傳感器與檢測技術(shù)試題及答案

1、1、測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有線f 2、霍爾元件靈敏度的物理意義是表示在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度相單位控制電流時的霍爾電勢大小。 3光電傳感器的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。通常把光線照射到物體表面后產(chǎn)生的光電效應(yīng)分為三類。第一類是利用在光線作用 卞光電子逸岀物體表面的外光電效應(yīng) ，這類元件有光電管、光電倍增管；第二類是利用在光線作用下使材料內(nèi)部電阻率改變 的內(nèi)光電 效應(yīng)，這類元件有光敏電阻；第三類是利用 元件有光電池、光電儀表。 4、壓磁式傳感器的工作原理是：某些鐵磁物質(zhì)在外界機(jī)械力作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)械壓力，從而引起極化現(xiàn)象，這種現(xiàn)象 稱為正壓電效應(yīng)。相反，某些鐵磁物質(zhì)在外界磁場的作用下會產(chǎn)生機(jī)械變形，這種

2、現(xiàn)象稱為負(fù)壓電效應(yīng)。 5、 變氣隙式自感傳感器，當(dāng)街鐵移動靠近鐵芯時，鐵芯上的線圈電感量（增加減小不 6、 儀表的精度等級是用儀表的（相對誤差 絕對誤差引用誤差）來表示的 7、電容傳感器的輸入被測量與輸出被測量間的關(guān)系，除（變面積型 變極距型 變介電常數(shù)型）外是線性的。 8變面積式自感傳感器，當(dāng)銜鐵移動使磁路中空氣縫隙的面積增大時，鐵心上線圈的電感量（增大，減小，不變）。 9、 在平行極板電容傳感器的輸入被測量與輸出電容值之間的關(guān)系中，（變面積型，變極距型，變介電常數(shù)型）是線性 的關(guān)系。 10、 在變壓器式傳感器中，原方和副方互感M的大小與原方線圈的匝數(shù)成（正比，反比，不成比例），與副方線圈的

3、 匝數(shù)成（正比，反比，不成比例），與回路中磁阻成（正比，反比，不成比例）。 11、 傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸岀信號的器件或裝置，傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量的敏_ 感元件和產(chǎn)生可用信號輸岀的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成。 12、 在變壓器式傳感器中，原方和副方互感M的大小與 繞組匝數(shù) 成正比，與 穿過線圈的磁通_成正比，與磁回路中 磁 阻成反比。 13、 磁電式傳感器是利用導(dǎo)產(chǎn)生感應(yīng)電勢的。而霍爾式傳感器為霍爾元件在磁場中 有電磁效應(yīng)（霍爾效應(yīng)）而輸岀電勢的?；魻柺絺鞲衅骺捎脕頊y量電流，磁場，位移，壓力。 _ 14、測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)通常用輸入量與輸岀

4、量的對應(yīng)關(guān)系來表征 15、 在變壓器式傳感器中，原方和副方互感M的大小與原方線圈的匝數(shù)成（正比 反比不成比例） 簡答題 1、以石英晶體為例簡述壓電效應(yīng)產(chǎn)生的原理。 答：石英晶體在沿一定的方向受到外力的作用變形時，由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時在兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷，當(dāng) 外力去掉后，恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；而當(dāng)作用力方向改變時，電荷的極性隨著改變。晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小 成正比。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反之，如對石英晶體施加一定變電場，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場撤離，變形也 隨之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。 石英晶體整個晶體是中性的，受外力作用而變形時，沒有體積變形壓電效應(yīng)，但它具有良好的

