傳感器與檢測技術(shù)

1、傳感器與檢測技術(shù)試題一、填空：（20分）1，測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有線性度、遲滯、重復(fù)性、分辨力、穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、各種抗干擾穩(wěn)定性等。（2分）2.霍爾元件靈敏度的物理意義是表示在單位磁感應(yīng)強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下光電子逸出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；第三類是利用在光線作用下使物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向電動勢的光生伏特效應(yīng)，這類元件有光電池、光電儀表。4.熱電偶所產(chǎn)生的熱

2、電勢是兩種導(dǎo)體的接觸電勢和單一導(dǎo)體的溫差電勢組成的，其表達式為Eab（T，To）=。在熱電偶溫度補償中補償導(dǎo)線法（即冷端延長線法）是在連接導(dǎo)線和熱電偶之間，接入延長線，它的作用是將熱電偶的參考端移至離熱源較遠并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，以減小冷端溫度變化的影響。5.壓磁式傳感器的工作原理是：某些鐵磁物質(zhì)在外界機械力作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生機械壓力，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)生機械變形，這種現(xiàn)象稱為負壓電效應(yīng)。（2分）6. 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（增加減小不變）（2分）7. 儀表的精度等級是用儀表的（ 相對誤差

3、 絕對誤差 引用誤差）來表示的（2分）8. 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。（2分）9. 電位器傳器的（線性），假定電位器全長為Xmax, 其總電阻為Rmax，它的滑臂間的阻值可以用Rx = x/Xmax Rmax,來計算，其中電阻靈敏度Rr= 2p(b+h)/At, 1、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） 2、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）是線性關(guān)系。3、在變壓器式傳感器中，原方和副方互感M的大小與原方

4、線圈的匝數(shù)成（正比，反比，不成比例），與副方線圈的匝數(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）。4、傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量的敏感元件 和產(chǎn)生可用信號輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成。5、熱電偶所產(chǎn)生的熱電熱是由兩種導(dǎo)體的接觸電熱和單一導(dǎo)體的溫差電熱組成。2、電阻應(yīng)變片式傳感器按制造材料可分為 _金屬_ 材料和半導(dǎo)體 材料。它們在受到外力作用時電阻發(fā)生變化，其中的電阻變化主要是由 電阻應(yīng)變效應(yīng) 形成的，而的電阻變化主要是由 溫度效應(yīng)造成的。 半導(dǎo)體 材料傳感器的靈敏度較大。3、在變

5、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，而單個空氣隙磁阻的大小可用公式 _ 表示。1.熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢是由兩種導(dǎo)體的接觸電勢和單一導(dǎo)體的溫差電勢組成的，其表達式為Eab（T,To）=。在熱電偶溫度補償中，補償導(dǎo)線法（即冷端延長線法）是在連接導(dǎo)線 和熱電偶之間，接入延長線它的作用是將熱電偶的參考端移至離熱源較遠并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，以減小冷端溫度變化的影響。（7分）3.電位器或電阻傳感器按特性不同，可分為線性電位器和非線性電位器。線性電位器的理想空載特性曲線具有嚴格的線性關(guān)系。假定電位器全長為Xmax，其總電阻為Rm

6、ax，它的滑臂間的阻值可以用Rx=來計算。假定加在電位器A、B之間的電壓為Vmax，則輸出電壓為Vx=。其電阻靈敏度RI=。電壓靈敏度RU=。（7分）5.磁電式傳感器是利用 導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運動而在導(dǎo)體兩端 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)）而輸出電勢的?；魻柺絺鞲衅骺捎脕頊y量電流，磁場，位移，壓力。（6分）8.測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)通常用 輸入量與輸出量的對應(yīng)關(guān)系 來表征（5分）1、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）。2、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

