傳感器原理與技術(shù)A卷帶答案的

1、廈門大學(xué)傳感器原理與技術(shù)課程試卷物理與機(jī)電工程學(xué)院機(jī)電系12年級(jí)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)主考教師：王凌云 試卷類型：（A卷）一、填空題（本大題共12小題，共20個(gè)填空，每空1分， 共20分，請(qǐng)?jiān)诿啃☆}的橫線上填上正確答案，填錯(cuò)或不填均不得分。）1. 傳感器一般由 敏感元件 、 轉(zhuǎn)換元件 和 基本轉(zhuǎn)換電路 三部分組成。2. 要實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量，檢測(cè)系統(tǒng)的幅頻特性應(yīng)為 常數(shù) ，相頻特性應(yīng)為 線性 。3. 某傳感器為一階系統(tǒng)，當(dāng)受階躍信號(hào)作用時(shí)，在t=0時(shí)，輸出為10mV；t時(shí)，輸出為100mV；在t=5s時(shí)，輸出為50mV，則該傳感器的時(shí)間常數(shù)為： 8.5s。4. 產(chǎn)生電阻應(yīng)變片溫度誤差的主要因素有 電阻

2、溫度系數(shù) 的影響和 試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù) 的影響。5. 應(yīng)變式傳感器是由 彈性元件 和電阻應(yīng)變片及一些附件組成的。6. 直線的電阻絲繞成敏感柵后長(zhǎng)度相同但應(yīng)變不同，圓弧部分使靈敏度K下降了，這種現(xiàn)象稱為 橫向 效應(yīng)。7. 電感式傳感器是利用線圈 自感系數(shù) 或 互感系數(shù) 的變化實(shí)現(xiàn)測(cè)量的一種裝置。8. 電容式傳感器從原理上可分為 變極距型 、 變面積型 和 變介質(zhì)型 三種基本類型。9. 霍爾元件的零位誤差主要包括 不等位電勢(shì) 及 寄生直流電動(dòng)勢(shì) 。10. 按照工作原理的不同，可將光電式傳感器分為 光電效應(yīng)傳感器 、 紅外熱釋電探測(cè)器 、固體圖像傳感器、光纖傳感器等四大類。11. 光電

3、式傳感器由 光路 及電路兩部分組成。二、選擇題（本大題共12小題，每小題1.5分， 共18分，在每小題列出的答案中有一個(gè)或多個(gè)選項(xiàng)符合題目要求，請(qǐng)將正確地字母填在題后的括號(hào)內(nèi)，錯(cuò)選、多選和未選均不得分。）1. 傳感器按其敏感的工作原理，可以分為物理型、化學(xué)型和（ A ）三大類。A. 生物型 B. 電子型 C. 材料型 D. 薄膜型 2. 傳感技術(shù)的地位和作用主要體現(xiàn)在：( ABCD )A傳感技術(shù)是產(chǎn)品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制的重要手段B. 傳感技術(shù)在系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行監(jiān)測(cè)中得到廣泛應(yīng)用C傳感技術(shù)及裝置是自動(dòng)化系統(tǒng)不可缺少的組成部分D. 傳感技術(shù)的完善和發(fā)展推動(dòng)著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步3. 傳感技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主

4、要表現(xiàn)在以下哪幾個(gè)方面：( ABCD )A提高與改善傳感器的技術(shù)性能B開展基礎(chǔ)理論研究C傳感器的集成化 D傳感器的智能化4. 傳感器的下列指標(biāo)全部屬于其靜態(tài)特性的是（ C ）。A. 線性度、靈敏度、阻尼系數(shù) B. 幅頻特性、相頻特性、穩(wěn)態(tài)誤差C. 遲滯、重復(fù)性、漂移 D. 精度、時(shí)間常數(shù)、重復(fù)性5. 根據(jù)傳感器的構(gòu)成分類，下列屬于物性傳感器的有：（ ABD ）A.水銀溫度計(jì) B.電阻應(yīng)變式力傳感器C、變介質(zhì)型電容式傳感器 D.壓電式加速度傳感器6. 無論二階系統(tǒng)的阻尼比如何變化，當(dāng)它受到的激振力頻率等于系統(tǒng)固有頻率時(shí)，該系統(tǒng)的位移與激振力之間的相位差必為（ B ）A. 0° B. 9

