西南科技大学安全检测与监控技术复习试题与试卷说课讲解

一、名词解释

1.安全检测（广义）：安全检测是指借助于仪器、传感器、探测设备迅速而准确地了解生产系统与作业环境中危险因素与有毒因素的类型、危害程度、范围及动态变化的一种手段。

2.传感器：传感器是指对被测对象的某一确定的信息具有感受(或响应)与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的有用输出信号的元器件或装置。

3.应急控制：在对危险源的可控制性进行分析之后，选出一个或几个能将危险源从事故临界状态拉回到相对安全状态，以避免事故发生或将事故的伤害、损失降至最小程度。这种具有安全防范性质的控制技术称为应急控制。

4. 预警(early warning，pre—warning)一词用于工业危险源时，可理解为系统实时检测危险源的“安全状态信息”并自动输入数据处理单元，根据其变化趋势和描述安全状态的数学模型或决策模式得到危险态势的动态数据，不断给出危险源向事故临界状态转化的瞬态过程。由此可见，预警的实现应该有预测模型或决策模式，亦即描述危险源从相对安全的状态向事故临界状态转化的条件及其相互之间关系的表达式，由数据处理单元给出预测结果，必要时还可直接操作应急控制系统。

5. 现代测试系统：以计算机为中心，采用数据采集与传感器相结合的方式，能最大限度地完成测试工作的全过程。它既能实现对信号的检测，又能对所获信号进行分析处理求得有用信息

6. 传统测试系统：由传感器或某些仪表获得信号，再由专门的测试仪器对信号进行分析处理而获得有限的信息。

7. 动态标定：一阶系统的时间常数，二阶系统的固有角频率与阻尼比，这些特性参数取决于系统本身固有属性，可以由理论设定，但最终必须由实验测定，称动态标定。

8. 灵敏度：在稳态情况下，输出信号的变化量与输入信号的变化量之比称为灵敏度

9. 非线性度：非线性度是指在静态测量中输出与输入之间是否保持常值比例关系(线性关系)的一种量度。即定度曲线与其拟合直线间的最大偏差(与输出同量纲)与装置的标称输出范围(全量程)的比值。

10. 重复精度：重复精度是在等精度测量条件下(即在操作者、仪器、环境条件等因素不变的情况下多次重复测量)，装置给出相同示值的能力，又称为示值的分散性，是表征装置随机误差大小的指标。通常用误差限表示。

11. 漂移：漂移是指在一段时间内，输入信号保持不变的情况下，输出量的变化量。常以每小时的变化量来表示。其通常是由于装置内部元件的发热或环境温度的变化而引起的，故又称为温漂。若保持输入为零时进行观察和量度，故又叫做零点漂移或零漂。

12. 相对误差：对测试装置的相对误差常用示值误差与示值范围(即满刻度值)的比值来表示。

13. 传感器静态模型:指在静态信号(输入信号不随时间变化的量)情况下，描述传感器输出与输入量间的一种函数关系.静态模型一般可用多项式来表示。

14. 传感器动态模型:指传感器在准动态信号或动态信号(输入信号随时间而变化的量)作用下，描述其输出和输入信号的一种数学关系。动态模型通常采用微分方程和传递函数等来描述

15. 应变式传感器:利用金属的电阻应变效应将被测量转换为电量输出的一种传感器。当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。

16. 磁电式传感器：磁电式传感器是通过磁电作用将被测量(如振动、位移、转速等)转换成电信号的一种传感器。

17. 生产性粉尘：在生产过程中产生，并且能够较长时间悬浮于空气中的固体微粒称为生产性粉尘。

18. 总悬浮颗粒物：总悬浮颗粒物(total suspended particulates，TSP) 是指一定体积空气中

所含有的、能较长时间悬浮的粉尘颗粒物的总质量，其单位是mg／m3。

二、填空题

1.安全检测的工作对象是劳动者作业场所( )和物理危害因素的检测，安全监控的对象是对生产设备和设施的安全状态和( )进行监督检测。

2. 使生产过程或特定系统按预定的指标运行，避免和控制系统因受意外的干扰或波动而偏离正常运行状态并导致故障或事故，这属于( )的内容。

3. 安全状态信息出现异常，说明危险源正在从相对安全的状态向即将发生事故的临界状态转化，提示人们必须及时采取措施，以避免事故发生或将事故的伤害和( )降至最小程度。

