傳感器試題2005本科

1、上海交通大學(xué) 2005 年 傳感器 期末考試試題 （A 卷 ） 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 成績(jī)： 答案必須寫(xiě)在答題紙上，寫(xiě)在試題紙上的一律不給分） 、判斷對(duì)錯(cuò) （正確：，錯(cuò)誤：， 每題 1 分，共 15 分） 1. 傳感器的閾值，實(shí)質(zhì)上就是傳感器在零點(diǎn)附近的分辨力。 2. 某位移傳感器的測(cè)量量程為 1mm，分辨力為 0.001mm，這說(shuō)明傳感器的靈敏度 很高，其靈敏度為 0.1%。 3. 傳感器 A 采用最小二乘法擬合算得線(xiàn)性度為 0.6%，傳感器 B 采用端點(diǎn)連線(xiàn)法 算得線(xiàn)性度為 0.8%，則可以肯定傳感器 A 的線(xiàn)性度優(yōu)于傳感器 B。 4. 無(wú)論何種傳感器，若要提高靈敏度， 必然會(huì)增加非線(xiàn)性

2、誤差。 5. 幅頻特性?xún)?yōu)良的傳感器， 其動(dòng)態(tài)范圍大，故可以用于高精度測(cè)量。 6. 半導(dǎo)體應(yīng)變傳感器的靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于金屬應(yīng)變傳感器，主要是因?yàn)榘雽?dǎo)體材料 的壓阻效應(yīng)占主要地位。 7. 調(diào)頻式電感傳感器轉(zhuǎn)換電路由于輸出信號(hào)是脈沖信號(hào)，因此抗干擾能力強(qiáng)，易 于數(shù)字化和遠(yuǎn)距離傳輸信號(hào)。 8. 如果電容傳感器的電纜丟失了，更換另一個(gè)電纜后，可以不必對(duì)測(cè)量系統(tǒng)重新 進(jìn)行標(biāo)定，也可直接使用。 9. 電荷放大器是將傳感器輸出的電荷進(jìn)行放大的前置放大器，由于它可以使用較 長(zhǎng)的電纜，因而得到廣泛應(yīng)用。 10. 壓電式力傳感器既可以測(cè)量靜態(tài)力，也可以測(cè)量動(dòng)態(tài)力。 11. 熱電偶的工作機(jī)理是導(dǎo)體的熱電效應(yīng)。而熱電勢(shì)的

3、產(chǎn)生必須具備兩個(gè)條件，即 兩種導(dǎo)體材質(zhì)不同且兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度不同。 12. 由于光敏電阻的光照特性是非線(xiàn)性的，因此不宜用作測(cè)量元件。但由于光敏電 阻的響應(yīng)時(shí)間很短，因此可以用作高速光電開(kāi)關(guān)。 13. 光纖是利用光的折射原理工作的，光纖由纖芯和包層構(gòu)成，且纖芯的折射率小 于包層的折射率。 14. 由于光電池的開(kāi)路輸出電壓與光強(qiáng)成正比， 因此可以用于測(cè)量光強(qiáng)。 15. CCD 圖像傳感器是由電荷耦合器件 CCD 與光敏二極管陣列集成為一體的具有 自?huà)呙韫δ艿墓虘B(tài)傳感器。 共 4 頁(yè) 第 1 頁(yè) 、選擇題 （請(qǐng)選擇你認(rèn)為最為適合的答案，每題 1 分，共 15 分） 1. 車(chē)間條件下檢定大型機(jī)床工作臺(tái)的

4、位移 （行程 20 米），可選用： （a）光柵傳感器 （b）感應(yīng)同步器 （c）激光干涉測(cè)量系統(tǒng) 2. 測(cè)量炮彈發(fā)時(shí)炮筒內(nèi)壁的壓力且不影響火炮發(fā)射，可采用的壓力傳感器為： （a）壓電式（b）應(yīng)變式（c）壓阻式 3. 為一個(gè)旋轉(zhuǎn)式機(jī)械分度裝置增加數(shù)顯系統(tǒng)， 可采用的角度傳感器為： （a）增量式編碼器 （b）絕對(duì)碼編碼器（c）電容傳感器 4. 對(duì)生產(chǎn)流水線(xiàn)上的塑料零件進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)， 可采用的傳感器為： （a）光電傳感器（b）霍爾傳感器（ c）電容傳感器 5. 你認(rèn)為自動(dòng)感應(yīng)式干手機(jī)中的人手感應(yīng)器應(yīng)為： （a）紅外傳感器 （b）超聲傳感器（ c）激光傳感器 6. 自動(dòng)車(chē)庫(kù)門(mén)的感應(yīng)器應(yīng)選用何種傳感器比較

