大坝、地铁工程监控量测技术重点浅析
第一章 概 述
安全检测的定义：为及时获取工业危险源的安全状态信息，需要将信息通过物理和化学的方法转换为可观测的物理量（模拟的或数字的信号），通常称为安全检测。安全检测仪器：由传感器或检测器及信息处理，显示单元组成的仪器。
安全检测仪器：由传感器或检测器及信息处理，显示单元组成的仪器。
安全监测仪器：将安全检测器集于一体并安装在现场，对安全状态信息进行实时检测的装置称为安全监测仪器。
安全监测系统：只将安全检测器或者传感器安装在现场而信息处理，显示单元，报警等单元装在远离现场的控制室内，称为安全监测系统。
安全检测技术的特点：1）可靠性和安全性 2）检测困难和高灵敏度 3）检测灾害点的分布与及时性 4）维护的难度大 5）涉及多领域的学科
安全检测研究的内容：被测量的检测原理，检测方法，检测系统及数据处理等四方面的内容。
安全检测的任务：为安全管理决策和安全技术的有效实施提供丰富、可靠的安全因素信息。
安全检测的目的：为职业健康安全进行评价、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，控制系统或设备的故障发生。
安全检测系统的一般原理：1.被测量大多是物体表现出的各种物理化学性质，即使各种非电量信息。2.传感器作用是接收被测物的各种非电量信息并将其转换为电量。3.转换调整电路的作用是对传感器输出信号进行变换，处理放大，使其能显示记录，同时也可作为反馈信号。4.显示记录仪的作用是将输入信号用模拟量显示出来。5.危机系统：对数据进行处理，同时可向控制机构发出控制信号。
传感器的定义：传感器是能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用的输出信号的器件或装置。
传感器的组成及各部分的作用：传感器的组成部分是：敏感元件，传感元件，测量电路三部分。
敏感元件：直接感受被测量（一般是非电量），并输出与被测量成确定关系的的电信号。
传感元件：敏感元件的输出是传感元件的输入，它把输入转换成与之有确定关系的电信号。
测量电路：把传感元件输出的电信号转换为便于显示，记录，控制和处理的的有用电信号的电路，也称为转换电路。
传感器分类：若按输入量分类，分为压力、温度、光传感器等，按工作原理分，包括应变式、电容式、压电式、热电式等；按物理现象分，有能量转换型和能量控制型传感器；按输出信号分，则包括模拟式传感器和数字式传感器
第二章 检测系统的一般特性
信号：带有一定信息的时间函数。
误差的分类：按误差的表示方法分类：绝对误差和相对误差，按误差性质分类：系统误差 随机误差 按被测量与时间的关系分类：静态误差和动态误差（在被测量随时间变化的过程中进行测量所产生的附加误差，即使动态测量误差减去静态测量误差）
精度高低与系统误差、随机误差的关系：精度是由准确度和精密度共同决定的，准确度是由系统误差来表征，系统误差越小，测量的准确度越高，精密度由随机误差表示，随机误差越小，精密度越好。
检测系统的静态特性：被测物理量处于稳定状态时的检测系统的输入输出特性。
衡量检测系统的静态特性好坏的重要指标：线性度：特性曲线和拟合曲线之间的最大偏差与仪器或传感器满量程输出的比值来表示。灵敏度：传感器或测试系统在稳定的输出变化值Y与输入变化值X的比值。迟滞：传感器正反行程的输出与输入特性曲线的不重合程度。重复性：传感器和测试系统在输入量在同一方向作全量程的连续变动时所得的特性曲线的不一致的程度。静态特性和动态特性的区别：静态中，输入输出视为与与时间无关的稳态，两者比值，传递函数也与时间无关，线性状态下传递系数为常数。动态时输入输出为时间函数，比值也为时间函数，传递函数表征着输入输出之间的幅频特性和相频特性。