5、厚度變形和長度變形壓電效應(yīng)。 2、簡述電阻應(yīng)變片式傳感器的工作原理 答：電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，即在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。 3、什么是傳感器動態(tài)特性和靜態(tài)特性，簡述在什么頻域條件下只研究靜態(tài)特就能夠滿足通常的需要，而在什么頻域條件下 一般要研究傳感器的動態(tài)特性 答：傳感器的特性是指傳感器所特有性質(zhì)的總稱。而傳感器的輸入輸岀特性是其基本特性，一般把傳感器作為二端網(wǎng)絡(luò) 研究時，輸入輸岀特性是二端網(wǎng)絡(luò)的外部特性，即輸入量和輸岀量的對應(yīng)關(guān)系。由于輸入量的狀態(tài)（靜態(tài)、動態(tài)）不同分靜 態(tài)特性和動態(tài)特性。靜態(tài)特性是指當(dāng)輸入量為常量或變化極慢時傳感器輸入-輸岀特性。動態(tài)特

6、性指當(dāng)輸入量隨時間變化時 傳感器的輸入-輸岀特性。可以從時域和頻域來研究動態(tài)特性 4、簡述霍爾電動勢產(chǎn)生的原理。 答：一塊半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場（磁場方向垂直于薄片）中，當(dāng)有電流I流過時，電子受到洛侖茲力作用而 發(fā)生偏轉(zhuǎn)。結(jié)果在半導(dǎo)體的后端面上電子有所積累。而前端面缺少電子，因此后端面帶負(fù)電，前端面帶正電，在前后端面形 成電場，該電場產(chǎn)生的力阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)當(dāng)兩力相平衡時，電子積累也平衡，這時在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電 場，相應(yīng)的電勢稱為霍爾電勢 UHo 5、分析應(yīng)變片式傳感器在使用單臂電橋測量電路時由于溫度變化而產(chǎn)生測量誤差的過程。 答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵

7、溫度系數(shù)t及柵絲與試件膨脹系數(shù)（g與s）之差異性而產(chǎn)生虛假應(yīng)變 輸岀有時會產(chǎn)生與真實應(yīng)變同數(shù)量級的誤差。 6、光纖傳感器的工作原理。 答:光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射，當(dāng)射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時，就會在光纖的接口上產(chǎn)生全 內(nèi)反射，并在光纖內(nèi)部以后的角度反復(fù)逐次反射，直至傳遞到另一端面。 光纖傳感器利用光導(dǎo)纖維， 按其工作原理來分有功 能型（或稱物性型、傳感型）與非功能型（或稱結(jié)構(gòu)型、傳光型）兩大類。功能型光纖傳感器其光纖不僅作為光傳播的的波 導(dǎo)，而且具有測量的功能。非功能型光纖傳感器其光纖只是作為傳光的媒介，還需加上其他敏感元件才能組成傳感器。 7、霍爾元件能夠測量哪些物

8、理參數(shù)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N請詳細(xì)推導(dǎo)分流法。 答：霍爾組件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動、轉(zhuǎn)速等。 溫度補(bǔ)償方法：a分流電阻法：適用于恒流源供給控制電流的情況。b電橋補(bǔ)償法 8傳感器的頻率響應(yīng)特性，必須在所測信號頻率范圍內(nèi)，保持不失真測量條件。 9、在電阻應(yīng)變片公式，dR/R=（1+2卩） +中Ee入代表材料壓阻系數(shù)。 磁頭所處的位置所決定。 10、當(dāng)磁頭相對于磁尺不動時，仍有感應(yīng)電動勢輸岀的是靜態(tài)磁頭，且輸岀電勢的幅值由 11、 差動電橋由環(huán)境溫度變化引起的誤差為0。 12、非線性度是表示校準(zhǔn)曲線偏離擬合直線的程度。 13、半導(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。 14、將電阻應(yīng)變片貼在彈性元

