现代感测参考答案

7、 如何测量血管中的红细胞的流速
方案一：可以采用超声传感器测量血管中血细胞的流速。 基本原理： 超声波的产生和接收原理主要是利用了压电晶体的压电效应和逆压电 效应。用超声波照射血管中的血细胞，此时超声发射装置为声源，血细胞为接收 者，利用多普勒效应，接收者收到的声波频率将发生变化。利用超声波的反射特 性，照射到血细胞的超声波将发生反射，超声接收装置接收反射回波信号，再次 利用多普勒效应可以测得回波频率， 习惯称入射超声波频率和接收到的声波频率 差为频移。由于超声波的速度远远大于血管中血细胞的流速，利用测得频移值， 可以测量血管中血细胞的流速。多普勒超声血流仪就是利用此原理制造而成。 方案二：从 LDH（激光多普勒血流监测仪）主机发出的激光束，通过输出光纤探 头， 广泛散射到被测组织中并部分被吸收，其中一部分激光撞击到运动的血细胞 后反射回来，波长发生改变(多普勒频移效应)，而散射到静止组织的激光反射波 长不变。 波长变化的程度及频率分布与血细胞的数量和运动的速度有关，与运动 的方向无关。这些信息被回收光纤接收，然后转换成电信号，经过滤波、放大后 再由模-数转换器转换成相对流量的数据进行显示。
图 1 光电靶设计原理 方案二：一种用实弹在移动图像上打靶的打靶设备,包括设射练习图像的屏幕;三 个或多个检测落点声音的传感器;根据传感器检测到的信号计算屏幕上落点坐标 的落点坐标测量部分。 方案三：
3、 设计一种三维的加速度传感器的结构并说明测量原理， 要求量 程 5 万 g。
当质量块沿垂直方向加速，即在 z 轴方向运动时(图 1(b))，将在四个梁上产生对 称的应力分布。 P1~P4 单元对应的是张力， 而 P5~P8 单元对应的是压力， 因此 P1~P4 单元产生负电荷，P5~P8 单元产生正电荷，此时 Vx=Vy≈0，因为 Q1~Q4 为大小相等 的同种电荷，于是 Vz≠0。 当系统有横向加速度，譬如沿 x 轴方向(图 1(C))，质量块将绕 y 轴方向旋转，因 为质量块的中心不在两平面上。这样在梁上就会产生不对称的应力分布，P1、P7 单元对应的是张力，P3、P5 单元对应的是压力，P2、P4、P6、P8 单元对应的是剪 切力。在梁宽度远大于梁厚度的条件下，剪切应力产生的形变完全可以忽略，这 样可以基本认为 Q2、Q4、Q6、Q8 为零。P1、P7 单元产生负电荷，P3、P5 单元产 生正电荷，则 Vx≠0，而 Q2=Q4 推出 Vy=0，又同时 Q5=-Q7、Q6=Q8≈0 推出 Vz=0。 考虑到该系统 x 方向和 y 方向对称，故 x 方向上的分析同样适合于 y 方向。
8、 如何进行高层建筑物（如电视塔）的摆动幅度测量
方案一：利用激光测距的原理，将激光垂涎仪置于高层建筑物与地面的接触点 A 处，其发出一束垂直于地面的激光，调整 PSD 传感器，探出高层建筑物顶端 的距离 h，使其恰好接收到激光信号，记录测量到的 h，再根据建筑物的高度 H 可到如下关系式：tanθ=h/H，由角度 θ 的变化可得到摆动幅度。 方案二：在被测建筑物的南北和东西轴线上、距离约为被测建筑物高度 1.5 一 2 倍处(图 1 中 A 和 B)架设两架精密经纬仪.进行“同步观测” ，并在被测建筑物上 设置观测标志 D。(如图 1 和图 2 所示)