第三章 压力检测
压力检测的方法：直接比较法和间接比较法
直接比较法：将被测力直接通过杠杆系统与标准质量的重力进行平衡的方法，也称重力法，只适用于静态检测。
间接比较法：将被测力通过测力传感器按比例转换成其它的物理量，然后与标定值比较来求得力的大小，适用于动态检测。
电阻应变片的工作原理：应变片的工作是建立在敏感元件应变效应的原理上的，金属丝的电阻随着他的机械变形的大小发生的现象称为金属的电阻应变效应。
电阻应变片的优点：1.结构简单，使用方便，性能稳定可靠2.易于实现自动、多点、远距离测量3.灵敏度高，检测速度快，适用于动静测量。
电阻应变片的种类优缺点：回线式：制作简单，性能稳定，价格便宜，易于粘贴。 短接：克服了横向效应，但是焊点多，易出现疲劳破坏，工艺要求高。 箔式：1.制造技术能保证尺寸准确，线条均匀，可制成各种形状适应不同测量。2.敏感栅截面为矩形，表面积与截面积比值大，易于粘贴，传递性能好。3.散热好，允许大电流。4.横向小5.蠕变滞后小，疲劳寿命高。薄膜：灵敏度高，允许电流大，测量温度范围广，但很难控制电阻对温度和时间的变化。半导体：尺寸，横向，滞后小，灵敏度高，输出也大，易于简化系统，但是温度稳定性差，应变非线性严重，灵敏系数受拉压变，分散度大。
金属丝的灵敏系数K0取决于：材料几何尺寸的变化和电阻率的相对变化。
应变片的灵敏度系数恒小于金属丝的灵敏度系数的原因：除了胶体传递变形的失真外，主要还有横向效应。
横向效应：在测量纵向应变时，圆弧部分产生一负的电阻变化，从而降低了应变片的灵敏度。为了减小横向效可以采取直角线栅式应变片或箔式应变片
一般原理：固态压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上扩散电阻制成的，基片直径作为检测传感元件（甚至有的可包括某些信号调节电路）。扩散电阻在基片内组成电桥，当基片受到压力或者力的作用时，各个电阻值发生变化，电桥产生相应的不平衡输出。
固态压阻式传感器优点：体面小，精度高，频率特性好。
压电效应：某些物质在沿一定的方向受到拉力或者压力的作用发生形变时，其表面会产生电荷，若将外力去掉，他们又恢复到不带电的状态，这中现象成为压电效应。而具有这种压电效应的材料称为压电材料，当我们把压电材料置于电场中，他的尺寸也会发生变化，这中现象成为逆压电效应。
压电材料：单晶体：石英，酒石酸钾钠。多晶体：钛酸钡，皓钛酸铅。
压电式传感器可以等效：为一个电压源和一个电容的串联电路，也可以等效为一个电流源和一个电容的并联电路
电荷放大器是一个有反馈电容的高增益运算放大器，电荷放大器中，输出电压与电缆电容无关，而与Q成正比，这是电荷放大器的优点
-前置放大器有电压和电荷放大器，电压放大器的输出电压和输入电压成正比，这中前置放大器一般称为阻抗变换器。而电荷放大器的输出电压和输入的电荷成比例。
电压放大器与电荷放大器比较，电路简单，元件少，价格便宜，工作可靠，但是电缆的长度对传感器检测的精度的影响比较大，这在一定程度上限制了它的应用。
传感器的标定：任何一种的传感器在研制成功后，都必须按技术要求进行以系列的试验，以验证它是否达到原来的设计指标，并通过一定的试验数据来确定传感器的基本性能。传感器的标定分为静态和动态标定。标定的目的是确定传感器的静态特性指标：线性度，灵敏度，滞后和重复性等动态标定是定动态参数，如频率响应，时间常数，固有频率和阻尼比等。
第四章 温度检测
常用的温度标定方法有经验温标，热力学温标，绝对气体温标，国际实用温标等。经验温标的基础是利用物体的膨胀与温度的关系，它包括摄氏温标和华式温标。
