3-1 模糊逻辑控制器由哪几部分组成？各完成什么功能？
答：模糊控制系统的主要部件是模糊化过程、知识库（数据库和规则库）、推理决策和精确化计算。
1、模糊化过程
模糊化过程主要完成：测量输入变量的值，并将数字表示形式的输入量转化为通常用语言值表示的某一限定码的序数。
2、知识库
知识库包括数据库和规则库。
1）、数据库
数据库提供必要的定义，包含了语言控制规则论域的离散化、量化和正规化以及输入空间的分区、隶属度函数的定义等。
2）、规则库
规则库根据控制目的和控制策略给出了一套由语言变量描述的并由专家或自学习产生的控制规则的集合。它包括：过程状态输入变量和控制输出变量的选择，模糊控制系统的建立。
3、推理决策逻辑
推理决策逻辑是利用知识库的信息模拟人类的推理决策过程，给出适合的控制量。（它是模糊控制的核心）。
4、精确化过程
在推理得到的模糊集合中取一个能最佳代表这个模糊推理结果可能性的精确值的过程称为精确化过程。
{模糊控制器采用数字计算机。它具有三个重要功能：
1）把系统的偏差从数字量转化为模糊量（模糊化过程、数据库两块）； 2）对模糊量由给定的规则进行模糊推理（规则库、推理决策完成）； 3）把推理结果的模糊输出量转化为实际系统能够接受的精确数字量或模拟量（精确化接口）。}
3-2 模糊逻辑控制器常规设计的步骤怎样？应该注意哪些问题？
答：常规设计方法
设计步骤如下：
1、确定模糊控制器的输入、输出变量
2、确定各输入、输出变量的变化范围、量化等级和量化因子
3、在各输入和输出语言变量的量化域内定义模糊子集。
4、模糊控制规则的确定
5、求模糊控制表
3-3 已知由极大极小推理法得到输出模糊集为：0.30.810.50.112345
C =
++++-----.试用重心法计算出此推理结果的精确值z 。
重心法 重心法 是取模糊隶属度函数的曲线与横坐标围城面积的重心为模糊推理最终输出值。 连续：0()()v
V v V v v dv v v dv μμ=??
离散：1
01
()()m k v k
k m v k
k v v v v μμ===∑∑ 采用离散重心法： 离散：1
01()()0.3(1)0.8(2)1(3)0.5(4)0.1(5)0.30.810.50.1
0.3(1)0.8(2)1(3)0.5(4)0.1(5)2.7
=-2.7407
m k v k
k m v k
k v v v v μμ===?-+?-+?-+?-+?-=++++?-+?-+?-+?-+?-=∑∑ 3-5 设在论域(){42024}e =--误差，，，，和控制电压{024,6,8}u =，，上定义的模糊子集
的隶属度函数分别如图3-21、图3-22所示。
已知模糊控制规则:
规则1： 如果误差e 为ZE ，则u 为ZE ；
规则2： 如果误差e 为PS ，则u 为NS ；
试应用玛达尼推理法计算当输入误差0.6e =时，输出电压u =？（精确化计算采用重心法）
回顾：
削顶推理法
整个推理过程其几何意义是分别在不同规则中用各自推理嵌件的总隶属度去切割本推理规则中后件的隶属度函数以得到输出结果。
这种推理方法步骤是
1、在推理前件中选取各个条件中最不适配的隶属度（隶属度最小的值，也就是
从推理嵌件到后件削顶进行“与”运算）；
2、对所有规则的结论部选取最大适配度的隶属度（隶属度最大的值，也就是从
对所有结论进行“并”运算）。
例2-15 对于二输入二规则的推理过程
解：
根据输入和输出变量的个数，所需规则的最大数目。
由于
规则1：如果误差e为ZE，则u为ZE；
规则2：如果误差e为PS，则u为NS；
控制规则表
解：
1）模糊化过程
当输入误差e为0.6，
看图1，0.6
e=，正小
10.625
μ=；零
20.375
μ= 2）模糊逻辑推理
根据已知模糊控制规则：
规则1：如果误差e为ZE，则u为ZE；
规则2：如果误差e为PS，则u为NS；
对应规则库
对应规则1：误差e为ZE的隶属度是0.7，那么u为ZE的隶属度0.7
μ=
对应规则2：误差e为PS的隶属度是0.3，那么u为NS的隶属度0.3
μ= 3）精确化计算：
重心法
输出的阀门流量u为
阀门的确切开度为3.3306
光电检测技术总结 经过一学期的光电检测技术课程的学习，我们大致上了解了光电检测技术有许多方面的知识，按照传感器、转换电路、检测装置划分排列。接下来我们来仔细探讨一下究竟有什么值得我们学习的。 首先是光电技术的定义。何为光电技术？光电检测技术是以激光、红外、光纤等现代光电子器件作为基础，通过对被检测物体的光辐射，经光电检测器接收光辐射并转换为电信号，由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用信息，或进入计算机处理，最终显示输出所需要的检测物理参数。其中检测和测量有一些不同的地方：检测：通过一定的物理方式，分辨出被测参量并归属到某一范围带，以此来判别被测参数是否合格或是否存在。测量：将被测的未知量与同性质的标准量比较，确定被测量对标准量的倍数，并通过数字表示出这个倍数的过程。而光电检测技术的应用存在在生活中的每一个部分。比如人的视觉功能，人眼是一个直径为23mm的近似球体，眼球前方横径为11mm的透明角膜具有屈光作用，角膜后的虹膜中央有称为瞳孔的圆孔，它可以扩大或缩小以调节进入眼球的光亮。虹膜后的水晶体相当于光学系统中的透镜，其直径为9mm。在眼球的后方有视网膜，这是光学细胞和杆状细胞，它们和视网膜上的其他细胞组成的微小感光单元。这些感光单元接收光刺激后转化为神经冲动，经视神经传导到大脑的高级视觉中枢，从而产生亮度和彩色的感觉，同时也形成有关物体状和大小的判断。因此，人眼是一个高灵敏度、高分辨率和极为复杂而精巧的光传感器。正好光学仪器是人眼的视觉扩展，通过利用光辐射的各种现象和特性，摄取信息实现控制的有力工具，它是人类视觉参与下才能工作的。光学仪器一共在人类视觉上做出了以下的扩展：1、时间上扩展，可以通过摄像机记录过去的样子；2、空间上的扩展，通过地球卫星观看世界个地的样貌；3、识别能力的扩展，通过放大镜和显微镜我们能够观测到人眼看不见的细微东西。 光电检测系统由哪些东西组成？典型的光电仪器包括了精密机械、光学系统、光电信号传感器、电信号处理器和运算控制计算机以及输出显示设备等环节。各种环节分别实现各自的职能，组成光、机、电的综合系统。一个典型的光电检测系统的组成由辐射源开始，依次为传输媒质、检测目标、光学系统、光点检测器件、信息处理、输出设备。其中辐射源通过传输媒质由对象空间进入到光电系统。
