传感器与测试技术课程设计
陕西广播电视大学
机械设计制造及其自动化专业（本科）《传感器与测试技术》课程设计
题目载荷传感器及电子秤设计
姓名：卜建峰
学号： 1361001268319
专业：机械设计及其制造
层次：
年级：
学校：电大阎良学习中心
工作单位：
指导老师：
完成时间： 2015.03.30
机械设计制造及其自动化专业课程设计任务书
目录
一、设计简述 (1)
二、设计过程 (2)
1 荷重传感器电子称传感器的选用 (2)
2 荷重传感器电子称调理电路的设计 (4)
三、工作原理.............................. (12)
四、电子秤流程及程 (22)
五、小结 (26)
六、参考文件 (27)
一、设计简述
随着现代化生产的发展，电子秤在许多商业活动中已成为不可缺少的计量工具。电子秤作为一个典型的自动检测系统，也可归纳为由三大环节所组成。
如图1所示一次仪表通常指的是传感器，它是由敏感元件，电路，机构等组成，是利用某些特殊材料对某些物理量具有一定的敏感，然后转换成电量（电压，电流）。通常来自一次仪表的电信号比较弱小，不足以驱动显示器。为此采用二次仪表对信号进行放大；来自一次仪表的电信号往往还夹带外部的干扰信号，必须把它去除，一般二次仪表还包括滤波电路用以消除干扰。传感器的转换关系往往并不服从线性关系，所以有时还需要进行适当的线性补偿处理。故称二次仪表为测量与显示部件。
二次仪表的输出信号可能是模拟量，也可能是数字量。三次仪表是采用了计算机技术，所以要求二次仪表的输出信号必须是数字信号。三次仪表将进一步对信号进行处理并形成控制量输出。作为规模较小的仪表系统，三次仪表主要是以中央处理器为核心的数字电路，组成智能化仪表。使整个测量系统的性能与功能大大提高。
图2所示的以单片机为核心部件组成三次仪表，它大大丰富了电子秤功能。
各种各样形式的电子秤的仪表结构都是大同小异的，都必须利用荷重传感器来采集重量信号并变换成相应大小的电信号。电子秤的二次仪表把来自荷重传感器的微弱电压信号进行放大，滤波。这不仅为了提高灵敏度，更重要的是与下一环节的
电路进行正确匹配。目前大多数电子秤是数字显示方式，所以模拟信号还必须作模数转换。有了A/D转换器的数码信号，就可以进行自动标度变换、自动超载报警、自动数字显示。还可以增加人机对话键盘、与外部设备的数据交换与通信、输出模拟或数字控制信号等功能。由此大大提高了性能。
二、设计过程
1、荷重传感器电子称传感器的选用
荷重传感器的形式有电阻式、电容式、压磁式等多种形式。电阻式传感器又分为金属丝（箔）式、半导体式，它们各有优缺点及使用范围。
大多数电子秤的使用场合是极为普通的室内外的大气层环境，所谓的温度条件是-10C?～55C?。选用金属箔式应变片传感器作为电子秤的荷重传感器是最广泛的应用。因为金属箔式应变片在这个温度范围内具有精度高、稳定性好、线性、转换电路简单，成本较低等优点。相对半导体应变片尽管也能适用并且也有不少优点，如灵敏度高，体积小，响应速度快等。但是对温度的敏感，以前一直是它的缺陷，虽然目前已经通过激光修补工艺解决了温度补偿问题，可是生产成本高成为广泛使用的阻碍。电容式荷重传感器也是一种可选对象，但是需要稳定的交流电源作为工作电源，技术要求高，电路复杂，适用于安装空间小，响应速度快的场合。压磁式荷重传感器特别适用于环境温度较高的场合，但是精度不高，仅适用于大吨位秤重。选用荷重传感器的基本要求是：灵敏度高，函数关系呈线性，重复性好，长期稳定。
应变片传感器
在“传感器与测试技术”课程的学习中已经了解了应变效应。利用应变效应可以组成荷重传感器的论述并不多。如图3所示，为三种常见的应变片荷重传感器。
图3 金属应变片荷重传感器
图（a）为圆柱式荷重传感器，弹性元件为合金钢材料。图（b）为梁式荷重传感器，弹性元件为弹簧钢材料。图（c）为S型剪切式荷重传感器弹性元件为铝合金材料。三种结构形式的荷重传感器均为压缩式受力，根据测重范围的需要，采用不同的弹性模量的材料。通常荷重传感器的测量范围与分辨率是互相制约的，测量范围越大，则分辨率越差。反之，测量范围越小，则分辨率越好。
测量桥路
一个成品的金属箔式应变片传感器，通常在受应变的弹性元件表面按对称位置粘贴四个同质应变片，以便构成全臂电桥。如图4所示，管式弹性体的贴片位置和测量电桥。
全臂电桥的灵敏度最高，线性好，温度补偿性能也比较好。
测量电桥的输出：
0E R R
Ey ?=
（2-1） 应变与荷重力的关系：
rhE Fl
πε2=
（2-2）
其中，F 为荷重力，l 为管状体受力长度，r 为管状体半径，h 为管壁厚度，E 为杨氏模量，这是与弹性体材质有关。
为了与不同称重范围相匹配，约定不同称重范围的最大应变量εm 保持一致。同一规格的荷重传感器当然选用相同的弹性体材质，只是通过管状弹性体管壁厚度h 来匹配不同称重范围。另外，如（2-1）式，欲提高输出信号，可以提高工作电压E0。值得注意地是，过度提高工作电压E0，会导致应变片电阻通过的电流过大而自身发热引起温度带来的误差。一般标称的应变片电阻为120Ω，约定的工作电压E0为6V 或12V 。测量电桥的最大输出电压为6mV 或12mV 。
根据不同的使用场合，电子秤的秤台上可以布置一个荷重传感器，也可以布置几个荷重传感器。低重位的小型电子秤一般只要布置一个荷重传感器（如商店15Kg 电子秤），而大吨位平台式电子秤考虑到受力强度和平衡的关系，通常需要由4个荷重传感器来托起称重平台（如汽车地磅秤）。参见图5所示。
图5 荷重传感器的布置
2、荷重传感器电子称调理电路的设计
调理电路包括信号放大、信号滤波、温度补偿、线性化处理、标度变换、A/D 和D/A 变换等。
调理电路指的是完成来自传感器的信号幅值、标度、线性化、电量性质等的调整来满足系统各环节的要求。除了信号幅值和电量性质变换之外，其他均由三次仪表中的单片机来完成。电子秤系统所需的调理电路主要是放大器、滤波器和A/D转换器。
(一）放大器
由于各种传感器的转换电信号比较微弱,需要将信号滤波,放大到A/D转换器可以接受的范围.目前模拟放大器均采用运算放大器。不同的使用场合,运算放大器选用的要求也不同。主要可以分成：通用型,高精度型,高输入阻抗，高速型等。
运算放大器的技术指标：
开环增益，差模输入输出阻抗，输入失调电压和电流的温度系数，共模抑制比，上升率，带宽。
习惯选择：〖1〗若信号内阻较大时，应采用高输入阻抗的放大器，否则将会产生信号传递损失。大多数场合都要求高输入阻抗的放大器。〖2〗若信号电压很小时，就必须考虑低噪声，低温漂，高精度的放大器。
1、通用放大器：
μA741作为要求一般的场合，使用该运算放大器可以胜任。它具有失调量小，温漂小，功耗低，输入阻抗高共模抑制比CMRR高等优点。电路引脚参见图6。
图6 μA741通用运算放大器
LMX24（X=1，2，3）单片四运放集成电路。特点：可以单电源双电源兼用（单电源： 3V～30V，双电源±1.5V～±15V）,不需要外接补偿电路,且功耗低,四运放性能较一致等优点。根据使用体会,应用方便,价格低,但精度不够理想。比较合适做比较器,电平转换器。电路引脚参见图7。
图7 单片四运放LMX324
2.高精度集成运放:
作为传感器信号的放大,,尤其信号低到几十微伏的信号μA741,LMX24肯定不能使用。则要求选用超低失调,超低漂移,超低噪声的运算放大器。
OP07接线图与μA741大致一样。主要技术指标:输入失调电压85m V;失调电流0.8nA,失调电压漂移<0.2m V，输入偏置电流2nA;差模输入电阻31mΩ;输出电阻60Ω，共模抑制比CMRR:110dB.