.温度测量方法及分类：接触法测温： 1.热电偶侧测温2.电阻法测温，非接触法测温：辐射法测温
热电偶：特点：（1）温度测量范围宽；（2）性能稳定;（3）信号可以传输和记录（4）便于远距离测量。注意事项：（1）当两种相同材料的导体构成热电偶时，其热电势为零；（2）当两种导体材料不同，但两端温度相同时，其热电偶的热电势为零；（3）热电势的大小只与电极的材料和节点的温度有关，与热电偶的尺寸和形状无关
热电偶的工作原理：用AB两种不同的导线组成一个封闭的回路，当导体AB的两个接点之间存在温差时，两者之间产生电动势，因而在回路中形成一定大小的电流，这种现象称为热电效应。利用热电效应制成的传感器称为热电偶。
热电偶产生的热电势：接触电势和温差电势。一般的接触电势远大于温差电势。可以略去温差电势。
热电偶适于远距离测温的主要原因 ：可以在热电偶的冷接点采用补偿导线将其引入仪表端，将检测点和仪表的距离分开很远。补偿导线必须满足一下两个条件：1.在一定的温度范围内（0~200摄氏度），补偿导线的热电势必须与所引延的热电偶所产生的的电势相同。2.补偿导线与热电偶的两个接电的温度必须相同。
检测仪表的引入对热电偶测温有无影响：不会，根据中间导体定律，当引入第三导体C时，只要保持C的两端的温度一样，接入导体C后回路的电势不变。
补偿导线：是在一定温度范围内（包括常温0）具有与所匹配热电偶热电动势相同标称值的一对带有绝缘层的到导线，用他们连接热电偶与测量装置，以补偿它们与热电偶连接处的温度变化所产生的误差 作用：把热电偶的惨比端延伸到远离高温区的地方，从而使参比端的温度相对稳定或则变化的范围缩小，它并不能使参比端恒定在0以上，也不能起到补偿作用，而是把热电极延长。
热电偶的分类及表示方法：按材料分：廉价，贵，难融金属和非金属热电偶；按用途分：普通工业（直形，角形和锥形）和专用（快速热电偶，多点式和表面测温热电偶）热电偶两大类。
金属热电阻的特点：1.电阻率与温度呈良好线性关系2.电阻率高，易于制成体积小，重量轻的3.检测范围内物理化学性能稳定4.易于加工，价格便宜（另外接线有2、3线制）
半导体热敏电阻按温度分为3类：负温度系数热敏电阻，简称ntc，正温度系数热敏电阻，简称ptc，临界负温热敏电阻。
半导体热敏电优缺点：1.灵敏度高2.电阻率高3.阻值选择范围大4.功耗小，过载能力强5.寿命长，易于维护，制作简单，价格便宜 但是线性度，稳定性和重复性差。
辐射法测温：1.非接触，不影响温度分布，可远距离测量2.灵敏度高。3.反应速度快4.测温范围广
辐射法测温原理：任何温度高于绝对零度的物体都能发射红外波，温度越高辐射功率越大，知道温度和比辐射率就可求出辐射功率。相反，知道辐射功率可求温度。
光学系统：把辐射的红外光聚焦到红外检测元件上 红外检测原件：热敏电阻红外检测原件在受到辐射后，随着温度升高 其电阻也随之变化，将使输入贿赂的电压发生变化 放大器：进行放大显示 指示器：测量放大和显示灵敏元件输出的被测信号 微电机：由于转速不同可以得到不同频率 调制盘：由于直流放大器具有零点漂移的缺点，故往往先对辐射量进行调变成交流信号，再采用交流放大器进行放大
第五章 光电检测
光电效应(外\内光电效应)：入射光子使吸收光的物质表面发射电子。光激发的截流子仍保留在样品内部称为内光电效应即光电导效应，光伏效应 光电（倍增）管的工作原理：（外光电效应）光照射到物体表面，被物质吸收造成物体内部自由电子逸出物质表面，称为光电发射效应。光敏电阻原理：光导效应而制成的敏感元件光电池原理：是一种直接将光能转换为电能的光电器件，它有一个面积极大的PN结，当光照射到PN结上时，在PN结两端出现电动势（P正N负）。如果在PN结两端装上电极，用一个电阻极高的电压表接在两电极上，就可以发现P端和N端存在电动势。如果用导线把P,N端连接起来，导线中串一个电流表，就会发现有电流流过。、
