《传感器与检测技术》试题及答案 大集合.doc 111页

'一、填空（30分，每空1.5分）1、有一温度计，它的量程范围为0∽200℃，精度等级为0.5级。该表可能出现的最大误差为，当测量100℃时的示值相对误差为。2、在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的倍左右为宜。3、传感器由、、三部分组成。4、利用热敏电阻对电动机实施过热保护，应选择型热敏电阻。5、已知某铜热电阻在0℃时的阻值为50Ω，则其分度号是，对于镍铬-镍硅热电偶其正极是。6、霍尔元件采用恒流源激励是为了。7、用水银温度计测量水温,如从测量的具体手段来看它属于测量。二、选择题(30分，每题2分)1、在以下几种传感器当中属于自发电型传感器。A、电容式B、电阻式C、压电式D、电感式2、的数值越大,热电偶的输出热电势就越大。A、热端直径B、热端和冷端的温度C、热端和冷端的温差D、热电极的电导率3、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的。A、应变效应B、电涡流效应C、压电效应D、逆压电效应4、在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中。A、电容和电感均为变量B、电容是变量，电感保持不变C、电感是变量，电容保持不变D、电容和电感均保持不变5、在两片间隙为1mm的两块平行极板的间隙中插入，可测得最大的容量。A、塑料薄膜B、干的纸C、湿的纸D、玻璃薄片6、热电阻测量转换电路采用三线制是为了A、提高测量灵敏度B、减小非线性误差C、提高电磁兼容性D、减小引线电阻的影响7、当石英晶体受压时，电荷产生在。A、Z面上B、X面上C、Y面上D、X、Y、Z面上8、汽车衡所用的测力弹性敏感元件是。A、悬臂梁B、弹簧管C、实心轴D、圆环9、在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是。A、补偿热电偶冷端热电势的损失B、起冷端温度补偿作用C、将热电偶冷端延长到远离高温区的地方D、提高灵敏度10、减小霍尔元件的输出不等位电势的办法是。A、减小激励电流B、减小磁感应强度C、使用电桥调零电位器11、测得某检测仪表的输入信号中,有用信号为20毫伏,干扰电压也为20毫伏,则此时的信噪比为。A、20dBB、1dBC、0dB12、发现某检测仪表机箱有麻电感,必须采取措施。A、接地保护环B、将机箱接大地C、抗电磁干扰13、在仿型机床当中利用电感式传感器来检测工件尺寸，该加工检测装置是采了测量方法。A、微差式B、零位式C、偏差式15、在实验室中测量金属的熔点时,冷端温度补偿采用。A、计算修正法B、仪表机械零点调整法C、冰浴法三、证明热电偶的参考电极定律：EAB（t,t0）=EAC（t,t0）-EBC（t,t0）,并画出原理图（本题10分）四、有一额定荷重为20×103N的等截面空心圆柱式荷重传感器，其灵敏度KF为2mV/V。激励源电压为12V，求：1、在额定荷重时的输出电压Uom,2、当承载为5×103N时的输出电压Uo。(本题10分）六、已知待测拉力约为70N左右，现有两只测力仪表，一只为0.5级，测量范围为0∽500N；另一只为1.0级，测量范围为0∽100N。问选用哪一只测力仪表较好?为什么?(写出计算过程)(本题10分）参考答案一、填空题：1、±1℃，±1%2、1．5倍3、敏感元件、传感元件、测量转换电路4、NTC突变5、CU50，镍铬6、减小温漂7、偏位式8、干扰源，干扰途径，敏感接收器9、屏蔽，浮置，接地，滤波，光电隔离10、X面二、选择题1、C2、C3、C4、B5、D6、D7、B8、C9、C10、C11、C12、B13、B14、C15、C四、24mV，6mV五、K拨至1位，反复调节R0，使仪表指示为0，K拨至3位，反复调节RF，使仪表指示为满偏，K拨至2位，进行测量。六、选用1.0级，测量范围为0∽100N的测力仪表。一、填空（本题共39分，每空1.5分）1、传感器由、、三部分组成。2、在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的倍左右为宜。3、有一温度计，它的量程范围为0∽200℃，精度等级为0.5级。该表可能出现的最大误差为，当测量100℃时的示值相对误差为。4、利用热敏电阻对电动机实施过热保护，应选择型热敏电阻。5、在压电晶片的机械轴上施加力,其电荷产生在。6、霍尔元件采用恒流源激励是为了。7、用水银温度计测量水温,如从测量的具体手段来看它属于测量。8、已知某铜热电阻在0℃时的阻值为50Ω，则其分度号是，对于镍铬-镍硅热电偶其正极是。9、压电材料在使用中一般是两片以上，在以电荷作为输出的地方一般是把压电元件起来，而当以电压作为输出的时候则一般是把压电元件起来。10、热电阻主要是利用电阻随温度升高而这一特性来测量温度的。12、金属电阻的是金属电阻应变片工作的物理基础。14、在动圈式表头中的动圈回路中串入由NTC组成的电阻补偿网络，其目的是为了。二、选择题（本题共30分，每题2分）3、在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中。A、电容和电感均为变量B、电容是变量，电感保持不变C、电感是变量，电容保持不变D、电容和电感均保持不变4、在仿型机床当中利用电感式传感器来检测工件尺寸，该加工检测装置是采用了测量方法。 A、微差式B、零位式C、偏差式5、热电阻测量转换电路采用三线制是为了A、提高测量灵敏度B、减小引线电阻的影响C、减小非线性误差D、提高电磁兼容性10、在实验室中测量金属的熔点时,冷端温度补偿采用。A、冰浴法B、仪表机械零点调整法C、计算修正法11、自感传感器或差动变压器采用相敏检波电路最重要的目的是为了。A、提高灵敏度B、将输出的交流信号转换为直流信号C、使检波后的直流电压能反映检波前交流信号的幅度和相位12、要测量微小的气体压力之差，最好选用变换压力的敏感元件。A、悬臂梁B、平膜片C、弹簧管D、膜盒13、以下四种传感器中，属于四端元件的是。A、霍尔元件B、压电晶体C、应变片D、热敏电阻14、下列不能用做加速度检测传感器。A、电容式B、压电式C、电感式D、热电偶15、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的。A、应变效应B、电涡流效应C、压电效应D、逆压电效应三、我国的模拟仪表有哪些精度等级？现欲测量240V左右的电压，要求测量示值相对误差的绝对值不大于0.6%，问：若选用量程为250V的电压表，其精度应选哪一级？若选用量程为500V的电压表，其精度又应选哪一级？（本题10分）四、热电偶参考电极定律有何实际意义？以知在某特定条件下材料A与铂配对的热电动势为13.967mv,材料B与铂配对的热电动势为8.345mv,求出在此特定条件下材料A与B配对后的热电动势？此时哪种材料为正极？（本题10分）五、根据你所学的传感器相关知识，请分别列出下列物理量可以使用什么传感器来测量？（本题11分）1、加速度：2、温度：3、工件尺寸：4、压力：参考答案一、填空题：1、敏感元件、传感元件、测量转换电路2、1．5倍3、±1℃，±1%4、NTC突变5、X面6、减小温漂7、偏位式8、CU50，镍铬9、并联，串联10、增大11、屏蔽，浮置，接地，滤波，光电隔离12、应变效应13、干扰源，干扰途径，敏感接收器14、温度补偿二、选择题1、C2、D3、B4、B5、B6、A7、C8、C9、A10、C11、D12、A13、D14、C15、C三、0．10．20．51．01．52．55．0选用量程为250V的电压表，其精度应选0．5级，选用量程为500V的电压表，其精度应选0．2级四、大大简化了热电偶的选配工作，5．622mv，A为正极五、1、电阻应变片，电容等2、热电偶，热电阻等3、电感，电容等4、压电，霍尔等二、如图所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中R2=R3=R是固定电阻，R1与R4是电阻应变片，工作时R1受拉，R4受压，ΔR=0，桥路处于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥路失去平衡，这时，就用桥路输出电压Ucd表示应变片变后电阻值的变化量。试证明：Ucd=-（E/2）(ΔR/R)。（10分）证明：略去的二次项,即可得一、简答题（每小题5分，共20分）1．传感器：2．静特性：3．超声波的波型有几种？是根据什么来分类的？4.简述电容式传感器的工作原理。二、选择题（每空3分，共27分）1．码盘式传感器是建立在编码器的基础上的，它能够将角度转换为数字编码，是一种数字式的传感器。码盘按结构可以分为接触式、________和________三种。a.光电式b.磁电式c.电磁式d.感应同步器2．当超声波在一种介质中传播到界面或遇到另一种介质，其方向不垂直于界面时，将产生声波的反射、折射及________现象。a.表面波b.兰姆波c.驻波d.波型转换3.改变电感传感器的引线电缆后，________。a.不必对整个仪器重新标定b.必须对整个仪器重新调零c.必须对整个仪器重新标定d.不必对整个仪器重新调零4．应变片的选择包括类型的选择、材料的选用、________、________等。a.测量范围的选择b.电源的选择c.阻值的选择d.尺寸的选择e.精度的选择f.结构的选择5．应变片绝缘电阻是指已粘贴的________应变片的之间的电阻值。a.覆盖片与被测试件b.引线与被测试件c.基片与被测试件d.敏感栅与被测试件6．在光的作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，引起物体电阻率的变化，这种现象称为________。a.磁电效应b.声光效应c.光生伏特效应d.光电导效应7.如图所示的结构由线圈、铁芯、衔铁三部分组成的。线圈套在铁芯上的，在铁芯与衔铁之间有一个空气隙，空气隙厚度为 。传感器的运动部分与衔铁相连。当外部作用力作用在传感器的运动部分时，衔铁将会运动而产生位移，使空气隙发生变化??这种结构可作为传感器用于________。a.静态测量b.动态测量c.静态测量和动态测量d.既不能用于静态测量，也不能用于动态测量三、激光干涉传感器的作用是测量长度，其基本原理就是光的干涉原理，测量精度高、分辨力高。如图所示是迈克尔逊双光束干涉系统，图中S是光源，B是分光镜，M1是固定反射镜，M2是可动反射镜，P是观察屏处，试介绍其工作原理。（14分）四．画出测试系统的组成框图，并说明各组成部分的作用。（12分）五．粘贴到试件上的电阻应变片，环境温度变化会引起电阻的相对变化，产生虚假应变，这种现象称为温度效应，简述产生这种现象的原因。（12分）六．如图所示是电容式差压传感器结构示意图及其转换电路，图中1为玻璃盘，2为镀金层，3为金属膜片，介绍其工作原理。（15分）《传感器与测试技术》参考答案一、简答题（每小题5分，共20分）1．传感器：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、便于精确处理和应用的另一种量的测量装置或系统。2．静特性：指传感器在输入量的各个值处于稳定状态时的输出与输入关系，即当输入量是常量或变化极慢时，输出与输入的关系。3．超声波的波型有几种？是根据什么来分类的？超声波的波型有纵波、横波、表面波（亦称瑞利波）、兰姆波。依据超声场中质点的振动与声能量传播方向之间的关系来分。4.简述电容式传感器的工作原理。两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为式中:——极板间介质的介电常数，——极板的遮盖面积；——极板间的距离。当被测量的变化使式中的、或任一参数发生变化时，电容量C也就随之变化。二、选择题（每空3分，共27分）1．a；c2．d3.c4．c；d5．b6．