现代材料测试技术复习资料
第一章X射线衍射分析
一、填空题
1、X射线从本质上说，和无线电波、可见光、γ射线一样，也是一种。
2、尽管衍射花样可以千变万化，但是它们的基本要素只有三个：即、、。
3、在X射线衍射仪法中，对X射线光源要有一个基本的要求，简单地说，对光源的基本要求是、、。
4、利用吸收限两边相差十分悬殊的特点，可制作滤波片。
5、测量X射线衍射线峰位的方法有六种，它们分别是、、
、、、。
6、X射线衍射定性分析中主要的检索索引的方法有三种，它们分别是、
、。
7、特征X射线产生的根本原因是。
8、X射线衍射定性分析中主要的检索索引的方法有三种，它们分别是、
和字顺索引。
9、X射线衍射仪探测器的扫描方式可分、、三种。
10、实验证明，X射线管阳极靶发射出的X射线谱可分为两类：和
11、当X射线穿过物质时，由于受到散射，光电效应等的影响，强度会减弱，这种现象称为。
12、用于X射线衍射仪的探测器主要有、、、，其中和应
用较为普遍。
13、X射线在近代科学和工艺上的应用主要有、、三个方面
14、X射线管阳极靶发射出的X射线谱分为两类、。
15、当X射线照射到物体上时，一部分光子由于和原子碰撞而改变了前进的方向，造成散射线；另一部分光子可能被原子吸收，产生；再有部分光子的能量可能在与原子碰撞过程中传递给了原子，成为。
二、名词解释
X-射线的吸收、连续x射线谱、特征x射线谱、相干散射、非相干散射、荧光辐射、光电效应、俄歇电子、质量吸收系数、吸收限、X-射线的衰减
三、问答与计算
1、某晶体粉末样品的XRD数据如下，请按Hanawalt法和Fink法分别列出其所有可能的检索组。
2、产生特征X射线的根本原因是什么？
3、简述特征X-射线谱的特点。
4、推导布拉格公式，画出示意图。
5、回答X射线连续光谱产生的机理。
6、简述以阴极射线的方式获得X射线所必须具备的条件。
7、简述连续X射线谱的特征
8. x射线衍射仪对x光源的要求、光源单色化的方法
9. 测角仪的调整要求？
10. 测角仪的工作原理以及各狭缝作用？
11. 哈纳瓦特与芬克索引的规则？
12. 定性物相分析的注意事项？
电子显微分析部分（第2、3、4章）
一、填空题
1、电子显微分析是利用聚焦电子束与试样物质相互作用产生的各种物理信号，分析试样物质的、和。
2、电子显微镜可分为：、等几类。
3、电镜中，用透镜作电子枪，发射电子束；用透镜做会聚透镜，起成像和放大作用。
4、磁透镜和玻璃透镜一样，具有很多缺陷，因此会造成像差，像差包括：、
、________________和畸变。
5、当一束聚焦电子束沿一定方向射入试样时，在原子库仑电场作用下，入射电子方向改变，称为散射。原子对电子的散射可分为散射和散射。在散射过程中，电子只改变方向，而能量基本无损失。在散射过程中，电子不但改变方向，能量也有不同程度的减少，转变为、和等。
6、电子与固体物质相互作用过程中产生的各种电子信号，包括、、__________________和等。
7、块状材料是通过减薄的方法（需要先进行机械或化学方法的预减薄）制备成对电子束透明的薄膜样品。减薄的方法有、、和
等。
8、扫描电镜是用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像，成像信号可以是、
或。
9、透射电子显微镜中高分辨率像有和。
10、电子显微分析是利用聚焦电子束与试样物质相互作用产生的各种物理信号，分析试样物质的、和。
二、名词解释
球差、色差、场深、焦深、弛豫、相互作用体积、质厚衬度、衍射衬度、相位衬度、轴上像散、场深、焦深、弹性散射、非弹性散射、驰豫、背散射电子、透射电子、吸收电子、二次电子、背散射电子等。
三、简答题
1、为什么现代的透射电镜除电子光源外都用磁透镜做会聚镜？
2、为何电子显微镜镜筒必须具有高真空？
3、电子衍射谱的特征？
4、 扫描电镜在探测二次电子时，为何要在栅网上加250V 电压？而在探测背散射电子时要
加-50V 电压？
5、 扫描电镜的衬度有哪些？各种衬度的典型衬度像是什么？
6、 在电镜上为什么能用能谱仪进行试样的成分分析？
7、 电子束做照明源制成电子显微镜具有更高的分辨本领？为什么？ 8、 分析电子波长与加速电压间的定量关系。
9、 分析电子在静电场中的运动规律及静电透镜的聚焦成像原理。 10、TEM 薄膜试样制备方法有哪些？ 11、质厚衬度原理及物镜光阑的作用？
四、问答题
1、 试述球差、色差产生的原因。
2、 简述二次电子的特点。
3、 在材料科学中透射电镜的样品有哪几类？在制备每类样品时要注意什么？
4、 高速入射的电子与试样物质相互作用后能产生哪些物理信号？这些信号可用于什么分
析测试手段上？
5、 扫描电镜可用哪些物理信号调制成像？比较这些电子显微像的特点。
6、 TEM 工作原理？
7、 SEM 工作原理？
8、 背散射电子的主要特点、成像的特征及其信号分离观察的原理。 9、二次电子的主要特点、成像的特征？ 10、简述散射衬度像形成原因。 11、简述衍射衬度像形成原因。 12、简述相位衬度像形成原因。
五、 计算题
1、 在200kv 加速电压下拍得金的多晶衍射环，从里向外测得环的直径2R1=17.46mm ，
2R2=20.06 mm ， 2R3=28.64 mm ， 2R4=33.48 mm 。已知各金环对应的晶面间距分别为： d1=2.355?，d2=2.039，?d3=1.442?，d4=1.230?。试求透射电镜的相机常数K ？
2、 2、在200kv 加速电压下拍得金的多晶衍射环，从里向外测得环的直径2R1=17.46mm ，
2R2=20.06 mm ， 2R3=28.64 mm ， 2R4=33.48 mm 。已知各金环对应的晶面间距分别为：d1=2.355?，d2=2.039，?d3=1.442?，d4=1.230?。试求透射电镜的相机长度l ？ （)
109785.01(25.126
V V -?+=
λ）
在200kv 加速电压下拍得金的多晶衍射环，从里向外测得环的直径2R1=17.46mm ，2R2=20.06 mm ， 2R3=28.64 mm ， 2R4=33.48 mm 。已知透射电镜的相机常数K=20.562,试求各衍射环的晶面间距d ？（)
109785.01(25.126
V V -?+=
λ）
光学显微分析部分（第5、6章）
一名词解释
光率体；一轴晶与二轴晶；光轴面；光性方位；解理；多色性与吸收性；突起；贝克线；四次消光；干涉色；补色法则；双折射率；延性；双晶；光程差；干涉图；分辨率；色散；折射；全反射；
二．填空
1 光率体的种类有, , ; 其形态分别为, , 。
2．偏光显微镜的调节与校正的内容主要有, , ，。3．干涉色级序的测定方法有, 。
4．晶体在单偏光镜下可以观察和测定的主要内容有, , ，, , 等。
5．影响光程差的因素有, , 。
6．锥光镜下研究矿物晶体时，可观察和测定的内容有, , ，等。
7．一轴晶光率体的主要切面有, , 三种。
