题目内容
（请给出正确答案）
[单选题]
数控系统的干扰一般是指那些与信号无关的，在信号输入、传输和输出过程中出现的一些__的有害的电气瞬变现象（）
A.可预见
B.确定
C.不确定
D.固定的
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第2题
A、只有信号出现时间先后的不同，而信号幅度大小、波形上均无变化
B、信号幅度大小、出现时间以及波形上均无变化
C、只有信号幅度大小和出现时间先后的不同，而波形上没有变化
D、信号幅度大小和出现时间相同，波形上有一定变化
第3题
光电耦合器件的特性测试
实验目的
(1)通过对光电耦合器件的参数的测试，达到进一步掌握发光二极管的特性，以及光电耦合器件的特性(输入与输出间的隔离特性，电流传输比，动态特性等)。
(2)掌握发光二极管及光电耦合器的驱动电路，达到能够使用光电耦合器的目的。
实验内容
(1)验证光电耦合器件原理，画出IF与ID关系曲线；
(2)测试光电耦合器件的隔离电阻；
(3)测试光电耦合器件的电流传输特性，求出电流传输比；
(4)测试光电耦合器件的输出特性，并绘出曲线。
实验所用仪器设备
(1)磷砷化镓发光二极管。
(2)PIN硅光电二极管2CU101A型。
(3)JT—1晶体管图示仪。
(4)光电耦合器件GD312。
(5)晶体管稳压电源。
(6)双脉冲信号发生器。
(7)0～100MHz双线示波器。
(8)晶体三极管，电阻，集成电路等元器件。
实验基本原理
在工业检测、电信号的传送处理的计算机系统中，常用继电器、脉冲变压器或复杂的电路来实现输入、输出端装置与主机之间的隔离、开关、匹配、抗干扰等功能。而继电器动作慢、有触点工作不可靠；变压器体积大、频带窄，所以它们都不是理想的部件。随着光电技术的发展，20世纪70年代以后出现了光电耦合器件。它是将发光器件(LED)和光敏器件(光敏二、三极管等)密封装在一起形成的一个电—光电器件。如下图所示。这种器件在信息的传输过程中是用光作为媒介把输入边和输出边的电信号耦合在一起的，在它的线性工作范围内，这种耦合具有线性变化关系。由于输入边和输出边仅用光来耦合，在电性能上完全是隔离的。因此，光电耦合器件的电隔离性能、线性传输性能等许多特性，都是从“光耦合”这一基本特点中引申出来的。故有的人把光电耦合器件也称为光隔离器或光耦合器。这些名称的共同点都是为了突出“光耦合”这一基本特征，这也是它区别于其他器件的根本特征。由于这种器件是一个利用光耦合做成的电信号传输器件，所以一般称为光电耦合器件。
1．传输特性
光电耦合器件的传输特性就是输入—输出间特性，它用下列几个性能参数来描述。
(1)电流传输比β
在直流工作状态下，光电耦合器件的集电极电流Ic与发光二极管的注入电流IF之比，称为光电耦合器件的电流传输比，用β表示。如下图所示的输出特性曲线，在其中部取一工作点Q，它所对应的发光电流为IFQ，对应的集电极电流为IcQ，因此该点的电流传输比为
如果工作点选在靠近截止区的Q1点时，虽然发光电流IF变化了△IF，但相应的△Ic1变化量却很小。这样，β值很明显地要变小。同理，当工作点选在接近饱和区Q3点时，β值也要变小。这说明工作点选择在输出特性的不同位置时，就具有不同的β值。因此，在传送小信号时，用直流传输比是不恰当的，而应当用所选工作点Q处的小信号电流传输比来计算。这种以微小变量定义的传输比称为交流电流传输比。它用β来表示。即
对于输出特性线性度做得比较好的光电耦合器件，β值很接近β值。在一般的线性状态使用中，都尽可能地把工作点设计在线性工作区。对于开关使用状态，由于不关心交流与直流电流传输比的差别，而且在实际使用中直流传输比又便于测量，因此通常都采用直流电流传输比β。