d7.c三、激光干涉传感器的作用是测量长度，其基本原理就是光的干涉原理，测量精度高、分辨力高。如图所示是迈克尔逊双光束干涉系统，图中S是光源，B是分光镜，M1是固定反射镜，M2是可动反射镜，P是观察屏处，试介绍其工作原理。（14分）答案要点：来自光源S的光经半反半透分光镜B后分成两路，一路由固定反射镜M1反射，另一路经可动反射镜M2和B反射，在观察屏P处相遇产生干涉。当M2每移动半个光波波长时，干涉条纹亮暗变化一次，因此被测长度为式中，x—被测长度；N—干涉条纹亮暗变化次数；—真空中光波波长；n—空气折射率。四．画出测试系统的组成框图，并说明各组成部分的作用。（12分）答案要点：传感器作为测试系统的第一环节，将被测量转化为人们所熟悉的各种信号，通常传感器将被测量转换成电信号；信号变换部分是对传感器所送出的信号进行加工，如信号的放大、滤波、补偿、校正、模数转换、数模转换等，经过处理使传感器输出的信号便于传输、显示或记录；显示与记录部分将所测信号变为便于人们理解的形式，以供人们观测和分析。五．粘贴到试件上的电阻应变片，环境温度变化会引起电阻的相对变化，产生虚假应变，这种现象称为温度效应，简述产生这种现象的原因。（12分）答案要点：①环境温度变化时，由于敏感栅材料的电阻温度系数的存在，引起应变片电阻相对变化；②环境温度变化时，敏感栅材料和试件材料的膨胀系数不同，应变片产生附加的拉长(或压缩)，引起电阻的相对变化。六．如图所示是电容式差压传感器结构示意图及其转换电路，图中1为玻璃盘，2为镀金层，3为金属膜片，介绍其工作原理。（15分）答案要点：电容式差压传感器由两个玻璃圆盘和一个金属膜片组成。两玻璃圆盘上的凹面上各镀以金作为电容传感器的两个固定电极，夹在两凹圆盘中的膜片则为传感器的可动电极。当两边压力相等时，膜片处在中间位置与左、右固定电极间距相等，转换电路输出U0＝0；当P1＞P2(或P2＞P1)时，膜片弯向右侧(或左侧)，Cdb＜Cab(或Cab＞Cdb)，U0输出与｜P1-P2｜成比例的信号。传感器与检测技术-阶段测评31.单选题1.15.0能够用数学计算的方法增强信号，降低干扰的滤波器是()您答错了 ·a一阶低通滤波器·b二阶低通滤波器·c数字滤波器·d一阶高通滤波器数字滤波器的定义。1.25.0莫尔条纹光栅传感器的输出是()您答错了·a数字脉冲式·b调幅式·c正弦波·d调频式莫尔条纹光栅传感器的输出是数字脉冲式，而非其他方式。1.35.0液晶显示器的英文缩写为()您答错了·aLCD·bLED·cBCD·dCRT考察液晶显示器的英文缩写。1.45.0直流电桥的平衡条件为()您答对了·aZ1Z4=Z2Z3·b|Z1||Z4|=|Z2||Z3|·cR1R4=R2R3·dR1=R2=R3=R4直流电桥的平衡条件为R1R4=R2R3。1.55.0在采样保持环节中，采样开关被断开的时间称为()您答错了·a采样时间·b保持时间 ·c采样周期·d缓冲时间在采样保持环节中，采样开关被断开时，此时输入信号无法进入采保电路，因此该时间称为保持时间。1.65.0静电屏蔽的作用在于消除静电荷对测量仪器产生的()您答对了·a高次谐波干扰·b放电干扰·c静电场干扰·d漏电流干扰静电屏蔽的作用在于消除静电场干扰。1.75.0无源RC低通滤波器从哪两端引出输出电压()您答错了·a电阻R·b电容C·c运算放大器·d电感L无源RC低通滤波器从电容两端引出输出电压。1.85.0由RC串联电路组成的一阶低通滤波器属于()您答错了·a数字滤波器·b放大滤波器·c有源滤波器·d无源滤波器数字滤波为软件滤波，而放大滤波、有源滤波均需有放大器件，但本题中仅有RC串联电路，因此属于无源低通滤波器。1.95.0模数转换器的分辨率以输出二进制的位数表示，下列模/数(A/D)转换器分辨率最高的是（）您答错了·a四位A/D·b六位A/D·c八位A/D·d十位A/D 根据模/数转换器分辨率的定义可知，位数越多，分辨率越高。1.105.0若单臂电桥的灵敏度为14，在相同情况下，双臂电桥的灵敏度为()您答错了·a14·b12·c2·d4双臂电桥的灵敏度为单臂电桥的灵敏度的2倍。1.115.0利用光电耦合器抑制干扰的方法属于()您答对了·a接地·b隔离·c屏蔽·d滤波隔离的两种方式为变压器和光耦。1.125.0ADC0804是八位逐次逼近型的()您答对了·a数/模转换器·b模/数转换器·c调制解调器·d低通滤波器ADC0804是八位逐次逼近型的模/数转换器。1.135.0差动电桥由环境温度变化引起的误差为()您答错了·a12ΔR1R1·b14ΔR1R1·c12ΔR1R1E·d0差动电桥可消除由环境温度变化引起的误差。1.145.0采用直流放大器对微弱的、变化缓慢的信号进行放大时，影响测量精度的主要原因是()您答错了·a零点漂移 ·b信号微弱·c放大倍数不够·d噪声干扰因直流放大有零点漂移，才引出调制的概念。1.155.0DAC0832是一个具有两个输入数据缓冲器的8位()您答对了·a模/数转换器·b双向模拟开关·c数/模转换器·d采样保持器DAC0832是一个具有两个输入数据缓冲器的8位数/模转换器。1.165.0电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化转为何种物理量的输出()您答对了·a电阻·b电容·c电压·d电荷电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化转为电压的输出。1.175.0模/数转换器的分辨率以输出二进制数的位数表示，如模/数转换器的输出为十位，最大输入信号为5V，则转换器的输出能分辨出输入的电压信号为()您答错了·a2/510v·b510/2v·c5/210v·d210/5v根据模/数转换器分辨率的定义可知，A/D转换器的输出能分辨出输入的电压信号为5/210v。1.185.0由RLC串联网络组成的带通滤波器的中心频率为500Hz，带宽为200Hz，则品质因数为()您答对了·a0.4·b0.8·c2.5 ·d5品质因数的定义，即：Q=fB=500200=2.5。1.195.0欲将一光栅式位移传感器的四细分电路进行改造，获得一组八个相位差相等的相位信号，起码要把()您答错了·a光栅副夹角增大一倍·b光电元件个数增大一倍·c栅距增大一倍·d莫尔条纹亮度增强一倍光栅式位移传感器的细分是通过增加光电元件的个数实现的。1.205.0变压器隔离电路中实现信号传递的途径是()您答错了·a漏电耦合·b电容耦合·c磁通耦合·d光电耦合变压器耦合方式为磁通耦合。传感器与检测技术--综合测评题目一二三四五六七分数得分一、单选题（每题4分，共100分）1．传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的()A．线性度越好B．迟滞越小C．重复性越好D．分辨力越高2．传感器的线性范围愈宽，表明传感器工作在线性区域内且传感器的()A．工作量程愈大B．工作量程愈小C．精确度愈高D．精确度愈低3．当压磁元件受外力作用时，磁力线分布呈()A．轴对称分布B．原形C．椭圆形D．方形4．半导体应变片的工作原理是基于()A．压阻效应B．热电效应C．压电效应D．压磁效应5．属于传感器动态特性指标的是()A．量程B．灵敏度C．阻尼比D．重复性6．传感器的组成部分中，直接感受被测物理量的是()A．转换元件B．敏感元件C．转换电路D．放大元件7．气敏传感器检测气体的() A．温度和浓度B．温度和成份C．成份和湿度D．成份和浓度8．压电式加速度传感器的类型不包括()A．平衡型B．弯曲型C．剪切型D．压缩型9．人工视觉系统图像处理中，对像素信息进行编码的作用是()A．滤去噪声B．传输和存储信息C．图像增强D．图像分割10．适用于测量狭小弯曲管道内温度的传感器是()A．普通热电偶B．铠装热电偶C．比色温度传感器D．薄膜热电偶11．通常用于精密恒湿槽的湿敏元件是()A．氯化锂湿敏元件B．半导体陶瓷湿敏元件C．高分子膜湿敏元件D．热电阻式湿敏元件12．下列温度传感器不属于非接触式温度传感器的是()A．亮度式温度传感器B．全辐射式温度传感器C．P-N结温度传感器D．比色式温度传感器13．通常在微机控制的检测系统中，完成多路切换的器件是()A．采样保持器B．多路模拟开关C．集成运放D．滤波器14．在光栅位移传感器的辨别方向电路中，采用的信号相位差可取()A．0°B．90°C．180°D．360°15．无源RC低通滤波器从哪两端引出输出电压()A．电阻RB．电容CC．运算放大器D．电感L16．将微弱的、变化缓慢的直流信号变换成某种频率、以便于放大和传输的交流信号的过程称为()A．调制B．解调C．滤波D．整流17．莫尔条纹光栅传感器的输出是()A．数字脉冲式B．调幅式C．正弦波D．调频式18．变压器隔离电路中实现信号传递的途径是()A．漏电耦合B．电容耦合C．磁通耦合D．光电耦合19．已知一信号的直流分量为0，交流分量的幅值不为0，则该信号的()A．方差等于均方值B．方差等于0C．均值等于均方值D．均方值等于020．由RC网络与集成运算放大器组成的带通滤波器需要的电容元件个数至少为()A．1B．2C．3D．421．发光二极管显示器的英文缩写为()A．LCDB．LEDC．BCDD．CRT22．在典型噪声干扰抑制方法中，差分放大器的作用是()A．克服串扰B．抑制共模噪声C．抑制差模噪声D．消除电火花干扰23．已知信号x(t)与y(t)互相关函数$R_(xy)(tau)$，当$tau=0$时相关程度最高，则y(t)与x(t)的互相关函数$R_(xy)(tau)$相关程度最高时，应满足()A．$tau<0$B．$tau=0$C．$tau>0$D．$tau=1$24．LCD显示器最大的优点是()A．低功耗器件B．高能耗器件系 C．主动发光器件D．被动发光器件25．已知信号x(t)与信号y(t)完全不相关，则这两个信号的互相关系数满足()A．$rho_(xy)(tau)>1$B．$rho_(xy)(tau)=1$C．$rho_(xy)(tau)=0$D．$00$D．$tau=1$答案：b答案要点：互相关系数的性质。24．LCD显示器最大的优点是()A．低功耗器件B．高能耗器件系C．主动发光器件 D．被动发光器件答案：a答案要点：LCD显示器最大的优点就是低功耗。25．已知信号x(t)与信号y(t)完全不相关，则这两个信号的互相关系数满足()A．$rho_(xy)(tau)>1$B．$rho_(xy)(tau)=1$C．$rho_(xy)(tau)=0$D．$0P2时负载电阻RL上电压U0大小和方向（正负）。  ２。图为酒精测试仪电路，A是显示驱动器。问：①TGS—812是什么传感器？②2、5脚是传感器哪个部分，有什么作用？③分析电路工作原理，调节电位器RP有什么意义?３。图为光电传感器电路，GP—IS01是光电断路器。分析电路工作原理：①当用物体遮挡光路时晶体三极管VT状态是导通还是截止？②二极管是一个什么器件，在电路中起到什么作用？ ③如果二极管反相连接晶体管VT状态如何？４。下图是电阻应变仪电路框图，电桥采用交流供电，应变信号为一正弦变化的信号频率为20Hz，振荡频率4KHz。请画出放大器、相敏检波器、低通滤波器的输出波形示意图。（答案三）一.填空（每空1分，共20分）1.通常传感器由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成，是能把外界非电量转换成电量的器件和装置。2.金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称应变效应；固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称压阻效应。直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度K下降了，这种现象称为横向效应。3.