8．二轴晶光率体的主要切面有, , ，,
五种。
9．根据薄片中晶体颗粒边棱的规则程度，可将晶体分为, , 三类。
10．具有解理的矿物，根据其解理发育的完善程度，可分为, , 三级。
11．根据薄片中晶体与树胶相对折射率的大小，将晶体的突起分为, , ，, , 六个等级。
12．在正交偏光镜下，矿物晶体的消光类型有, , 三种。13．干涉色级序的测定方法有, , 三种。
三．问答与计算
1. 标准薄片中，同一晶体的不同颗粒为何干涉色不同？晶体在什么切面上干涉色最高？为什么？
2．对于一轴晶和二轴晶晶体，利用哪类干涉图可测定其光性正负？如何测定？试举例说明。3．矿物薄片中晶体的颜色和干涉色在成因上有何不同？影响干涉色的因素有哪些？
4．矿物薄片中晶体的边缘、糙面、突起和贝克线是怎样形成的？在偏光显微镜下观测矿物晶体时，它们有何用途？
5．通常都是用什么方法测定矿物的干涉色级序？简述其测定方法。
6．透辉石（CaO·MgO·SiO2）其光率体形态如图所示，试根据该图说明以下几个问题：
(1)透辉石属什么晶族光率体？
(2)该晶体的最大双折射率是多少？
(3)确定透辉石的光性方位和光性正负。
(4)绘出（100）、（010）、（001）面上的光率体切面，
并标明其折射率。
7．橄榄石晶体（010）面上测得主折射率为1.689和1.670，在（100）面上测得主折射率为1.654和1.670，求橄榄石：
(1)最大双折射率；
（2）光性正负；
（3）光性方位；（用简式表示）
（4）光轴面与哪个晶面平行？
8．当入射光波为偏光，其振动方向与垂直入射光波的光率体椭圆切面半径之一平行时，光波进入晶体后的情况如何？如果入射光波的振动方向与垂直入射光波的光率体椭圆切面半径斜交时，光波进入晶体后的情况如何？
9．设橄榄石晶体薄片厚度为0.03mm，Ng=1.689, Nm=1.670, Np=1.654，其垂直Bxa和垂直Bxo切面上能见到什么样的干涉色？平行AP面的切面上又具有什么样的干涉色？
10．已知白云母的三个主折射率分别为Ng=1.601, Nm=1.596, Np=1.563，若要制造干涉色为一级灰白（R=147nm）的试板，在垂直Bxa切面上应取多大厚度？
11．欲要制造一级紫红（R=560nm）的石英试板，问平行于石英光轴切面上的切片厚度应为多少？（石英的Ne=1.553, No=1.544）
12．在紫苏辉石（010）面上测得主折射率为1.702和1.705 ，在（001）面上测得主折射率为1.702和1.692，求紫苏辉石
1)三个主折射率值；
2)最大双折射率；
3)光性正负：
4)光轴面与哪个晶面平行？
13．.已知橄榄石的Ng=1.689, Nm=1.670, Np=1.654, 试说明：
1)光性正负；
2)Bxa及Bxo的光率体轴名称；
3)⊥Bxa及⊥Bxo的切面上双折射率各是多少？
4)最大双折射率各是多少？
14．矿物的多色性在什么方向的切面上最明显？要确定一轴晶、二轴晶矿物的多色性公式，需选择什么方向的切片？
15．已知黑云母的三个主折射率分别为Ng=1.677, Nm=1.676, Np=1.623, 其相应的多色性为：Ng=深褐色，Nm=深褐色，Np=浅黄色，问：
1)黑云母哪一个切面上吸收性最大？哪一个切面上多色性最强？
3) 黑云母的哪一个切面上的颜色无变化？为什么？
16．普通角闪石⊥Bxa的薄片在单偏光镜下为蓝绿和棕绿色，平行光轴面的薄片在单偏光镜下为亮黄和蓝绿色，已知普通角闪石为负光性，试确定它的多色性。
17．已知普通辉石为正光性。一薄片在正交偏光镜间观察到‖AP切面的干涉色为二级黄（R=880nm），⊥Bxa切面的干涉色为一级亮灰（R=210nm），设Ng-Nm=0.019，求该薄片的厚度。
18．已知斜方晶系柱状硬石膏的主折射率分别为Ng=1.614，Nm=1.576，Np=1.571，取⊥Bxo 的切面制作石膏补色器（一级紫红，R=560nm），问切片厚度应为多少？
19．晶体切片置于锥光镜下，在视域中观察到两光轴出露点为图示1和2的位置。回答：（1）确定图中3、4、5、6各入射光出露点的光波振动方向；
（2）绘出干涉图（该晶体双折射率较小）；
（3）判断切片方向；
（4）假设如图加入试板后，干涉图上
锐角区干涉色升高，判断其光性正负。
20．某晶体切片置于锥光镜下，在视域中观察到两光轴出露点为图示1和2的位置。回答：（1）确定图中3、4、5、6各入射光出露点的光波振动方向；
（2）绘出干涉图（该晶体双折射率较小）；
（3）判断切片方向；
（4）如图加入石膏试板后，
干涉图上锐角区干涉色
由灰白变为兰色，判断
其光性正负。
21．某一轴晶矿物，在锥光镜下观察到其光轴出露点位于图示1的位置：（1）确定图中2，3，4，5各入射光
出露点的光波振动方向及轴名；
（3）绘出干涉图；
（4）若干涉图上明亮的区域干涉色
为一级灰白，如图加入石膏试板
后，其干涉色由灰白变为兰色，
确定其光性正负。
22．已知石英晶体为一轴晶正光性矿物，现有一石英垂直光轴的切片（标准厚度d=0.03mm）置于锥光镜下观察：
（1）画出所观察到的干涉图象；
（2）假如从2、4象限插入石膏试板，试说明四个象限内的干涉色变化。
23．某二轴晶矿物⊥Bxa切片置于锥光镜下观察：
（1）画出其45°位的干涉图象（干涉图上的干涉色为一级灰白）；
（2）假设从2、4象限插入石膏试板后，干涉图上锐角区干涉色由灰白变为黄色，试确定其光性正负。
第七章热分析技术
一、填空题
1、、、和是热分析的四大支柱。
2、热分析法是所有在高温过程中测量物质性能技术的总称。
3、热重分析法包括：和两种类型。
4、热膨胀仪按照位移检测方法可分为：、、三种类型。
二、名词解释
1、差热分析
2、综合热分析
3、差示扫描量热分析
三、问答与计算
1、现代测试技术中，用哪种方法可以比较简单地确定白云石[CaMg(CO3)2]中混含有少量铁
的碳酸盐(FeCO3)杂质，并确定其含量。
2、某物质的DSC—TG曲线如图所示,试在图上标出每次热效应的反应起始点温度与反应终止点温度,并分析该物质可能的热过程。
3、什么是差示扫描量热分析？
4、简述热重分析的主要应用。
5、在差热曲线上如何确定反应起始点温度
6、影响热重曲线的主要因素有哪些？
7、简述影响差热曲线的因素。
8、某物质的DTA曲线上出现吸热峰，简要说明其可能发生的热效应。
9、简述综合热分析方法的优越性。
第八章红外光谱分析
一、填空题
1、光谱工作者把红外光分为三个区域：、、。
2、分子的总能量包括：。
3、实际分子以非常复杂的形式振动。但归纳起来，基本上属于两大类振动，即，。
4、弯曲振动细分为、、。
5、红外光谱法制备固体样品常用的方法有、、、等多种技术。
二、名词解释
伸缩振动、弯曲振动、简并等
三、问答题
1．分子的总能量包括那几部分？能级间隔各有何特征？各与什么样的电磁波相对应？2．多原子分子中振动的基本类型？分子中可能有的振动数目是多少？
3.为什么会发生振动的简并？对红外光谱有何影响？
