《传感器与测试技术》课程作业评讲4
1．超声波在界面上发生波型转换后会产生哪些波型？这些波型要遵循什么规律？
涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是超声波的反射、折射及波型转换。
答：当声波传播至两介质的分界面，一部分能重返回原介质，称为反射波；另一部分能量透过介质面，到另一介质内继续传播，称为折射波。
波型要遵循规律：
反射定律；
折射定律；反射率；
反射系数；透过率；
透过系数。2．常用的超声波探伤方法有哪些？各有什么特点？
涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是超声波探伤法。
答：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，是无损检验一种重要手段。常用的超声波探伤法有共振法、穿透法、脉冲反射法等。
共振法是根据声波（频率可调的连续波）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的厚度检测，也可用于探测复合材料的粘合质量和钢板内的夹层缺陷检测。振法的特点是。
1〕可精确的测厚，特别适宜测量薄板及薄壁管；
2〕工件表面光洁度要求高，否则不能进行测量。
穿透法又称透射法，穿透法是将二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。
穿透法具有以下特点：
1）探测灵敏度较低，不易发现小缺陷；
2）根据能量的变化即可判断有无缺陷，但不能定位；
3）适宜探测超声波衰减大的材料；
4）可避免盲区，适宜探测薄板；
5）指示简单，便于自动探伤；
6）对两探头的相对距离和位置要求较高。
脉冲反射法是将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（如缺陷与工件的界面）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。
脉冲反射法的特点是：
1）探测灵敏度高；
2）能准确地确定缺陷的位置和深度；
3）可用不同波型探测，应用范围广。
3．探头和工件的耦合方式有哪些？简述其工作原理及特点。
涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是探头和工件的耦合方式可分直接接触法和液浸法。
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。探头和工件的耦合方式可分直接接触法和液浸法二种。
1）直接接触法。
直接接触法就是在探头和工件之间填一层很薄的耦合济。由于声耦合的好坏直接影响到探伤灵敏度及探伤的准确性，应此必须使探头和工件侧面之间具有良好的声学接触。
2）液浸法。
将探头和工件浸于液体中以液体作耦合剂进行探伤的方法，称为液浸法。耦合剂可以是油，也可以是水。液浸法适用于表面粗糙的试件，探头也不易磨损，耦合稳定，探测结果重复性好，便于实现自动化探伤。
液浸法分为全浸没式和局部浸没式。
液浸法与接触法的特点。
①接触法比液浸法简单、灵活，但接触法的波形不稳定（因受手工操作时压力的影响），而液浸法波形稳定；
②液浸法不必将探头与工件直接接触，便于实现自动化探伤；
③液浸法适宜探测表面粗糙的工件，不磨损探头晶片；
④液浸法的声束方向可连续改变，易探测倾斜的缺陷；
⑤液浸法可控制波束，可以用聚焦探头提高灵敏度；
⑥液浸法要求用清洁的液体，否则会降低探测灵敏度。
4．影响测试系统正常工作的干扰有哪些？如何防护？
涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是测试过程中的抗干扰技术。
答：影响测试系统正常工作的干扰有及防护：
1） 机械干扰，应采取减振措施，一般可设置减振弹簧或减振橡胶；
2） 光干扰，可封闭半导体元件在不透光的壳体内，对于光敏感件更应注意对光的屏蔽；
3） 温度干扰，高精度测试，安排在恒室温内进行；
4） 湿度干扰，采用环境去湿或在测试装置时采取防潮措施。
5） 电磁干扰，应尽量提高信嘈比。
5．速度测量方法有哪几种？分别介绍其工作原理。
涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是速度测量。
答：详见p259
1）通过对位移信号进行电气微分来测量速度。
2）通过所测的△x和△t来测量平均速度。
3）闪光测速法。
4）采用磁电式传感器测速。
5）利用多普勒效应的原理。
6．机器人视觉是如何实现的？
涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是机器人视觉传感器。
答：机器视觉技术用计算机来分析一个图像，并根据分析得出结论。现今机器视觉有两种应用。
机器视觉系统可以探测部件，在此光学器件允许处理器更精确的观察目标并对哪些部件可以通过哪些需要废弃做出有效的决定；机器视觉也可以用来创造一个部件，即运用复杂光学器件和软件相结合直接指导制造过程。
尽管机器视觉应用各异，但都包括以下几个过程；
图像采集
光学系统采集图像，图像转换成模拟格式并传入计算机存储器。
图像处理
处理器运用不同的算法来提高对结论有重要影响的图像要素。
特性提取