第一章绪论 1. 什么是智能、智能系统、智能控制？ 答：“智能”在美国Heritage词典定义为“获取和应用知识的能力”。 “智能系统”指具有一定智能行为的系统，是模拟和执行人类、动物或生物的某些功能的系统。 “智能控制”指在传统的控制理论中引入诸如逻辑、推理和启发式规则等因素，使之具有某种智能性；也是基于认知工程系统和现代计算机的强大功能，对不确定环境中的复杂对象进行的拟人化管理。 2．智能控制系统有哪几种类型，各自的特点是什么？ 答：智能控制系统的类型：集散控制系统、模糊控制系统、多级递阶控制系统、专家控制系统、人工神经网络控制系统、学习控制系统等。 各自的特点有： 集散控制系统：以微处理器为基础，对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统。该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。人工神经网络：它是一种模范动物神经网络行为特征，进行分布式并行信息处理的算法数学模型。这种网络依靠系统的复杂程度，通过调整内部大量节点之间相互连接的关系，从而达到处理信息的目的。 专家控制系统：是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的经验方法来处理该领域的高水平难题。可以说是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。 多级递阶控制系统是将组成大系统的各子系统及其控制器按递阶的方式分级排列而形成的层次结构系统。这种结构的特点是：1.上、下级是隶属关系，上级对下级有协调权，它的决策直接影响下级控制器的动作。2.信息在上下级间垂直方向传递，向下的信息有优先权。同级控制器并行工作，也可以有信息交换，但不是命令。3.上级控制决策的功能水平高于下级，解决的问题涉及面更广，影响更大，时间更长，作用更重要。级别越往上，其决策周期越长，更关心系统的长期目标。4.级别越往上，涉及的问题不确定性越多，越难作出确切的定量描述和决策。 学习控制系统：靠自身的学习功能来认识控制对象和外界环境的特性，并相应地改变自身特性以改善控制性能的系统。这种系统具有一定的识别、判断、记忆和自行调整的能力。 3．比较智能控制与传统控制的特点。 答：智能控制与传统控制的比较：它们有密切的关系，而不是相互排斥。常规控制往往包含在智能控制之中，智能控制也利用常规控制的方法来解决“低级”的控制问题，力图扩充常规控制方法并建立一系列新的理论与方法来解决更具有挑战性的复杂控制问题。 1.传统的自动控制是建立在确定的模型基础上的，而智能控制的研究对象则存在模型严重的不确定性，即模型未知或知之甚少者模型的结构和参数在很大的范围内变动，这些问题对基于模型的传统自动控制来说很难解决。 2.传统的自动控制系统的输入或输出设备与人及外界环境的信息交换很不方便，希望制造出能接受印刷体、图形甚至手写体和口头命令等形式的信息输入装置，能够更加深入而灵活地和系统进行信息交流，同时还要扩大输出装置的能力，能够用文字、图纸、立体形象、语言等形式输出信息. 另外，通常的自动装置不能接受、分析和感知各种看得见、听得着的形象、声音的组合以及外界其它的情况. 为扩大信息通道，就必须给自动装置安上能够以机械方式模拟各种感觉的精确的送音器，即文字、声音、物体识别装置。 3.传统的自动控制系统对控制任务的要求要么使输出量为定值（调节系统），要么使输出量跟随期望的运动轨迹（跟随系统），因此具有控制任务单一性的特点，而智能控制系统的控制任务可比较复杂。 4. 传统的控制理论对线性问题有较成熟的理论，而对高度非线性的控制对象虽然有一些非线性方法可以利用，但不尽人意. 而智能控制为解决这类复杂的非线性问题找到了一个出路，成为解决这类问题行之有效的途径。 5.与传统自动控制系统相比，智能控制系统具有足够的关于人的控制策略、被控对象及环境的有关知识以及运用这些知识的能力。 6.与传统自动控制系统相比，智能控制系统能以知识表示的非数学广义模型和以数学表示的混合控制过程，采用开闭环控制和定性及定量控制结合的多模态控制方式。 7.与传统自动控制系统相比，智能控制系统具有变结构特点，能总体自寻优，具有自适应、自组织、自学习和自协调能力。 8.与传统自动控制系统相比，智能控制系统有补偿及自修复能力和判断决策能力。
第五章电感式传感器 思考题： 1、说明变气隙型电感传感器、差动变压器式传感器和涡流传感器的主要组成、工作原理和基本特性。 答： a)变气隙型电感传感器主要由线圈、铁心、衔铁三部分组成的。线圈是套在铁心上的，在铁心与衔铁之间有一个空气隙，空气隙厚度为δ。传感器的运动部分与衔铁相连。当外部作用力作用在传感器的运动部分时，衔铁将产生位移，使空气隙δ发生变化，磁路磁阻R m发生变化，从而引起线圈电感的变化。线圈电感L的变化与空气隙δ的变化相对应，这样只要测出线圈的电感就能判定空气隙的大小，也就是衔铁的位移。 b)差动变压器式传感器主要由铁心、衔铁和线圈组成。线圈又分为初级线圈（也称激励线圈）和次级线圈（也称输出线圈）。上下两个铁心及初级、次级线圈是对称的。衔铁位于两个铁心中间。上下两个初级线圈串联后接交流激磁电压1，两个次级线圈按电势反相串联。它的优点是灵敏度高，一般用于测量几微米至几百微米的机械位移。缺点是示值范围小，非线性严重。 c)涡流传感器的结构很简单，有一个扁平线圈固定在框架上构成。