ICL7650这是属于斩波稳零型集成运算放大器，利用CMOS工艺，内设200HZ时钟源，在时钟节拍下分时工作。第一节拍采集输入失调并记忆在补偿电容内。第二节拍采集输入信号并与失调电压相抵消一部分，再进行放大。这样可做到超低失调和超低漂移。各方面的技术指标要比OP07更好。它在测量放大,生物医学工程检测,微弱信号放大中应用非常广泛。电路引脚参见图8。
图8 ICL7650斩波稳零型运算放大器
电路介绍：
CA ，CB 为记忆电容,将采集输入失调记忆在该电容内,所以补偿精度取决于电容的品质(高品质,小漏电)。为了简化电路,通常采用内部时钟, CA ，CB 的容量取0.1m F.采用外部时钟时,频率越高,电容越小。为了防止输出电压超过一定幅度,使得放大器阻塞。采用引脚9控制。钳位要求：R3+R2//R1=100～1000K Ω
输出要求：负载电阻大于10K Ω，由于时钟节拍关系，输出电压会出现200HZ 波纹。可以采用低通滤波电路加以平滑。
输入回路：
3. 典型的测量放大器
图9 测量放大器典型电路
参见图9,采用三运放组成一个测量放大器，它具有高输入阻抗，高增益，低噪声和高共模抑制比,适用于电桥放大或仪表放大器。
)
32()(0,0
1
2
1121212
112
11
----+-≈-++=
=++-∴-==++
+Us R R R Us KoR R R R R Ko Uo Uo R R R Ko Uo Us KoVi Uo Uo R R R Vi Us
电路分析：
采用线性叠加原理：输出电压： 代入 V1，V2：
上式表明：输入阻抗大，只要A1，A2输入阻抗与运放增益对称， 有利于提高共模抑制比，大大降低温度漂移。（V2-V1）可以看作电桥输出的电位差。
AD521，AD522等是一种将三个运算放大器集成于一块芯片的测量放大器，有利于提高性能。
（二）滤波器
大多数传感器的转换电信号是微弱的，经过仪表系统的放大，处理，传输，每个环节都有可能引入电磁干扰，若干扰信号过大，就会导致测量失败。采用滤波器方法可以有效去除干扰信号，它已经被广泛使用了。滤波器可分为：低通、高通、带通、带阻滤波器。滤波器又可分为有源与无源滤波器。高质量的滤波电路，信号经过该滤波器能够不衰减甚至增大，而干扰信号却被大幅度衰减。滤波器是把有用信号与无用信号按频率区分,任何一种滤波器都会有截止频率，频率特性可以用Q 值衡量，Q 值越高，灵敏度越高，频率信号的选择性越好。
有了高质量的运算放大器组成的滤波器，其尺寸大大减小，性能得到明显提高。但是在普通的工作环境里一般仍采用无源滤波器，尤其是仅设置低通滤波时。
一阶低通滤波器实例： 参见图11,
)52()()
42()1)((01020201
002010-------=+-
=--------+
++-=U U R
R U R R U R R U U R R Rf R R U R R U f f P
f f
f
f )
62())(1(122
10---------++
=
V V RP
R R R R U f f f
图10 一阶无源、有源低通滤波器
（A ）
一阶无源低通滤波器传递函数：
（B ）一阶有源低通滤波器传递函数：（RC 环节在正输入端）
（C ）一阶有源低通滤波器传递函数：（RC 环节在负输入端）
)
112()1()102()1(221202112101--------+
+-
=--------++-=V R R V R R U V R R V R R U P
f P
f P f P f )
82(11
11)()()(0-------+=+==SRC R SC
SC S V S V s H i )72(11)1()()()(10--------++==
SRC
R R S V S V s H f i )92(11
)()()(10---------+-==
SRC
R R S V S V s H f i
图11 一阶有源低通滤波器的频率特性
(三)A/D 转换器
常用的A/D转换器有两种形式：逐次逼近A/D转换器；双积分A/D转换器。另外还有一种商业用途的是调宽式A/D转换器。
逐次逼近A/D转换器
特点：转换速度快，准确度高，成本低。目前常用的转换芯片有8位的0809/0808，0832，12位的AD574。逐次逼近A/D转换器的转换速度取决于转换位数，而与输入电压大小无关。
1.逐次逼近A/D转换器的基本原理：
如图12所示,类似天平秤测重一样，在未知重物的质量之前，首先把量程之半的砝码与之比较。产生两种可能：
【1】砝码偏轻：则再加上一个减半的砝码继续比较；
【2】砝码偏重：则取下盘上的砝码，再换一个减半的砝码继续比较。
重复上述过程，直到天平秤两端平衡为止。左盘上的砝码总量且为被秤重物的重量。
这种“二进制搜索”技术随着位数增加，可以达到最佳近似测量结果。采用电
子线路构成这样的“天平秤的秤重流程”来实现A/D转换。
图12 二进制搜索法的天平秤测重
所谓逐次逼近：每一次的砝码电压减小，逐步接近实际被测量。
基本组成：D/A转换器、比较器、控制逻辑、时钟等(见图13)。
工作过程: 启动脉冲发生后，控制逻辑先发出最高位Dn-1=1送逐次逼近寄存器暂存并供D/A 转换成相应的模拟电压Vo。这个电压送比较器与输入电压进行比较。比较结果产生两种结果：
【1】 Vx>=Vo：Dn-1=1保留此位，再送Dn-2=1进行D/A比较；
【2】 Vx 保留或改变某一位的状态,均由比较器输出为信号,触发控制逻辑动作. 这个比较过程是逐位进行的,直到所有位都比较完毕。当转换结束后,逻辑控制会发出转换结束信号,告诉外部设备,可以读数了. 不管转换数字与实际值之间偏差多少,只要最低位一旦确定,这个数字读数就确定了.所以转换精度与数字长度有关;转换时间与数字长度有关; 设:每一位的比较过程需要时间Δt,若该A/D转换器位数为n,则一次转换周期 为: T=nΔt。 图13 逐次逼近A/D转换器的内部结构 2.积分型A/D转换器 积分型A/D转换器的特点是:转换精度高,抗干扰能力强,成本低但转换时间长,不能对变化较快的信号进行测量。但仍然被极广泛的应用。 （1）V-F变换型A/D转换器 这种A/D是将被采样的直流电压的平均值转换成单位时间的脉冲数,在采样期 间若掺入交流干扰则通过平均化而获得抑制。 图14 V-F变换型A/D转换器框图 三、工作原理 若输入电压为正，经积分器运算，输出为负向变化。供比较器与V2比较。当VA<=V2时,比较器翻转,使复原电压发生器启动,输出负电压VB幅值大于VX,经D 送输入,迫使积分器朝正向积分。最后使积分输出上升到V1,使得比较器再一次翻转.且关闭复原电压发生器，由此进入第二次循环。 数学分析: 输入Vx>0,则积分输出: ∴ ----------------=∴-=-=?) 122(11101x V RC V T T RC x V Vxdt RC V A T A 积分周期：T=T1+T2 ，如果RC 很小,VB 足够大 。T2很小,可以不计。 转换频率： )132()(121-------=≈=V V RC x V RC V x V T f A 理解： 【1】VA=V1-V2，在T1时间内积分电压的累计是上下限电压的差。 【2】因反向积分输入电压VB 》Vx ，RC 很小，T2非常小。 图15 V-F 变换型A/D 转换器工作波形 (2)定电荷复原型V/F 转换器 基本结构:积分器,比较器,复位电路。 其中复位电路包括:定时器,模拟电子开关,恒流源。 开始时,S断开,积分器仅对输入Vx积分。?积分输出Vo1<=Ek时,比较器负跳变,启动定时器产生脉宽为Tk的负脉冲。这个负脉冲?使电子开关闭合。此时,恒定电流也参与积分运算。在脉宽为Tk的负脉冲期间,由于恒电流为负且幅值大于被测 电流,故迫使积分输出作反向运算。 Tk后电子开关断开,积分运算又进入第二周期。 图16 定电荷复原型V-F变换型A/D转换器框图 (3)双积分V-T型A/D转换器 顾名思义，这种A/D转换器的一次转换周期需要进行两次积分运算。 第一次积分：称定时积分。在约定的时间内对输入电压Vx进行反向积分；Vx越大，则积分输出幅值也大。 图17 两次积分运算 第二次积分：称定量积分。对约定的基准电压VB 进行反向积分，这是继第一次对Vx 积分后作反向积分，则原积分输出幅值越大，则本次积分时间也长。 ?第一次积分完成了对输入电压的幅值与极性的判断。第二次积分完成了输入电压转换为时间间隔：V —ΔT 。 