《传感器技术》作业（4）
一、填空题。
1.传感器所能测量的最大被测量（即输入量的数值）称为测量上限，最小的被测量称为测量下限，用这两个数值表示的测量区间，称为测量范围。
2.静态误差是指传感器在全量程内任一点的输出值与理论输出值的偏离程度。
3.绝对误差是指测量结果与被测参量真值之间所存在的差值的绝对值。
4.相对误差是指测量的绝对误差与被测量真值的比值，通常以百分数表示。
5.引用误差是指测量的绝对误差与仪表的满量程之比，这一指标通常用来表征仪器本身的精度，而不是测量的精度。
6.传感器的动态数学模型是指传感器在受到随时间变化的输入量作用时，输出-输入之间的关系，通常为相应特性。
7. 静态标定是指在静态标准条件下，对传感器的静态特性、静态灵敏度、非线性、滞后、重复性、等指标的确定。
8. 传感器的标定是指在明确传感器的输出与输入关系的前提下，利用某种标准器具对传感器进行标度。对新研制或生产的传感器进行全面的技术检定，称为标定；将传感器在使用中或储存后进行的性能复测，称为校准。
9.标定的基本方法是利用标准仪器产生已知的非电量（如校准、压力、位移等），作为输入量，输入到待标定的传感器中，然后将传感器的输出量与输入的标准量作比较，获得一系列校准数据或曲线。
10. 传感器的动态标定主要是研究传感器的动态响应，而与动态响应有关的参数，对一价传感器只有一个时间常数τ；对二价传感器则有固有频率 ωn和阻尼比ξ两个参数。
11.传感器常用的非线性校正（或称非线性补偿）方法有一下两种：开环式非线性补偿法和非线性反馈补偿法。
12.使传感器的技术指标及其性能不受温度影响，而采取的一系列具体的技术措施，称为温度补偿技术。
13.温度误差灵敏度是指传感器输出变化量与引起该输出量变化的温度变化量之比。
14.常用的平均技术有误差平均效应和数据平均处理。
15.超声波的特征是频率高（可达109hz），因而波长短、绕射现象小，方向性好，能够成为射线而定向传播。超声波在液体、固体中衰减很小，因而穿透本领大，尤其是在对光不透明的固体中，超声波可穿透几十米的长度，碰到杂质或分界面就会有显著的反射。
16.振动在弹性介质内的传播过程就称为机械波。声波作为机械波的一种，能够在气体、液体、固体中传播，声波亦可分为次声波、声波、超声波及特超声波。
超声波波长λ、频率f与速度c的关系为λ=c/f。
17.超声波的波型依据超生场中质点的振动与声能量传播方向之间的关系来分有纵波、横波、表面波（亦称瑞利波）和兰姆波。纵波是指质点的振动方向和波的传播方向相同的波；横波是指质点的振动方向垂直于传播方向的波；表面波是指质点的振动与波的方向介于纵波和横波之间，而沿着物体表面传输；兰姆波是指两表面质点的振动是纵波和横波成分之和，运动轨迹为椭圆，沿着板的两表面及中部传输。
18.声波在介质中向前传播的速度称为声速。对于不同波型的超声波，其传播速度不同，声速决定于介质的性质。
同时有几个声波在同一种介质中传播时，在相遇处各质点的位移将符合波的叠加原理。由不同波源发出的频率相同、振动方向相同、相位相同或相位差恒定的两个波在空间相遇时，某些点振动始终加强，某些点振动始终减弱或消失，这种现象称为干涉现象。
19.两个振幅相同的相干波在同一直线上沿相反方向彼此相向传播时叠加而成的波称为驻波。驻波的特点是：
每相距λ/2的这些点上，介质保持静止状态，这些点便称为节点，节点之间对应介质位移的点便称为波腹。驻波速度振幅的节点和腹点的位置与驻波本身的节点和腹点的位置相同。
20.当超声波在一种介质中传播到界面或遇到另一种介质，其方向不垂直于界面时，将产生声波的反射、折射及波型转换现象。反射声强ir与入射声强ii之比称反射系数。
