傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 試卷及答案 試題一

傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)仿真試題一

試卷一（閉卷）

（考試時(shí)間90分鐘，總分80分）

題號(hào)一二三總分

分?jǐn)?shù)

評(píng)卷人

一、單項(xiàng)選擇題（本大題共10小題，每小題2分，共20分）

在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中只有一個(gè)選項(xiàng)是符合題目要求的，請(qǐng)

將正確選項(xiàng)前的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、下列不屬于按傳感器的工作原理進(jìn)行分類的傳感器是（）。

A.應(yīng)變式傳感器B.化學(xué)型傳感器

C.壓電式傳感器D.熱電式傳感器

2、傳感器的下列指標(biāo)全部屬于靜態(tài)特性的是（）

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

3、測(cè)量者在處理誤差時(shí)，下列哪一種做法是無法實(shí)現(xiàn)的（）

A.消除隨機(jī)誤差B.減小或消除系統(tǒng)誤差

C.修正系統(tǒng)誤差D.剔除粗大誤差

4、電感式傳感器采用變壓器式交流電橋測(cè)量電路時(shí)，下列說法不正確的是

（）o

A.銜鐵上、下移動(dòng)時(shí)，輸出電壓相位相反

B.銜鐵上、下移動(dòng)時(shí)，輸出電壓隨銜鐵的位移而變化

C.根據(jù)輸出的指示可以判斷位移的方向

D.當(dāng)銜鐵位于中間位置時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)

5、關(guān)于壓電式傳感器中壓電元件的連接，以下說法正確的是（）

A.與單片相比，并聯(lián)時(shí)電荷量增加1倍、電容量增加1倍、輸出電壓不

變

B.與單片相比，串聯(lián)時(shí)電荷量增加1倍、電容量增加1倍、輸出電壓增

大1倍

C.與單片相比，并聯(lián)時(shí)電荷量不變、電容量減半、輸出電壓增大1倍

D.與單片相比，串聯(lián)時(shí)電荷量不變、電容量減半、輸出電壓不變

6、在紅外技術(shù)中，一般將紅外輻射分為四個(gè)區(qū)域，即近紅外區(qū)、中紅外區(qū)、

遠(yuǎn)紅外區(qū)和（）o這里所說的“遠(yuǎn)近”是相對(duì)紅外輻射在電磁波譜中

與可見光的距離而言。

A.微波區(qū)B.微紅外區(qū)C.X射線區(qū)D.極遠(yuǎn)紅外區(qū)

7、下列關(guān)于微波傳感器的說法中錯(cuò)誤的是（）

A.可用普通電子管與晶體管構(gòu)成微波振蕩器

B.天線具有特殊結(jié)構(gòu)使發(fā)射的微波具有尖銳的方向性

C.用電流一電壓特性呈非線性的電子元件做探測(cè)微波的敏感探頭

D.可分為反射式和遮斷式兩類

8、若已知超聲波傳感器垂直安裝在被測(cè)介質(zhì)底部，超聲波在被測(cè)介質(zhì)中的

傳播速度為1480m/s,測(cè)量時(shí)間間隔為200us,則物位高度為（）

A.296mmB.148mm

C.74mmD.條件不足，無法求出

9、現(xiàn)有一個(gè)采用4位循環(huán)碼碼盤的光電式編碼器，碼盤的起始位置對(duì)應(yīng)的

編碼是0011,終止位置對(duì)應(yīng)的編碼是0101,則該碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角度可能會(huì)

是（）

A.45°B.60°C.90°D.120°

10、用N型材料SnCh制成的氣敏電阻在空氣中經(jīng)加熱處于穩(wěn)定狀態(tài)后，

與氧氣接觸后（）

A.電阻值變小B.電阻值變大

C.電阻值不變D.不確定

二、簡(jiǎn)答題（本大題共5小題，每小題6分，共30分）

1、什么是傳感器？傳感器的共性是什么？

2、試推導(dǎo)差動(dòng)變隙式電感傳感器的靈敏度，并與單極式相比較。

3、結(jié)合下圖說明霍爾式微位移傳感器是如何實(shí)現(xiàn)微位移測(cè)量的?

