传感器原理及课后答案答案

第一篇：传感器原理及课后答案答案

1－1：答：传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称为传感器的静态特性；其主要指标有线性度、灵敏度、精确度、最小检测量和分辨力、迟滞、重复性、零点漂移、温漂。

1－2：答：（1）动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性；

（2）描述动态特性的指标：对一阶传感器：时间常数

对二阶传感器：固有频率、阻尼比。

1－3：答：传感器的精度等级是允许的最大绝对误差相对于其测量范围的百分数，即 A＝ΔA/YFS＊100％

1－4；答：（1）：传感器标定曲线与拟合直线的最大偏差与满量程输出值的百分比叫传感器的线性度；（2）拟合直线的常用求法有：端基法和最小二5乘法。

1－5：答：由一阶传感器频率传递函数w(jw)=K/(1+jωτ),确定输出信号失真、测量结果在所要求精度的工作段，即由B/A=K/(1+(ωτ)),从而确定ω，进而求出f=ω/(2π).1－6：答：若某传感器的位移特性曲线方程为y1=a0+a1x+a2x2+a3x3+…….让另一传感器感受相反方向的位移，其特性曲线方程为y2=a0－a1x＋a2x2－a3x3＋……，则Δy=y1－y2=2(a1x+a3x3+ a5x5……),这种方法称为差动测量法。其特点输出信号中没有偶次项，从而使线性范围增大，减小了非线性误差，灵敏度也提高了一倍，也消除了零点误差。

2－1：答：（1）金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。

（2）半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。2－2：答：相同点：它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化所；不同点：金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半21/2

导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。

2－3：答：金属应变片单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数；它与金属丝应变灵敏度函数不同，应变片由于由金属丝弯折而成，具有横向效应，使其灵敏度小于金属丝的灵敏度。

2－4：答：因为（1）金属的电阻本身具有热效应，从而使其产生附加的热应变；

（2）基底材料、应变片、粘接剂、盖板等都存在随温度增加而长度应变的线膨胀效应，若它们各自的线膨胀系数不同，就会引起附加的由线膨胀引起的应变；常用的温度补偿法有单丝自补偿，双丝组合式自补偿和电路补偿法。

2－5：答：（1）固态压阻器件的特点是：属于物性型传感器，是利用硅的压阻效应和微电子技术制成的压阻式传感器，具有灵敏度高、动态响应好、精度高易于集成化、微型化等特点。（2）受温度影响，会产生零点温度漂移（主要是由个桥臂电阻及其温度系数不一致引起）和灵敏度温度漂移（主要灵敏度系数随温度漂移引起）。

（3）对零点温度漂移可以用在桥臂上串联电阻（起调零作用）、并联电阻（主要起补偿作用）；

对灵敏度漂移的补偿主要是在电源供电回路里串联负温度系数的二极管，以达到改变供电回路的桥路电压从而改变灵敏度的。

2－6：答；（1）直流电桥根据桥臂电阻的不同分成：等臂电桥、第一对称电桥和第二等臂电桥（2）等臂电桥在R＞＞ΔR的情况下，桥路输出电压与应变成线性关系；第一对称电桥（邻臂电阻相等）的输出电压等同于等臂电桥；第二对称电桥（对臂电阻相等）的输出电压的大小和灵敏度取决于邻臂电阻的比值，当k小于1时，输出电压、线性度均优于等臂电桥和第一对称电桥。

3-1 电容式传感器有哪些优点和缺点？

答：优点：①测量范围大。金属应变丝由于应变极限的限制，ΔR/R一般低于1％。而半导体应变片可达20％，电容传感器电容的相对变化量可大于100％；

②灵敏度高。如用比率变压器电桥可测出电容，其相对变化量可以大致107。－

③动态响应时间短。由于电容式传感器可动部分质量很小，因此其固有频率很高，适用于动态信号的测量。④机械损失小。电容式传感器电极间吸引力十分微小，又无摩擦存在，其自然热效应甚微，从而保证传感器具有较高的精度。⑤结构简单，适应性强。电容式传感器一般用金属作电极，以无机材料（如玻璃、石英、陶瓷等）作绝缘支承，因此电容式传感器能承受很大的温度变化和各种形式的强辐射作用，适合于恶劣环境中工作。电容式传感器有如下不足：①寄生电容影响较大。寄生电容主要指连接电容极板的导线电容和传感器本身的泄漏电容。寄生电容的存在不但降低了测量灵敏度，而且引起非线性输出，甚至使传感器处于不稳定的工作状态。②当电容式传感器用于变间隙原理进行测量时具有非线性输出特性。

3-2 分布和寄生电容的存在对电容传感器有什么影响？一般采取哪些措施可以减小其影响。

答：改变传感器总的电容量，甚至有时远大于应该传递的信号引起的电容的变化；使传感器电容变的不稳定，易随外界因素的变化而变化。

可以采取静电屏蔽措施和电缆驱动技术。

3-3 如何改善单极式变极距型电容传感器的非线性？

答：采用可以差动式结构，可以使非线性误差减小一个数量级。

3－4：答：驱动电缆技术是指传感器与后边转换输出电路间引线采用双层屏蔽电缆，而且其内屏蔽层与信号传输线（芯线）通过1：1放大器实现等电位，由于屏蔽电缆线上有随

传感器输出信号变化而变化的信号电压，所以称之为“电缆驱动技术”。3-7 为什么高频工作时的电容式传感器其连接电缆不能任意变化？

答：因为连接电缆的变化会导致传感器的分布电容、等效电感都会发生变化，会使等效电容等参数会发生改变，最终导致了传感器的使用条件与标定条件发生了改变，从而改变了传感器的输入输出特性。

4－1：答：差动式电感传感器是通过改变衔铁的位置来改变两个差动线圈磁路的磁阻而使两个差动结构的线圈改变各自的自感系数实现被测量的检测，而差动变压器式传感器则是通过改变衔铁的位置改变两个原副线圈的互感系数来检测相关物理量的。

5－1答:（1）某些电介质，当沿着一定方向对其施加力而使它形迹时，内部产生极低化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又重新恢复不带电的状态，这种现象称为压电效应。（2）不能，因为构成压电材料的电介质，尽管电阻很大，但总有一定的电阻，外界测量电路的输入电阻也不可能无穷大，它们都将将压电材料产生的电荷泄漏掉，所以正压电式不能测量静止电荷。

5-3:答：（1）压电式传感器前置放大器的作用：一是把压电式传感器的高输出阻抗变换为低输出阻抗输出，二是放大压电式传感器的输出弱信号。

(2)压电式电压放大器特点是把压电器件的高输出阻抗变换为传感器的低输出阻抗，并保持输出电压与输入电压成正比。

而电荷放大器的特点是能把压电器件的高内阻的电荷源变换为传感器低内阻的电压源，以实现阻抗匹配，并使其输出电压与输入电压成正比，且其灵敏度不受电缆变化的影响。

因为电压放大器的灵敏度Ce的大小有关，见（5－20式）。

6-3．光栅式传感器的基本原理是什么？莫尔条纹是如何形成的?特点？

当标尺光栅相对于指示光栅移动时，形成的莫尔条纹产生亮暗交替的变化，利用光电接收原件将莫尔条纹亮暗变化的光信号转换成电脉冲信号，并用数字显示，从而测出标尺光栅的移动距离（2）1.虽然光栅常数w很小，但只要调整角度seta，即可得到很大的莫尔条纹宽度Bh，起到了放大作用2.莫尔条纹的光强度变化近似于正弦变化便于将电信号进一步细分3.光电元件接收的并不只是固定一点的条纹，而是一定范围内的所有刻线产生的条纹4.莫尔条纹技术还可用径向光栅进行角度测量

6-4光栅传感器有高精度的原因

1.调整角度seta获得很大的莫尔条纹宽度起到放大作用，提高了测量精度

2.通过细分技术提高测量精度

3.光电元件接受一定长度范围内的所有刻线产生的条纹，对光栅刻线的误差起到了平均作用，可能得到比光栅本身的刻线精度高的测量精度

8－1：答：（1）在垂直于电流方向加上磁场，由于载流子受洛仑兹力的作用，则在平行于电流和磁场的两端平面内分别出现正负电荷的堆积，从而使这两个端面出现电势差，这种现象称为霍尔效应。

（2）应该选用半导体材料，因为半导体材料能使截流子的迁移率与电阻率的乘积最大，而使两个端面出现电势差最大。

（3）应该根据元件的输入电阻、输出电阻、灵敏度等合理地选择元件的尺寸。

8－2：答：（1）不等位电势的重要起因是不能将霍尔电极焊接在同一等位面上，可以通过机械修磨或用化学腐蚀的方法或用网络补偿法校正。

8－7答：（1）分为外光电效应和内光电效应两类；

（2）：外光电效应，利用物质吸收光的能量大于物质的逸出功，使电子跑出物体表面，向外界发射的外光电效应。如光电管与光电倍增管。

内光电效应：利用物质吸收光的能量大于物质的禁带宽度，使物质中的电子从健合态过度到自由状态，而使物质的电阻率减小的光电效应。如光敏电阻。

8－8答：（1）光电池的开路电压是指外电路开路时光电池的电动势；短路电流是指外接负载相对于光电池内阻而言是很小的情况下，光电池的输出电流。

（2）因为负载电阻越小，光电流与光照强度的关系越接近线性关系，且线性范围也越宽

第二篇：计算机网络原理课后答案

以单计算机为中心的远程联机系统，通过通信线路将信息汇集到一台中心计算机进行集中处理，从

而开创了把计算机技术和通信技术相结合的尝试，这类简单的“终端—通信线路—计算机”系统，形成

了计算机网络的雏形。

ARPANET 在概念、结构和网络设计方面都为后继的计算机网络技术的发展起到了重要的作用，并为

internet 的形成奠定一定基础。

OSI/RM 的提出，开创了一个具有统一的网络体系结构、遵循国际标准化协议的计算机网络新时代，ＯSI 标准不仅确保了各厂商生产的计算机间的互连，同时也促进了企业的竞争，大大加速了计算机网络 的发展。

7． 计算机网络的功能

硬件资源共享：可以在全国范围内提供对处理资源、存储资源、输入输出资源等昂贵设备的共享。

软件资源共享：允许互联网上的用户远程访问各类大型数据库，可以得到网络文件传送服务、远地

进程管理服务和远程文件访问服务，从而避免软件研制上的重复劳动以及数据资源的重复存贮，也便于 集中管理。

用户间信息交换：计算机网络为分布在各地的用户提供了强有力的通信手段。8． 缩写名词解释：

PSE:分组交换设备 ＰAD:分组装配／拆卸设备 NCC:网络控制中心 FEP:前端处理机 IMP:接口信息处理机 PSTN:电话交换网 ADSL:非对称用户环路 DDN:数字数据网 FR:帧中继网 ATM:自动取款机

ISDN:综合服务数字网 VOＤ:点播电视 WAN:广域网 ＬAN:局域网

MAN:城域网 OSI:开放系统互连

ITU:国际电信联盟 IETF:因特网工程特别任务组

第 2 章节 计算机网络体系结构

1． 说明协议的基本含义，三要素的含义与关系。为计算机网络中进行数据交换而建立的规则，标准或约定的集合就称为网络协议。主要由下列三个 要素组成：

语义（Semantics）：涉及用于协调与差错处理的控制信息。

语法（Syntax）：涉及数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。定时（Timing）：涉及速度匹配和排序等。2． 协议与服务有何区别？又有何关系？

网络协议是计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。二者的区别在于： 首先协议的实现保证了能够向上一层提供服务。本层的服务用户只能看到服务而无法看到下面的协 议，下面的协议对上面的服务用户是透明的，其次，协议是控制对等实体之间的通信的规则，而服务是

由下层向上层通过层间接口提供的。二者的关系在于：在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。要

实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。

3． 计算机网络采用层次结构模型的理由是什么？有何好外？

计算机网络系统是一个十分复杂的系统。将一个复杂系统分解为若干个容易处理的子系统，然后

“分而治之”逐个加以解决，这种结构化设计方法是工程设计中常用的手段。分层就是系统的最好方 法之一。

不同之处有两点：首先，OSI 模型有七层，而TCP/IP 只有四层，它们都有网络层（或者称互连网层）、传输层和应用层，但其它的层并不相同。其次，在于无连接的和面向连接的通信范围有所有同，OSI 模型的网络层同时支持无连接和面向连接 的通信，但是传输层上只支持面向连接的通信。TCP/IP 模型的网络层只有一种模式即无连接通信，但是