当声波垂直入射时，在从液体或固体到空气或相反的情况下，反射接近100%。透过声压pt与入射声压pi之比为透过率tp，透过声强it与入射声强ii之比为透过系数t。
21.当声波以某一角度入射到第二介质（固体）的界面上时，除有纵波的反射、折射以外，还发生横波的反射与折射，在一定情况下还能产生表面波。在用横波探测时，不希望有纵波存在，以免发生波形判断的困难。
由于纵波折射角（或波速）大于横波折射角（波速），故可选择适当的入射角，使纵波全反射。
22.声波的衰减的原因有声波扩散、散射、介质吸收。声波的衰减以衰减系数α来表示。
在平面波的情况下，声压和声强的衰减公式为p=poe-ax、i=ioe-2ax。在一般的探测频率上，材料的衰减系数在一到几百之间。
23.在自动化探伤中，当声源和工件之间有相对运动时，由缺陷反射回来的超声波的频率将与声源发射超声波的频率有所不同，这种现象即为多普勒效应，由此效应引起的频率变化称为多普勒频移。
24设在s有一声源，发出一频率fs为的超声波，在介质中的传播速度为c，波长为λ。那么当接收点o与发射点s和介质都处于静止状态时，接收点所收到的频率将与发射频率完全相同；如果接收点以速度v与声波传播方向同向运动，此时声波相对于运动着的接收点的速度为，接收点所收到的频率为。若接收点不动，而声源以速度运动，接收点感觉到频率将为。
发射声源和接收点同时对介质作相对运动时，接收点所收到的频率将为，其中多普勒频移为。
25超声波换能器是实现电能和声能相互转换的一种器件。在超声波检测技术中，超声波换能器的功能是把超声波发射出去再接收回来变换成电信号。用于检测的超声波换能器有压电型、磁致伸缩型、电磁型、有振板型、弹性表面波型等。
在检测技术中，主要采用的是压电型换能器，发射超声波利用压电材料的逆压电效应，而接收信号则用其正压电效应。
26.超声波探伤法是利用超声波在物体中传播的一些物理特性来发现物体内部的不连续性，即缺陷或伤的一种方法，作为无损检验一种重要手段，超声波探伤法一般有共振法、穿透法、脉冲反射法、直接接触法、液浸法等。
27.共振法是根据声波在工件中呈共振状态来测量工件厚度或判断有无缺陷的方法。这种方法主要用于表面较光滑的工件厚度的检测，也可用于探测复合材料的粘合质量和钢板内的夹层缺陷等检测。
声波在工件内传播时，如入射波与反射波同相位，则引起共振。当δ=λ2时，共振法测厚的公式为。
28.穿透法是将两个探头分别置于工件相对的两面，一个发射超声波，使超声波从工件的一个界面透射到另一个界面，在该界面处用另一个探头来接收。根据超声波穿透工件后的能量变化情况，来判断工件内部质量。
工件内无缺陷时，接收的超声波能量较强；一旦有缺陷，声波受缺陷阻挡，则将在缺陷后形成声影，这样就可根据接收到的超声波能量的大小来判定缺陷的大小。声影的缩小则是由于声波在缺陷边缘绕射造成的。缺陷距离接收探头愈远，所形成的声影愈小，缺陷就不易被发现。
为不使远离接收探头的缺陷漏检，常将发射探头和接收探头互换位置后重测一次。
29.脉冲反射法的工作原理是当脉冲超声波入射至被测工作后，传播到有声阻抗差异的界面上时，产生反射声波，波在工件的反射状况就会显示在荧光屏上，根据反射的时间及形状来判断工件内部缺陷及材料性质的方法。根据入射声波型不同可分为纵波探伤法、横波探伤法、表面波探伤法、兰姆波探伤法几种。
30.为使探头有效地向工件发射超声波和有效地接收超声波，必须使探头和工件探测面之间有良好的声耦合。良好的声耦合可以通过填充耦合介质来实现，以避免空气的存在，因为空气层的存在将使声能几乎完全被反射。
探头和工件的耦合方式可分直接接触法和液浸法。
31.超声波测厚仪从原理上分主要有共振法和脉冲反射式。共振法测厚的精度可达0.