4.产生红外吸收的条件是什么？为什么？
5.红外光谱图具有那些方面的特征？
6. 影响谱带位置（位移）的因素有那些？说明其影响规律和原因。
7. 影响谱带强度的因素有那些？说明其影响规律和原因。
8. 红外分光光度计的操作性能及影响因素有那些？
9. 影响红外光谱图质量的试样因素有那些？如何影响？
10. 固体样品的制备—卤化物压片法
现测课后习题答案 第1章 1. 直接的间接的 2. 测量对象测量方法测量设备 3. 直接测量间接测量组合测量直读测量法比较测量法时域测量频域测量数据域测量 4. 维持单位的统一，保证量值准确地传递基准量具标准量具工作用量具 5. 接触电阻引线电阻 6. 在对测量对象的性质、特点、测量条件（环境）认真分析、全面了解的前提下，根据对测量结果的准确度要求选择恰当的测量方法（方式）和测量设备，进而拟定出测量过程及测量步骤。 7. 米(m) 秒(s) 千克(kg) 安培(A) 8. 准备测量数据处理 9. 标准电池标准电阻标准电感标准电容 第2章 填空题 1. 系统随机粗大系统 2. 有界性单峰性对称性抵偿性 3. 置信区间置信概率 4. 最大引用0.6% 5. 0.5×10-1[100.1Ω，100.3Ω] 6. ± 7.9670×10-4±0.04% 7. 测量列的算术平均值 8. 测量装置的误差不影响测量结果，但测量装置必须有一定的稳定性和灵敏度 9. ±6Ω 10. [79.78V，79.88V]
计算题 2. 解: (1)该电阻的平均值计算如下： 1 28.504n i i x x n == =∑ 该电阻的标准差计算如下： ?0.033σ == (2)用拉依达准则有，测量值28.40属于粗大误差，剔除，重新计算有以下结果： 28.511?0.018x σ '='= 用格罗布斯准则，置信概率取0.99时有，n=15，a=0.01，查表得 0(,) 2.70g n a = 所以， 0?(,) 2.700.0330.09g n a σ =?= 可以看出测量值28.40为粗大误差，剔除，重新计算值如上所示。 (3) 剔除粗大误差后，生于测量值中不再含粗大误差，被测平均值的标准差为： ?0.0048σσ ''== (4) 当置信概率为0.99时，K=2.58，则 ()0.012m K V σ'?=±=± 由于测量有效位数影响，测量结果表示为 28.510.01x x m U U V =±?=± 4. 解： (1) (2) 最大绝对误差?Um=0.4，则最大相对误差=0.4%<0.5% 被校表的准确度等级为0.5 (3) Ux=75.4，测量值的绝对误差:?Ux=0.5%× 100=0.5mV
Harbin Institute of Technology 课程大作业说明书 课程名称：机械工程测试技术基础 设计题目：信号的分析与系统特性 院系： 班级： 设计者： 学号： 指导教师： 设计时间：2013/07/05 哈尔滨工业大学
目录
1 题目： 写出下列信号中的一种信号的数学表达通式，求取其信号的幅频谱图（单边谱和双边谱）和相频谱图，若将此信号输入给特性为传递函数为 )(s H 的系统，试讨论信号参数的取值，使得输出信号的失真小。 （选其中一个信号） 1-1信号参数 2 幅频谱和相频谱 将其分解为三角函数表示形式的傅里叶级数， 式中00 2= =2w T π π 。 所以0001111 (t)=(sin(w t)+sin(2w t)+sin(3w t)+223 w π-…)
转换为复指数展傅里叶级数： 当n=0时，01 = =22 A c ，0=0? ； =1,2,3,n ±±±当… 时， 111 222n n c A n π=== ， 3 频率成分分布 由信号的傅里叶级数形式及可以看出，锯齿波是由一系列正弦波叠加而成，正弦波的频率由0w 到20w ，30w ……，其幅值由A π 到2A π，3A π，……依次减小，各频率成分的相位都为0。 3.1 H(s)伯德图 3.1.1 一阶系统1 ()1 H s s τ= +伯德图 ` M a g n i t u d e (d B ) 10 10 10 10 10 10 P h a s e (d e g ) Bode Diagram Frequency (rad/s) 10 1010101010 P h a s e (d e g ) Bode Diagram Frequency (rad/s)
. ... .. 现代材料测试技术复习 第一部分 填空题： 1、X射线从本质上说，和无线电波、可见光、γ射线一样，也是一种电磁波。 2、尽管衍射花样可以千变万化，但是它们的基本要素只有三个：即衍射线的峰位、线形、强度。 3、在X射线衍射仪法中，对X射线光源要有一个基本的要求，简单地说，对光源的基本要稳定、强度大、光谱纯洁。 4、利用吸收限两边质量吸收系数相差十分悬殊的特点，可制作滤波片。 5、测量X射线衍射线峰位的方法有七种，它们分别是7/8高度法、峰巅法、切线法、弦中点法、中线峰法、重心法、抛物线法。 6、X射线衍射定性分析中主要的检索索引的方法有三种，它们分别是哈那瓦尔特索引、芬克索引、字顺索引。 7、特征X射线产生的根本原因是原子层电子的跃迁。 8、X射线衍射仪探测器的扫描方式可分连续扫描、步进扫描、跳跃步进扫描三种。 9、实验证明，X射线管阳极靶发射出的X射线谱可分为两类：连续X射线光谱和特征X射线光谱。 10、当X射线穿过物质时，由于受到散射，光电效应等的影响，强度会减弱，这种现象称为X射线的衰减。 11、用于X射线衍射仪的探测器主要有盖革-弥勒计数管、闪烁计数管、正比计数管、固体计数管，其中闪烁计数管和正比计数管应用较为普遍。 12、光源单色化的方法：试推导布拉格方程，解释方程中各符号的意义并说明布拉格方程的应用 名词解释 1、X-射线的衰减：当X射线穿过物质时，由于受到散射，光电效应等的影响，强度会减弱，这种现象称为X-射线的吸收。 2、短波限：电子一次碰撞中全部能量转化为光量子，此光量子的波长 3、吸收限：物质对电磁辐射的吸收随辐射频率的增大而增加至某一限度即骤然增大，称吸收限。吸收限：引起原子层电子跃迁的最低能量。 4、吸收限电子--hv 最长波长与原子序数有关 5、短波限 hv--电子最短波长与管电压有关 6、Ｘ射线：波长很短的电磁波 7、特征Ｘ射线：是具有特定波长的X射线，也称单色X射线。 8、连续Ｘ射线：是具有连续变化波长的X射线，也称多色X射线。 9、荧光Ｘ射线：当入射的X射线光量子的能量足够大时，可以将原子层电子击出，被打掉了层的受激原子将发生外层电子向层跃迁的过程，同时辐射出波长严格一定的特征X射线 10、二次特征辐射：利用X射线激发作用而产生的新的特征谱线 11、Ka辐射：电子由L层向K层跃迁辐射出的K系特征谱线 12、相干辐射：X射线通过物质时在入射电场的作用下，物质原子中的电子将被迫围绕其平衡位置振动，同时向四周辐射出与入射X射线波长相同的散射X射线，称之为经典散射。由于散射波与入射波的频率或波长相同，位相差恒定，在同一方向上各散射波符合相干条件，称为相干散射 13、非相干辐射：散射位相与入射波位相之间不存在固定关系，故这种散射是不相干的 14、俄歇电子：原子中一个K层电子被激发出以后，L层的一个电子跃迁入K层填补空白，剩下的能量不是以辐射 15、原子散射因子：为评价原子散射本领引入系数f (f≤E)，称系数f为原子散射因子。他是考虑了各个电子散射波的位相差之后原子中所有电子散射波合成的结果