差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上差动变压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为零点残余电压；利用差动变压器测量位移时，如果要求区别位移方向（或正负）可采用相敏检波电路。4.把一导体（或半导体）两端通以控制电流I，在垂直方向施加磁场B，在另外两侧会产生一个与控制电流和磁场成比例的电动势，这种现象称霍尔效应，这个电动势称为霍尔电势。外加磁场使半导体（导体）的电阻值随磁场变化的现象成磁阻效应。5.某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象，同时在它的表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称为正压电效应；在介质极化方向施加电场时电介质会产生 形变，这种效应又称逆压电效应。6.在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称外光电效应；入射光强改变物质导电率的现象称光电导效应；半导体材料吸收光能后在PN结上产生电动式的效应称光生伏特效应。7、块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭合的电流，利用该原理制作的传感器称电涡流传感器；这种传感器只能测量金属物体。8、不同的金属两端分别连在一起构成闭合回路，如果两端温度不同，电路中会产生电动势，这种现象称热电效应效应；若两金属类型相同两端温度不同，加热一端时电路中电动势E=0。二.选择题（每空1分，共20分）电阻应变片     磁敏电阻    霍尔元件      气敏传感器        湿敏传感器光电耦合器     压电传感器  电容传感器    热敏电阻          CCD电荷耦合器压阻式传感器   光纤传感器  磁电传感器    光电二极管        差动变压器热释电器件     磁敏晶体管  电涡流传感器  光电池            超声波传感器热电偶         红外传感器  色敏传感器正确选择以上传感器填入以下空内：1.可以进行位移测量的传感器有光纤传感器、差动变压器、电阻传感器；2.可以完成温度测量的有热电偶、热敏电阻；热释电；3.半导体式传感器是磁敏、霍尔元件、气敏传感器、压阻传感器；4.光电传感器有光电耦合器、色敏传感器、光纤传感器、光电二极管；5.用于磁场测量的传感器霍尔器件、磁敏晶体管；6.进行振动（或加速度）测量的传感器磁电传感器、压电传感器；7.利用物体反射进行非电量检测的传感器超声波传感器、红外传感器；三.计算(每题5分，共10分) 1.图为一直流应变电桥，E=4V，R1=R2=R3=R4=350Ω，求：①R1为应变片其余为外接电阻，R1增量为△R1=3.5Ω时输出U0=?。②R1、R2是应变片，感受应变极性大小相同其余为电阻，电压输出U0=?。③R1、R2感受应变极性相反,输出U0=?。④R1、R2、R3、R4都是应变片,对臂同性，邻臂异性，电压输出U0=?。解：①②③④2.石英晶体加速计及电荷放大器测量机械振动，已知加速度计灵敏度为5pc/g，电荷放大器灵敏度为50mv/pc，当机器达到最大加速度时的相应输出电压幅值为2V，试求机械的振动加速度(单位g)。解：四.问答题（每题5分，共10分）1.压力传感器测量砝码数据如下，试解释这是一种什么误差，产生这种误差的原因是什么。N(g)012345正行程(mv)0     1.5      2      2.5     3       3.5 反行程(mv)0     0.5     1        2      2.5     3.5解：迟滞误差；静态误差；传感器本身材料的缺陷造成。2.解释下列磁敏传感器：①磁敏电阻与磁敏晶体管有哪些不同？②磁敏晶体管与普通晶体管的不同之处是什么？③磁敏电阻与霍尔元件属同一类磁电转换元件，在本质上有什么不同？解：①磁敏晶体管有放大作用；②普通晶体管无磁灵敏度；磁敏电阻不能区别磁极性。五.电路分析（每题5分，共20分）1.下图左是电容式差压传感器，金属膜片与两盘构成差动电容C1、C2,两边压力分别为P1、P2。下图右为二极管双T型电路，电路中电容是左图中差动电容，UE电源是占空比为50%的方波。试分析：§当两边压力相等P1=P2时负载电阻RL上的电压U0值；§当P1>P2时负载电阻RL上电压U0大小和方向（正负）。 解：①U0=0②U0=UfM（C1-C2）因为C1〈C2所以U0〈0，输出负电压。2.图为酒精测试仪电路，A是显示驱动器。问： TGS—812是什么传感器？§2、5脚是传感器哪个部分，有什么作用？§分析电路工作原理，调节电位器RP有什么意义?  解：①气敏传感器；②加热电极，可加速还原反应提高气敏传感器灵敏度；③调节测量系统的测量范围和满度值。 3.图为光电传感器电路，GP—IS01是光电断路器。分析电路工作原理： 当用物体遮挡光路时晶体三极管VT状态是导通还是截止？二极管是一个什么器件，在电路中起到什么作用？如果二极管反相连接晶体管VT状态如何？解：①截止；②红外发射管，起控制作用；③截止。4.下图是电阻应变仪电路框图，电桥采用交流供电，应变信号为一正弦变化的信号频率为20Hz，振荡频率4KHz。请画出放大器、相敏检波器、低通滤波器的输出波形示意图。 （试卷四）一、填空（每空1分，共30分）1、根据测量数据中误差所呈现的规律，误差可分为三种，即、和。2、传感器的作用包含的收集、的转换和的采集。3、描述传感器静态特性的技术指标是：、、和。4、频率响应特性是指将频率不同而幅值相等的信号输入传感器，求其输出正弦信号的、与之间的相互关系。5、光电器件主要包括：、、、和。6、按照光纤在传感器中的作用，通常可将光纤传感器分为两种类型：一类是，另一类是。7、直接式测量质量流量的克里奥利力质量流量计是根据建立的、、三者的关系，实现对质量流量的测量。8、根据热电偶测温系统示意图（右图）表示：①；②；③；T0；T。二、名词解释（每题3分，共21分） 1、传感器2、直接测量法3、霍尔效应4、内光电效应5、中间导体定律6、压电效应7、测量方法三、判断题（每题1分，共10分）1、光纤传感器所采用的光纤一般多采用同轴分布（发送光纤在外）方式的光纤。（）2、精确度是反映测量仪表优良程度的综合指标。（）3、实际测量中，精密度高，准确度不一定高，因仪表本身可以存在较大的系统误差。反之，如果准确度高，精密度也不一定高。（）4、采用几个热电偶串联的方法测量多点的平均温度，当有一只热电偶烧断时，不能够很快地觉察出来。（）5、黑体是指对辐射到它上面的辐射能量全部吸收的物体。（）6、如果对压电晶体Y轴施加力F时，电荷仍出现在与X轴垂直的平面上。（）7、凡是能引起电涡流变化的非电量，均可通过测量绕阻的等效电阻R、等效电感L、等8、效阻抗Z及等效品质因数Q来转换。（）8、动态特性好的传感器，其输出随时间的变化规律将再现输入随时间变化的规律，即它们具有相同的时间函数。（）9、在固态压阻传感器测量电路中恒压源和恒流源供电均与电流大小、精度及温度有关。（）10、热回路的热电动势的大小不仅与热端温度有关，而且与冷端温度有关。（）四、简答题（共5题，共39分）1、简述测量系统原理结构框图。 2、简述变磁阻式传感器的工作原理及其特点。3、保持电容式传感器特性稳定的方法及其实现措施。4、根据右图简述金属板厚度检测。5、简述传感器静态特性的线性度技术指标。（答案四）一、填空（每空1分，共30分）1、系统误差、随机误差、粗大误差。2、信息数据、控制信息。3、灵敏度、线性度、迟滞、重复性。4、正弦、幅值、相位、频率。5、光敏电阻、光电二极管、光电晶体管、光电池、光电耦合器。6、功能型、非功能型。7、牛顿第二定律、力、加速度、质量。8、①热电偶；②连接导线；③显示仪表；T0冷端；T热端。二、名词解释（每题3分，共21分）1、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、便于应用的另一种量的测量装置。 2、在使用仪表或传感器进行测量时，对以表读数不需要经过任何运算就能直接表示测量所需要的结果的测量方法。3、在通有电流的金属板上加一个强磁场，当电流方向与磁场方向垂直时，在与电流和磁场方向都垂直的金属板的两表面间出现电动势差的现象。4、在光线照射时，物体的导电性能发生改变的现象。5、指热电偶回路中接入中间导体（第三导体C），只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路总电动势没有影响。6、某些电介质，当沿着一定方向对其施力使它变形，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的现象。7、实现被测量与标准量比较得出比值的方法。三、判断题（每题1分，共10分）12345678910√×√×√√√√×√四、简答题（共5题，共39分）1、简述测量系统原理结构框图。答：系统中的传感器是感受被测量的大小并并输出信号的器件或装置。数据传输环节用来传输数据。当测量系统的几个功能环节独立地分割开的时候，则必须由一个地方向另一个地方传输数据，数据传输环节就是完成这种传输功能的。数据处理环节是将传感器输出信号进行处理或变换。如对信号进行放大、运算、线性化、数-模或模-数转换，变成另一种参数的信号或变成某种标准化的统一信号，使其输出信号便于显示、记录，既可用于自动控制系统，也可与计算机系统相连接，以便于对测量信号进行信息处理。数据显示环节是将被测量信息变成人感官能接受的形式，已完成监视、控制或分析的目的。测量结果可以采用模拟显示或数字显示，也可由记录装置进行自动记录或由打印机将数据打印出来。2、简述变磁阻式传感器的工作原理及其特点。 答：变磁阻式传感器的工作原理是利用线圈电感或互感的改变来实现非电量电测的变磁阻传感器的优点：（1）结构简单，工作中没有活动触点，因而工作可靠寿命长。（2）灵敏度高，分辨率大，能测出0.01um甚至更小的机械位移，能够感受小至0.1rad/s微小角变化。传感器输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mm，测量范围宽，重复性好，线性度优良并且比较稳定，高精度的变磁阻传感器，非线性误差仅为0.1%。变磁阻传感器的缺点：频率相应差，存在交流零位信号，不宜用于高频零位测量。3、保持电容式传感器特性稳定的方法及其实现措施。答：（1）减小边缘效应的影响。增大电容器的初始电容量，即增大极板面积和减小极板间距。此外，加装等位环也是一有效办法。（2）减小寄生电容的影响。对传感器进行静电屏蔽，即将电容器极板放置在金属壳体内，并将壳体良好接地。出于同样的原因，其电极引出线也必须用屏蔽线，且屏蔽线外套必须同样良好接地。4、根据右图简述金属板厚度检测。答：当金属板的厚度变化时，传感器与金属板间距离改变，从而引起输出电压的变化。由于在工作过程中金属板会上下波动，这将影响其测量精度，因此常用比较的测量方法测量，在板的上下各安装一个电涡流式传感器，如右图所示，其距离位D，而它们与板的上下表面分别相距为d1和d2，这样板厚h为h=D-（d1+d2），当两个传感器在工作时分别测得d1和d2，转换成电压值后送加法器，相加后的电压值再与两传感器间距离D相应的设定电压相减，则就得到与板厚度相对应的电压值。5、简述传感器静态特性的线性度技术指标。答：传感器的静态特性是在稳态标准条件下，利用一定等级的校准设备，对传感器进行往复循环测试，得出的输出―输入特性。通常，希望这一特性为线性，这样，会对标定和数据处理带来方便。但实际的输出―输入特性一般多是非线性的，因此，采用各种补偿环节，如非线性电路补偿环节或计算机软件，进行线性化处理。 （试卷五）一、填空（每空1分，共30分）1、衡量仪表测量能力的指标中，通常遇到较多的是精确度的概念，与精度有关的指标有三个：、和等级。2、应变片式加速度计由、、和组成。3、频率响应特性常用的评定指标是、、。