第1章传感器与检测技术基础思考题答案 l.检测系统由哪几部分组成？说明各部分的作用。 答:一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。下图给出了检测系统的组成框图。 检测系统的组成框图 传感器是把被测量转换成电学量的装置，显然,传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件,是检测系统最重要的环节,检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的，因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。 测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号.通常传感器输出信号是微弱的,就需要由测量电路加以放大，以满足显示记录装置的要求。根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作. 显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节,主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。 2。传感器的型号有几部分组成,各部分有何意义？ 依次为主称(传感器）被测量—转换原理—序号 主称——传感器，代号C； 被测量——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。见附录表2; 转换原理—-用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。见附录表3; 序号-—用一个阿拉伯数字标记，厂家自定，用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等。若产品性能参数不变，仅在局部有改动或变动时，其序号可在原序号后面顺序地加注大写字母A、B、C等，（其中I、Ｑ不用）。 例：应变式位移传感器: C ＷＹ-ＹB—２0；光纤压力传感器：C Y—GQ—２. ３。测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，应当采用何种测量方法? 如何进行? 答：测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情况时，最好采用微差式测量.此时输出电压认可表示为Ｕ0，U0＝U+△U,其中△U是负载电阻变化所引起的输出电压变化量，相对U来讲为一小量。如果采用偏差法测量,仪表必须有较大量程以满足Ｕ０的要求,因此对△U，这个小量造成的U0的变化就很难测准.测量原理如下图所示： 图中使用了高灵敏度电压表-—毫伏表和电位差计，R r和E分别表示稳压电源的内阻和电动势，凡表示稳压电源的负载,Ｅ１、R1和R w表示电位差计的参数.在测量前调整R１使电位
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
红外测试技术培训试 题
红外测试技术培训试题 一、 单选题 1. 红外成像仪的色标温度量程宜设置在环境温度加 左右的温升范围内。 （ ） （a ） （A ）10K-20K （B ）5K-10K （C ）15K-25K （D ）20K-30K 2. 下图中哪个成像图不符合“确保被测设备不被遮蔽”原则（ ） （d ） 3. 在进行红外测试时，有以下步骤需要遵循，①重点、温度异常点精确测 温，②全面测温，③环境检测；应遵循的正确顺序为：（ ） （c ） （A ） ③①② （B ） ②③① ℃ 51.5℃3540 4550AR01℃51.5℃ 35404550 AR01℃ 51.5℃ 35 40 4550 AR01℃51.5℃ 35 404550 AR01 （A ） （B ） （C ） （D ）
（C）③②① （D）②①③ 4.对变压器进行红外诊断，应开变电站第种工作票。（）（b） (A) 第一种工作票 (B) 第二种工作票 (C) 第三种工作票 5.在红外诊断对环境的要求中，下列说法不恰当的为（）（b） (A) 环境温度一般不宜低于5℃、相对湿度一般不大于85% (B) 最好在阳光充足，天气晴朗的天气进行 (C) 检测电流致热型的设备，最好在高峰负荷下进行。否则，一般应在不低于30%的额定负荷下进行 (D) 在室内或晚上检测应避开灯光的直射，最好闭灯检测 6.在对红外热像仪拍摄的图像进行分析时，采用的是表面温度判别法，下列 解释准确的为( ) （d） (A) 同组三相设备、同相设备之间及同类设备之间对应部位的温差进行相比较 (B) 与红外测试的历史数据作相比较 (C) 在一段时间内使用红外热像仪连续检测某被测设备，观察设备温度随 负载、时间等因素变化的方法。 (D) 将所测得温度、与环境的温差，与设备运行规定值相比较 7.红外检测中，精确检测要求设备通电时间不小于（）（c） (A) 2h (B) 4h (C) 6h (D) 8h