5、理想？ （a）激光傳感器（ b）超聲傳感器（c）輻射傳感器 7. 在線(xiàn)測(cè)量高速回轉(zhuǎn)零件的主軸徑向偏擺量，可選用： （a）差動(dòng)變壓器（ b）電渦流傳感器（c）壓電式傳感器 8. 下列那類(lèi)傳感器可以具有防水功能： a）電阻應(yīng)變式傳感器 （b）電渦流傳感器（c）電容式傳感器 9. 為了在報(bào)紙印刷的高速生產(chǎn)流水線(xiàn)上監(jiān)測(cè)印刷缺陷，可以采用哪一種傳感器： （a）面陣 CCD 傳感器 （ b）線(xiàn)陣 CCD 傳感器 （c）硅光電池 10. 數(shù)碼照相機(jī)中用于自動(dòng)調(diào)焦的測(cè)距傳感器為： （a）紅外傳感器（b）超聲波傳感器（c）CCD 傳感器 11. 一小型光學(xué)儀器中用于測(cè)量光斑二維位置變化（ x-y ）的傳感器可采

6、用： （a）線(xiàn)陣 CCD 傳感器 （b）面陣 CCD 傳感器 （c） PSD 傳感器 12. 絕對(duì)式編碼器的碼制絕大多數(shù)采用： （a）二進(jìn)制碼（ b）十進(jìn)制碼（c）格雷碼 13. 高精度激光測(cè)距傳感器是通過(guò)以下哪一種方法來(lái)測(cè)量距離的： （a）時(shí)間差法（ b）相位差法（c）外差法 14. 下列電感傳感器中，哪一種傳感器的輸出特性是線(xiàn)性的： （a）變氣隙型（ b）變面積型（c）螺管型 15. 電容式液位傳感器屬于下列那一種型式： （a）變極距型（ b）變面積型（c）變介質(zhì)型 共 4 頁(yè) 第 2 頁(yè) 三、簡(jiǎn)答題（簡(jiǎn)單敘述下列傳感器的工作原理， 每題 5分，共 30分） 1. 差動(dòng)變壓器式壓力傳感器

7、2. 電渦流式介質(zhì)溫度傳感器 基體 線(xiàn)圈 鋁板 4-壓電元件5-底座 6-接頭 1-低壓腔 2-高壓腔 3-硅杯 4-引線(xiàn) 5-硅膜片 四、通過(guò)下面兩個(gè)曲線(xiàn)圖敘述傳感器二階環(huán)節(jié)的幅頻相頻特性，以及階躍響應(yīng)特性。 本題 10 分） 五、圖示為光纖傳感器中光線(xiàn)傳播原理，請(qǐng)推導(dǎo)入射角0 的臨界入射角 C 與空 氣折射率 n0、纖芯折射率 n1 和包層折射率 n2 的關(guān)系式。（本題 10 分） 六、擬采用電容傳感器測(cè)量液位高度，請(qǐng)您敘述測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成（圖示說(shuō)明） 、測(cè) 量原理，并推導(dǎo)有關(guān)的測(cè)量公式。 （本題 10 分） 七、有一測(cè)力傳感器利用等強(qiáng)度梁制成，梁的上下面各粘貼兩片相同的電阻應(yīng)變 片，并構(gòu)成橋