第二章 信号的描述与分析 补充题2-1-1 求正弦信号0()sin()x t x ωt φ=+的均值x μ、均方值2 x ψ和概率密度函数 p (x )。 解答： (1)0 00 11lim ()d sin()d 0T T x T μx t t x ωt φt T T →∞== +=? ? ，式中02π T ω = —正弦信号周期 (2) 2 222 2 2 0000 1 1 1cos 2() lim ()d sin ()d d 22 T T T x T x x ωt φψx t t x ωt φt t T T T →∞-+== += = ? ? ? (3)在一个周期内 012ΔΔ2Δx T t t t =+= 000 2Δ[()Δ]lim x x T T T t P x x t x x T T T →∞<≤+=== Δ0Δ000 [()Δ]2Δ2d ()lim lim ΔΔd x x P x x t x x t t p x x T x T x →→<≤+==== 正弦信号 x
2-8 求余弦信号0()sin x t x ωt 的绝对均值x μ和均方根值rms x 。 2-1 求图示2.36所示锯齿波信号的傅里叶级数展开。
2-4周期性三角波信号如图2.37所示，求信号的直流分量、基波有效值、信号有效值及信号的平均功率。
2-1 求图示2.36所示锯齿波信号的傅里叶级数展开。 补充题2-1-2 求周期方波（见图1-4）的傅里叶级数（复指数函数形式），划出|c n|–ω和φn–ω
图，并与表1-1对比。 解答：在一个周期的表达式为 00 (0)2 () (0) 2 T A t x t T A t ? --≤
哈工大测试技术大作业 锯齿波 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
Harbin Institute of Technology 课程大作业说明书课程名称：机械工程测试技术基础 设计题目：信号的分析与系统特性 院系： 班级： 设计者： 学号： 指导教师： 设计时间：2013/07/05 哈尔滨工业大学
目录
1 题目： 写出下列信号中的一种信号的数学表达通式，求取其信号的幅频谱图（单边谱和双边谱）和相频谱图，若将此信号输入给特性为传递函数为)(s H 的系统，试讨论信号参数的取值，使得输出信号的失真小。 （选其中一个信号） 1-1信号参数 2 幅频谱和相频谱 将其分解为三角函数表示形式的傅里叶级数， 式中00 2= =2w T π π 。 所以0001111 (t)=(sin(w t)+sin(2w t)+sin(3w t)+223 w π-…) 转换为复指数展傅里叶级数： 当n=0时，01 = = 22A c ， 0=0? ； =1,2,3,n ±±±当…时，111 222n n c A n π=== ， 用Matlab 做出其双边频谱 图 1锯齿波双边幅频谱 图 2锯齿波双边相频谱
单边频谱： 图 3锯齿波单边频谱 3 频率成分分布 由信号的傅里叶级数形式及可以看出，锯齿波是由一系列正弦波叠加而 ` 3.1.2 二阶系统22 40()2n n n H s s s ωζωω= ++ 4 式中 A ， =-arctan ()?τω ，sin ? M a g n i t u d e (d B ) 10 10 10 10 10 10 P h a s e (d e g ) Bode Diagram Frequency (rad/s) 10 10 10 10 10 10 P h a s e (d e g ) Bode Diagram Frequency (rad/s) M a g n i t u d e (d B ) 101010101010 P h a s e (d e g ) Bode Diagram Frequency (rad/s)10 10 10 10 10 10 Bode Diagram Frequency (rad/s)
现代材料测试技术 作业
第一章X射线衍射分析 一、填空题 1、X射线从本质上说，和无线电波、可见光、γ射线一样，也是一种。 2、尽管衍射花样可以千变万化，但是它们的基本要素只有三个：即、、。 3、在X射线衍射仪法中，对X射线光源要有一个基本的要求，简单地说，对光源的基本要求是、、。 4、利用吸收限两边相差十分悬殊的特点，可制作滤波片。 5、测量X射线衍射线峰位的方法有六种，它们分别是、、 、、、。 6、X射线衍射定性分析中主要的检索索引的方法有三种，它们分别是、 、。 7、特征X射线产生的根本原因是。 8、X射线衍射定性分析中主要的检索索引的方法有三种，它们分别是、 和字顺索引。 9、X射线衍射仪探测器的扫描方式可分、、三种。 10、实验证明，X射线管阳极靶发射出的X射线谱可分为两类：和 11、当X射线穿过物质时，由于受到散射，光电效应等的影响，强度会减弱，这种现象称为。 12、用于X射线衍射仪的探测器主要有、、、，其中和应 用较为普遍。 13、X射线在近代科学和工艺上的应用主要有、、三个方面 14、X射线管阳极靶发射出的X射线谱分为两类、。 15、当X射线照射到物体上时，一部分光子由于和原子碰撞而改变了前进的方向，造成散射线；另一部分光子可能被原子吸收，产生；再有部分光子的能量可能在与原子碰撞过程中传递给了原子，成为。 二、名词解释 X-射线的吸收、连续x射线谱、特征x射线谱、相干散射、非相干散射、荧光辐射、光电效应、俄歇电子、质量吸收系数、吸收限、X-射线的衰减 三、问答与计算 1、某晶体粉末样品的XRD数据如下，请按Hanawalt法和Fink法分别列出其所有可能的检索组。 2、产生特征X射线的根本原因是什么？ 3、简述特征X-射线谱的特点。 4、推导布拉格公式，画出示意图。 5、回答X射线连续光谱产生的机理。