射线检测技术介绍 射线检测技术是目前在锅炉压力容器及管道施工检测中应用最广泛的一种检测方法。在各个行业由于检测对象的特点及要求质量等级的不同，执行的检测标准主要是GB332-3-2005《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》；JB/T4730-2005《承压设备无损检测》；SY/T4109-2005《石油天然气钢质管道无损检测》等标准，无论哪个标准都对射线检测提出的检测人员、检测设备、检测工艺、检测材料、检测环境等要求，现逐一分析：（以JB/T4730-2005《承压设备无损检测》为例） 一、射线检测技术等级 根据JB/T4730-2005《承压设备无损检测》规定，将射线检测技术等级分为3级，A级—低灵敏度技术；AB级—中灵敏度技术；B级—高灵敏度技术。明确承压设备对接焊接接头的制造、安装、在用时的射线检测，一般应采用AB级射线检测技术进行检测。对重要设备、结构、特殊材料和特殊焊接工艺制作的对接焊接接头，可采用B级技术进行检测。根据标准，对于石油石化管道焊接接头的射线检测应采用AB级。 二、对于不同管径拍片张数的确定 确定AB级射线检测技术等级后，就可以确定环焊缝检测的K值。K值是反映射线检测裂纹检测率要求，根据标准，对100mm＜D o≤400mm的环向对接焊接接头K值等于1.2，拍片张数见表一：
表一100mm＜D o≤400mm管道环焊缝双壁单影透照次数计算表 从表一可以看出，决定拍片张数的是底片的有效检测长度，而有效检测长度是由标准的K值所确定的。根据标准确定K值后，查阅JB4730附录中的莫诺图（图一为K=1.2时的透照次数图），确定透照次数。 以φ114×20管线拍片为例：管径Do=114mm，壁厚T=20mm，焦距F=264mm，则参数Do/F=114/264=0.43，T/Do=20/114=0.175，查莫诺图求两条线的交点，即得到拍片数量6张。
电网设备状态检测技术培训 ---------红外检测技术
安徽省电力科学研究院 王庆军 2011年3月
输变电设备运维及故障诊断分析技术交流会
主讲人简介
王庆军,安徽省电力科学研究院高压所副所长，国网 公司技术专家 长期从事红外检测技术研究工作 公司技术专家，长期从事红外检测技术研究工作。
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一、红外检测基本知识及术语 红外 测基本 及术语 二、红外热像仪的操作使用 三、判断方法 判断 法 四、诊断依据及缺陷类型确定 、诊断依据及缺陷类型确定 五、电气设备红外缺陷典型图谱
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一、红外检测基本知识及术语 红外检测基本知识及术语
? 1 、红外线是 、红外线是一种电磁波（英国物理学家 种电磁波（英国物理学家 赫胥尔 1800 年发 现） (0.75 ￣1000 微米) ，位于可见光红色光带（0.38￣0.78 微米）之外，普通玻璃能透过可见光，但是却几乎不能透 过红外线。
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? 2 2、热传输的方式 热传输的方式 热传输有三种方式，分别是：传导、对流和辐射。对流通常只发生 在流体介质中。 介质中 ? 3、红外热像仪一般是由三部分组成： 红外探测头、图像处理、监视器。 ? 4、焦平面红外探测器的工作原理： 是依靠探测微型辐射热量的热探测器(Microbolometer)。探测器通过吸 收 射的红外辐射致使自身温度上升，从而引起探测器电阻变化，在 收入射的红外辐射致使自身温度上升，从而引起探测器电阻变化，在 外加电压的情况下进而产生信号电压。 ? 5、黑体： 任何情况下对一切波长的入射辐射的吸收率都等于1的物体。
