航空检测技术.docx
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航空检测技术
概念：
1、获取信息是仪器科学的基本任务；
2、仪器仪表是信息工业的源头；
3、测量是人类认识和改造客观世界必不可少的重要手段之一
4、测量过程一般包括三个阶段：
准备阶段、测量阶段、数据处理阶段
5、测量误差一般有绝对误差与相对误差两种表示方法
6、根据测量误差的性质及其特点,一般将其分为三类:
系统误差、随机误差与粗大误差。
7、信号的时域分析与频域分析既相互独立又密切相关,可以通过傅里叶变换把它们联系起
来并互相转换。
8、传感器是一种能将特定的被测信息（包括物理量、化学量、生物量等）,按一定规律转换成
某种可用的输出信号的器件,又称为变换器、变送器。
9、传感器的静态特性参数包括：
量程和测量范围、测量设备的准确度、灵敏度、分辨力、分辨率和灵敏限、滞后、重复性、线性度、漂移和温漂、误差带、可靠性、稳定性和影响系数、输入电阻与输出电阻
10、常用的电阻应变片可分为两类：
金属电阻应变片和半导体电阻应变片。
11、所谓压阻效应，是指半导体材料在某一轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象。
12、通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏度系数。
13、对于已安装的电阻应变片，在恒定幅值的交变力作用下，可以连续工作而不产生疲劳损坏的循环次数称为应变片的疲劳寿命。
14、电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿法和应变片自补偿两大类。
电桥补偿是最常用的且效果较好的线路补偿法。
15、电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型。
16、置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应，该电势称霍尔电势，半导体薄片称霍尔元件。
17、某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，其内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，其又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。
当作用力方向改变时，电荷的极性也随之改变。
有时人们把这种机械能转为电能的现象，称为“正压电效应”。
相反，当在电介质极化方向施加电场，这些电介质也会产生变形，这种现象称为“逆压电效应”（电致伸缩效应）。
18、具有压电效应的材料称为压电材料，压电材料能实现机—电能量的相互转换，压电材料可以分为两大类：
压电晶体和压电陶瓷。
19、压电传感器的输出可以是电压信号，也可以是电荷信号，因此前置放大器也有两种形式：
电压放大器和电荷放大器。
20、热电偶式传感器是基于热电效应,将温度信号转换为电信号的一种传感器。
将温度转换为电势大小的热电式传感器叫热电偶；将温度转换为电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻。
热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器。
21、光电式传感器是将光通量转换为电量的一种传感器，光电式传感器的基础是光电转换元件的光电效应。
光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类。
光电器件是构成光电式传感器最主要的部件。
22、在光线作用下，能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，如光电管、光电倍增管就属于这类光电器件。
23、受光照的物体导电率发生变化，或产生光生电动势的效应叫内光电效应。
内光电效应又可分为以下两大类：
光电导效应、光生伏特效应。
24、光生伏特效应：
在光线作用下能够使物体产生一定方向电动势的现象。
基于该效应的器件有光电池和光敏晶体管等。
25、光电导效应：
在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电阻率变化，这种效应称为光电导效应。
基于这种效应的器件有光敏电阻等。
26、光敏电阻的主要参数：
暗电阻、亮电阻、光电流
光敏电阻在不受光时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。
光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。
亮电流与暗电流之差称为光电流。
27、光纤传感器可以分为两大类：
一类是功能型（传感型）传感器；另一类是非功能型（传光型）传感器。
光纤的种类很多，但按照其工作原理大致上可以分为多模式光纤和单模式光纤两种。
在这两种光纤中又都包含有阶跃型和渐变型两种。
28、光纤传感器常用的四种调制包括：
