山大现代检测技术课程试卷（三套）含答案

1、 2008-2009 学年 第 二 学期题号一二三四五六七八九十总分总分人得分 得 分阅 卷 人一 、 填空（共50分，每小题2分）检测技术，有时也称为测试技术，它包含 测量 和 实验 两个内容。 测量 就是把被测对象中的某种信息检测出来并加以度量； 实验 就是通过专门的装置把被测系统所存在的某种信息激发出来并加以测量。 1960 年红宝石激光器的问世，开创了 激光 技术的先河。光和物质的相互作用有三种不同的基本过程： 自发辐射、受激吸收、受激辐射 。产生激光的必要条件是 粒子的反转分布 。激光具有高 方向性 、高 亮度 、高 单色性 和高 相干性 的特点。根据激光器的工作物质可以把激光器分为

2、以下几类： 固体激光器、气体激光器、半导体 激光器、液体激光器、化学激光器等 （要求至少写出四种以上）。半导体的能带分为 导带、禁带、价带 。 当光源和光接收器之间存在相对运动时，发射光波和接收光波之间会产生频率偏移，其大小与光源和光接收器之间相对速度有关，这种现象就是光学多普勒效应。PSD的英文全称为 Position Sensitive Detector，中文全称为 位置敏感探测器 ，是一种具有特殊结构的大光敏面的光电二极管，又称为P-N结光电传感器。根据光纤能传输的模式数目，可将其分为 单模 光纤和 多模 光纤。模式是指 传输线横截面和纵截面的电磁场结构图形，即电磁波的分布情况 。根据光

3、纤纤芯径向折射率分布不同，光纤可分为 阶跃折射率 光纤和 渐变折射率 光纤。根据光纤纤芯径向折射率分布不同，光纤可分为阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤。数值孔径是表示光纤集光能力大小的一个参数，该参数决定了光源与光纤之间的耦合效率。根据光纤的传感原理，光纤传感器分为功能型（或称传感型）和非功能型（或称传光型、结构型）两类。在流体中放置一个有对称形状的非流线体时，在某些条件下在非流线体的下游两侧就会交替出现漩涡，两侧漩涡的旋转方向相反，并轮流的从非流线体上分离出来，在下游侧形成所谓涡街。光纤微弯传感器分为亮场微弯传感器和暗场微弯传感器。利用法拉第旋光效应，由电流所形成的磁场会引起光纤中线偏振光的偏

4、转，检测偏转角的大小，可以得到相应的电流数值。一般人耳能听到的声音的频率范围在20Hz20kHz之间，超声波检测中常用的工作频率在0.2520MHz范围内。超声波的类型主要有：纵波、横波、表面波、板波、棒中的波等（要求至少写出四种以上）。在超声检测中超声波换能器最常用的是压电换能器和磁致伸缩换能器。常用的超声探伤方法有透射法、反射法，对于连续波还有共振法等，最广泛使用的是脉冲反射法。超声波测液位中，声速校正方法主要有校正具校正声速法和固定标记校正声速法两种。微波具有非金属、非电量、非接触、非破坏的四非特点。红外测温主要有亮度测温、全辐射测温、比色测温三种方法。红外无损检测的特点主要有非接触检测

5、；使用安全，快速省时；准确可靠，空间分辨能力强；操作简单，容易判读。粒子本质上是氦原子核，粒子本质上是电子，射线和射线本质上是电磁波。 得 分阅 卷 人二 、 数值孔径 是表示光纤集光能力大小的一个参数，决定了光源与光纤之间的耦合效率。根据光纤的传感原理，光纤传感器分为 功能 型和 非功能 型两类。在流体中放置一个有 对称 形状的非流线体时，在某些条件下在非流线体的下游两侧就会交替出现漩涡，两侧漩涡的旋转方向 反 ，并轮流的从非流线体上分离出来，在下游侧形成所谓 涡街 。光纤微弯传感器分为 亮 场微弯传感器和 暗 场微弯传感器。利用 法拉第旋光 效应，由电流所形成的磁场会引起光纤中 线偏振光

6、光的偏转，检测偏转角的大小，可以得到相应的电流数值。一般人耳能听到的声音的频率范围在 20Hz20kHz 之间，超声波检测中常用的工作频率在 0.2520MHz范围内。超声波的类型主要有： 纵波、横波、表面波、板波、棒波 等（要求至少写出四种以上）。在超声检测中超声波换能器最常用的是 压电 换能器和 磁致伸缩 换能器。常用的超声探伤方法有 透射 法、 反射 法，对于连续波还有 共振 法等，最广泛使用的是 脉冲反射 法。超声波测液位中，声速校正方法主要有 校正具 校正声速法和固定标记校正声速法两种。微波具有 非金属、非电量、非接触、非破坏 的四非特点。红外测温主要有 亮度测温、全辐射测温、比色测