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第一章检测技术的基础知识 一、填空题 1．检测技术是一门以研究自动检测系统中的信息提取、信息转换以及信息处理的理论和技术为主要内容的应用技术学科。 2．一个完整的检测系统或检测装置通常由传感器、测量电路和输出单元及显示装置等部分组成。 3．传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成，其中敏感元件是必不可少的。 4．在选用仪表时，最好能使其工作在不小于满刻度值2/3 的区域。 5．准确度表征系统误差的大小程度，精密度表征随机误差的大小程度，而精确度则指准确度和精密度的综合结果。6．仪表准确度等级是由系统误差中的基本误差决定的，而精密度是由随机误差和系统误差中的附加误差决定的。 7、若已知某直流电压的大致范围，选择测量仪表时，应尽可能选用那些其量程大于被测电压而又小于被测电压1.5倍的电压表。（因为U≥2/3Umax） 二、选择题 1．在一个完整的检测系统中，完成信息采集和信息转换主要依靠 A 。 A．传感器 B. 测量电路 C. 输出单元 2．构成一个传感受器必不可少的部分是 B 。 A．转换元件B．敏感元件C．转换电路D．嵌入式微处理器 3．有四台量程均为0-600℃的测量仪表。今要测一约为500℃的温度，要求相对误差≤2.5%，选用精度为 D 的最为合理。 A．5.0级B．2.5级C．2.0级D．1.5级 4．有四台量程不同，但精度等级均为1.0级的测温仪表。今欲测250℃的温度，选用量程为 C 的最为合理。A．0～1000℃B．300～500℃C．0～300℃D．0～500℃ 5．某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力，发现缺少约0.5kg，但该采购员对卖巧克 力的商店意见最大，在这个例子中，产生此心理作用的主要因素是Ｂ。 A．绝对误差B．示值相对误差C．满度相对误差D．精度等级 6．在选购线性仪器时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。这时必须考虑到应尽量使选购的仪表量程为 欲测量的Ｃ左右为宜。 A．3倍B．10倍C．1.5倍D．0.75倍 7．用万用表交流电压档（频率上限为5kHz）测量100kHz、10V左右的高频电压，发现示值不到2V，该误差属 于 B 。用该表主流电压档测量5号电池电压，发现每次示值均为1.8V,该误差属于 A 。 A．系统误差B．粗大误差C．随机误差D．动态误差 8．重要场合使用的元器件或仪表，购入后需进行高、低温循环老化试验，其目的是为了Ｄ。 A．提高精度B．加速其衰老C．测试其各项性能指标D．提高可靠性能 9．电工实验中，采用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于 B 测量，而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于C 测量。 A．偏位式B．零位式C．微差式 三、计算题 1．有一温度计，它的测量范围为0~200℃，精度为0.5级，求： 1）该仪表可能出现的最大绝对误差。 2）当示值分别为20℃、100℃时的示值相对误差。 2．已知待测拉力约为70N左右。现有两只仪表，一只为0.5级,测量范围为0~500N；另一只为1.0级，测量范围 为0~100N。问选用哪一只测力仪表较好？为什么？ 3．有一台测量压力的仪表，测量范围为（0~10）Mpa,压力与仪表输出电压之间的关系为U0=a0+a1p+a2p2,式中a0=1V， a1=0.6V/ Mpa，a2=-0.02V/Mpa2 求: 1)该仪表的输出特性方程; 2)该仪表的灵敏度表达式;
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
第三章射线探伤 教学目标： 一、了解射线的的产生、性质及其衰减，了解各种射线检测方法的基本 原理； 二、熟悉常见射线探伤设备及器材，能正确选择X射线照相法设备参数； 三、掌握X射线照相法检测工艺，熟悉底片评定的方法，并能根据相关 标准对焊缝质量进行评级； 四、了解射线探伤防护常识。 一、任务导入： 射线探伤是利用射线可以穿透物质和在物质中有衰减的特性来发现其中缺陷的一种无损探伤方法。它可以检查金属和非金属材料及其制品的内部缺陷，如焊缝中的气孔、夹渣、未焊透等体积性缺陷。这种无损探伤方法有独特的优越性，即检验缺陷的直观性、准确性和可靠性，而且，得到的射线底片可用于缺陷的分析和作为质量凭证存档。但此法也存在着设备较复杂、成本较高的缺点，并需要对射线进行防护。 二、相关知识 知识点一：射线的产生、性质及其衰减 1．X射线的产生 用来产生X射线的装置是X射线管。它由阴极、阳极和真空玻璃（或金属陶瓷）外壳组成，其简单结构和工作原理如图3-1所示。阴极通以电流加热至白炽状态时，其阳极周围形成电子云，当在阳极与阴极间施加高压时，电子加速穿过真空空间，高速运动的电子束集中轰击阳极靶子的一个面积（几平方毫米左右、称实际焦点），电子被阻挡减速和吸收，其部分动能（约1%）转换为X射线, 其余99%以上的能量变成热能。