4、传感器的作用包含的收集、的转换和的采集。5、电容式传感器可分为三种类型：、、。6、描述传感器静态特性的技术指标是：、、和。7、按照光纤在传感器中的作用，通常可将光纤传感器分为两种类型：一类是，另一类是。8、直接式测量质量流量的克里奥利力质量流量计是根据建立的、、三者的关系，实现对质量流量的测量。9、根据热电偶回路总热电动势（右图）写出对应的表达式，接触电动势，温差电动势，热电偶回路总电动势，热电偶回路总电动势表式。二、名词解释（每题3分，共21分）1、间接测量法2、半导体压阻效应3、涡流效应 4、电容式传感器5、中间温度定律6、外光电效应7、灵敏度三、判断题（每题1分，共10分）1、光纤传感器所采用的光纤一般多采用同轴分布（发送光纤在外）方式的光纤。（）2、精确度是反映测量仪表优良程度的综合指标。（）3、实际测量中，精密度高，准确度不一定高，因仪表本身可以存在较大的系统误差。反之，如果准确度高，精密度也不一定高。（）4、采用几个热电偶串联的方法测量多点的平均温度，当有一只热电偶烧断时，不能够很快地觉察出来。（）5、黑体是指对辐射到它上面的辐射能量全部吸收的物体。（）6、如果对压电晶体Y轴施加力F时，电荷仍出现在与X轴垂直的平面上。（）7、凡是能引起电涡流变化的非电量，均可通过测量绕阻的等效电阻R、等效电感L、等8、效阻抗Z及等效品质因数Q来转换。（）8、动态特性好的传感器，其输出随时间的变化规律将再现输入随时间变化的规律，即它们具有相同的时间函数。（）9、在固态压阻传感器测量电路中恒压源和恒流源供电均与电流大小、精度及温度有关。（）10、热回路的热电动势的大小不仅与热端温度有关，而且与冷端温度有关。（）四、简答题（共5题，共39分）1、简述霍尔元件的零位误差及其原因。2、简述变磁阻式传感器的工作原理及其特点。3、保持电容式传感器特性稳定的方法及其实现措施。4、根据右图简述金属板厚度检测。 5、简述传感器静态特性的线性度技术指标。（答案五）一、填空（每空1分，共30分）1、精密度、准确度、精确度。2、应变片、质量块、等强度悬臂梁、基座。3、通频带、时间常数、固有频率。4、信息数据、控制信息。5、变面积型、变介电常数型、变极距型。6、灵敏度、线性度、迟滞、重复性。7、功能型、非功能型。8、牛顿第二定律、力、加速度、质量。9、EAB（T）、EAB（T0）；EA（T，T0）、EB（T，T0）；EAB（T，T0）；EAB（T，T0）=EAB（T，0）-EAB（T0，0）。二、名词解释（每题3分，共21分）1、在使用仪表或传感器进行测量时，首先对与测量有确定函数关系的几个量进行测量，将被测量代入函数关系式，经过计算得到所需的结果的测量方法。2、沿一块半导体某一轴向施加一定应力时，除了产生一定应变外，材料的电阻率也要发生变化的现象。3、金属导体置于变化着的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流想水中漩涡那样在导体内转圈的现象。 4、以电容器作为敏感元件，将被测物理量的变化转换为电容量变化的传感器。5、指热电偶回路两接点（温度为T、T0）间热电动势，等于热电偶在温度为T、Tn时的热电动势与在温度为Tn、T时的热电动势的代数和。6、在光线照射是，物体内的电子溢出物体表面的现象。7、传感器在稳态标准条件下，输出变化对输入变化的比值。三、判断题（每题1分，共10分）12345678910√×√×√√√√×√四、简答题（共5题，共39分）1、简述霍尔元件的零位误差及其原因。答：从理论上说，当B=0,I=0时，霍尔元件的输出应该为零，即UH=0，实际上仍有一定霍尔电压输出，这就是元件的零位误差，其主要原因有以下几种：（1）不等位电动势。这是一个主要的零位误差。由于两个霍尔电压极在制作时不可能绝对对称地焊在霍尔元件两侧、输入电流极的端面接触不良、材料电阻率不均匀以及霍尔元件的厚度不均匀等均会产生不等为电动势。（2）寄生直流电动势。在没有磁场的情况下，元件通以交流输入电流，它的输出除了交流不等位电动势外，还有一直流电动势分量。此电动势称为寄生直流电动势，其产生的原因是由于输入电流极、霍尔电压极的接触电阻造成整流效应以及霍尔电压极的焊点大小不一致，其热容量不一致产生温差，造成直流附加电压。（3）感应零位电动势。当没有输入电流时，在交流或脉动磁场作用下产生的电动势称为感应零位电动势。它与霍尔电压极引线构成的感应面积A成正比。（4 ）自激场零位电动势。当霍尔元件通以输入电流时，此电流就会产生磁场，这一磁场称为自激场，理论情况下自激场对称抵消，但实际应用时，由于输入电流引线也产生磁场，使元件左右两半场不等，因而有霍尔电压输出，这一输出电压称为自激场零位电动势。2、简述变磁阻式传感器的工作原理及其特点。答：变磁阻式传感器的工作原理是利用线圈电感或互感的改变来实现非电量电测的变磁阻传感器的优点：（1）结构简单，工作中没有活动触点，因而工作可靠寿命长。（2）灵敏度高，分辨率大，能测出0.01um甚至更小的机械位移，能够感受小至0.1rad/s微小角变化。传感器输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mm，测量范围宽，重复性好，线性度优良并且比较稳定，高精度的变磁阻传感器，非线性误差仅为0.1%。变磁阻传感器的缺点：频率相应差，存在交流零位信号，不宜用于高频零位测量。3、保持电容式传感器特性稳定的方法及其实现措施。答：（1）减小边缘效应的影响。增大电容器的初始电容量，即增大极板面积和减小极板间距。此外，加装等位环也是一有效办法。（2）减小寄生电容的影响。对传感器进行静电屏蔽，即将电容器极板放置在金属壳体内，并将壳体良好接地。出于同样的原因，其电极引出线也必须用屏蔽线，且屏蔽线外套必须同样良好接地。4、根据右图简述金属板厚度检测。 答：当金属板的厚度变化时，传感器与金属板间距离改变，从而引起输出电压的变化。由于在工作过程中金属板会上下波动，这将影响其测量精度，因此常用比较的测量方法测量，在板的上下各安装一个电涡流式传感器，如右图所示，其距离位D，而它们与板的上下表面分别相距为d1和d2，这样板厚h为h=D-（d1+d2），当两个传感器在工作时分别测得d1和d2，转换成电压值后送加法器，相加后的电压值再与两传感器间距离D相应的设定电压相减，则就得到与板厚度相对应的电压值。5、简述传感器静态特性的线性度技术指标。答：传感器的静态特性是在稳态标准条件下，利用一定等级的校准设备，对传感器进行往复循环测试，得出的输出―输入特性。通常，希望这一特性为线性，这样，会对标定和数据处理带来方便。但实际的输出―输入特性一般多是非线性的，因此，采用各种补偿环节，如非线性电路补偿环节或计算机软件，进行线性化处理。传感器与检测技术试卷及答案（（（（试卷一试卷一试卷一试卷一））））第一部分选择题（共24分）一、单项选择题（本大题共12小题，每小题2分，共24分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。错选、多选和未选均无分。1．下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（）A．压力B．力矩C．温度D．厚度2．属于传感器动态特性指标的是（）A．重复性B．线性度C．灵敏度D．固有频率3．按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（）A．光电式传感器B．电容式传感器C．压电式传感器D．磁电式传感器4．测量范围大的电容式位移传感器的类型为（）A．变极板面积型B．变极距型C．变介质型D．容栅型5．利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（）A．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片 D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片6．影响压电式加速度传感器低频响应能力的是（）A．电缆的安装与固定方式B．电缆的长度C．前置放大器的输出阻抗D．前置放大器的输入阻抗7．固体半导体摄像元件CCD是一种（）A．PN结光电二极管电路B．PNP型晶体管集成电路C．MOS型晶体管开关集成电路D．NPN型晶体管集成电路8．将电阻R和电容C串联后再并联到继电器或电源开关两端所构成的RC吸收电路，其作用是（）A．抑制共模噪声B．抑制差模噪声C．克服串扰D．消除电火花干扰9．在采用限定最大偏差法进行数字滤波时，若限定偏差△Y≤0.01，本次采样值为0.315，上次采样值为0.301，则本次采样值Yn应选为（）A．0.301B．0.303C．0.308D．0.31510．若模/数转换器输出二进制数的位数为10，最大输入信号为2.5V，则该转换器能分辨出的最小输入电压信号为（）A．1.22mVB．2.44mVC．3.66mVD．4.88mV11．周期信号的自相关函数必为（）A．周期偶函数B．非周期偶函数C．周期奇函数D．非周期奇函数12．已知函数x(t)的傅里叶变换为X（f），则函数y(t)=2x(3t)的傅里叶变换为（）第二部分非选择题（共76分）二、填空题（本大题共12小题，每小题1分，共12分）不写解答过程，将正确的答案写在每小题的空格内。错填或不填均无分。13．对传感器进行动态的主要目的是检测传感器的动态性能指标。14．传感器的过载能力是指传感器在不致引起规定性能指标永久改变的条件下，允许超过的能力。15．传感检测系统目前正迅速地由模拟式、数字式，向方向发展。16．已知某传感器的灵敏度为K0，且灵敏度变化量为△K0，则该传感器的灵敏度误差计算公式为rs=。17．为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用技术。18．在用带孔圆盘所做的光电扭矩测量仪中，利用孔的透光面积表示扭矩大小，透光面积减小，则表明扭矩。19．电容式压力传感器是变型的。20．一个半导体应变片的灵敏系数为180，半导体材料的弹性模量为1.8×105Mpa,其中压阻系数πL为Pa-1。21．图像处理过程中直接检测图像灰度变化点的处理方法称为。 22．热敏电阻常数B大于零的是温度系数的热敏电阻。23．若测量系统无接地点时，屏蔽导体应连接到信号源的。24．交流电桥各桥臂的复阻抗分别为Z1，Z2，Z3，Z4，各阻抗的相位角分别为ϕ1ϕ2ϕ3ϕ4，若电桥平衡条件为Z1/Z4=Z2/Z3，那么相位平衡条件应为。三、问答题（本大题共6小题，每小题4分，共24分）25．简述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点。26．回答与直线式感应同步器有关的下列问题：（1）它由哪两个绕组组成？（2）鉴相式测量电路的作用是什么？27．简述压磁式扭矩仪的工作原理。28．说明薄膜热电偶式温度传感器的主要特点。29．简述激光视觉传感器将条形码的信息传输的信号处理装置的工作过程。30．采用逐次逼近法的模/数转换器主要由哪几部分组成？四、计算题（本大题共3小题，每小题8分，共24分）31．已知变磁通式转速传感器输出电动势的频率f=72Hz，测量齿盘的齿数Z=36，求：（1）被测轴的转速是每分钟多少转？（2）在上述情况下，如果计数装置的读数误差为±1个数字，其最大转速误差是多少？32．一热敏电阻在0℃和100℃时，电阻值分别为200kΩ和10kΩ。试计算该热敏电阻在20℃时的电阻值。33．求正弦信号x(t)=x0sinωt的自相关函数。五、应用题（本大题共2小题，每小题8分，共16分）34．图示为电阻网络D/A转换电路。（1）写出电流i与电压VREF的关系式。（2）若VREF=10V，输入信号D3D2D1D0=1000，试计算输出电压V0=？35．已知某信号的傅里叶级数展开式为试求该信号的直流分量、第一至第五次谐波分量的幅值，并绘出其幅值谱图。 （（（（答案一答案一答案一答案一））））一、单项选择题（本大题共12小题，每小题2分，共24分）1.C2.D3.A4.D5.C6.D7.C8.D9.A10.B11.A12.B二、填空题（本大题共12小题，每小题1分，共12分）三、问答题（本大题共6小题，每小题4分，共24分）25．传感器与电压放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电压成正比,但容易受电缆电容的影响。传感器与电荷放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电荷成正比,电缆电容的影响小。26．（1）由固定绕组和滑动绕组组成。（2）检测感应电动势的相位，从而根据相位确定位移量的大小和方向。27．压磁式扭矩仪的轴是强导磁材料。根据磁弹效应，当轴受扭矩作用时，轴的磁导率发生变化，从而引起线圈感抗变化，通过测量电路即可确定被测扭矩大小。28．主要特点是：热容量小（或热惯性小），时间常数小，反应速度快。29．（1）多面棱镜高速旋转，将激光器发出的激光束反射到条形码上作一维扫描。（2）条形码反射的光束经光电转换及放大元件接收并放大后再传输给信号处理装置。30．由电压比较器、数/模转换器、顺序脉冲发生器、数码寄存器和逐次逼近寄存器组成。四、计算题（本大题共3小题，每小题8分，共24分） （（（（试卷二试卷二试卷二试卷二））））一、填空题(每空1分，共15分)1.如果仅仅检测是否与对象物体接触，可使用_______作为传感器。2.红外图像传感器由红外敏感元件和_______电路组成。3.在电阻应变片公式，dR/R=(1+2μ)ε+λEε中，λ代表_______。4.利用电涡流位移传感器测量转速时，被测轴齿盘的材料必须是_______。5.当磁头相对于磁尺不动时，仍有感应电动势输出的是静态磁头，且输出电势的幅值由_______所决定。6.动态标定的目的，是检验测试传感器的_______指标。7.确定静态标定系统的关键是选用被测非电量(或电量)的标准信号发生器和_______。8.传感器的频率响应特性，必须在所测信号频率范围内，保持_______条件。9.热电偶电动势由_______电动势和接触电动势两部分组成。10.SnO2型半导体气敏器件非常适宜检测浓度较_______的微量气体。11.有源滤波器由集成运放和_______组成。12.采用_______电源供电的电桥称为交流电桥。13.多路模拟开关由_______和多路双向模拟开关组成。14.为了提高检测系统的分辨率，需要对磁栅、容栅等大位移测量传感器输出信号进行_______。15.若随机信号x(t)、y(t)的均值都为零，当τ→∞时，它们的互相关函数Rxy(τ)=_______。二、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题干的括号内。每小题1分，共15分)1.对压电式加速度传感器，希望其固有频率()A.接近零B.尽量低些C.尽量高些D.任意2.()传感器可用于医疗上-50℃～150℃之间的温度测量。A.金属辐射式B.热电偶C.半导体三极管D.比色计3.信号传输过程中，产生干扰的原因是()A.信号是缓变的B.信号是快变的C.干扰的耦合通道D.信号是交流的4.差动电桥由环境温度变化引起的误差为()5.概率密度函数提供了随机信号()的信息。A.沿频率轴分布B.沿幅值域分布C.沿时域分布D.沿尺度分布6.非线性度是表示校准曲线()的程度。A.接近真值B.偏离拟合直线C.正反行程不重合D.重复性7.非周期信号的频谱是() A.连续的B.离散的C.基频的整数倍D.脉冲函数8.莫尔条纹光栅传感器的输出是()传感器与检测技术试卷及答案7A.数字脉冲式B.调幅式C.调频式D.正弦波9.半导体应变片具有()等优点。A.灵敏度高B.温度稳定性好C.可靠性高D.接口电路复杂10.一阶系统的动态表征参数是()A.线性度B.固有频率C.阻尼比D.时间常数11.常用于测量大位移的传感器有()A.感应同步器B.应变电阻式C.霍尔式D.涡流式12.将电阻应变片贴在()上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。A.质量块B.导体C.弹性元件D.机器组件13.半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率()A.上升B.迅速下降C.保持不变D.归零14.结构型传感器是依靠传感器()的变化实现信号变换的。A.材料物理特性B.体积大小C.结构参数D.电阻值15.阻抗头是测量振动系统()的拾振器。A.振动位移B.振动加速度C.激振力D.激振力及其响应三、问答题(每小题5分，共30分)1.在静态测量中，根据测量系统输入量与对应输出值所绘制的定度曲线可以确定那些静态特性?2.设载波的中心频率为f0试根据图a、图b所示调制信号定性画出相应调频波波形。3.回答下列函数哪些是周期函数、哪些是非周期函数：x1(t)=sin3ωt，x2(t)=e-t，x3(t)=esinωt，x4(t)=δ(t)，x5(t)=sin(0.5t)4.简述两类扭矩的测量原理及举例说明相应的扭矩传感器。 5.简述应变片在弹性元件上的布置原则，及哪几种电桥接法具有温度补偿作用。6.涡流式传感器测量位移与其它位移传感器比较，其主要优点是什么?涡流传感器能否测量大位移量?为什么?四、计算题(每小题8分，共24分)1.已知测量齿轮齿数Z=18，采用变磁通感应式传感器测量工作轴转速(如图所示)。若测得输出电动势的交变频率为24(Hz)，求：被测轴的转速n(r/min)为多少?当分辨误差为±1齿时，转速测量误差是多少?2.由RC组成无源低通滤波器，已知R=500(Ω)，C=10(μF)，试求：(1)截止频率f0，并画出该滤波器的幅频示意图。(2)设输入信号x(t)=0.2cos(125.6t-π/4),判断其是否在该滤波器的通频带内。3.试绘出x(t)=2cos(2πf0t)+3的时域图和频域图。五、应用题(每小题8分，共16分)1.试用双螺管线圈差动型电感传感器做成一个测力传感器。(1)用简图说明该传感器的结构，并简要说明其作用原理；(2)用图说明两个线圈在电桥电路中的接法。2.如图所示，轴工件用前后顶尖支承纵向磨削外园表面，在加工过程中，径向力Py和切向力Pz大小基本不变，但着力点位置沿轴向移动，现在前后顶尖上粘贴电阻应变片测量工件所受的Pz。(1)在图中标明应变片的位置及Pz的测量电桥。(2)着力点移动对测量结果有无影响?为什么? （（（（答案二答案二答案二答案二））））一、填空题(每空1分，共15分)1.ON-OFF型微动开关2.电子扫描3.材料压阻系数4.金属5.磁头所处的位置6.动态性能7.标准测试系统8.不失真测量9.温度差10.低11.RC网络12.交流13.地址译码器14.细分15.0 二、单项选择题(每小题1分，共15分)1.C2.C3.C4.D5.B6.B7.A8.A9.A10.D11.A12.C13.B14.C15.D三、问答题(每小题5分，共30分)1.在静态测量中，根据绘制的定度曲线，可以确定测量系统的三个静态特性：灵敏度，非线性度，回程误差。2.调频波波形频率f与中心频率f0和调制波幅值的关系f=f0±Δf,Δf为频率偏移，与X(t)幅值成正比。3.x1(t)x3(t)x5(t)周期函数，x2(t)x4(t)非周期函数。4.1)轴类零件受扭矩作用时，在其表面产生切应变，可通过测量该应变检测扭矩，如电阻应变式扭矩传感器。2)弹性转轴受扭后，两端面的相对转角只与所承受的扭矩有关，且呈比例关系，可通过测量扭转角测量扭矩，如电容式或光电式扭矩传感器。5.布置原则有：(1)贴在应变最敏感部位，使其灵敏度最佳；(2)在复合载荷下测量，能消除相互干扰；(3)考虑温度补偿作用；单臂电桥无温度补偿作用，差动和全桥方式具有温度补偿作用。6.优点：能实现非接触测量，结构简单，不怕油等介质污染。涡流传感器不能测量大位移量，只有当测量范围较小时，才能保证一定的线性度。四、计算题(每小题8分，共24分)1.(1)测量时，齿轮随工作轴一起转动，每转过一个齿，传感器磁路磁阻变化一次，磁通也变化一次，因此，线圈感应电动势的变化频率f等于齿轮的齿数Z与转速n的乘积。 五、应用题(每小题8分，共16分)1.(1)传感器的结构如图a所示，它由传力块、弹性圆桶、双螺管线圈、衔铁、传感器座等几部分组成。原理：被测力F通过传力块作用在弹性圆桶上，弹性圆桶的变形带动衔铁移动，使双螺管线圈的电感量发生变化，从而实现力的测量。(2)电桥的接法如图b所示： 2.(1)应变片(R1、R2、R3、R4)粘贴位置如图a所示；测量电桥如图b所示。(2)根据以上位置布片和电桥接法，着力点位置的变化不会影响Pz的大小，因为在顶尖上的分力Pz1、Pz2，Pz=Pz1+Pz2，由Pz1、Pz2引起的电阻R1、R3的变化值之和保持不变，故Pz的测量不受着力点的移动而改变。 （（（（试卷三试卷三试卷三试卷三））））一填空（每空1分，共20分）1.通常传感器由＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿部分组成，是能把外界＿＿＿＿＿＿＿＿转换成＿＿＿＿＿＿＿＿器件和装置。2.金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称＿＿＿＿＿＿效应；固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称＿＿＿＿＿效应。直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度K下降了，这种现象称为＿＿＿＿＿＿＿效应。3.差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上差动变压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为＿＿＿＿＿＿＿＿电压；利用差动变压器测量位移时如果要求区别位移方向（或正负）可采用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿电路。4.把一导体（或半导体）两端通以控制电流I，在垂直方向施加磁场B，在另外两侧会产生一个与控制电流和磁场成比例的电动势，这种现象称＿＿＿＿＿＿＿＿效应，这个电动势称为＿＿＿＿＿＿＿电势。外加磁场使半导体（导体）的电阻值随磁场变化的现象成＿＿＿＿＿＿＿＿效应。5.某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象，同时在它的表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称为＿＿＿＿＿＿＿效应；在介质极化方向施加电场时电介质会产生形变，这种效应又称＿＿＿＿＿＿＿＿效应。6.在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称＿＿＿＿＿＿＿＿效应；入射光强改变物质导电率的现象称＿＿＿＿＿＿＿＿效应；半导体材料吸收光能后在PN结上产生电动式的效应称＿＿＿＿＿＿＿＿效应。7、块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭合的电流，利用该原理制作的传感器称＿＿＿＿＿＿＿传感器；这种传感器只能测量＿＿＿＿＿＿＿＿物体。8、不同的金属两端分别连在一起构成闭合回路，如果两端温度不同，电路中会产生电动势，这种现象称＿＿＿＿＿＿＿效应；若两金属类型相同两端温度不同，加热一端时电路中电动势E=＿＿＿。