自动化仪器仪表概论复习资料2014

1.0什么是仪器？是人类认识物质世界的工具，是人们用来对物质（自然界）实体及其属性进行观察、监视、测定、验证、记录、传输、变换、显示、分析处理与控制的各种器具与系统的统称1.1什么是仪器仪表？仪表是用于测量各种自然量（压力、温度、速度、电压、电流等）的一种仪器。

仪器仪表是人类获得自然界信息的工具，是对物质世界的信息进行测量与控制的基础手段和设备，是信息产业的源头和组成部分。

1.2简述仪器仪表的基本结构与组成。

被测对象--传感器--信号调理--数据显示和记录--观察者1.3 仪器仪表是如何分类的？工业自动化仪表与控制系统、科学仪器、电子与电工测量仪器、医疗仪器、各类专用仪器、传感器与仪器仪表元器件及材料（6类）1.4国外仪器仪表行业发展呈现出的技术特点是什么？产品的稳定性、可靠性和适应性要求高；技术指标和功能不断提高；大量采用高新技术、仪器及测控单元微小型化、智能化、可独立使用，也可嵌入式使用和联网使用；仪器测控范围向立体化、全球化扩展，测控功能向系统化、网络化发展；便携式、手持式及个性化仪器大量发展1.5简述我国仪表产业的技术现状与发展方向。

产品的可靠性较差；产品的性能、功能落后；产品技术更新的周期慢；缺乏针对使用对象而开发的专用解决方案。

发展方向：工业自动化仪表与控制系统、科学仪器、电子与电工测量仪器、医疗仪器、传感器与仪器仪表元器件及材料、计量测试仪器、测量控制与仪器仪表基础技术（7个）2.0什么是测量？测量是通过实验方法对客观事物取得定量信息即数量概念的过程，是将未知量与一个假定已知量（标准）进行比较的过程。

2.1测量方法有哪些？直接测量、间接测量、组合测量。

2.2什么是信号？信息是物体和现象属性的反映，通过一定的信号反映出来。

2.3 什么是信息？信息是关于物质运动状态的特征，描述了客观事物变化的时空特征。

2.4什么是计量？计量是规范测量的测量。

2.5测量与计量的之间有什么异同？计量通常是测量的逆操作，其技术原因是测量存在误差。

计量也是一种测量。

2.6什么是测试？一般泛指生产和科学实验中经常进行的满足一定准确度要求的试验性测量过程。

2.7简述量的分类。

基本量和导出量；被测量和影响量；有源量和无源量2.8如何实现量值统一？在单位量值的传递过程中，使用的各级标准计量器具以及由它们检定和校准的计量器具量值，都可溯源到国家计量基准，它们的量值在规定的不确定度或允许误差范围内保持一致。

（统一全国计量单位制度、建立计量标准、制订相应技术法规）2.9什么是真值？与给定的特定量的定义一致的值2.10什么是约定真值？对于给定目的具有适当不确定度的、赋予特定量的直。

2.11什么是单位？为定量表示同种量的大小而约定地定义和采用的特定量2.12什么是单位制？由选定的一组基本单位和根据定义方程式由它们及一定的比例因数构成的导出单位所组成的单位体系2.13国际单位制有几个基本单位？7个（米，千克，秒，安，开，坎德拉，摩尔）2.14 国际单位制有几个辅助单位？2个（平面角，立体角）2.15国际单位制有几个导出单位？19个2.16 简述国际单位制的基本单位的定义。

给定量制中基本量的测量单位2.17 什么是量值的传递？指通过对测量器具的校准或其他传递方式，将国家测量标准所复现的单位量值通过各等级测量标准传递到工作测量器具的活动2.18 什么是量值的溯源性？指通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链，使测量结果或测量标准的值能够与规定的参考标准联系起来的特性2.19 简述量值的传递与溯源体系。

国家计量标准、计量标准、工作计量器具，呈三角形或树枝型结构。

2.20 什么是测量结果？是通过实验获得的关于某量大小的信息2.21 什么是测量误差？是测量结果减去被测量的真值2.22什么是随机误差？测量结果与在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值之差2.23什么是系统误差？在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值之差与测量的真值之差3.0简述仪器仪表有哪些功能模块以及它们之间的相互作用。

3.1传感器的定义是什么？能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。

3.2简述传感器的分类。

按工作原理分：物理型、化学型、生物型；按输入信息：位移、速度、加速度、温度、压力、力、色、磁传感器；按应用范围：工业用、农用、科研用、医用、军用、环保用、家电用（还可按场合、目的分）3.3简述传感器的应用。

现代科学：非电量测量、工业生产及自动化、基础学科研究、军事；典型传感器：物理（压电、光电等，血压、体温），化学（环境监测、人工气候模拟、安全保障、能源节约），生物（食品成分分析、环境监测、医学）3.4简述传感器的发展趋势。

发现并利用新现象、开发新材料、采用微细加工技术、智能传感器、集成化多功能传感器、无线网络化3.5什么是智能传感器？是传统传感器与微处理器赋予智能的结合，兼有信息监测与信息处理功能的传感器。

3.6什么是传感器网络？综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息。

3.7 什么是集成化多功能传感器？是指传感器同一功能的多元件并列以及功能上的一体化3.8简述什么是光电测试技术？指被研究信息通过各种物理效应调制到光载波上，并把信息光波通过光电探测器转换成电信号，再对电信号进行调理，或再经模数转换接口输入计算机进行运算处理，使光波携带的信息转换成可以理解的信号，实现对目标参数的在线、自动测量。