这里需要指出的是，光电耦合器件的电流传输比与晶体三极管的电流放大倍数都是输出与输入电流之比值，从表面上看是一样的，但它们却有本质的差别。在晶体三极管中，集电极电流Ic总是比基极电流Ib大许多倍，甚至几十、几百倍，因此把晶体三极管的输出与输入电流之比值称为电流放大倍数。而光电耦合器件的基区内，从发射极发射过来的电子是光激发出的空穴相复合而称为光复合电流，可用αIF表示，其中α是与发光二极管的发光效率、光敏三极管的光敏效率及二者之间距离有关的系数，通常称为光激发效率。而激发效率一般比较低，所以IF一般大于Ic。所以光电耦合器件在不加复合放大三极管时，其电流传输比都小于1，通常用百分数来表示。
下图示出了光电耦合器件的电流传输比β随发光电流IF的变化曲线。在IF较小时，耦合器件处于截止区，因此β值较小；当IF变大后，耦合器件处于线性工作状态，虽然IF增大，β变小，但其变化量是较小的。
下图是β随外界温度的变化曲线。在0℃以下时，β值随温度T的升高而上升；在0℃以上时，β值随T的增加而下降。
(2)输入—输出间绝缘耐压BVCFO
这是指输入与输出端之间的绝缘耐压值。一般低压使用时都能满足要求。当用于高压控制时，就要注意这一参数。由于绝缘耐压与电流传输比都与发光二极管和光敏三极管之间的距离有直接关系，当二者距离增大时，绝缘耐压提高了，但电流传输比却降低了；反之，当二者距离减小时，虽增大了β，但BVCFO却降低了。这是一对矛盾，可根据实际使用要求来挑选不同种类的光电耦合器件。如果制造工艺得到改善，可得到既具有高的β又具有高耐压的光电耦合器件。目前，北京光电器件厂生产的光电耦合器件BVVFO=500V，采用特殊的组装方式，可制造用于高压隔离线路等方面的耐压达几千伏或上万伏的光电耦合器件。
(3)输入—输出间的绝缘电阻RFC
这是输入与输出端之间的绝缘电阻，一般在109～1013Ω之间。它是与耐压密切相关的参数，它与β的关系和耐压与β的关系是一样的。
RFC的大小意味着光电耦合器件的隔离性能如何。光电耦合器件的RFC一般要比变压器原付边绕组之间的绝缘电阻大几个数量级，因此它的隔离性能要比变压器好得多。北京光电器件厂生产的RFC值一般达到1011Ω。
(4)输入一输出间的寄生电容CFC
这是输入与输出端之间的寄生电容。当CFC变大时，会使光电耦合器件的工作频率下降，也能使其共模抑制比CMRR下降，故后面的系统噪音容易反馈到前面系统中。对于一般的光电耦合器件，其CFC仅仅为几个pF，一般在中频范围内都不会影响电路的正常工作，但在高频电路中就要予以重视了。
(5)最高工作频率fM
下图给出测量光电耦合器件的频率特性的电路图。向发光二极管送入幅度相等而频率变化的交流小信号，在光电耦合器的输出端用交流电压表测其交流输出电压值。随着频率的增高，虽然输入电压幅度不变，而输出幅度却下降了，当输出电压相对幅值降至0.707时，所对应的频率就称为光电耦合器件的最高工作频率(或称截止频率)，用fM来表示。
下图示出了一个光电耦合器件的频率特性示意图。最高工作频率fM也会随着外电路负载的变化而改变，第二个图出了在不同负载电阻RC时的fM值，图中RC1＞RC2＞RC3。由图可知，当负载电阻RC减小时，fM增高。
(6)脉冲上升时间tr和下降时间tf
下图是测量脉冲响应时间的电路图。从输入端送入一个前后沿都很好的矩形脉冲(如第二个图(a)所示)，采用频率特性较高的脉冲示波器来观测输出端的波形(如图(b)所示)。由图看出，输出的波形产生了畸变。一般把脉冲前沿的0～0.9之间的时间间隔称为上升时间，用fr表示；而脉冲下降沿中介于1～0.1之间的时间间隔称为脉冲下降时间，用
最高工作频率fM、脉冲上升时间tr和下降时间ff都是衡量光电耦合器件动态特性的参数。当用光电耦合器件传送小的正弦信号或非正弦信号时，用最高工作频率fM来衡量较为方便；而当传送脉冲信号时，则用tr和tf来衡量既方便又直观。
tr与tf同fM一样，也是随着负载电阻的变化而变化的，但它们是随着负载电阻的减小而减小。
2．光电耦合器件的抗干扰特性
光电耦合器件的重要优点之一就是能强有力地抑制尖脉冲及各种噪音等的干扰，从而在传输信息中大大提高了信噪比。
光电耦合器件之所以具有很高的抗干扰能力，主要有下面几个原因。