7、距型變介電常數(shù)型）是線性的關(guān)系。3、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 反比簡答題2 簡述熱電偶的工作原理。（6分）答：熱電偶的測溫原理基于物理的“熱電效應(yīng)”。所謂熱電效應(yīng)，就是當(dāng)不同材料的導(dǎo)體組成一個閉合回路時，若兩個結(jié)點的溫度不同，那么在回路中將會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。兩點間的溫差越大，產(chǎn)生的電動勢就越大。引入適當(dāng)?shù)臏y量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大小。3 以石英晶體為例簡述壓電效應(yīng)產(chǎn)生的原理。（6分）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

8、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)，但它具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應(yīng)。4 簡述電阻應(yīng)變片式傳感器的工作原理（6分）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)生機械變形時，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。1、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？（10分）答：傳感器的特性是指傳

9、感器所特有性質(zhì)的總稱。而傳感器的輸入輸出特性是其基本特性，一般把傳感器作為二端網(wǎng)絡(luò)研究時，輸入輸出特性是二端網(wǎng)絡(luò)的外部特性，即輸入量和輸出量的對應(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-輸出特性。動態(tài)特性指當(dāng)輸入量隨時間變化時傳感器的輸入-輸出特性?？梢詮臅r域和頻域來研究動態(tài)特性2、簡述霍爾電動勢產(chǎn)生的原理。（5分）答：一塊半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強度為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，因此后端面帶負電，前端面帶正電，在前后

10、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UH。二、寄生電容與電容傳感器相關(guān)聯(lián)影響傳感器的靈敏度，它的變化為虛假信號影響傳感器的精度。試闡述消除和減小寄生電容影響的幾種方法和原理。（15分）三、在生產(chǎn)過程中測量金屬板的厚度，非金屬板材的鍍層厚度時常用渦流傳感器。試簡要敘述說明利用渦流傳感器測量金屬板厚度的工作原理及實現(xiàn)工藝。（15）1 光纖傳感器的工作原理。（4分）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

11、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。5、什么是傳感器靜態(tài)特性。（4分）答：傳感器的靜態(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出特性。三、什么叫做熱電動勢、接觸電動勢和溫差電動勢？說明勢電偶測溫原理及其工作定律的應(yīng)用。分析熱電偶測溫的誤差因素，并說明減小誤差的方法（10分）答：熱電動勢：兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A、B串接成一個閉

12、合回路，并使兩個結(jié)點處于不同的溫度下，那么回路中就會存在熱電勢。因而有電流產(chǎn)生相應(yīng)的熱電勢稱為溫差電勢或塞貝克電勢，通稱熱電勢。 接觸電動勢：接觸電勢是由兩種不同導(dǎo)體的自由電子，其密度不同而在接觸處形成的熱電勢。它的大小取決于兩導(dǎo)體的性質(zhì)及接觸點的溫度，而與導(dǎo)體的形狀和尺寸無關(guān)。溫差電動勢：是在同一根導(dǎo)體中，由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的一種電勢。熱電偶測溫原理：熱電偶的測溫原理基于物理的“熱電效應(yīng)”。所謂熱電效應(yīng)，就是當(dāng)不同材料的導(dǎo)體組成一個閉合回路時，若兩個結(jié)點的溫度不同，那么在回路中將會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。兩點間的溫差越大，產(chǎn)生的電動勢就越大。引入適當(dāng)?shù)臏y量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大

13、小。4、 霍爾元件能夠測量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電勢的概念是什么？溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？ 答：霍爾組件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動、轉(zhuǎn)速等。 霍爾組件的不等位電勢是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無外加磁場時，兩輸出電極之間的空載電勢，可用輸出的電壓表示。 溫度補償方法：a. 分流電阻法：適用于恒流源供給控制電流的情況。 b .電橋補償法一、填空（在下列括號中填入實適當(dāng)?shù)脑~匯，使其原理成立 5分）1用石英晶體制作的壓電式傳感器中，晶面上產(chǎn)生的電荷與作用在晶面上的壓強成正比，而與晶片幾何尺寸和面積無關(guān)。2把被測非電量的變化轉(zhuǎn)換成線圈互感變化的互感式傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成

