检测技术

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2011年12月19日
　　1.什么是热电效应，分析热电偶的工作原理？将两种不同材料的导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B的两个连接点1和2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定大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。(直接测温端叫测量端，接线端子端叫参比端)2.什么是传感器的动静态特性，以及传感器的选用准则？    当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系称为静态特性；    当输入量随时间较快地变化时，这一关系称为动态特性。选用准则：1、与测量条件有关的因素，如测量的目的、被测试量的选择、测量范围等；          2、与传感器有关的技术指标，如精度、稳定度、频率响应特性、线性范围等；          3、与使用环境有关的因素，如安装现场条件及情况、环境条件(湿度、温度、振     动等)、信号传输距离等；          4、与购买和维修有关的因素，如价格、零配件的储备、交货日期等。3.测量用放大电路包括哪些类型，并简述其应用特性。测量用放大电路即仪器放大电路，分为固定增益仪器放大电路和引脚可编程增益仪器放大电路。特性：测量放大电路的特点：高共摸抑制比、高速度、宽频带、高精度、高稳定性、高输入阻抗、低输出阻抗、低噪音4.常用隔离方式包括哪些？每种隔离方式在应用上有什么特点？包括：光隔离、电容隔离和变压器（电磁）隔离。      变压器隔离：只需在输出部分供电，利用功率转换的办法向输入部分供电。            光隔离：有单极性和双极性两种工作方式。      电容隔离：输入电路是压控振荡器，产生的高频信号经隔离电容耦合到输出电路，输出电路是解调器，最后输出的信号与输入信号相同。5.模拟滤波器的分类方式有哪些？设计滤波器的一般流程是什么？分类方式：按选频特性分：低通、高通、带通、带阻按电路组成分：LC无源、RC无源、由特殊元件构成的无源滤波器、RC有源滤波器      按传递函数的微分方程阶数分：一阶、二阶、高阶设计滤波器的一般流程：确定滤波器特性(低通、带通）                      选择电路结构                      选择有源器件                      计算无源元件参数                      计算传递函数和频率特性，修正设计6、为什么要采用标准直流电流信号传输？请设计一个电压电流转换电路，要求将0-10V的电压转换成4-20mA的电流输出。    采用直流标准电流信号，由于其恒流特性，可以不受传输导线长度的影响，传感器输出电压信号通常需要变送器处理转换成电流信号输出。7、常用绝对值处理电路有哪些类型，并介绍其应用特点。 (1)简单绝对值电路   在半波整流电路的基础上，加一级加法运算放大器，就组成了简单的绝对值电路，缺点是：要达到高精度，必须严格地匹配电阻，在实际中这是较困难且不方便，另外输入电阻较低。改进的绝对值电路 电路精度较高，但输入电阻仍很低。8、（空）9、开关量输入输出通道的一般结构，请绘制一个开关量输入电路并分析工作原理。输入通道结构  ： V50为稳压管       机车110V开关量输入电路（工作原理自己分析）10、介绍数据采集系统的一般结构图，以及A/D转换器选取的准则及考虑的因素？多路模拟输入→多路模拟开关→采样保持器→A／D转换器→微机系统准则：速度、精度、差分还是单端输入、输入范围等（答案不确定）考虑因素;（1）分辨率（2）转换精度（3）转换时间 (4) 量程（5）输出逻辑电平（6）工作温度范围11、A/D转换器与CPU实现接口的步骤，实现接口的常用方式是什么？A/D转换器与CPU实现接口的步骤：进行通道选择；（2）发转换启动信号；（3）取回“转换结束”状态信号；（4）读取转换的数据；（5）发出“采样/保持（S/H）”控制信号。常用方式：查询、中断、DMA方式以及在板RAM技术。12、常用数字滤波的方法包括那些？并简述各种方法的特点。一、中值滤波法中值滤波法对于去掉脉冲性质的干扰比较有效，但是对于快速变化过程的参数则不宜采用。算术平均值法算术平均值法适合于对压力、流量一类信号的平滑处理。防脉冲干扰复合滤波法防脉冲干扰复合滤波法兼容了算术平均值法和中值滤波法的优点，它既可以去掉脉冲干扰，也可以对采样值进行平滑处理。当采样点数为3时，它便是中值滤波法。13、绘制微机检测系统的结构原理图。并简述各个部分的作用。   传感器           信号调理电路         信号采集电路                 通信接口电路          微机系统        输出设备     （1）、传感器：传感器直接与被测对象发生联系，它的功能是把被测参数直接或间接转换成电信号。