4. 为了获取工业危险源的状态信息，需要将这些信息通过物理的或化学的方法转化为可观测的物理量(模拟的或数字的信号)，这就是通常所说的( )和( )，它是作业环境安全与卫生条件、特种设备安全状态、生产过程危险参数、操作人员不规范动作等各种不安全因素检测的总称。

5. 不安全因素具体包括：粉尘危害因素、( )、物理危害因素、机械伤害因素、( )、气候条件。

6. 如果将传感器或检测器及信号处理、显示单元集于一体，固定安装于现场，对安全状态信息进行实时检测，则称这种装置为安全监测( )。如果只是将传感器或检测器固定安装于现场，而信号处理、显示、报警等单元安装在远离现场的控制室内，则称为安全监测( )。将监测系统与控制系统结合起来，把监测数据转变成控制信号，则称为( )。

7. 根据检测的原理机制不同，大致可分为化学检测和( )两大类。

8. 为了得到准确可行、可比性强的检测结果，最好采用标准的检测方法，没有标准检测方法的检测项目采用( )部门推荐的方法，或能被( )的检测方法。

9. 对于待测的空气污染物，选择分析方法的原则是尽量采用精度高、选择性好、准确可靠、分析时间短、( )、适用范围广的分析方法。

10. 监测与控制功能合二为一称为监控，将安全监测与应急控制结合为一体的仪器仪表或系统，称为安全监控仪器或安全监控系统。监控技术的发展主要表现在( )和( )。

11. 现代测试系统大致可分为三类：( )、( )与闭环控制型。

12. 系统的结构形式可分为( )和( )。前者是不能单独使用，缺乏灵活性。后者是由模块(如台式仪器或插件板)组合而成，所有模块的对外接口都按规定标准设计。组成系统时，若模块是台式仪器，用标准的无源电缆将各模块接插连接起来就构成系统。若模块为插件板，只要将各插件板插入标准机箱即可。组建这类系统非常方便，虽然首次投资大，但有利于组建大、中型测量系统。

13. 闭环控制型是指应用于闭环控制系统中的测试系统，过程的自动控制大体上可归纳为三个环节：实时数据采集、( )、实时控制。

14. 通过讨论频率范围、动态误差与测量系统动态特性的关系达到两个目的：①根据信号频率范围及测量误差的要求确立测量系统。②已知测量系统的动态特性，估算可测量信号的频率范围与对应的动态误差。

15.全国环境空气质量卫生监测检验方法科研协作组和车间空气监测检验方法科研协作组出版了《( )》(第三版)，提出了168个毒物项目203种分析方法，有的已成为国家标准方法，《环境空气质量监测试验方法》提出47种有害物质，95种分析方法，在工作实践中可以作为参考。

16. 全国液态奶三聚氰胺专项监督检查中，专项检查按照( )、( )、( )的“三统一”原则，组织全国150个国家级食品类质检中心和实验室对全国液态奶生产企业进行监督检查，检查结果又经国家重点实验室和国家重点检验机构进行了确认。

17.GPIB(General Perpose Interface Bus) 测试系统是一种通用接口测试系统，该接口在功能上、

电气上和机械接插上都按( )标准设计，内含( )条信号线，每条线都有特定的意义。即使不同厂家的产品也相互兼容具有互换性，组建系统时非常方便，拆散后各仪器子系统又可作单台仪表独立使用。一块GPIB接口卡可带多达( )台仪器

18.VXI总线系统是( )结构，即插即用系统。系统的组建和使用越来越方便，它的高速率传输、模块式结构不仅使得仪器结构紧凑、小巧轻便，更使得集多种功能于一体的现代集成式( )仪器变成现实。

19. 闭环控制系统是以( )为中心的现代测试系统，应用于大规模、现代化生产中的主要形式，是正在发展中的现场总线(Fieldbus，CAN bus)中的智能仪表、设备。

20. 测量系统的动态特性用数学模型来描述。主要有三种形式：时域中的微分方程、复频域中的传递函数、频域中的频率特性。测量系统的动态特性由其( )决定，所以只要已知描述系统动态特性三种形式模型中的任一种，就可以推导出另两种形式的模型