强度调制、相位调制、频率调制和偏振调制。
29、多模式阶跃型光纤一般用于窄带传输系统和近距离通信中，例如用在飞机和轮船上。
多模式渐变型光纤多用于宽带传输系统中，如闭路电视、海底光缆等长距离的通信系统中。
30、光纤的光源采用红外线发光二极管（IRED:
InfraRedEmittingDiode）和半导体激光器又称激光二极管（ILD:
InjectionlaserDiode），
31、通常一个计算机测试系统应具有三个基本组成部分,它们是输入信道、输出信道和主计算机。
32、信号调理电路的功能包括阻抗变化、信号放大或衰减、滤波、线性化处理、电气隔离等。
33、转矩是旋转机械的重要参数之一，转矩的测试方法,按其基本原理可以分为三种:
传递法
（扭轴法）、平衡力（反力）法及能量转换法。
34、超声波检测方法按原理可分为：
脉冲反射法、穿透法、共振法
35、静电的充电、存储与放电；LRU、ESDS标志、黄底黑字
36、静电防护设备有防尘盖、导电防尘罩、抗静电防尘帽和插头罩等几种，它们一般用非导电材料制成，表面涂有抗静电涂料；腕带；有意辐射和无意辐射；
搭接：
可以在飞机各金属部件之间提供一个低阻通路
屏蔽；静电放电器
37、
（1）电磁干扰（EMI）
电磁干扰（EMI）：
能引起电子仪器、设备和系统的工作
质量（品质）下降的任何一种电磁现象称为电磁干扰。
（2）电磁兼容（EMC）
电磁兼容（EMC）：
在一个特定的电磁环境中，接收机能够正常工作，同时，该接收机所产生的电磁能量对其他任何仪器、设备和系统又没有过度的电磁干扰。
这种情况称为电磁兼容。
38、无损检测技术发展过程的三个阶段:
无损探伤、无损检测、无损评价
简答：
1、电气测试的内容和特点
电气测试泛指一切利用电气技术进行的测试及对电气系统与设备（电机、电器等）所进行
的测试。
电气测试通常包括以下几个方面:
（1）电参数的测量。
如测量电压、电流、电量和电功率等。
（2）磁参数的测量。
如测量磁感应强度、磁场强度、磁通、磁矩、磁导率、磁滞和涡流损耗等。
（3）电路元件参数的测量。
如电阻、电感、电容、功率电子器件与介质损耗角等。
（4）信号与电源质量测试。
如波形、频率、相位、噪声干扰等。
（5）有关电气系统与设备常用非电参数的测试。
如转速、转矩、压力、温度、噪声、振
动等。
电气测试有以下几个特点:
（1）电气测试所包括的范围很广,因而电气测试所采取的测试方法与手段是各式各样的,
涉及的学科门类较多,需要综合运用各有关学科知识。
随着科学技术向纵深发展,各学科之间
的渗透性越来越强。
（2）电气测试具有较高的准确度、灵敏度和连续性,便于记录和进行数据处理。
（3）电气测试便于实现离开被测对象一定距离之外的远距离测试。
电气测试便于将非电
量经过相应的变换器变换为电量进行测试。
现在,长度、热学、力学、光学、电离辐射等各类机械环境和大气环境测量领域已越来越多地依靠电气测量手段。
（4）电气测试便于实现测试过程的自动化与测试设备的“智能化暠。
电气测试设备便于组
成遥控遥测设备,能在恶劣环境条件下工作;电气测试设备便于与计算机接口,组成计算机测试系统。
这种电气测试系统在测试中可以实现程控、遥控、自动调准、自动校准、自动诊断,对测试结果可以自动记录,自动完成测试数据的运算、分析和处理,适合用于国民经济的各个领域。
2、典型测控系统结构
3、常用电量与非电量。
电量：
电流I、电压V、电荷Q、电功率W、电路参数R、L、C和电信号频率f等等；
非电量：
除电量以外的一切物理量，如高度、速度、重量、压力、温度等。
4、非电量电测法的特点
（1）将被测非电参数转换成电磁参数进行电气测试,可以充分发挥电气测试的各项优点;
（2）输出的电信号可作长距离传输,利用远距离操作与自动控制;
（3）既可作静态测试,也便于动态测试;
（4）在检测微弱信号及瞬态过程测试方面是其他非电测试方法所无法比拟的;
（5）由于可输出电信号易于和许多后续数据处理仪器或计算机联用,组成自动测试系统,对测试过程进行控制,对测试结果进行分析、运算及处理。
5、现代检测技术发展趋势
智能化、虚拟化、网络化、微型化、软测量技术
6、测量误差的主要来源P19
装置误差、方法误差、人身误差、环境误差
7、什么是传感器？
它由哪几个部分组成？
分别起到什么作用？
解：
传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种
物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。
敏感
元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出
作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。
8、传感器技术的发展方向
开发新的敏感、传感材料；开发研制新型传感器及组成新型测试系统；研究新一代的智能化传感器及测试系统；传感器发展集成化；多功能与多参数传感器的研究。
9、简述传感器的静态特性和动态特性
传感器的静态特性定义：
被测量处于稳定状态下的输入输出关系。
传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。