9、件上，就可以分別做成測力、位移、加速度等參數(shù)的傳感器。 一、簡答題 1、從傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性考慮，詳述如何選用傳感器。 答：考慮傳感器的靜態(tài)特性的主要指標(biāo)，選用線性度大、遲滯小、重復(fù)性好、分辨力強(qiáng)、穩(wěn)定性高、抗干擾穩(wěn)定性高的 傳感器?？紤]動態(tài)特性，所選的傳感器應(yīng)能很好的追隨輸入量的快速變化，即具有很短的暫態(tài)響應(yīng)時間或者應(yīng)具有 很寬的頻率響應(yīng)特性。 2、在靜態(tài)測量中，根據(jù)測量系統(tǒng)輸入量與對應(yīng)輸岀值所繪制的定度曲線可以確定那些靜態(tài)特性 答：在靜態(tài)測量中，根據(jù)繪制的定度曲線，可以確定測量系統(tǒng)的三個靜態(tài)特性：靈敏度，非線性度，回程誤差。 3、簡述應(yīng)變片在彈性元件上的布置原則，及哪幾種電橋接法具

10、有溫度補(bǔ)償作用。 答：布置原則有：（1）貼在應(yīng)變最敏感部位，使其靈敏度最佳； （2）在復(fù)合載荷下測量，能消除相互干擾； （3）考慮溫度補(bǔ)償作用； 單臂電橋無溫度補(bǔ)償作用，差動和全橋方式具有溫度補(bǔ)償作用 4、渦流式傳感器測量位移與其它位移傳感器比較，其主要優(yōu)點(diǎn)是什么渦流傳感器能否測量大位移量為什么 答：優(yōu)點(diǎn)：能實現(xiàn)非接觸測量，結(jié)構(gòu)簡單，不怕油等介質(zhì)污染。 渦流傳感器不能測量大位移量，只有當(dāng)測量范圍較小時，才能保證一定的線性度。 5、傳感器的定義和組成框圖畫岀自動控制系統(tǒng)原理框圖并指明傳感器在系統(tǒng)中的位置和作用。 答：傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸岀信號的器件或裝置，通常由敏

11、感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。 傳感器處于研究對象與測試系統(tǒng)的接口位置，即檢測與控制之首。傳感器是感知、獲取與檢測信息的窗口，一切科 學(xué)研究與自動化生產(chǎn)過程要獲取的信息都要通過傳感器獲取并通過它轉(zhuǎn)換成容易傳輸與處理的電信號，其作用與地 位特別重要。 組成框圖：自動控制系統(tǒng)原理框圖： 傳感器的作用：感受被測 量并轉(zhuǎn)換成可用輸岀信號 傳送給控制對象。 6、光電效應(yīng)可分為哪三種類型。 答：光電效應(yīng)可分為：外光電效應(yīng)，內(nèi)光電效應(yīng)，光生伏特效應(yīng)。 7、傳感器（或測試儀表）在第一次使用前和長時間使用后需要進(jìn)行標(biāo)定工作，請問標(biāo)定的意義 答：傳感器的標(biāo)定分為靜態(tài)標(biāo)定和動態(tài)標(biāo)定兩種。靜態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器靜態(tài)特性指

12、標(biāo)，如線性度、靈敏度、 滯后和重復(fù)性等。動態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器的動態(tài)特性參數(shù)，如頻率響應(yīng)、時間常數(shù)、固有頻率和阻尼比等。 8 壓電式傳感器的前置放大器的作用是什么電壓式放大器有何特點(diǎn) 答：作用是將輸出電壓放大，并與輸入電壓或輸入電流成正比。 電壓放大器將壓電式傳感器的高輸岀阻抗經(jīng)放大器變換為低阻抗輸岀，并將微弱的電壓信號進(jìn)行適當(dāng)放大，但其 所接配的壓電式傳感器的電壓靈敏度將隨電纜分布電容及傳感器自身電容的變化而變化，而且電纜的的更換得引 起重新標(biāo)定的麻煩。 9、壓電式傳感器更適用于靜態(tài)測量，此觀點(diǎn)是否正確，分析原因。 答：不正確。其工作原理是基于壓電材料的壓電效應(yīng)，具有使用頻率寬，靈敏度高