在传输层上同时支持两种通信模式。

第 3 章节 物理层

1． 物理层协议包括哪些内容？

包括：EIA RS232C 接口标准、EIA RS 449 及RS-422 与 RS-423 接口标准、100 系列和200 系

列接口标准、X.21 和X.21bis 建议四种。

RS232C 标准接口只控制DTE 与DCE 之间的通信。

RS-449 有二个标准的电子标准：RS-422(采用差动接收器的平衡方式)与 RS-423(非平衡方式)这些标准重新定义了信号电平，并改进了电路方式，以达到较高的传输速率和较大的传输距离。

系列接口标准的机械特性采用两种规定，当传输速率为：200bps~9600bps 时，采有V.28 建

议；当传输速率为 48Kbps 时，采用34 芯标准连接器。200 系列接口标准则采用25 芯标准连接器。

X.21 是一个用户计算机的DTE 如何与数字化的DCE 交换信号的数字接口标准，以相对来说比较简

单的形式提供了点-点的信息传输，通过它能够实现完全自动的过程操作，并有助于消除传输差错。

2． 比较 RS-232 与RS-449 的电气特性。

RS-232 规定逻辑“1”的电平为：-15 ~-5，逻辑“0”的电平为 +5 ~+15。两设备的最大距离也仅

为 15 米，而且由于电平较高，通信速率反而影响。接口通信速率小于等于20Kbps。RS-422 由于采用完全独立的双线平衡传输，抗串扰能力大大增强。又由于信号电平定义为正负6 伏，当传输距离为 10m 时，速率可达10Mbps；当传输距离为 1000m 时，速率可达100Kbps。RS-423，电气标准是非平衡标准。它采用单端发送器和差动接收器。当传输距离为 10m 时，速率可

达 100Kbps；当传输距离为 1000m 时，速率可达10Kbps。

3． 请说明和比较双绞线、同轴电缆与光纤3 种常用传输价质的特点。

双绞线是最常用的传输介质。双绞线芯一般是铜质的，能提供良好的传导率。既可以用于传输模拟信

号也可以用于传输数字信号。双绞线分为两种：无屏幕和屏蔽。无屏蔽双绞线使用方便，价格便宜，但

易受外部电磁场的干扰。屏蔽双绞线是用铝箔将双绞线屏蔽起来，以减少受干扰，但价格贵。同轴电缆分基带同轴电缆（50）和宽带同轴电缆(75)。基带同轴电缆可分为粗缆和细缆二种，都

用于直接传输数字信号；宽带同轴电缆用于频分多路复用的模拟信号传输，也可用于不使用频分多路复用 的高数字信号和模拟信号传输。同轴电缆适用于点到点和多点连接，传输距离取决于传输的信号形式和

传输的速度，同轴电缆的抗干扰性能比双绞线强，安装同轴电缆的费用比双绞线贵，但比光纤便宜。

光纤是光导纤维的简称，它由能传导光波的超细石英玻璃纤维外加保护层构成。光纤适合于在几个建

筑物之间通过点到点的链路连接局域网络。光纤具有有不受电磁干扰或噪声影响的特征，适宜有长距离

内保持高数据传输率，而且能够提供很好的安全性。

4． 控制字符 SYN 的ASCII 码编码为0010110,请画出SYN 的FSK、NRZ、曼彻斯特编码与差分曼彻斯

特编码等四种编码方法的信号波形。

10、计算下列情况的时延（从第一个比特发送到最后一个比特接收）：

11、假设在地球和一个火星探测车之间架设了一条128Kbps 的点到点的链路，从火星到地球的距离(当它们

离得最近时)大约是55gm，而且数据在链路上以光速传播，即3*108m/s。

12、下列情况下假定不对数据进行压缩，对于(a)~(d)，计算实时传输所需要的带宽: 第 4 章节 数据链路层

1．数据链路层的主要功能包括哪几个方面的内容？ 帧同步功能：为了使传输中发生差错后只将出错的有限数据进行重发，数据链路层将比特流组织成为

帧为单位传送。常用的帧同步方法有：使用字符填充的首尾定界符法、使用比特填充的首尾标志法、违法

编码法、字节计数法。

差错控制功能：通信系统必须具备发现（即检测）差错的能力，并采取措施纠正之，使差错控制在所

能允许的尽可能小的范围内，这就是差错控制的过程，也是数据链路层的主要功能之一。流量控制功能：由于收发双方各自使用的设备工作速率和缓冲存储空间的差异，可能出现发送方发送

7．若ＢＳＣ帧数据中出现下列字符串：

“ＡBCDE” 问字符填充后的输出是什么？

答： “ＡBCDE”

8、若 HDLC 帧数据段中出现下列比特串：”***011111110” 问比特填充后的输出是什么？ 答：

9．用ＢＳＣ规程传输一批汉字（双字节），若已知采用不带报头的分块传输，且最大报文块长为129 字节，共传输了 5 帧，其中最后一块报文长为101 字节。问每个报文最多能传多少汉字？该批数据共有多少汉字？

（假设采用单字节的块检验字符。）

10．用HDLC 传输１２个汉字（双字节）时，帧中的信息字段占多少字节？总的帧长占多少字节？

答： HDLC 的帧格式如下：

它的信息字段的数据为：12*2=24 字节 总的帧长为：24+6=30 字节。

11．简述HDLC 帧中控制字段各分段的作用。

HDLC 帧中控制字段的第1 位或第2 位表示传输帧的类型。第5 位是Ｐ/F 位，即轮询／终止位。当

P/F 位用于命令帧（由主站发出）时，起轮询的作用，即不该位为1 时，要求被轮询的从站给出响应，所

以此时 P/F 位可被称为轮询位（或者说Ｐ位）；当Ｐ／Ｆ位用于响应帧（由从站发出）时，称为终止位（或

选择包括两个基本操作，即最佳路径的判定和网间信息包的传送（交换）。两者之间，路径的判定相对 复杂。拥塞控制：拥塞控制是指到达通信子网中某一部分的分组数量过多，使得该部分网络来不及处理，以

致引起这部分乃至整个网络性能下降的现象，严重时甚至会导致网络通信业务陷入停顿，即出现死锁现象。网际互连：网际互连的目的是使用一个网络上的用户能访问其它网络上的资源，使不同网络上的用户

互相通信和交换信息。这不仅有利于资源共享，也可以从整体上提高网络的可靠性。

2、虚电路中的“虚”是什么含义？如何区分一个网络节点所处理的多个虚电路？ 在虚电路操作方式中，为了进行数据传输，网络的源节点和目的节点之间先要建立一条逻辑通路，因为这条逻辑通路不是专用的，所以称之为“虚”电路。

为使节点能区分一个分组属于哪条虚电路，每个分组必须携带一个逻辑信道号；同样，同一条虚电路 的分组在各段逻辑信道上的逻辑信道号可能也不相同，传输中，当一个分组到达节点时，节点根据其携带 的逻辑信道号查找虚电路表，以确定该分组应该应发往的下一个节点及其下一段信道上所占用的逻辑信道

号，用该逻辑信道号替换分组中原先的逻辑信道号后，再将该分组发往下一个节点。

3、简述虚电路操作与数据报操作的特点、虚电路服务与数据报服务的特点。

虚电路操作的特点：在虚电路操作方式中，为了进行数据传输，网络的源节点和目的节点之间先要建 立一条逻辑通路，因为这条逻辑通路不是专用的，所以称之为“虚”电路。每个节点到其它任一节点之间

可能有若干条虚电路支持特定的两个端系统之间的数据传输。两个端系统之间也可以有多条虚电路为不同 的进程服务，这些虚电路的实际路径可能相同也可能不相同，各节点的虚电路表是在虚电路建立过程中建

立的。各节点的虚电路表空间和逻辑信道号都是网络资源，当虚电路拆除时必须回收。数据报操作的特点：在数据报操作方式中，每个分组被称为一个数据报，若干个数据报构成一次要传

送的报文或数据报。每个数据报自身携带有足够的信息，它的传送是被单独处理的。整个数据报传送过种

中，不需要建立虚电路，但网络节点要为每个数据报做路由选择。虚电路服务的特点：虚电路服务是网络层向传输层提供的一种使所有分组按顺序到达目的可靠的数据 传送方式。进行数据交换的两个端系统之间存在着一条为它们服务的虚电路。提供这种虚电路服务的通信

子网内部既可以是虚电路方式的，也可以是数据报方式的。数据报服务的特点：数据报服务一般仅由数据报交换网来提供。端系统的网络层同网络节点中网络层

之间，一致地按照数据报操作方式交换数据。当端系统要发送数据时，网络层给该数据附加上地址、序号

等信息，然后作为数据报发送给网络节点。目的端系统收到的数据报可能不是按序到达的，也可能有数据 报的丢失。

4、考虑下面虚电路服务实现涉及的设计问题。如果虚电路用在子网内部，每个数据报文必须有一个3 字节 的含义，每个路由器必须留有8 个字节的空间来标识虚电路。如果内部使用数据报，则需要使用一个15 字节的分组头。假定每站段传输带宽的费用为第106 字节1 元人民币；路由器存储器的价格为每字节0.1 元人民币，并且在未来两年会下降。平均每次会话长度为1000 秒，传输200 分组；分组平均需传4 个站

段。试问子网内部采用虚电路或数据报哪个便宜？便宜多少？

5、考虑图5-5(a)中的子网。该子网使用了距离矢量路由算法，下面的矢量刚刚到达路由器C，来自B 的矢量

为（5,0,8,12,6,2）；来自D 的矢量为（16，12，6，0，9，10）；来自E 的矢量为（7，6，3，9，0，4）经

测量，到B、D 和E 的延迟分别为6、3、5。请问C 新路由表将会怎么样？请给出将使用的输出线路及

期望（预计）的延迟。

18、计算如图5-8(a)所示子网中的路由器的一个多点播送生成树。

3源路由选择的缺点是：使用它的前提是互联网中的每台机器都知道所有其它机器的最佳路径。获取

路由算法的基本思想是：如果不知道目的地地址的位置，源机器就发一个广播帧，询问它在哪里。每个

网桥都会转发此帧，这样查找帧就可以到达互连网的第一个LAN。当应答回来时，途径的网桥将它们自

己的标识记录在应答帧中，于是广播帧的发送者就可得到确切的路由，并从中选取最佳者。

14、一台主机的RIP 协议可以是主动方式吗？说明理由。不可以。主机中实现的ＲＩＰ工作在被动状态，它不会传递自己的路由表的信息给别的路由器，它

只是接收其它ＲＩＰ路由器广播的路由信息，并且根据收到的路由信息更新自己的路由表。

15、简述ＡＲＰ协议和ＲＡＲＰ协议的要点。为了正确地向目的站传送报文，必须把目的站的32 位ＩＰ地址转换成48 位以太网目的地址ＤＡ。

这就需要在互连层有一组服务将ＩＰ地址转换为相应物理网络地址。这组协议即是ＡＲＰ。在进行报文

发送时，如果源互连层所给的报文只有ＩＰ地址，而没有对应的以太网地址，则互连层广播ＡＲＰ请求

以获取目的站信息，而目的站必须回答该ＡＲＰ请求。地址转换协议ＡＲＰ使主机可以找出同一物理网

络中任一个物理主机的物理地址，只需给出目的主机的 IP 地址即可。如果站点初始化以后，只有自己的物理网络地址而没有ＩＰ地址，则它可以通过ＲＡＲＰ协议，发

出广播请求，征求自己的ＩＰ地址，而ＲＡＲＰ服务器负责回答。这样，无ＩＰ地址的站点可以通过

ＲＡＲＰ协议取得自己的ＩＰ地址，这个地址在下一次系统重新开始以前都是有效的，不用连续广播请

求，ＲＡＲＰ广泛用于无盘工作站的ＩＰ地址。

16、多播和广播有何异同？若要路由器支持多播，还需要添加哪些功能？ 局域网中可以实现对所有网络节点的广播，但对于有些应用，需要同时向大量接收者发送信息，这

些应用的共同特点就是一个发送方对应多个接收方，接收方可能不是网络中的所有主机，也可能没有位

于同一子网。这种通信方式介于单播和广播之间，被称为组播或多播。多播需要特殊的多播路由器支持，多播路由器可以兼有普通路由器的功能。因为组内主机的关系是 动态的，因此本地的多播路由器要周期性地对本地网络中的主机进行轮询（发送一个目的地址为