第二章习题 1．现校准为量程100mV ，表盘刻度为100等份毫伏表，见表。 题1：测量数据 被校表示值 U X （mV ） 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 标准表示值 U 0（mV ） 9.9 20.0 30.4 39.8 50.2 60.4 70.3 79.9 89.7 99.9 绝对误差 ?U （mV ） -0.1 0.0 0.4 -0.2 0.2 0.4 0.3 -0.1 -0.3 -0.1 试求：①．计算各校准点的绝对误差，并填入表中； ②．确定被校表的准确度等级； 解： 最大引用误差为： 100%0.4%m nm m A A γ?=?= %a nm ≤γ 所以应该取a=0.5 2．某四位半数字电压表，量程为2V ，工作误差为?= ± （0.025%?U X +2个字） 用该表测量时，读数分别为0.0345V 和1.8567V ，试求两种情况下的测量误 差。从计算结果中可得到什么启示？ 解：四位半仪表在2V 量程下的显示范围是 0～1.9999V ，分辨率为0.0001V 。 当测量值为0.0345V 时绝对误差和相对误差分别为： ()411 11 0.025%0.03450.00012 2.110100%0.6%X V A γ-?=±?+?=±??= ?=± 当测量值为1.8567V 时绝对误差和相对误差分别为： ()422 22 0.025% 1.85670.00012710100%0.04%X V A γ-?=±?+?=±??= ?=± 可以看出，测量结果的测量误差不仅和仪表的准确度有关，而且和量程的选择有关。测量值与量程越近，测量误差越小。 3．对某直流电压源的输出电压U 进行10次 ，读数如表所示。 题3：测量数据
电子测量技术大作业 目录 题目一测量数据误差处理 (1) (1)提供测试数据输入、粗大误差判别准则选择等的人机界面； (1) (2)编写程序使用说明； (1) (3)通过实例来验证程序的正确性。 (1) 题目二时域反射计 (1) (1)时域反射计简介 (1) (2)时域反射计原理 (2) (3)时域反射计（TDR）组成 (2) (4)仿真与结果 (2) 附录 (2)
题目一测量数据误差处理 2-21 参考例2-2-6的解题过程，用C语言或Matlab设计测量数据误差处理的通用程序,要求如下： (1)提供测试数据输入、粗大误差判别准则选择等的人机界面； 图 1 测试数据误差处理的输入 (2)编写程序使用说明； 本题用的是C语言编写的数据误差处理的通用程序，调试编译借助了CodeBlocks软件。运行exe文件后，只需输入所需测试数据的数目、各数值大小并选择误差处理方式与置信概率即可得出处理结果。在程序的子函数中已经将t a值表、肖维纳准则表及格拉布斯准则表的所有数据存入，无需人工查表填入。其他具体程序内容可见附录。 图 2 程序运行流程图 (3)通过实例来验证程序的正确性。 例2-2-6中的原始数据如下表1 计算所得结果与图3显示结果近似相等，说明程序编译无误。 图 3 数据处理后的结果显示 题目二时域反射计 6-14 在Multisim环境下，基于Tektronix TDS204虚拟示波器设计一种时域反射计，给出电路原理图和实验仿真结果。（本题设计以时域反射计测量阻抗为例） (1)时域反射计简介 时域反射计(TDR)用来测量信号在通过某类传输环境传导时引起的反射，如电路板轨迹、电缆、连接器等等。TDR仪器通过介质发送一个脉冲，把来自“未知”传输环境的反射与标准阻抗生成的反射进行比较。TDR 显示了在
现代流动测试技术 大作业 姓名： 学号： 班级： 电话： 时间：2016
第一次作业 1）孔板流量计测量的基本原理是什么？对于液体、气体和蒸汽流动，如何布置测点？ 基本原理：充满管道的流体流经管道的节流装置时，在节流件附近造成局部收缩，流速增加，在上下游两侧产生静压差。在已知有关参数的条件下，根据流动连续性原理和伯努利方程可以推导出差压与流量之间的关系而求得流量。公式如下： 4v q d π α== 其中： C －流出系数 无量纲 d －工作条件下节流件的节流孔或喉部直径 D －工作条件下上游管道内径 qv －体积流量 m3/s β－直径比d/D 无量纲 ρ—流体的密度Kg/m3 测量液体时，测点应布置在中下部，应为液体未必充满全管，因此不可以布置的太靠上。 测量气体时，测点应布置在管道的中上部，以防止气体中密度较大的颗粒或者杂质对测量产生干扰。 测量水蒸气时，测点应该布置在中下部。 2）简述红外测温仪的使用方法、应用领域、优缺点和技术发展趋势。 使用方法：红外测温仪只能测量表面温度，无法测量内部温度；安装地点尽量避免有强磁场的地方；现场环境温度高时，一定要加保护套，并保证水源的供应；现场灰尘、水汽较大时，应有洁净的气源进行吹扫，保证镜头的洁净；红外探头前不应有障碍物，注意环境条件：蒸汽、尘土、烟雾等，它阻挡仪器的光学系统而影响精确测温；信号传输线一定要用屏蔽电缆。 应用领域：首先，在危险性大、无法接触的环境和场合下，红外测温仪可以作为首选，比如： 1）食品领域：烧面管理及贮存温度 2）电气领域：检查有故障的变压器，电气面板和接头 3）汽车工业领域：诊断气缸和加热/冷却系统 4）HVAC 领域：监视空气分层，供/回记录，炉体性能。 5）其他领域：许多工程，基地和改造应用等领域均有使用。 优点：可测运动、旋转的物体；直接测量物料的温度；可透过测量窗口进行测量；远距离测量；维护量小。 缺点：对测量周围的环境要求较高，避免强磁场，探头前不应有障碍物，信号传输线要用屏蔽电缆，当环境很恶劣时红外探头应进行保护。 发展趋势：红外热像仪，可对有热变化表面进行扫描测温，确定其温度分布图像，迅速检测出隐藏的温差。便携化，小型化也是其发展趋势。 3）简述LDV 和热线的测速原理及使用方法。
一、选择 1．把连续时间信号进行离散化时产生混迭的主要原因是（ ） a.记录时间太长； b.采样时间间隔太宽； c.记录时间太短； d. 采样时间间隔太窄 2.下述参量的测量属于间接测量法的是（ ） a.用天平测量物体质量； b.用弹簧秤称物体重量； c.声级计测声强级； d.线圈靶测速 3．磁感应测速传感器中的速度线圈之所以用两个线圈串联而成，其作用主要为（ ） a.提高传感器的灵敏度及改善线性； b. 提高传感器的灵敏度及改善频响特性； c.改善传感器的频响特性及补偿永久磁铁在线圈铁心垂直方向上的微小跳动对感应电动势的影响； d.提高传感器的灵敏度及补偿永久磁铁在线圈铁心垂直方向上的微小跳动对感应电动势的影响； 4.表示随机信号中动态分量的统计常数是（ ） a.均方值； b.均值； c.均方差； d.概率密度函数 5．半导体应变片是根据（ ）原理工作的。 a.电阻应变效应； b.压电效应； c.热阻效应； d.压阻效应 6.压电式加速度计测量系统的工作频率下限取决于（ ） a.压电测压传感器的力学系统的频率特性； b.压电晶体的电路特性； c.测量电路的时间常数； d.放大器的时间常数τ 7．二阶系统中引入合适的阻尼率的目的是（ ） a.使得系统输出值稳定； b.使系统不共振； c.获得较好的幅频、相频特性； d.获得好的灵敏度 8．带通滤波器所起的作用是只允许（ ）通过。 a.低频信号； b.高频信号； c.某一频带的信号； d.所有频率分量信号 9．压电加速度测量系统的工作频率下限取决于（ ） a.加速度力学系统的频率特性； b. 压电晶体的电路特性； c. 测量电路的时间常数 10. 自相关函数是一个（ ）函数 a.奇函数； b.偶函数； c.非奇非偶函数； d. 三角函数 11．在光作用下，使物体的内部产生定向电动势的现象，称（ ）效应。 a.内光电； b.外光电； c.热电； d.阻挡层光电 12．（ ）传感器是根据敏感元件材料本身的物理性质变化而工作的。 a.差动变压器式； b.变间隙电容式； c.变阻器式； d. 电压式 13．半导体热敏电阻的电阻温度系数α可用下式（ ）表示（已知半导体热敏电阻与温度系数关系可用T B Ae R =描述） a.α=dT R dR ；b. α=2T B ；c. α=2T A ；d. α=00111ln ln T T R R --(R 1,R 0分别是温度T 1,T 0时的电阻值) 14．如果一信号的自相关函数R x (τ)是一定周期性不衰减，则说明该信号（ ） a.均值不为0； b.含周期分量； c.是各态历经的 ； d.是各态不历经的 15．用方程法求解回归直线时，误差最小的方法是（ ）