亮电流是指在规定的外加电压作用下，受到光照时流过光敏电路的电流值，以I1表示越大越好，暗电流是加有规定的外加电压的光敏电阻，即使在完全黑暗的条件下有一个微小的电流流过，这个电流称为暗电流，
光电池光照强度与短路电流Isc和开路电压Uoc的关系：开路电压和光谱的关系是非线性的，在200lx就趋向饱和，但是短路电流在很大范围内和光照强度成线性关系，且负载越小线性越好。所以常把光电池当电流源形式用。
发光二极管的工作原理：发光二极管和普通二极管一样，管芯是pn结组成，具有单向导电的特性，当给pn结加上正向电压后，使pn结势垒降低，载流子的扩散运动大于漂移运动，至使少数载流子在结区的注入和复合而产生辐射发光，这就是发光二极管的基本工作原理。
光电耦合器的特点：1、能有效的抑制噪声2、信号传递由单向性，无输出至输入的反馈现象3、电路设计简单而灵活4、小型、耐震、无触点、寿命长。
第六章 气体检测
表面电阻控制型传感器工作原理：表面电阻控制型传感器是基于半导体表面与吸着气体交换电子，使材料表面电阻值发生变化。
体电阻控制型传感器工作原理：体电阻控制型气体传感器利用化学反应性强，易于还原的氧化物半导体材料在较低温度下，与气体接触时产生氧化还原反应，使晶格结构缺陷状态发生变化，因而导致电阻值发生变化的特性制作而成。
.接触燃烧式气敏元件工作原理：接触燃烧式气敏原件采用检测触媒接触燃烧所产生的燃烧热原理而制成的气敏原件。
第七章 湿度检测
湿度的三种表示方法：绝对湿度，相对湿度，露点温度。绝对湿度度是指单位体积的空气里所含温度下的饱和水汽压的比值之百分数露点温度也称霜点温度，在同样的空气水汽压力下，空气的温度越低，则空气的水汽分压与同一温度下的水的饱和水汽的差值就越小，当空气的温度下降到某一温度时，空气的水汽分压将与同温下的水的饱和水汽压相等，此时空气中的水汽就有可能转化为液体而凝结成霜珠；这一特定温度，称为露点温度湿敏元件的特性参数：湿度量程，感湿特性、灵敏度、湿度温度系数、响应时间
安全检测与监测模拟试题A
一、单项选择题（本大题共8个小题，每题3分，共计24分）。
1. 压电式传感器目前多用于测量（ A）
A. 静态的力或压力 B. 动态的力或压力 C. 流量 D. 温度
2. 磁阻率反映出通过磁阻传感器可获得的最大信号强度。一般各向异性磁阻传感器（AMR）的磁阻率为（ A）
A. 1-2% B. 5-6% C. 10-20% D. 20-50%
3. 下述何种传感器的主要缺点是响应较慢，不宜于快速动态测量（B ）
A. 电容式传感器 B. 电感式传感器 C. 电阻式传感器 D. 压电传感器
4. 下列方法不可以改变电感式传感器的电容的是（ B）
A. 改变极板间距离 B. 改变极板间电压 C. 改变极板面积 D. 改变介电常数
5. 测试系统的传递函数与（B ）
A. 具体测试系统的物理结构有关 B. 具体测试系统的物理结构无关
C. 输入信号有关 D. 输出信号有关
6．不能采用非接触方式测量的传感器是（C ）
A．霍尔传感器 B．光电传感器 C．热电偶 D．涡流传感器
7．影响压电式加速度传感器低频响应能力的是（D ）
A．电缆的安装与固定方式 B．电缆的长度
C．前置放大器的输出阻抗 D．前置放大器的输入阻抗
8．固体半导体摄像元件CCD是一种（ C）
A．PN结光电二极管电路 B．PNP型晶体管集成电路