7、温 三种方法。红外无损检测的特点主要有 非接触、安全快速、分辨率高、操作简单 。粒子本质上是 氦原子核 ，粒子本质上是 电子 ，射线和射线本质上是 电磁波 。 得 分阅 卷 人四 、 山东大学 现代检测技术A 课程试卷 控 制 学院 专业 级 学号 姓名 密封线第 1 页 共 3 页 2008-2009 学年 第 二 学期 得 分阅 卷 人二 、简答题（30分，每小题6分）1、 简述微波测湿的原理。答：水分子是强极性分子，在外电场作用下将产生强的取向极化，与此同时还将产生位移极化。极化的结果是将外电场的能量转换成水分子的势能，这一势能意味着将从外电场获得的能量储存起来，可以用复介电常数的实部表

8、示。由于分子运动有惰性，转向极化运动相对于外电场的变化有一时间上的滞后，这种滞后即前面所说的弛豫。弛豫的宏观效果是使水分子产生损耗，这一损耗可用夏介电常数的虑部表示。 由于水分于是极性很强的偶极子，在外电场作用下，水的极化程度远大于其他物质。在微波频段，不向波长对应水的介电常数不同。水的介电常数比其他电介质的介电常数要大得多。因此，通过测量含水物质在微波场中的介电常数，便能间接测得该物质中含水量的多少。由于水的吸收损耗远较其他电介质大，所以，当微波功率通过物料时，其衰减量的大小将主要取决于物料中水分含量的多少，这就是衰减法微波测湿的原理。简述红外气体分析的原理。答：根据红外理论，许多化合物分子

9、在红外波段都具有一定的吸收带，吸收带的强弱及所在的波长范围由分子本身的结构决定。只苟当物质分子本身固有的特定的振动和转动频率与红外光谱中某一波段的频率相致时，分子才能吸收这一波段的红外辐射能量，将吸收到的红外辐射能转变为分子振动动能和转动动能伎分子从较低的能级跃迁到较高的能级。实际上，每一种化合物的分子并不是对红外光谱内所有波长的辐射或任意一种波长的辐射都具有吸收能力，而是有选择性地吸收某一个或某一组特定波段内的辐射。这个所谓的波段就是分子的特征吸收带。气体分子的特征吸收带主要分布在l25叩波长范围内的红外区。特征吸收带对某一种分子是确定的、标准的，如同“物质指纹”。通过对特征吸收带及其吸收光

10、谱的分析，可以鉴定识别分子的类型这是红外光诺分析的基本依据。根据上述原理制成的红外光谱分析仪器“红外分光光度计”是对混合物进行定性分析、鉴定其中含有哪一种物质组分的理想仪器，而且还可以进行定量分析，确定各种组分在混合物中的白分含量。 在工业、医学方面，有时需要测定混合气体中某种已知织分的百分含量，例如电力工业中，为了提高锅炉的燃烧效率，常常需要测定烟气中co、c02或ob的含量，作为控制燃烧过程的一个重要依据。在这种情况下，只需选择真正代表混合气体中待测组分的一个持征吸收带，测量这个吸收带所在的一个窄波段的红外辐射的吸收情况，就可以得到待测组分的含量。简述激光多普勒测速原理。答：利用激光多普勒

11、效应测量流体速度的基本原理可以简述如下；当激光照射到跟随流体一起运动的微粒上时，激光被运动着的微粒所散射。和入射光的频率相比较，散射光的频率有正比于流体速度的频率偏移，测量这个频率偏移就可以测得流体速度。简述光纤传感器的特点。答：主要有以下几个方面：电绝缘性好抗电磁干扰能力强防爆性能好，耐腐蚀高灵敏度体积小，重量轻简述逆压电效应。答：逆压电效应：将具有逆压电效应的介质置于电场内，由于电场作用介质内部正负电荷中心发生位置受化，这种位置变化在宏观上表现为产生了形变，形变与电场强度成正比。如电场反向，则形变也相反：这一现象称为逆压电效应。利用边压电效顺能产生超产波。将适当的交变电信号施加到晶体上，晶

12、体将发生文替的压缩和拉伸，因而产生振动、振动频率与交变电压的频率相同，者把晶体梢合到弹性介质中。晶体将充当一个超声源的作用，超声波将被辐射到那种介质中。山东大学 现代检测技术A 课程试卷 控 制 学院 专业 级 学号 姓名 密封线第 2 页 共 3 页 2008-2009 学年 第 二 学期 得 分阅 卷 人三 、证明题（20分，每小题10分）1、 阶跃光纤如图所示，试证明下式成立：，其中：为当达到临界角时的入射角，此时光线在、的界面发生全反射，分别为各部分的折射率。答：设纤芯与包层之间的临界角，根据光在两介质界万产生全反射的条件，得（*） 光从折射率为的空气中入射到光纤中，根据折射定律，有，