线圈用高强度漆包线或银线绕制而成，用粘合剂站在框架端部，也可以在框架上开一条槽，将导线绕在槽内形成一个线圈。涡流传感器的工作原理是涡流效应，当一块金属导体放置在一变化的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中漩涡那样在导体内转圈，所以称之为电涡流或涡流。这种现象就称为涡流效应。涡流传感器最大的特点是可以实现非接触式测量，可以测量振动、位移、厚度、转速、温度和硬度等参数，还可以进行无损探伤，并且具有结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量线性范围大、体积小等优点。 2、为什么螺管型电感传感器比变气隙型电感传感器有更大的测位移范围？ 答：变气隙型灵敏度高，因为原始气隙δ0一般取得很小（0.1~0.5mm），当气隙变化为△δ=1μm时，电感的相对变化量△L/L0可达0.01~0.002，因而它对处理电路的放大倍数要求低。它的主要缺点是非线性严重，为了减小非线性，量程就必须限制在较小范围内，通常为气隙δ0的1/5以下，同时，这种传感器制造装
2-3 设误差的离散论域为【-30，-20，-10，0，10，20，30】，且已知误差为零(ZE)和误差为正小（PS ）的隶属度函数为 000.410.400()30201001020300000.3 1.00.30()3020100102030ZE PS e e μμ= ++++++---=++++++--- 求： （1）误差为零和误差为正小的隶属度函数() ()ZE PS e e μμ （2）误差为零或误差为正小的隶属度函数() ()ZE PS e e μμ 解 定义2-4 并：并()A B 的隶属函数A B μ对所有u U ∈被逐点定义为取大运算，即()()A B A B u u μμμ=∨，式中，符号“∨”为取极大值运算。 定义2-5 交：交()A B 的隶属函数A B μ对所有u U ∈被逐点定义为取小运算，即 ()()A B A B u u μμμ=∧，式中，符号“∧”为取极小值运算。 2-4已知模糊矩阵P 、Q 、R 、S 为 0.60.90.50.70.20.30.10.20.20.70.10.40.70.70.60.5P Q R S ????????====???????????????? 求： （1）()P Q R (2) ()P Q S (3) () ()P S Q S 解 定义2-14 模糊关系合成： 如果R 和S 分别为笛卡尔空间U V ?和V W ?上的模糊关系，则R 和S 的合成是定义在笛卡尔空间 U V W ??上的模糊关系，并记作R S ，其隶属度函数的计算方法 {[sup((,)(,))],,,}R S R S u v u w u U v V w W μμ∨ =∧∈∈∈
第一章： 1，光电检测系统的基本组成及各部分的主要作用？ 光源——光学系统——被测对象——光学变换——光电转换——电信号放大与处理[存储，显示，控制] 作用：光学变换：将被测量转换为光参量，有时需要光信号的匹配处理，目的是更好的获得待测量的信息。 电信号放大与处理的作用：存储，显示，控制。 第二章： 1、精密度、准确度、精确度、误差、不确定度的意义、区别。 答：精密度高指偶然误差较小，测量数据比较集中，但系统误差大小不明确； 准确度高指系统误差较小，测量数据的平均值偏离真值较少； 精确度高指偶然误差和系统误差都比较小，测量数值集中在真值附近； 误差=测量结果-真值；不确定度用标准偏差表示。 2、朗伯辐射体的定义？有哪些主要特性？ 答：定义：辐射源各方向的辐亮度不变的辐射源。特性：自然界大多数物体的辐射特性，辐亮度与观察角度无关。 3、光谱响应度、积分响应度、量子效率、NEP、比探测率的定义、单位及物理意义。 答：灵敏度又叫响应度，定义为单位辐射度量产生的电信号量，记作R，电信号可以是电流，称为电流响应度；也可以是电压，称为电压响应度。对应不同辐射度量的响应度用下标来表示。辐射度量测量中，测不同的辐射度量，应当用不同的响应度。 对辐射通量的电流响应度(AW-1 ) 对辐照度的电流响应度(AW-1 m 2 ) E 对辐亮度的电流响应度(AW-1 m 2 Sr)L 量子效率：在单色辐射作用于光电器件时，单位时间产生的的光电子数与入射的光子数之比，为光电器件的量子效率。 NEP：信噪比等于1时所需要的最小输入光信号的功率。单位：W。物理意义：反映探测器理论探测能力的重要指标。 比探测率：定义；物理意义：用单位探测系统带宽和单位探测器面积的噪声电流来衡量探测器的探测能力。 第三章： 1、光源的分类及各种光源的典型例子；相干光源和非相关光源包括哪些？ 答：按照光波在时间、空间上的相位特征，一般将光源分成相干光源和非相干光源；按发光机理可分为：热辐射光源，常用的有：太阳、黑体源、白炽灯，典型军事目标辐射；气体辐射光源，广泛用作摄影光源；固体辐射光源，用于数码、字符和矩阵的显示；激光光源，应用：激光器。相干光源：激光；非相关光源：普通光源。 2、对一个光电检测系统的光源通常都有哪方面要求？ 答：1.波长（光谱）特性2.发光强度（光功率）3.光源稳定性（强度、波长） 3、辐射效率和发光效率的概念及意义 答：在给定λ1～λ2波长范围内，某一辐射源发出的辐射通量与产生这些辐射通量所需比，称为该辐射源在规定光谱范围内的辐射效率；某一光源所发射的光通量与产生这些光通量所需的电功/率之比，就是该光源的发光效率。 4、色温，配光曲线的概念及意义 答：色温：如果辐射源发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射出的光的颜色相同，则黑体的