图3-1 X射线的产生示意图 2．X射线的主要性质 （1）不可见，以光速直线传播。 （2）具有可穿透可见光不能穿透的物质如骨骼、金属等的能力，并且在物质中有衰减的特性。 （3）可以使物质电离，能使胶片感光，亦能使某些物质产生荧光。 3.γ射线的产生及性质 γ射线是由放射性物质（60Co、192Ir等）内部原子核的衰变过程产生的。 γ射线的性质与X射线相似，由于其波长比X射线短，因而射线能量高，具有更大的穿透力。例如，目前广泛使用的γ射线源60Co，它可以检查250mm厚的铜质工件、350mm厚的铝制工件和300mm厚的钢制工件。 4.射线 当射线穿透物质时，由于物质对射线有吸收和散射作用，从而引起射线能量的衰减。 射线在物质中的衰减是按照射线强度的衰减是呈负指数规律变化的,以强度的一束平行射线束穿过厚度为δ的物质为例，穿过物质后的射线强度为：为I I=I0e－μδ 式中I—－射线透过厚度δ的物质的射线强度； I0—－射线的初始强度； e—－自然对数的底；
红外探测技术 红外检测技术基本原理 红外技术的原理是基于自然界中一切温度高于绝对零度的物体，每时每刻都辐射出红外线，同时，这种红外线辐射都载有物体的特征信息，这就为利用红外技术探测和判别各种被测目标的温度高低与热分布场提供了客观的基础。 红外线是波长在0. 76?1000 U m之间的一种电磁波，按波长范围可分为近红外、中红外、远红外、极远红外四类，它在磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域。 红外线辐射在真空中的传播速度 C=299792458m/s ?3xlO lu cm/s 红外辐射的波长 A = — co 式中：C:速度 2：波长 3 :频率 红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，它是基于任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停的辐射出热红外能量，分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大，反之，辐射的能量愈小。 温度在绝对零度以上的物体，都会因自身的分子运动而辐射出红外
线。其中黑体频谱辐射能流密度对红外辐射波长的关系，根据普郎克定律： D一GxL （瓦?厘米”"微米"） 式中： P一波长％,热力r AT 学温度为T时，黑体的红外辐射功率。 C一光速度 (axiomcm/s) C—第一辐射常 数二3.7415X104（瓦厘米?微米2） 之一波长（微米），T热力学 温度（K）温度辐射的能量密 度峰值对应的 波长，随物体温度的升高波长变短。 根据维思定律：人理（urn） T 式中： A一峰值波长，单位：um T一物体的绝对温度单位K 物体的红外辐射功率与物体表面绝对温度的四次方成正比，与物体表面的发 射率成正比。物体红外辐射的总功率对温度的关系，根据斯蒂芬—波尔兹曼定 律：
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
带电设备红外诊断技术应用导则 参照中华人民共和国 电力行业标准DL/T664-1999《带电设备红外诊断技术应用导则》 《华北电网有限公司红外技术管理制度》 1、从事红外检测与诊断工作的人员应具备以下素质： (1)从事红外检测与诊断工作的人员应熟悉红外检测与诊断技术的基本原理，掌握红外检测仪器的工作原理、主要性能、技术指标以及操作方法，并能熟练操作红外检测仪器。 (2)从事红外检测与诊断工作的人员应了解电气设备的性能、结构、运行状况。 (3)从事红外检测与诊断工作的人员应熟悉掌握中华人民共和国电力行业标准DL/T664-1999《带电设备红外诊断技术应用导则》和本管理制度，掌握《国家电网公司电力安全工作规程（变电站和发电厂电气部分、电力线路部分）（试行）》和现场试验的有关安全规定。 2、红外检测的范围：只要表面发出的红外辐射不受阻挡都属于红外诊断的有效监测设备。例如：旋转电机、变压器、断路器、互感器、电力电容器、避雷器、电力电缆、母线、导线、绝缘子串、组合电器、低压电器及二次回路等。 二、红外检测与诊断的基本要求 (一)对检测设备的要求 1、红外测温仪应操作简单，携带方便，测温精确度高，测量结果的重复性好，不受测量环境中高压电磁场的干扰，仪器应满足现场带电实测对距离的要求，并应能对表面放射率、大气环境参数、测量距离等进行修正以保证测量结果的真实性。 2、红外热电视应操作简单携带方便，有较好的测温精确度，测量结果的重复性好，不受测量环境中高压电磁场的干扰图像清晰，具有图像锁定、记录、输出和简单的分析功能。 3、红外热像仪应图象清晰、稳定，不受测量环境中高压电磁场的干扰，具有较强的图象分析功能，具有较高的热传感分辨率和图象分辨率，空间分辨率应满足实测距离的要求，具有较高的测量精确度和合适的测温范围。 (二)对被检测设备的要求 1、被检测设备应为带电设备。
