智能检测与控制技术复习

考试形式：闭卷（120分钟）

时间：18周周四下午7、8节

考试题型：选择（10×2）、填空（20×1）、名词解释（5×4）、简答（4×5）、计算（2×10）

内容：

第一章：

1、 检测：检查和测量。可分为 在线检测和离线检测

2、 智能三个基本要素为推理、学习和联想。

3、 智能检测就是利用计算机及相关仪器，实现检测过程智能化和自动化。

4、 智能检测与控制技术指能自动获取信息，并利用有关知识和策略，采用实时动态建模、在线识别、人工智能、专家系统等技术，对被测对象（过程）实现检测、监控、自诊断和自修复。

5、 智能检测与控制系统主要由检测、输入、接口、计算机、输出和执行器六部分组成。

6、 智能检测与控制的几种典型应用方式：用于数据采集与处理、用于生产控制、用于生产调度管理

7、 智能检测与控制技术发展趋势：综合化、智能化、系统化及标准化、仪器虚拟化、网络化。

第二章

1、 动态信号的分类图2-1

2、 最基本的几种检测方法： 直接检测法、间接检测法、比较检测法。

3、 测量仪表主要功能变换功能、传输功能、显示功能。

4、 测量仪表的静态特性：刻度特性、灵敏度、线性度（非线性误差）、分辨力、迟滞性、零漂和温漂。（定义）p20-22

5、 测量仪表的动态特性也称动态响应，指当被测对象参数随时间变化很迅速时，测量仪表的输出指示值与输入被测物理量之间的关系。 基本方法：列写仪表的运动方程，求出传递函数，然后进行特性分析。

6、 测量仪表通常包括4个组成环节：变换器、标准量具、比较器、读数装置（显示器）

7、 信号不失真—指被测信号的波形通过检测系统，其波形形状不发生改变。

8、 测量系统构成敏感元件、变量转换环节、变量控制环节、数据传输环节、数据显示环节、数据处理环节。

9、 电气测量仪表的连续或间接性自检、自校正，多采用以下三种方法： 计算机分析自检法、叠加信号自检法、自动周期性自检法。

10、 数据采集技术 ：计算机如何接受一路或多路信号，并保持信号不失真。

11、 数据处理技术：对采集的数据进行去粗取精，并恢复原来物理量形式。

12、 绝对误差、相对误差、引用误差。

13、 选用仪表时，一般保证仪表经常工作在刻度尺的2/3附近。

14、 误差按误差规律分为3种： 系统误差、随机误差与疏失误差。

15、 测量误差的估计和处理

16、 常用数据处理方法

17、 数据融合一般有串联、并联和混合三种形式。

18、 实际使用中，三种融合形式组成集中式和分布式两种结构类型。

19、 集中式处理结构：把所有传感器的数据都送到一个中心处理器进行处理和融合。

20、 分布式处理结构：每一个传感器都有自己的处理器，先进行预处理，然后把中间结果送到中心处理器进行融合处理。

第三章

1、 对传感器的基本要求：线性度要好、灵敏度要高、量程范围大、精度高和稳定性好、结构简单，工作可靠。

2、 传感器的选用原则p56

3、 传感器使用前要进行标定，使用一段时间后还要定期进行校正，检查精度性能是否满足原设计指标。

4、 智能传感器以微处理器为核心。

5、 传感器的发展方向：集成化、多功能化、智能化。

6、 智能传感器具有判断能力、学习能力、创造能力。

第四章

1、 中间转换电路是信号检测传感器与测量记录仪表和计算机之间的重要桥梁。

2、 中间转换电路的主要作用：⑴将信号检测传感器输出的微弱信号进行放大、滤波，以满足测量、记录仪表的需要；⑵完成信号的组合、比较，系统间阻抗匹配及反向等工作，以实现自动检测和控制；⑶完成信号的转换。

3、 电桥是将电阻、电感、电容等参数的变化变换为电压或电流输出的一种测量电路。

4、 单臂电桥、半桥、全桥的输出电压之比为：1：2：4

5、 一个理想的运算放大器具有以下性质：开环增益为无穷、输入阻抗为无穷、输出阻抗为零、带宽为无穷、干扰噪声等于零。

6、 根据带通和带阻所处的范围不同，滤波器可以进行如下的分类：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器 。