第一章： 1、传统控制方法包括经典控制和现代控制，是基于被控对象精确模 型的控制方式，缺乏灵活性和应变能力，适于解决线性、时不变性等相对简单的控制。 2、智能控制的研究对象具备以下的一些特点：不确定性的模型、高度的 非线性、复杂的任务要求。 3、IC(智能控制)=AC(自动控制)∩AI(人工智能) ∩OR(运筹学) 4、AC：描述系统的动力学特征，是一种动态反馈。AI ：是一个用来模拟人 思维的知识处理系统，具有记忆、学习、信息处理、形式语言、启发推理等功能。OR：是一种定量优化方法，如线性规划、网络规划、调度、管理、优化决策和多目标优化方法等。 5、智能控制：即设计一个控制器，使之具有学习、抽象、推理、决策等功能， 并能根据环境信息的变化作出适应性，从而实现由人来完成的任务。 6、智能控制的几个重要分支为模糊控制、神经网络控制和遗传算 法。 7、智能控制的特点：1，学习功能2，适应功能3，自组织功能4，优化功能 8、智能控制的研究工具：1，符号推理与数值计算的结合2，模糊集理论3，神 经网络理论4，遗传算法5，离散事件与连续时间系统的结合。 9、智能控制的应用领域，例如智能机器人控制、计算机集成制造系统、工 业过程控制、航空航天控制和交通运输系统等。 第二章： 10、专家系统：是一类包含知识和推理的智能计算机程序，其内部包含某领域专家水平的知识和经验，具有解决专门问题的能力。 11、专家系统的构成：由知识库和推理机（知识库由数据库和规则库两部分构成） 12、专家系统的建立：1，知识库2，推理机3，知识的表示4，专家系统开发语言5，专家系统建立步骤。 13、专家控制：是智能控制的一个重要分支，又称专家智能控制。所谓专家控制，是将专家系统的理论和技术同控制理论、方法与技术相结合，在未知环境下，仿效专家的经验，实现对系统的控制。
第十章光电传感器思考题与习题 1.单项选择题 1）晒太阳取暖利用了________；人造卫星的光电池板利用了________；植物的生长利用了________。 A．光电效应B．光化学效应C．光热效应D．感光效应 2）蓝光的波长比红光________，相同光子数目的蓝光能量比红光________。 A．长B．短C．大D．小 3）光敏二极管属于________，光电池属于________。 A．外光电效应B．内光电效应C．光生伏特效应D．光热效应 4）光敏二极管在测光电路中应处于________偏置状态，而光电池通常处于________偏置状态。 A．正向B．反向C．零 5）光纤通讯中，与出射光纤耦合的光电元件应选用________。 A．光敏电阻B．PIN光敏二极管C．APD光敏二极管D．光敏三极管 6）温度上升，光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管的暗电流________。 A．增加B．减小C．不变 7）普通型硅光电池的峰值波长为________，落在________区域。 A．0.8m B．8mm C．0.8μｍD．0.8nｍ D．可见光E．近红外光F．紫外光G.远红外光 8）欲精密测量光的照度，光电池应配接________。 A．电压放大器B．A/D转换器C．电荷放大器D．I/U转换器 9）欲利用光电池为手机充电，需将数片光电池________起来，以提高输出电压，再将几组光电池________起来，以提高输出电流。 A．并联B.串联 C.短路 D.开路 10）欲利用光电池在灯光（约200lx）下驱动液晶计算器（1.5V）工作，设每片光电池的有载输出电压约为0.4V，则必须将______片光电池串联起来才能正常工作。 A．2片 B.3片 C.4片 D.20片 11）光导纤维是利用光的________原理来远距离传输信号的。 A．光的偏振 B.光的干涉 C.光的散射 D.光的全反射 12）光纤通信应采用________作为光纤的光源；光纤水位计可以采用________作为光纤的光源较为经济。 A．白炽灯 B. LED C. LCD D. ILD 13）要测量高压变压器的三相绝缘子是否过热，应选用________；要监视银行大厅的人流，应选用________。 A．热敏电阻B．数码摄像机C．红外热像仪D．热电偶 14）CCD数码相机的像素越高，分辨率就越________，每张照片占据的存储器空间就越________。 A．高 B. 低 C. 大 D. 小 1
思考题及其答案 习题01 一、填空题 1、通常把对应于真空中波长在（0.38mμ）到（0.78mμ）范围内的电磁辐射称为光辐射。 2、在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类，一类是（辐射度学量），另一类是(光度学量)。 3、光具有波粒二象性，既是（电磁波），又是（光子流）。光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的（粒子性）。 二、概念题 1、视见函数：国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V(λ),或称视见函数。 2、辐射通量：辐射通量又称辐射功率，是辐射能的时间变化率，单位为瓦(1W=1J/s)，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。 3、辐射亮度：由辐射表面定向发射的的辐射强度，除于该面元在垂直于该方向的平面上的正投影面积。单位为(瓦每球面度平方米) 。 4、辐射强度：辐射强度定义为从一个点光源发出的，在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出的能量，单位为W／sr(瓦每球面度)。 三、简答题 辐射照度和辐射出射度的区别是什么？ 答：辐射照度和辐射出射度的单位相同，其区别仅在于前者是描述辐射接