21.常见测量系统都是一阶或二阶的系统。任何高阶系统都可以看作若干个一阶和二阶环节的( )或并联。因此，分析并了解一、二阶环节的特性是分析、了解( )的基础。

22.标定时通常选定两种形式的输入信号：( )与( )。

23. 测定系统动态特性的表述有两种形式：第一种是( )；第二种是( )，即系统对阶跃输入的响应(输出)特性。后者多用于温度、压力等非电量作为输入量的系统，因为获取随时间作阶跃规律变化的非电量信号比作正弦规律变化的非电量信号要容易得多。

24. 当灵敏度为定值时，测试装置就是( )。

25. 无论以何种方法划分误差，最终都可归结到系统误差、随机误差、( )这三大类误差的范畴。

26.被测量的( )是测得值的数学期望值，即当测量次数为无穷大时，测得值的算术平均值会依概率收敛于期望值。但在实际测量中，只能是随着测量次数的增加，使所得算术平均值逐渐接近被测量的( )。同时，有限次测量所得算术平均值还是一个具有随机性质的在真值左右摆动的数值，而绝不能等于它。根据数理统计学也可证明：算术平均值是被测量值的( )。

27. 传感器由( )元件、( )元件和其他( )组成

28. 重复性表示传感器在输入量按同一方向做全量程多次测试时，所得特性曲线不一致性的程度。多次按相同输入条件测试的输出特性曲线越重合，其重复性越好，误差也越小。传感器输出特性的不重复性，主要由传感器( )部分的磨损、间隙、松动、部件的内摩擦、积尘以及辅助电路老化和( )等原因产生

29. 电阻式传感器中的传感元件有应变片、半导体膜片、电位器和电触点副等。由它们分别制成了( )式传感器、( )式传感器、( )式传感器和电触点式传感器等。其中，电触点式传感器目前已极少应用

30. 半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生变化，这种现象称为( )。其是因在外力作用下，原子点阵排列发生变化，导致载流子迁移率及浓度发生变化而形成的，由于半导体(如单晶硅)是各向异性材料，因此它的效应不仅与掺杂浓度、温度和材料类型有关还与晶向(晶面的法线方向)有关。

31. 压阻式传感器的最大缺点是( )，故需温度补偿或在恒温条件下使用。

32. 电位器电阻元件通常有( )电阻、( )电阻、导电塑料等。

33. 电感式传感器是利用线圈( )或( )的变化实现测量的一种装置。

34. 电感式传感器优点：结构简单可靠、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强、对工作环境要求不高、分辨力较高、示值误差一般为示值范围的0.1％～0.5％、稳定性好。它的缺点:频率响应低，不宜用于快速( )测量。

35. 应力使铁磁材料的磁性质变化的现象，称为( )效应。

36. 电容式传感器是将被测量(如尺寸、压力等)的变化转换成电容量变化的一种传感器。它

具有体积小、结构简单、动态响应快、易实现非接触测量等一些突出的优点，缺点是易受干扰和( )的影响。

37. 电容式传感器三种基本类型: ( )，( )和变介电常数型。

38. 磁电感应式传感器只适用于动态测量，可直接测量振动物体的速度或旋转体的角速度。如果在其测量电路中接入积分电路或微分电路，那么还可以用来测量( )或( )。

39. 变磁通式又称为变磁阻式或变气隙式，常用来测量旋转物体的( )。

40. 薄膜霍尔元件厚度只有( )um左右

三、简答题

1.安全检测的目的是什么？

安全检测的目的是为职业健康安全状态进行评价、为安全技术及设施进行监督、为安全技术措施的效果进行评价等提供可靠而准确的信息，达到改善劳动作业条件、改进生产工艺过程、控制系统或设备的事故(故障)发生的目的。

2. 报警和预警的区别是什么？

报警和预警区别甚大，前者指危险源安全状态信息中的某个或几个观测值，分别达到各自的阈值时发出声、光等信号而引人注意的功能。达到阈值之前或之后的变化通常是未知的，即使有的检测报警系统具有记录检测值的功能，或者设定两个以上的阈值，试图判别观测值的趋势，但此观测值都是相互独立的，难以描述危险源状态转化的全过程（3分）。后者在一定程度上是对危险源状态的转化过程实现在线仿真（3分）。二者的本质区别在于有无预测模型或模式（3分）。