光电检测技术与应用课后答案 第1章 1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。 （1）光电检测技术在工业生产领域中的应用：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位…（2）光电检测技术在日常生活中的应用： 家用电器——数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器自动感应灯：亮度 检测---光敏电阻 空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD 医疗卫生——数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器办公商务——扫描仪：文档扫描---线阵CCD 红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管（3）光电检测技术在军事上的应用：夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标光电检 测技术应用实例简介点钞机 （1）激光检测—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。由于仿制 困难，故用于辨伪很准确。（2）红外穿透检测—红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而 对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。人民币的纸质特征与假钞的纸质特征 有一定的差异，用红外信号对钞票进行穿透检测时，它们对红外信号的吸收能力将会 不同，利用这一原理，可以实现辨伪。 （3）荧光反应的检测—荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。人民币采用专用纸张制造（含85％以上的优质棉花），假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm的蓝光）的照射下会出现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420－460nm的蓝光），人民 币则没有荧光反应。所以，用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞 票的荧光反映，可判别钞票真假。 （4）纸宽的检测—红外发光二极管及接收二极管的应用主要是用于根据钞票经过此红外发光及接收二极管所用的时间及电机的转速来间接的计算出钞票的宽度，并对机器 的运行状态进行判断，比如有无卡纸等；同时也能根据钞票的宽度判断出其面值。
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
红外检测技术
红外技术的基本概念 红外线是一种电磁波。因此具有电磁辐射的 特点： 波动性 传输不需要介质 红外辐射就是热辐射 红外线也是一种光线。但是人眼看不见的光 线，具有粒子性，对红外线的研究也属于光学 范畴。
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红外的历史
1800年，赫胥耳利用太阳光谱色散实 验发现了红外光。 验发现了红外光。 1835年，安培宣告了光和热射线的同 一性。 一性。 1870年，兰利制成了面积只有针孔那 样大小的探测器， 样大小的探测器，并用凹面反射光栅、 并用凹面反射光栅、 岩盐及氟化物棱镜来提高测量色散的能 力，这为红外应用的重要方面——航空 摄影奠定了基础
通常取可见光谱中红光末端为780 通常取可见光谱中红光末端为780nm， 780 ，比它长的光 就是红外光， 就是红外光，或称为热射线。 或称为热射线。
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红外的历史
1880年，“红外”一词出现在阿贝尼的文章中（ 一词出现在阿贝尼的文章中（最 早）。 1888年，麦洛尼用比较灵敏的热电堆改进了赫胥耳的 探测和测量方法， 探测和测量方法，为红外技术奠定了基础。 为红外技术奠定了基础。 1904年，开始采用近红外进行摄影。 开始采用近红外进行摄影。 1929年，科勒发明了银氧铯（ 科勒发明了银氧铯（Ag-o-Cs）光阴极， 光阴极，开 创了红外成像器件的先河。 创了红外成像器件的先河。 二十世纪30年代中期， 年代中期，荷兰、 荷兰、德国、 德国、美国各自独立研制 成红外变像管， 成红外变像管，红外夜视系统应用于实战。 红外夜视系统应用于实战。 1952年，美国陆军制成第一台热像记录仪
热电堆：由两个或多个热电偶串接组成，各热电偶输出 的热电势是互相叠加的。