224.0.0.1 的多播报文），要求网内主机报告其进程当前所属的组，各方机会将其感兴趣的Ｄ类地址返回，多播路由器以此决定哪些主机留在哪个组内。若经过几次轮询在一个组内已经没有主机是其中的成员，多播路由器就认为该网络中已经没有主机属于该组，以后就不再向其它的多播路由器通告组成员的状况。

17、与IPv4 相比，IPv6 有哪些改进？

Ａ、IPv6 把IP 地址长度增加到128 比特，使地址空间增长296 倍

B、灵活的ＩＰ报文头部格式。IPv6 采用一种新的报文格式，使用一系列固定格式的扩展头部取代了

ＩＰv4 中可变长度的选项字段。C、简化协议，加快报文转发。IPv6 简化了报文头部格式。将字段从IPv4 的13 个减少到7 个，报文分

段也只是在源主机进行，这些简单化使路由器可以更快地完成对报文的处理和转发，提高了吞吐量。

Ｄ、提高安全性。

Ｅ、支持更多的服务类型。

Ｆ、允许协议继续演变，增加新的功能，使之适应未来的发展。

18、IPv6 有哪些特点？下一代网络为什么要使用IPv6 ? 无论从计算机技术的发展还是从因特网的规律和网络的传输速率来看，IPv4 都已经不适用了，主要

原因就是 32 比特的ＩＰ地址空间已经无法满足迅速膨胀的因特网规模。IPv6 的主要目标包括：

Ａ、扩大ＩＰ地址空间，即使地址利用率不高，也能支持上百亿台主机。Ｂ、减小路由选择表的长充，提供路由选择速度。

Ｃ、简化协议，使路由器处理分组更迅速。Ｄ、提供更好的安全性。Ｅ、增加对服务类型的支持，特别是实时的多媒体数据。Ｆ、通过定义范围来支持多点播送的实现。

Ｇ、主机可以在不改变ＩＰ地址的情况下实现漫游。

5Ａ、面向连接的传输。Ｂ、端到端通信，不支持广播通信。Ｃ、高可靠性，确保传输数据的正确性，不出现丢失或乱序。

Ｄ、全双工方式传输。Ｅ、采用字节流方式，即以字节为单位传输字节序列。Ｆ、提供紧急数据的传送功能。

（二）端口号分配具体细节参考第4 题(2)。(三)socket 通常也称作“套接字”，用于描述ＩＰ地址和端口是一个通信链的句柄。应用程序通常

通过“套接字”向网络发出请求或者应答网络请求。一个完整的 socket 有一个本地唯一的socket 号，由 操作系统分配。

(四)TCP/IP 的主要应用场合：TCP 是应用于大数据量传输的情况。

7、TCP 的连接建立与释放分别采用几次握手?为何要这样的步骤? TCP 的连接建立与释放采用三次握手。

这主要是为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到目标主机,因而产生错误.。源主机发出连接 请求，但因在某些网络结点滞留的时间太长，源主机未收到确认，再次重传一次请求报文段。第一个已

经失效的报文段达到目标主机，目标主机误认为源主机又一次发出新的连接请求，于是就向源主机发送

确认报文段，同意建立连接。这样许多资源就白白浪费。

8、TCP 的重传策略是什么？

TCP 协议用于控制数据段是否需要重传的依据是设立重发定时器。在发送一个数据段的同时启动一

个重发定时器，如果在定时器超时前收到确认，就关闭该定时器，如果定时器超时前没有收到确认，则

重传该数据段。这种重传策略的关键是对定时器初值的设定。

9、TCP 与UDP 有什么不同之处？ 传输数据前TCP 服务需要建立连接，UDP 无须建立连接；TCP 应用于大数据量的传输，UDP 运用

于一次只传输少量数据的情况下；TCP 具有高可靠性；UDP 服务中应用程序需要负责传输的可靠性。

10、简述TCP 与UDP 的服务模型。TCP 提供的服务具有以下主要特征：

a)面向连接的传输，传输数据前需要先建立连接，数据传输完毕要释放连接。b)端到端通信，不支持广播通信。

c)高可靠性，确保传输数据的正确性，不出现丢失或乱序。d)全双工方式传输。

e)采用字节流方式，即以字节为单位传输字节序列。如果字节流太长，将其分段。

f)提供紧急数据的传送功能，即当有紧急数据需要发送时，发送进程会立即发送，接收方收到后会

暂停当前工作，读取紧急数据并做相应处理。UDP 提供的服务具有以下主要特征：

（１）传输数据前无须建立连接，一个应用进程如果有数据报要发送就直接发送，属于一种无连接的数 据传输服务。

（２）不对数据报进行检查与修改。（３）无须等待对方的回答。

（４）正因为以上的特征，使其具有较好的实时性，效率高。

11、TCP 与UDP 对于端口号的使用有什么规定？ ＵＤＰ的端口分配规则与ＴＣＰ相同。段结构中端口地址是16 比特，可以有在０～65535 范围

内的端口号，对于这 65535 个端口号有以下的使用规定：

1、端口号小于256 的定义为常用端口，服务器一般都是通过常用端口来识别的。２、客户端通常对他所选用的端口号并不关心，只需保证该端口号在本机上是唯一的就可以了。客

户端口号因存在时间很短暂又称作监时端口号。

３、大多数ＴCP/IP 实现给临时端口分配1024~5000 之间的端口号。大于5000 的端口号是为其它服

72)客户端向服务器发送 hello 命令以标识发件人自己的身份，然后客户端发送mail 命令。3)服务器端以 ok 作为响应，表明准备接受。

4)客户端发送 RCPT 命令（标识单个的邮件接收人，常在mail 命令后面）,以标识该电子邮件的计

划接收入，可以有多个 RCPT 行。

5）服务器端则表示是否愿意为收件人接受邮件。

6）协商结束，发送邮件，用命令DATA(在单个或多个RCPT 命令后，表示所有的邮件接收人已标

识，并初始化数据传输)发送输入内容。

7)结束此次发送，用QUIT(结束会话)命令退出。

8、简单说明 POP3 的工作原理

POP3 操作开始时，服务器通过侦听TCP 端口110 开始服务。当客户主机需要使用服务时，它将与

服务器主机建立连接。当TCP 连接建立后，POP3 发送确认消息。客户和POP3 服务器相互（分别）交换

命令和响应，这一过程一直要持续到连接终止。

POP3 遵循存储转发机制，用户可按需要在客户级与保存邮件的服务器之间建立连接。

9、说明IMAP4 的特点。

Internet 消息访问协议（IMAP4）是一个功能更强大的电子邮件协议。常的版本4。用户可以通过

浏览信件头来决定是否要下载、删除或检索信件的特定部分，还可以在服务器上创建或更改文件夹或

邮箱。它除支持POP3 协议的脱机操作模式外，还支持联机操作和断连接操作。它为用户提供了有选择

地从邮件服务器接收邮件的功能、基于服务器的信息处理功能和共享信箱功能。IMAP4 提供离线、在线

和断开连接的 3 种工作方式。

选择使用IMP4 协议提供邮件服务的代价是要提供大量的邮件存储空间。与POP3 协议类似，IMAP4 协议仅提供面向用户的邮件收发服务，邮件在Internet 上的收发借助SMTP 协议的计算机完成的。

10、POP 协议与IMAP 协议有何区别？

POP 协议是离线式工作协议，POP3 为邮件系统提供了一种接收邮件的方式，使用可以直接将邮件下

载到本地计算机，在自己的客户端阅读邮件。IMPA 协议除了支持POP3 协议的脱机操作模式外，还支持联机操作和断连接操作。它为用户提供了

有选择的从邮件服务器接收邮件的功能、基于服务器的信息处理功能和共享信箱功能。IMAP 协议提供

了离线、在线和断开连接 3 种工作方式。

11、说明文件传输协议的原理

FTP 实际上是一套文件传输服务软件，它以文件传输为界面，使用简单的get 或put 命令进行文件 的下载或上传，如同在 Internet 上执行文件复制命令一样。

12、访问一个FTP 服务器，下载软件或文献。（略）

13、什么是域名服务？

Internet 上的域名由域名系统DNS 统一管理。DNS 是一个分布式数据系统，由域名空间、域名服

务器和地址转换请求程序三部分组成。

它是一种用来实现域名和IP 地址直接转换的映射机制，域名采用层次机构的基于“域”的命名方

案，任何一个连在因特网上的主机或路由器，都有一个唯一的层次结构的名字，即域名，域名是一个逻

辑概念，并不反映出计算机所在的物理地点。

14、目前有哪些国际能用域名？ 现在顶级域名有3 类：

1）国家顶级域名，如 cn(中国)、us（美国）、uk（英国）等。有一些地区也有顶级域名，如hk(香港)、tw(台湾)。95、1 万个站点正在竟争使用一时分ALOHA 信道，信道时隙为125us。如果每个站点平均每小时发出18 次

请求，试计算机总的信道载荷G。

6、N 个站点共享56Kbps 纯ALOHA 信道，各站点平均每100 秒送出一个长度为1000 比特的数据帧，而不

管前一个数据帧是否已经发送出去（假设站点有发送缓冲区）。试计算机N 的最大值。

7、某个局域网采用二进制计数法的信道分配策略，在某一时刻，10 个站点的虚站号为8，2，4，5，1，7，3，6，9，0。接下来要进行数据发送的是4，3，9 三个站点。当三个站点全部完成发送后，各站点的新的 虚站号是什么？

8、２N 个站点采用适应树搜索协议来仲裁对一条共享信道的访问。在某一时刻，其中两个站点准备发送。

设，试分别计算搜索该树的最小、最大和平均时隙。

9、一栋7 层的办公楼，每层有15 间办公室，每间办公室的墙上设有一个终端插座，所有的插座在一个垂

直面上构成一个正方形栅格，相邻插座间的垂直和水平距离均为4 米。假定任意两个插座间都允许连上电

缆（垂直、水平、斜线连接均可）。试计算在下面3 种情况下连接所有插座所需的电缆长度：(1)采用集线器的星形网；（2）采用总线以太网；（3）采用令牌环网（不设线路中心）

114、长1km、10Mbps 的基带总线ＬＡＮ，信号传播速度为200m/us，计算一个1000 比特的帧从发送开始到

接收结束的最大时间是多少？若两相距最远的站点在同一时刻发送数据，则经过多长时间两站发现冲 突。15、100 个站点的时槽环，任意两站间的平均距离为10m，数据传输速率为10Mmps，信号传播速度为200m /us，若每个站引入1 位延迟，试计算：（1）两站点间链路的位长度为多少位？（2）整个环路的有效位

长度为多少位？（3）此环上最多允许有几个37 位长的时槽？

16、当数据传输速率为5Mbps，传播速度为200m/us 时，令牌环接口中的一个比特时延等价于多少米的电缆？

17、长1km、10Mbps、50 个站点的令牌环，每个站点引入1 位延迟，信号传播速度为200m/us。令牌长8 位，数据帧长度为256 位（包括32 位开销），确认在数据帧捎带，问该环不包括开销的有效数据速率为 多少？