工作原理 第一次积分运算:积分器对输入电压进行积分: 令输入电压的平均值: 代入上式: 在规定的时间内t=T1,积分输出正比于输入电压的平均值。 第二次积分运算:积分器对基准电压进行积分: 若积分过零: ?--------=1 001) 142(1 T X dt V RC V ) 152(.1 1 1-------=?T X X dt V T V )162(1 01------?- =RC T V V X )172(1 102-------?-=?t B X dt V R C RC T V V 2 02...0)(T t t V == 由此,第二次积分所需的时间: 显然,第二次积分所需的时间T2与输入平均电压呈正比。如果转换器的时间长短是由计数器稳频计数来确定的,那么有: 【1】转换过程: 预备阶段:在外部发出一个启动信号，转换器通过控制逻辑电路完成如下工作：计数器复位;积分电容电荷释放;接通K1输入通道。 【2】采样阶段:t=t1，开始对输入电压进行定时积分，打开计数器闸门开始计数。积分时间T1由计数器计满溢出为限。 【3】比较阶段:断开K1接通K2或K3的基准电压输入通道，要求积分运算朝反方向变化。 【4】结束阶段:比较积分同时计数,直到积分输出为零,计数器所计的数N2代表T2的大小。 工作波形： )182(011 210 1----------?= ∴=?-+?-=-?-?B X B X t B X V T V T RC t V RC T V dt V RC RC T V )192(.........., (121) 22211----==== B X B X V V N N or V V f N f N f N T f N T 图18 双积分A/D 转换器工作波形 以型号为MC14433的3位半双积分A/D 转换器为例： 设采样时间T1内的计数脉冲数为2000，基准电压选2000mV 。 且有： 上式表明计数脉冲N2可以直接表示以mV 为单位的模拟输入电压。 双积分A/D 转换器的特点： 【1】抗干扰能力强： 通常工频干扰是环境最大的干扰源，并且会通过输入迭加到真信号作积分运算。 令:工频交流干扰电压窜入输入端: 其中:第一项为真实信号,第二项为伪信号,即干扰信号。 )() (2000200012mV V V mV V V N N X X X B ==- =X X X V V V ~ += 《机械工程测试技术》 课程设计 对无缝钢管超声测厚仪的探讨 姓名： 学院： 专业： 班级： 学号： 完成日期： 目录 1 绪论 2 信号仿真、采集与分析处理 2.1 题目 2.2 Matlab处理分析 2.3讨论 2.4结论 3 基于计算机的声信号采集与分析 3.1题目 3.2 Matlab处理分析 3.3讨论 3.4结论 4 机械运行数据分析与处理 4.1题目 4.2第一份数据分析 4.2.1 Matlab处理 4.2.2结论 4.3第二份数据分析 4.3.1 Matlab处理 4.3.2结论 5 总结 参考文献 动态测试信号采集仿真与实例分析 摘要：测试技术的项目设计——动态测试信号采集仿真与实例分析，围绕课程 讲授的动态信号的采集、分析与处理的基本原理与方法进行，同时运用Matlab 等工具，进行数学处理，做出信号的频谱，并能够分析信号的频谱。项目设计包括三个部分：信号仿真、采集与分析处理，基于计算机的声信号采集与分析，机械运行数据分析与处理。通过项目设计，能熟练运用傅里叶变换处理和分析信号，对信号的频谱能够有一个更深的了解。 关键词：matlab；信号采样；频谱分析；fft 1.1 信号仿真、采集与分析处理 信号采集过程中一般需要考虑以下几个参数：信号频率、采样频率、采样长度等，不同参数的数值设定对于信号采集的效果会产生直接影响，为了掌握信号采集过程中这些参数对采集过程及其效果产生的影响，可以通过Matlab 或C 语言对信号采集与分析处理的过程进行仿真分析，具体要求如下： 利用Matlab 或C 语言产生信号x (t )， )()2sin()2sin()2sin()(333222111t n t f a t f a t f a t x ++++++=?π?π?π 其中：f 1=50Hz 、 f 2=200Hz 、f 3=1000Hz ； n (t ) 为白噪声，均值为零，方差为0,7； 幅值、相位任意设定； 对信号x (t )进行DFFT 处理下: 取1a =4，2a =,5, 3a =6, 1?=2?=3?=0;噪声方差0.7 Fs=3000HZ:N=1024 程序： Fs=3000; %采样频率 L=1024; %信号长度 NFFT= 1024; %采样点数 T=1/Fs; t=(1:L)*T; n=(rand(1,L)-0.5)*sqrt(12*0.7); %均值为零，方差为0.7的白噪声 x=4*sin(2*pi*50*t)+5*sin(2*pi*200*t)+6*sin(2*pi*1000*t)+n; %信号 subplot(2,1,1); plot(Fs*t(1:1000),x(1:1000)); %信号的时域图 1?传感器的特性一般指输入、输出特性，有动、静之分。静态特性指标的 有____ 、____ 、—、—、等。P18— P20 2. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照测量结果的显示方式，可以分为—和_。P7 3. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照是否在工位上测量可以 分为_和________ 。P7 4. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照测量的具体手段，可以 分为_、_和________ 。P7 5. 某0.1级电流表满度值X m = 100mA，测量60mA的绝对误差为—。 &服从正态分布的随机误差具有如下性质 ______ 、—、____ 。P13 7. ____________________________ 硅光电池的光电特性中，当___________ 时，光电流在很大范围内与照度呈__________ 。 P230 8、把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据 的基本原理制成的，其次级绕组都用______ 形式连接，所以又叫差动变压器式传感 器。P67 9、霍尔传感器的霍尔电势U H为_若改变—或 _就能得到变化的霍尔电势。 P183 10、电容式传感器中，变极距式一般用来测量—的位移。 11、压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不适宜测量________ 的被测量，特别是不能测量_________ 。 12、差动电感式传感器与单线圈电感式传感器相比,线性 _____ 灵感度提高倍、测量精度高。 13、热电偶冷端温度有如下补偿方法：、、、仪表机械零点调整法。 P210 14. 空气介质变间隙式电容传感器中，提高其灵敏度和减少非线性误差是矛盾 的，为此实际中大都采用_______式电容传感器。 传感器与检测技术试卷及答案精选文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8- 1．属于传感器动态特性指标的是（D ） A 重复性 B 线性度 C 灵敏度 D 固有频率 2 误差分类，下列不属于的是（B ） A 系统误差 B 绝对误差 C 随机误差 D粗大误差 3、非线性度是表示校准（B ）的程度。 A、接近真值 B、偏离拟合直线 C、正反行程不重合 D、重复性 4、传感器的组成成分中，直接感受被侧物理量的是（B ） A、转换元件 B、敏感元件 C、转换电路 D、放大电路 5、传感器的灵敏度高，表示该传感器（C） A 工作频率宽 B 线性范围宽 C 单位输入量引起的输出量大 D 允许输入量大 6 下列不属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（B） A 应变式传感器 B 化学型传感器 C 压电式传感器 D热电式传感器 7 传感器主要完成两个方面的功能：检测和（D） A 测量 B感知 C 信号调节 D 转换 8 回程误差表明的是在（C）期间输出输入特性曲线不重合的程度 A 多次测量 B 同次测量 C 正反行程 D 不同测量 9、仪表的精度等级是用仪表的（C）来表示的。 A 相对误差 B 绝对误差 C 引用误差 D粗大误差 二、判断 1.