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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。
现代检测技术基础试题 一、阐述仪器线性度的概念，说明有哪些直线拟合方法。阐述回程差、灵敏度和分辨力的概念。 二、仪表的精确度等级是怎样规定的？写出计算公式。某测温仪表的测温范围为0---600℃，准确度等级为2.5级；另一测温仪表的测温范围为0---1200℃，准确度等级为1.5级。现欲测量温度为500℃的设备温度，问选哪种测温仪表会更好？计算说明为什么？ 三、（1）假设你开发一台称重仪，在实验室完成了传感器、放大电路和单片机系统的设计制作，但是没有条件施加标准砝码或标准力对传感器和你的系统进行实际标定，你只有一块可用来测量电压和电流的表(或万用表), 在这种条件下你应该首先对仪器的那些指标进行测定?从误差的角度出发,你对你使用的表有何要求? （2）设传感器误差为0.1%；测量放大电路误差为0.03%；系统采用的A/D转换器为10位，试分析仪器最后能达到的最好精度等级是多少？ （3）用干电池分压的办法模拟传感器输出信号对电路进行测试，试在整个量程范围内确定其测试点。若每一个测试点测试了十次，说明你对这些数据的处理方法并写出数据处理公式。 三、画图并说明光电池的下列特性： （1）开路电压、短路电流与光照度的关系； （2）输出电流与负载电阻及光照度的关系。 四、画图并说明光电二极管与放大器的电流放大连接法、电压放大连接法和阻抗变换连接法。说明各连接法适用于哪些测量情况。 五、（1）怎样测试光敏电阻的好坏？（2）比较光敏电阻、光电池、光电二极管的异同点。（3）说明选择光电检测器时应注意哪些问题。 六、写出朗伯-比尔定律的数学表达式，说明各符号的含义。 七、用于测量输送皮带上粉粒物料的近红外水分仪为何要采用三个波长进行测
红外检测方法 红外线的划分 1672年英国著名科学家牛顿首次用三棱镜将太阳光分解为红、橙、黄、绿、青、兰、紫七色，开始了可见光光谱学的研究.英国著名天文学家赫胥尔在研究太阳光谱中各单色光的热效应时，发现最大的热效应是出现在红色光谱以外，从而发现了红外线的存在。英国著名物理学家马克斯威尔在研究电磁理论时，证实了可见光及看不见的红外线，紫外线等均属于电磁波段的一部分，从而把人们的认识统一到电磁波理论中。从波长为数千米的无线电波， 到波长为10-8A ～10-10A(1A=10-4 μm )的宇宙射线均属于电磁波的范围，而可见光谱的波长从0.4～0.76μm 仅占电磁波中极窄的一部波段。红外光谱的波段为0.76～1000μm ，要比可见光波段宽得多。为了研究和应用的方便。根据红外辐射与物质作用时各波长的响应特性和在大气中传输吸收的特性，可把红外线按波长划分为四部分： ①近红外线——波长为0.76～3 μm ； ②中红外线——波长为3～6 μm ； ③远红外线——波长为6～15 μm ； ④超远红外线——波长为15～1000 μm 目前，600 ℃以上的高温红外线仪表多利用近红外波段。600℃以下的中、低温测温仪表面热成像系统多利用中、远红外线波段，而红外线加热装置则主要利用远红外线波段。超远红外线的利用尚在开发研究中。 红外线辐射的基本定理 ①辐射能 Q ——辐射源以电磁波形式所辐射的能量(J)。 ②辐射功率 P ——辐射源在单位时间内向整个半球空间所发射的能量 (w ／s)。 ③辐射度M ——辐射源单位面积所发射的功率， ( W/m -2 )。一般，源的表面积A 越大，发射的功率也越多。因此辐射度M 是描述辐射功率P 沿源表面分布的特性。辐射度在某些文献上又称为辐出度或辐射出射度等。 ④光谱辐射度M λ——表示在波长λ处单位波长间隔内，辐射源单位面积所发射的功率。即 单位波长的辐射度， ( W/m 2·μm )，通常辐射源所发出的红外电磁波都是由多种波长成分所组成(全波辐射)。前述的辐射度M 是描述全波辐射的，因此又称为全辐射 度。而光谱辐射度则是描述某一特定波长成分的辐射度。而光谱辐射度则是描述某一特定波长成分的辐射度。 ⑤黑体的概念——黑体是为了研究方便而引入的一种理想物体。它定义为能在任何温度下将辐射到它表面上的任何波长的热辐射能全部吸收；并与其它任何物体相比，在相同温度和相同表面积的情况下其辐射功率为最大的一种物体。黑体辐射可用黑体炉来模拟。对 此，19世纪末叶的物理学家们曾做了大量实验工作，为非黑体辐射的研究奠定了基础。 ⑥比辐射率 ——定义为在相同温度及相同的条件下，实际物体(非黑体)与黑体的辐射度的比值，即： 黑体的辐射度实际物体的辐射度==b M M ε 有的文献还定义了光谱比辐射率 黑体的光谱辐射度实际物体的光谱辐射度== b λλεM M Q P t ?=?P M A ?=?M M λλ?=?