18、长10Km、16Mbps、100 个站点的令牌环，每个站引入1 位延迟，信号传播速度为200m/us。问：(1)该

环上 1 位的延迟相当于多少米长度的电缆？（2）该环的有效位长度为多少位？

19、长1Km、4Mbps、50 个站点的令牌环，每个站引入1 位延迟，信号传播速度为200m/us。设数据帧最大

3FDDI 协议规定发送站发送完帧后，可立即发送新的令牌帧，而802.5 规定当发送出去的帧的前沿回

送至发送站时，才发送新的令牌帧。因此，FDDI 协议具有较高的利用率的特点，特别在大的环网中显得 更为明显。

24、简述FDDI 与Token Ring 的异同点。

FDDI ＭＡＣ帧与802.5 的ＭＡＣ帧十分相似，二者都采用令牌传递的协议。

不同之处是FDDI 帧含有前导码，这对高数据速率下的时钟同步十分重要；允许在网内使用16 位和４８位地址，比802.5 更灵活；令牌帧也有不同，没有优先位和预约位，而用别的方法分配信道 使用权。

FDDI 协议规定发送站发送完帧后，可立即发送新的令牌帧，而８02.5 规定当发送出去的帧的前

沿回送至发送站时，才发送新的令牌帧。因此，FDDI 协议具有较高利用率的特点，特别在大的环网

中显得更为明显。

25、FDDI 采用何种编码技术？该编码技术有何特点？

FDDI 采用一种称为4B/5B 编码技术，在这种编码技术中每次对４位数据进行编码，每４位数据编码

成５位符号，用光的存在和不存在表示５位符号中每一位是１还是０。

为了得到信号同步，可以采用二级编码的方法。即先按4B/5B 编码，然后再利用一种称为倒相的不归

零制ＮＲＺＩ编码。该编码确保无论４比特符号为何组合（包括全“０”），其对应的５比特编码中至少有 位”１”，从而保证在光纤传输的光信号至少发生两次跳变，以利于接收端的时钟提取。按ＮＲＺＩ编码原理，信号中至少有两次跳变，因此接收端可得到足够的同步信息。26、10Mbps 的传统以太网升级到100Mbps、1Gbps 甚至10Gbps 时，需要解决哪些技术问题？试说明10Mbps、100Mbps、1Gbps 和10Gbps 以太网的异同。

5（5）FR 具有按需分配带宽的特点，用户支付了一定的费用购买“承诺信息率”，当突发数据发生时，在网

络允许的范围内，可以使用更高的速率；（6）使用FR，用户接入费用相应减少。

帧中继既可作为公用网络的接口，也可作为专门网络的接口。这两类网络中，连接用户设备和网络

装置的电缆可以用不同速率传输数据。一般速率在56Kbps 到E1 的速率(2.048Mbps)间。帧中继的常见应用简介如下： 局域网的互连。语音传输 文件传输

4、简述帧中继的工作原理。为什么帧中继的层次结构中只有物理层和数据链路层？ 帧中继的工作原理：帧中继技术首先是淡化了交换设备上的层次概念，将数据链路层进行了融合。

融合的目的一方面减少了层次之间接口处理；另一方面，也可以通过对融合的功能进行分析，发现

冗余项，并进行简化。“优化”交换设备性能的另一方面是简化流量控制的功能。上述的优化使得帧

中继成为一种极为精简的协议，仅仅需要提供帧、路由选择和高速传输的功能，从而可以获得较高 的性能和有效性。

帧中继保留了X.25 链路层的HDLC 帧格式，但不采用HDLC 的平衡链路接入规程LAPB，而采用D 通道接入规程LAPD。LAPD 规程能在链路层实现链路的复用和转接，而X.25 只能在网络层实现该功能

由于帧中继可以不用网络层而只使用链路层来实现复用不和转接，所以帧中继的层次结构中只有物理层 和链路层。

5、简述 ATM 的工作原理及其信元的结构。并说明信元头部各字段的作用和意义。

ATM的工作原理：ATM 是一种转换模式（即前面所说的传输方式），在这一模式中信息被组织成信

元(Cell)，包含一段信息的信元并不需要周期性地出现在信道上，从这个意义上来说，这种转换模式是 异步的。

ATM的信元结构：ATM 的信元具有固定长度，即总是53 个字节。其中5 个字节是信头，48 个字节

是信息段。信头包含各种控制信息，主要是表示信元去向的逻辑地址，另外还有一些维护信息、优先级

及信头的纠错码，信息段中包含来自各种不同业务的用户数据，这些数据透明地穿越网络。信头各字段的含义及功能：

GFC：一般流量控制字段，用以确定发送顺序的优先级。VPI： 虚路径标识字段/虚通道标识字段，用作路由选择。

PT：负荷类型字段，用以标识信元头部数据字段所携带的数据的类型。

CLP：信元丢失优先级字段，用于拥塞控制。当网络出现拥塞时，首先丢弃CLP 最小值的信元。

HEC：信头差错控制字段，用以检测信头中的差错，并可纠正其中的1 比特错。HEC 的功能在物

理层实现。

6、简要说明 ATM 的传输过程。ATM采用异步时分复用方式工作，来自不同信息源的信元汇集到一起，在一个缓冲器内排队，队

列中的信元逐个输出到传输线路，在传输线路上形成首尾相连的信元流。信元的信头中写有信息的标志

（如 A 和B），说明该信元去往的地址，网络根据信头中的标志来转移信元。

7、传统的网络互连设备如网桥、路由器和交换机存在什么样的局限性？

网桥工作在数据链路层，网桥没有路由功能，无法实现流量控制，广播包的转发容易导致广播风暴，在某些情况下，因网桥拥塞而丢失帧，使得网络不稳定，不可靠。

路由器的功能主要是通过软件来实现的，处理延迟过高，容易成为网络“瓶颈”；路由器的复杂性

还对网络的维护工作造成了沉重的负担。

交换机工作在数据链路层，可以看作是对多端口桥扩展。交换机可以用来分割LAN，连接不同的

LAN，或扩展LAN 的覆盖范围。它同网桥一样，也不具有隔离广播包的能力。

7缺点是其性能问题，对报文中的网络地址进行检查将比对帧中的MAC 地址进行检查开销更大。

15、简述虚拟局域网的互连方式。

1)边界路由：指的是将路由功能包含在位于主干网络边界的每一个 LAN 交换设备中。2)“独臂”路由器：这种路由器一般接在主干网的一个交换设备上，以使得网络中的大部分报文

在通过主干网时无须通过路由器进行处理，而且配置和管理起来也比较方便。

3)MPOA 路由：MPOA 的目的是给可能属于不同路由子网的多个用ATM 网络连接的设备提供直接 的虚拟连接，也就是说，MPOA 将使得多个属于不同VLAN 的站点通过ATM 网络直接进行通 信，而用不着经过一个中间的路由器。

4）第三层交换：具有智能可编程ASIC 的第三层交换机，它既包括第二层和第三层的交换功能，而

且还具备路由寻址功能。

16、什么是 VPN？它有哪些特点？如何保证安全？在哪些场合应用？

VPN 指的是依靠ISP 和其它NSP，在公共网络中建立专用的数据通信网络的技术。VPN 的特点包括安全保障、服务质量保证（QOS）、可扩充性和灵活性、可管理性。

目前VPN 主要采用如下四项技术来保证安全：隧道技术、加解密技术、密钥管理技术、使用者与

设备身份认证技术。

VPN 技术将称为当前广域网建设的最佳解决方案之一，它不仅大大节省了广域网的建设和运行维护

费用，而且增强了网络的可靠性和安全性。同时，VPN 将加快企业网的建设步伐，使得集团公司不仅只

是建设内部局域网，而且能够很快的把全国各地分公司的局域网连起来，从而真正发挥整个网络的作用。

VPN 对推动整个电子商务、电子贸易也将起到无可低估的作用。

17、网络管理包含如些基本功能？

ISO 建议网络管理包含以下基本功能：故障管理、计费管理、配置管理、性能管理和安全管理

故障管理：必须具备快速和可靠的故障诊断、监测和恢复功能。计费管理：计费管理的根本依据是网络用户资源的情况。

配置管理：配置管理功能至少应包括识别被管理网络的拓扑结构、识别网络中的各种现象、自

动修改指定设备的配置、动态维护网络配置数据库等内容。性能管理：性能管理有监测和控制两大功能。

安全管理：目的是确保网络资源不被非法使用，防止网络资源由于入侵者攻击而遭受破坏。

18、简述网络安全的概念。

从广义上讲，术语“网络安全”和“信息安全”是指确保网络上的信息和资源不被非授权用户所使

用，通常把为了保护数据及反黑客而设计的工具的集合称为计算机安全。网络安全是为了在数据传输期间保护这些数据并且保证数据的传输是可信的，它强调是网络中信息

或数据的完整性、可用性以及保密性。

19、简述对称数据加密技术和非对称数据加密技术的工作原理。

对称加密技术的加密码和解密过程采用同一把密钥，即加密密钥和解密密钥相同。非对称数据加密技术的加密和解密过程采用不同的密钥，即加密密钥和解密密钥不同。发送方只

知道加密密钥，而解密密钥只有接收方自己知道。20、简述认证和数字签名的工作原理和应用。

要保护数据不受主动攻击（数据的伪造和变动）则有不同的要求。防止此类攻击的保护措施称为报 文认证。

报文的认证过程使通信各方面能够证实接收到的报文是可信的。有两个重要的内容需要证实，一方

面是报文的内容没有被改变，另一方面报文的来源是可信的。

所谓数字签名，就是附加在数据单元上的一些数据，或是对数据单元作的密码变换，也就是信息的

发送者使用公开密钥算法的主要技术产生的别人无法伪造的一段数据串。发送者用自己的私有密钥将数

9-据加密后传送给接收者，接收者用发送者的公钥解开数据后，就可确定消息来自于谁，这也是对发送者

发送消息真实性的一个证明，发送者对所发的信息不能反悔。在电子商务安全保密系统中，数字签名技术有着特别重要的地位，在电子商务安全服务中的源认

证、完整性服务、不可否认服务中都要用到数字签名技术。

应用广泛的数字签名方法有三种，即RSA 签名、DSS 签名、Hash 签名。Wuxiaoyan99 制作 4/14/2010 由于时间短，文本中有一些文字错误，请大家自行纠正__

第三篇：无线传感器网络课后习题答案

1-2.什么是无线传感器网络? 无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络。目的是协作地探测、处理和传输网络覆盖区域内感知对象的监测信息,并报告给用户。1-4.图示说明无线传感器网络的系统架构。

1-5.传感器网络的终端探测结点由哪些部分组成?这些组成模块的功能分别是什么?(1)传感模块（传感器、数模转换）、计算模块、通信模块、存储模块电源模块和嵌入式软件系统

(2)传感模块负责探测目标的物理特征和现象，计算模块负责处理数据和系统管理，存储模块负责存放程序和数据，通信模块负责网络管理信息和探测数据两种信息的发送和接收。另外，电源模块负责结点供电，结点由嵌入式软件系统支撑，运行网络的五层协议。

1-8.传感器网络的体系结构包括哪些部分?各部分的功能分别是什么?

(1)网络通信协议：类似于传统Internet网络中的TCP/IP协议体系。它由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成。

(2)网络管理平台：主要是对传感器结点自身的管理和用户对传感器网络的管理。包括拓扑控制、服务质量管理、能量管理、安全管理、移动管理、网络管理等。

(3)应用支撑平台：建立在网络通信协议和网络管理技术的基础之上。包括一系列基于监测任务的应用层软件，通过应用服务接口和网络管理接口来为终端用户提供各种具体应用的支持。

1-9.传感器网络的结构有哪些类型?分别说明各种网络结构的特征及优缺点。

（1）根据结点数目的多少，传感器网络的结构可以分为平面结构和分级结构。如果网络的规模较小，一般采用平面结构；如果网络规模很大，则必须采用分级网络结构。（2）平面结构：

特征：平面结构的网络比较简单，所有结点的地位平等，所以又可以称为对等式结构。优点：源结点和目的结点之间一般存在多条路径，网络负荷由这些路径共同承担。一般情况下不存在瓶颈，网络比较健壮。

缺点：①影响网络数据的传输速率，甚至造成网络崩溃。②整个系统宏观上会损耗巨大能量。③可扩充性差，需要大量控制消息。分级结构：

特征：传感器网络被划分为多个簇，每个簇由一个簇头和多个簇成员组成。这些簇头形成了高一级的网络。簇头结点负责簇间数据的转发，簇成员只负责数据的采集。

优点：①大大减少了网络中路由控制信息的数量，具有很好的可扩充性。②簇头可以随时选举产生，具有很强的抗毁性。

缺点：簇头的能量消耗较大，很难进人休眠状态。

1-13.讨论无线传感器网络在实际生活中有哪些潜在的应用。

(1)用在智能家具系统中，将传感器嵌入家具和家电中，使其与执行单元组成无线网络，与因特网连接在一起。(2)用在智能医疗中，将传感器嵌入医疗设备中，使其能接入因特网，将患者数据传送至医生终端。(3)用在只能交通中，运用无线传感器监测路面、车流等情况。2-2.传感器由哪些部分组成?各部分的功能是什么?