它的性能直接影响监测系统的性能，是监测系统的重要部分。（2）信号调理电路。它的作用是将传感器的输出信号进行放大和变换（包括绝对值变换、有效值变换、电压/电流变换等）。（3）信号采集电路。它的作用是通过A/D转换电路对模拟量进行采集，通过I/O接口电路对开关量和数字量进行采集。（4）微机系统。它的作用是对检测系统的检测过程进行控制，对检测结果进行分析处理。（5）输出设备。它的作用是对检测结果进行显示和打印输出。（6） 通信接口电路。它的作用是使检测子系统与检测子系统之间、下位机与上位机之间实现数据交换。14、请介绍微机检测系统主机的类型及应用特点。   内插式：构成简便、结构紧凑、成本低廉，可形成典型的个人仪器，扩展槽数量的限制，微机接口总线形式的限制，微机电源容量的限制   外接式：外部电箱独立供电，且不受PC机总线的限制，使用灵活方便，适合高速多通道检测系统    组合式：灵活方便、适用范围广15、常用并行和串行总线包括那些，并介绍其特点？常见的串行标准是RS-232C/422/485 RS-232C标准使用负逻辑    ‘1’  在-3V~-15V;    ‘0’  在+3V~+15V. 不与TTL兼容,必须进行电平转换。最高传输速率：20KB/S。RS-232C缺点：只能一对一地通信，不借助于Modem时数据传输距离仅15米；RS232C ：MAX232、传输距离；1000m；抗干扰强RS-485采用二线制；在发送端增加了使能控制。用半双工方式通信RS485：MAX484;传输距离；>1000m；抗干扰强仪器与计算机之间常用的并行通信总线标准有GP-IB、ISA等  GP-IB是国际通用的仪器接口标准，该标准包括接口和总线两部分。接口总线中的16条线按功能可分为三组。ISA总线(Industrial Standard Architecture)即AT总线，它是在8位的XT总线基础上扩展而成的16位的总线体系结构。ISA总线插槽有一长一短两个插口，长插口有62个引脚，以A31～A1和B31～B1表示，分别列于插槽的两面；短插口有36个引脚，以C18～C1和D18～D1表示，也分别列于插槽的两面。16、虚拟仪器的构成要素和应用特点是什么？虚拟仪器系统是由计算机、应用软件和仪器硬件三大要素构成的。特点：开发和维护费用低，技术更新周期短，软件是关键，价格低，开放灵活与计算机同步，可重复用和重配置，可用网络联络周边各仪器，自动、智能化、远距离传输17、介绍干扰形成的机理，干扰来源、干扰的模式及耦合方式？形成机理：电路或系统中出现非期望的电信号,对电路或系统的工作产生不良的影响,使电路或系统出现误差、系统工作不稳定甚至误操作、工作失常等。来源： 一、内部干扰       ◆  电路元件产生的固有噪声；       电阻的热噪声、晶体管的闪烁噪声及散离噪声        ◆  感性负载切换时产生的噪声干扰；       ◆  接触噪声（接触不良）；       二、外部干扰  （1）自然干扰  （2）电气设备干扰模式： 1、差模干扰2、共模干扰耦合方式 ：1、静电耦合（电容性耦合）2、 电磁耦合（电感性耦合）3、 漏电流耦合（电阻性耦合）4、 共阻抗耦合18、常用硬件抗干扰和软件抗干扰的方法及特性介绍？硬件抗干扰措施： 1、接地技术. 2、屏蔽技术.  3、差分技术. 4、调制解调技术.  5、电源退耦、滤波技术. 6、隔离技术.硬件抗干扰：（1）降低干扰源的强度；           （2）抑制或切断干扰源与接收电路的耦合通道；           （3）使接收电路对噪声干扰不敏感；软件抗干扰：软件冗余、软件陷阱、“看门狗”技术、掉电保护技术特性介绍：（1）采用软件方法抑制叠加在模拟输入信号上的噪声对数据采样结果的影响，如数字滤波技术；    （2）由于干扰使程序运行发生混乱，导致程序乱飞或陷入死循环时，采取使程序纳入正规的措施，如软件冗余、软件陷阱、“看门狗”技术，这些方法可以用软件实现，也可以借助软硬结合的方法实现。19、故障诊断的目的和意义，常用故障诊断方法是什么？目的：根据获取的被测装置的物理量来判断装置是否出现故障、故障出现的时间、故障位置、故障类型和故障程度，以及对出现的故障采取相应的决策。意义： 故障诊断技术对提高装置运行安全可靠性、提高运行效率、降低运行成本具有重要意义。方法：一、传统的故障诊断方法      二、基于信号处理的故障诊断方法          1、小波变换故障诊断方法          2、主元分析故障诊断方法          3、利用δ算子和利用Kullback信息准则的故障检测      三、基于解析模型的故障诊断方法          1、参数估计法          2、状态估计法      四、基于知识的故障诊断方法          1、专家系统法          2、模糊故障法          3、故障树法          4、神经网络法          5、信息融合法          6、基于Agent法          7、基于网络图论法