傳感器與檢測(cè)技術(shù)

《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》試題一、填空：（20分）1，測(cè)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(qiáng)度相單位控制電流時(shí)的霍爾電勢(shì)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(dòng)勢(shì)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)生的熱電勢(shì)是兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)和單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)組成的，其表達(dá)式為Eab（T，To）=。在熱電偶溫度補(bǔ)償中補(bǔ)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(yuǎn)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(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(chǎng)的作用下會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，這種現(xiàn)象稱為負(fù)壓電效應(yīng)。（2分）6.變氣隙式自感傳感器，當(dāng)街鐵移動(dòng)靠近鐵芯時(shí)，鐵芯上的線圈電感量（①增加②減?、鄄蛔儯?分）7.儀表的精度等級(jí)是用儀表的（①相對(duì)誤差②絕對(duì)誤差③引用誤差）來表示的（2分）8.電容傳感器的輸入被測(cè)量與輸出被測(cè)量間的關(guān)系，除（①變面積型②變極距型③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/XmaxRmax,來計(jì)算，其中電阻靈敏度Rr=①2p(b+h)/At,1、變面積式自感傳感器，當(dāng)銜鐵移動(dòng)使磁路中空氣縫隙的面積增大時(shí)，鐵心上線圈的電感量（①增大，②減小，③不變）2、在平行極板電容傳感器的輸入被測(cè)量與輸出電容值之間的關(guān)系中，（①變面積型，②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的大小與原方線圈的匝數(shù)成（①正比，②反比，③不成比例），與副方線圈的匝數(shù)成（①正比，②反比，③不成比例），與回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。4、傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，傳感器通常由直接響應(yīng)于被測(cè)量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號(hào)輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的信號(hào)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①_金屬_材料和②半導(dǎo)體材料。它們?cè)谑艿酵饬ψ饔脮r(shí)電阻發(fā)生變化，其中①的電阻變化主要是由電阻應(yīng)變效應(yīng)形成的，而②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(gè)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(shì)是由兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)和單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)組成的，其表達(dá)式為Eab（T,To）=。在熱電偶溫度補(bǔ)償中，補(bǔ)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(yuǎn)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(yán)格的線性關(guān)系。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=來計(jì)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(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)的。而霍爾式傳感器為霍爾元件在磁場(chǎng)中有電磁效應(yīng)（霍爾效應(yīng)）而輸出電勢(shì)的?；魻柺絺鞲衅骺捎脕頊y(cè)量電流，磁場(chǎng)，位移，壓力。（6分）8.測(cè)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(duì)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(dòng)使磁路中空氣縫隙的面積增大時(shí)，鐵心上線圈的電感量（①增大②減?、鄄蛔儯?。2、平行極板電容傳感器的輸入被測(cè)量與輸出電容值之間的關(guān)系中，（①變面積型②變極距型③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(cè)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(gè)閉合回路時(shí)，若兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度不同，那么在回路中將會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。兩點(diǎn)間的溫差越大，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)就越大。引入適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的大小，就可測(cè)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(shí)，由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時(shí)在兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)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(shí)，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(duì)石英晶體施加一定變電場(chǎng)，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場(chǎng)撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。石英晶體整個(gè)晶體是中性的，受外力作用而變形時(shí)，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(jī)械變形時(shí)，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。1、什么是傳感器動(dòng)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(dòng)態(tài)特性？（10分）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(shí)，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(duì)應(yīng)關(guān)系。由于輸入量的狀態(tài)（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)）不同分靜態(tài)特性和動(dòng)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(shí)傳感器輸入-輸出特性。動(dòng)態(tài)特性指當(dāng)輸入量隨時(shí)間變化時(shí)傳感器的輸入-輸出特性?？梢詮臅r(shí)域和頻域來研究動(dòng)態(tài)特性2、簡述霍爾電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原理。（5分）答：一塊半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)(磁場(chǎng)方向垂直于薄片)中，當(dāng)有電流I流過時(shí)，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(chǎng)，該電場(chǎng)產(chǎn)生的力阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)當(dāng)兩力相平衡時(shí)，電子積累也平衡，這時(shí)在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電場(chǎng)，相應(yīng)的電勢(shì)稱為霍爾電勢(shì)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(hào)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(cè)量金屬板的厚度，非金屬板材的鍍層厚度時(shí)常用渦流傳感器。