C．MOS型晶体管开关集成电路 D．NPN型晶体管集成电路
二、填空题（本大题共12小题，每小题3分，共36分）
1.金属导体在受到外力作用而发生机械变形时，其电阻值随着机械变形的变化而发生变化，这种现象叫做电阻的 应变效应。
2. 常用的压磁元件材料是：硅钢片、坡莫合金、铁氧体
3. 利用电容效应的传感器有 极距变化型传感器，面积变化型传感器，介电常数变化型电容传感器三种传感器。
4. 半导体应变片传感器的工作原理是基于 压阻效应，霍尔式传感器的工作原理是基于霍尔效应，压电式传感器的工作原理是利用某些材料的 压电 效应。
5. 常用的光敏电阻的材料有：硅、锗、硫化镉、 。
6. 电阻应变片传感器按制造材料可分为①金属材料和②半导体材料，它们在受到外力时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由电阻应变效应形成的。
7. 声压是指有声波时介质的压强对其 静压力 的变化量，是一个周期量。通常以均方根值来衡量其大小并用p来表示，单位为Pa（帕）
8. 磁声发射检测技术利用了铁磁性材料的磁致伸缩效应。
9. 在考察噪声对人们的危害程度时，除了要分析噪声的 强度 和 频率 外，还要注意噪声的 作用时间 ，因为噪声对人的危害程度与这三个因素均有关。
10. 爆炸极限浓度通常用可燃性气体的体积分数表示，爆炸下限用LEL 表示；爆炸上限用UEL 表示。
11. 半导体光敏电阻的敏感光波长为 纳米 级。
12. 烟雾没有严格科学的定义，一般是把人们肉眼可见的燃烧生成物，其粒子直径在 0.01～10μｍ的液体或固体微粒与气体的混合物称为烟雾。
三、简答题（本大题共5小题，每小题8分，共40分）
1. 简述可燃及有毒气体定义。
答： 凡在空气中可以燃烧的气体都属于可燃性气体，或爆炸上限与爆炸下限含量差大于20%的气体称为可燃性气体。
在工业生产过程中使用或产生的对人体有害，能引起慢性或急性中毒的气体或蒸汽称为有毒气体。
2. 光电效应有哪几种类型？与之对应的光电元件各有哪些？简述各光电元件的优缺点。
答：光电效应根据产生结果的不同，通常可分为外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三种类型。
光电管和光电流倍增管是属于外光电效应的典型光电元件。光电倍增管的优点是灵敏度高，比光电管高出几万倍以上，输出线性度好，频率特性好；缺点是体积大、易破碎，工作电压高达上千伏，使用不方便。因此它一般用于微光测量和要求反应速度很快的场合。
基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管。光敏电阻具有很高的灵敏度，光谱响应的范围可以从紫外线区域到红外线区域，而且体积小，性能稳定，价格较低，所以被广泛应用在自动监测系统中。在使用光敏电阻时，光电流并不是随光强改变而立刻做出相应的变化，而是具有一定的滞后，这也是光敏电阻的缺点之一。光敏三极管的灵敏度比二极管高，但频率特性较差，暗电流较大。光敏晶闸管输出功率比它们都大，主要用于光控开关电路及光耦合器中。
基于光生伏特效应的光电元件主要是光电池。应用最广泛的是硅光电池，它具有性能稳定，光谱范围宽，频率特性好，传递效率高、能耐高温辐射等优点。
3. 粉尘检测有哪几种方法？
答：粉尘检测方法主要有：光学显微镜法，电集尘法，滤纸取样法，扫描显微镜检测法，β射线测尘方法，光电测尘方法
4. 列举常用的5种火灾探测方法并对比其应用范围。
答：火灾的探测方法目前主要有：空气离化探测法，热（温度）检测法，光电探测方法，光辐射或火焰辐射探测方法以及可燃气体探测法。