《近代材料测试方法》复习题 1．材料微观结构和成分分析可以分为哪几个层次？分别可以用什么方法分析？ 答：化学成分分析、晶体结构分析和显微结构分析 化学成分分析——常规方法（平均成分）：湿化学法、光谱分析法 ——先进方法（种类、浓度、价态、分布）：X射线荧光光谱、电子探针、 光电子能谱、俄歇电子能谱 晶体结构分析：X射线衍射、电子衍射 显微结构分析：光学显微镜、透射电子显微镜、扫面电子显微镜、扫面隧道显微镜、原子力显微镜、场离子显微镜 2．X射线与物质相互作用有哪些现象和规律？利用这些现象和规律可以进行哪些科学研究工作，有哪些实际应用？ 答：除贯穿部分的光束外，射线能量损失在与物质作用过程之中，基本上可以归为两大类：一部分可能变成次级或更高次的X射线，即所谓荧光X射线，同时，激发出光电子或俄歇电子。另一部分消耗在X射线的散射之中，包括相干散射和非相干散射。此外，它还能变成热量逸出。 （1）现象/现象：散射X射线（想干、非相干）、荧光X射线、透射X射线、俄歇效 应、光电子、热能 （2）①光电效应：当入射X射线光子能量等于某一阈值，可击出原子内层电子，产生光电效应。 应用：光电效应产生光电子，是X射线光电子能谱分析的技术基础。光电效应 使原子产生空位后的退激发过程产生俄歇电子或X射线荧光辐射是 X射线激发俄歇能谱分析和X射线荧光分析方法的技术基础。 ②二次特征辐射（X射线荧光辐射）：当高能X射线光子击出被照射物质原子的 内层电子后，较外层电子填其空位而产生了次生特征X射线（称二次特征辐射）。 应用：X射线被物质散射时，产生两种现象：相干散射和非相干散射。相干散射 是X射线衍射分析方法的基础。 3．电子与物质相互作用有哪些现象和规律？利用这些现象和规律可以进行哪些科学研究工作，有哪些实际应用？ 答：当电子束入射到固体样品时，入射电子和样品物质将发生强烈的相互作用，发生弹性散 射和非弹性散射。伴随着散射过程，相互作用的区域中将产生多种与样品性质有关的物理信 息。 （1）现象/规律：二次电子、背散射电子、吸收电子、透射电子、俄歇电子、特征X射 线 （2）获得不同的显微图像或有关试样化学成分和电子结构的谱学信息
现代道路交通测试技术 试题A----答案 一. 解：由题意频谱函数：x （ω）= dt e t x j ? +-∞ ∞ -t )(ω = dt e j ?+--2 /2 /t ττ ω =2/2/12t/ττω ω-+--j e j = () 2 /2/1ωτωτω j j e e j -- = ω 2 sin 2 ωτ =τ /2 /2sin ωτωτ ∴频谱函数虚部为0，故相频谱为0； X(0)=τωτωττ ωωω==→→2 /2 /sin lim )(lim 0 x 当ω= τ π n （n=1,2,3……）时 X （ω）=0 故幅频谱图如下： 二．解：因为信号是周期信号，可以用一个共同周期内的平均值代替整个历程的平均值 故：dt t y t x T R T T xy ? +=∞→0)()(1lim )(ττ = 1 T dt t y t x T ? -+++0 00])(sin[)sin(φθτωθω =)cos(2 1 00φωτ-y x
三．1．试述瞬态瑞雷面波无损检测基本原理及其相应的测试技术要求。 参考答案： ①基本原理：对于均匀的弹性半空间分层介质，其结构表面受到瞬态冲击作用时，将产生瞬态振动。振动组份中包括纵波、横波和瑞雷波。在一次冲击产生的波能中，瑞雷波占67%，即从一个振源向一个半无限介质表面辐射的总能量的三分之二形成瑞雷型表面波。而纵波和横波只占有少量能量；并且在表面，随着波传播距离的增大其衰减比瑞雷面波大得多。确切地说，纵波和横波引起的位移振幅沿表面随着距离的平方衰减，而瑞雷面波是随着距离的平方根而衰减，因此，在地基表面的瞬态振动中，瑞雷面波的衰减比纵波和横波衰减慢得多，瞬态表面波主要是由瑞雷波组成。我们通过一系列的关系可以得出，利用瞬态瑞雷面波的传播速度和频率可以确定不同介质的穿透深度。 ②技术要求：检测系统设计是否合理、仪表选型与安装是否符合要求，是保证质量检测精度和可靠性的关键，对其各组成部分有相应的技术要求。 1）．激振部分——力锤的选择 它是整套测量系统的前哨，对路面冲击信号的产生和冲击响应信号的正确检取，是系统准确测试的基本保证。预先应根据检测深度做一些力锤冲击试验，以选择合理的力锤重量或合适材料的锤头。使瞬态冲击施加于路面表面后，能产生一组具有不同频率的瑞雷面波在介质中传播。 2）．垂向检波器的选型 垂向检波器选用压电式加速度传感器。 对于层状路面结构来说，一般选择小冲击源作为振源，使其产生具有丰富频率的瑞雷面波沿地表一定深度向四周传播。对于高频短波长的波来说，选择加速度传感器，因为它具有频率范围宽，对冲击振动的频响特性好等特点。如检测像硅酸盐、水泥混凝土和沥青混凝土路面的刚性层状体系时需要选择加速度传感器。 速度、位移传感器一般不用作冲击测量。另外，正确选定压电式加速度传感器的型号也是十分重要的（必须考虑它的频率范围、动态范围、灵敏度等主要特征参数是否符合测试精度要求）。 3）．安装位置的确定 测试前，应对现场路面进行调查，确定检测点，并合理布置。一般两个垂向检 波器之间的距离应视测试的路面深度而定，通常应使两个间距大于路面深度的一半以上，并且取振源到最近的传感器的距离等于两传感器之间的距离。 4）．连接导线选择 仪器之间的连接导线应尽量短，且记不应将各种导线混合使用，尽量选择相同线种，且忌抖动，以免引起现场测量不稳定。 四． 参考答案：令SAM(t)=Х(t)﹡cos ω0t,则SAM(t)的傅立叶变换为 SAM(ω)= ? ∞ ∞ - Х(t)﹡cos ω0t*e t j ωdt=1/2[X(ω+ω0)+X(ω-ω0)]
精密测试技术大作业专业： 班级： 学号： 姓名：
