与压力值之间的关系见表2.8，请简述最小二乘法准则的几何意义，并分析下列电压-压力直线中哪一条最符合最小二乘法准则（可使用计算机辅助进行计算）。表2.8测量次数I12345压力xi/Mpa245810电压yi/V10.04620.09030.15540.12550.074 y=5.00x-1.0

14、5; y=7.00x+0.07; y=50.00x-10.30; y=-5.00x-1.00; y=5.00x+0.08答：（1）最小二乘法的意义是：拟合直线精度高即误差小；（2）运用mathematica科学计算软件可以运用上表数据画出下图：整顿知：符合最小二乘法准则。2.9信号分析与解决的主线目的是什么？答：信号中涉及着信息，是信息的载体和具体体现形式，信息需转化为传播媒质可以接受的信号形式方能传播，通过对信号的分析解决后才干提取信息。2-10信号的分类有哪几种？ 答：（1）拟定性信号 1）周期信号 2）非周期信号 （2）非拟定性信号（随机信号） （3）持续时间信号 （4）离散时间信号 2

15、-11周期信号频谱的特点有哪些？与非周期信号的频谱有何区别？ 答：特点：(1) 离散性。指频谱由频率离散而不持续的谱线构成，这种频谱称为离散频谱或线谱。 (2) 谐波性。指各次谐波分量的频率都是基波频率的整数倍，并且 相邻谐波的频率间隔是均匀的，即谱线在频率轴上的位置是的整数倍。 (3) 收敛性。指谱线幅度随n而衰减到零。因此这种频谱具有收敛性或衰减性。 区别：周期信号和非周期信号频谱反映的都是信号所涉及的频率分量的幅度和相位随频率变化的状况，但前者频谱是离散的，由于周期信号的频率分量的频率只能是基频的整数倍，而非周期信号的频率分量涉及了所有的频率。 2-12随机信号的数学描述措施有哪些？ 答

16、：（1）幅值域描述。均值、均方值、方差、概率密度函数等。（2）时域描述。自有关函数、互有关函数。（3）频域描述。自功率谱密度函数、互功率谱密度函数。 2-13、有关函数在工程中有哪些应用？请举例阐明。 答：（1）检测信号回声（反射）。若在宽带信号中存在着带时间延迟的回声，那么该信号的自有关函数将在t=处也达到峰值（另一峰值在t=0处），这样可根据拟定反射体的位置，同步自有关系数在处的值将给出反射信号相对强度的度量。（2）检测沉没在随机噪声中的周期信号。由于周期信号的自有关函数仍是周期性 的，而随机噪声信号随着延迟增长，它的自有关函数将减到零。因此在一定延迟时间后 ，被干扰信号的自有关函数中就只保存了周期信号的信息，而排除了随机信号的干扰。