对于普通可燃物质燃烧过程，用光电探测法和空气离化法应用最广、探测最及时，用热（温度）检测法则相对较迟缓，但它们都是广泛使用的火灾探测方法；其他两种探测方法仅在一定范围内使用。
5. 简述可燃粉尘的爆炸过程。
答：可燃粉尘爆炸通常可分为两个步骤，即初次爆炸和二次爆炸。当粉尘悬浮于含有足以维持燃烧的氧气的环境中，并有合适的点火源时，初次爆炸能在封闭的空间中发生。如果发生初次爆炸的装置或空间是轻型结构，则燃烧着的粉尘颗粒产生的压力足以摧毁该装置或结构，其爆炸效应必然引起周围环境的扰动，使那些原来沉积在地面上的粉尘弥散，形成粉尘云。该粉尘云被初始的点火源或初次爆炸的燃烧产物所引燃，由此产生的二次爆炸的膨胀效应往往是灾难性的，压力波能传播到整个厂房而引起结构物倒塌。由于此压力效应，粉尘爆炸的火焰能传播到较远的地方，会把火焰蔓延到初次爆炸以外的地方。
安全检测与监测模拟试题B
一、单项选择题（本大题共8个小题，每题3分，共计24分）。
1. 在下列元件中不属于光电元件的是（A ）
A. 光纤 B. 光敏电阻 C. 光电池 D. 光敏晶体管
2. 下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（C ）
A．压力 B．力矩 C．温度 D．厚度
3. 不能用涡流式传感器进行测量的是（C ）
A.位移 B.材质鉴别 C.非金属材料 D.探伤
4．属于传感器动态特性指标的是（D ）
A．重复性 B．线性度 C．灵敏度 D．固有频率
5. 霍尔元件采用恒流源激励是为了（ C）
A. 提高灵敏度 B. 克服温漂 C. 减小不等位电势
6. 光敏二极管属于（B ）
A. 外光电效应 B. 内光电效应 C. 光生伏特效应
7. 光电池在测光电路中通常处于何种偏置状态（C ）
A. 正向 B. 反向 C. 零
8. 温度上升，光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管的暗电流（ A）
A. 上升 B. 下降 C. 不变
二、填空题（本大题共12小题，每小题3分，共36分）
1. 压阻效应常用的半导体电阻材料为硅 和锗 。
2. 电容效应是将被测量（尺寸、压力等）的变化转换成 电容量 变化。
3. .霍尔元件多采用 N 型半导体材料，常用材质为 Ge、Si、InSb ;
4. 外光电效应器件主要有：.光电真空（充气）管和光电倍增管 。
5. 热电式传感器中，能将温度变化转换为 电阻变化的一类称为热电阻，而能将温度变化转换为电势的称为热电偶，其中热电偶式传感器在应用时需要做温度补偿(冷端补偿)。
6. 电磁导波检测技术利用了铁磁性材料的磁致伸缩效应。
7. 产生磁声发射须具备两个条件：磁化时磁畴的巴克豪森跳跃和磁畴有体积应变。
8. 当金属板置于变化磁场中或在磁场中运动时，在金属板中会产生涡流。涡流的大小与金属板的电阻率、磁导率、厚度、金属板与线圈距离、激励电流，角频率等参数有关。
9. 在工业生产过程中进行有毒气体监测时，是以有毒气体浓度为检测对象，并以有毒气体的最高允许浓度为标准确定监测与报警指标。
10. 可燃性气体的监测标准：一般取爆炸下限的 10 ％左右作为报警阈值，当可燃性气体的浓度继续上升，一般达到其爆炸下限的 20 ％～25 ％时，监控功能中的联动控制装置将产生动作，以免形成火灾及爆炸事故。
11. 光电探测方法是以早期火灾产生的烟气为检测对象的火灾探测方法。
12. 光电效应分为内光电效应和外光电效应两大类。
三、简答题（本大题共5小题，每小题8分，共40分）
1. 请画出惠斯登电桥电路图，并写出电桥电压输出公式。
2. 简述磁记忆检测研究需要解决的几个核心问题及目前问题的关键。