上世纪90年代以来，如何以最短的时间开发出高质量、高性能价格比、容易被用户接受的新产品已成为市场竞争的焦点。有人预测，当前制造技术的发展目标是：强化具有自主创新技术的产品开发能力和制造能力，增强企业间的合作能力，缩短产品上市时间，提高产品质量和生产效率，进而提高企业对市场需求的应变能力和综合竞争能力。因此先进制造技术的发展日新月异，继计算机集成制造技术之后，又出现了并行工程、精益制造、智能制造、敏捷制造、快速原形制造等。如美国在90年代实现了“三个三”，即产品生命周期三年；试制周期三个月；设计周期三周。未来制造业发展的主要趋势是向精密化、柔性化、智能化、集成化、全球化、网络化、虚拟化的方向发展。精密测试技术就要适应这种发展，它在机械学科中的作用是：为先进制造业服务，担负起质量技术保证的重任。首先要以提高产品质量和要达到的最重要的目标为基本出发点，要将精密测试贯穿产品制造的整个过程。其次精密测试技术要有利于生产效率的提高，至少不能妨碍生产速度，因此检测方法要能适应快速发展的生产要求，不能单纯为了检测而检测，更不能因为检测的要求而影响生产的效益。从更积极的角度出发，应该是由于精密测试技术的正确服务和保证促进了生产能力的提高。 根据先进制造技术发展的要求，精密测试技术本着其自身的发展规律，不断拓展着新的测量原理、测试方法和测试信息处理技术，就机械学科而言，预计将向以下几个方面发展。 1.零废品生产中的测量控制 在机械制造业中，质量保证的理想目标是实行生产的零废品制造，在实现这个目标的过程中，精密测试技术的作用和重要意义是不言而喻的。零部件的加工质量、整机的装配质量都与加工设备、测试设备以及测试信息的分析处理有关，因此实现零废品生产，从精密测试的角度出发，应考虑以下几个方面的问题：
东北大学继续教育学院 现代材料测试技术X 试卷（作业考核线上2） A 卷（共 3 页） （√）1. 从X射线管射出的X射线谱通常包括连续X射线和特征X射线。 （√）2. 布拉格公式λ=2dsinθ中λ表示入射线波长，d表示衍射（干涉）面的间距，θ表示掠射角。 （×）3. 利用衍射卡片鉴定物相的主要依据是d值，参考厚度。 （×）4. 透射电镜中的电子光学系统可分为照明、成像和显示记录三部分。 （×）5. 电镜中的电子衍射花样有斑点花样、环状花样、菊池线花样和会聚束花样。（√）6. 等厚条纹是衍射强度随试样厚度的变化而发生周期性变化引起的，图像特征为明暗相间的条纹。 （×）7. 电子探针X射线显微分析中常用X射线谱仪有光谱仪和能谱仪。 （×）8. 俄歇电子能谱仪最适合做材料的厚度和轻元素的成分分析。 （√）9. 电子探针定性分析时是通过测定特征X射线波长或能量确定元素，定量分析时通过测定X射线的强度确定含量。 （√）10. 当X射线照射在一个晶体时，产生衍射的必要条件是满足布拉格方程, 而产生衍射的充要条件是同时满足结构因数不等于零。 （√）11. 随X射线管的电压升高,λ 0和λ k 都随之减小。 （√）12. 当X射线管电压低于临界电压时仅可以产生连续X射线；当X射线管电压超过临界电压就可以产生特征X射线和连续X射线。 （×）13.当X射线照射在一个晶体时，产生衍射的必要和充分条件是必须满足布拉格方程。（×）14. 面心点阵的系统消光规律是 H+k+L 为偶数时出现反射，而 H+K+L 为奇数不出现反射。 （×）15. 扫描电镜的表面形貌衬度是采用背散射电子形成的电子像。 二、选择题：（20分） 1.当X射线将某物质原子的K层电子打出后,L层电子回迁K层,多余能量将另一个L层电子打出核外,这整个过程将产生( C )。 A.特征X射线 B. 背反射电子 C.俄歇电子 2. 吸收电子的产额与样品的原子序数关系是原子序数越小，吸收电子（ A ）。 A.越多 B.越少 C.不变 3. 仅仅反映固体样品表面形貌信息的物理信号是（ B ）。 A.背散射电子； B. 二次电子； C. 吸收电子； D.透射电子。 4. 让透射束通过物镜光阑而把衍射束挡掉得到图像衬度的方法，叫做（ A ）。 A.明场成像 B.暗场成像 C.中心暗场成像 5. 透射电镜的两种主要功能是检测（ B ）。 A.表面形貌和晶体结构 B.内部组织和晶体结构 C.表面形貌和内部组织 6. 由电磁透镜磁场中近轴区域对电子束的折射能力与远轴区域不同而产生的像差，称为（ A ）。 A.球差 B.像散 C.色差
现代测试技术课程习题库 一、 1．量具的作用是：___________________________________________________,根据准确度的高低，又可分为___________、_____________和________________。 2．标准电阻常采用四端接线法，目的是为了消除___________和_________的影响。3．测量准备阶段的任务是 。4．国际单位制（SI制）的基本单位是、 、、 、开尔文（K）、摩尔（mol）和坎德拉(cd)。 5．一个完整的测量过程包括阶段、阶段和阶段。 二、 填空： 1.测量误差按性质分为_____误差、_____误差和_____误差、其中_____误差是可预知可 修正的。 2.随即误差的统计特性为________、________、________和________。 3．置信度是表征测量数据或结果可信赖程度的一个参数，可用_________和_________来表示。 4．指针式仪表的准确度等级是根据_______误差划分的，若用0.5级150V电压表测量某电压，读书为120.4V，被测电压的相对误差是_________。 5．对某电阻进行无系差等精度重复测量，所得测量列的平均值为100.2Ω,标准偏差为0.2Ω，测量次数15次，平均值的标准差为_______Ω，当置信因子K＝3时，测量结果的置信区间为_______________。 6．某4位半数字电压表的允许误差为+（0.025% U +3个字），用该表测量某电压读数为 x 1.9867V，被测电压的绝对误差为______V，相对误差为_________%； 7．在等精度重复测量中，测量列的最佳可信赖值是。 8．替代法的特点是 9．用安法测量电阻，已知U = 100V，U = 1 V ；I = 0.5 A ，I = 0.01A ，则电阻/ =的绝对误差 R为。 R U I 10.对某电压做无系统误差等精度独立测量，测量值服从正态分布。已知被测电压的真值＝79.83，标准差σ（U）＝ 0.02V，按99%（置信因子k = 2.58）可能性估计测量值出U 现的围： ___________________________________。 ＝150Ω，?R1＝±0.75Ω；R2＝100Ω，?R2＝±0.4Ω，则两电阻并联后总电阻的绝11．R 1 对误差为_________________。 计算题： 1．已知R ＝150Ω，?R1＝±0.75Ω；R2＝100Ω，?R2＝±0.4Ω，试求 1
材料现代测试技术 学院：材料科学与工程学院专业班级：材料科学02班 姓名：吴明玉 学号：20103412