处理器识别并量化图像的关键特性，例如印刷电路板上洞的位置或者连接器上引脚的个数。然后这些数据传送到控制程序。
判决和控制
处理器的控制程序根据收到的数据做出结论。例如：这些数据包括印刷电路板上的洞是否在要求规格以内或者一个自动机器如何必须移动去拾取某一部件。
7．试介绍汽车上需使用传感器的场合及其所采用的传感器。
涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是传感器与测试技术在汽车中的应用。
答：汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。汽车传感器对温度、压力、位置、转速、加速度和振动等各种信息进行实时、准确的测量和控制。
衡量现代高级轿车控制系统水平的关键就在于其传感器的数量和水平。当前，一辆国内普通家用轿车上大约安装了近百个传感器，而豪华轿车上的传感器数量多达200只。
近年来从半导体集成电路技术发展而来的微电子机械系统（mems）技术日渐成熟，利用这一技术可以制作各种能敏感和检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的微型传感器，这些传感器的体积和能耗小，可实现许多全新的功能，便于大批量和高精度生产，单件成本低，易构成大规模和多功能阵列，非常适合在汽车上应用。
微型传感器的大规模应用将不仅限于发动机燃烧控制和安全气囊，在未来5～7年内，包括发动机运行管理、废气与空气质量控制、abs、车辆动力的控制、自适应导航、车辆行驶安全系统在内的应用，将为mems技术提供广阔的市场。
汽车上的主要传感器：
1）发动机控制传感器。
发动机管理系统（简称ems）其采用各种传感器，是整个汽车传感器的核心，种类很多，包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等。这些传感器将发动机吸入空气量、冷却水温度、发动机转速与加减速等状况转换成电信号送入控制器，控制器将这些信息与储存信息比较、精确计算后输出控制信号。ems不仅可以精确控制燃油供给量，以取代传统的化油器，而且可以控制点火提前角和怠速空气流量等，极大地提高了发动机的性能。
通过喷油和点火的精确控制，可以降低污染物排放50%；如果采用氧传感器和三元催化转化器，在λ=1的一个狭小范围内可以降低排放达90%以上。在怠速调节范围内，由于采用了怠速调节器，怠速转速降低约l00r/min到150r/min，使油耗下降3%～4%。如果采用爆震控制，在满负荷范围内可提高发动机功率3%～5%，并可适应不同品质的燃油。
2）胎压监测传感器。
胎压监测系统是在每一个轮框内安装微型压力传感器来测量轮胎的气压，并通过无线发射器将信息传到驾驶前方的监视器上。轮胎压力太低时，系统会自动发出警报，提醒驾驶员及时处理。这样不但可以确保汽车在行驶中的安全，还能保护胎面，延长轮胎使用寿命并达到省油的目的。
上海世申信息技术有限责任公司推出的“灵泰”轮胎智能监测系统的特色在于每个轮胎上均装有车压传感器及无线发射系统，它们能够精确地测量轮胎的气压和温度并将这些信息通过无线信号传输到安装在车内的接收器上。该系统让您领略轮胎智能监测的卓越品质。本系统的微机电胎压压力传感器采用压电原理，并在传感器的控制上采用加密技术，从而也可提高汽车的安全附加值。
根据美国汽车工程师学会统计，美国每年约有26万起交通事故是由于轮胎气压偏低或漏气造成的；而每年75%的轮胎故障是由于轮胎漏气或充气不足所引起的。由于上述的原因，美国立法规定新车必须安装轮胎压力监测系统。
3）一氧化碳传感器。
车内空气污染对有车族的健康构成了新的威胁，这种威胁主要来自一氧化碳。随着有车族数量的快速增加，车内的空气质量开始受到关注。为此，深圳戴维莱传感技术****开发出prr-2一氧化碳传感器，专门用于保证车内空气质量安全。
该传感器具有灵敏度高、抗干扰性强、功耗低（5mw）等特点，同时应用简单、使用寿命长，可以及时地监测车内空气质量。pr-2一氧化碳传感器分为车内空调内外循环的自动切换系统和轿车用、客车用一氧化碳报警器。
4 nox净化的传感器。
目前全球对于氮氧化物（nox）、粒子状物质（pm）等柴油车尾气的限制越来越严格。在日本国内，继2023年的新短期尾气排放限制标准之后，预定于2023年推出新长期尾气排放限制标准。要想应对这种限制，只改进柴油引擎的燃烧方式显然不够，因此后处理技术越来越受重视。
选择还原催化剂（scr)法是nox净化技术之一，可以选择性地将尾气中的nox吸附于催化剂，通过向催化剂喷射尿素，以还原反应将nox分解成氮和水并排放。三井金属矿业开发的就是尿素scr中需要的传感器，可检测scr所需的尿素水的剂量是否合适。这种传感器对于还原剂使用尿素水的氮氧化物（nox）净化装置必不可少。
5）车辆防盗倾斜传感器。
富士通公司在2023年于日本横滨举行的“人与车科技展2003”上展出了车辆防盗用倾斜传感器。该传感器采用2轴加速度传感器，可及时发现盗窃时车辆被托起而导致的车辆倾斜，并发出警报。此加速度传感器由该公司自主开发，为静电容量式。
英国保险协会2023年4月决定向安装防盗倾斜传感器的车辆提供优惠保险。类似的**活动今后也将在车辆被盗案剧增的日本展开，估计倾斜传感器的市场需求将日趋旺盛。
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