收面所接收的辐射特性，而后者则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。 四、计算及证明题 证明点光源照度的距离平方反比定律，两个相距10倍的相同探测器上的照度相差多少倍？答： 222 4444R I R I dA d E R dA d E R I I ===∴= ππφπφφπφ＝的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为 ()1 2222222221 122 12 11001001010E E L I E L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴= = 又的距离为第二个探测器到点光源， 源的距离为设第一个探测器到点光 习题02 一、填空题 1、物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。 2、价电子的运动状态发生变化,使它跃迁到新的能级上的条件是（具有能向电子提供能量的外力作用）、（电子跃入的那个能级必须是空的）。 3、热平衡时半导体中自由载流子浓度与两个参数有关：一是在能带中（能态的分布），二是这些能态中（每一个能态可能被电子占据的概率）。 4、半导体对光的吸收有（本征吸收）（杂质吸收）（自由载流子吸收）（激子吸收）（晶格吸收）。半导体对光的吸收主要是（本征吸收）。 二、概念题 1、禁带、导带、价带：
一、选择题 1、蔡自兴教授提出智能控制系统的四元结构，认为智能控制是人工智能、控制理论、系统理论和运筹学四种学科的交叉。 2、专家是指在某一专业领域内其专业知识与解决问题的能力达到很高水平的学者。 3、专家系统中的知识按其在问题求解中的作用可分为三个层次，即数据级、知识库级和控制级。 4、不确定性知识的表示有三种:概率、确定性因子和模糊集合。 5、Hebb学习规则是一种无教师的学习方法，它只根据神经元连接间的激活水平改变权值，因此这种方法又称为相关学习和并联学习。 6、交叉运算是两个相互配对的染色体按某种方式相互交换其部分基因，从而形成两个新的个体。 二、判断题 1、IEEE控制系统协会把智能控制归纳为：智能控制系统必须具有模拟人类学习和自适应的能力。（T ） 2、不精确推理得出的结论可能是不确定的，但会有一个确定性因子，当确定性因子超过某个域值时，结论便不成立。（ F ） 3、一般的专家系统由知识库、推理机、解释机制和知识获取系统等组成。（T ） 4、人机接口是专家系统与领域专家、知识工程师、一般用户间进行交互的界面，由一组程序及相应的硬件组成，用于完成知识获取工作。（ F ） 5、Hopfield神经网络是反馈神经网络中最简单且应用广泛的模型，它具有联想记忆的功能。（F ） 6、知识是将有关的信息进一步关联在一起，形成了更高层次含义的一种信息结构，信息与关联是构成知识的两个基本要素。（T ） 7、建造知识库涉及知识库建造的两项主要技术是知识获取和知识存放。（F ） 8、模糊控制系统往往把被控量的偏差（一维）、偏差变化（二维）以及偏差的变化率（三维）作为模糊控制器的输入。（T ） 9、RBF网络的学习过程与BP网络的学习过程是类似的，两者的主要区别在于使用了相同的激励函数。（F ） 10、应用遗传算法求解问题时，在编码方案、适应度函数及遗传算子确定后，算法将利用进化过程中获得的信息自信组织搜索。（T ） 三、简答题 1.分别说明专家系统与专家控制系统？ 答：专家系统就是利用存储在计算机内的某一特定领域内人类专家的知识，来解决过去需要人类专家才能解决的现实问题的计算机系统。专家控制是将人工智能领域的专家系统理论和技术与控制理论方法和技术相结合，仿效专家智能，实现对较为复杂问题的控制。基于专家控制原理所设计的系统称为专家控制系统。 2.人工神经网络中两种典型的结构模型是什么？它们进行学习时具有哪些特点？ 答：两种典型的结构模型是前馈神经网络和反馈神经网络。前馈神经网络有感知器和BP网络等；主要采用 学习规则，这是有教师学习方法。反馈神经网络有Hopfield神经网络、Boltzmann机网络等；主要采用Hebb学习规则，概率式学习算法。 3.应用遗传算法计算时，设计编码的策略与编码评估准则（即编码原则）是什么？
第三章新型传感器 【3】简述湿敏电阻式传感器的工作原理。 答：水分子有较大的偶极矩（分子中征服中心不重合的程度），故易于吸附在固体表面并渗入固体内部。水分子的这种吸附和渗透称为水分子亲和力特征，利用这一特征制作的湿度传感器称为水分子亲和力型湿度传感器。 湿敏电阻是电阻值随着环境相对湿度变化而变化的敏感元件。主要由绝缘基板、湿敏层和电极组成。湿敏层吸收了环境中的水分子后引起电阻值的变化，再经过测量电路转换为电压的形式输出。 【8】光电效应有哪几种？与之对应的光电元件各有哪些？ 答：根据光电效应现象的不同特征，可将光电效应分为外光电效应、内光电效应和光生伏打效应三类。 光电器件有：光电管、光电倍增管、光敏电阻（内光电效应）、光敏二极管（内光电效应）、光敏三极管（内光电效应）、光电池（光生伏打效应）和光电耦合器。 【9】光电传感器有哪几部分组成？被测量可以影响光电传感器的哪些部分？ 答：光电传感器通常由光源、光学通路和光电元件三部分组成。如图所示。图中Ф1是光源发出的光信号，Ф2是光电器件接受的光信号，被测量可以是x1或者x2，它们能够分别造成光源本身或光学通路的变化，从而影响传感器输出的电信号I。光电传感器设计灵活，形式多样，在越来越多的领域内得到广泛的应用。 【12】超声波传感器如何对工件进行探伤？ 答：从超声波的行进方向来看，可分为两种基本类型：投射型和反射型。 超声波探伤是一种无损检测技术，最常用的是脉冲反射法。测试前，先将探头插入探伤仪的连接插座上。探伤仪面板上有一个荧光屏，通过荧光屏可知工件中是否存在缺陷、缺陷的大小及位置。工作时探头放于被测工件上，并在工件上来回移动进行检测。探头发出的超声波，以一定速度向工件内部传播，如工件中没有缺陷，则超声波传到工件底部便产生反射，在荧光屏上只出现始脉冲T 和底脉冲B。如工件中有缺陷，一部分声脉冲在缺陷处产生反射，另一部分继续传播到工件底部反射，在荧光屏上出现三个脉冲，多了一个脉冲F。通过缺陷脉冲在萤光屏上的位置可确定缺陷在工件中的位置，也可以通过脉冲的幅度高低来判别缺陷的大小。 【增】简述智能传感器的构成方法与实现途径。 答：智能传感器可以对信号进行检测、分析、处理、存储和通信，具备了人类的记忆、分析、思考和交流的能力，即具备了人类的智能，所以称为智能传感器。智能传感器主要由传感器、微处理器及相关电路组成。 目前传感技术的发展是沿着三条途径实现智能传感器的: (1)非集成实现：将传统的经典传感器（采用非集成工艺制作的传感器，仅具有获取信号的