8、路，如圖所示。若l= 50mm， b=5mm ， t= 1mm， E=1*105N/mm2， 應(yīng)變片的靈敏系數(shù) K=2，供橋電壓 U=6V ，問(wèn)當(dāng)輸出電壓 U0=36mV 時(shí)，力 F 為多少？ （提示： 6F2l ）（本題 10 分） bt2 共 4 頁(yè) 第 4 頁(yè) 上海交通大學(xué) 2005年 傳感器 期末考試試題（B 卷） 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 成績(jī)： （答案必須寫(xiě)在答題紙上，寫(xiě)在試題紙上的一律不給分） 一、判斷對(duì)錯(cuò) （正確：，錯(cuò)誤：， 每題 1分，共 15 分） 1. 壓電式力傳感器既可以測(cè)量靜態(tài)力，也可以測(cè)量動(dòng)態(tài)力。 2. 熱電偶的工作機(jī)理是導(dǎo)體的熱電效應(yīng)。而熱電勢(shì)的產(chǎn)生必須具備兩個(gè)條件

9、，即兩種導(dǎo)體材質(zhì)不同且兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度不同。 3. CCD 圖像傳感器是由電荷耦合器件 CCD 與光敏二極管陣列集成為一體的具有 自?huà)呙韫δ艿墓虘B(tài)傳感器。 4. 無(wú)論何種傳感器，若要提高靈敏度， 必然會(huì)增加非線(xiàn)性誤差。 5. 幅頻特性?xún)?yōu)良的傳感器， 其動(dòng)態(tài)范圍大，故可以用于高精度測(cè)量。 6. 半導(dǎo)體應(yīng)變傳感器的靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于金屬應(yīng)變傳感器，主要是因?yàn)榘雽?dǎo)體材料 的壓阻效應(yīng)占主要地位。 7. 調(diào)頻式電感傳感器轉(zhuǎn)換電路由于輸出信號(hào)是脈沖信號(hào)，因此抗干擾能力強(qiáng)，易 于數(shù)字化和遠(yuǎn)距離傳輸信號(hào)。 8. 如果電容傳感器的電纜丟失了，更換另一個(gè)電纜后，可以不必對(duì)測(cè)量系統(tǒng)重新 進(jìn)行標(biāo)定，也可直接使用。 9. 電

10、荷放大器是將傳感器輸出的電荷進(jìn)行放大的前置放大器，由于它可以使用較 長(zhǎng)的電纜，因而得到廣泛應(yīng)用。 10. 傳感器的閾值，實(shí)質(zhì)上就是傳感器在零點(diǎn)附近的分辨力。 11. 某位移傳感器的測(cè)量量程為 1mm，分辨力為 0.001mm，這說(shuō)明傳感器的靈敏度 很高，其靈敏度為 0.1%。 12. 由于光敏電阻的光照特性是非線(xiàn)性的，因此不宜用作測(cè)量元件。但由于光敏電 阻的響應(yīng)時(shí)間很短，因此可以用作高速光電開(kāi)關(guān)。 13. 光纖是利用光的折射原理工作的，光纖由纖芯和包層構(gòu)成，且纖芯的折射率小 于包層的折射率。 14. 由于光電池的開(kāi)路輸出電壓與光強(qiáng)成正比， 因此可以用于測(cè)量光強(qiáng)。 15. 傳感器 A 采用最小二

11、乘法擬合算得線(xiàn)性度為 0.6%，傳感器 B 采用端點(diǎn)連線(xiàn)法 算得線(xiàn)性度為 0.8%，則可以肯定傳感器 A 的線(xiàn)性度優(yōu)于傳感器 B。 共 4 頁(yè) 第 1 頁(yè) 、選擇題 （請(qǐng)選擇一個(gè)你認(rèn)為最為適合的答案，每題 1 分，共 15 分） 1. 對(duì)生產(chǎn)流水線(xiàn)上的塑料零件進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)， 可采用的傳感器為： a）光電傳感器 b）霍爾傳感器 c）電容傳感器 2. 測(cè)量炮彈發(fā)時(shí)炮筒內(nèi)壁的壓力且不影響火炮發(fā)射，可采用的壓力傳感器為： （a）壓電式（b）應(yīng)變式（c）壓阻式 3. 為一個(gè)旋轉(zhuǎn)式機(jī)械分度裝置增加數(shù)顯系統(tǒng)， 可采用的角度傳感器為： （a）增量式編碼器 （b）絕對(duì)碼編碼器（c）電容傳感器 4. 車(chē)間條件下檢