3. 基本型测试系统的组成包括哪些？

(1)传感器（1分）完成信号的获得，它将被测参量转换成相应的可用输出信号

(2)信号调理（1分）放大预滤波，抑制干扰噪声信号的高频分量，将频带压缩以降低采样频率，避免产生混淆。

(3)数据采集卡(板) （1分）

(4)计算机（1分）

特别指出的是，随着微电子技术的发展，将传感器与信号调理电路集成为一体化的芯片已经实现，甚至将传感器、信号调理电路、数据采集以及微计算机或微处理器全部系统集成在一块芯片的产品也已面世，因此，传感器与仪器的界线正在消失（1分）。

4. 安全检测的任务是什么？

安全检测的任务是为安全管理决策和安全技术有效实施提供丰富、可靠的安全因素信息。5. 测试装置的主要性能指标有哪些？

以线性关系为基础所确定的测试装置的各项性能指标均属于静态特性范畴，它们主要有灵敏度、非线性度及回程误差等，以及表征测试装置静态特性的其他指标。

6. 用算术平均值作为测量结果有哪些优缺点？

用算术平均值作为测量结果有如下优点：

①计算简便，容易理解。

②容易用代数的办法对测量值进行处理。

③测得值对真值所产生的不同方向的偏离，经过取算术平均值，有一定的互相抵消作用。

④随着测量次数的增加，则趋于稳定，概率论中大数定理可证明此点。

用算术平均值作为测量结果有如下缺点：

①算术平均值，受测得值的特大值或特小值的影响较大。

②有时算术平均值不是表示被测量的实际表示值。如必须用整数表示的量，求平均值后可能得到小数。

③依品次、程度或等级分类的系列，不能用求算术平均值的办法表示测量结果。

④对所研究的对象已明确数列的两端为不定时，无法求到算术平均值

7. 测量误差的来源有哪些？

测量过程中产生的误差：方法误差、装置误差、环境误差、主观误差

处理测量数据时产生的误差：有效数字的化整误差、各种数学常数引起的误差、近似计算带来的误差、物理常数产生的误差。

8. 研究误差的目的是什么？

①分析误差的性质和产生的原因，并采取相应的措施，以便从根源上消除误差，或将误差减小到最低限度。

②正确计算和处理各种测量数据，尽可能提高测量结果的精确度。正确表达测量结果以适应各方面的需求和交流。

③合理地安排测量过程，正确地设计或选用计量器具和测量方法，以求在满足测量精度要求的前提下，提高测量效率，降低测量成本。

9. 传感器的技术特点有哪些？

传感器技术包括传感器的研究、设计、试制、生产、检测与应用

①内容范围广且离散。

②知识密集程度甚高、边缘学科色彩极浓。

③技术复杂、工艺要求高。

④功能优、性能好。

⑤品种繁多、应用广泛。

10. 电阻式传感器工作原理及用途如何？

基本原理是将被测量的变化转换成传感元件电阻值的变化，再经过转换电路变成电信号输出。在几何量和机械量测量领域中应用广泛，常用来测量压力、位移、应变、扭矩、加速度等。

11. 压阻式传感器有哪几种类型？

压阻式传感器有两种类型：一类是利用半导体材料的体电阻制成粘贴式的应变片，作成半导体应变式传感器；另一类是在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成扩散电阻，作为测量传感元件，亦称扩散型压阻式传感器，或固态压阻式传感器。固态压阻式传感器主要用于测量压力和加速度等物理量。

12. 气电式传感器的工作原理是什么?

气电式传感器是利用气动测量的原理，将被测量(如尺寸等)转换成气信号，再进一步转换成电信号的一种传感器。

13. 什么是霍尔效应？

在半导体薄片相对两侧面通以控制电流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度B的磁场。于是，其中的载流子(电子)在洛伦兹力作用下将沿着垂直于磁场和自由电子运动的方向移动，并在薄片端面产生电荷积累，形成静电场。当静电场对载流子的作用力与洛伦兹力相等时，电荷的积累达到动态平衡。这时在薄片两横端面之间建立的电场称为霍尔电场，相应的电势称为霍尔电势，上述这种现象称为霍尔效应。

14. 根据粉尘的性质及来源，粉尘可分为几类？分别是什么？

根据粉尘的性质及来源，粉尘可分为三类：

(1)无机粉尘主要包括：①矿物性粉尘，如石英、石棉和煤等粉尘。②金属性粉尘，如铜、铍、铅和锌等金属及其化合物粉尘。③人工无机粉尘，如水泥、金刚砂和玻璃纤维粉尘。

(2)有机粉尘主要包括：①植物性粉尘，如棉、麻、甘蔗、花粉和烟草等粉尘。②动物性粉尘，如动物皮毛、角质、羽绒等粉尘。③人工有机粉尘，如合成纤维、有机燃料、炸药、表面活性剂和有机农药等粉尘。