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。
问题： 1、举例简述应变测量时温度补偿的基本原理； 2、说明悬臂梁式力传感器对力的作用点不敏感的原理； 3、简述压电式加速度传感器的工作原理； 4、简述用霍尔传感器测试电机转速的方法； 5、简述利用压力传感器测量容器中液位高度的方法； 6、用电涡流传感器测量转轴的径向跳动时传感器直径与轴的直径之间应满足的关系，并说明原因。 问题1：举例简述应变测量时温度补偿的基本原理 绝大多数的金属材料的电阻都具有随温度升高而增大的属性，电阻应变片对温度变化十分敏感。当环境温度变化时，因应变片的线膨胀系数与被测构件的线膨胀系数不同，且敏感栅的电阻值随温度的变化而变化，所以测得应变将包含温度变化的影响，是附加的变化，影响测量的精度，故要在测量中消除掉。 消除温度影响的措施： 温度自补偿：根据电桥的和、差特性：相邻边桥臂电阻变化是，各自引起的输出电压相减。例如测量悬臂梁的受到载荷时的变形量，由工程力学知悬臂梁上表面能受拉，下表面受压，在上表面和下表面接入电桥的相邻桥臂的电阻应变片，它们各具有R ?+和R ?-的电阻变化，在温度变化时有阻值变化t R ?而引起的温度误差，由于接入的相邻桥臂，因此所产生的附加温度电压相减抵消了，实现了温度误差的自动补偿。 补偿片补偿法：把粘贴在构件被测点处的应变片称为工作片，在工作应变片附近放置另一个相同的应变片，并作为一个桥臂与工作桥臂相邻接入电桥中，在工作过程中该应变片并不承受应变，只感受温度变化，从而在电桥中相互得到补偿。
还是例如测量悬臂梁的变形量，在工作应变片附近放置一组和工作应变片一样的应变片，不承受应变，温度变化时有阻值变化t R ?而引起的温度误差，由于接入的相同的应变片，因此所产生的附加温度电压相减抵消了。 问题2：说明悬臂梁式力传感器对力的作用点不敏感的原理； 悬臂梁在材料力学中认为是变形固体，而在材料力学中对变形固体有几点假设： 1、均匀连续性假设：假定材料无间隙、均匀地充满整体空间，各部分的性质相同。 2、各向同性假设：认为材料沿各个方向的力学性能是相同的。 由以上假设得知，力作用在弹性元件(梁)上时，弹性元件(梁)与应变片一起变形使应变片的电阻值变化,传感器上时是同时且均匀传递到每一处的，故无论力作用在那一个点上，传感器都能获取得。当力作用在自由端时，距作用点任何截面上应力相等，有力作用时，梁表面整个长度上产生大小相等的应变，所以等强度梁对应变片粘贴在什么位置要求不高。 问题3：简述压电式加速度传感器的工作原理 压电式加速度传感器是基于压电晶体的压电效应工作的。某些晶体在一定方向上受力变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去除后，又重新恢复到不带电状态；若改变作用力方向，电荷的方向也随着改变，这种现象称为“压电效应”，具有“压电效应”的晶体称为压电晶体。反过来，若将这样的晶体材料放置在交流电场中，晶体本身则产生机械变形，这种现场称为逆压电效应。 问题4：简述用霍尔传感器测试电机转速的方法 当霍尔传感器靠近导磁物体时，霍尔传感器内部的磁场发生变化，由于霍尔效应，产生不同的霍尔电动势，以此可以判断是否有导磁物体接近。 霍尔传感器用于测量电机转速时，一般是霍尔传感器固定安装，而在电机的旋转部位安装一个导磁性好的磁钢，旋转过程中，磁钢每接近霍尔传感器一次，霍尔传感器认为电机旋转了一圈，以此计算电机转速。 为了提高测量电机转速的准确性，在霍尔传感器旋转90°处安装另一个一样的霍尔传感器，最后测量结果由两个传感器数据合成的转速。 问题5：简述利用压力传感器测量容器中液位高度的方法 在物理学中，液体的压强P 由关系决定：gh P ρ=。对于同种液体而言，液体密度ρ是恒定的，因此，液体的压强P 与液面的高度h (距离液面的高度)成正比例的线性关系。由gh P ρ=得，不同高度液位面处液体的压强也各不相同。在应用压力传感器对液位进行测量时，通过将压力传感器安装于罐底。当罐内液面发生变化时，相当于罐底距离液面高度h 也同时在变化，压强自然也会随之变化，由