2-5.集成传感器的特点是什么? 体积小、重量轻、功能强、性能好。2-7.传感器的一般特性包括哪些指标? 灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、重复性、漂移、精度、分辨（力）、迟滞。2-15.如何进行传感器的正确选型？

1.测量对象与环境：分析被测量的特点和传感器的使用条件选择何种原理的传感器。2.灵敏度：选择较高信噪比的传感器，并选择适合的灵敏度方向。

3.频率响应特性:根据信号的特点选择相应的传感器响应频率，以及延时短的传感器。4.线性范围：传感器种类确定后观察其量程是否满足要求，并且选择误差小的传感器。

5.稳定性：根据使用环境选择何时的传感器或采用适当的措施减小环境影响，尽量选择稳定性好的传感器。6.精度：选择满足要求的，相对便宜的传感器。2-17.简述磁阻传感器探测运动车辆的原理。

磁阻传感器在探测磁场的通知探测获得车轮速度、磁迹、车辆出现和运动方向等。使用磁性传感器探测方向、角度或电流值，可以间接测定这些数值。因为这些属性变量必须对相应的磁场产生变化，一旦磁传感器检测出场强变化，则采用一些信号处理办法，将传感器信号转换成需要的参数值。3-2.无线网络通信系统为什么要进行调制和解调?调制有哪些方法?（1）调制和解调技术是无线通信系统的关键技术之一。调制对通信系统的有效性和可靠性有很大的影响。采用什么方法调制和解调往往在很大程度上决定着通信系统的质量。

调制技术通过改变高频载波的幅度、相位或频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化。

解调是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者(信宿)处理和理解的过程。（2）根据调制中采用的基带信号的类型。可以将调制分为模拟调制和数字调制。

根据原始信号所控制参量的不同，调制分为幅度调制、频率调制和相位调制。3-4.试描述无线传感器网络的物理层帧结构。

3-6.根据信道使用方式的不同。传感器网络的MAC协议可以分为哪几种类型? 时分复用无竞争接入方式、随机竞争接入方式、竞争与固定分配相结合的接入方式。3-7.设计基于竞争的MAC协议的基本思想是什么？

当结点需要发送数据时，通过竞争方式使用无线信道。如果发送的数据产生了碰撞，就按照某种策略重发数据，直到数据发送成功或放弃发送。

3-8.试写(画）出CSMA/CA的基木访问机制。并说明随机退避时间的计算方法。

3-9.IEEE802.11MAC协议有哪两种访问控制方式?每种方式是如何工作的?（1）分布式协调功能（DCF）、点协调功能（PCF），期中DCF是基本访问控制方式。

3-10.通常有哪些原因导致传感器网络产生无效能耗? 空闲侦听、数据冲突、串扰、控制开销 3-11.叙述无线传感器网络S-MAC协议的主要特点和实现机制。

（1）S-MAC协议的适用条件是传感器网络的数据传输量不大，网络内部能够进

行数据的处理和融合以减少数据通信量，网络能容忍一定程度的通信延迟。它的设计目标是提供良好的扩展性，减少结点能耗。

（2）周期性侦听和睡眠机制、流量自适应机制、冲突和串音避免机制、消息传递机制。3-12.简述路由选择的主要功能。

（1）寻找源结点和目的结点间的优化路径。（2）将数据分析沿着优化路径正确转发。

3-14.常见的传感器网络路由协议有哪些类型?并说明各种类型路由协议的主要特点。（1）能量感知路由协议、基于查询的路由协议、地理位置协议、可靠的路由协议。

（2）能量感知路由协议：从数据传输的能量消耗出发，讨论最少能量消耗和最长网络生存期等问题。

基于查询的路由协议：主要用于需要不断查询传感器结点采集的数据，通过减少通信流量来节省能量，即数据融合技术与路由协议的设计相结合。

地理位置协议：主要应用于需要知道目的结点的精确或大致地理位置的问题中，把结点的位置信息作为路由选择的依据，从而完成结点的路由选择功能，并且降低维护路由协议的能耗。可靠的路由协议：应用在对可靠性和实时性等方面有特别要求的问题中。3-15.如何设计传感器网络的定向扩散路由协议? 4-2.传感器网络常见的时间同步机制有哪些? RBS、Ting/Mini-Sync、TPSN 4-3.简述TPSN时间同步协议的设计过程。

TPSN时间同步协议采用层次结构，实现整个网络结点的时间同步。所有结点按照层次结构进行逻辑分级。表示结点到根结点的距离，通过基于发送者-接收者的结点对方式。每个结点与上一级的一个结点进行同步。从而最终所有结点都与根结点实现时间同步。TPSN协议包括两个阶段: 第一个阶段生成层次结构，每个结点赋予一个级别。根结点赋予最高级别第0级。第i 级的结点至少能够与一个第(i-1)级的结点通信;第二个阶段实现所有树结点的时间同步。第1级结点同步到根结点。第i级的结点同步到第(i-1)级的一个结点，最终所有结点都同步到根结点，实现整个网络的时间同步。

4-6.简述以下概念术语的含义:锚点、测距、连接度、到达时间差、接收信号强度指示、视线关系。

锚点：指通过其他方式预先获得位置坐标的结点，有时也称作信标结点。网络中相应的其余结点称为非锚点。测距：指两个相互通信的结点通过测量方式来估计出彼此之间的距离或角度。

连接度：包括结点连接度和网络连接度两种含义。结点连接度是指结点可探测发现的邻居结点个数。网络连接度是所有结点的邻结点数目的平均值，它反映了传感器配置的密集程度。

到达时间差：两种不同传播速度的信号从一个结点传播到另一个结点所需要的时间之差。接收信号强度指示：结点接收到无线信号的强度大小。

视线关系：如果传感器网络的两个结点之间没有障碍物，能够实现直接通信，则称这两个结点问存在视线关系。4-9.RSSI测距的原理是什么?

4-10.简述ToA测距的原理。

4-11.举例说明TDoA的测距过程。

4-12.举例说明AoA测角的过程。

4-13.试描述传感器网络多边定位法的原理。

4-14.简述Min-max定位方法的原理。

4-15.简述质心定位算法的原理及其特点。

★4-16.举例说明DV-Hop算法的定位实现过程。

4-17.什么是数据融合技术?它在传感器网络中的主要作用是什么?（1）数据融合也被称作信息融，是一种多源信息处理技术。它通过对来自同一目标的多源数据进行优化合成，获得比单一信息源更精确、完整的估计或判断。

（2）①节省整个网络的能量②增强所收集数据的准确性③提高收集数据的效率 4-18.简述数据融合技术的不同分类方法及其类型。

(1)依据融合前后数据的信息含量进行分类：无损失融合、有损失融合

(2)依据数据融合与应用层数据语义的关系进行分类：依赖于应用的数据融合、独立于应用的数据融合、结合以上两种技术的数据融合

(3)依据融合操作的级别进行分类：数据级融合、特征级融合、决策级融合 4-19.什么是数据融合的综合平均法?

4-20.常见的数据融合方法有哪些? 综合平均法、卡尔曼滤波法、贝叶斯估计法、D-S证据推理法、统计决策理论、模糊逻辑法、产生式规则法、神经网络方法。

4-21.无线通信的能量消耗与距离的关系是什么?它反映出传感器网络数据传输的什么特点?（1）通常随着通信距离的曾加，能耗急剧增加。

（2）在传感器网络中要减少单跳通信距离，尽量使用多跳短距离的无线通信方式。4-22.简述节能策略休眠机制的实现思想。

当结点周围没有感兴趣的事件发生时，计算与通信单元处十空闲状态，把这些组件关钟或调到更低能耗的状态，即休眠状态。该机制对于延长传感器结点的生存周期非常重要。但休眠状态与工作状态的转换需要消耗一定的能量。并且产生时延。所以状态转换策略对于休眠机制比较重要。如果状态转换策略不合适，不仅无法节能，反而会导致能耗的增加。

4-23.简述传感器网络结点各单元能量消耗的特点

传感器结点中消耗能量的模块有传感器模块、处理器模块和通信模块。随着集成电路工艺的进步。处理器和传感器模块的功耗都很低。无线通信模块可以处于发送、接收、空闲或睡眠状态。空闲状态就是侦听无线信道上的信息，但不发送或接收。睡眠状态就是无线通信模块处于不工作状态。4-24.动态电源管理的工作原理是什么? 当结点周围没有感兴趣的事件发生时，部分模块处于空闲状态。应该把这些组件关掉或调到更低能耗的状态(即休眠状态)。从而节省能量。

4-25.传感器网络的安全性需求包括哪些内容? 结点的安全保证、被动抵御入侵的能力、主动反击入侵的能力。4-26.什么是传感器网络的信息安全?

4-27.简述在传感器网络中实施Wormhole攻击的原理过程

4-28.SPINS安全协议簇能提供哪些功能? SPINS安个协议簇是最早的无线传感器网络的安全框架之一。包含了 SNEP和μTESLA两个安全协议。SNEP协议提供点到点通信认证、数据机密性、完整性和新鲜性等安全服务；μTESLA协议则提供对广播消息的数据认证服务。6-3.低速无线个域网具有哪些特点? 低速无线个域网是一种结构简单、成本低廉的无线通信网络，它使得在低电能和低吞吐量的应用环境中使用无线连接成为可能。与无线局域网相比。低速无线个域网网络只需很少的基础设施。甚至不需要基础设施。IEEE 802.15.4标准为低速无线个域网制定了物理层和MAC子层协议。6-7.简述ZigBee的技术特点

(1)数据传输速率低。数据率只有lokb/s~250kb/s，专注十低速传输应用。

(2)有效范围小。有效似盖范围10~75m之间，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定。(3)工作频段灵活。使用的频段分别为2.4GHz,868MHz(欧洲)及915MHz(美国)，均为无需申请的ISM频段。

(4)省电。由于工作周期很短。收发信息功耗较低，以及采用了休眠模式，ZigBee可确保两节5号电池支持长达6个月至2年左右的使用时间，当然不同应用的功耗有所不同。

(5)可靠。采用碰撞避免机制。并为需要固定带宽的通信业务预留专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。MAC层采用完全确认的数据传输机制。每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。

(6)成本低。由于数据传输速率低，并且协议简单。降低了成本，另外使用ZigBee协议可免专利费。

(7)时延短。针对时延敏感的应用做了优化。通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。设备搜索时延的典型值为30ms.休眠激活时廷的典型值是15ms。活动设备信道接入时延为15ms。(8)网络容量大。一个ZigBee网络可容纳多达254个从设备和一个主设备，一个区域内可同时布置多达100个ZigBee网络。

(9)安全。ZigBee提供了数据完整性检查和认证功能。加密算法采用AES-128，应用层安全属性可根据需求来配置。

第四篇：机械原理课后答案-高等教育出版社

机械原理作业

第一章 结构分析作业

1.2 解：

F = 3n－2PL－PH = 3×3－2×4－1= 0

该机构不能运动，修改方案如下图：1.2 解：

（a）F = 3n－2P1= 1 A点为复合铰链。

L－PH = 3×4－2×5－（b）F = 3n－2PL－PH = 3×5－2×6－2= 1

B、E两点为局部自由度, F、C两点各有一处为虚约束。

（c）F = 3n－2PL－PH = 3×5－2×7－0= 1

FIJKLM为虚约束。

1.3 解：

F = 3n－2PL－PH = 3×7－2×10－0= 1

1）以构件2为原动件，则结构由8－

7、6－

5、4－3三个Ⅱ级杆组组成，故机构为Ⅱ级机构(图a)。

2）以构件4为原动件，则结构由8－

7、6－

5、2－3三个Ⅱ级杆组组成，故机构为Ⅱ级机构(图b)。

3）以构件8为原动件，则结构由2－3－4－5一个Ⅲ级杆组和6－7一个Ⅱ级杆组组成，故机构为Ⅲ级机构(图c)。

(a)