(3)混合性粉尘上述各类粉尘中两种或两种以上粉尘的混合物称为混合性粉尘。生产过程中常见的是混合性粉尘。

15. 粉尘的危害有哪些？

(1)尘肺尘肺是长期吸入高浓度粉尘所引起的最常见的职业病。引起尘肺的粉尘种类不同，尘肺的名称也不同：含二氧化硅粉尘—硅肺；炭黑粉尘—炭黑肺；滑石粉粉尘—滑石肺；铸造型砂粉尘—铸工尘肺；电焊焊药粉尘—电焊工尘肺；煤粉—煤肺等。

(2)中毒粉尘中含有铅、镉、砷、锰等毒性元素，在呼吸道溶解被吸收进入血液循环引起中毒。

(3)上呼吸道慢性炎症毛尘、棉尘、麻尘等轻质粉尘，在被吸人呼吸道时，易附着于鼻腔、气管、支气管的黏膜上，长期局部刺激作用和继发感染引起慢性炎症。

(4)眼疾病金属粉尘、烟草粉尘等，可引起角膜损伤。

(5)皮肤疾患细小粉尘堵塞汗腺、皮脂腺而引起皮肤干燥，继发感染，发生粉刺、毛囊炎、脓皮病等，沥青粉尘可引起光感皮炎。

(6)致癌作用放射性粉尘的射线易引发肺癌，石棉尘可引起胸膜间皮瘤，铬酸盐、雄黄矿尘等也引发肺癌。

16.粉尘物性检测包括哪些？

1）粉尘密度检测：粉尘的堆积密度、真密度等

2）粉尘比电阻检测

3）粉尘的可燃性及爆炸性检测

四、论述题

1.试论述压电式传感器的工作原理。请列举几种主要的压电式传感器，说明其特点与用途。压电式传感器的工作原理是以某些物质的压电效应为基础，将力的作用转换为电的参数。它是一种发电式传感器。压电效应是可逆的。当沿着一定方向对某些电介质加力而使其变形时，在一定表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电状态，这种现象称为正压电效应；当在电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械应力，当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失，这种现象称为逆压电效应。可见，压电式传感器是一种典型的“双向传感器”。（3分）压电式力和压力传感器：利用压电元件做成力-电转换元件的关键，是选取合适的压电材料、变形方式、串联或并联的晶片数、晶片的几何形状和合理的传力机构。压电元件的变形方式，以利用纵向压电效应的厚度变形为最方便。压电材料的选择，取决于所测力的大小、测量精度和工作环境等。结构上大多数采用机械串联而电气并联的一对或数对晶片。（3分）压电式传感器：其低频响应好，如配备合适的电荷放大器，低频段可低至0.3Hz。所以常用来测量动态参数，如振动、加速度等。压电式加速度传感器还具有体积小、质量轻等优点。声表面波传感器(SAWS)：SAWS的转换元件是SAW 振荡器基片，由石英晶体、压电陶瓷或压电路膜构成。当它受到多种物理、化学或机械微扰时振荡频率就发生变化，通过适当的设计使它仅对某一被测量敏感。由于SAW的振幅是随深度呈指数衰减的弹性波，敏感区就在表面薄层附近，优点：①高精度、高灵敏度。它能把被测量转变为电信号频率的测量，而频率的测量精度高、抗干扰能力强。②对将被测量转换成频率变化的数字信息进行传输、处理，极易产生与微机直接配合，组成自适应实时处理系统。③SAW器件应用平面制作工艺，极易集成化、一体化，结构牢固、质量稳定、重复性和可靠性好。平面结构设计灵活，片状外形易于组合。④体积小、质量轻、功耗小。（3分）

2.试论述恒定磁通磁电感应式传感器动圈式和动铁式两种结构类型。

恒定磁通磁电感应式传感器由永久磁铁(磁钢)、线圈、弹簧、金属骨架和壳体等组成。它们的运动部件可以是线圈也可以是磁铁，分为动圈式(a)和动铁式(b)两种结构类型：动圈式和动铁式的工作原理是完全相同的，当壳体随被测振动体一起振动时，由于弹簧较软，运动部