精品文档 3-1模糊逻辑控制器由哪几部分组成？各完成什么功能？答：模糊控制系统的主要部件是模糊化过程、知识库（数据 库和规则库）、推理决策和精确化计算。 K模糊化过程模糊化过程主要完成：测量输入变量 的值，并将数字表示形式的输入量转化为通常用语言值表示 的某一限定码的序数。 2、知识库知识库包括数据库和规则库。 1）＞数据库数据库提供必要的定义，包含了语言控 制规则论域的离散化、量化和正规化以及输入空间的分区、 隶属度函数的定义等。 2）、规则库规则库根据控制目的和控制策略给出 了一套由语言变量描述的并由专家或自学习产生的控制规则的集合。它包括：过程状态输入变量和控制输出变量的选择，模糊控制系统的建立。 3、推理决策逻辑推理决策逻辑是利用知识库的信息模拟人类的推理决策过程，给出适合的控制量。（它是模糊控制的核心）。 4、精确化过程在推理得到的模糊集合中取一个能最 AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF
佳代表这个模糊推理结果可能性的精确值的过程称为精确化过程。 ｛模糊控制器采用数字计算机。它具有三个重要功能: 1）把系统的偏差从数字量转化为模糊量（模糊化过程、数据库两块）; 2）对模糊量由给定的规则进行模糊推理（规则库、推理决策完成）; 3）把推理结果的模糊输出量转化为实际系统能够接受的精确数字量或模拟量（精确化接口）。 3-2模糊逻辑控制器常规设计的步骤怎样？应该注意哪些问题？答：常规设计方法设计步骤如下: 确定模糊控制器的输入、输出变量 2、确定各输入、输出变量的变化范围、量化等级和量 化因子 3、在各输入和输出语言变量的量化域内定义模糊子 集。 模糊控制规则的确定5、求模糊控制表 AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF 4、
第二章测试系统 2-2 解释下列概念：频率特性、频响函数和工作频带 解：频率特性是指测试系统反映出来的输出与输入幅值之比和两者之间相位差是输入频率的函数的特性。 频响函数是指系统稳态输出量的付立叶变换与输入量的付立叶变换之比。（参见教材P11页） 或者频响函数是指当测试系统的输入为正弦信号时，将该信号的输出与输入之比。 工作频带是指测试装置的适用频率范围，在该频率范围内，仪器装置的测试结果均能保证达到其它相关的性能指标。（或P25工作频率范围） 2-4 某动压力测量时，所采用的压电式压力传感器的灵敏度为90.0nC/MPa，将它与增益为0.005V/nC的电荷放大器相连，然后将其输出送入到一台笔式记录仪，记录仪的灵敏度为20mm/V，试计算系统的总灵敏度。又当压力变化3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？ 解：系统总灵敏度为：90.0×0.005×20=9mm/MPa 当压力变化3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量为： 3.5×9=31.5mm
2-5 用某一阶装置测量频率为100Hz 的正弦信号，要求幅值误差限制在5%以内，问其时间常数应取多少？如果用具有该时间常数的同一装置测量频率为50Hz 的正弦信号，试问此时的幅值误差和相角差分别为多少？ 解：（1）根据一阶系统的幅频特性可知： %51) (111)(A 2 ≤-+= -τωω，即%5) (1112 ≤+- τω 将Hz f ππω0022==代入上式，可解得：41023.5-?≤τ （2）用该装置测量频率为50Hz 的正弦信号时： 013.01) (111)(A 2 =-+= -τωω，故幅值差为1.3% 相角差：ο3.9)arctan()(-=-=τωωφ 2-6 设用一个时间常数为1s .0=τ的一阶装置测量输入为 t t t x 40sin 2.04sin )(+=的信号，试求其输出)(t y 的表达式。设静态灵敏 度K=1。 解：根据一阶系统的幅频特性2 ) (1K )(A τωω+= 、 相频特性)arctan()(τωωφ-=以及静态灵敏度K=1， 将数据代入，可得： )96.7540sin(048.0)8.214sin(93.0) 4arctan 40sin(171 2.0)4.0arctan 4sin(16.11)(οο-+-=-?+-=t t t t t y
3-1 模糊逻辑控制器由哪几部分组成？各完成什么功能？ 答：模糊控制系统的主要部件是模糊化过程、知识库（数据库和规则库）、推理决策和精确化计算。 1、模糊化过程 模糊化过程主要完成：测量输入变量的值，并将数字表示形式的输入量转化为通常用语言值表示的某一限定码的序数。 2、知识库 知识库包括数据库和规则库。 1）、数据库 数据库提供必要的定义，包含了语言控制规则论域的离散化、量化和正规化以及输入空间的分区、隶属度函数的定义等。 2）、规则库 规则库根据控制目的和控制策略给出了一套由语言变量描述的并由专家或自学习产生的控制规则的集合。它包括：过程状态输入变量和控制输出变量的选择，模糊控制系统的建立。 3、推理决策逻辑 推理决策逻辑是利用知识库的信息模拟人类的推理决策过程，给出适合的控制量。（它是模糊控制的核心）。 4、精确化过程 在推理得到的模糊集合中取一个能最佳代表这个模糊推理结果可能性的精确值的过程称为精确化过程。 {模糊控制器采用数字计算机。它具有三个重要功能： 1）把系统的偏差从数字量转化为模糊量（模糊化过程、数据库两块）； 2）对模糊量由给定的规则进行模糊推理（规则库、推理决策完成）； 3）把推理结果的模糊输出量转化为实际系统能够接受的精确数字量或模拟量（精确化接口）。} 3-2 模糊逻辑控制器常规设计的步骤怎样？应该注意哪些问题？ 答：常规设计方法 设计步骤如下： 1、确定模糊控制器的输入、输出变量 2、确定各输入、输出变量的变化范围、量化等级和量化因子 3、在各输入和输出语言变量的量化域内定义模糊子集。 4、模糊控制规则的确定 5、求模糊控制表 3-3 已知由极大极小推理法得到输出模糊集为：0.30.810.50.1 12345 C=++++ ----- .试用重心法计算出此推理结果的精确值z。 重心法 重心法是取模糊隶属度函数的曲线与横坐标围城面积的重心为模糊推理最终输出值。
