傳感器與測試技術 簡答題

1、C傳感器無失真檢測的條件是什么？答：傳感器無失真檢測條件是：幅頻特性應當是常數(shù)（即水平直線）；相頻特性應該是線性關系。傳感器是由哪幾部分組成？各有何功能？答：傳感器一般由敏感元件、轉換元件、轉換電路三部分組成。敏感元件是直接感受被測物理量，并輸出與被測量成確定關系的某一種量。轉換元件接收敏感元件的輸出并把輸入轉換成電路的參量。轉換電路把轉換元件輸出電路參數(shù)轉換成電量輸出。測定頻響函數(shù)的方法是什么？常用輸入標準信號有哪幾種？（測定頻響函數(shù)的方法有哪幾種？）答：確定頻響函數(shù)的方法是以標準信號輸入，測出其輸山信號，從而求得需要的特性。輸入的標準信號有正弦信號、脈沖信號和階躍信號。磁電式傳感器有何優(yōu)點

2、？答：磁電式傳感器直接從被測物體吸收機械能并轉換成電信號輸出，且輸出功率大，性能穩(wěn)定，它的工作不需要電源，調理電路簡單，由于磁電式傳感器通常具有較高的靈敏度，所以一般不需要高增益放大器。超聲波的波型有幾種？是根據(jù)什么來分類的？答：超聲波的波型有縱波、橫波、表面波（亦稱瑞利波）、蘭姆波依據(jù)超聲場中質點的振動與聲能量傳播方向之間的關系來分。常用的超聲波探傷方法有哪些？各有什么特點？答：常用的超聲波探傷法有共振法、穿透法、脈沖反射法等。共振法的特點是：（1）可精確的測厚，特別適宜測量薄板及薄壁管；（2）工件表面光潔度要求高，否則不能進行測量。 穿透法具有以下特點：（1）探測靈敏度較低，不易發(fā)現(xiàn)小缺陷

3、；（2）根據(jù)能量的變化即可判斷有無缺陷，但不能定位；（3）適宜探測超聲波衰減大的材料；（4）可避免盲區(qū)，適宜探測薄板；（5）指示簡單，便于自動探傷；（6）對兩探頭的相對距離和位置要求較高。 脈沖反射法的特點是：（1）探測靈敏度高；（2）能準確地確定缺陷的位置和深度；（3）可用不同波型探測，應用范圍廣。D電橋是傳感器的常用變換電路，請畫直流電橋與交流電橋的電路圖，并列出各自的平衡條件。答：（1）直流電橋的平衡條件是：R1R3=R2R4（2）交流電橋的平衡條件是：Z1Z3=Z2Z4，Zi=zieji；也可表達為z1ej1z3ej3=z2ej2z4ej4；即Z1Z3=Z2Z4，1+3=2+4電容傳感

4、器分為變間距型、變面積型和變介電常數(shù)型三種形式，比較這三種傳感器側位移時的量程、靈敏度和線性度。答：變間距型電容傳感器的量程小，靈敏度高，輸入被測量與輸出電容之間的關系為非線性；變面積型和變介電常數(shù)型量程大，靈敏度低，傳感器的輸入被測量與輸出電容之間的關系為線性。G光電傳感器的光譜特性和頻譜特性有何區(qū)別？選用光電元件時考慮這兩種特性有何意義？答：當光敏元件加一定電壓時，如果照射在光敏元件上的是一單色光，當入射光功率不變時，光電流隨入射光波長變化而變化的關系I=f()，稱為光譜特性。光譜特性對選擇光電器件和光源有重要意義，當光電器件的光譜特性與光源的光譜分布協(xié)調一致時，光電傳感器的性能較好，效率

5、也高。在檢測中，應選擇最大靈敏度在需要測量的光譜范圍內的光敏元件，才有可能獲得最高靈敏度。在相同的電壓和相同幅值的光強度下，當入射光以不同的正弦交變頻率調，光敏元件輸出的光電流I和靈敏度S隨調制頻率f 變化的關系I=f1(f)、S=f2(f)稱為頻率特性。選擇光電器件時應選用響應頻率高的元件，以保證測量時對傳感器響應時間的要求。H畫出霍爾鉗形電流表的工作原理圖，并簡述其工作原理。答：（1）霍爾鉗形電流表的探頭是用環(huán)形鐵芯做的集束器，霍爾器件放在空隙中，由安培定律可知，在載流導體周圍會產(chǎn)生一正比于該電流的磁場。（2）霍爾元件在磁場中產(chǎn)生的霍爾電勢：UH=KHIB。電路表中霍爾元件的靈敏度KH、控