(b)

(c)

第二章

运动分析作业

2.1 解：机构的瞬心如图所示。

2.2 解：取l5mm/mm作机构位置图如下图所示。

1.求D点的速度VD VDVP13 VD而

2.求ω1

VEAEP14P132425，所以

VDVE24251502425144mm/s

3.求ω2

211VElAE1501201.25rad/s

2138981.2538980.46rad/sP12P14P12P243898 因，所以4.求C点的速度VC

1mm/mm

VC2P24Cl0.46445101.2mm/s

2.3 解：取l作机构位置图如下图a所示。1.求B2点的速度VB2

VB2 =ω1×LAB =10×30= 300 mm/s 2.求B3点的速度VB3

VB3 ＝ VB2 ＋

VB3B2

大小？

ω1×LAB

？ 方向 ⊥BC

⊥AB

∥BC 取v10mm/smm作速度多边形如下图b所示，由图量得：

VB3pb3v2710270mm/spb322mm，所以

mm 由图a量得：BC=123 mm , 则

lBCBCl1231123

3.求D点和E点的速度VD、VE

利用速度影像在速度多边形，过p点作⊥CE，过b3点作⊥BE，得到e点；过e点作⊥pb3，得到d点 , 由图量得：所以 VDpdv1510150mm/spd15mm，pe17mm，； VEpev1710170mm/s VB3B2b2b3v1710170mm/s 4.求ω

V3B3270l2.2rad/sBC123

5.求anB2

an22B21lAB10303000mm/s2

6.求aB3

aB3 ＝ aB3n ＋ aB3t ＝ aB2 ＋

aB3B2k ＋

aτB3B

2大小 ω32LBC ？

ω12LAB

2ω3VB3B2

？

方向

B→C ⊥BC

B→A

⊥BC

∥BC n22 aB33l2BC2.2123595mm/s

ak22B3B23VB3B222.22701188mm/s 5

取

a50mm/s2mm作速度多边形如上图c所示，由图量得： ,所以

mm/s2b'323mm，n3b'320mmaB3b'3a23501150t

7.求3

taB3n3b'3a20501000mm/s

lBC123

8.求D点和E点的加速度aD、aE 3aB310008.13rad/s2利用加速度影像在加速度多边形，作b'3e∽CBE, 即

b'3CB eCEb'3eBE，得到e点；过e点作⊥b'3，得到d点 , 由图量得：e16mm，d13mm，aDda1350650mm/s2所以，a2Eea1650800mm/s。

2.7 解：取l2mm/mm作机构位置图如下图a所示。

一、用相对运动图解法进行分析 1.求B2点的速度VB2

VB2 =ω1×LAB =20×0.1 = 2 m/s 2.求B3点的速度VB3

VB3 ＝ VB2 ＋

VB3B2

大小？

ω1×LAB

？

方向 水平

⊥AB

∥BD 取v0.05m/smm作速度多边形如下图b所示，由图量得：

pb320mm，所以

而VD= VB3= 1 m/s

nVB3pb3v200.051m/s

3.求aB2

aB21lAB200.140m/sn222

4.求aB3

τ

a B3 ＝ aB2n

＋

a B3B

2大小

？

ω12LAB

？

方向

水平

B→A

∥BD 取a1m/s2

mm作速度多边形如上图c所示，由图量得：

aB3b'3a35135m/s2，所以

二、用解析法进行分析

2b'335mm。

2VD3VB2sin11lABsin1200.1sin301m/s21aD3aB2cos1lABcos1200.1cos3034.6m/s

第三章 动力分析作业

3.1 解：

根据相对运动方向分别画出滑块1、2所受全反力的方向如图a所示，图b中三角形①、②分别为滑块2、1的力多边形，根据滑块2的力多边形①得：

FrFR12R12cossin(602)sin(90)Fcos，FRF12rsin(602)

由滑块1的力多边形②得：

FdFR21sin(602)sin(90)FR21cos，Fsin(602)cossin(602)sin(602)dFR21cosFrcossin(602)Frsin(602)

而 tg1ftg1(0.15)8.53

所以 F602)dFsin(rsin(602)1000sin(6028.53)sin(6028.53)1430.7N3.2 解：取l5mm/mm作机构运动简图，机构受力如图a)所示；

取

F50N/mm作机构力多边形，得：

FR6560503000N，FR4567503350N，FR45FR54FR34FR433350N，FR2335501750FR6350502500N，FR23FR32FR12FR211750N

MbFR21lAB1750100175000Nmm175Nm

3.2 解：机构受力如图a)所示

N，由图b)中力多边形可得：FR65tg4F5tg4510001000N

FR545FR43Fsin1000.2N

4sin451414 FR43FR63FR23sin116.6sin45sin18.4

Fsin45sin45R63sin116.6FR43sin116.61414.21118.4N

FR23sin18.4sin116.6Fsin18.4R43sin116.61414.2500N 所以 FR21FR23FR61500N

MbFR21lAB50010050000Nmm50Nm

3.3 解：机构受力如图所示

由图可得：

对于构件3而言则：FdFR43FR230，故可求得 FR23 对于构件2而言则：FR32FR12

对于构件1而言则：FbFR41FR210，故可求得

Fb

3.7 解：

1.根据相对运动方向分别画出滑块1所受全反力的方向如图a所示，图b为滑块1的力多边形，正行程时Fd为驱动力，则根据滑块1的力多边形得：

Fdsin(2)FR21sin90()FR21cos()，FR21Fd

cos()sin(2)

则夹紧力为：FrFR21cosFdcos()cossin(2)2.反行程时取负值，F'R21为驱动力，而F'd为阻力，故

F'R21

F'dcos()sin(2)，cossinF'dtg而理想驱动力为：F'R210F'd所以其反行程效率为：

'F'RF'd21

0F'RF'dtg21cos()sin(2)sin(2)tgcos()

sin(2)当要求其自锁时则，'tgcos()0，故 sin(2)0，所以自锁条件为：2

3.10 解：

1.机组串联部分效率为：

'23298210.90.0.950.8

212.机组并联部分效率为：

''PAAPBB20.830.7P23APB230.980.950.688 3.机组总效率为：

'''0.8210.6880.56556.5%

4.电动机的功率

输出功率：NrPAPB235kw 电动机的功率：NdNr50.5658.85kw

第四章平面连杆机构作业

4.1 解：

1.① d为最大，则

adbc

故 dbca280360120520mm

② d为中间，则

acbd

故 dacb120360280200mm

200mmd520mm所以d的取值范围为：

2.① d为最大，则

adbc 故 dbca280360120520mm

② d为中间，则

acbd 故 dacb120360280200mm

③ d为最小，则

cdba 故 dbac28012036040mm

④ d为三杆之和，则

dbac280120360760mm

所以d的取值范围为：40mmd200mm和520mmd760mm 14

3.① d为最小，则

cdba 故 dbac28012036040mm

4.3 解：机构运动简图如图所示，其为曲柄滑块机构。

4.5 解：

1.作机构运动简图如图所示；由图量得：16，68，max min155，min52，所以 180max18015525，行程速比系数为：2.因为 l1是摆转副。K18018018016180161.20

l32872100l2l45250102

所以当取杆1为机架时，机构演化为双曲柄机构，C、D两个转动副3.当取杆3为机架时，机构演化为双摇杆机构，A、B两个转动副是周转副。4.7 解：1.取l6mm/mm作机构运动简图如图所示；由图量得：

180180180518051.055，故行程速比系数为：

K

由图量得：行程：h40l406240mm

2.由图量得：min68，故min6840 3.若当e0，则K= 1，无急回特性。4.11 解： 1.取2.由图中量得： l4mm/mm，设计四杆机构如图所示。

lABABl704280mm。lCDC1Dl254100mmlADADl78.54314mm 16

4.16 解： 1.取l1mm/mm，设计四杆机构如图所示。

2.由图中量得：

lABAB1l21.5121.5mm，lBCB1C1l45145mm。

63，图中AB”C” 为 3.图中AB’C’为max的位置，由图中量得max max的位置，由图中量得max90。

4.滑块为原动件时机构的死点位置为AB1C1和AB2C2两个。

4.18 解： 1.计算极位夹角：K1K11801.511.5118036

2.取l2mm/mm，设计四杆机构如图所示。

3.该题有两组解，分别为AB1C1D和AB2C2D由图中量得：

lAB1AB1l24248mm，lB1C1B1C1l602120mm ；

lABlB2AB2l11222mm。2C2B2C2l25250mm

第五章 凸轮机构作业

5.1 解：

图中(c)图的作法是正确的，(a)的作法其错误在于从动件在反转过程的位置应该与凸轮的转向相反,图中C’B’为正确位置；(b)的作法其错误在于从动件在反转过程的位置应该与起始从动件的位置方位一致，图中C’B’为正确位置；(d)的作法其错误在于从动件的位移不应该在凸轮的径向线上量取，图中CB’为正确位置。

5.4 解：如图所示。

5.5 解： 凸轮的理论轮廓曲线、偏距圆、基圆如图所示；

第五篇：材料连接原理课后答案全

1.焊接热源有哪些共同要求？描述焊接热源主要用什么指标？(简05.07.09）

答：能量密度高、快速实现焊接过程、得到高质量的焊缝和最小的焊接热影响区。

主要指标：最小加热面积、最大功率密度和正常焊接规范条件下的温度。

2.试述焊接接头的形成过程及对焊接质量的影响。答：（1）预压阶段；（2）通电加热阶段；（3）冷却结晶阶段。

对焊接质量的影响：

3.溶滴比表面积的概念及对焊接化学冶金过程的影响？

答：熔滴的表面积Ag与其质量

之比称为熔滴的比表面积S。

熔滴的比表面积越大，熔滴与周围介质的平均相互作用时间越长，熔滴温度越高，越有利于加强冶金反应。

4.焊条熔化系数、熔敷系数的物理意义及表达式？真正反映焊接生产率的指标是什么？ 答：焊条金属的平均融化速度

：在单位时间内熔化的焊芯质量或长度；

损失系数

：在焊接过程中由于飞溅、氧化和蒸发而损失的金属质量与熔化的焊芯质量之比；

平均熔敷系数

（真正反映焊接生产率的指标），由于损失系数不等于零，单位时间内真正进入焊接熔池的金属质量称为平均熔敷速度。

5.试简述不锈钢焊条药皮发红的原因？有什么解决措施？（简05.08.10）

答：药皮发红的原因：不锈钢焊芯电阻大，焊条融化系数小造成焊条融化时间长，且产生的电阻热量大，使焊条温度升高而导致药皮发红。

解决措施：调整焊条药皮配方，使焊条金属由短路过渡转化为细颗粒过渡，提高焊条的融化系数，减少电阻热以降低焊条的表面升温。

6.熔合比的表达式和影响因素？多层焊时，如果各层间的熔合比是恒定的，试推导第n层焊缝金属的成分？

答：表达式：

影响因素：焊接方法、焊接工艺参数、接头尺寸形状、坡口形状、焊道数目、母材热物理性能等。

7.从传热学角度说明临界板厚δcr的概念？某16Mn钢焊件，采用手工电弧焊，能量E=15KJ/cm求δcr？ 答：由传热学理论知道：在线能量一定的情况下，板厚增加冷却速度Wc增大，冷却时间t8/5变短，当板厚增加到一定程度时，则Wc和t8/5不再变化，此时板厚即为临界板厚δcr。

cr E（11+）1.95cm2c500-T0800-T0

8.手工电弧焊接厚12mm的MnMoNbB钢，焊接线能量E=2kj/cm,预热温度为50度，求t8/5?附λ=0.29J/(cms℃)CP=6.7 J/(cms℃)crE（11+）0.73cm2c500-T0800-T01.2cm0.75cr0.55cm,t