①光电耦合器件的输入阻抗很低，一般为10Ω～1kΩ；而干扰源的内阻都很大，一般为103～106Ω。按一般分压比的原理来计算，能够馈送到光电耦合器件输入端的干扰噪声，就变得很小了。
②由于一般干扰噪声源的内阻都很大，虽然也能供给较大的干扰电压，但可供出的能量却很小，只能形成很微弱的电流。而光电耦合器件输入端的发光二极管只有在通过一定的电流时才能发光。因此，即使是电压幅值很高的干扰，由于没有足够的能量，不能使发光二极管发光，从而被它抑制掉了。
③光电耦合器件的输入—输出边是用光耦合的，且这种耦合又是在一个密封管壳内进行的，因而不会受到外界光的干扰。
④光电耦合器件的输入一输出间的寄生电容很小(一般为0.5～2pF)，绝缘电阻又非常大(一般为1011～1013Ω)，因而输出系统内的各种干扰噪音很难通过光电耦合器件反馈到输入系统中去。
第4题
A.传感器的静态特性是指对于静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有的相互关系，此时输入信号和输出量均与时间无关;而当传感器的输入量随时间变化时，其输出量的响应特性就是动态特性
B.衡量传感器的动态特性则主要用传感器对某些标准输入信号的响应来反映。如阶跃响应(包含过渡响应过程中特性参数：时间常数、上升时间、响应时间、振荡次数、稳态误差等)和频率响应(各阶传感器的数学模型)
C.传感器的基本特性是指传感器的输出与输入之间关系的特性，一般分为静态特性和动态特性两大类
D.衡量传感器的静态特性必的重要指标主要是测量范围、线性度、迟滞、重复性、灵敏度、分辨力和温度稳定性等
第5题
A.不得随意变更台址、电台呼号和有关技术参数
B.不得发送和接收与工作无关的信号
C.不得对其他无线电台业务产生有害干扰
D.确需变更项目的，必须办理变更手续。
第6题
A.无论输入信号如何，系统的输出信号不随时间变化
B.无论信号何时输入，系统的输出信号都是完全一样的
C.若输入信号延时一段时间输入，系统的输出信号除了有相应一段时间延时外完全相同
D.系统的运算关系T[·]与时间无关
第7题
A、操纵信号
B、输出信号
C、干扰信号
D、测量信号
第10题
弱光信号检测一锁相放大器的原理及使用
实验目的
通过实验，使学生加深了解弱光信号检测一锁相放大器的结构与原理，并学会使用，以了解弱光信号检测的一些方法和实际测试的技巧。
实验准备内容
(1)光电检测技术教材第11章弱光信号检测中的锁相放大器的内容；
(2)本实验28指导书中的实验原理等有关部分；
(3)ND-202型精密双相锁定放大器说明书(南京大学，微弱信号检测技术开发研究中心)。
实验内容
(1)使用锁相放大器测出发光管起始发光点工作电压；
(2)使用锁相放大器进行光谱测量。
实验设备及器材
(1)ND-202型精密双相锁定放大器(南京大学，微弱信号检测技术开发研究中心)。
(2)机械调制盘及驱动电源。
(3)可调直流稳压电源。
(4)单色仪。
(5)光源、发光管及光电探测器件。
(6)屏蔽罩及被检材料等。
实验基本原理
锁相放大器可以精确地测量被噪声埋没的极小信号，即使信号比噪声小一千倍仍能测得。它相当于一个带宽极窄的带通滤波器，滤出信号，抑制噪声。例如，它可以做到性能相当于中心频率为10kHz、而通频带宽度只有0.01Hz的滤波器，相当于带通滤波器的Q值达到106。这个指标对于一般滤波器来说是达不到的。除了滤波作用以外，锁相放大器还有足够高的增益，使输入小信号放大后输出，一般说来，增益可达109倍。可测最小信号达100nV，最小电流达0.1pA。
锁相放大器是一种交流弱信号放大器，也是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。它利用和被测信号有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些与参考信号同频(或倍频)、同相的噪声分量有响应。因此，能大幅度抑制无用噪声，改善检测信噪比。此外，锁相放大器有很高的检测灵敏度，信号处理比较简单，是弱光信号检测的一种有效方法，因而已广泛应用于各种交流弱信号探测与测量中。并且，在激光研究和可见光、红外、紫外光谱测量弱信号探测中．也是很有用的测量仪器。