10、电容式传感器的特点
1）优点：
温度稳定性好
电容式传感器的电容值一般与电极材料无关，有利于选择温度系数低的材料，又因本身发热极小，影响稳定性甚微。
而电阻传感器有电阻，供电后产生热量；电感式传感器有铜损、磁游和涡流损耗等，易发热产生零漂。
结构简单
电容式传感器结构简单，易于制造，易于保证高的精度，可以做得非常小巧，以实现某些特殊的测量；能工作在高温，强辐射及强磁场等恶劣的环境中，可以承受很大的温度变化，承受高压力，高冲击，过载等；能测量超高温和低压差，也能对带磁工作进行测量。
动态响应好
电容式传感器带电极板间的静电引力很小,需要的作用能量极小，又由于它的可动部分可以做得很小很薄，即质量很轻，因此其固有频率很高，动态响应时间短，能在几兆赫兹的频率下工作，特别适用于动态测量。
又由于其介质损耗小可以用较高频率供电，因此系统工作频率高。
它可用于测量高速变化的参数。
可以实现非接触测量，具有平均效应
例如非接触测量回转轴的振动或偏心率、小型滚珠轴承的径向间隙等。
当采用非接触测量时，电容式传感器具有平均效应，可以减小工件表面粗糙度等对测量的影响。
电容式传感器除了上述的优点外，还因其带电极板间的静电引力很小，所需输入力和输入能量极小，因而可测极低的压力、力和很小的加速度、位移等。
可以做得很灵敏，分辨力高，能敏感0.01μm甚至更小的位移。
由于其空气等介质损耗小，采用差动结构并接成电桥式时产生的零残极小，因此允许电路进行高倍率放大，使仪器具有很高的灵敏度。
2）缺点
输出阻抗高，负载能力差
电容式传感器的容量受其电极的几何尺寸等限制，一般只有几个皮法到几百皮法，使传感器的输出阻抗很高，尤其当采用音频范围内的交流电源时，输出阻抗高达～Ω。
因此传感器的负载能力很差，易受外界干扰影响而产生不稳定现象，严重时甚至无法工作。
寄生电容影响大
电容式传感器由于受结构与尺寸的限制，其初始电容量都很小（几pF到几十pF），而连接传感器和电子线路的引线电缆电容（1～2m导线可达800pF）、电子线路的杂散电容以及传感器内极板与其周围导体构成的“寄生电容”却较大，不仅降低了传感器的灵敏度，而且这些电容（如电缆电容）常常是随机变化的，将使仪器工作很不稳定，影响测量精度。
11、压电材料的主要特性参数有：
（1）压电常数：
压电常数是衡量材料压电效应强弱的参数，它直接关系到压电输出的灵敏度。
（2）弹性常数：
压电材料的弹性常数、刚度决定着压电器件的固有频率和动态特性。
（3）介电常数：
对于一定形状、尺寸的压电元件，其固有电容与介电常数有关；而固有电容又影响着压电传感器的频率下限。
（4）机械耦合系数：
在压电效应中，其值等于转换输出能量（如电能）与输入的能量（如机械能）之比的平方根；它是衡量压电材料机电能量转换效率的一个重要参数。
（5）电阻压电材料的绝缘电阻：
将减少电荷泄漏，从而改善压电传感器的低频特性。
（6）居里点：
压电材料开始丧失压电特性的温度称为居里点。
12、光纤数据传输的优点
（1）光纤的重量比电缆的重量轻。
现代飞机上总的信息传输容量在不断增加，因此需要大量的电缆连接以满足信息传输的需求，这样将增加飞机的重量。
电缆的重量为10g／m，而光缆的重量为4g／m，因此，采用光纤将减轻飞机的重量。
（2）光纤不受电磁场的干扰。
现代大型飞机上电子设备数量日益增多，电子设备之间信息的长距离传送以及众多的新电子系统的出现，很难解决电磁兼容问题。
为了降低电子系统所受到的电磁干扰（EMI）和高能量辐射场（HIRF）的影响，需要投入大量的资金。
而光缆中传输的是光信号，它的周围既不产生磁场，也不受其他电磁场的干扰。
因此，采用光纤有助于解决电磁干扰问题。
（3）光纤的传输速度快。
现代飞机所要求的数据流的传输速度为10MB／s，而电缆传输则达不到这一速度。
目前B777的光缆传输速度达到了100MB／s。
（4）光纤的信息传输量比较大。
在信息传输过程中，整条信息的长度越来越长，因此需要较大的带宽。
铜电缆的传输带宽一般为MHz，而光纤的带宽一般为GHz或更高。
13、光纤通信系统组成
光纤通信系统是一个以光纤传输线取代传统导线传输线的通信系统。
它由A／D转换器、多路转换器、调制器、光源产生器、光源-光纤耦合器、光纤、光信号检测器、电子处理器、多路分配器、D／A转换器等组成。
14、至少写出5个常用的电磁参数
电磁参数的测量,主要是电压、电流、功率、频率、阻抗与波形等电参数和磁参数的测量,电
气工程中磁路和磁场参数的测量是电气测试技术中不可缺少的组成部分,磁测量包括的范围非常广泛,磁路和磁场中磁通、磁位降、磁感应强度、磁场强度、导磁系数的测量等都是磁测量的重要内容。
15、至少写出5个常用的非电参数
转速、转矩、压力、温度、噪声、振动等。
16、至少写出5个传感器静态特性参数
量程和测量范围、测量设备的准确度、灵敏度、分辨力、分辨率和灵敏限、滞后、重复性、线性度、漂移和温漂、误差带、可靠性、稳定性和影响系数、输入电阻与输出电阻
17、至少写出5个传感器动态性能指标
时域动态性能指标：
时间常数、响应时间、上升时间、延迟时间
频域动态性能指标：
频带宽、工作频带、跟随角
18、测量系统的静态特性的概念是什么,它所包含的指标有哪些?