9.直流正接为何比直流反接时焊缝金属熔氢量高？ 答：（1）直流正接：工件接正极。直流反接：工件接负极。

（2）带电质点H+ 在电场作用下只溶于阴极

（3）处于阴极的熔滴不仅温度高而且比比表面积大，其溶氢量大于熔池处于阴极时的溶氢量。

10.一：试简述氮对低碳合金钢焊缝金属性能的影响？（简05.07.08.09.10）答：（1）N引起焊缝金属时效脆化，使焊缝金属强度提高，塑性韧性降低，尤其是低温韧性；

（2）促使焊缝产生氮气孔；

（3）N有时是有益的，但必须有弥散强化元素存在并在正火条件下使用。控制含氮量的措施：

（1）焊接区中的氮主要来自空气，必须加强对焊接区机械保护

（2）合理选择焊接工艺参数

（3）利用合金元素控制焊缝含氮量。碳的氧化引起熔池沸腾，有利于氮逸出，同时炭氧化生成CO、CO2，加强焊接区保护降低氮的分压，因此碳可降低氮在金属中的溶解度；选含有能够生成氮化物元素的焊丝进行焊接，这些元素与氮的亲和力大易形成稳定的氮化物，并通过熔渣排出氮化物，因此有效的控制焊缝中的含氮量。

综上所述，加强保护是控制焊缝含氮量的最有效措施。二：试简述氢对结构钢焊接质量的影响？ 答：氢脆；白点；气孔；冷裂纹；组织变化。

控制含氢量措施：

（1）限制氢的来源：限制焊接材料中的含氢量，焊前要对焊条和焊剂进行严格的烘干；气体保护焊所用的气体，焊丝和工件表面的油污、铁锈和水分都是氢的重要来源。

（2）进行冶金处理：通过适当的化学冶金反应，降低气相中的氢分压，从而降低氢在液态金属中的溶解度

（3）控制焊接材料的氧化还原势

（4）在焊条药皮或焊芯中加入微量的稀土元素或稀散元素

（5）控制焊接工艺参数

（6）焊后脱氧处理：焊后把工件加热到一定温度，促使氢扩散外逸

总之，对氢的控制首先应限制氢的来源；其次应防止氢溶入金属；最后应对溶入金属的氢进行脱氧处理。

三：试简述氧对焊接质量的影响？

答：（1）随着焊缝含氧量增加，焊缝强度、塑性、韧性下降；尤其是焊缝的低温冲击韧性急剧下降，引起焊缝红脆、冷脆，时效硬化倾向增加；

（2）影响焊缝金属的物理化学性能，如降低导电性、导磁性、耐蚀性等；

（3）形成CO气孔；

（4）造成金属飞溅，影响焊接过程的稳定性； 852E（11+）=0.98s500-T0800-T0

（5）焊接过程中导致合金元素的氧化损失将恶化焊接性能；

综上，氧对焊接过程及焊缝是有害的，但在特殊情况下具有氧化性是有利的。

11.试以硅的沉淀脱氧为例，叙述提高脱氧效果的途径？（简08）答：（1）硅的百分含量升高，氧化亚铁的百分含量降低

（2）B增加和减少渣中的二氧化硅，二氧化硅百分含量降低，氧化亚铁的百分含量降低（3）温度降低，反应向右进行，氧化亚铁的百分含量降低

12.为何酸性焊条宜用锰铁脱氧？而碱性焊条宜用硅锰联合脱氧？为什么要控制W[Mn]/W[Si]的比值？（问06.09.11）

答：增加锰在金属中的含量，或减少MnO的活度，都可以提高脱氧效果。

酸性焊条宜用锰铁脱氧：[Mn]+[FeO]=[Fe]+(MnO)，在酸性渣中含SiO2和TiO2较多，脱氧产物转化为MnO·SiO2和MnO·TiO2复合物,减少了MnO的活度系数，提高了脱氧效果。

碱性焊条宜用硅锰联合脱氧：在碱性渣中MnO活度系数较大，不利于Mn的脱氧，而且碱度越大，脱氧效果越差。故碱性焊条不宜用锰铁脱氧。[Si]+2[FeO]=2[Fe]+(SiO2),SiO2与MnO生成复合物MnO·SiO2，使MnO活度系数降低。而MnO·SiO2密度小、熔点低，易易于上浮到渣中，故碱性焊条宜用硅锰联合脱氧。

W[Mn]/W[Si]过大，出现固态MnO；W[Mn]/W[Si]过小，出现固态SiO2；均会导致焊缝中夹杂物过多，只有W[Mn]/W[Si]合理时，才会生成低熔点的不饱和液态硅酸盐，使焊缝中的含氧量降低。

13.酸型焊条熔敷金属为何氧含量较高？（简09）答：（1）酸型焊条采用锰脱氧不如碱性焊条锰硅联合脱氧效果好

（2）酸型焊条碱度B小，有利于渗硅反应的进行，使焊缝含氧较高

（3）酸型焊条为了控氢的目的，导致焊缝含氧

14.试简述低氢焊条熔敷金属含氢量低的原因？（简05.10）答：（1）药皮中不含有机物，清除了一个主要氢源；

（2）药皮中加入了大量的造气剂CaCO3、降低了PH2；

（3）CaF2的去氢作用；

（4）焊条的烘干温度高。

15.为什么碱性焊条对铁锈和氧化皮的敏感性大？而碱性焊条焊缝含氢量比酸性焊条低？ 答：碱性焊条熔渣中含SiO2、TiO2等酸性氧化物较少，FeO的活度大，易向焊缝金属扩散，使焊缝增氧。因此在碱性焊条药皮中一般不加入含FeO的物质，并要求清除焊件表面的铁锈和氧化皮，否则不仅会增加焊缝中的氧，还可能产生气孔等缺陷，所以碱性焊条对铁锈和氧化皮的敏感性大。

碱性焊条焊缝含氧量比酸性焊条低，是因为碱性焊条的药皮氧化势小的缘故。

16.J422焊条药皮中含W（TiO2）=28%，W(SiO2)=26.5%，W(CaO)=10.6%，W(锰铁)=12%，焊芯含W[Si]=0.02%，W[O]=0.01%，而熔敷金属中却含W[Si]=0.15%，W[O]=0.05%，试分析其原因。

答：该焊条酸性焊条，焊后视像为[Si]和[O]含量增多，熔渣与液态铁发生渗硅反应，酸性焊条有利于渗碳（SiO2）+2[Fe]=[Si]+2[FeO]。反应结果使焊缝中增加Si.FeO大部分进入熔渣，一小部分进入液态钢中使焊缝增氧。4（TiO2）=2[Ti2O3]+[O2]释放出O2，该气氛中的氧化性气体使铁氧化存在置换氧化，其中熔渣中（SiO2）.（TiO2）的置换氧化是主要增氧的途径。熔渣中含有的大量SiO2及Mn-Fe增加了渗硅反应的可能性，渗硅反应较激烈使[Si]大大增加。

17.综合分析熔渣的碱度对金属的氧化、脱氧、脱硫、脱磷、合金过渡的影响。

答：氧化：碱性渣使FeO更易向金属分配；脱氧：碱性渣使FeO活度大，扩散脱氧能力比酸性渣差；脱硫：碱性渣中MnO、CaO及MgO含量多利于脱硫；脱磷：增加熔渣的碱性可减少焊缝中的含磷量，酸性渣脱磷效果较差；合金过渡：当合金元素的氧化物与熔渣酸碱的性质一致时，有利于合金元素的过渡，使过渡系数提高。

18.试分析说明钛钙型（J422）焊条与碱性低氢型（J427）焊条，在使用工艺性和焊缝力学性能方面有哪些差别？

答：其他工艺性能如全位置焊接性，融化系数等差别不大。机械性能对比： 钛钙型（J422）：

S、P、N控制较差，冷脆性、热裂纹倾向大；【O】高，氧化夹杂多，韧性低；【H】高，抗冷裂能力差 碱性低氢型（J4277）：

杂质S、P、N低；【O】低，氧化夹杂少；【H】低

故低氢型焊条的塑性，韧性及抗裂性较酸性的钛钙型大大提高，但其焊接工艺性能较差，对于铁锈，油污，水份等很敏感。

19.试简述药芯焊丝的特性？（简05.10）答：（1）熔敷速度快，因而生产效率高；

（2）飞溅小；

（3）调整熔敷金属成分方面；

（4）综合成本低。

20.CO2焊接低合金钢一般选用何种焊丝？试分析其原因？（问05.08.10）答：应选用Si、Mn等脱氧元素含量较高的焊丝，常用的如：H08Mn2SiA。

（1）CO2具有较强的氧化性，一方面使焊丝中有益的合金元素烧损，另一方面使熔池中【FeO】含量升高。

（2）如焊丝中不含脱氧元素或含量较低，导致脱氧不足，熔池结晶后极易产生CO气孔。

（3）按一定比例同时加入Mn、Si联合脱氧，效果较好。

21.焊接熔池的结晶和铸锭的结晶过程有何区别？

答：焊接熔池的熔池温度高，存在时间短，冶金过程进行不充分，氧化严重，热影响区大，冷却速度快，洁净易生成粗大的柱状晶。

22.试简述接头偏析的种类和产生原因？（简08）

答：宏观偏析：由于柱状晶倾向性方向使杂质偏聚于晶间及部分地区溶质浓度升高。

（1）层状偏析：周期性分布产生于焊缝的层状偏析，是结晶速度周期性变化引起的。

（2）焊道中心偏析：结晶由未熔化母材处向焊缝中心结晶，使杂质推往最后凝固的熔池中心而形成。

（3）焊道偏析：多道、多层焊时在层间、道间形成的成分偏析。

（4）弧坑偏析：收弧处熔池未能填满，凝固时大量杂质无法排出及成分扩散不均匀而导致偏析。

23.微量Ti、B改善焊缝金属韧性的机理？（简09）

答：一Ti和氧的亲和力很大，使焊缝中的Ti以微小颗粒氧化物的形式（TiO）弥散分布于焊缝中，促进焊缝金属晶粒细化。这些小颗粒的TiO还可以作为针状铁素体的形核质点，在转变阶段促进形成针状铁素体。二Ti在焊缝中保护B不被氧化，故B可以作为原子态偏聚于晶界，降低了晶界能，抑制了先共析铁素体的形核与生长，从而促使生成针状铁素体，改善焊缝组织的韧性。但是Ti和B的最佳含量和氧、氮的含量有关。

24.如16Mn母材中含有较高的S、P，应如何保证焊缝金属韧性？

答：1.为减少焊缝含硫量，选择对刘亲和力比铁大的元素脱硫；2.在焊接化学冶金中常利用熔渣中的碱性氧化物，如MnO、CaO、MgO进行脱硫3.同时增加渣中CaO和FeB的含量，有利于脱磷4.增加熔渣的碱度，可以提高脱硫脱磷的能力。

25.以低碳钢焊接为例，综述提高焊缝金属韧性的冶金手段、焊接工艺手段及焊后措施？（问05.08.10）答：（1）冶金：只有Mn、Si含量适中，焊缝组织为细针状铁素体，才能提高韧性；适量加入Nb和V可提高焊缝金属冲击韧性；低合金钢焊缝中Ti、B存在可大幅提高韧性；低合金钢焊缝中有少量Mo不急提高强度，同时也能改善韧性；稀土元素能改善焊缝金属韧性。（2）工艺：焊接线能量、焊接材料、接头形式、多层焊接、振动结晶、锤击焊道表面、跟踪回火。（3）焊后应进行热处理。

26.焊接热循环与热处理相比有何特点？试用这些特点分别比较45钢和40Cr在热处理条件下近缝区的淬透性大小？（问05.10）

答：焊接热循环特点：①加热温度高②加热速度快③高温停留时间短④自然冷却⑤局部加热：

淬透性比较：45钢------焊接条件下近缝区的淬透性大于热处理的淬透性，40Cr------相反45钢由于不含碳化物形成元素，焊接条件下近缝区峰值温度高，使奥氏体晶粒粗化，增大奥氏体稳定性，故淬透性和热处理相比反而大。40Cr在焊接快速加热条件下，高温停留时间短，碳化物形成元素不能充分溶解到奥氏体中，奥氏体的稳定化程度不如热处理条件，故淬透性小。