7、 调制器的作用：把输入微弱直流信号变换成一定频率的微弱交流信号。

8、 解调器的作用：把放大后的交流信号变换成与输入信号相对应的放大了的直流信号。

9、 谐振电路是把电容、电感等电参数变化量变换成电压变化量的电路。

10、 电路中或装置间匹配的原则：当前级装置的输出阻抗（内阻）与后级装置的输入阻抗相等时，前级装置输给后级装置的功率最大。

11、 检测系统中常见的阻抗匹配方法：匹配变压器法、匹配电阻法、射极跟随放大器法、电荷放大器法

12、 逐次逼近比较型A/D转换器的工作原理。

第五章

1、 直流电位计：测量电动势和开路电压的仪器。

2、 数字频率计用来测量交流电信号的频率、周期、频率比、时间间隔、累积计数等的仪器。

3、 数字转速计：一种转速测量仪表。

4、 应变仪用来测量结构和材料在动、静态载荷作用下应变应力的大小。

5、 静态电阻应变仪由电桥、振荡器、交流放大器、相敏检波器、指示电表、电源等组成。

6、 动态电阻应变仪由测量电桥、标定电路、振荡器、放大器、相敏检波器、滤波器、电源等组成。

7、 模拟磁带记录仪按其记录方式可分为直接记录、调频记录、脉宽调制记录及数字记录等类型。

8、 波形存储器可以解决高速瞬变信号的捕捉和记录，例如爆炸过程、压力传感器的动态标定等，且是一种具有频带很宽的记录设备。

9、 数字符号显示装置能够显示数字（0~9）、字母（A~Z）、小数点和其他一些简单符号，输入通常为十进制编码的二进制数。

10、 液晶显示原理 ：液晶是一种液体，在有限温度范围内具有象晶体一样的结构。在某确定方向上具有光效应。当有电场加到液晶上时，分子会从杂乱状态转到外加电场的方向上，与此同时，液晶从透明变成混浊的不透明体。借助自然光观察时，在透明与不透明区域有明显的对比。

11、 无纸记录仪以CPU为核心采用液晶显示的记录仪，直接把记录信号转化成数字信号后，送到随机存储器加以保存，并在大屏液晶显示屏上加以显示。

第六章

1、 计算机接口的作用把检测仪表输出的信号转换成计算机能够接收的数字量，并按一定的方式输入计算机。

2、 所采用的信号处理技术及其电路，由传感器输出信号的特性和后续采样/保持电路S/H（或A/D）的要求所决定。

3、 为简化电路结构、降低成本、提高可靠性，常常采用多路模拟开关。

4、 采样/保持电路跟踪输入信号并使其处于保持模式。

5、 模拟信号变化为数字信号需经三步实现：采样、量化、编码。

6、 采集速率提高的方法：1）提高硬件电路的响应时间；2）多路转换器的切换改用硬件计数电路自动控制，减少软件执行时间；3）提高计算机系统的时钟频率和工作速度；4）改变计算机输入数据方式；5）采用多个采集通道或多计算机系统。

第七章

1、 通信接口：各台仪表之间或仪表与计算机之间进行信息交换和传输的联络装置。

2、 串行通信：将数据一位一位地传送；只需一根数据线；硬件成本低；可使用现有

的通信通道；接口控制逻辑电路 。

3、 RS-232C是用得最多的一种串行通信标准

4、 异步通信—指甲乙通信双方采用独立的时钟，每个数据均以起始位开始，之后是数据位、奇偶校验位和停止位，从起始位开始到停止位结束组成一帧信息。

5、 同步通信—指甲乙通信双方采用同一时钟。所传输的数据格式是由多个数据构成的。每帧有一个或两个同步字符作为起始位以触发同步时钟开始发送或接收数据，数据块之后为CRC字符，用于检验同步传送的数据是否出错。