6、制電路I為定值?；魻栐敵龅幕魻栯妱觿菖c磁場成正比，通過對磁場的測量可間接測得電流的大小。畫出測試系統(tǒng)的組成框圖并說明各組成部分的作用。答：傳感器作為測試系統(tǒng)的第環(huán)節(jié)，將被測量轉化為人們所熟悉的各種信號，通常傳感器將被測量轉換成電信號；信號變換部分是對傳感器所送出的信號進行加于，如信號的放大、濾波、補償、校正、模數(shù)轉換、數(shù)模轉換等，經(jīng)過處理使傳感器輸出的信號便于傳輸、佩示或記錄：顯示與記錄部分將所測信號變?yōu)楸阌谌藗兝斫獾男问?，以供人們觀測和分析。何謂熱電阻式傳感器？常用的熱電阻類型有哪些？答：利用導電材料的電阻率隨本身溫度而變化的溫度電阻效應制成的傳感器，稱為熱電阻式傳感器。熱電阻式傳感器的

7、類型包括：鉑熱電阻、銅熱電阻、錳電阻、銦電阻等。何為傳感器的分辨力和閥值？答：分辨力是指傳感器在規(guī)定測量范圍內所能檢測出的被測輸入量的最小變化量。閥值是能使傳感器輸出端產(chǎn)生可測變化量的最小被測輸入量值，即零位附近的分辨力。J簡述電容式傳感器的工作原理。根據(jù)工作原理，電容式傳感器可分為哪幾種類型？答：兩平行極板組成的電容器，如果不考慮邊緣效應，其電容量為C=S/。當被測量的變換使（電容極板間距）、S（電容極板有效面積）或（電容極板間介質的介電常數(shù)）任一參數(shù)發(fā)生變化時，電容量C也就隨之變化，這就是電容式傳感器的工作原理。電容式傳感器分為三類：變極距（或變間隙型）、變面積型和變介電常數(shù)型。簡述傳感器

8、的選用原則與設計測試系統(tǒng)時應考慮的因素。答：傳感器選用原則和應考慮的因素：（1）仔細研究所測試的信號，分析測試環(huán)境和干擾因素。根據(jù)測試范圍確定選用什么樣的傳感器、確定測試方法、考慮傳感器的體積被測位置是否能安下，研究傳感器的來源、價格等因素。（2）傳感器的靈敏度、頻率響應特性、穩(wěn)定性、精度。設計測試系統(tǒng)時應考慮的因素：靈敏度、精準度、響應特性、線性范圍、穩(wěn)定性、測量方式、各環(huán)節(jié)之間的配合、并盡量兼顧體積下、重量輕、結構簡單、易于維修、價格便宜、便于攜帶、通用化和標準化等一系列因素。簡述電容式傳感器的優(yōu)點。答：電容式傳感器的優(yōu)點：溫度穩(wěn)定性好；結構簡單，適應性強；動態(tài)響應好；町以實現(xiàn)非接觸測量，

9、具有平均效應；靈敏度、分辨力高。接近開關有哪些？選擇接近開關應考慮哪些因素？答：（1）接近開關有渦流式、電容式、霍爾式、光電式、熱釋電，以及利用多普勒效應制成的超聲波、微波接近開關。（2）選擇接近開關應考慮應用對象、重復定位精度、開關頻率、負載接法、動作差程、以及工作電壓范圍、負載電流大小、工作溫度范圍、動作距離、通態(tài)壓降、以及斷態(tài)漏流等。 金屬應變片有哪些類型？答：電阻絲應變片和金屬箔式應變片。激光干涉?zhèn)鞲衅鞯淖饔檬菧y量長度，其基本原理就是光的干涉原理，測量精度高、分辨力高。如圖所示是邁克爾遜雙光束干涉系統(tǒng)，圖中S是光源，B是分光鏡，M1是固定反射鏡，M2是可動反射鏡，P是觀察屏處，試介紹其