SnO 基纳米晶气敏材料微观结构的表征 2 一．摘要 随着现代物理科学技术的迅速发展，现代分析测试技术的不断更新和进步为人们对材料结构和性能的深入研究提供了可能，从而促进人们对气敏材料机理有了更为客观的认识。本文主要以X衍射分析仪(XRD)，X射线光电子能谱(XPS)，扫描电镜(SEM)，高分辨电子显微镜(HRTEM)等现代材料测试技术为基础，设计出了可行的气敏材料微观结构表征方案。 关键词：XRD XPS SEM HRTEM 二．引言 材料是人类社会赖以生存和发展的物质基础,材料的发展关系到国民经济发展,国防建设和人民生活水平的提高。半导体SnO2气敏材料在防止火灾爆炸事故的发生、大气环境的检测以及工业生产有毒有害气体的检测等领域的发挥了巨大作用。但是，目前开发的半导体气敏材料仍存在着灵敏度不高、交叉敏感严重、长期使用敏感材料易中毒失效稳定性差、重复性不好等缺点。针对上述问题，研究者们做了大量工作。气敏材料的研究热点主要集中在改进、优化成膜工艺和对现有材料进行掺杂、改性、表面修饰等处理，以提高气体传感器的气敏性能，降低工作温度，提高选择性稳定性等性能。掺杂不仅可以提高元件的电导率，还可以提高稳定性和选择性，金属掺杂是最为常见的掺杂方式，掺杂物的电子效应可以起到催化活性中心的作用，降低被测气体化学吸附的活化能，有效提高气敏元件的灵敏度和缩短响应时间。 成分，结构，加工和性能是材料科学与工程的四个基本要素，成分和结构从根本上决定了材料的性能，对材料的成分和结构进行精确表征是实现材料性能控制的前提。材料的分析包括表面和内部组织形貌，晶体的相结构，化学成分和价键结构，相应地，材料分析方法有形貌分析，物相分析，成分与价键分析和分子结构分析。为了对SnO 掺杂金属离子复合材料的性能进行研究，本文设计出了 2 微观结构表征方案，为微观结构研究做好了铺垫。 三．正文 3.1材料的制备及表征方法 纳米材料，并对其分别进行Cd,Ni等金属的掺杂。通采用水热法制备SnO 2 过X衍射分析仪(XRD)，X射线光电子能谱(XPS)等,得到薄膜的晶体结构以及表面的化学组成，原子价态，表面能态分布信息；通过扫描电镜(SEM)等得到材料的表面微观形貌信息；通过高分辨电子显微镜(HRTEM)得到材料的晶体取向， 3.2表征方案 3.2.1X衍射分析仪(XRD)
第0讲思考题 1. 试举例说明测试技术的概念 测试是人们认识客观事物的方法。测试过程是从客观事物中摄取有关信息的认识过程。凡需要观察事物的状态、变化和特征等等，并要对它进行定量的描述时，都需要测试。测试包含“测量”与“试验”。“测量”—以确定被测物属性量值为目的的全部操作；“试验”—为了解某物的性能或某事的结果而进行的尝试性活动。如机械振动测试，温度测试等。 2. 结合自己所从事的方向或自己感兴趣的方向，举出一个简单的测试系统的例子，并说明测试技术在该研究方向中的作用。 现代的一些内燃发电机组中，内燃机的一些基本参数控制就是由测试系统和控制系统联合实现的。如，内燃机的转速、水温和油压就是通过转速传感器、温度传感器和压力传感器在机器运行过程中采集到机器的转速、水温和油压的数据，这些数据一方面输送到显示仪器进行显示，另一方面送到处理系统进行分析计算，当这些数据超过预设的限制时，处理系统就会作出报警或自动停机等相应处理。 3. 试列举测试技术的发展史及发展趋势。 自古以来，测试技术就渗透于人们的生产活动和日常生活中，如我国西汉初的侯风地动仪用来测量地震方位；东汉阳嘉元年日晷是利用日影计时，1664年发明的机械计算机，以及后来的电子管，晶体管，集成电路，使测试技术向着智能化、网络化的方向发展。测试技术将向以下方向发展：新型传感技术，测试系统智能化技术，虚拟仪器技术，网络化仪器技术。 4. 试举例说明测试技术离不开实验环节。 从测试的概念看，测试包含“测量”与“试验”。“试验”—为了解某物的性能或某事的结果而进行的尝试性活动。例如：机床主轴径向跳动测试，它包括测量过程：确定径向跳动具体量值。试验过程：机床主轴径向跳动超标否，如果不通过实验就看不出是否超标。 5. 试说出在本科阶段“测试技术”的学习中，学习了哪些知识？ 信号的基本概念，测试系统的基本概念，传感器的基本类型，信号处理的基本知识，机械工程量测试系统介绍 第1讲思考题 1. 解释术语——信息、消息、信号。 信息：它是事物运动的状态和方式，是用来消除不确定性的东西，它本身不具有能量。有可以识别、转化、传输的特性和存储性、共享性、永不枯竭性。 消息：由文字、符号、数字或语音构成的序列，消息是信息的外壳，信息是消息的内核。信息一定含于消息之中，但消息不一定有信息。 信号：传输信息的载体，它蕴涵着信息，它本身具有能量。 2. 宇宙三要素是什么？ 物质、能量和信息 3. 现代科学技术中三大支柱是什么？信息科学的主体结构是什么？信息技术包括哪些技术？ 信息科学与材料科学、能量科学三者成为当代科学技术的主要支柱。信息科学的主体结构是信息论、控制论、系统论，人工智能是三者的综合利用。信息技术包括测试技术、通信技术和计算机技术 4. 试说明测试系统是一种广义通讯系统。 首先，广义通信系统是指适合于所有信息流通的系统。比较其模型和测试系统的模型，如下图：
复习重点 第一章 信号分析基础（作业题重点） ——信号的分类： （确定性信号与非确定性信号） 1．确定性信号：是指可以用明确的数学关系式描述的信号。它可以进一步分为周期信号、非周期信号与准周期信号。 周期信号是指经过一段时间可以重复出现的信号，满足条件()()x t x t nT =+。 非周期信号：往往具有瞬变性。 准周期信号：周期信号与非周期信号的边缘。 2．非确定性信号：是指无法用明确的数学式描述，其幅值、相位变化是不可预知的，所描述的物理现象是一种随机过程，通常只能用概率统计的方法来描述它的某些特征。 （能量信号与功率信号） 1． 能量信号：在所分析的区间里面(,)-∞+∞，能量为有限值的信号称为能量信号，满足 条件： ()2 t dt x ∞ -∞ <∞? 2． 功率信号：有许多信号，它们在区间(,)-∞+∞内能量不是有限值。在这种情况下，研 究信号的平均功率更为合适。在区间12(,)t t 内，信号的平均功率()2 2 1 21 1t t P t dt x t t -= ? （连续时间信号与离散时间信号） 1． 连续时间信号：在所分析的时间间隔内，对于任意时间值，除若干个第一类间断点外， 都可以给出确定的函数值，此类信号称为连续时间信号或模拟信号。 2． 离散时间信号：又称时域离散信号或时间序列。它是在所分析的时间区间，在所规定的 不连续的瞬时给出函数值。可以分为两种情况：时间离散而幅值连续时，称为采样信号；时间离散而幅值量化时，称为数字信号。 ——信号的时域分析 （信号的时域统计分析） 1．均值：表示集合平均或数学期望值，也即信号的静态分量。用x μ表示。 2．均方值：也称平均功率，用2 x ψ表示。 3．方差：描述信号的波动分量，用2x σ表示。 三者之间的关系为：2 x ψ=2x σ+2 x μ 4．概率密度函数：随机信号的概率密度函数是表示幅值落在指定区间的概率。定义为 [] 0()1()lim lim lim x x x T P x x t x x T p x x x T ?→?→→∞<≤+???==?????? 5．概率分布函数：概率分布函数是信号幅值()x t 小于或等于某值x 的概率，其定义为：