第三章 一、选择题 1.电涡流传感器是利用 材料的电涡流效应工作的。 A.金属导电 B.半导体 C ．非金属 D ．PVF2 2.为消除压电传感器电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响，可采用 。 A.电压放大器 B.电荷放大器 C ．前置放大器 3.调频式电涡流传感器的解调电路是 。 A.整流电路 B.相敏检波电路 C.鉴频器 4.下列传感器中 是基于压阻效应的。 A..金属应变片 B.半导体应变片 C.压敏电阻 5.石英晶体沿机械轴受到正应力时，则会在垂直于——的表面上产生电荷量。 A.机械轴 B.电轴 C.光轴 6.金属丝应变片在测量构件的应变时，电阻的相对变化主要由 来决定的。 A.贴片位置的温度变化 B.电阻丝几何尺寸的变化 C.电阻丝材料的电阻率变化 7.电容式传感器中，灵敏度最高的是 。 A.面积变化型 B ．介质变化型 C ．极距变化型 8.极距变化型电容传感器适宜于测量微小位移量是因为 。 A.电容量微小影响灵敏度 B.灵敏度与极距的平方成反比，间距变化大则产生非线性误差 C.非接触测量 9.高频反射式涡流传感器是基于 效应来实现信号的感受和变换的。 A.涡电流 B.纵向 C.横同 10.压电材料按一定方向放置在交变电场中，其几何尺寸将随之发生变化，这称为 效应。 A.压电 B.压阻 C.压磁 D.逆压电 二、填空题 1.可用于实现非接触式测量的传感器有 和 等。 2.电阻应变片的灵敏度表达式为E l dl R dR S λγ++==21//，对于金属应变片来说：S ＝ ， 而对于半导体应变片来说S ＝ 。 3.具有 的材料称为压电材料，常用的压电材料有 和 。 4.光电元件中常用的有 、 和 。 5.压电传感器在使用 放大器时，其输出电压几乎不受电缆长度变化的影响。 6.电阻应变片的电阻相对变化率是与 成正比的。 7.压电传感器在使用电压前置放大器时，连接电缆长度的改变，测量系统的 也 将发生变化。 8.电容式传感器有 型 型和 型3种类型，其中 型的灵敏度最高。 9. 霍尔元件是利用半导体元件的 特性工作的。 10. 按光纤的作用不同，光纤传感器可分为 和 两种类型。
第一章 1.举例说明你知道的检测系统的工作原理 激光检测一激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此 激光的检测可辨别钞票的真假。山于仿制困难，故用于辨伪很准确。 2.简述光电检测系统的组成和特点 组成：（1）光学变换：时域变换-------调制振幅，频率，相位，脉宽 空域变换-------光学扫描 光学参量调制：光强，波长，相位，偏振 形成能被光电探测器接收，便于后续电学处理的光学信息。 （2）光电变换，变换电路，前置放大 将信息变为能够驱动电路处理系统的电信息（电信号的放大和处理）（3）电路处理 放大，滤波，调制，解调，A/D，D/A，微机与接口，控制。 第二章 1.试归纳总结原子自发辐射，受激吸收，受激辐射三个过程的基本特征。 自发辐射：处于激发态的原子在激发态能级只能一段很短的时间，就自发地跃迁到较低能级中去，同时辐射出光子。 受激辐射：在外来光的作用下，原子从激发态能级跃迁到低能级，并发射一个与外来光完全相同的光子。 受激吸收：处于低能级的原子，在外来光的作用下，吸收光子的能量向高能级跃迁。 2.场致发光（电致发光）有哪几种形式，各有什么特点 结型电致发光（注入式发光）：在p-n结结构上面加上正向偏压(即p区接电源正极，n区接电源负极)时，引起电子由n区流入(在物理上称为“注入”)p区，空穴由p区流入n区，发生了电子和空穴复合而产生发光。 粉末电致发光：这是在电场作用下，晶体内部电子与空穴受激复合产生的发光现象。两电极夹有发光材料 薄膜电致发光：薄膜电致发光和粉末电致发光相似，也是在两电极间夹有发光材料，但材料是一层根薄的膜，它和电极直接接触，不混和介质。 3.为什么发光二极管的PN结要加正向电压才能发光 加正向偏压时，外加电压削弱内建电场，使空间电荷区变窄，载流子的扩散运动加强，构成少数载流子的注入，产生电子和空穴的复合，从而释放能量，并产生电致发光现象。 4.发光二极管的外量子效率与射出的光子数，电子空穴对数，半导体材料的折射率有 关。 5.简述半导体激光器的工作原理，它有哪些特点，对工作电源有什么要求
?（一）检测 一、检测是通过一定的物理方式，分辨出被测参数量病归属到某一范围带，以此来 判别被测参数是否合格或参数量是否存在。测量时将被测的未知量与同性质的标准量进行比较，确定被测量队标准量的倍数，并通过数字表示出这个倍数的过程。 在自动化和检测领域，检测的任务不仅是对成品或半成品的检验和测量，而且为了检查、监督和控制某个生产过程或运动对象使之处于人们选定的最佳状况，需要随时检测和测量各种参量的大小和变化等情况。这种对生产过程和运动对象实时检测和测量的技术又称为工程检测技术。 测量有两种方式：即直接测量和间接测量 直接测量是对被测量进行测量时，对以表读数不经任何运算，直接的出被测量的数值，如：用温度计测量温度，用万用表测量电压 间接测量是测量几个与被测量有关的物理量，通过函数关系是计算出被测量的数值。 如：功率P与电压V和电流I有关，即P=VI，通过测量到的电压和电流，计算出功率。 