13、 令，则 （5分）将式(*)代入上式，得 （5分）N.A称为数值孔径，它是光纤的一个重要参数，用来计量光纤接收光的特性。2、如图所示，光源和接收器固定，A点运动方向及其余参数如图所示，试证明： 多普勒频移可表示为： 答： 根据光学多普勒效应，微粒A所接收到的光波频率是同样可求得接收器所接收到的散射光的频率为因此，可得到固定接收器接收到的光频率与固定光源发射出的光频率之间的多普勒频率为 （5分）考虑到c，上式可简化为由于，所以， （5分）山东大学 现代检测技术A 课程试卷 控 制 学院 专业 级 学号 姓名 密封线第 3 页 共 3 页第 1 页 共 5 页 2010-2011 学年 第二 学期

14、题号一二三四五六七八九十总分总分人得分得分阅卷人一 、 填空（共25分，每小题1分）1、人类认识世界，探索自然规律，需要用 和 来增强人的视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉，可以说 和 的发展代表着科技进步的前沿，是科技发展的支柱。2、 是现代信息链（信息获取-处理-传输-应用）中的源头技术。新技术革命的关键技术是信息技术，信息技术由 、计算机技术和通讯技术三部分组成， 则是关键和基础。3、测量是以确定 为目的的一组操作，包括 或 的操作。误差分为 、 和 三种。4、分辨率的定义： 。5、变送器的定义： 。6、光和物质的相互作用有三种不同的基本过程： 、 和 三种。7、激光的“四高”特点： 。8、根

15、据光纤的传感原理，光纤传感器分为 和 两类。9、常用的超声探伤方法有 、 和 三种。10、粒子实际上是 ，粒子实际上是 ，辐射和辐射本质上是 。得分阅卷人11、仪器仪表的功能是利用 、 和 的方法来获取被测对象的 、 、 和 的信息，通过转换和处理，使这些信息成为易于人们阅读和识别的量化形式。12、新一代的传感器和仪器仪表正在向 化、 化、 化 和 化方向发展。13、测量一般可分为 测量和 测量两大类。14、灵敏度的定义： 。传感器的定义： 。15、按仪表的防爆设计不同可分为 和 两种方法。16、产生激光的必要条件是 。17、根据光纤能传输的模式数目，可分为 和 。18、超声波检测中常用的换能

16、器有 和 。19、微波的特点： 、 、 和 。20、红外无损检测的特点： 、 、 和 。21、 ，称为光学多普勒效应。22、光纤的模式是指 。23、 称为超声效应。24、通常将波长在 范围内的电磁波，称为微波。25、红外辐射的波长范围大致在 范围以内。 学院 专业 级 学号 姓名 山东大学 现代检测技术A 课程试卷密封线第 2 页 共 5 页 2010-2011 学年 第二 学期得分阅卷人二、简答题（25分，每小题5分）1、简述激光器的分类及特点。2、简述超声波的散射衰减。3、简述微波测湿的基本原理。4、简述红外测温的基本原理。5、简述核辐射密度测量原理。 学院 专业 级 学号 姓名 山东大学

17、 现代检测技术A 课程试卷密封线第 3 页 共 5 页 2010-2011 学年 第二 学期得分阅卷人三、证明题（20分，每小题10分）1、绘图并证明：当光源和光接收器沿同一直线并且相同方向运动时的多普勒频移为，式中为光源发射的光波频率，分别为光源和光接收器的运动速度。2、阶跃光纤如图所示，试证明下式成立：，其中：为当达到临界角时的入射角，此时光线在、的界面发生全反射，分别为各部分的折射率。 学院 专业 级 学号 姓名 山东大学 现代检测技术A 课程试卷密封线第 4 页 共 5 页 2010-2011 学年 第二 学期得分阅卷人四、设计题（10分）请设计相同频率、相同幅值，但相位不同的两列正弦

18、波的相位差的测量方案，要求：简述测量基本原理；绘出测量方案简图；简述测量过程。 得分阅卷人五、论述题（10分）请列举出不少于5种教材未涉及到的现代检测技术，并简述其用途。 学院 专业 级 学号 姓名 山东大学 现代检测技术A 课程试卷密封线第 5 页 共 5 页 2010-2011 学年 第二 学期得分阅卷人六、扩展题（5分）请阅读以下材料，并翻译成中文。Advantages of Fiber Optic SensorsPassive, can be monitored remotely and constantly in real-time;Can be easily multiplexed

19、 both by time-division multiplexing and wavelength-division multiplexing. Thus it is ideally suited for a sensor network deployment over a large area or volume.Immune to electromagnetic interference.Small, non-intrusive, and can be integrated into the structure itself without compromising the struct