在同一测量条件下，多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在改变条件时，按一定规律变化的误差称为系统误差。（√） 2 系统误差可消除，那么随机误差也可消除。（×） 3 对于具体的测量，精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，所以精确度高的准确度不一定高（×） 4 平均值就是真值。（×） 检测技术课程设计 一、课程设计的目的 综合应用已修课程所学知识，完成被测信号的提取、转换、处理的一次综合性设计实践。它的作用如下： 获得工程师基本训练，培养学生综合运用所学理论和技术知识，解决工程实际问题的能力。 （1）提高学生查阅科技文献资料能力。 （2）开发学生的主观能动性与创造性。 （3）加深学生对课程内容的理解，拓展所学知识面。 （4）使学生初步建立正确的设计思想。掌握系统的设计方法和设计步骤。 二、课程设计时间 检测技术课程设计为1周。 三、课程设计的任务 以任务书的形式给出。 任务书的主要内容有： （1）给予的对象； （2）设计题目； （3）设计要求； （4）撰写的设计报告要求； （5）时间安排。 设计报告内容包括：目录，设计题目，前言，设计方案与设计工艺流程，各部分设计原理，设计计算及说明，器件、仪器设备的选择，设计图纸，参考文献，附录。设计图用专用计算机软件绘制，打印。 四、课程设计报告的一般格式 课程设计报告包括封面、目录、绪论、主体部分、结尾部分。 1、绪论 主要说明设计的目的、设计的任务和要求等。 2、主体部分 （1）总体设计方案的设计 （2）软硬件电路的设计 （3）设计结果（实验数据等） （4）参考文献 2、结束语 阐述本次设计的收获与体会，课题进一步完善的建议与意见。致谢等。如有附录可放在结尾处。 设计题目一电机自动监控系统设计 一、电机控制系统描述 电机作为一种拖动动力设备，在机床加工、运输、电力等领域有着广泛的应用。为了保证电机系统的正常运行，需要通过检测控制装置对它进行监控。重点监控的参数是电机 A、B、C三相线圈的温度、电机轴的径向振动振幅、电机轴的转速。 二、控制要求 上图为电机供电主电路。三相电经过空气开关KQ、交流接触器Z、热继电器PT，加到电机上，当接触器常开触点接通时，电机得电，运转。可以通过控制接触器线圈的方式控制接触器主常开触点的通断。正常接触器线圈得电，接触器主常开触点接通，异常接触器线圈断电，接触器主常开触点断开。 常规电机控制电路如图。 START STOP 第一章课后习题答案 1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？ 解：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；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。2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？ 解：（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改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。 （2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统 ①MEMS技术要求研制微型传感器。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。 ②研制仿生传感器 ③研制海洋探测用传感器 ④研制成分分析用传感器 ⑤研制微弱信号检测传感器 （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。系统功能最大程度地用软件实现。 （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：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。 3．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？ 解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。 1）传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度； 2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx 的比值； 3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象； 《传感器与检测技术》试题 一、填空：（20分） 1，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。（2分） 2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。 3、光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为 三类。第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有光电管、 光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料部电阻率改变的光电 效应，这类元件有光 敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元 件有光电池、光电仪表。 4.热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为 Eab （T ，To ）=T B A T T B A 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ?+-。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移 至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。 5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其部产生机械压力，从 而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产 生机械变形，这种现象称为负压电效应。（2分） 6. 变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③ 不变）（2分） 7. 仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的（2分） 8. 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（① 变面积型 ② 变极距型 ③ 变 介电常数型）外是线性的。（2分） 9. 电位器传器的（线性），假定电位器全长为Xmax, 其总电阻为Rmax ，它的滑臂间的阻值 可以用Rx = （① Xmax/x Rmax,②x/Xmax Rmax ,③ Xmax/XRmax ④X/XmaxRmax ）来计算， 其中电阻灵敏度Rr=（① 2p(b+h)/At , ② 2pAt/b+h, ③ 2A(b+b)/pt, ④ 2Atp(b+h)） 1、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈 的电感量（①增大，②减小，③不变）。 2、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型， ②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。 3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与原方线圈的匝数成（①正比， ②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁 阻成（①正比，②反比，③不成比例）。 