19、测量系统的动态特性的概念及其指标是什么?
20、简述无损检测技术，并列出5种常用的无损检测方法。
无损检测（Non-DestructiveTesting,NDT）也称非破坏性试验,指在材料、工件、设备及结构物不被破坏的前提下，利用它们的物理特性因缺陷的存在而发生变化的事实，测定其变化量，从而捡出其内部是否存在缺陷、和缺陷的形状、位置、大小和严重程度和发展趋势，这一检测判断过程称为无损检测。
射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测。
21、简述电压放大器和电荷放大器的优缺点。
解：
电压放大器的应用具有一定的应用限制，压电式传感器在与电压放大器配合使用时，连接电缆不能太长。
优点：
微型电压放大电路可以和传感器做成一体，这样这一问题就可以得到克服，使它具有广泛的应用前景。
缺点：
电缆长，电缆电容Cc就大，电缆电容增大必然使传感器的电压灵敏度降低。
不过由于固态电子器件和集成电路的迅速发展，
电荷放大器的优点：
输出电压Uo与电缆电容Cc无关，且与Q成正比，这是电荷放大器的最大特点。
但电荷放大器的缺点：
价格比电压放大器高，电路较复杂，调整也较困难。
要注意的是，在实际应用中，电压放大器和电荷放大器都应加过载放大保护电路，否则在传感器过载时，会产生过高的输出电压。
22、分别列举属于内光电效应和外光电效应的光电器件。
解：
外光电效应，如光电管、光电倍增管等。
内光电效应，如光敏电阻、光电池和光敏晶体管等。
23、磁电式传感器与电感式传感器有何不同？
解：
磁敏式传感器是通过磁电作用将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。
磁电感应式传感器也称为电动式传感器或感应式传感器。
磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动产生电动式的，它不需要辅助电源就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号，是有源传感器。
电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、、重量、振动等转换成线圈自感量L或互感量M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出的装置。
24、什么是热电势、接触电势和温差电势？
解：
两种不同的金属A和B构成的闭合回路，如果将它们的两个接点中的一个进行加热，
使其温度为T，而另一点置于室温T0中，则在回路中会产生的电势就叫做热电势。
由于两
种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势叫做接触电势。
温差电势（又称汤
姆森电势）是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种热电势。
25、红外线的最大特点是什么？
什么是红外传感器？
解：
红外线的最大特点是具有光热效应，可以辐射热量，它是光谱中的最大光热效应区。
能
将红外辐射量的变化转换为电量变化的装置称为红外探测器或红外传感器。
红外传感器一般
由光学系统、探测器、信号调理电路及显示系统等组成。
26、超声波在介质中有哪些传播特性？
解：
超声波在各种介质中的波速不同，超声波会被传播介质吸收及散射，从而造成波动能量
的损失。
一般称为吸收损失，也称衰减，频率愈低的超声波衰减愈小。
当超声波经过性质不
同的介质交界面时，一部分会反射，其余的会穿透过去。
这种反射或穿透的强度，由这两个
交界介质的特性阻抗Z决定。
介质的特性阻抗差越大，反射率也就越大。
超声波射入交界
面除了部分反射外，其余的全部穿透过去。
27、虚拟仪器的特点是什么？
解：
⑴具有图形化的编程方式，设计者无需编写任何文本格式的代码，是真正的工程师
语言。
⑵提供丰富的数据采集，分析及存储的库函数。
⑶提供传统的数据调试手段，如设置断点，单步运行，同时提供独具特色的执行工具，