答 ①磁记忆的物理机制,如存在多种可能,则需确定各因素主次关系；
②表征磁记忆现象的磁场(检测到的磁场)和地磁场的关系；
③磁记忆场分布和应力场的关系,应力集中检测的深入定性；
④磁记忆场和应力场的数值对应关系,应力集中的定量检测。
目前问题的关键是，应力集中引起的磁场畸变尚无定论。
3. 目前用于检测磁场的方法有多种，在具体选择时，需要着重考虑哪些因素？
答：目前用于检测磁场的方法有多种，在具体选择时，着重考虑如下因素：
（1）检测磁场范围；
（2）灵敏度；
（3）频率响应范围，能否实现高速检测；
（4）抗干扰能力（如抗温度漂移的能力）；
（5）检测信号的动态性能；
（6）工作寿命；
（7）对提离效应的敏感程度；
（8）检测传感器的综合成本（包括检测电路的复杂程度、使用成本等）；
（9）检测传感器的尺寸和体积，能否实现高分辨率检测。
4. 简述硅光电池的主要应用场合。
答 ：（1）能源--硅光电池串联或并联组成电池组与镍镉电池配合，可作为宇宙飞行器等设备的电源；
（2）光电检测器件--用作近红外探测器、光电读出、光电耦合、激光准直、电影还音等设备的光感受器。
（3）光电控制器件--用作光电开关等光电控制设备的转换器件。
5. 安全检测与监测系统的设计过程有哪些？要遵循哪些原则？
答： 设计过程包括：可行性研究、初步设计、详细设计、系统实施、系统测试（调试）和系统运行；
遵循的原则：可靠性原则，使用方便原则，开放性原则，经济性原则，开发周期短原则。
安全检测与监测模拟试题C
一、单项选择题（本大题共8个小题，每题3分，共计24分）。
1. 金属热电阻式温度传感器所测量的温度越高，其敏感元件中自由电子的运动（B）
A. 越规则 B. 越不规则 C. 呈正态分布 D. 呈线性分布
2. 半导体应变片的工作原理是基于（C）
A. 压电效应 B. 压磁效应 C. 压阻效应 D. 热电效应
3. 在常用的测振传感器中，适合测量振动位移的是（A ）
A. 电感式传感器 B. 压电式传感器 C. 磁电式传感器 D. 电动式传感器
4. 关于光敏电阻，下列说法错误的是（ A）
A.光敏电阻既可作检测元件，也可作开关元件
B.光敏电阻的光谱特性与光敏电阻本身材料有关，需选择合适光源配合使用
C.在一定的光照度下，光敏电阻所加的电压越大，光电流越大，而且无饱和现象
D.多数光敏电阻的时延都比较大，所以，它不能用在要求快速响应的场合
5. 固体半导体摄像元件简称（A ）
A. CCD B. VCD C. VTR D. VCR
6. 热电偶所产生的热电动势（ C ）
A. 与导体材料有关 B. 与冷端热端温度差有关
C. A，B均正确 D. A，B均不正确
7．适合于使用红外传感器进行测量的被测物理量是（ B）
A．转速 B．温度 C．厚度 D．加速度
8．在典型噪声干扰抑制方法中，差分放大器的作用是（B ）
A．克服串扰 B．抑制共模噪声
C．抑制差模噪声 D．消除电火花干扰
二、填空题（本大题共12小题，每小题3分，共36分）
1. 表征传感器静态特性的指标有线性度、灵敏度、重复性等。
2. 压电式位移传感器的基本工作原理是将位移量转换为力的变化，然后利用
压电效应将力的变化转换为电信号。
3. 霍尔式压力传感器适用于静态或变化缓慢 压力的测量。
4. 传感器的动态特性取决于传感器的本身及输入信号的形式。
5. 电位器式传感器通过移动滑动触点把位移转换为电阻丝的长度变化，从而改变电阻值大小，继而将这种变化值转换成电压或电流的变化值。
6. 电容式压力计广泛用于位移，震动、加速度、荷重等机械量的测量。
7. 热电阻式传感器分为金属热电阻式和热敏电阻式两大类。