5、0° C. 180° D. 在0°和90°之間反復(fù)變化的值7. 影響金屬導(dǎo)電材料應(yīng)變靈敏系數(shù)K的主要因素是（ A ）。A導(dǎo)電材料電阻率的變化 B導(dǎo)電材料幾何尺寸的變化C導(dǎo)電材料物理性質(zhì)的變化 D導(dǎo)電材料化學(xué)性質(zhì)的變化8. 直流電橋平衡的條件是（ AC ）。A相鄰兩臂電阻的比值相等 B.相對(duì)兩臂電阻的比值相等C相對(duì)橋臂阻值乘積相等 D.相鄰橋臂阻值乘積相等9. 當(dāng)變隙式電容傳感器的兩極板極間的初始距離d0增加時(shí)，將引起傳感器的（ BD ）。A靈敏度K0增加 B靈敏度會(huì)減小C非線性誤差增加 D非線性誤差減小10. 兩個(gè)壓電元件相并聯(lián)與單片時(shí)相比說法正確的是（

6、 BD ）。A. 并聯(lián)時(shí)輸出電壓不變，輸出電容是單片時(shí)的一半B. 并聯(lián)時(shí)輸出電壓不變，電荷量增加了一倍C. 并聯(lián)時(shí)電荷量增加了2倍，輸出電容為單片時(shí)2倍D. 并聯(lián)時(shí)電荷量增加了一倍，輸出電容為單片時(shí)的2倍11. 霍爾元件不等位電勢(shì)產(chǎn)生的主要原因包括（ ABD ）A霍爾電極安裝位置不對(duì)稱或不在同一等電位上B半導(dǎo)體材料不均勻造成電阻率不均勻或幾何尺寸不均勻C周圍環(huán)境溫度變化D激勵(lì)電極接觸不良造成激勵(lì)電流不均勻分配12. 以下屬于內(nèi)光電效應(yīng)的光電器件是（A B C D）。A.光敏電阻 B.光電池 C.光敏二極管 D.光敏三極管E.光電管 F.光電倍增管三、名詞解釋（本大題共4小題，每小題3分，共12

7、分）1、熱釋電效應(yīng)由于溫度的變化,熱釋電晶體和壓電陶瓷等會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的電荷中心相對(duì)位移,使它們的自發(fā)極化強(qiáng)度發(fā)生變化,從而在它們的兩端產(chǎn)生異號(hào)的束縛電荷,這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。具有這種性質(zhì)的材料稱為熱釋電體。2、熱電效應(yīng)所謂的熱電效應(yīng)，是當(dāng)受熱物體中的電子(洞)，因隨著溫度梯度由高溫區(qū)往低溫區(qū)移動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生電流或電荷堆積的一種現(xiàn)象。半導(dǎo)體或連接起來的兩種不同的金屬，當(dāng)兩端保持不同的溫度時(shí)就產(chǎn)生電流，反之，當(dāng)電流通過兩端時(shí)，一端吸熱，另一端放熱。這種現(xiàn)象叫熱電效應(yīng)。3、霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)是電磁效應(yīng)的一種，當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體的垂直于磁場(chǎng)和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差，這一現(xiàn)

8、象就是霍爾效應(yīng)。4、壓阻效應(yīng)是指當(dāng)半導(dǎo)體受到應(yīng)力作用時(shí)，由于載流子遷移率的變化，使其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。四、簡(jiǎn)答題（本大題共4小題，每小題5分，共20分）1. 電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)比應(yīng)變電阻材料本身的靈敏度系數(shù)小嗎？為什么？答：應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)k是指應(yīng)變片的阻值相對(duì)變化與試件表面上安裝應(yīng)變片區(qū)域的軸向應(yīng)變之比，而應(yīng)變電阻材料的應(yīng)變靈敏度系數(shù)k0是指應(yīng)變電阻材料的阻值的相對(duì)變化與應(yīng)變電阻材料的應(yīng)變之比。實(shí)驗(yàn)表明：k<k0，原因是粘結(jié)層傳遞應(yīng)變有損失外，另一個(gè)原因是存在橫向效應(yīng)的緣故，應(yīng)變片的敏感柵通常由多條縱柵和圓弧的橫柵組成。縱柵承受應(yīng)變時(shí)電阻增大，而橫柵電阻減小，結(jié)果導(dǎo)致總電阻變化