直接测量简单、方便，在实际中使用较多；但在无法采用直接测量方式、直接测量不方便或直接测量误差大等情况下，可采用间接测量方式。 光电传感器与敏感器的概念 传感器的作用是将非电量转换为与之有确定对应关系得电量输出，它本质上是非电量系统与电量系统之间的接口。在检测和控制过程中，传感器是必不可少的转换器件。 从能量角度出发，可将传感器划分为两种类型：一类是能量控制型传感器，也称有源传感器；另一类是能量转换传感器，也称无源传感器。能量控制型传感器是指传感器将被测量的变换转换成电参数（如电阻、电容）的变化，传感器需外加激励电源，才可将被测量参数的变化转换成电压、电流的变化。而能量转换型传感器可直接将被测量的变化转换成电压、电流的变化，不需外加激励源。 在很多情况下，所需要测量的非电量并不是传感器所能转换的那种非电量，这就需要在传感器前面加一个能够把被测非电量转换为该传感器能够接收和转换的非电量的装置或器件。这种能够被测非电量转换为可用电量的元器件或装置成为敏感器。例如用电阻应变片测量电压时，就需要将应变片粘贴到售压力的弹性原件上，弹性原件将压力转换为应变力，应变片再将应变力转换为电阻的变化。这里应变片便是传感器，而弹性原件便是敏感器。敏感器和传感器随然都可对被测非电量进行转换，但敏感器是把被测量转换为可用非电量，而传感器是把被测非电量转换为电量。 二、光电传感器是基于光电效应，将光信号转换为电信号的一种传感器，广泛应用 于自动控制、宇航和广播电视等各个领域。 光电传感器主要噢有光电二极管、光电晶体管、光敏电阻Cds、光电耦合器、继承光电传感器、光电池和图像传感器等。主要种类表如下图所示。实际应用时，要选择适宜的传感器才能达到预期的效果。大致的选用原则是：高速的光电检测电路、宽范围照度的照度计、超高速的激光传感器宜选用光电二极管；几千赫兹的简单脉冲光电传感器、
传感第一章 1.何为准确度、精密度、精确度?并阐述其与系统误差和随机误差的关系。 答:准确度:反映测量结果中系统误差的影响程度。 精密度:反映测量结果中随机误差的影响程度。 精确度:反映测量结果中系统误差和随机误差综合的的影响程度,其定量特征可用测量的不确定度表示。 4.为什么在使用各种指针式仪表时,总希望指针偏转在全量程的2/3以上范围内使用? 答:选用仪表时要考虑被测量的大小越接近仪表上限越好,为了充分利用仪表的准确度,选用仪表前要对被测量有所了解,其被测量的值应大于其测量上限的2/3。 14.何为传感器的静态标定和动态标定?试述传感器的静态标定过程。 答:静态标定:确定传感器的静态特性指标,如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。动态标定:确定传感器的动态特性参数,如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。 静态标定过程: ①将传感器全量程分成如干等间距点。 ②根据传感器量程分点情况,由小到大一点一点地输入标准量值,并记录与各输入值相应的输出值。 ③将输入值由大到小一点一点减小,同时记录与各输入值相对应的输出值。 ④按②、③所述过程,对传感器进行正反行程往复循环多次测试,将得到的输出-输入测试数据用表格列出或作出曲线。 ⑤对测试数据进行必要的处理,根据处理结果就可以确定传感器的线性度、灵敏度、迟滞和重复性等静态特性指标。 第二章 1.什么叫应变效应?利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。 答:应变效应:金属丝的电阻随着它所受的机械形变的大小而发生相应的变化的现象称为金属应变效应。 工作原理:在电阻丝拉伸极限内,电阻的相对变化与应变成正比, 即:=K0 (K0:电阻丝的灵敏系数、:导体的纵向应变) 2.金属电阻应变片与的工作原理有何区别?各有何优缺点? 答:区别:金属电阻变化主要是由机械形变引起的;半导体的阻值主要由电阻率变化引起的。 优缺点:金属电阻应变片的主要缺点是应变灵敏系数较小,半导体应变片的灵敏度是金属电阻应变片50倍左右。
光电探测技术与应用 第一章课后习题答案（部分） 1.1 辐射度量与光度量之间有哪些区别？有哪些相同点和联系？ 答：光辐射度量在历史上形成了辐射度学和光度学两套度量系统。辐射度学：是建立在物理测量的基础上的辐射能量客观度量,不受人眼主观视觉的限制，其概念和方法适用于整个光辐射范围（红外、紫外辐射等必须采用辐射度学）。光度学：是建立在人眼对光辐射的主观感觉基础上，是一种心理物理法的测量，故只适用于电磁波谱中很窄的可见光区域。 1.2一支氦-氖激光器（波长为63 2.8nm ）发出激光的功率为2mw 。该激光束的平面发散角为1mrad ，激光器的放电毛细管直径为1mm 。 （1）求出该激光束的光通量，发光强度，光亮度，光出射度。 （2）若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的反射比为0.85，求该屏上的光亮度。 解：① 该激光束的光通量 328.0102240.0683)(3-???==e m v V K φλφLm （流明） 发光强度 )1028.3(102.44 /)101(328.05523??=?=?Ω=-πφv v I Cd(坎德拉) 光亮度 )102.4(1035.54 /)101(102.41111235 ??=??=?=-或πS I L v v Cd/m 2 光出射度 523102.44 /)101(328.0?=?=?=-πφS M v v Lm/m 2 ② 10米远处光斑面积大小： 52321085.7)10110(4 14.3)(4--?=??=?=θπ L S m 2 反射光功率为： 33'107.110285.0--?=??==P P ρW 反射光通量 279.0240.0683107.1)(3''=???==-λφV K P m v Lm 漫反射屏可以看作是个朗伯体，其法向发光强度I 0与光通量的关系是πφ/0=I ，由于朗伯体的光亮度与方向无关，所以：