面反射光,另一部分光则散射到空间的各个方向。散射光强的分布与表面不均匀 性的尺度有很大的关系。全部的散射光在空间 180°范围内形成中心散射光斑和 两翼散射光带。 根据光学原理， 镜面方向的散射光强和其它方向的散射光强的分 布与物体的表面粗糙度有关。镜面方向散射光集中于小面积上,形成由许多光点 组成的光斑,其它方向散射光则分布于光斑两侧,形成由许多光点组成的光带。对 于表面粗糙度值较小的表面,镜面方向散射光斑的光能较强,其它方向的散 射光带宽度较窄;反之,表面粗糙度值较大的表面 ,镜面方向散射光斑的光能较弱 , 而其它方向的散射光带则较宽。 该测量系统由光源、 光学系统、 光电转换及放大电路系统和微型计算机系统组成。 由半导体激光器发出的激光经过光学系统准直、聚焦后入射到被测工件表面 ,经 表面反射,散射后用线阵 CCD 接收,CCD 将光强分布信号转换成电信号,通过放大电 路将其放大为可用的电信号,作 A/D 转换,通过高速数据采集系统进入计算机,用作 统计运算,最后数码管或打印机显示和打印出表面粗糙度参数值。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2、 设计一种测量打靶靶环的测试系统
方案一：可设计一个光电靶实现实弹打靶的靶环记录。 该光电靶是由 X,Y 两个方 向上的激光网络构成,如图所示。 将普通靶纸置于激光网络之前并与之同轴,当子弹打破靶纸并穿越激光网络时会 阻断相应位置处 X,Y 两个方向上各一路激光(x,y),从而使接收装置(光敏管)开关 状态发生变化,通过对光敏管开关状态进行编码便可将子弹穿过时对应的光敏管 状态进行记录,利用单片机对该信号进行处理便可得到弹着点的坐标和环数。
6、 如何检测电梯钢丝绳有无断丝
方案一：检测缆绳内部断丝可根据钢丝绳断丝后产生的缺陷漏磁场进行检测，可 采用霍尔元件作为磁敏元件来检测漏磁场。 检测的基本原理： 被测钢丝周围的磁头可使被测钢丝绳达到磁饱和，由于钢丝绳 磁导率较高 ,远大于空气及油脂的磁导率 , 当被检钢丝绳通过磁头时,由霍尔元件 阵列组成的检测环可检测钢丝绳周围漏磁场,并以电压形式输出。如果被检钢丝 绳段有断丝现象存在,将在其附近产生附加漏磁场,此时霍尔元件输出电压会有变 化， 而附加漏磁场正比于钢丝断丝量，只需要测出霍尔元件的变化电压即可计算 出是否有断丝以及断丝量。 方案二：铁磁性材料的磁导率比空气的磁导率至少大 100 倍， 磁检测原理正是基 于这样的特性进行的。 当用一定的励磁装置将被检测的铁磁材料磁化到临界饱和 状态，一旦铁磁材料表面和内部出现缺陷时，由于铁磁材料局部磁导率降低(磁 阻增加)，一部分磁场将会从铁磁材料中外泄出来，这一外泄的漏磁场将被传感 器检测出来。 在磁性无损检测中， 磁化是实现检测的第一步，它决定着被测对象能否产生出可 被测量和可被分辨的磁场信号。 励磁源的性质来分， 有交流励磁法和直流励磁法。 直流励磁法应用广泛， 并且一般采用永久磁铁励磁。漏磁场的测量通过磁敏感元 件实现，较常用的是感应法和霍尔效应法。感应法运用感应线圈检测。随着钢丝 绳相对于检测线圈和励磁器的运动，钢丝绳将被励磁器逐段磁化至饱和状态，若 钢丝绳存在损伤，其内部磁通量(与钢丝绳的有效金属断面积成正比)必然减少， 于是就会使感应线圈产生电压输出。对感应线圈输出的信号进行处理，即可评价 钢丝绳的损伤程度。 霍尔效应法运用霍尔元件检测， 其不受检测速度变化的影响， 且可以测量磁场强度的绝对值。 如果在垂直于磁场的导体里通过一定的电流，则 在垂直电流和磁场的方向上存在一个电场，并在两端有电动势输出，此现象称为
在此仅以东西方向为例讲述其观测原理和方法， 南北方向观测原理和方法相 同。假设建筑物受风作用摆动，此时观测标志 D 亦随之摆动。设其分解到 东西方向上的摆动分量为 DD‘.如图 3 所示。此时，如测定出 AD 的距离和 偏角.由于 AD 距离较长(一般在几百米，而偏角值又很小(一般在分、秒级)，
则据公式:
霍尔效应。应用这一原理，只要检测出霍尔元件两端的输出电压，便可获得钢丝 绳的断丝损伤的信号。Hall 元件的输出电压矢量 VH 线性地反映了钢丝绳表面漏 磁的情况。 对于在钢丝绳周向上任意位置可能出现的断丝，单个霍尔元件沿周向 的扫描只能覆盖周向上的一定区域。因此，应选用多个霍尔元件分别布置在钢丝 绳周向上。
9、 如需测试钢球从 3m 落下撞击钢板上的加速度，如何选择传感 器？原则是什么？
传感器选择时应该注意四个方面： 1、 量程： 测得的加速度应处于满量程的三分之二为佳， 如果假设测得为 4000g， 那么应选满量程为 6000g 的加速度传感器为佳； 2、灵敏度：要满足试验对数据精度的要求； 3、频率响应：信号频率应小于传感器的固有频率； 4、安装：在此应该选择刚性安装。
1、 举出一种测量弹丸在飞行过程中转速的测量方法或测试系统。
方案一：根据光敏器件可以感应弹丸旋转时自然光强弱的变化，可以利用光电传 感器来测量飞行中弹丸转速。 测量的基本原理： 利用旋转时的相对光强的变化，以及自然光具有一定方向性的 特性，可知自然光强弱变化一次，表明弹丸旋转一周。再经过一定的电路转换， 将光敏器件感应的光强变化转化为脉冲串，即弹丸旋转一周，输出一个脉冲,因 此，系统的输出是脉冲串。 传感器安装方法： 用一对光敏三极管沿弹丸截面径向向外对称安装，感应相对光 强的变化， 可较好地抵消光强和杂散光的影响，再利用比较器输出两只光敏三极 管感应的光电流变化，最后经低通滤波器滤除杂散光的干扰。 方案二：利用地磁传感器测量弹丸转速 基本原理：地磁传感器是利用地磁场感应线圈感应地磁场方向变化, 其输出是感 应线圈轴向与地磁场方向夹角的余弦, 如图 1 所示。当弹丸旋转一周, 对应着地 磁传感器输出信号的一个周期。对这个数据进行处理就可以得到转速信息。 安装方法：地磁传感器应该安装在弹丸截面的径向或法向, 而不能安装在弹丸的 轴向, 从而保证传感器有最大的信号输出。利用光电传感器测量弹丸转速 地磁传感器的特点为: 转速波形相位关系明确, 转速变化精细, 稳定, 安装方便, 它的成本较高 , 易受弹壳 , 发射器等铁磁物质的磁屏蔽及外界磁场变化的影响 , 应用时需远离外磁场或采用非铁磁弹壳, 主要应用在外弹道转速测量。
10、试证明热电偶五大定律。P125
（1）中间导体定律:
E ABC

+
T
T,T 0 A T0 C
4、 如何测量物体表面的粗糙度
方案一：传统的表面粗糙度测量方法可分为接触式测量与非接触式测量方法，可 采用非接触测量法中的像散法测量物体表面的粗糙度。 基本原理：像散法测量物体表面粗糙度是用一束光经过一柱面透镜 ,透射光束经 过一物镜聚焦为光点,聚焦光点照射在被测表面上。物体表面上被照射着的光点 通过物镜成像于一特定位置。 当光点与物镜距离(光轴方向)前后变化时,则成像位 置也会移动。若从处于中间并垂直于光轴的面上来观察其光束,就可发现光束的 直径也随之变化,也就是可以检测光束直径的变化量来判定成像位置。在物镜后 面插入一块只能在垂直于光轴的平面上、竖直方向聚焦的柱面透镜,则竖直方向 的成像将往前移动,以后光束便发散。由于在垂直于光轴方向的平面上 2 个垂直 方向上(水平方向和竖直方向 )成像位置的不同,光束呈椭圆状。光点远离物镜时, 则为长轴在竖直方向的椭圆;相反,靠近物镜时,则为长轴在水平方向的椭圆。用光 电探测器(四等分光电二极管)作为传感器,光束经光电转换后,再经放大和计算,可 获得与被测表面微小变位量相对应的精确输出信号。 方案二： 当一束光(通常为激光)以一定角度入射到粗糙物体表面时,入射光被散射, 其中一部分散射光遵循几何光学规律,这部分散射光为镜面方向,即通常所说的镜