4、传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置， 传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件 和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信 号调节转换电路组成。 5、热电偶所产生的热电热是由两种导体的接触电热和单一导体的温差电热组成。 2、电阻应变片式传感器按制造材料可分为① _金属_ 材料和②____半导体__体材 料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由 _电阻应变效应 形 成的，而②的电阻变化主要是由 温度效应造成的。 半导体 材料传感器的灵敏度较大。 3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与 绕组匝数 成正比，与 穿过 线圈的磁通_成正比，与磁回路中 磁阻成反比，而单个空气隙磁阻的大小可用公式 __ 表示。 1.热电偶所产生的热电势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式 为E ab （T,T o ）=T B A T T B A 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ?+-。在热电偶温度补偿中，补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线 和热电偶之间，接入延长线它的作用是将热电偶的参 考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。（7分） 3.电位器或电阻传感器按特性不同，可分为线性电位器和非线性电位器。线性电位器的 机械工程测试技术课程设计 温 度 测 量 班级：机自111 学号：201100314115 姓名：孟凡 日期：2013.12.1 设计要求： 1、传感器：设计或选用，设计要有设计过程及计算结果。选用要列出所选传感器的技术指标。 2、信号处理电路，尽量设计出详细的电路图，也可以对局部电路图用方框表示。 3、设计所显示信号的显示部分，要求同1。 4、对所设计的题目写出设计报告。设计报告需打印，其中设计图部分可手绘。 5、不得完全相同，如有两个完全相同者，特别是电路部分及报告部分均做零分处理。 6、要求12月6日，以班为单位交到实验室405号。 7、具体设计项目：0——1300摄氏度，温度测量测试系统。 设计原理： 本设计采用的温度传感器是LM35温度传感器， LM35温度传感器是利用两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流。测试电路是通过电压比较放大电路来实现温度都的检测，控制电路是通过两个电压比较电路来实现对两个继电器的控制。报警电路有555时基电路和光敏电阻以及扬声器组成。 工作原理主要是利用温度传感器把系统的温度通过A\D转换电 路将电信号转换成数字信号，并通过与之连接的译码电路中显示出来。同时电压信号通过电压比较器与输入电压比较决定输出是高电平或是低电平，进而控制下一个电路单元的工作状态。报警电路中，当电路出现故障使温度失控时，使被控系统温度达到允许最高温度Vmax，此时发光二极管通电发光照在光敏电阻RL上，RL受光激发，电阻值迅速下降，分压点电位升高，电路立即产生振荡，发出声响报警。调温控制电路中，通过电压比较器的输入输出关系，决定温度的调节。当温度低于下限温度时，电路经过一系列变化接通加热器电源对其进行加热。当温度升到上限温度时，加热器电源，停止加热。 设计方案综述：: 1、对温度进行测量、控制并显示：首先必须将温度的度数（非电量）转换成电量，然后采用电子电路实现题目要求。可采用温度传感器，将温度变化转换成相应的电信号，并通过放大、滤波后送A/D 转换器变成数字信号，然后进行译码显示。 2、恒温控制：将要控制的温度所对应的电压值作为基准电压V REF，用实际测量值 v与V REF进行比较，比较结果（输出状态）自动地控制、 I 调节系统温度。 3、报警部分：设定被控温度对应的最大允许值V max，当系统实际温度达到此对应值V max时，发生报警信号。 4、温度显示部分：采用转换开关控制，可分别显示系统温度、控制温度对应值VREF，报警温度对应值Vmax。 课程设计任务书及指导书 一.设计题目 《压力测量仪的设计》 二.设计目的 （1）使同学们掌握金属箔应变片组成的称重传感器的正确使用方法；了解压力测量仪的工作原理及其在电子天平中的应用。 （2）通过设计、安装、调试电路等实践环节，提高学生的动手能力，提高分析问题、解决问题的能力。 三.设计任务 （1）学生根据设计要求完成设计与测试。 （2）在完成设计后书写课程设计报告。 四.时间安排2005年12月5日至2005年12月30日 五.设计内容 压力测量仪由以下五个部分组成：传感器、传感器专用电源、信号放大系统、模数转换系统及 显示器等组成。其原理框图如图1所示： 图1 压力测量仪组成框图 (1) 传感器测量电路 称重传感器的测量电路通常使用电桥测量电路，它将应变电阻值的变化转换为电压的变化，这就是可用的输出信号。 电桥电路由四个电阻组成，如图2所示：桥臂电阻R 1，R 2 ，R 3 和R 4 ，其中两对角点AC接电源电 压U SL =E（+10V），另两个对角点BD为桥路的输出U SC ，桥臂电阻为应变电阻。 R 1R 4 =R 2 R 3 时，电桥平衡，则测量对角线上的输出U SC 为零。当传感器受到外界物体重量影响时， 电桥的桥臂阻值发生变化，电桥失去平衡，则测量对角线上有输出，U SC ≠0。 图2 传感器电桥测量电路 (2) 放大系统 压力测量仪的放大系统是把传感器输出的微弱信号进行放大，放大的信号应能满足模数转换的要求。该系统使用的模数转换是3位半A/D转换，所以放大器的输出应为0V ～ 1.999V。 为了准确测量，放大系统设计时应保证输入级是高阻，输出级是低阻，系统应具有很高的抑制共模干扰的能力。 (3) 模数转换及显示系统 传感器的输出信号放大后，通过模数转换器把模拟量转换成数字量，该数字量由显示器显示。显示器可以选用数码管或液晶显示器 (4) 传感器供电电源 有恒压源与恒流源 对于恒压源供电：参考图2，设四个桥臂的初始电阻相等且均为R，当有重力作用时，两个桥臂电阻增加△R，而另外两个桥臂的电阻减少，减小量也为△R。由于温度变化影响使每个桥臂电阻均变化△R T 。这里假设△R远小于R，并且电桥负载电阻为无穷大，则电桥的输出为： U SC = E*( R+△R+△R T )/( R-△R+△R T +R+△R+△R T )- E*( R-△R+△R T )/( R+△R+△R T +R-△R+△ R T )= E*△R/（R+△R T ） 即 U SC = E*△R/（R+△R T ）式(1) 说明电桥的输出与电桥的电源电压E的大小和精度有关，还与温度有关。 如果△R T =0，则电桥的电源电压E恒定时，电桥的输出与△R/R成正比。 当△R T ≠0时，即使电桥的电源电压E恒定，电桥的输出与△R/R也不成正比。这说明 恒压源供电不能消除温度影响。 对于恒流源供电：供电电流为I，设四个桥臂的电阻相等，则 I ABC =I ADC =0.5I 有重力作用时，仍有 I ABC =I ADC = 0.5I 则电桥的输出为： U SC = 0.5I*(R+△R+△R T )- 0.5I*(R-△R+△R T )=I*△R 即 U SC = I*△R 式(2) 因此，采用恒流源供电，电桥的输出与温度无关。因此，一般采用恒流源供电为好。 由于工艺过程不能使每个桥臂电阻完全相等，因此，在零压力时，仍有电压输出，用恒流源供电仍有一定的温度误差。 四、设计提示 (1) 放大电路设计 首先，由于传感器测量范围是0 ～ 2Kg，灵敏度为1mV/V，其输出信号只有0 ～10mV左右；而A/D转换的输入应为0V ～ 1.999V，对应显示0 ～ 1.999Kg，当量为1mV/g，因此要求放大器的放大倍数约为200倍，一般采用二级放大器组成。 其次，在电路设计过程中应考虑电路抗干扰环节、稳定性。