4、光在光纖中是怎樣傳輸?shù)模繉?duì)光纖及入射光的入射角有什么要求？

5、簡(jiǎn)述計(jì)量光柵的結(jié)構(gòu)和基本原理。

三、分析計(jì)算題（本大題共3小題，每小題10分，共30分）

注意：自動(dòng)化、也與專業(yè)的學(xué)生第1小題必做，并從第2-4小

題中選做兩個(gè)小題；測(cè)控專業(yè)的學(xué)生在4個(gè)小題中任選3個(gè)小題。

1、銅電阻的電阻值R與溫度f之間的關(guān)系為&=在不同溫度

下，測(cè)得銅電阻的電阻值如下表所示。請(qǐng)用最小二乘法求0C時(shí)的銅電阻

的電阻值用和銅電阻的電阻溫度系數(shù)。。

^/℃

20.030.040.050.0

齒/c

76.580.082.585.0

2、試計(jì)算某壓力傳感器的遲滯誤差和重復(fù)性誤差（一組測(cè)試數(shù)據(jù)如下表

示）。

輸出電壓(mV)

行程輸入壓力

(1)(2)(3)

(X105Pa)

2.0190.9191.1191.3

4.0382.8383.2383.5

6.0575.8576.1576.6

正行程

8.0769.4769.8770.4

10.0963.9964.6965.2

10.0964.4965.1965.7

8.0770.6771.0771.4

6.05773577.4578.4

反行程

4.0384.1384.2384.7

2.0191.6191.6192.0

3、電阻應(yīng)變片阻值為120。，靈敏系數(shù)K=2,沿縱向粘貼于直徑為

0.05機(jī)的圓形鋼柱表面，鋼材的彈性模量七=2x10"http://加2,〃=0.3,

(1)求鋼柱受9.8X1()4N拉力作用時(shí)應(yīng)變片電阻的變化量△/?和相對(duì)變

AR

化量——;(2)又若應(yīng)變片沿鋼柱圓周方向粘貼，問受同樣拉力作用時(shí)應(yīng)

R

變片電阻的相對(duì)變化量為多少？

4、己知分度號(hào)為S的熱電偶冷端溫度為to=2O℃,現(xiàn)測(cè)得熱電勢(shì)為

11.710mV,求被測(cè)溫度為多少度?(E(20,0)=0.113mv)

工作端0204060708090

溫度(℃)熱電動(dòng)勢(shì)(mv)

110010.75410.99111.22911.46711.58711.70711.827

試卷二（開卷）

（考試時(shí)間30分鐘，總分20分）

題號(hào)評(píng)卷人得分

綜合設(shè)計(jì)分析題

綜合設(shè)計(jì)分析題（本大題共20分）

如圖為二極管環(huán)形檢波測(cè)量電路。G和為差動(dòng)式電容傳感器，C?為

濾波電容，RL為負(fù)載電阻，R。為限流電阻，U尸為正弦波信號(hào)源。設(shè)&很

C

大，并且c3?G，C3?2。

（D試分析此電路工作原理；

⑵畫出輸出端電壓在G=。2、G>g、G<02三種情況下波

形；

（3）推導(dǎo)uAB=/（G,C2）的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

B

傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)仿真試題一參考答案

可看一

一、單項(xiàng)選擇題（本大題共10小題，每小題2分，共20分）

在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中只有一個(gè)選項(xiàng)是符合題目要求的,請(qǐng)將正

確選項(xiàng)前的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、B2、C3、A4、C5、A

6、D7、A8、B9、C10、B

二、簡(jiǎn)答題（本大題共5小題，每小題6分，共30分）

1、什么是傳感器？傳感器的共性是什么？

答：傳感器是能夠感受被測(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。傳感器是實(shí)現(xiàn)傳感功能的基本部件。

傳感器的共性就是利用物理定律和物質(zhì)的物理、化學(xué)或生物特性，將非

電量（如位移、速度、加速度、力等）轉(zhuǎn)換成電量（電壓、電流、電容、電

阻等等

2、試推導(dǎo)差動(dòng)變隙式電感傳感器的靈敏度，并與單極式相比較。

答：設(shè)兩差動(dòng)線圈初始?xì)庀逗穸染鶠槠?，初始電感均為品，?/p>

o=^r

當(dāng)銜鐵向上移動(dòng)AS時(shí)，則

吸入

L]—LJQ+=L?——A/。=

2(2—A5)2（2+岫

AL=AL14-AL2=L,—L2

叫4嗎4i

-----------------------------------------------=ALc-------------------------

20。-AS)2(50+Ab)。品「(△外2

品

A5?