13、、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、 測量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，因此在壓力沖擊和震動等動態(tài)參數(shù)測試中是主要的傳感器品種，它可以把加速度、位移、壓 力、溫度、濕度等許多非電量轉(zhuǎn)換為電量。 10、為什么要對應(yīng)變片式電阻傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，分析說明該類型傳感器溫度誤差補(bǔ)償方法。 答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)t及柵絲與試件膨脹系數(shù)（g與s）之差異性而產(chǎn)生虛 假應(yīng)變輸岀有時會產(chǎn)生與真實應(yīng)變同數(shù)量級的誤差。 方法：自補(bǔ)償法 線路補(bǔ)償法 11、溫度對光電流影響不大，所以光電傳感器在使用中不需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償，此觀點(diǎn)正確否，為什么 答：不正確。因為半導(dǎo)體材料容易受溫度影響，而其直接影響光電流的值，所以還需

14、要溫度補(bǔ)償裝置。 計算題 1、如圖所示電路是電阻應(yīng)變儀中所用的不平衡電橋的簡化電路，圖中只2=只3=只是固定電阻，R1與R4是電阻應(yīng)變片，工作 Ucd 時R1受拉，R4受壓， R=0,橋路處于平衡狀態(tài)，當(dāng)應(yīng)變片受力發(fā)生應(yīng)變時，橋路失去平衡，這時，就用橋路輸出電壓 表示應(yīng)變片變后電阻值的變化量。試證明：Ucd=- (E/2) ( R/R)。 證明： R1 R R 民 R R R R Ucd U cb U db E E R R R R R R 略去 R的二次項，即可得U cd E R 2 R 2、設(shè)7次測量某物體的長度，其測量的結(jié)果分別為: 概率下，對被測物體長度的最小估計區(qū)間。 試求在 %的置信

15、 答：忽略最后一個值，平均值 X 9.8 10 心19.9 10.3 仙 10.03， 6 n P19.8 10.030.23, P20.03, P30.07, P40.13, P5 0.27, pe 0.075 i 1 Pi 則最小估計區(qū)間 x X 310.03 3 0.189.49 10.57。 3、 光纖傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是什么求n仁，2=的階躍型光纖的數(shù)值孔徑值；如果外部介質(zhì)為空氣n0=1，求光纖的最大入射 角。 答：優(yōu)點(diǎn)：抗電磁干擾能力強(qiáng)；靈敏度高；幾何形狀具有多方面的適應(yīng)性，可以制成任意形狀的光纖傳感器，可以制造傳 感各種不同物理信息的器件；光纖傳感器可用于高壓，電氣噪聲，高溫，腐蝕

16、或其他惡劣環(huán)境；而且具有與光纖遙測技術(shù)的 內(nèi)在相容性。 NA (n2 n J2 (1.462 1.452)120.17 NA n0sin c, sin c NA 0.17,C 9.82 4、( 1)制作霍爾元件應(yīng)采用什么材料，為什么 (2 )為何霍爾元件都比較薄，而且長寬比一般為2 : 1 (3)某霍爾元件I x b x d為x x cm3,當(dāng)方向通以電流1= mA,在垂直lb方向加有均勻磁場 B=,傳感器的靈敏系數(shù) 為22 V/A T,試求其霍爾電勢及載流子濃度。 答：1)采用半導(dǎo)體材料。因為其靈敏度高，輸岀霍爾電勢大。 2) 因為元件越薄，靈敏度系數(shù)越大。 3) UhkH IB 0.0066V Uh IB ped P IBed 2.84 1020 5、如圖所示電路是電阻應(yīng)變儀中所用的不平衡電橋的簡化電路，圖中只2=只3=只是固定電阻，R1與R4是電阻應(yīng)變片，工作 時R1受拉，R4受壓， R表示應(yīng)變片發(fā)生應(yīng)變后，電阻值的變化量。當(dāng)應(yīng)變片不受力，無應(yīng)變時R=0,橋路處于平衡狀 態(tài)，當(dāng)應(yīng)變片受力發(fā)生應(yīng)變時，橋路失去平衡，這時，就用橋路輸岀電壓Ucd表示應(yīng)變片應(yīng)變后電阻值的變化量。試證明： Ucd=-(E/2)(A R/R)o 證：R1RR, R4 R R U c