选择低失调电压，低漂移，高稳定 传感器与检测技术复习资料(总6页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1 -CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除 第一章 by YYZ 都是老师上课给的应该全都有了。 1.传感器是一种以一定精确度把被测量（主要是非电量）转换为与之有确定 关系、便与应用的某种物理量（主要是电量）的测量装置。 2.传感器的组成：信号从敏感元件到转换元件转换电路。 3.敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理 量的元件。 4.转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成为电路参数。 5.转换电路：将电路参数接入转换电路，便可转换为电量输出。 6.误差的分类：系统误差（测量设备的缺陷），随机误差（满足正态分 布），粗大误差。 7.系统误差：在同一条件下，多次测量同一量值时绝对值和符号保持不变， 按一定规律变化的误差称为系统误差。材料、零部件及工艺的缺陷，标准测量值，仪器刻度的标准，温度，压力会引起系统误差。 8.随机误差：绝对值和符号以不可预定的变化方式的误差。仪表中的转动部 件的间隙和摩擦，连接件的弹性形变可引起随机误差，随机误具有随机变量的一切特点。 9.粗大误差：超出规定条件下的预期的误差。粗大误差明显歪曲测量结果， 应该舍去不用。 10.精度：反映测量结果与真值接近度的值。 11.精度可分为准确度、精密度、精确度。 12.准确度：反映测量结果中系统误差的影响程度。 13.精密度：反映测量结果中随机误差的影响程度。 14.精确度：反映测量结果中系统误差和随机误差综合的影响程度，其定量特 征可以用测量的不确定度（或极限误差）表示。 15.精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，但精确度高， 则精密度和准确度都高。 中国自考人(https://www.wendangku.net/doc/ce18130532.html,)——700门自考课程永久免费、完整在线学习快快加入我们吧！ 中国自考人(https://www.wendangku.net/doc/ce18130532.html,)——700门自考课程永久免费、完整在线学习快快加入我们吧！ 浙江省2003年1月自考传感器与检测技术试题 课程代码：02202 一、填空题(每空1分，共15分) 1. 如果所测试的信号随时间周期变化或变化很快，这种测试称为________测试。 2. 确定静态标定系统的关键是选用被测非电量(或电量)的_______和标准测试系统。 3. 涡流传感器的线圈与被测物体的距离减小时，互感系数M将________。 4. 半导体应变片以压阻效应为主，它的灵敏度系数为金属应变片的________倍。 5. 测量准静态力信号时，要求电荷放大器的输入阻抗________1012(Ω)。 6. 周期信号展开为傅立叶级数后，其中A0表示直流分量的幅值，A n表示________分量的幅值。 7. 当τ→∞时，信号x(t)的自相关函数R x(τ)呈周期性变化，说明该信号为________。 8. LCD是液晶显示器，是一种________功耗器件。 9. A/D卡的转换速率表示________。 10. 在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，________接法可以得到最大灵敏度输出。 11. 一阶有源低通滤波器的主要优点是带负载能力强，主要缺点是________。为克服该缺点，可采用二阶或二阶以 上有源低通滤波器。 12. 绝对湿度给出了水分在空间的具体含量，而相对湿度给出了大气的________程度，它比绝对湿度使用更广泛。 13. 氧化型气体吸附到N型半导体气敏元件上，将使截流子数目减少，从而使材料的电阻率________。 14. 半导体温度传感器以P-N结的温度特性为理论基础。二极管感温元件利用P-N结在恒定电流下，其________与 温度之间的近似线性关系实现。 15. 图像处理的主要目的是________。 二、单项选择题(在每小题的四个备选答案中选出一个正确答案，并将其号码填在题后的括号内。每小题1分，共 15分) 1. 为了抑制干扰，常采用的电路有( ) A. A/D转换器 B. D/A转换器 C. 变压器耦合 D. 调谐电路 2. 选择二阶装置的阻尼比ζ=0.707，其目的是( )。 A. 阻抗匹配 B. 增大输出量 C. 减小输出量 D. 接近不失真条件 3. 自相关函数一定是( )函数。 A. 偶 B. 奇 C. 周期 D. 随机 4. 用脉冲锤激振时，为了获得较宽的激振频率，可( ) A. 增加敲击力 B. 增加锤头硬度 C. 增大锤重 D. 减小冲击力 5. 记录磁带慢录快放，放演信号的频宽将( ) A. 扩展，幅值减小 B. 变窄，幅值减小 目录 一、设计目的与要求 (1) 二、设计任务 (1) 三、设计内容 (1) 3.1 仪器简介 (1) 3.2设计原理、设计步骤及数据分析 (3) 利萨如图形法测量简谐振动频率 (3) 振动测试 (9) 四、简支梁振动系统综合性能测试 (13) 振动系统固有频率测试的方法 (13) 隔振 (17) 单式动力吸振器吸振的实验分析 (18) 复式动力吸振器吸振的实验分析 (19) 五、设计心得 (22) 六、参考文献 (23) 七、指导老师评语 (24) 简支梁动态特性综合测试方法 一、设计目的与要求 1. 学习测试系统的搭建以及相应仪器的使用 2. 学习振动系统的频率阻尼计算、测试的各种方法 3. 学习振动量（位移、速度、加速度）的测量及之间关系 4. 学习振动系统特性的测试方法及频谱的分析方法 5. 学习振动系统吸振、隔振的方法及分析其频率 二、设计任务 1.掌握仪器设备的使用方法以及测试系统的安装调试 2.掌握多种简谐振动的频率方法，特别是使用“利萨如图形法” 3.掌握位移、速度、加速度的测定方法以及它们之间的关系 4.掌握频谱分析方法以及它们的应用条件，理解频谱图的含义 5.掌握吸振、减振的方法，并会计算隔振频率 三、设计内容 3.1 仪器简介 DHVTC振动测试与控制实验系统的组成： 如图1所示，实验系统由“振动与控制实验台”、激振测振系统与动态分析仪组成。 1、底座） 2、支座） 3、二（三）自由度系统） 4、薄壁圆板） 5、非接触式激振器） 6、接触式激振器） 7、力传感器） 8、偏心电机） 9、磁电式速度传感器）10、被动隔振系统）11、简支梁）12、主动隔振空气阻尼器）13、单/复式动力吸振器）14、压电式 《测试技术基础课程设计》 题目高度计的设计 时间 班级 姓名 学号 指导教师 2016年6月17日 前言 随着科学技术的迅猛发展，非物理量的测试与控制技术，已越来越广泛地应用于航天、航空、交通运输、冶金、机械制造、石化、轻工、技术监督与测试等技术领域，而且也正逐步引入人们的日常生活中去。传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。在测试系统中，被作为一次仪表定位，其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。 传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置，其精度和范围度是根据需要来选定的。因此，应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度是至关重要的。但无论何种条件、场合使用的传感器，均要求其性能稳定，数据可靠，经久耐用。 本次课程设计的是压力传感器中的高度计。微型硅压阻式传感器、单片机、A/D转换、精密参考电压、显示驱动模块、串口通信模块、电源模块等几部分组成了它的硬件结构。高度计的软件结构由初始化子程序，采样数据处理，A/D转换子程序，压力补偿子程序，数据处理子程序，高度计算子程序，通信子程序，显示子程序等部分组成。 2 / 12 高度计根据压阻式压力传感器原理，因为所测压力大小P与传感器输出电压U有函数关系，可以由电压U计算出压力P。由于传感器的零位和灵敏度会随温度漂移，所以还需要修正，根据一定温度修正后压力P与电压U的关系式，可以由所测电压U计算出实际压力P。 