现代传感技术复习题(final)_汇总.docVIP

1、如何检测电梯钢丝缆绳内部断丝 方案一：检测缆绳内部断丝可根据钢丝绳断丝后产生的缺陷漏磁场进行检测，可采用霍尔元件作为磁敏元件来检测漏磁场。 检测的基本原理：被测钢丝周围的磁头可使被测钢丝绳达到磁饱和，由于钢丝绳磁导率较高,远大于空气及油脂的磁导率,当被检钢丝绳通过磁头时,由霍尔元件阵列组成的检测环可检测钢丝绳周围漏磁场,并以电压形式输出。如果被检钢丝绳段有断丝现象存在,将在其附近产生附加漏磁场,此时霍尔元件输出电压会有变化，而附加漏磁场正比于钢丝断丝量，只需要测出霍尔元件的变化电压即可计算出是否有断丝以及断丝量。 方案二：铁磁性材料的磁导率比空气的磁导率至少大100倍，磁检测原理正是基于这样的特性进行的。当用一定的励磁装置将被检测的铁磁材料磁化到临界饱和状态，一旦铁磁材料表面和内部出现缺陷时，由于铁磁材料局部磁导率降低(磁阻增加)，一部分磁场将会从铁磁材料中外泄出来，这一外泄的漏磁场将被传感器检测出来。 在磁性无损检测中，磁化是实现检测的第一步，它决定着被测对象能否产生出可被测量和可被分辨的磁场信号。励磁源的性质来分，有交流励磁法和直流励磁法。直流励磁法应用广泛，并且一般采用永久磁铁励磁。漏磁场的测量通过磁敏感元件实现，较常用的是感应法和霍尔效应法。感应法运用感应线圈检测。随着钢丝绳相对于检测线圈和励磁器的运动，钢丝绳将被励磁器逐段磁化至饱和状态，若钢丝绳存在损伤，其内部磁通量(与钢丝绳的有效金属断面积成正比)必然减少，于是就会使感应线圈产生电压输出。对感应线圈输出的信号进行处理，即可评价钢丝绳的损伤程度。霍尔效应法运用霍尔元件检测，其不受检测速度变化的影响，且可以测量磁场强度的绝对值。如果在垂直于磁场的导体里通过一定的电流，则在垂直电流和磁场的方向上存在一个电场，并在两端有电动势输出，此现象称为霍尔效应。应用这一原理，只要检测出霍尔元件两端的输出电压，便可获得钢丝绳的断丝损伤的信号。Hall元件的输出电压矢量VH线性地反映了钢丝绳表面漏磁的情况。对于在钢丝绳周向上任意位置可能出现的断丝，单个霍尔元件沿周向的扫描只能覆盖周向上的一定区域。因此，应选用多个霍尔元件分别布置在钢丝绳周向上。 2、炮弹飞行时，在前进的同时也绕自身弹轴旋转，请提出一种传感器用于测量弹丸转速的方案 方案一：根据光敏器件可以感应弹丸旋转时自然光强弱的变化，可以利用光电传感器来测量飞行中弹丸转速。 测量的基本原理：利用旋转时的相对光强的变化，以及自然光具有一定方向性的特性，可知自然光强弱变化一次，表明弹丸旋转一周。再经过一定的电路转换，将光敏器件感应的光强变化转化为脉冲串，即弹丸旋转一周，输出一个脉冲,因此，系统的输出是脉冲串。 传感器安装方法：用一对光敏三极管沿弹丸截面径向向外对称安装，感应相对光强的变化，可较好地抵消光强和杂散光的影响，再利用比较器输出两只光敏三极管感应的光电流变化，最后经低通滤波器滤除杂散光的干扰。 方案二：利用地磁传感器测量弹丸转速 基本原理：地磁传感器是利用地磁场感应线圈感应地磁场方向变化, 其输出是感应线圈轴向与地磁场方向夹角的余弦, 如图1 所示。当弹丸旋转一周, 对应着地磁传感器输出信号的一个周期。对这个数据进行处理就可以得到转速信息。 安装方法：地磁传感器应该安装在弹丸截面的径向或法向, 而不能安装在弹丸的轴向, 从而保证传感器有最大的信号输出。利用光电传感器测量弹丸转速 地磁传感器的特点为: 转速波形相位关系明确, 转速变化精细, 稳定, 安装方便, 它的成本较高, 易受弹壳, 发射器等铁磁物质的磁屏蔽及外界磁场变化的影响, 应用时需远离外磁场或采用非铁磁弹壳, 主要应用在外弹道转速测量。 3、能否提出一种测量多发炮弹（填沙弹）落点的测试方法 方案一：利用声传感器阵列接收炮弹落地时产生的冲击波,通过检测和计算各声传感器所测信号的时延来确定炮弹落地点的距离和方位。它通过处理多个声传感器采集到的信号到达时间数据对冲击波源进行定位。因此时延的确定是系统的关键。传感器测到目标原始声信号后,经过一系列滤波和A/ D转换,变成数字信号。信号进入数据处理系统,根据预先设置的程序进行计算,得到目标坐标,通过通信系统把目标信息上传到相应的指挥中心,与指挥中心形成一体化的网络。 方案二：每个炮弹上装一个GPS接收器，炮弹落地后通过GPS获得每个炮弹的绝对坐标，即可测量获得炮弹的落点。 炮弹、火箭弹到达落点时无论爆炸与否，都会在落点附近的地下产生向四周传播的应力波。由声学定位原理可知，如果在预定落弹区域的三处位置上各安装一个检测应力波的传感器，即可由应力波前沿的到达时刻计算出弹箭的落点坐标 4、在15-20万g侵彻加速度的测试中采用何种结构原理的MEMS传感器更合理（P278页） 方案一：目前，国内外主要使用基于压阻原理的加速度传感器来实现