3.9光电测试技术主要包括哪几个方面？几何光学基础、物理光学基础、辐射度和光度学基础、光辐射调制基础、光电探测基础、光电信号检测电路、激光干涉测试技术、激光衍射测试技术、光纤传感测试技术、视觉检测技术、表面微观形貌测量。

纳米测量、其他光电测试技术。

3. 10简述什么是微弱信号检测技术？将微弱被测量通过相应传感器转换为微电流或微电压。

再经放大器放大其幅度以期指示被测量的大小。

3.11什么是模拟信号调理技术？对传感器的输出信号进行再加工。

使其更适合于后续的信号传输及处理3.12信号调理的基本方法有哪些？电平调整、线性化、信号变换3.13简述模拟信号调理技术的发展趋势。

高分辨力模数转换器、SoC技术、在系统编程下载、高速运算、非易失性大容量存储器3.14信号是如何分类的？模拟信号、数字信号3.15微处理器与微控制的区别是什么？微控制器将微处理器与可编程器件整合为一体3.16什么是SoC？一是把传感器及其后续信号调理电路集成在一起，实现智能化传感器；二是集成有模拟信号调理主要功能的集成电路。

3.17什么是DSP？试简述其特点。

数字信号处理。

以数字信号处理为基础，因此具有数字处理的全部优点：接口方便、编程方便、稳定性好、精度高、可重复性好、集成方便。

3.18什么是ARM？试简述其特点。

ARM公司开发的32位嵌入式处理器核。

小体积、低功耗、低成本、高性能；16/32位双指令集；拥有全球众多的合作伙伴3.19什么是FPGA?试简述其特点。

现场可编程逻辑门阵列。

静态可重复编程和动态在系统重构，提高了电子系统设计的灵活性和通用性。

分段式布线结构决定了延迟的不可预测性；集成度较高；编程信息需存放在外部存储器上，使用方法较复杂；可编程任意次3.20简述CAN总线技术。

是现代测控仪器中被广泛应用的一种串行通信总线，通信速率可达1Mbps；通信电路一般由CAN控制器和CAN收发器构成。

采用差分信号传输，具有很强的抗干扰能力。

3.21简述USB总线技术。

USB通用串行接口是目前智能化程度最高、通信传输速度最快的计算及外围通信接口，是一种可由主机提供电源的、智能化的串行通信总线技术、3.22简述GPIB总线技术。

仪器专用总线技术。

可用计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，可以很方便地把多台仪器组合起来，形成自动测量系统。

3.23什么是过程控制技术？是指通过对生产过程中被控对象的相关参量按设定值进行控制，从而使被控对象达到预定指标。

3.24简述过程控制技术包括哪些控制方法？过程变量开关式控制方法、简单常规控制方法、复杂控制方法、直接数字控制方法3.25举例说明什么是过程变量开关式控制方法？维持在一定范围内，如加热炉温度控制。

3.26举例说明什么是简单常规控制方法？稳定在设定值。

PID（比例-积分-微分控制规律）3.27举例说明什么是复杂控制方法？串级控制、前馈控制、多变量控制。

具体可采用组合3.28举例说明什么是直接数字控制方法？由数字计算机直接对生产过程进行控制3.29计算机控制技术包括哪几种类型？程序控制系统、直接数字控制系统、监督计算机控制系统、集散式控制系统、现场总线控制系统3.30什么是程序控制系统？利用计算机编制程序，使被控对象完成相应的顺序控制和指令操作，多属于开环控制系统。

3.31什么是监督计算机控制系统？通常采用两级计算机，即由DDC系统加监督级构成，因此又叫上位机（为系统提供参数设置及修改）和下位机（完成直接数字控制）系统。

3.32什么是分布式控制系统？是以微处理机为核心，采用数据通信技术和CRT显示技术的计算机控制系统3.33什么是现场总线控制系统？是一种数字通信协议，是连接现场智能设备和自动化系统的数字式、全分布、双向传输、多分支结构的通信网络，是通信技术、仪表工业技术和计算机网络技术结合的产物。

3.34简述现场总线控制系统的优点。

实现了全数字化通信；实现了不同厂家产品的互操作性；实现了真正的分散控制；实现了统一的组态操作；具有多方面的效益3.35什么是智能控制技术？是研究复杂的不确定被控对象的问题的技术，是采用人工智能的方法研究如何有效地克服系统的不确定性，使系统从无序到期望的有序状态转移的方法及其规律3.36简述什么是人工智能？研究如何构造智能机器或智能系统，以模拟、延伸、扩展人类的智能，是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种能以人类智能相似的方式做出反应的新的智能机器。

3.37人工智能的典型应用有哪些？请举例说明。

专家系统，数据库的智能检索，自然语言处理，机器翻译，感知问题，视觉、听觉、嗅觉、触觉、语音识别系统，机器人应用，类神经网络，自动程序设计，各种智慧型代理人3.38什么是人工神经网络？它的两个特点是什么？是通过对人脑的基本单元——神经元的建模和联结，来探索模拟人脑神经系统功能的类似生物脑或神经系统的网络模型，并研制具有学习、联想、记忆和模式识别等智能信息处理功能的人工系统，是一门活跃的边缘型交叉学科。

1.神经网络获取的知识是从外界环境中学习得来的2.互连神经元的连接强度，即突触权值，用于存储获取的信息，它既是高度非线性动力学系统，又是自适应组织系统，可用来描述认知、决策及控制的智能行为。