1．锁相放大器的组成及工作原理
锁相放大器的基本结构组成，如下图所示。
由图可知，它有三个主要部分：信号通道、参考通道和相敏检波。信号通道对混有噪声的初始信号进行选频放大，对噪声作初步的窄带滤波。参考通道通过锁相和移相，提供一个与被测信号同频同相的参考电压。相敏检波由混频乘法器和低通滤波器组成，它同教材第九章第二节中所介绍的相敏检波器，有相类似的原理和结构，只是所用参考信号是方波形式。在相敏检波器中，参考信号和输入信号进行混频运算，得到二信号的和频与差频。该信号经低通滤波器滤除和频成分后，得到与输入信号幅值成比例的直流输出分量。
设乘法器的输入信号Us和参考信号Ur分别有下列形式：
Us=Usmcos[(ω0+△ω)t+θ] (28-1)
Ur=Umcosω0t (28-2)
则输出信号U0为：
U0=Us·Ur
=
式中，△ω是Us和Ur的频率差，θ为相位差。由式可见，通过输入信号和参考信号的相关运算后，输出信号的频谱由ω0变换到差频△ω与和频2ω0的频段上。下图给出了相敏检波器实现的频谱变换。这种频谱变换的意义在于，可以利用低通滤波器得到窄带的差频信号。同时，和频信号2ω0分量被低通滤波器滤除，于是，输出信号U'0变为：
上式表明，在输出信号中只是那些与参考电压同频率的分量，才使差频信号为零，即△ω=0。此时，输出信号是直流信号，它的幅值取决于输入信号幅值，并与参考信号和输入信号相位差有关，并有
当θ=0时，
为使相敏检波器的工作稳定、开关效率高，参考信号采用间隔相等并与零电平交叉的方波信号，这种相敏检波器也称开关混频器，其中心频率锁定在被测信号频率上。用方波控制的相敏放大器其工作原理示意图表示在下图中，这是一个根据输入信号相位来改变输出信号极性的开关电路。当Us和Ur同相或反相时，输出信号是正或负的脉动直流电压；当Us和Ur是正交的△ω=±90°时，输出信号为零。这种等效开关电路，可用场效应管式晶体管开关电路实现。参考电压的选取，可以借助于对输入待测信号的锁相跟踪，但更多的作法是利用参考信号对被测信号进行斩波或调制，使被测信号和参考信号同步变化。
检波后的低通滤波器用来滤波差频信号。原则上，滤波器的带宽与被测信号的频率无关，因为在频率跟踪的情况下，差频△ω很小，所以带宽可以作得很窄。采用一阶RC滤波器，其传递函数为：
对应的等效噪声带宽为：
取T0=RC=30s，有△fe=0.0083Hz。对于这种带宽很小的噪声，似乎可以用窄带滤波器加以消除。但是带通滤波器的频率不稳定限制了滤波器的带宽值。即
△fe=
式中，Q为品质因数，fr为中心频率。由于这种限制，使可能达到的Q值最大限制只有100。因此，实际上单纯依靠压缩带宽来抑制噪声是有限度的。但是，由于锁相放大器的同步检相作用，只允许和参考信号同频同相的信号通过，所以它本身就是一个带通滤波器，它的Q值可达108s，通频带宽可达0.01Hz。因此，锁相放大器有良好的改善信噪比的能力。对于一定的噪声，噪声电压正比于噪声带宽的平方根。因此，信噪比的改善可表示为：
式中，
实际上，从基本原理看，锁相放大器和锁相环是一样的，都是根据信息论和随机过程理论得出的一种相关接收技术。根据信号具有周期性特征而噪声具有随机性特征这种差别，运用相关运算电路后，电路输出的信号、噪声功率比就能得到提高，从而把深埋在噪声中的信号得以挖掘出来。因此，锁相放大器实质是一种互相关接收技术。接收系统的输入信号是真实的周期性信号的混合物。在接收系统中自己产生一个重复频率与信号相同的、但是不含噪声的参考信号与输入信号一起进行互相关运算。
运算结果包含信号的自相关函数和信号与噪声的互相关函数两项。周期性信号的自相关函数仍有周期性。由于信号与噪声互不相关，经无限长时间积分后，信号与噪声的互相关函数将趋于零，也就是噪声将趋于零。在实际测量中，由于积分时间是有限的，噪声不可能趋于零。但是，积分时间愈长，互相关函数愈小，噪声衰减得愈厉害，从而输出信噪比就愈高。