8. 电桥的灵敏度是指单位输入量时的输出变化量。
9. 下图所示传感器为差动型自感式传感器。
10. 压电式加速度传感器的频率范围广、动态范围宽、灵敏度高，故应用较广泛。
11. 常用温标包括三大类：经验温标，热力学温标和国际温标。
12. 箔式电阻应变片很薄，因而所能感受到的应力状态与试件表面的更接近。
三、简答题（本大题共5小题，每小题8分，共40分）
1. 简要说明电容式传感器的原理。
答：电容式传感能将被测量转换为传感器电容变化。传感器有动静两个板板，板板间的电容为： ，式中：
ε0 真空介电常数: 8.854×10－12 F/m εr 介质的相对介电常数
δ 两极板间的距离有关 A 极板的有效面积
当动板板运动或极板间的介质变化就会引起传感器电容值的变化，从而构成变极距式、变面积式和变介质型的电容式传感器。
2. 简述磁致伸缩效应在无损检测中应用的机理。
答：根据铁磁性材料的磁致伸缩特性，铁磁性钢管在变化的外磁场中被激励时,其外型尺寸会发生变化,即产生磁致伸缩应变，从而在铁磁性钢管内激发弹性波。反过来，因为逆磁致伸缩效应，当弹性波沿着铁磁性钢管传播时，其磁性将发生变化,导致了介质中磁感应的变化。实际上，在波传播过程中，介质各部分均发生变化，与此相应，介质磁导率也将发生变化，它反过来使波的传播特性也发生变化，进而导致铁磁体内磁感应强度发生变化，而变化的磁感应强度必定引起接收线圈中的电压变化（根据法拉第电磁感应定律），通过测量电压信号——弹性波的反射情况，即可检测出铁磁性钢管中是否存在腐蚀、裂纹、破损等缺陷。这就是磁致伸缩效应在无损检测中应用的机理。
或：可以简单地归纳如下.
1）弹性波产生.基于磁致伸缩效应:即铁磁性材料在外磁场的作用下其实际的外型尺寸将发生小的改变.
2）弹性波检测.基于磁致伸缩逆效应:即铁磁性材料受到机械应力(或应变)时,其磁感应强度将发生变化.
3. 电感式传感器的工作原理是什么？能够测量哪些物理量？
答：电感式传感器是利用电磁感应原理，将被测非电量的变化转换成线圈的电感（或互感）变化的一种机电转换装置。利用电感式传感器可以把连续变化的线位移或角位移转换成线圈的自感或互感的连续变化，经过一定的转换电路再变成电压或电流信号以供显示。它除了可以对直线位移或角位移进行直接测量外，还可以通过一定的感受机构对一些能够转换成位移量的其他非电量，如振动、压力、应变、流量等进行检测。
4. 为什么磁阻元件中AMR材料普遍做成45°斜条状结构？
答：外磁场与电流方向之间的夹角为时，AMR磁敏元件的电阻为：R=R0+Rcos2().所以，AMR在外磁场与电流方向之间成45°夹角时，具有最高的灵敏度且线性度最佳。因此，实际磁阻元件中AMR材料普遍作成45°斜条状结构。
5. 简述为确保计算机监测系统的高可靠性，可以采取的4项措施。
答：为了确保计算机监测系统的高可靠性，可以采取以下措施：
（1）采用高质量的元部件。
所采用的各种硬件和软件，尽量不要自行开发。采用高质量的电源。一般来说，PLC I/O模块的可靠性比PC总线I/O板卡的可靠性高，如果成本和空间允许，应尽可能采用PLCI/O模块。
（2）采取各种抗干扰措施。采取各种抗干扰措施，包括滤波、屏蔽、隔离和避免模拟信号的长线传输等。
（3）采用冗余工作方式。可以采用多种冗余方式，例如，冷备份和热备份。其中，冷备份方式是指一台设备处于工作状态，而另一台设备处于待机状态。一旦发生故障，专用的切换装置就会将原来工作的设备切除，并将备份的设备投入运行。
（4）对一些智能设备采用故障预测、故障报警等措施。出现故障时将执行机构的输出置于安全位置，或将自动运行状态转为手动状态。