1%-1%，测厚范围1-100mm，最薄可测0.1mm，对于一定的被测材料来说，厚度测量范围不但与振荡器工作频率有关，还与采用基波共振或谐波共振的指示方式等因素有关。通常检测金属厚度的频率范围为0.
7-3mhz，对于声波衰减较大的材料，由于共振不明显，测量精度也低。
32.超声测量液位时，根据传声介质的不同，可分为液介式、气介式、固定式三种；根据换能器的工作方式又可分为自发自收单换能器方式和发、收双换能器方式。
二、名词解释。
1） 测量范围：由被测量或供给量的两个值限定的范围。在该范围内规定了测量仪器仪表的不确定度限。一个仪器仪表可以有几个测量范围量程。
2）量程：检测上限和检测下限的代数差为量程。
3）线性度：实际曲线与其两个端点连线（称理论直线）之间的偏差称为传感器的非线性误差。取其中最大值与输出满度值之比作为评价线性度（或非线性误差）的指标。
4）迟滞：传感器在正（输入量增大）或（输入量减小）形成中输出输入曲线不重合成为迟滞。
5） 重复性：重复性是用本方法在正常和正确操作情况下，由同一操作人员，在同一。
实验室内，使用同一仪器，并在短期内，对相同试样所作多个单次测试结果，在95％概率水平两个独立测试结果的最大差值。
6） 灵敏度：灵敏度指示器的相对于被测量变化的位移率，灵敏度是衡量物理仪器的一个标。
7） 志，特别是电学仪器注重仪器灵敏度的提高。通过灵敏度的研究可加深对仪表的构造和原理的理解。
8） 灵敏度误差：天平灵敏度示值与约定真值之差。
8）分辨力：分辨力是指传感器在规定测量范围内所能检测出被测输入量的最小变化值。
9） 阈值：阈值是指能使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零点附近的。
分辨能力。10) 漂移：漂移是指在一定时间间隔内，传感器的输出存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。
11) 稳定性：稳定性又称长期稳定性，即传感器在相当长时间内保持其原性能的能力。
三、简答题。
1、 什么叫超声波？超声波的波型有几种？是根据什么来分类的？
答：超声波是机械波的一种，即是机械振动在弹性介质中的一种传播过程。
由于声源在介质中施力方向与波在介质中的传播方向不同，声波的波型也不同。通常所指的超声波波型主要是依据超声场中质点的振动与声能量传播方向之间的关系来分，一般有：纵波、横波、表面波、兰姆波。
2．什么是传感器的静特性、动特性？
答：传感器的静特性是指传感器在输入量的各个值处于稳定状态时的输出与输入关系。
动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。
3。不失真检测的条件是什么？
答：传感器无失真检测条件是：幅频特性应当是常数（即水平直线）（如同a）；相频特性应该是线性关系（如图b）
4。传递函数、频率响应函数、脉冲响应函数是如何定义的？
答：传递函数：零初始条件下线性系统响应(即输出)量的拉普拉斯变换(或z变换)与激励(即输入)量的拉普拉斯变换之比。
频率响应函数：(1)简谐激励时，稳态输出相量与输入相量之比。
2)瞬态激励时，输出的傅里叶变换与输入的傅里叶变换之比。
(3)平稳随机激励时，输出和输入的互谱与输入的自谱之比。
脉冲响应函数：在信号与系统学科中，冲激响应(或叫脉冲响应)一般是指系统在输入为单位冲激函数时的输出(响应)。对于连续时间系统来说，冲激响应一般用函数h(t)来表示。
传感器技术作业
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