12、定大型機(jī)床工作臺(tái)的位移 （行程 20 米），可選用： （a）光柵傳感器 （b）感應(yīng)同步器 （c）激光干涉測(cè)量系統(tǒng) 5. 你認(rèn)為自動(dòng)感應(yīng)式干手機(jī)中的人手感應(yīng)器應(yīng)為： （a）紅外傳感器 （b）超聲傳感器（ c）激光傳感器 6. 自動(dòng)車(chē)庫(kù)門(mén)的感應(yīng)器應(yīng)選用何種傳感器比較理想？ （a）激光傳感器（ b）超聲傳感器（c）輻射傳感器 7. 在線(xiàn)測(cè)量高速回轉(zhuǎn)零件的主軸徑向偏擺量，可選用： （a）差動(dòng)變壓器（ b）電渦流傳感器（c）壓電式傳感器 8. 下列那類(lèi)傳感器可以具有防水功能： （a）電阻應(yīng)變式傳感器 （b）電渦流傳感器（c）電容式傳感器 9. 為了在報(bào)紙印刷的高速生產(chǎn)流水線(xiàn)上監(jiān)測(cè)印刷缺陷，可以采用哪一種

13、傳感器： （a）面陣 CCD 傳感器 （ b）線(xiàn)陣 CCD 傳感器 （c）硅光電池 10. 數(shù)碼照相機(jī)中用于自動(dòng)調(diào)焦的測(cè)距傳感器為： （a）紅外傳感器（b）超聲波傳感器（c）CCD 傳感器 11. 一小型光學(xué)儀器中用于測(cè)量光斑二維位置變化（ x-y ）的傳感器可采用： （a）線(xiàn)陣 CCD 傳感器 （b）面陣 CCD 傳感器 （c） PSD 傳感器 12. 電容式液位傳感器屬于下列那一種型式： （a）變極距型（ b）變面積型（c）變介質(zhì)型 13. 高精度激光測(cè)距傳感器是通過(guò)以下哪一種方法來(lái)測(cè)量距離的： （a）時(shí)間差法（ b）相位差法（c）外差法 14. 下列電感傳感器中，哪一種傳感器的輸出特性是

14、線(xiàn)性的： （a）變氣隙型（ b）變面積型（c）螺管型 15. 絕對(duì)式編碼器的碼制絕大多數(shù)采用： （a）二進(jìn)制碼（ b）十進(jìn)制碼（c）格雷碼 共 4 頁(yè) 第 2 頁(yè) 三、簡(jiǎn)答題（簡(jiǎn)單敘述下列傳感器的工作原理， 每題 5分，共 30分） 1. 壓電式加速度傳感器 1-外殼 2-預(yù)緊螺母 3-質(zhì)量塊 2. 壓阻式壓力傳感器 1-低壓腔 2-高壓腔 3-硅杯 4-引線(xiàn) 5-硅膜片 4. 光柵位移傳感器 4-壓電元件 5-底座 6-接頭 3. 霍爾式磁傳感器 5. 差動(dòng)變壓器式壓力傳感器 6. 電渦流式介質(zhì)溫度傳感器 共 4 頁(yè) 第 3 頁(yè) 四、有一測(cè)力傳感器利用等強(qiáng)度梁制成，梁的上下面各粘貼兩片相同的

15、電阻應(yīng)變 片，并構(gòu)成橋路，如圖所示。若l= 50mm， b=5mm ， t= 1mm， E=1*105N/mm2， 應(yīng)變片的靈敏系數(shù) K=2，供橋電壓 U=6V ，問(wèn)當(dāng)輸出電壓 U0=36mV 時(shí)，力 F 為多少？ （提示：6F2l ）（本題 10 分） bt2 性。 U U0 五、通過(guò)下面兩個(gè)曲線(xiàn)圖敘述傳感器二階環(huán)節(jié)的幅頻相頻特性，以及階躍響應(yīng)特 六、圖示為光纖傳感器中光線(xiàn)傳播原理，請(qǐng)推導(dǎo)入射角0 的臨界入射角 C 與空 氣折射率 n0、纖芯折射率 n1 和包層折射率 n2 的關(guān)系式。（本題 10 分） 、測(cè) 七、擬采用電容傳感器測(cè)量液位高度，請(qǐng)您敘述測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成（圖示說(shuō)明） 量原理，并推導(dǎo)