6、 波特率—指每秒串行发送或接收的二进制位数

7、 串行通信操作方式：单工、半双工、全双工。

8、 USB四种不同的传输方式：控制传输方式、等时传输方式、中断传输方式、排量传输方式

9、 USB硬件系统由主控制器、USB Hub和USB设备组成。系统连接的外设不超过127个。

10、 IEEE 488总线的基本性能：数据传输速率不大于1Mb/s；连接在总线上的设备（包括主控器的计算机）最多不超过15台；总线上任意两个设备间的最大距离不超过20m；整个系统的电缆总长度不超过220m，否则，会因延时而改变定时关系，造成工作不可靠；所有数据交换都必须是数字化；总线规定使用24线组合插头座，并采用负逻辑。

11、 在IEEE 488系统中的每一个设备可按如下三种方式工作：听者方式、讲者方式、控者方式。

第八章

1、 根据产生干扰的物理原因，干扰分为：机械干扰、热干扰、光干扰、湿度变化干扰、化学干扰、电磁干扰、射线辐射干扰、电源干扰、信道干扰、地线干扰。

2、 抗热干扰主要采用： 1）采用热屏蔽，如将关键元器件用导热良好的金属屏蔽罩包围起来。2）采用恒温措施，如将基准稳压管（与精度密切相关的器件）置于恒温槽中。3）电路采用对称平衡结构，如差动放大电路、桥式电路等。4）采用温度补偿元件，如温补电阻。

3、 电磁干扰对于检测系统来说是最为普遍和影响最严重的干扰。

4、 信噪比指的是在信号通道中，有用信号功率与伴随的噪声功率之比。

5、 噪声形成干扰需要同时具备三要素：噪声源（产生噪声）、噪声接收电路（接收噪声）及噪声传输通道（传输噪声）。

6、 干扰的途径有“路”和“场”两种形式。

7、 差模干扰又称横向干扰、正态干扰或串模干扰等。它使电子测量系统的两个信号输入端子的电位差发生变化，即干扰信号与有用信号是按电势源形式串联起来作用于输入端的。

8、 共模干扰又称纵向干扰、对地干扰、同相干扰、共态干扰等。 它是相对于公共的电位基准地（接地点），在电子测量系统的两个输入端子上同时出现的干扰。

9、 共模干扰抑制比定义为：作用于检测仪表的共模干扰信号与使仪表产生同样输出所需的差模信号之比。

10、 依据干扰形成的原因可分别采用以下方法抑制干扰：消除或抑制干扰源、切断干扰传递途径、提高接收电路的抗干扰能力。

11、 干扰抑制技术：屏蔽技术、接地技术、浮置技术、平衡电路、滤波器、光电耦合器、脉冲电路的噪声抑制技术、电源干扰抑制技术、传输线干扰抑制技术、软件抗干扰技术。

第九章

1、 智能结构是一种将传感器、驱动器和控制器等与本体结构集成在一起的新型结构。

2、 智能结构具有自检测、自诊断、自适应、自修复、自动作等多种能力。

3、 常用的智能结构材料有：形状记忆合金、电流变体和磁流变体、磁致伸缩材料、压电材料等。

4、 智能结构的工程应用：自适应无舵面飞机、减振降噪、光电隐身、振动主动控制、材料剩余疲劳寿命预报等。

第十一章

1、 常用的数字滤波算法：限幅滤波法、中值滤波法、算数平均滤波、递推平均滤波法、加权递推平均滤波、复合滤波法。

2、 克服大脉冲干扰的数字滤波法：限幅滤波法、中值滤波法等。

3、 抑制小幅度高频噪声的滤波法：算数平均滤波法、递推平均 滤波法、加权递推平均滤波法

4、 递推平均滤波法把N个测量数据看成一个队列，队列的长度固定为N，每进行一次新的采样，把测量结果放入队尾，而去掉原来队首的一个数据，这样在队列中始终有N个“最新”的数据。计算滤波值时，只要把队列中的N个数据进行算数平均，就可得到新的滤波值。

5、 模糊控制系统的五个部分组成： 模糊控制器、输入/输出接口、执行机构、被控对象、变送器。

6、 模糊控制器的基本结构通常由四个部分组成：输入模糊化接口、知识库、推理机、输出清晰化接口。

7、 清晰化常用方法：最大隶属度法、加权平均判决法、取中位数法。

计算题：

1、 用最小二乘法求一元回归方程。

P40-44或者课后习题2-15

2、 电桥

课后习题4-2

3、 P189例6.1

4、 A/D转换器的转换P146