10、工作原理。答：來自光源S的光經(jīng)半反半透分光鏡B后分成兩路，一路由固定反射鏡M1反射，另一路經(jīng)可動反射鏡M2和B反射，在觀察屏P處相遇產(chǎn)生干涉。當M2每移動半個光波波長時，干涉條紋亮暗變化一次，因此被測長度為x=N 0/2n。式中，x-被測長度；N干涉條紋亮暗變化次數(shù)；0真空中光波波長；n空氣折射率。 L兩金屬應變片R1和R2阻值均為120，靈敏度系數(shù)k=2；兩應變片一受拉，另一受壓，應變均為1000。兩者接入直流電橋組成半橋雙臂工作電橋，電源電壓U=5V。求1) R和R/R；2) 電橋的輸出電壓Uo。答：靈敏度系數(shù)k=R/（R）=2應變均為1000，即=0.001則R/R=2=0.002，R=

11、0.002R=0.002×120=0.24電橋輸出電壓U0=U（R1+R)/(R1+R+R2+R)+U/2=0.005V螺管型電感傳感器與變氣隙型電感傳感器各有何優(yōu)點？答：（1）變氣隙型電感傳感器靈敏度高，因而它對電路的放大倍數(shù)要求低。它的主要缺點是非線性嚴重，為了減少非線性，量程就必須限制在較小范圍內，通常為氣隙0的1/5以下，同時，這種傳感器裝配制造困難。（2）螺管型電感傳感器靈敏度低，但量程大，線性度較好，制造裝配方便，批量生產(chǎn)的互換性強。N粘貼到試件上的電阻應變片，環(huán)境溫度變化會引起電阻的相對變化，產(chǎn)生虛假應變，這種現(xiàn)象稱為溫度效應，簡述產(chǎn)生這種效應的原因。答：環(huán)境溫度變化時

12、，由于敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)的存在，引起應變片電阻相對變化；環(huán)境溫度變化時，敏感柵材料和試件材料的膨脹系數(shù)不同，應變片產(chǎn)生附加的拉長(或壓縮)，引起電阻的相對變化。Q請畫出兩種霍爾元件的驅動電路，簡述其優(yōu)缺點。答： 對霍爾元件可采用恒流驅動或恒壓驅動，恒壓驅動電路簡單，但性能較差，隨著磁感應強度增加，線性變化壞，僅用于精度要求不太高的場合；恒流驅動線性度高，精度高，受溫度影響小。兩種驅動方式各有優(yōu)缺點，應根據(jù)工作要求確定驅動方式。R如圖所示是兩種光電轉速傳感器的工作原理，試介紹其工作原理。答： 反射型光電轉速傳感器在電機的轉軸上沿軸向均勻涂上黑白相間條紋。光源發(fā)出的光照在電機軸上再反射到光敏

13、元件上。由于電機轉動時電機軸上反光面和不反光面交替出現(xiàn)所以光敏元件間斷地接收光的反射信號輸出相應的電脈沖。電脈沖經(jīng)放大整形電路變換為方波根據(jù)方波的頻率就可測得電機的轉速。 直射型光電轉速傳感器在電機軸上裝有帶孔的圓盤，圓盤的一邊設置光源，另一邊放置光電元件。當光線通過圓盤上的孔時，光電元件產(chǎn)生一個電脈沖。當電機轉動時，圓盤隨著轉動，光電元件就產(chǎn)生一列與轉速及圓盤上的孔數(shù)成正比的電脈沖數(shù)，由此可測得電機的轉速。 電機的轉速n為 n60fN，式中，N圓盤的孔數(shù)或白條紋的條數(shù)；F電脈沖的頻率。如圖所示是電容式差壓傳感器結構示意圖及其轉換電路，圖中1為玻璃盤，2為鍍金層，3為金屬膜片，試介紹其工作原理

14、。答：電容式差壓傳感器由兩個玻璃盤和一個金屬膜片組成。兩個玻璃圓盤上凹盤上面各鍍以金作為電容傳感器的兩個固定電極，夾在兩凹盤中的膜片則為傳感器的可動電極。當兩邊壓力相等時，膜片處在中間位置與左、右固定電極間距相等，轉換電路輸出U0=0；當P1>P2（或P2>P1）時，膜片彎向右側（或左側)，Cdb<Cab（或Cab<Cdb），U0輸出與|P1-P2|成比例的信號。如圖所示結構可用于轉速測量,由導磁材料制成的齒輪安裝在被測轉軸上，與轉軸一起旋轉。簡述其工作原理。答：如圖所示是一種開磁路變磁通式傳感器的結構，齒輪安裝在被測轉軸上，與轉軸一起旋轉。當齒輪轉動時，每轉過一個齒，