16、有關(guān)的測(cè)量公式。 （本題 10 分） 共 4 頁(yè) 第 4 頁(yè) 上海交通大學(xué) 2005 年 傳感器 期末考試試題答案（ A 卷） 判斷對(duì)錯(cuò) （正確：， 錯(cuò)誤：， 每題 1 分，共 15 分） 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 、選擇題（請(qǐng)選擇最為適合的答案，每題 1分，共 15分） 1. c 2. b 3. b 4. a 5. a 6. c 7. b 8. b 9. b 10. a 11. c 12. c 13. b 14. b 15. c 三、簡(jiǎn)答題（簡(jiǎn)單敘述下列傳感器的工作原理， 每題 5分，共 30分） 1. 差動(dòng)變壓器式

17、壓力傳感器 在無(wú)壓力時(shí)，膜盒處于初始狀態(tài)，固連于膜盒中心的磁芯位于差動(dòng)變壓器線(xiàn)圈的 中部，輸出電壓為零。當(dāng)被測(cè)壓力經(jīng)接頭進(jìn)入膜盒后，膜盒產(chǎn)生變形，并推動(dòng)磁芯移 動(dòng)，從而使差動(dòng)變壓器輸出正比于被測(cè)壓力的電壓信號(hào)。 2.電渦流式介質(zhì)溫度傳感器 根據(jù)電渦流效應(yīng)，當(dāng)線(xiàn)圈中通以交變電流時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)交變的磁場(chǎng)，并在導(dǎo)體 （即鋁板）內(nèi)產(chǎn)生電渦流，進(jìn)而影響線(xiàn)圈的電感量、阻抗和品質(zhì)因數(shù)等變化，這些參 數(shù)的變化與導(dǎo)體的幾何形狀、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率等有關(guān)。當(dāng)被測(cè)溫度變化時(shí)，將是鋁板 的電阻率發(fā)生變化， 而其他參數(shù)保持不變， 則傳感器的輸出只隨被測(cè)溫度變化而改變， 從而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。 3. 壓電式加速度傳感器 當(dāng)殼體

18、1 隨被測(cè)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊 3 感受加速度作用而產(chǎn)生慣性力，并作用在 壓電元件 4 上，根據(jù)壓電效應(yīng)，將產(chǎn)生正比與慣性力的電荷，從而輸出正比于加速度 的電信號(hào)。 4. 壓阻式壓力傳感器 在無(wú)壓力時(shí)，高壓腔與低壓腔相互平衡，硅膜片處于初始狀態(tài)，硅膜片上四個(gè)擴(kuò) 散電阻相等，電橋平衡，輸出電壓為零。當(dāng)被測(cè)壓力經(jīng)接頭進(jìn)入高壓腔后，硅膜片產(chǎn) 生變形，使得擴(kuò)散電阻的阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，從而輸出正比于被測(cè)壓力的 電壓信號(hào)。 5霍爾式磁傳感器 當(dāng)導(dǎo)體通過(guò)電流 I，同時(shí)受到垂直方向的磁場(chǎng) B 作用時(shí)，在導(dǎo)體的兩側(cè)形成感應(yīng) 電勢(shì)，即霍爾電勢(shì) E。到導(dǎo)體不變，通過(guò)的電流恒定時(shí)，該電勢(shì)大小與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正 比

19、，由此可以實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量。 6. 光柵傳感器 當(dāng)定柵與動(dòng)?xùn)暖B合在一起時(shí)，在移動(dòng)方向的垂直方向上產(chǎn)生明暗相間的條紋，即 莫爾條紋。當(dāng)定柵與動(dòng)?xùn)胖g產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)，摩爾條紋沿垂直方向快速移動(dòng)，而且 摩爾條紋的一定速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于動(dòng)尺的移動(dòng)速度，因此可以實(shí)現(xiàn)位移的高精度測(cè)量 四、通過(guò)下面兩個(gè)曲線(xiàn)圖敘述傳感器二階環(huán)節(jié)的幅頻相頻特性， 以及階躍響應(yīng)特性。 (10分) 由傳感器二階環(huán)節(jié)的伯德圖可知， 當(dāng)信號(hào)頻率較低 (w/ wn0.7 時(shí)，諧振不再發(fā)生。當(dāng) 0.7 時(shí)：幅頻特 性曲線(xiàn) A(w) 的平坦段最寬，而相頻特性 j( w)接近一條斜直線(xiàn)，測(cè)量時(shí)可以保證交款 的頻響范圍，而且相位失真和幅值失真最小。