27.简要说明不易淬火钢和易淬火钢粗晶区的组织特点和对性能的影响？（简05.08.10）答：不易淬火钢 ：

组织特点：晶粒粗大，易出现魏氏组织；性能：塑性，韧性低，易产生脆化和裂纹

易淬火钢：组织特点：粗大的马氏体；性能：该区脆硬，易产生延迟裂纹

28.试分析钢种淬硬倾向的影响因素？用什么指标衡量高强钢的淬硬倾向比较合理？（简11）答：化学成分：碳当量升高，淬硬倾向升高

冷却条件：t8/5降低，淬硬倾向升高 用HAZ的最高硬度Hmax来评定钢的淬硬倾向比较合理，因为它综合反映了化学成分和冷却条件的影响。

29.试分析焊接热影响区的脆化类型及防治措施？ 答：（1）脆化类型：粗晶脆化、析出脆化、组织转变脆化、热应变时效脆化；

（2）防治措施：

控制组织：通过控制焊接热循环控制最佳t8/5，既要防治过热导致的晶粒粗化又要防治极冷而致硬化。影响焊接热循环的主要参数是线能量、是憨温度、预热以及接头尺寸形状。在接头形式一定的条件下，主要是调节线能量、预热、后热温度以寻求最佳焊接热循环。焊后热处理：对于一些重要的结构，常采用憨厚热处理来改善接头性能。

30.试分析如何控制低合金高强度刚焊接HAZ的韧性？（问08）答：（1）控制组织：在组织上能获得低碳马氏体、下贝氏体和针状铁素体等韧性较好的组织。（2）合理制定焊接工艺，正确地选择焊接线能量和预热、后热温度，既不致过热脆化，又不致淬硬脆化。

（3）采用焊后热处理来改善接头的韧性。

（4）研制新的钢种，进一步细化晶粒，降低钢中的杂质S、P、O、N等的含量，使钢材的韧性大为提高，也提高了焊接HAZ的韧性。

31.试简述H2、CO气孔的产生原因、特征及防止措施？（简08.09.11 问06.09）答：H2（析出型气孔）：由于高温时熔池金属中溶解了较多的气体，凝固时由于气体的溶解度突然下将，气体处于过饱和来不及逸出而引起的气孔。特征：通常出现在焊缝表面，气孔的断面形状如同螺钉装，从表面看呈喇叭口形，内壁光滑。CO气孔（反应型气孔）：钢焊接时，钢中的氧或氧化物与碳反应后能生成大量CO；

[C]+[O]=CO

(1)

[FeO]+[C]=CO+[Fe]

(2)如果这些反应发生在高温液态金属中,则由于CO完全不能溶于钢液,将以气泡的形式从熔池金属中高速上浮逸出,不易形成气孔,但当熔池冷却凝固时，熔池金属粘度迅速增大，故生成的CO气泡很难浮出，尤其在树枝晶凹陷处产生的更难逸出称为残留在焊缝中沿结晶方向分布的条虫状内气孔。

防治措施：应该限制熔池中气体的溶入或产生以及排除熔池中已溶入的气体。

（1）消除气体来源：工件及焊丝表面的氧化膜、铁锈、油污和水分均可在焊接过程中向熔池中提供氧和氢；焊条与焊剂受潮或烘干不足而残留的水分；空气入侵熔池是气孔来源之一。（2）正确选用焊接材料：控制熔渣的氧化性和还原性的平衡

（3）优化焊接工艺：焊接工艺参数主要有焊接电流、电压和焊接速度等。一般交流焊时比直流焊时气孔倾向大，而直流反接比正接时气孔倾向小。

32.有一种碱性焊条（J507），在出厂检验时，焊缝中没有气孔，但在产品施工焊接时，发现焊缝中有大量气孔，分析可能那些原因导致气孔？（问07）答：（1）焊件清理不充分，存在铁锈，氧化铁皮，油污和水分等杂质。（2）焊条受潮或烘干不足，烘干后放置时间过长等。

（3）焊接规范不当，如电压过高，焊速过快，电弧不稳等。（4）电流极性不合理，直流正接较反接是气孔倾向大。

33.用H08A焊丝和HJ431焊剂埋弧自动焊接沸腾钢时，虽经仔细除锈但还常出现气孔，试分析其原因，应采取何种措施防止气孔？

答：低碳钢焊丝中没有Mn和Si不能脱氧，被焊材料含氧量高除氧不完全，与C结合生成CO溢出形成气孔

措施：应选用Si、Mn等脱氧元素含量较高的焊丝，常用的如：H08Mn2SiA。

消除气体来源：工件及焊丝表面的氧化膜、铁锈、油污和水分均可在焊接过程中向熔池中提供氧和氢；焊条与焊剂受潮或烘干不足而残留的水分；空气入侵熔池是气孔来源之一。正确选用焊接材料：控制熔渣的氧化性和还原性的平衡

优化焊接工艺：焊接工艺参数主要有焊接电流、电压和焊接速度等。一般交流焊时比直流焊时气孔倾向大，而直流反接比正接时气孔倾向小。

34.焊接结晶裂纹的形成机理及防治措施?（问06.09.11）

答：结晶裂纹形成机理：在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶被推向柱状晶交遇中心部位，形成液态薄膜；在焊接拉伸应力作用下，就可能在这个薄弱地带即液态薄膜处开裂形成结晶裂纹。液态薄膜—根本原因；拉伸应力—必要条件。

防止结晶裂纹的措施：

（1）冶金因素：主要是合金状态图的类型、化学成分和结晶组织形态

结晶裂纹倾向的大小随合金状态图结晶温度区间的增大而增加，但合金元素进一步增加裂纹倾向会随之降低

初生相的结构能影响杂质的偏析和晶间层的性质，从而影响凝固裂纹的倾向。初生相的晶粒大小、形态和方向也会影响其倾向。

向焊缝中加入细化晶粒元素以改善焊缝凝固结晶、细化晶粒可以提高抗裂性。合金元素是影响裂纹最本质的因素。（2）工艺因素：

工艺因素主要是合理选择焊接材料和控制焊接参数，从而减少有害杂质偏析及降低应变增长率。

对于一些易于向焊缝专一某些有害杂质的母材，焊接时应尽量减小熔合比，或开大坡口，减小熔深，甚至堆焊隔离层。

合理调节焊接参数（焊接电流、电压和焊接速度）控制成形系数。

减小焊接电流或线能量以减小过热，有利于改善抗裂性，但也须避免冷却速度偏大，以致变形速率增大，反而不利于防止热裂纹。

为防止接头产生热裂纹，尽可能减少应变量及应变增长率；施焊顺序不合理时，最后几条焊缝处于被拘束状态，不能自已收缩，易促使裂纹产生。

35.为什么采用CST（临界应变增长率）为判据来比较金属材料的热烈倾向更为合理？用脆性温度区间来作判据如何？（问07）

答：因为不同的材料，不仅脆性温区区间的大小不同，最低塑形

的变化也不同，产生裂纹的临界应变增长率CST也各不相同，所以在考察裂纹敏感性时必须综合考虑脆性温度区间（）、最低塑形（）及应变增长率（）的影响。根据以上分析可知，用CST作为判据更合适，因为

或

都不能单独用来反映材料的裂纹敏感性。为防止产生裂纹必须满足条件，即

36.试简述液化裂纹的形成机理？（简08 问07）

答：焊接热影响区的近缝区或多层焊层间，在焊接热循环峰值温度的作用下，由于被焊金属含有较多的低熔共晶而被重新熔化，在拉伸应力的作用下沿奥氏体晶界开裂而形成液化裂纹。液化裂纹的液膜并非产生于凝固过程，而是由于加热过程中近缝区晶界局部熔化形成的液膜。

37.一般低合金钢，冷裂纹为什么具有延迟现象？延迟裂纹为何易在近缝区产生？试分析防止延迟裂纹的措施？（问05.06.08.10.11）

答：形成冷裂纹的三大要素：被焊钢材的淬硬组织、接头中的含氢量以及接头所处的拘束应力状态。而氢是最活跃的诱发因素，而氢在金属中扩散、聚集和诱发裂纹需要一定的时间。

一般低合金钢焊缝C低于母材，热影响区相变滞后于焊缝。当焊缝由A转达变F、P时，H的溶解度突然下降，且H在F、P中的扩散速度较快，导致H很快由焊缝越过熔合线附近富H，当滞后相变的HAZ中A—>M时，H使以过饱和状态残留在M中，促使该处进一步脆化，从而导致冷裂纹的产生。防治措施： 冶金方面：

（1）选择抗裂性好的钢材

从冶炼技术上提高母材的性能：多元微合金画；尽可能降低钢中有害杂质（S、P、O、H、N等）

（2）焊接材料的选用

选用低氢或超低氢焊条：应强调焊条的烘干和防潮问题

选用低强焊条：对低碳合金钢，适当降低焊缝强度可以降低拘束应力而减轻熔合区的负担，对防止冷裂纹有用。

选用奥氏体焊条：既可避免预热又能防止冷裂纹的产生。特殊微量元素的应用：Te、Se、Re，Te的降氢效果最好。（3）选用低氢的焊接方法：CO2气体保护焊。焊接工艺方面：

合理选择焊接线能量

正确选择预热和后热温度

多层焊层间温度和时间间隔的控制

采用低匹配焊缝

合理的焊缝分布和施焊次序

38.试简述在什么条件下，氢致裂纹也会在焊缝中产生？（简06.09）

答：焊缝合金成分复杂的超高强度钢和异种钢焊接时，热影响区的转变先于焊缝，因而氢就相反地从HAZ向焊缝扩散，如果焊缝出现淬硬组织，此时，氢致裂纹就会在焊缝中产生。

39.焊接接头拘束应力的分类？何为拘束度？临界拘束度？（简07）答：内拘束应力：热应力（第一类内应力）；相变应力（第二类内应力）和外拘束应力 拘束度是使接头根部间隙发生单位长度的弹性位移时，单位长度焊缝所承受的力。表示了接头的刚度。线弹性拘束度R[N/(mm·mm)]可表示为

当R值大到一定程度时就会产生延迟裂纹，这是的R值称为临界拘束度。

40.焊接接头中出现冷裂纹（延迟裂纹）主要与哪些因素有关？通常将工件预热到一定温度可以防止产生冷裂纹，试分析预热的作用？后热的作用？后热能否完全取代预热？后热和焊后热处理有何不同？（简05.08问07.09）答：延迟裂纹的影响因素：钢种的淬硬倾向、焊接接头的含氧量及其分布、接头所受的拘束应力状态。

预热的作用：预热可以降低冷却速度，从而避免出现淬硬组织，降低残余应力，有利于扩散氢的逸出。后热的作用：

（1）减少残余应力；

（2）改善组织，降低淬透性；

（3）消除扩散氢，但对奥氏体焊缝效果不大；

（4）适当降低预热温度或代替某些结构所需的中间热处理。

后热和焊后热处理不同：延迟裂纹有延迟期（潜伏期），在延迟期内即进行加热，可以避免出现延迟裂纹。故焊后后热有“抢时间”的问题，而焊后热处理都是为了改善接头使用性能，不存在“抢时间”的问题。

41.简述再热裂纹的主要特征和产生机理？（简07.09.11）答：主要特征：（1）在热裂纹出现在焊接热影响区的过热区，明显的沿粗大的奥氏体晶界发展到洗净去就会终止

（2）具有比较大的残余应力和应力集中；（3）具有比较敏感的温度区间（4）易产生于含有沉淀强化的元素的钢材中。

再热裂纹产生是由晶界优先滑动导致形成微裂纹（形核）而发生和扩展的。

42.某大型焊接结构，采用了含S、P偏高的钢，为防止产生层状撕裂应采取何种工艺措施？ 答：控制钢材含S量；检验板材Z向性能，保证Z向拉伸断面收缩率

（如），能大大减低层状撕裂的概率。氢在形成层状撕裂中能起推波助澜的作用。

改善接头设计，使之不仅通过板表皮传力，改善多层角焊缝收缩应力状况，防止别类裂纹诱发层等，均有可能减轻层状撕裂倾向。