15、磁路的磁阻就變化一次，因而磁通量也變化一次，線圈中產(chǎn)生感應電動勢，線圈中產(chǎn)生感應電動勢的變化頻率等于齒輪和轉速的乘積，由此可求得轉軸的轉速。如圖所示是帶有等位環(huán)的平板電容器結構原理圖，請介紹等位環(huán)的作用。答：使電極2的邊緣電力線平直，兩電極間的電場基本均勻，消除和減少邊緣效應，提高電容式傳感器的靈敏度和線性度。如圖所示是超聲波液位計的原理圖，簡述其工作原理。答：如圖所示是自發(fā)自收單換能器方式，換能器安裝在最高液位之上的空氣或氣體中，超聲換能器發(fā)出的超聲脈沖在氣體中從換能器傳至液面，反射后再從液面返回同一換能器而被接收。如換能器至液面的垂直距離為L，從發(fā)到收經(jīng)過的時間為t，超聲波在氣體中的傳播速

16、度為c，則L=（1/2）ct。如圖所示是PSD光學三角法測距系統(tǒng)的工作原理圖，光源發(fā)出的光經(jīng)過凸鏡L1聚焦后投向待測物體的表面。反射光由透鏡L2聚焦到一維PSD上，形成一個光點。令透鏡L1與L2間的中心距離為b，透鏡L2到PSD表面之間的距離（即透鏡L2的焦距）為f，聚焦在PSD表面的光點距離透鏡L2中心的距離為x，求待測距離D的值。答：光源發(fā)出的光經(jīng)透鏡L1聚焦后投向待側體的表面，反射光由透鏡L2聚焦到一維PSD上，形成一個光點。只要測出PSD的光點位置坐標x的值，即可測出待側體的距離。若透鏡L1與L2間的中心距離為b，透鏡L2到PSD表面之間的距離為f，聚焦在PSD表面的光點距離透鏡L2中

17、心的距離為x，則根據(jù)相似三角形的性質，可得出待測距離D為：D=bf/x。如何用磁電式傳感器測量位移和加速度？答：當傳感器結構參數(shù)和磁場的磁感應強度確定后，磁電式傳感器的感應電動勢e與線圈相對磁場的運動速度v或w成正比，可通過磁電式傳感器感應電動勢e求得線速度和角速度，再對測得的速度進行積分或微分就可求出位移和加速度。S什么是金屬應變片的橫向效應？答：沿應變片軸向的應變X，必然引起應變片電阻的相對變化，而沿垂直于應變片軸向的橫向應變X也會引起其電阻的相對變化，這種現(xiàn)象稱為橫向效應。什么是傳感器？畫出其組成框圖并介紹各個環(huán)節(jié)的功能。答：傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉換為與之有確定對應關系，以

18、便于精確處理的另外一種量的測量裝置或系統(tǒng)。傳感器一般由敏感元件、轉換元件、轉換電路三部分組成。敏感元件直接感受被測量，并輸出與被測量構成有確定關系的某一種量；轉換元件把敏感元件的輸出量轉換成電路參量（電阻、電容、電感）；轉換電路將轉換元件輸出的電路參數(shù)轉換成電量輸出。什么是傳感器的動態(tài)特性？答：傳感器的動態(tài)特性是指傳感器對隨時間變化的輸入量的響應特性。什么叫渦流效應？答：當一塊金屬導體放置在一變化的磁場小，導體內就會產(chǎn)生感應電流，這種電流像水中旋渦那樣在導體內轉囤，所以稱之為電渦流或渦流。這種現(xiàn)象就稱為渦流效應。T圖示是BYM型壓力傳感器的結構原理圖。彈簧管1的自由端與差動式電感傳感器銜鐵2相連，銜鐵2位于傳感器兩差動線圈5和6的中間位置。試介紹其工作原理。答：（1）線圈和銜鐵構成差動變氣隙自感式電感傳感器，當壓力P發(fā)生變化時，彈簧管1的自由端產(chǎn)生位移，使銜鐵2產(chǎn)生移動，使兩差動線圈5和6的電感值一個增加，一個減少。 （2）銜鐵位移的大小決定傳感器輸出信號的大小，銜鐵