目录 1、课程设计目的和要求----------------------------------------------------4 2、课程设计任务----------------------------------------------------------5 3、系统的设计------------------------------------------------------------6 3.1、气压高度计设计的理论基础---------------------------------------------6 3.2、高度计的硬件设计-----------------------------------------------------6 3.2.1 、单片机 ---------------------------------------------------------7 3.2.2、压阻式传感器-----------------------------------------------------7 3.2.3、 ADC芯片---------------------------------------------------------7 3.2.4、显示通信电路----------------------------------------------------7 3.2.5、电源与抗干扰设计------------------------------------------------7 3.3、高度计的软件设计----------------------------------------------------8 4、误差分析---------------------------------------------------------------10 5 、体会------------------------------------------------------------------11 参考资料-----------------------------------------------------------------12 2018电大本科《传感器与测试技术》形考1-4 形考作业一 一、判断题（Y对/N错） 1．测试技术在自动控制系统中也是一个十分重要的环节。Y 2．金属应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏系数小。Y 3．热敏电阻传感器的应用范围很广，但是不能应用于宇宙飞船、医学、工业及家用电器等方面用作测温使用。N 4．电容式传感器的结构简单，分辨率高，但是工作可靠性差。N 5．电容式传感器可进行非接触测量，并能在高温、辐射、强烈振动等恶劣条件下工作。Y 6．电容式传感器不能用于力、压力、压差、振动、位移、加速度、液位的测量。Y 7．电感传感器的基本原理不是电磁感应原理。N 8．电感式传感器可以将被测非电量转换成线圈自感系数L或互感系数M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。Y 9．互感传感器本身是变压器，有一次绕组圈和二次绕组。Y 10．差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等，但其工作原理基本一样。Y 11．传感器通常由敏感器件、转换器件和基本转换电路三部分组成。Y 12．电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的一种传感器。Y 13．电阻应变片的绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测试件之间的电阻值。Y 14．线性度是指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。Y 15．测量误差越小，传感器的精度越高。Y 16．传感器的灵敏度k等于传感器输出增量与被测量增量之比。N 17．传感器能检测到输入量最小变化量的能力称为分辨力，当分辨力以满量程输出的百分数表示时则称为分辨率。Y 18．测量转换电路首先要具有高精度，这是进行精确控制的基础。N 19．电桥是将电阻、电容、电感等参数的变化转换成电压或者电流输出的一种测量电路。Y 传感器与测试技术习题及答案 1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？ 2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？ 3．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？ 4．某位移传感器，在输入量变化5 mm 时，输出电压变化为300 mV ，求其灵敏度。 5. 某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为： S1=0.2mV/℃、S2=2.0V/mV 、S3=5.0mm/V ，求系统的总的灵敏度。 6．什么是应变效应？什么是压阻效应？什么是横向效应？ 7、试说明金属应变片与半导体应变片的相同和不同之处。 8、 应变片产生温度误差的原因及减小或补偿温度误差的方法是什么？ 9、钢材上粘贴的应变片的电阻变化率为0.1%，钢材的应力为10kg/mm 2。试求 10、如图所示为等强度梁测力系统，1R 为电阻应变片，应变片灵敏度系数 05.2=k ，未受应变时Ω=1201R ，当试件受力F 时，应变片承受平均应变4108-?=ε，求 （1）应变片电阻变化量1R ?和电阻相对变化量11/R R ?。 （2）将电阻应变片置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V ，求电桥 输出电压是多少。 （a ） （b ） 图等强度梁测力系统 11、单臂电桥存在非线性误差，试说明解决方法。 12、某传感器为一阶系统，当受阶跃函数作用时，在t=0时，输出为10mV;t →∞时，输出为100mV;在t=5s 时，输出为50mV,试求该传感器的时间常数。 13. 交流电桥的平衡条件是什么？ 14．涡流的形成围和渗透深度与哪些因素有关?被测体对涡流传感器的灵敏度有何影 响? 15．涡流式传感器的主要优点是什么? 16．电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？ 17．某电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径)(4mm r =，工作初始极板间距离)(3.00mm =δ，介质为空气。问： （1）如果极板间距离变化量)(1m μδ±=?，电容的变化量C ?是多少？ （2）如果测量电路的灵敏度)(1001pF mV k =，读数仪表的灵敏度52=k （格／mV ）在)(1m μδ±=?时，读数仪表的变化量为多少？ 18．寄生电容与电容传感器相关联影响传感器的灵敏度，它的变化为虚假信号影响传感器的精度。试阐述消除和减小寄生电容影响的几种方法和原理。 19．简述电容式传感器的优缺点。 20．电容式传感器测量电路的作用是什么？ 21．简述正、逆压电效应。 22．压电材料的主要特性参数有哪些？ 23．简述电压放大器和电荷放大器的优缺点。 24．能否用压电传感器测量静态压力？为什么？ 25．说明霍尔效应的原理？ 26．磁电式传感器与电感式传感器有何不同？ 27．霍尔元件在一定电流的控制下，其霍尔电势与哪些因素有关？ 28．说明热电偶测温的原理及热电偶的基本定律。 29．将一只灵敏度为0.08mv/℃ 的热电偶与毫伏表相连,已知接线端温度为50℃,毫伏表的输出为60 mv, 求热电偶热端的温度为多少? 30．试比较热电阻与热敏电阻的异同。 课程设计 课程名称软件测试技术题目名称图书系统软件测试专业班级软件工程 学生姓名 学号 指导教师褚伟 二○一六年五月二十四日 目录 1.测试需求分析 (3) 1.1系统概述 (4) 1.2测试需求 (4) 2. 测试概要 (5) 3.测试计划 (5) 3.1测试方案的选择 (5) 3.2测试方案： (7) 3.3测试项目 (7) 3.4测试准备 (7) 3.5 测试覆盖率要求 (7) 4.测试项目说明 (8) 4.1测试项目名称及测试内容 (8) 4.2测试用例 (9) 5.