20、ural integrity.If deployed in large scale, it is an economical alternative to more costly sensors.Unsurpassed accuracy.Minimum drift.Application Areas of Fiber Optic SensorsStructural Health MonitoringSafety Monitoring Environmental MonitoringTraffic MonitoringProduction Control and Monitoring得分阅卷人七

21、、发挥题（5分） 请根据自己的兴趣和所学知识，提出一种亟待解决的检测问题，并简述自己的设想的解决方案。 学院 专业 级 学号 姓名 山东大学 现代检测技术A 课程试卷密封线第 4 页 共 5 页 2010-2011 学年 第二 学期得分阅卷人四、设计题（10分）请设计相同频率、相同幅值，但相位不同的两列正弦波的相位差的测量方案，要求：简述测量基本原理；绘出测量方案简图；简述测量过程。答：本题答案分为如下几种：示波器直接测量法李萨如法测量相位差单片机测量电路法等几种方法，单纯利用第一种方法过于简单，适当给分，按第二种和第三种方法回答可以根据情况适当扣分。下面给出参考答案：相位差测量的基本原理是基

22、于频率信号的测量。它可将不同相位的信号整形为方波信号送入单片机，这样就可将相位差的测量转变为求方波的脉宽，图4.1所示是其相位差测量电路。该电路将两路信号输入到电路接入端，再分别经限幅、滤波和整形处理，然后将得到的两路方波信号各自输入到单片机的两个捕获端口。 之后，在单片机中经过计算，即可得到脉宽以及周期，最终得到两个周期稳定的模拟输入信号之间的相位差。图4.2所示是其相位差波形图。 在图4.2中的两路相位不同的方波信号中，T1为信号1的上升沿到来时的时刻，T2为信号2上升沿到来时的时刻，如果可同时得到方波信号的周期T，则它们之间的相位差的理论计算公式为 这样，只需要得到这两路信号的上升沿时刻

23、及其周期，便可计算出它们的相位差。得分阅卷人五、论述题（10分）请列举出不少于5种教材未涉及到的现代检测技术，并简述其用途。答：本题主要考察学生对现代检测技术的最新进展的了解情况，可以是上课时补充的材料中的检测技术，也可以是通过其他途径了解到的检测技术的最新进展，因此，评分标准不唯一，只要符合题意即可，以下列出部分参考答案，每一条计2分，技术和用途各占1分。生物传感器：电子鼻等，可用于气味的检测和分析。核磁共振技术：医学诊断。加速度传感器：电梯的控制雷达检测技术：飞行器的检测微粒检测技术：空气质量检测等图4.1相位差测量电路图4.2相位差波形图 学院 专业 级 学号 姓名 山东大学 现代检测技

24、术A 课程试卷密封线第 5 页 共 5 页 2010-2011 学年 第二 学期得分阅卷人六、扩展题（5分）请阅读以下材料，并翻译成中文。Advantages of Fiber Optic SensorsPassive, can be monitored remotely and constantly in real-time;Can be easily multiplexed both by time-division multiplexing and wavelength-division multiplexing. Thus it is ideally suited for a sens

25、or network deployment over a large area or volume.Immune to electromagnetic interference.Small, non-intrusive, and can be integrated into the structure itself without compromising the structural integrity.If deployed in large scale, it is an economical alternative to more costly sensors.Unsurpassed

26、accuracy.Minimum drift.Application Areas of Fiber Optic SensorsStructural Health MonitoringSafety Monitoring Environmental MonitoringTraffic MonitoringProduction Control and Monitoring答：本题按条目给分，两个条目1分。光纤传感器的优点：1、被动测量，可以实现远程实时稳定测量；2、能够容易的实现时分多址和波分多址的集成，因此非常适用于大区域或者大规模的传感器网络应用；3、抗电磁干扰能力强；4、具有小型、非侵入特点，

27、能够实现无补偿集成；5、如果大规模的应用，是大量的昂贵的独立传感器应用的另一种经济的选择方案；6、具有不可超越的精度；7、非常小的漂移。光纤传感器的应用领域：1、建筑结构检测；2、安全检测；3、环境监测；4、交通检测；5、生产控制和检测。得分阅卷人七、发挥题（5分） 请根据自己的兴趣和所学知识，提出一种亟待解决的检测问题，并简述自己的设想的解决方案。答：本题为发挥题，主要考核学生平时日常生活中或者其他途径了解到的与检测有关的亟待解决的检测问题，可以根据情况进行评分。下面给出几种参考答案：食品安全检测：农药残留检测、食物毒性检测、添加剂的检测等等；装修空气质量检测：甲醛检测、辐射检测等 学院 专业 级 学号 姓名 山东大学 现代检测技术A 课程试卷密封线山东大学2010-2011学年第二学期现代检测技术(B卷)一、填空题（本大题共30分，每小题3分）(1) 仪器仪表的功能是利用 、 和 的