具体在锁相放大器的电路中，用相敏检波器来完成求互相关运算中的相乘运算，用低通滤波器近似完成积分运算。
综上所述，锁相放大技术包括下列四个基本环节：
①通过调制或斩光，将被测信号由零频范围转移到设定的高频范围内，从而使检测系统变成交流系统。
②在调制频率上，对有用信号进行选频放大。
③在相敏检波器中，对信号解调。同步解调作用截断了非同步噪声信号，使输出信号的带宽限制在极窄的范围内。
④通过低通滤波器对检波信号进行低通滤波。
2．锁相放大器的特点
锁相放大器的特点是：
①要求对入射光束进行斩光或光源调制，适用于调幅光信号的检测。
②是极窄带高增益放大器，其增益可高达1011(220dB)，滤波器带宽可窄到0.00044Hz，品质因数Q值达108或更大。
③是交流信号——直流信号变换器。相敏输出正比于输入信号的幅度和与参考电压的相位差。
④可以补偿光检测中的背景辐射噪声和前置放大器的固有噪声。其信噪比改善可达1000倍。
实验用锁相放大器及测量线与被测端连接问题
1．实验用锁相放大器
锁相放大器的具体电路和结构形式虽有多种，但基本上都是由前述的信号通道、参考信号通道和相敏检波(即同步检测)三部分电路组成，其具体原理框图如下图所示。图中带箭头斜线表示可调，图的中间部分为相敏检波，上部分为信号通道，下部分为参考信号通道。
本实验采用ND-202型精密双相锁定放大器，来进行弱光信号检测。其内部线路和信号处理方式虽另有其特点，但其面板功能键，基本上与图所示的方块图一致。
2．锁相放大器测量线与被测端连接问题
信号通路自身的噪声是可以得到抑制的，它除了采用低噪声前置放大器，注意与信号源信噪比匹配外，还应防止测量时因输入端分布电容或电感耦合引入外部干扰，并且还应十分注意测量线接地问题。下面简述锁相放大器测量线与被测端连接问题。
实验时，周围的仪器都可能通过分布电容和电感对锁相放大器的测量端引入干扰，如下图示意图。两条导线之间就存在电容，例如：导体截面A=0.01m2，相距d=0.1m，形成平板电容C0=0.009pF。若电源为交流120V；频率ω为60Hz，则经分布电容C0耦合，得到干扰电流为
这种干扰比用锁相放大器最灵敏量程所测电流大4000倍。所以，被测实验对象和锁相放大器的测量头，均应放在金属屏蔽盒中。此外，外界磁场干扰也可通过分布电感引入被测部分，而用磁性屏蔽盒就可以减小其影响。
下面简述测量输入线的接地技术，即消除地回路引入干扰电流的问题。通常采用屏蔽线连接被测点和锁相放大器的输入端。信号线被包在金属网织成的屏蔽壳中，然后屏蔽壳接地，这样防止了信号线和其他线之间由于电容耦合引入的干扰，如下图所示。但是，屏蔽壳不可避免自身由几十毫欧姆电阻，于是地线也不是纯净的地，致使地线两端会有不同电位，有时可以有几十毫伏电压，它等效于第二个图中所示电路。接地点不同电位可用地回路等效电源(干扰源)表示。它在屏蔽壳电阻上产生电压降Ug将和信号同时进入锁相放大器。
为了减小这种影响，实际锁相放大器的输入线通常采用下图(a)和(b)形式。放大器单端输入时，采用图(a)形式；双端差动输入时，采用图(b)形式，在图(a)中接入了“浮地电阻”RA，一般RA=10Ω～1kΩ。它使地线两端不等电位造成地回路的干扰电压进行分压，以减小引入输入端的干扰电压Ug值。在图(b)中，把信号线和地线送入差动放大器两个输入端，于是，地回路干扰在两输入端为共模电压。利用差动放大共模抑制比能较好地减小地回路对信号线引入的干扰。所以，输入线通常是“浮地”接入。
第11题
B、PLC可直接处理工业现场的强电信号，控制强电设备，无需再做A/D，D/A转换接口
C、工业控制计算机的抗干扰能力强，可以直接连接到工业现场的输入、输出机构上
D、由于PLC内部有光—电耦合电路等抗干扰设计进行电气隔离，输出采用继电器、可控硅或大功率晶体管进行功率放大，因而可直接驱动执行机构