14、的，其次級繞組都用同名端反向形式連接，所以又叫差動變壓器式傳感器。3閉磁路變隙式電感傳感器工作時，銜鐵與被測物體連接。當(dāng)被測物體移動時，引起磁路中氣隙尺寸發(fā)生相對變化，從而導(dǎo)致圈磁阻的變化。4電阻應(yīng)變片是將被測試件上的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻的傳感元件。5影響金屬導(dǎo)電材料應(yīng)變靈敏系數(shù)K。的主要因素是 導(dǎo)電材料幾何尺寸的變化。二、選擇題1電阻應(yīng)變片的線路溫度補償方法有（ A.B.D ）。 A差動電橋補償 B補償塊粘貼補償應(yīng)變片電橋補償法C補償線圈補償法D恒流源溫度補償電路法2電阻應(yīng)變片的初始電阻數(shù)值有多種，其中用的最多的是（B）。 A 60 B120 C200 D3503通常用應(yīng)變式傳感器測量（BCD）。

15、 A溫度 B速度 C加速度 D壓力4當(dāng)變間隙式電容傳感器兩極板間的初始距離d增加時，將引起傳感器的（B,D）。 A靈敏度增加 B靈敏度減小 C非統(tǒng)性誤差增加 D非線性誤差減小5在光線作用下，半導(dǎo)體的電導(dǎo)率增加的現(xiàn)象屬于（BD）。 A外光電效應(yīng) B內(nèi)光電效應(yīng) C光電發(fā)射 D光導(dǎo)效應(yīng)傳感器與應(yīng)用一、填空題（每空1分，共25分）1傳感器的靈敏度是指穩(wěn)態(tài)標(biāo)準條件下，輸出 變化量 與輸入變化量 的比值。對線性傳感器來說，其靈敏度是 一常數(shù) .2用彈性元件和電阻應(yīng)變片及一些附件可以組成應(yīng)變片傳感器，按用途劃分用應(yīng)變式 力 傳感器、應(yīng)變式 加速度傳感器等（任填兩個）。3.采用熱電阻作為測量溫度的元件是將溫度

16、 的測量轉(zhuǎn)換為 電阻的測量。 4單線圈螺線管式電感傳感器主要由線圈、鐵磁性外殼和可沿線圈軸向 移動的活動鐵芯 組成。5利用渦流式傳感器測量位移時，為了得到較好的線性度和較好的靈敏度，應(yīng)該讓線圈與被測物的距離大大小于 線圈半徑6空氣介質(zhì)變隙式電容傳感器中，提高靈敏度和減少非線性誤差是矛盾的，為此實際中大都采用 差動 式電容傳感器7振筒式傳感器是以均勻 薄壁圓筒 作為敏感元件，將被測氣體壓力或密度的變化轉(zhuǎn)換成 頻率。8由光電管的光譜特性看出，檢測不同顏色的光需要選用光電陰極材料不同的光電管，以便利用光譜特性 靈敏度較高 的區(qū)段。9按熱電偶本身結(jié)構(gòu)劃分，有 普通 熱電偶、鎧裝熱電偶、薄膜 熱電偶。1

17、0硒光電池的光譜響應(yīng)區(qū)段與 人類 相近，因而得到應(yīng)用。11熱敏電阻正是利用半導(dǎo)體 載流子數(shù)目隨著溫度變化而變化的特性制成的 溫度 敏感元件。12當(dāng)半導(dǎo)體材料在某一方向承受應(yīng)力時，它的 電阻率發(fā)生顯著變化的現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)。用這個原理制成的電阻稱固態(tài) 壓敏電阻 。13磁敏二極管工作時加 正向 電壓。由于它的磁靈敏很高，特別適用于測量 弱磁場 。二、選擇題（每小題2分，共16分，7、8兩題答案不止一個）1電阻應(yīng)變片的初始電阻數(shù)值有多種,其中用的最多的是 （B）。A 60B 120C 200D 3502電渦流式傳感器激磁線圈的電源是（ C ）。A 直流 B 工頻交流 C高頻交流 D低頻交流3變