对软件功能的结论 (24) 5.1功能1（系统登录） (24) 5.2功能2（图书管理测试） (24) 5.3功能3（图书查询测试） (24) 5.4功能4（系统管理测试） (24) 5.5功能5（借书测试） (24) 5.6功能6（还书测试） (25) 6.测试评价与结论 (25) 6.1能力 (25) 6.2缺陷和限制 (25) 6.3建议 (25) 7.总结 (26) 8.参考资料 (27) 摘要（中英文） 1.测试需求分析 1.1系统概述 本图书管理系统是一款功能非常强大的图书管理软件，本系统在继承了以往系统版本优点的基础上做了进一步优化；在功能上，本系统不仅包含图书管理的常用功能（如书籍管理、期刊管理、物品管理、读者管理、借、还、预借、续借和统计分析等等功能），而且还增加了条码的生成和打印功能（不仅为使用者省去了购买价格昂贵的条码专用打印机的费用，而且条码产生更方便，与系统结合更紧密）。 考虑到很多单位和学校有现成的身份IC卡（校园卡、会员卡等），为了有效的利用这些已有资源，让使用者使用更方便，我们特在系统中加入了会员卡管理功能，这样，图书管理员不仅可以通过读者编号进行借阅操作，也可以通过已有的身份卡(配合刷卡机或者条码扫描抢使用)来完成操作；在系统的办卡管理中有新办卡、换卡和注销卡等功能，彻底解决丢卡后的安全隐患问题（向制卡公司定制卡时，一般会要求每张卡的ＩＤ号都不同，所以一旦换卡了，原来的会员卡就作废了，即使丢失卡被别人捡到也不能进行正常的借阅操作）。 本系统具有操作简单，易学易用的特点。在开发过程中，我们总结了多年使用电脑管理图书馆业务的经验，注意到工作人员在使用电脑时容易发生的人为错误，因而使系统具有较强的容错和排错功能，而且本系统自带了一些常用的资料库（如中图分类库，出版社库等，系统会自动根据图书的标准ＩＳＢＮ码检索出当前图书的出版社名称和出版地点等，从而实现图书的自动录入的功能），使得用户在录入图书资料时更轻松；系统也自带了通用数据导入功能，可以非常简单地把用户以前的已有资料或者通过采集器采集到的数据资料导入到本系统中，避免了大量的重复劳动。经过长时间的不断测试和完善，系统的安全性和稳定性得到保证。 本系统完全可以配合条码扫描枪使用，操作会更流畅，更简单。 技术简介：本系统采用Adaptive Server Anywhere数据库、C/S结构，完全支持多用户操作；可运行于 Windows9x/WindowsNT/2000/Xp/2003平台，有良好的兼容性、先进性与扩充性；可在线升级。 系统特点：操作简单、界面清晰、功能强大、运行稳定快速、系统资源占用少。 1.2测试需求 本次测试针对开发的图书馆管理系统进行，包括功能测试，界面测试，图书 第一次作业答案 1√2√3×4×5×6×7×8√9√10√ 1、敏感元件、转换元件 2、电容式 3、被测构件 4、线性度 5、高 6、输出、输入 7、传感器的分辨率、分辨率 8、高精度 9、电压、电流 10、直流电桥和交流电桥 三、 1.模拟信号和数字信号，模拟信号的如电阻式传感器、电容式传感器等，数字信号的如光电式编码器 2.p41页，常用的分类方法有按选频作用进行分类（低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器）、根据构成滤波器的元器件类型进行分类（CR、LC或晶体谐振滤波器）、根据构成滤波器的电路性质进行分类（有源滤波器、无源滤波器）、根据滤波器所处理信号的性质进行分类（模拟滤波器和数字滤波器） 3.电阻应变片的工作原理是基于应变—电阻效应制作的，即导体或半导体材料在外力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，这种现象称为应变电阻效应。 电阻应变片的工作原理是基于应变效应。电阻应变片的测量原理为：金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之外，还与金属丝的长度，横截面积有关。将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。dR/R=Ks*ε 其中，Ks为材料的灵敏系数，其物理意义是单位应变的电阻变化率，标志着该类丝材电阻应变片效应显着与否。ε为测点处应变，为无量纲的量，但习惯上仍给以单位微应变，常用符号με表示。由此可知，金属丝在产生应变效应时，应变ε与电阻变化率dR/R成线性关系，这就是利用金属应变片来测量构件应变的理论基础。 4.课本74页 5.课本71页 6.当金属线材受到单位拉力时，由于整根金属线的每段都受到同样大小的拉力，其应变也是相同的，故线材总电阻的增加值为各微段电阻增加之和。但整根金属线材弯折成栅状，制成应变片后，在应变片的灵敏轴向施以拉力，则直线段部分的电阻丝仍产生沿轴向的拉伸应变，其电阻式增加的，而各圆弧段，除了有沿轴向产生的应变外，还有在与轴向垂直的方向上产生的压缩应变，使得圆弧段截面积增大，电阻值减小。虽然金属丝敏感栅的电阻总的变现为增加，但是，由于各圆弧段电阻减小的影响，使得应变片的灵敏系数要比同样长度单纯受轴向力的金属丝的灵敏系数小，这种由弯折处应变的变化使灵敏系数减小的现象称为应变片的 横向效应。 班级： 姓名： 学号： 密封线 重庆铁路运输技师学院期末试卷 考题书写要求：上下不得超过黑线两端点 课程： 传感器与检测技术 分数： 一、填空（每题2分，共20分） 1、传感器的动态数学模型一般采用 和 描述。 2、半导体应变片的工作原理基于半导体材料的 效应。 3、直流电桥的平衡条件 ；桥臂比为 时，电压灵敏度最大。 4、电感式传感器是利用线圈 的变化来实现测量的一种装置。 5、金属导体置于变化着的磁场中会产生感应电流的现象称为 。 6、电容式传感器根据其工作原理的不同可分为 电容传感器 电容传感器和变介电常数型电容传感器。 7、某些电介质当沿一定的方向对其施力时内部产生极化现象，同时在它的表面形成符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称为 效应。 8、不同的金属两端分别连在一起构成闭合回路，如果两端温度不同，电路中会产生感应电动势，这种现象称为 效应； 9、目前应用最广泛的热电阻材料是 和 。 10、工业上通常采用 法进行传感器的标定，俗称背靠背法。 二、判断题（每题2分，共20分） （ ）1、传感器的敏感元件通常情况下直接感受被测量； （ ）2、压电传感器能测量恒定不变的信号； （ ）3、电容式传感器采用差动结构可以提高灵敏度和减小非线性； （ ）4、涡流式电感传感器属于互感型的电感传感器； （ ）5、半导体应变片的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数小。 （ ）6、电阻式传感器中，差动电桥由环境温度变化引起的误差为零。 （ ）7、光栅式传感器的工作原理是用光栅的莫尔条纹现象进行测量。 （ ）8、压电传感器是一种典型的有源传感器。 ( ）9、热电阻温度计在一定范围内温度越高电阻越小。 （ ）10、霍尔元件不等位电势产生的原因是极间电阻分布不均匀。 三、选择题（每题2分，共20分） 1.计算机技术、通信技术和（ ），被列为现代信息技术的三大支柱。 A.汽车制造 B.数据采集 C.测量技术 D.传感技术 2.传感器主要完成两方面的功能：检测和（ ）。 A.测量 B.感知 C.信号调节 D.转换 3.仪表的精度等级是用仪表的（ ）来表示的。 A.相对误差 B.绝对误差 C.引用误差 D.粗大误差 4.电阻式传感器是将被测量变化转换成（ ）变化的传感器。 A.电子 B.电压 C.电感 D.电阻 5.差动变压器属于（ ）。 A.物性式传感器 B.结构式传感器 C.电阻式传感器 D.电感式传感器 6.涡流式传感器利用涡流效应将压力变化转换为线圈的（ ）。 A.电阻变化 B.电容变化 C.涡流变化 D.阻抗变化 7.电容式传感器是将被测量的变化转换为（ ）变化的传感器。 A.电容量 B.电感量 C.介电常数 D.距离 8.回程误差表明的是在（ ）期间输出-输入特性曲线不重合的程度。 A.多次测量 B.同次测量 C.正反行程 D.不同测量 9.半导体热敏电阻随温度的上升，电阻率（ ）。 A.上升 B.迅速下降 C.保持不变 D.归零 10.下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（ ）。 A.压力 B.力矩 C.温度 D.厚度 共 2页 第 1页测试技术课程设计
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