20、因此稱(chēng) 0.7 為最佳阻尼。 有傳感器二階環(huán)節(jié)的階躍特性曲線(xiàn)可以看出， 當(dāng)1時(shí)：完全沒(méi)有過(guò)沖， 也不產(chǎn)生 震蕩，稱(chēng)為過(guò)阻尼，此時(shí)曲線(xiàn)上升慢，響應(yīng)速度低；當(dāng) 1 時(shí)：將產(chǎn)生衰減震蕩，稱(chēng) 為欠阻尼，此時(shí)曲線(xiàn)上升塊，響應(yīng)速度高；當(dāng) =1 時(shí)：為臨界狀態(tài)，稱(chēng)為臨界阻尼 五、圖示為光纖傳感器中光線(xiàn)傳播原理， 請(qǐng)推導(dǎo)入射角 0 的臨界入射角 C與空氣 折射率 n0、纖芯折射率 n1和包層折射率 n2的關(guān)系式。(本題 10 分) 解：假設(shè)再臨界狀態(tài)下入射角為 C，第一次折射角為 1。 根據(jù)折射定律有：n0 sin C n1sin 1 由于此折射光將在光線(xiàn)內(nèi)部發(fā)生全反射，在此臨界狀態(tài)下，全反射時(shí)的入射角 為

21、90?- 1，而折射角為 90o。根據(jù)折射定律，有： n1 sin( 90 1) n2 sin 90 即：n2 / n1 cos 1 1 sin 2 1 。 則有： sin 1(n12 n22)/ n12 (n12 n22 ) / n02 帶入前式，可得： sin C (n1 / n0 ) sin 1 六、擬采用電容傳感器測(cè)量液位高度，請(qǐng)您敘述測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成（圖示說(shuō)明） 、測(cè)量 原理和有關(guān)的測(cè)量公式。 （本題 10分） 解：電容式液位測(cè)量系統(tǒng)如圖所示，它實(shí)際上是一個(gè)變介質(zhì)型的液位傳感器。當(dāng) 液位變化時(shí)，引起電容傳感器內(nèi)部?jī)煞N不同介電質(zhì)的高度產(chǎn)生變化，由此實(shí)現(xiàn)液位測(cè) 量。 C1 1H d C2 2

22、(L H) d C1 C2 1H2(L H ) dd 2L d 七、有一測(cè)力傳感器利用等強(qiáng)度梁制成，梁的上下面各粘貼兩片相同的電阻應(yīng)變 片，并構(gòu)成橋路，如圖所示。若 l=50mm，b=5mm，t=1mm，E=1*105N/mm2，應(yīng)變 片的靈敏系數(shù) K=2，供橋電壓 U=6V，問(wèn)當(dāng)輸出電壓 U0=36mV 時(shí)，力 F 為多少？ 提示： 6Fl bt2 ）（本題 10 分） R2 U0 U RR K K / E 6KFl bt2E 解： 由于該測(cè)力傳感器屬于差動(dòng)式補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，全等臂電橋，四臂工作方式，所以電橋 輸出電壓的變化為： 其中，電阻相對(duì)變化量為： dR R 由此可以導(dǎo)出不同輸出電壓對(duì)應(yīng)的被

23、測(cè)力大小為： bt 2E U 6Kl U 將以上已知參數(shù)帶入，可得輸出電壓 U0=36mV 時(shí)，力 F 為： 25 5 12 105 0.036 F 5N 6 2 50 6 答：輸出電壓 U0=36mV 時(shí)，力 F 為 5N。 上海交通大學(xué) 2005年 傳感器 期末考試試題答案（ B 卷） 一、判斷對(duì)錯(cuò) （正確：，錯(cuò)誤：， 每題 1 分，共 15 分） 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 、選擇題 （請(qǐng)選擇最為適合的答案，每題 1 分，共 15 分） 1. a 2. b 3. b 4.c 5. a 6. b 7. b 8. b 9. b 10. a 11. c 12.