使程序动画式进行，利于设计者观察到程序运行的细节，使程序的调试和开发更为便捷。
⑷囊括了PCI,GPIB,PXI,VXI,RS-232/485,USB等各种仪器通信总线标准的所有功能函
数，使得不懂得总线标准的开发者也能驱动不同总线标准接口设备与仪器。
⑸提供大量与外部代码或软件进行连接的机制，诸如DLL（动态链接库），DDE（共享
库），Activex等。
⑹具有强大的Internet功能，支持常用的网络协议，方便网络，远程测控仪器开发。
28、渗透检测法步骤：
1）.被检测面预处理（预清洗）
2）.施加渗透剂
3）.去除多余的渗透剂
4）.施加显像剂进行显像
5）.检测
6）.后处理
29、影响渗透检测的因素:
试件表面光洁度；预清洗和渗透后的清洗；渗透液的性能；显像剂的性能；观察评定的环境；
操作员的经验与水平。
30、渗透检测的优点
1）.操作简单，操作容易掌握。
2）.所需设备简单，便于广泛采用。
3）.几乎用于一切材料，且不受零件几何形状、尺寸大小的影响。
4）.复杂零件一次检验可检测出各种方向的缺陷，不像磁粉检测那样有方向性问题。
5）.检测灵敏度高。
（可发现宽度小于1微米的微小裂纹）
6）.着色（或便携式渗透系统）检测不受设备，场地限制，可进行野外作业。
对大型零件局部检测也易进行。
31、磁粉检测原理
铁磁性材料工件被磁化后，由于不连续性的存在，使工件表面、近表面的磁力线发生局部畸变产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，在合适的光照下形成目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、大小、形状、和严重程度。
32、磁粉检测优点:
1）直观显示其缺陷的位置、大小、形状、严重程度和大致确定性质；
2）灵敏度很高（可发现0.1mm长、µm级宽的缺陷）
3）可检测铁磁性材料表面、近表面的开口与不开口的缺陷；
4）多种磁化方法可检测工件各方向的缺陷，不受大小形状影响；
5）重复性好，速度快，工艺简单；
33、涡流检测原理
涡流检测是以电磁感应为基础的无损检测技术只适用于导电材料，主要应用于金属材料和少数非金属材料（石墨、碳纤维的无损检测）。
当导体置于交变磁场中时，在导体内部会有感应电流存在，即产生涡流。
由于导体自身各种因素（如电导率，磁导率，形状，尺寸和缺陷）的变化会导致感应电流的变化（电压和阻抗），利用设备检测到这种变化而判知导体的性质、状态。
34、趋肤效应和渗透深度:
直流电在导体内流过时，它在导体横截面上的电流密度分布基本上是均匀的。
但当交流电在导体中流动时，它在导体横截面上的电流密度分布很不均匀。
表面层电流密度最大。
愈进入导体中心其电流分布随着距表面的深度增加而衰减，此现象即为交流电的趋肤效应。
趋肤效应随电流的频率、导体的磁导率和电导率的增加而变得愈加明显。
趋肤效应的大小以渗透深度δ来描述，即电流密度减少到表面电流密度的1/e=37%时的深度。
35、涡流检测特点：
（1）优点：
1）对于管、棒、线材检测不需接触，也不需耦合介质，检测速度高，易实现自动化检测。
2）对表面缺陷的探测灵敏度高，可对大小不同的缺陷进行评价，可以用在质量管理和控制。
3）检测因素多。
可以用于电导率检测，磁导率，缺陷及试件几何尺寸检测。
4）可用于高温状态下检测及利用不同探头形状狭窄区域检测（如发动机核心机内的叶片和毂盘检测）。
5）由于采用电信号处理，可以储存，再现及进行数据比较和处理。
（2）缺点：
1）检测材料必须是电导体。
2）由于利用电磁感应原理，只能检测表面和埋藏不深（近表面）的缺陷，对于埋藏深的缺陷无能为力。
3）探伤灵敏度和检测深度互相矛盾。
频率高时检测灵敏度高，但渗入深度小。
综合考虑。
4）对缺陷的定性和定量困难。
36、超声波检测基本原理：
当超声波在材料内部或表面传播时，介质的变化会导致声波传输路径的变化（反射，折射，衍射等）。
通过探头接收并分析变化的波型来判断材料的性质。
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