18、間隙式電容傳感器的非線性誤差與極板間初始距離d0之間是（B）。A 正比關(guān)系B 反比關(guān)系C 無關(guān)系4單色光的波長越短，它的（A ）。 A 頻率越高，其光子能量越大 B 頻率越低，其光子能量越大 C 頻率越高，其光子能量越小 D 頻率越低，其光子能量越小5熱電偶可以測量（ C ）。 A 壓力 B 電壓 C 溫度 D 熱電勢6光敏電阻適于作為（B ）。 A 光的測量元件 B 光電導(dǎo)開關(guān)元件 C 加熱元件 D 發(fā)光元件7目前我國使用的鉑熱電阻的測量范圍是（ AD ）。A -200850 B -50850 C -200150 D -2006508差動變壓器傳感器的配用測量電路主要有 （ AB ）。A 差

19、動相敏檢波電路 B 差動整流電路 C 直流電橋 D 差動電橋一、單項選擇題1下列被測物理量適合于使用紅外傳感器進行測量的是（c ） A壓力 B力矩 C溫度 D厚度2屬于傳感器動態(tài)特性指標(biāo)的是（ d ） A重復(fù)性 B線性度 C靈敏度 D固有頻率3按照工作原理分類，固體圖象式傳感器屬于（ a ） A光電式傳感器 B電容式傳感器 C壓電式傳感器 D磁電式傳感器4測量范圍大的電容式位移傳感器的類型為（ d ） A變極板面積型 B變極距型 C變介質(zhì)型 D容柵型5利用相鄰雙臂橋檢測的應(yīng)變式傳感器，為使其靈敏度高、非線性誤差?。?c ） A兩個橋臂都應(yīng)當(dāng)用大電阻值工作應(yīng)變片 B兩個橋臂都應(yīng)當(dāng)用兩個工作應(yīng)變片

20、串聯(lián) C兩個橋臂應(yīng)當(dāng)分別用應(yīng)變量變化相反的工作應(yīng)變片 D兩個橋臂應(yīng)當(dāng)分別用應(yīng)變量變化相同的工作應(yīng)變片6影響壓電式加速度傳感器低頻響應(yīng)能力的是（ d ） A電纜的安裝與固定方式 B電纜的長度 C前置放大器的輸出阻抗 D前置放大器的輸入阻抗7固體半導(dǎo)體攝像元件CCD是一種（ c ） APN結(jié)光電二極管電路 BPNP型晶體管集成電路 CMOS型晶體管開關(guān)集成電路 DNPN型晶體管集成電路8將電阻R和電容C串聯(lián)后再并聯(lián)到繼電器或電源開關(guān)兩端所構(gòu)成的RC吸收電路，其作用是（ d ） A抑制共模噪聲 B抑制差模噪聲 C克服串?dāng)_ D消除電火花干擾9在采用限定最大偏差法進行數(shù)字濾波時，若限定偏差Y0.01，本次采樣值為0.315，上次采樣值為0.301，則本次采樣值Yn應(yīng)選為（ a ） A0.301 B0.303 C0.308 D0.31510若模/數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出二進制數(shù)的位數(shù)為10，最大輸入信號為2.5V，則該轉(zhuǎn)換器能分辨出的最小輸入電壓信號為（ b ） A1.22mV B2.44mV C3.66mV D4.88mV11周期信號的自相關(guān)函數(shù)必為（ a ） A周期偶函數(shù) B非周期偶函數(shù) C周期奇函數(shù) D非周期奇函數(shù)12已知函數(shù)x(t)的傅里葉變換為X（f），則函數(shù)y(t)=2x(3t)的傅里葉變換為（ b ） A2X() BX() CX(f) D2X(f)二、填空