《傳感器與檢測技術(shù)》習(xí)題集5及答案

傳感器與檢測技術(shù)習(xí)題5

一、測得某檢測裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下:

X0.92.53.34.55.76.7

y1.11.62.63.24.05.0

試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度（15分）

二、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R2=R3=R是固定電阻，R1與R4是電阻應(yīng)變片，工

作時(shí)R1受拉，R4受壓，AR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(shí)△!<=（）,橋路處于平衡狀態(tài),

當(dāng)應(yīng)變片受力發(fā)生應(yīng)變時(shí)，橋路失去平衡，這時(shí)，就用橋路輸出

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）（△R/R）o（15分）

三、什么是光電效應(yīng)？試說明光纖傳感器的工作原理。（15

分）

四、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(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？請?jiān)敿?xì)推導(dǎo)分流

電阻法。（15分）

五、人門說，SMART傳感器代表著今后傳感器發(fā)展的總趨勢，為

什么？（10分）

六、什么是傳感器的可靠性？可靠性設(shè)計(jì)程序和原則是什

么？什么是傳感器的失效？失效有哪幾種？失效分析方法有哪

幾種？（10分）

七、利用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)一套濕度傳感器（包括敏感元件的選擇、

測量電路的設(shè)計(jì)、采用溫度補(bǔ)償及抗干擾措施）。（20分）

傳感器與檢測技術(shù)習(xí)題5答案

一、測得某檢測裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下：

X0.92.53.34.55.76.7

y1.11.62.63.24.05.0

試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度（15分）

答：

y=kx+b,A-=%-(k%+b)

'01n)2

帶入數(shù)據(jù)得：攵=0.68,〃=0.25

.-.y=0.68x+0.25

=

A1=0.238,A2-0-35,A3=—0.16,A4=-0.11,A5=—0.126,A6=-0.914

Zt=±-^^.xl00%=±—=±7%

Ws5

擬合直線靈敏度0.68,線性度±7%

二、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R2=R3=R是固定電阻，R1與R4是電阻應(yīng)變片，工

作時(shí)R1受拉，R4受壓，AR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(shí)AR=O,橋路處于平衡狀態(tài),

當(dāng)應(yīng)變片受力發(fā)生應(yīng)變時(shí)，橋路失去平衡，這時(shí)，就用橋路輸出

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）（AR/R）o（15分）

a

E

證:R]=R+AR,R4=R—A/?

〃一“TT_R口R匚—2R\Rc

cd~cb~曲-R+屈+R-R-hR+R~~4R2-^R2

略去項(xiàng)的第二項(xiàng)，即可得.寫

三、什么是光電效應(yīng)？試說明光纖傳感器的工作原理。（15

分）

答：當(dāng)用光照射物體時(shí)，物體受到一連串具有能量的光子的

轟擊，于是物體材料中的電子吸收光子能量而發(fā)生相應(yīng)的電效應(yīng)

（如電阻率變化、發(fā)射電子或產(chǎn)生電動(dòng)勢等）。這種現(xiàn)象稱為光

電效應(yīng)。

工作原理：利用外界物理因素改變光纖中光的強(qiáng)度，相位,

偏振態(tài)或波長從而對外界因素進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)傳輸。

四、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(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？請?jiān)敿?xì)推導(dǎo)分流

電阻法。（15分）

答：霍爾元件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速

等。

霍爾元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(shí)，兩輸出電極之間的空載電勢，可用輸出的電壓

表7Ko

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

五、人們說，SMART傳感器代表著今后傳感器發(fā)展的總趨勢，

為什么？（10分）

答：智能傳感器具有一定的人工智能，可使用電路代替一部分腦

力勞動(dòng)。和微機(jī)的結(jié)合使智能傳感器不僅有視嗅味和聽覺功能，還具

有存儲(chǔ)，思維和邏輯判斷，數(shù)據(jù)處理，自適應(yīng)能力等功能，從而使傳

感器技術(shù)提高到一個(gè)新水平。與傳統(tǒng)傳感器相比，它有精度高，可靠

性和穩(wěn)定性高，信噪比與分辨率高，自適應(yīng)強(qiáng)及性價(jià)比低等優(yōu)點(diǎn)。因

此，智能化設(shè)計(jì)的傳感器是傳感器傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的一次革命，是世界傳感

器的發(fā)展趨勢。

六、什么是傳感器的可靠性？可靠性設(shè)計(jì)程序和原則是什么？什

么是傳感器的失效？失效有哪幾種？失效分析方法有哪幾種？（10

分）

答：傳感器的可靠性是指傳感器在規(guī)定條件、規(guī)定時(shí)間，完

成規(guī)定功能的能力。

可靠性設(shè)計(jì)原則：

①盡量簡單、組件少、結(jié)構(gòu)簡單

②工藝簡單

③使用簡單

④維修簡單

⑤技術(shù)上成熟

⑥選用合乎標(biāo)準(zhǔn)的原材料和組件

⑦采用保守的設(shè)計(jì)方案

失效分析的方法：

①失效模式、效應(yīng)及危害度分析

②工藝過程FMMEA及質(zhì)量反饋分析

③失效樹分析方法

產(chǎn)品喪失完成規(guī)定功能能力所有狀態(tài)及事件的總和叫失效。

失效的分類：

①按失效發(fā)生場合分：試驗(yàn)失效、現(xiàn)場失效

②按失效的程度分：完全失效、局部失效

③按失效前功能或參數(shù)變化的性質(zhì)分：突然失效、退化失

效

④按失效排除的性質(zhì)分：穩(wěn)定性失效、間歇失效

⑤按失效的外部表現(xiàn)分：明顯失效、隱蔽失效

⑥按失效發(fā)生的原因分：設(shè)計(jì)上的失效、工藝上的失效、

使用上的失效

⑦按失效的起源分：自然失效、人為失效

⑧按與其它失效