24、 c 13. b 14. b 15. c 11. 12. 13. 14. 15. 三、簡(jiǎn)答題（簡(jiǎn)單敘述下列傳感器的工作原理， 每題 5 分，共 30 分） 1. 壓電式加速度傳感器 當(dāng)殼體 1 隨被測(cè)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊 3 感受加速度作用而產(chǎn)生慣性力，并作用在 壓電元件 4 上，根據(jù)壓電效應(yīng)，將產(chǎn)生正比與慣性力的電荷，從而輸出正比于加速度 的電信號(hào)。 2. 壓阻式壓力傳感器 在無(wú)壓力時(shí)，高壓腔與低壓腔相互平衡，硅膜片處于初始狀態(tài)，硅膜片上四個(gè)擴(kuò) 散電阻相等，電橋平衡，輸出電壓為零。當(dāng)被測(cè)壓力經(jīng)接頭進(jìn)入高壓腔后，硅膜片產(chǎn) 生變形，使得擴(kuò)散電阻的阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，從而輸出正比于被測(cè)壓力的

25、 電壓信號(hào)。 3霍爾式磁傳感器 當(dāng)導(dǎo)體通過(guò)電流 I，同時(shí)受到垂直方向的磁場(chǎng) B 作用時(shí)，在導(dǎo)體的兩側(cè)形成感應(yīng) 電勢(shì)，即霍爾電勢(shì) E。到導(dǎo)體不變，通過(guò)的電流恒定時(shí)，該電勢(shì)大小與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正 比，由此可以實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量。 4. 光柵傳感器 當(dāng)定柵與動(dòng)?xùn)暖B合在一起時(shí)，在移動(dòng)方向的垂直方向上產(chǎn)生明暗相間的條紋，即 莫爾條紋。當(dāng)定柵與動(dòng)?xùn)胖g產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)，摩爾條紋沿垂直方向快速移動(dòng)，而且 摩爾條紋的一定速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于動(dòng)尺的移動(dòng)速度，因此可以實(shí)現(xiàn)位移的高精度測(cè)量 5. 差動(dòng)變壓器式壓力傳感器 在無(wú)壓力時(shí)，膜盒處于初始狀態(tài)，固連于膜盒中心的磁芯位于差動(dòng)變壓器線(xiàn)圈的 中部，輸出電壓為零。當(dāng)被測(cè)壓力經(jīng)接頭進(jìn)入

26、膜盒后，膜盒產(chǎn)生變形，并推動(dòng)磁芯移 動(dòng)，從而使差動(dòng)變壓器輸出正比于被測(cè)壓力的電壓信號(hào)。 6. 電渦流式介質(zhì)溫度傳感器 根據(jù)電渦流效應(yīng)，當(dāng)線(xiàn)圈中通以交變電流時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)交變的磁場(chǎng)，并在導(dǎo)體 （即鋁板）內(nèi)產(chǎn)生電渦流，進(jìn)而影響線(xiàn)圈的電感量、阻抗和品質(zhì)因數(shù)等變化，這些參 數(shù)的變化與導(dǎo)體的幾何形狀、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率等有關(guān)。當(dāng)被測(cè)溫度變化時(shí)，將是鋁板 的電阻率發(fā)生變化， 而其他參數(shù)保持不變， 則傳感器的輸出只隨被測(cè)溫度變化而改變， 從而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。 四、有一測(cè)力傳感器利用等強(qiáng)度梁制成，梁的上下面各粘貼兩片相同的電阻應(yīng)變 片，并構(gòu)成橋路，如圖所示。若 l=50mm，b=5mm，t=1mm，E=1*105N/mm2，應(yīng)變 片的靈敏系數(shù) K=2，供橋電壓 U=6V，問(wèn)當(dāng)輸出電壓 U0=36mV 時(shí)，力 F 為多少？ 提示： 6Fl bt2 ）（本題 10 分） U 解： 由于該測(cè)力傳感器屬于差動(dòng)式補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，全等臂電橋，四臂工作方式，所以電橋 輸出電壓的變化為： U0 其中，電阻相對(duì)變化量為： dR RK 6KFl bt2E