二选择题（每空1分，共20分）电阻应变片磁敏电阻霍尔元件气敏传感器湿敏传感器光电耦合器压电传感器电容传感器热敏电阻CCD电荷耦合器压阻式传感器光纤传感器磁电传感器光电二极管差动变压器热释电器件磁敏晶体管电涡流传感器光电池超声波传感器热电偶红外传感器色敏传感器正确选择以上传感器填入以下空内：1可以进行位移测量的传感器有＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿；2可以完成温度测量的有＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿；3半导体式传感器是＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿；4光电传感器有＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿；5用于磁场测量的传感器＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、；6进行振动（或加速度）测量的传感器＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿；7利用物体反射进行非电量检测的传感器＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿； 三计算(每题5分，共10分)1、图为一直流应变电桥，E=4V，R1=R2=R3=R4=350Ω，求：①R1为应变片其余为外接电阻，R1增量为△R1=3.5Ω时输出U0=?。②R1、R2是应变片，感受应变极性大小相同，其余为电阻，电压输出U0=?。③R1、R2感受应变极性相反,输出U0=?。④R1、R2、R3、R4都是应变片,对臂同性，邻臂异性，电压输出U0=?。2石英晶体加速计及电荷放大器测量机械振动，已知加速度计灵敏度为5pc/g，电荷放大器灵敏度为50mv/pc，当机器达到最大加速度时的相应输出电压幅值为2V，试求机械的振动加速度(单位g)。四问答题（每题5分，共10分）1压力传感器测量砝码数据如下，试解释这是一种什么误差，产生这种误差的原因是什么。N(g)01.02345正行程(mv)01.522.533.5反行程(mv)00.5122.53.52解释下列磁敏传感器：①磁敏电阻与磁敏晶体管有哪些不同？②磁敏晶体管与普通晶体管的不同之处是什么？③磁敏电阻与霍尔元件属同一类磁电转换元件，在本质上有什么不同？五电路分析（每题5分，共20分）１。下图左是电容式差压传感器，金属膜片与两盘构成差动电容C1、C2,两边压力分别为P1、P2。下图右为二极管双T型电路，电路中电容是左图中差动电容，UE电源是占空比为50%的方波。试分析：
当两边压力相等P1=P2时负载电阻RL上的电压U0值；
当P1>P2时负载电阻RL上电压U0大小和方向（正负）。 ２。图为酒精测试仪电路，A是显示驱动器。问：①TGS—812是什么传感器？②2、5脚是传感器哪个部分，有什么作用？③分析电路工作原理，调节电位器RP有什么意义?３。图为光电传感器电路，GP—IS01是光电断路器。分析电路工作原理：①当用物体遮挡光路时晶体三极管VT状态是导通还是截止？②二极管是一个什么器件，在电路中起到什么作用？③如果二极管反相连接晶体管VT状态如何？４。下图是电阻应变仪电路框图，电桥采用交流供电，应变信号为一正弦变化的信号频率为20Hz，振荡频率4KHz。请画出放大器、相敏检波器、低通滤波器的输出波形示意图。 （（（（答案三答案三答案三答案三））））一.填空（每空1分，共20分）1.通常传感器由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成，是能把外界非电量转换成电量的器件和装置。2.金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称应变效应；固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称压阻效应。直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度K下降了，这种现象称为横向效应。3.差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上差动变压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为零点残余电压；利用差动变压器测量位移时，如果要求区别位移方向（或正负）可采用相敏检波电路。4.把一导体（或半导体）两端通以控制电流I，在垂直方向施加磁场B，在另外两侧会产生一个与控制电流和磁场成比例的电动势，这种现象称霍尔效应，这个电动势称为霍尔电势。外加磁场使半导体（导体）5.的电阻值随磁场变化的现象成磁阻效应。某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象，同时在它的表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称为正压电效应；在介质极化方向施加电场时电介质会产生形变，这种效应又称逆压电效应。6.在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称外光电效应；入射光强改变物质导电率的现象称光电导效应；半导体材料吸收光能后在PN结上产生电动式的效应称光生伏特效应。7.块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭合的电流，利用该原理制作的传感器称电涡流传感器；这种传感器只能测量金属物体。8.不同的金属两端分别连在一起构成闭合回路，如果两端温度不同，电路中会产生电动势，这种现象称热电效应效应；若两金属类型相同两端温度不同，加热一端时电路中电动势E=0。二.选择题（每空1分，共20分）电阻应变片磁敏电阻霍尔元件气敏传感器湿敏传感器光电耦合器压电传感器电容传感器热敏电阻CCD电荷耦合器压阻式传感器光纤传感器磁电传感器光电二极管差动变压器热释电器件磁敏晶体管电涡流传感器光电池超声波传感器热电偶红外传感器色敏传感器正确选择以上传感器填入以下空内：1.可以进行位移测量的传感器有光纤传感器、差动变压器、电阻传感器；2.可以完成温度测量的有热电偶、热敏电阻；热释电；3.半导体式传感器是磁敏、霍尔元件、气敏传感器、压阻传感器；4.光电传感器有光电耦合器、色敏传感器、光纤传感器、光电二极管； 5.用于磁场测量的传感器霍尔器件、磁敏晶体管；6.进行振动（或加速度）测量的传感器磁电传感器、压电传感器；7.利用物体反射进行非电量检测的传感器超声波传感器、红外传感器；三.计算(每题5分，共10分)1.图为一直流应变电桥，E=4V，R1=R2=R3=R4=350Ω，求：①R1为应变片其余为外接电阻，R1增量为△R1=3.5Ω时输出U0=?。②R1、R2是应变片，感受应变极性大小相同其余为电阻，电压输出U0=?。③R1、R2感受应变极性相反,输出U0=?。④R1、R2、R3、R4都是应变片,对臂同性，邻臂异性，电压输出U0=?。2.石英晶体加速计及电荷放大器测量机械振动，已知加速度计灵敏度为5pc/g，电荷放大器灵敏度为50mv/pc，当机器达到最大加速度时的相应输出电压幅值为2V，试求机械的振动加速度(单位g)。四.问答题（每题5分，共10分）1.压力传感器测量砝码数据如下，试解释这是一种什么误差，产生这种误差的原因是什么。N(g)012345正行程(mv)01.522.533.5反行程(mv)00.5122.53.5解：迟滞误差；静态误差；传感器本身材料的缺陷造成。2.解释下列磁敏传感器：①磁敏电阻与磁敏晶体管有哪些不同？②磁敏晶体管与普通晶体管的不同之处是什么？③磁敏电阻与霍尔元件属同一类磁电转换元件，在本质上有什么不同？解：①磁敏晶体管有放大作用； ②普通晶体管无磁灵敏度；③磁敏电阻不能区别磁极性。五.电路分析（每题5分，共20分）1.下图左是电容式差压传感器，金属膜片与两盘构成差动电容C1、C2,两边压力分别为P1、P2。下图右为二极管双T型电路，电路中电容是左图中差动电容，UE电源是占空比为50%的方波。试分析：
当两边压力相等P1=P2时负载电阻RL上的电压U0值；
当P1>P2时负载电阻RL上电压U0大小和方向（正负）。解：①U0=0②U0=UfM（C1-C2）因为C1〈C2所以U0〈0，输出负电压。2.图为酒精测试仪电路，A是显示驱动器。问：TGS—812是什么传感器？2、5脚是传感器哪个部分，有什么作用？
分析电路工作原理，调节电位器RP有什么意义?解：①气敏传感器；②加热电极，可加速还原反应提高气敏传感器灵敏度；③调节测量系统的测量范围和满度值。3.图为光电传感器电路，GP—IS01是光电断路器。分析电路工作原理： 当用物体遮挡光路时晶体三极管VT状态是导通还是截止？二极管是一个什么器件，在电路中起到什么作用？如果二极管反相连接晶体管VT状态如何？解：①截止；②红外发射管，起控制作用；③截止。4.下图是电阻应变仪电路框图，电桥采用交流供电，应变信号为一正弦变化的信号频率为20Hz，振荡频率4KHz。请画出放大器、相敏检波器、低通滤波器的输出波形示意图。 《传感器与应用》一、填空题（每空1分，共25分）1．传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出变化量与输入变化量的比值。对线性传感器来说，其灵敏度是一常数.2．用弹性元件和电阻应变片及一些附件可以组成应变片传感器，按用途划分用应变式力传感器、应变式加速度传感器等（任填两个）。3. 采用热电阻作为测量温度的元件是将温度的测量转换为电阻的测量。4．单线圈螺线管式电感传感器主要由线圈、铁磁性外壳和可沿线圈轴向移动的活动铁芯组成。5．利用涡流式传感器测量位移时，为了得到较好的线性度和较好的灵敏度，应该让线圈与被测物的距离大大小于线圈半径6．空气介质变隙式电容传感器中，提高灵敏度和减少非线性误差是矛盾的，为此实际中大都采用差动式电容传感器7．振筒式传感器是以均匀薄壁圆筒作为敏感元件，将被测气体压力或密度的变化转换成频率。8．由光电管的光谱特性看出，检测不同颜色的光需要选用光电阴极材料不同的光电管，以便利用光谱特性灵敏度较高的区段。9．按热电偶本身结构划分，有普通热电偶、铠装热电偶、薄膜热电偶。10．硒光电池的光谱响应区段与人类相近，因而得到应用。11．热敏电阻正是利用半导体载流子数目随着温度变化而变化的特性制成的温度敏感元件。12．当半导体材料在某一方向承受应力时，它的电阻率发生显著变化的现象称为半导体压阻效应。用这个原理制成的电阻称固态压敏电阻。13．磁敏二极管工作时加正向电压。由于它的磁灵敏很高，特别适用于测量弱磁场。二、选择题（每小题2分，共16分，7、8两题答案不止一个）1．电阻应变片的初始电阻数值有多种,其中用的最多的是（B）。A60ΩB120ΩC200ΩD350Ω2．电涡流式传感器激磁线圈的电源是（C）。A直流B工频交流C高频交流D低频交流3．变间隙式电容传感器的非线性误差与极板间初始距离d0之间是（B）。A正比关系B反比关系C无关系4．单色光的波长越短，它的（A）。A频率越高，其光子能量越大B频率越低，其光子能量越大C频率越高，其光子能量越小D频率越低，其光子能量越小5．热电偶可以测量（C）。A压力B电压C温度D热电势6．光敏电阻适于作为（B）。A光的测量元件B光电导开关元件C加热元件D发光元件7．目前我国使用的铂热电阻的测量范围是（AD）。A-200～850℃B-50～850℃C-200～150℃D-200～650℃8．差动变压器传感器的配用测量电路主要有（AB）。 A差动相敏检波电路B差动整流电路C直流电桥D差动电桥《传感器与应用》试卷A填空选择题答案及评分标准一、填空题（每空1分，共25分）1．变化量变化量常数2．力压力（加速度）3．温度电阻4．铁磁性外壳移动的活动铁芯5．线圈与被测物线圈半径6．差动7．薄壁圆筒频率8．光电阴极材料灵敏度较高9．普通薄膜10．人类11．载流子温度12．电阻率压敏电阻13．正向弱磁场二、选择题（每小题2分，共16分）1．