9、減小。2. 當(dāng)采用渦流傳感器測(cè)量金屬板厚度時(shí)，需不需要恒溫？為什么？答：溫度變化時(shí)，金屬的電阻率會(huì)發(fā)生變化，將使得渦流的滲透深度隨之變化，這將使得透射式渦流傳感器接收線圈中的感應(yīng)電壓隨溫度變化。為了防止溫度變化產(chǎn)生的電壓變化同金屬板厚度變化的電壓變化相混淆，采用渦流傳感器測(cè)量金屬板厚度時(shí)，需要采用恒溫措施或考慮溫度變化的影響。3. 磁電式傳感器與變磁阻式傳感器（自感式）有哪些異同？為什么后者可測(cè)量靜位移或距離而前者卻不能？答：相同點(diǎn)：都有線圈和活動(dòng)銜鐵 不同點(diǎn)：磁電式傳感器的線圈是繞在永久磁鋼上，而自感式傳感器的線圈是繞在不帶磁性的鐵心上。自感式傳感器的線圈的自感取決于活動(dòng)銜鐵與鐵心的距離，磁

10、電式傳感器線圈的感應(yīng)電壓取決于活動(dòng)銜鐵的運(yùn)動(dòng)速度。當(dāng)銜鐵不動(dòng)時(shí)，氣隙磁阻不變化，線圈磁通不變化，線圈就沒有感應(yīng)電壓，因此后者可測(cè)量靜位移或距離而前者卻不能。4. 光電器件的光譜特性和頻率特性的意義有什么區(qū)別？在選用光電器件時(shí)應(yīng)怎樣考慮光電器件的這兩個(gè)特性？答： 光電器件輸出的光電流與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系為光譜特性。在同樣的電壓和同樣輻照的光強(qiáng)度下，當(dāng)以不同的正弦交變頻率調(diào)制時(shí)，光電器件輸出的光電流或靈敏度與入射光強(qiáng)度變化頻率的關(guān)系稱為頻率特性。光譜特性對(duì)選擇光電器件或輻照能源有重要意義。當(dāng)光電器件的光譜特性與光源輻照能量的光譜分布協(xié)調(diào)一致時(shí)，光電傳感器的性能較好，效率較高，在檢測(cè)時(shí)，光電器件的最佳

11、靈敏度最好在需要測(cè)量的波長(zhǎng)處。選用光電器件時(shí)，應(yīng)考慮其頻率特性是否能適應(yīng)于入射光強(qiáng)度變化的情況。也就是說，光電元件的頻率響應(yīng)特性的上限頻率應(yīng)高于入射光強(qiáng)度變化的頻率。五、計(jì)算分析題（本大題共4小題，共30分）1. 用一個(gè)時(shí)間常數(shù)s的一階傳感器測(cè)量正弦信號(hào)。問：（1）如果要求限制振幅誤差在5%以內(nèi)，則被測(cè)正弦信號(hào)的頻率為多少？此時(shí)的振幅誤差是多少？（4分）（2）若用具有該時(shí)間常數(shù)的同一系統(tǒng)作50Hz信號(hào)的測(cè)試，此時(shí)的振幅誤差又是多少？（3分）解：（1）因?yàn)椋十?dāng)時(shí)，即要求，所以，固有：即被測(cè)正弦信號(hào)的頻率不能大于104Hz。此時(shí)產(chǎn)生的幅值誤差為：（2）當(dāng)作50Hz信號(hào)測(cè)試時(shí)，有2. 如果將120的應(yīng)變片貼在柱形彈性試件上，該試件的截面積m2，材料彈性模量N/m2。若由N的拉力引起應(yīng)變片電阻變化為1.2，求該應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)K。（7分）解： 應(yīng)變片電阻的相對(duì)變化為：柱狀彈性試件的應(yīng)變?yōu)椋簯?yīng)變片的靈敏度系數(shù)為：3. 一只切型的石英晶體壓電元件，其C/N，相對(duì)介電常數(shù)，橫截面積cm2，厚度cm，真空中的介電常數(shù)。求：（1）縱向受N的壓力作用時(shí)，壓電片兩電極間輸出電壓值為多大？（3分）