試簡要敘述說明利用渦流傳感器測(cè)量金屬板厚度的工作原理及實(shí)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(shí)，就會(huì)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(cè)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(shí)傳感器輸入—輸出特性。三、什么叫做熱電動(dòng)勢(shì)、接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)？說明勢(shì)電偶測(cè)溫原理及其工作定律的應(yīng)用。分析熱電偶測(cè)溫的誤差因素，并說明減小誤差的方法（10分）答：=1\*GB3①熱電動(dòng)勢(shì)：兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A、B串接成一個(gè)閉合回路，并使兩個(gè)結(jié)點(diǎn)處于不同的溫度下，那么回路中就會(huì)存在熱電勢(shì)。因而有電流產(chǎn)生相應(yīng)的熱電勢(shì)稱為溫差電勢(shì)或塞貝克電勢(shì)，通稱熱電勢(shì)。=2\*GB3②接觸電動(dòng)勢(shì)：接觸電勢(shì)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(shì)。它的大小取決于兩導(dǎo)體的性質(zhì)及接觸點(diǎn)的溫度，而與導(dǎo)體的形狀和尺寸無關(guān)。=3\*GB3③溫差電動(dòng)勢(shì)：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(shì)。=4\*GB3④熱電偶測(cè)溫原理：熱電偶的測(cè)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(gè)閉合回路時(shí)，若兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度不同，那么在回路中將會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。兩點(diǎn)間的溫差越大，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)就越大。引入適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的大小，就可測(cè)得溫度的大小?；魻栐軌驕y(cè)量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電勢(shì)的概念是什么？溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？答：霍爾組件可測(cè)量磁場(chǎng)、電流、位移、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等?；魻柦M件的不等位電勢(shì)是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無外加磁場(chǎng)時(shí)，兩輸出電極之間的空載電勢(shì)，可用輸出的電壓表示。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)償法一、填空（在下列括號(hào)中填入實(shí)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(qiáng)成正比，而與晶片幾何尺寸和面積無關(guān)。2．把被測(cè)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的，其次級(jí)繞組都用同名端反向形式連接，所以又叫差動(dòng)變壓器式傳感器。3．閉磁路變隙式電感傳感器工作時(shí)，銜鐵與被測(cè)物體連接。當(dāng)被測(cè)物體移動(dòng)時(shí)，引起磁路中氣隙尺寸發(fā)生相對(duì)變化，從而導(dǎo)致圈磁阻的變化。4．電阻應(yīng)變片是將被測(cè)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(bǔ)償方法有（A.B.D）。A．差動(dòng)電橋補(bǔ)償B．補(bǔ)償塊粘貼補(bǔ)償應(yīng)變片電橋補(bǔ)償法C．補(bǔ)償線圈補(bǔ)償法D．恒流源溫度補(bǔ)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．60ΩB．120ΩC．200ΩD．350Ω3．通常用應(yīng)變式傳感器測(cè)量（BCD）。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(shí)，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(zhǔn)條件下，輸出變化量與輸入變化量的比值。對(duì)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(gè)）。3.采用熱電阻作為測(cè)量溫度的元件是將溫度的測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻的測(cè)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(dòng)的活動(dòng)鐵芯組成。5．利用渦流式傳感器測(cè)量位移時(shí)，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(cè)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(shí)際中大都采用差動(dòng)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(cè)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(cè)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。10．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(shí)，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(gè)原理制成的電阻稱固態(tài)壓敏電阻。13．磁敏二極管工作時(shí)加正向電壓。由于它的磁靈敏很高，特別適用于測(cè)量弱磁場(chǎng)。二、選擇題（每小題2分，共16分，7、8兩題答案不止一個(gè)）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）。A60ΩB120ΩC200ΩD350Ω2．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(cè)量（C）。A壓力B電壓C溫度D熱電勢(shì)6．光敏電阻適于作為（B）。A光的測(cè)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(cè)量范圍是（AD）。A-200～850℃B-50～850℃C-200～150℃D-200～650℃8．差動(dòng)變壓器傳感器的配用測(cè)量電路主要有（AB）。A差動(dòng)相敏檢波電路B差動(dòng)整流電路C直流電橋D差動(dòng)電橋一、單項(xiàng)選擇題1．下列被測(cè)物理量適合于使用紅外傳感器進(jìn)行測(cè)量的是（c）A．壓力B．力矩C．溫度D．厚度2．屬于傳感器動(dòng)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(cè)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(cè)的應(yīng)變式傳感器，為使其靈敏度高、非線性誤差小（c）A．兩個(gè)橋臂都應(yīng)當(dāng)用大電阻值工作應(yīng)變片B．兩個(gè)橋臂都應(yīng)當(dāng)用兩個(gè)工作應(yīng)變片串聯(lián)C．兩個(gè)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(gè)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）A．PN結(jié)光電二極管電路B．PNP型晶體管集成電路C．MOS型晶體管開關(guān)集成電路D．NPN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(jìn)行數(shù)字濾波時(shí)，若限定偏差△Y≤0.01，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）A．0.301B．0.303C．0.308D．10．若模/數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)為10，最大輸入信號(hào)為2.5V，則該轉(zhuǎn)換器能分辨出的最小輸入電壓信號(hào)為（b）A．1.22mVB．2.44mVC．3.66mVD．4.88mV11．周期信號(hào)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）A．2X()B．X()C．X(f)D．2X(f)二、填空題13．對(duì)傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)的主要目的是檢測(cè)傳感器的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。標(biāo)定(或校準(zhǔn)或測(cè)試)14．傳感器的過載能力是指傳感器在不致引起規(guī)定性能指標(biāo)永久改變的條件下，允許超過的能力。測(cè)量范圍15．傳感檢測(cè)系統(tǒng)目前正迅速地由模擬式、數(shù)字式，向