B2．C3．B4．A5．C6．B7．AD8．AB《传感器与应用》试卷A-综合题 三、简述电涡流式传感器的工作原理（每空1分，共11分）传感器的激磁线圈通正弦交变电流时，在其周围产生交变磁场，使被测金属导体内产生电涡流。它的存在在消弱激磁线圈内磁场的变化。使线圈等效阻抗发生变化（对比无被测金属时变小）。该变化完全取决于被测金属导体的电涡流效应。而电涡流效应的大小与被测金属导体的电阻率、磁导率及几何形状有关，又与线圈的几何尺寸、线圈中激磁电流的频率有关，还与线圈与被测金属导体间的距离等参数有关。如果保持上述中的其它参数不变，而只改变其中的一个参数，则传感器的线圈的阻抗就仅仅是这个参数的单值函数。通过测量线圈阻抗的变化量，即可实现对该参数的测量。四、简答题（共8分）1．图1是差动式电容加速度传感器结构示意图。2．图1中各编号名称：①是质量块；②是固定极板。五、简答题（共7分）图21．图2是压阻式加速度传感器结构示意图。2．图2中各编号名称：①是四个扩散电阻；②是硅梁；③是质量块；④是基座；六．简答题（共6分）。图3在图3所示的电桥中，R1=1000Ω，R3=1500Ω，C2=1μF时电桥平衡。电容C4是多少？答：根据平衡条件，C4=C2R1/R3=1*1000/1500≈0.667μF七简答题（共15分）．某CO2气体传感器在20。C，浓度范围为0～100ppm时的输入特性表示为Rx=x+250(kΩ),用差动法回答以下问题（其中R1=10MΩ,E=2V）:(2)利用最简单的电阻-电压变换电路，绘出X，V0的关系图。(3)利用电桥进行电阻-电压变换电路，绘出20。C时X，V0的关系图。另外，当30。C时，Rx=x+500(kΩ)，在同一张图上再加上X，V0的关系图，然后进行比较。(4)采用两个差动法的传感器电路绘出20。C，30。C时X，V0的关系，然后与（2）中的图形进行比较。答：20。C时，0～100ppm对应得电阻变化为250～350kΩ。1.V0在48.78～67.63mV之间变化。2.如果R2=10MΩ，R3=250kΩ，20。C时，V0在0～18.85mV之间变化。30。C时V0在46.46mV（0ppm）～64.43mV（100ppm）之间变化。20。C时，V0为0～18.85mV，30。C时V0为0～17.79mV，如果零点不随温度变化，灵敏度约降低4.9%。但相对（2）得情况来说有很大的改善。八简答题（12分）．（1）采用超声波或光脉冲信号，由从对象反射回来的脉冲的时间进行距离检测，空气中的音速为340m/s，软钢中纵波的因素为5900m/s，光的速度为3*108m/s，求这三种情况下1ms的往复时间对应得距离。根据计算结果，比较采用光脉冲所需要系统得信号处理速度要比采用超声波脉冲时的系统速度快几倍？（2）根据（1）的结果，讨论利用脉冲往复时间测距，采用超声波和光波各有什么特点。答：（1）1ms的时间内超声波在空气和软钢中的传播距离分别为0.17m和3.0m，而光的传播距离为1.5*105m，故要求有105倍高的处理速度。（2）采用光时，1μm的处理速度只能测量100m以上的距离，不能进行近距离测量。如果要求分辨力为1m，则要求10ns的处理速度。所以光脉冲法用于远距离分辨率要求不高的场合，而超声波用于近距离测量。 (2)《传感器与应用》试卷A-综合题答案2009-03-0716:37三、简述电涡流式传感器的工作原理（每空1分，共11分）交变电流磁场电涡流磁场等效阻抗小频率距离线圈的阻抗单值阻抗四、简答题（共8分）1．差动电容（4分）2．①质量块（2分）②固定极板（2分）五、简答题（共7分）1．压阻（固态压阻、扩散硅压阻）2．①4个扩散电阻②硅梁③质量块④基座六．简答题（共6分）。答：根据平衡条件，C4=C2R1/R3=1*1000/1500≈0.667μF。七．简答题（共15分）．答：20。C时，0～100ppm对应得电阻变化为250～350kΩ。1.V0在48.78～67.63mV之间变化。2.如果R2=10MΩ，R3=250kΩ，20。C时，V0在0～18.85mV之间变化。30。C时V0在46.46mV（0ppm）～64.43mV（100ppm）之间变化。3.20。C时，V0为0～18.85mV，30。C时V0为0～17.79mV，如果零点不随温度变化，灵敏度约降低4.9%。但相对（2）得情况来说有很大的改善。八．简答题（12分）．答：（1）1ms的时间内超声波在空气和软钢中的传播距离分别为0.17m和3.0m，而光的传播距离为1.5*105m，故要求有105倍高的处理速度。（2）采用光时，1μm的处理速度只能测量100m以上的距离，不能进行近距离测量。如果要求分辨力为1m，则要求10ns的处理速度。所以光脉冲法用于远距离分辨率要求不高的场合，而超声波用于近距离测量。一,填空:(50分)1.热电偶所产生的热电势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的,其表达式为Eab(T,To)=.在热电偶温度补偿中,补偿导线法(即冷端延长线法)是在连接导线 和热电偶之间,接入延长线它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方,以减小冷端温度变化的影响.(7分)2.光电传感器的工作原理是基于物质的光电效应,目前所利用的光电效应大致有三大类:第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类器件有光电管,光电倍增管等;第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电效应,这类器件有光敏电阻等;第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应,这类器件有光电池,光电仪表.(6分)3.电位器或电阻传感器按特性不同,可分为线性电位器和非线性电位器.线性电位器的理想空载特性曲线具有严格的线性关系.假定电位器全长为Xmax,其总电阻为Rmax,它的滑臂间的阻值可以用Rx=来计算.假定加在电位器A,B之间的电压为Vmax,则输出电压为Vx=.其电阻灵敏度RI=.电压灵敏度RU=.(7分)4.压磁式传感器的工作原理是:某些铁磁物质在外界机械力作用下,其内部产生机械应力,从而引起极化现象,这种现象称为正压电效应.相反,某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形,这种现象称为负压电效应.(6分)5.磁电式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端产生感应电势的.而霍尔式传感器为霍尔元件在磁场中有电磁效应(霍尔效应)而输出电势的.霍尔式传感器可用来测量电流,磁场,位移,压力.(6分)6.测量过程中存在着测量误差.绝对误差是指测量值与被测量真实值之间的差值其表达式为;相对误差是指绝对误差与被测量真实值的比值其表达式为;引用误差是指绝对误差与测量仪表的上量限(满度)值A的百分比其表达式为.(7分)7.光栅传感器中莫尔条纹的一个重要特性是具有位移放大作用.如果两个光栅距相等,即W=0.02mm,其夹角θ=0.1°,则莫尔条纹的宽度B=11.43㎜莫尔条纹的放大倍数K=573.2.(6分)8.测量系统的静态特性指标通常用输入量与输出量的对应关系来表征.(5分)二,寄生电容与电容传感器相关联影响传感器的灵敏度,它的变化为虚假信号影响传感器的精度.试阐述消除和减小寄生电容影响的几种方法和原理.(15分)三,在生产过程中测量金属板的厚度,非金属板材的镀层厚度时常用涡流传感器.试简要叙述说明利用涡流传感器测量金属板厚度的工作原理及实现工艺.(15分)四,下图是热电阻测量电路,试说明电路工作原理并计算:已知Rl是Pl100铂电阻,且其测量温度为T(T在0-850度之间)试计算出Rl的值.(10分)电路中已知R1,R2,R3,Ra和E试计算电桥的输出电压VAB.(10分)一、问题解答（6×5=30分）1．什么叫传感器？传感器主要由哪几部分组成？它们的作用和相互关系如何？答：传感器——能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器通常由敏感元件和转换元件组成。敏感元件的作用：能直接感受或响应被测量并输出与被测量成确定关系的其他量（一般为非电量）部分。转换元件作用：将敏感元件感受或响应的可用输出信号（一般为电信号）。 敏感元件是转换元件的前提。2．什么是金属导体的电阻－应变效应和热电阻效应？答：金属电阻的应变电阻效应——当金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将相应地发生变化。热电阻效应——金属导体的电阻随温度的变化而变化。3．请说明高频反射式电涡流传感器的基本结构和工作原理。答：基本结构主要由金属导体板与相邻处线圈构成。当线圈中通以交变电流i1时，线圈周围空间产生交变磁场H1。此时，金属板中将产生感应电动势，从而形成电涡流i2，此电涡流又产生一个磁场H2。由于H2对线圈的反作用，从而导致线圈的电感量、阻抗、品质因数发生变化。4．压电式传感器的工作原理是什么？压电式传感器的信号调理为什么必须要设置前置放大器？其作用是什么？主要采用哪些类型的前置放大器？答：压电式传感器的工作原理是压电效应。压电式传感器本身的内阻很高(Ra≥1010Ω)，而输出的能量信号又非常微弱，因此它的信号调理电路通常需要一个高输入阻抗的前置放大器。其基本作用：1．把压电式传感器的高输出阻抗变换为低阻抗输出；2．对压电式传感器输出的微弱信号进行放大。前置放大器类型为：电压放大器与电荷放大器。5．什么叫莫尔条纹?为什么利用莫尔条纹现象可以测微小位移？答：光栅常数相同的两块光栅相互叠合在一起时，若两光栅刻线之间保持很小的夹角q，由于遮光效应，两块光栅刻线的相交处形成亮带，而在刻线彼此错开处形成暗带。在近于垂直栅线方向出现若干明暗相间的条纹，即莫尔条纹。光栅副相对移动一个栅距W，Moire条纹移动一个间距B，由B=W/q知，B对光栅副的位移有放大作用，因此，利用Moire条纹可以测微小位移。二、填空题（20分）1．10(s)，0.05（mV//℃），37.7﹪，－51.47°。2．降低；减小；升高。3．121Ω，28.6ºC。4．热电效应，温差电势，接触电势。5．固有频率，阻尼比；正弦信号，阶跃信号。三、（15分）如图1所示柱式力传感器，实心圆柱体钢试件直径d=10mm，材料的弹性模量E=2×1011N/m2，泊松比m=0.285。试件上贴四片相同的电阻应变片，其灵敏系数K=2.0，并采用直流电桥线路进行测量。为了提高测量精度和灵敏度，这四片电阻应变片应如何粘贴和怎样接入电桥线路，请画出相应的粘贴方式图和电桥电路图；若所受力F=3×104N，供桥电压Ui=6V，此时电桥的输出电压Uo为多少?解：（1）粘贴方式图如下图（a），电桥电路图如下图（b）。 （a）（b）（2）解法如下：四、（15分）一台变间隙式平板电容传感器，其极板直径D=8mm，极板间初始间距d0=1mm.，极板间介质为空气，其介电常数ε0=8.85×10-12F/m。试求：（1）初始电容C0；（2）当传感器工作时，间隙减小Dd=10µm，则其电容量变化DC；（3）如果测量电路的灵敏Ku=100mV/pF，则在Dd=±1µm时的输出电压U0。解：由题意可求（1）初始电容：(2)由，则当Δd=±10um时，有如果考虑d1=1mm+10µm与d2=1mm﹣10µm之间的电容变化量ΔC′，则应为ΔC′=2|ΔC|=2×4.45×10-3=8.9×10-3pF(3)当Δd=±1µm时，有由Ku=100mV/pF=U0/ΔC，则U0=KuΔC=100mV/pF×(±0.445×10-3pF)=±0.0445(mV)五、（10分）三段式螺管差动变压器电感液位传感器测量系统的结构和电气线路图如图2所示。请简要说明其测液位的工作原理和及其测量过程。解：差动变压器的两个次级线圈反相串接。其差动变压器式传感器的工作原理正是建立在互感变化的基础上。当某一设定液位使铁心处于中心位置时，差动变压器输出信号Es=0；当液位上升或下降时，Es≠0。通过相应的测量电路便能确定液位的高低。六、（10分）请设计一数字转速计，画出其结构示意图并说明其工作原理和工作过程。（传感器和方法不限）解：结构示意图如下：在转轴（或飞轮）上开一键槽，靠近轴表面安装电涡流传感器，轴转动时便能检出传感器与轴表面 的间隙变化，从而得到相对于键槽的脉冲信号，经放大、整形后，获得相对于键槽的脉冲方波信号，然后可由频率计计数并指示频率值即转速（其脉冲信号频率与轴的转速成正比）。 一、单项选择题(本大题共12小题，每小题2分，共24分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。1.属于传感器动态特性指标的是()A.迟滞B.过冲量C.稳定性D.线性度2.传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的()A.线性度越好B.迟滞越小C.重复性越好D.分辨力越高3.我国省、部一级计量站使用的一等标准测力机所允许的测量误差为()A.±0.1%B.±0.01%C.±0.001%D.±0.0001%4.感应同步器的作用是测量()A.电压B.电流C.位移D.相位差5.下列测力传感器中，属于发电型测力传感器的是()A.自感式传感器B.磁电感应式传感器C.电容式传感器D.应变式传感器6.极对数为4的永磁式交流测速发电机，当其轴与转速为600(转/分)的被测轴相连接时，则其输出交变电动势的频率为()A.40HzB.300HzC.600HzD.2400Hz7.视觉传感器的扫描部的主作用是()A.聚成光学图像信号B.将光学图像信号转换成电信号C.将二维图像信号转换为时间序列一维信号D.抽出有效信号8.热敏电阻式湿敏元件能够直接检测()A.温度B.温度差C.相对湿度D.绝对湿度9.在采样保持环节中，采样开关被断开的时间称为()A.采样时间B.保持时间C.采样周期D.缓冲时间10.封装在光电隔离耦合器内部的是()A.一个发光二极管和一个发光三极管B.一个光敏二极管和一个光敏三极管C.两个发光二极管或两个光敏三极管D.一个发光二极管和一个光敏三极管11.若周期信号x(t)的周期为T，则其基波角频率为()A.B.C.D. 12.已知信号x(t)与信号y(t)完全不相关，则该二信号的互相关系数满足()A.ρxy(τ)>1B.ρxy(τ)=1C.0<ρxy(τ)<1D.ρxy(τ)=0二、填空题(本大题共12小题，每小题1分，共12分)13.运算100%是计算传感器________的公式。14.传感器的________能力是指传感器在不致引起规定性能指标永久改变的条件下，允许超过测量范围的能力。15.当环境湿度改变时，必须对电容式传感器重新进行静态________。16.要使直流电桥平衡，必须使电桥相对臂电阻值的________相等。17.电容式扭矩测量仪是将轴受扭矩作用后的两端面相对________的变化量变换成电容器两极板之间的相对有效面积的变化量，从而引起电容量的变化来测量扭短的。18.脉冲式测速发电机输出电压的________和被测轴转速之间保持严格的比例关系。19.红外图像传感器通常由红外敏感元件和电子________电路组成。20.在热电偶中，当引入第三个导体时，只要保持其两端的温度相同，则对总热电动势无影响。这一结论被称为热电偶的________定律。21.数据处理中使用的温度补偿方法有公式法和________。22.两个电路之间存在的寄生电容使用一个电路的________变化影响到另一个电路。23.周期信号频谱的特点是离散性、谐波性和________。24.当信号的方差变为原来的4倍时，该信号的标准差将变为原来的________倍。三、问答题(本大题共6小题，每小题4分，共24分)25.压电式传感器往往采用多片压电晶片串联或并联方式，当采用多片压电晶片并联方式时，适合于测量何种信号?26.就某一确定的差动变压器式位移传感器而言，当激励电压的幅值恒定时，其输出电压的幅值和相位分别取决于被测位移的哪些信息?27.简述半导体P-N结温度传感器的工作机理。28.热电型红外光导摄像管与可见光光导摄像管在电路中所采用的前置放大器有何差别?为什么?29.有源滤波器与无源滤波器相比有哪些优点?30.分别说明信号x(t)的均值μx、方差σ2x、均方值Ψ2x的含义并写出三者间的联系式。四、计算题(本大题共3小题，每小题8分，共24分)31.已知：输入应变仪的应变为286με，应变仪的灵敏度为31μA/με，记录仪的灵敏度为5mm/mA,求记录仪输出的偏移量。(注：με代表一个应变单位)32.某位移传感器在校准时测得的数据如下表，若该传感器的线性表达式为x=a0+a1n，试用最小二乘法()计算a0和a1。脉冲数ni1020304050位移值xi(mm)0.10.20.30.40.5 33.图示串联式测温电路，其中Rt=R0[1+(t-t0)]为感温热电阻，Rs为常值电阻，E为工作电压，U0为输出电压，=0.02/℃.当给定温度为0℃，Rt的电阻值为10kΩ，若测温范围为0℃~400℃，输出电压U0的范围是1V~5V，试计算工作电压E和常值电阻Rs各取多少?()五、应用题(本大题共2小题，每小题8分，共16分)34.用微型计算机、模/数转换(A/D)板、滤波器、电荷放大器、压电式力传感器和打印机组成一个测力系统，试画出该测力系统的方框图。35.图1所示矩形函数x(t)的频谱为X(ω)=Aτsinc()，求图2所示信号y(t)的频谱，并画出其幅值谱图。(sincx=)一、名词解释：（5分*4=20分）1、传感器：  2、传感器的误差： 3、应变效应：  4、压电效应：  二、填空题：（5分*3=15分）1、传感器通常由------------、传感元件和测量转换电路组成。2、电感式传感器是利用线圈的----------、互感或阻抗的变化来实现非电量检测的一种装置。3、电容式传感器可分为三种：变间隙式（即改变极板距离d）、-----------------和变介电常数式。4、以导体和磁场发生相对运动而产生电动势的原理制作的传感器称为-------------5、光电效应有三种类型，即外光电效应、内光电效应和----------。三、选择题（3分*5=15分）1、传感器的输出量通常为（ ）A  非电量信号  B 电量信号  C  位移信号  D  光信号2、下列物理量中可以用气敏传感器来测量的是（  ） A  位移量      B 湿度    C  烟雾浓度   D  速度3、不能实现非接触式测量的传感器是（  ）A  压电式传感器   B电涡流式传感器    C  光电式传感器   D超声波传感器4、常用于制作霍尔元件的材料是（）A  铁   B 铜   C 铝    D  砷化铟 5、在下面抗干扰技术中，不属于破坏“路”的干扰技术的是（）A  提高绝缘性能   B静电屏蔽  C  电磁屏蔽   D低频磁屏蔽四、简答题（10分*4=40分）1、电阻应变式传感器主要由哪些部分组成？利用它可以测量哪些参数？   2、常见的热电偶有哪些种类？   3、超声波探伤方法多种多样，最常用的是脉冲反射法，而脉冲反射法根据波形不同又可分为哪几种方法？   4、干扰的三要素是什么？抑制干扰通常采取的措施有哪些？   五、读图解答题（3+4+3=10分）             如上A、B、C、D四图所示，1表示被测物、2表示敏感元件、3表示光源，它们表示了一种传感器的四种基本应用类型。请问： 1、这种传感器是什么传感器？ 2、图A的应用属于------------； 图B的应用属于------------；图C的应用属于------------； 图D的应用属于------------；3、这种传感器有什么优点？传感器与检测技术-阶段测评41.单选题1.15.0相邻信号在导线上产生的噪声或一信号耦合到另一导线上所产生的干扰称为()您答错了·a共模噪声·b差模噪声·c串扰·d热噪声 串扰的定义。1.25.0自变量在某些不连续数值时，输出信号才具有确定值称为()您答错了·a模拟信号·b离散信号·c确定性信号·d非确定性信号离散信号的定义。1.35.0若瞬变信号x(t)的频谱为X(f)，则信号y(t)=x(t3)的频谱()您答错了·aY(f)=13X(f3)·bY(f)=3X(f3)·cY(f)=13X(3f)·dY(f)=3X(3f)傅里叶变换的尺度改变性质。1.45.0对某机械结构施加激振力f(t)，测得相应的位移为x(t)，记f(t)、x(t)频谱分别为F(ω)、X(ω)，则该机械结构的位移阻抗为() 您答错了·aF(ω)X(ω)·bX(ω)F(ω)·cf(t)x(t)·dx(t)f(t)位移阻抗的定义。1.55.0若周期信号x(t)的基波角频率为ω，则其周期为()您答对了·a1ω·bπ2ω·cπω·d2πω周期与角频率的关系，即ω=2πT。1.65.0已知一信号的直流分量为0，交流分量的幅值不为0，则该信号的()您答错了·a 方差等于均方值·b方差等于0·c均值等于均方值·d均方值等于0考察方差、均方值的定义。1.75.0周期信号的自相关函数必为()您答错了·a周期偶函数·b非周期偶函数·c周期奇函数·d非周期奇函数自相关函数的性质。1.85.0当信号的标准差变为原来信号的2倍时，信号的方差变为原来信号的()倍。您答错了·a4·b 2·c2·d8信号的标准差、方差定义。1.95.0信号x(t)与信号y(t)为频率相同、幅值不同、相位差恒定的两个周期信号，则其互相关函数Rxy(τ)与这两个信号的()您答错了·a频率无关，相位差无关·b频率有关，相位差有关·c频率无关，相位差有关·d频率有关，相位差无关互相关函数的性质。1.105.0若周期信号x(t)的周期为T，则其基波角频率为()您答对了·a2πT·bπT·c π2T·d1T周期与角频率的关系，即ω=2πT。1.115.0防止电场或磁场干扰的有效方法是()您答对了·a屏蔽·b接地·c滤波·d差分放大器防止电场或磁场干扰的有效方法是屏蔽，而非接地或滤波等。1.125.0LCD显示器最大的优点是()您答对了·a低功耗器件·b高能耗器件系·c主动发光器件·d 被动发光器件LCD显示器最大的优点就是低功耗。1.135.0当信号x(t)和y(t)的互相关函数Rxy(τ)在τ=τd时有峰值，表明信号x(t)和y(t)有时移τd时，相关程度()您答对了·a最高·b最低·c适中·d一般互相关系数的性质。1.145.0在典型噪声干扰抑制方法中，差分放大器的作用是()您答错了·a克服串扰·b抑制共模噪声·c·d消除电火花干扰典型噪声的抑制方法。1.155.0对于非确定性信号，只能用()方法来描述它的规律。您答错了 ·a数学公式·b概率统计·c图表描述·d解析关系式非确定性信号的定义。1.165.0周期信号的幅值谱表示的是直流分量和各次谐波分量的()您答错了·a幅值与频率的对应关系·b幅值与初相位的对应关系·c初相位与频率的对应关系·d幅值和初相位与频率的对应关系周期信号的幅值谱描述的是信号的幅值(包括直流分量和各次谐波分量)与频率的关系。1.175.0非确定性信号也称为()您答对了·a周期信号 ·b非周期信号·c随机信号·d数字信号随机信号的定义。1.185.0已知函数x(t)的傅里叶变换为X(f),则函数y(t)=2x(3t)的傅里叶变换为()您答对了·a2X(f3)·b23X(f3)·c23X(f)·d2X(f)傅里叶变换的叠加、尺度改变性质。1.195.0信号x(t)和信号y(t)的互相关函数表示为()您答对了·aρx(τ)·bRx(τ) ·cRxy(τ)·dρxy(τ)互相关函数的定义。1.205.0周期信号的频谱不具备的特点()您答错了·a离散型·b谐波性·c发散性·d收敛性周期信号频谱的特点，包括：离散型、谐波性、收敛性。'