當(dāng)Ab?5o時(shí)，\L?2L—

0&)

，靈敏度為：K

由此可見，與單極式相比，其靈敏度提高了一倍（單極式為

K_刈_L。

A------------------Jo

\S4

3、結(jié)合下圖說明霍爾式微位移傳感器是如何實(shí)現(xiàn)微位移測(cè)量的？

答：霍爾元件處于中間位置時(shí)，同時(shí)受到大小相等、方向相反的磁通作用，

磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0,因此霍爾元件輸出的霍爾電勢(shì)用=0,位移AZ=0。若霍爾

元件沿Z向移動(dòng)，在兩磁鐵中產(chǎn)生相對(duì)位移，霍爾元件感受到的磁感應(yīng)強(qiáng)度

BwO,UH=K“IB=K。。,其量值大小反映出霍爾元件與磁鐵之間

相對(duì)位置的變化量。

所以，霍爾電勢(shì)為與位移量AZ成線性關(guān)系，且霍爾電勢(shì)的極性反映

了霍爾片的移動(dòng)方向（位移方向）。磁場(chǎng)變化率越大，靈敏度越高，可測(cè)1

2mm的小位移，動(dòng)態(tài)范圍達(dá)5mmo

4、光在光纖中是怎樣傳輸?shù)?？?duì)光纖及入射光的入射角有什么要求？

答：光在同一種介質(zhì)中是直線傳播的，當(dāng)光線以不同的角度入射到光纖端面

時(shí)，在端面發(fā)生折射進(jìn)入光纖后，又入射到折射率較大的光密介質(zhì)（纖芯）

與折射率較小的光疏介質(zhì)（包層）的交界面，光線在該處有一部分投射到光

疏介質(zhì)，一部分反射回光客介質(zhì)。

對(duì)光纖的要求是包層和纖芯的折射率不同，且纖芯的折射率大于包層的

折射率。對(duì)入射角的要求是入射角小于臨界角。

5、簡(jiǎn)述計(jì)量光柵的結(jié)構(gòu)和基本原理。

答：計(jì)量光柵傳感器的結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)部分：光電轉(zhuǎn)換裝置和光柵數(shù)顯表，其

中前者又包括以下四個(gè)部分：①主光柵（又稱標(biāo)尺光柵），均勻地刻劃有透光

和不透光的線條；②指示光柵，刻有與主光柵同樣刻線密度的條紋；③光路

系統(tǒng)，包括光源和透鏡；④光電元件。計(jì)量光柵主要利用了莫爾條紋現(xiàn)象。

主光柵與指示光柵的柵線疊合在一起，中間保持很小的夾角6,在大致垂直

于柵線的方向上會(huì)出現(xiàn)明暗相間的條紋，稱為莫爾條紋。光柵測(cè)量原理就是

以移動(dòng)的莫爾條紋的數(shù)量來確定位移量，其分辨率為光柵柵距。

三、分析計(jì)算題（本大題共3小題，每小題10分，共30分）

注意：自動(dòng)化、也先專業(yè)的學(xué)生第1小題必做，并從第2-4小題

中選做兩個(gè)小題；測(cè)控專業(yè)的學(xué)生在4個(gè)小題中任選3個(gè)小題。

1、銅電阻的電阻值R與溫度f之間的關(guān)系為N=R（l+a-r）,在不同溫度下,

測(cè)得銅電阻的電阻值如下表所示。請(qǐng)用最小二乘法求0℃時(shí)的銅電阻的電阻

值《和銅電阻的電阻溫度系數(shù)a。

/,/℃

20.030.040.050.0

76.580.082.585.0

解：誤差方程2-為（1+。力）=9i=1,2,3,4

令為=為，七a用

-120.0-765

130.080.0

系數(shù)矩陣4=,直接測(cè)得值矩陣乙=

140.082.5

150.085.0

四

被測(cè)量估計(jì)矩陣x=

x2

由最小二乘法：A成二A2,則

120.0

1111130.04140

20.030.040.050.0140.01405400

150.0

76.5

111180.0324

ArL=

20.030.040.050.082.511480

85.0

?"A4|=2000H0

A215400-140

.?.(AA)

4222000-1404

,,5400-1401324-71.2

：.X=\AA\-'AL=如48Q

2000-14040.28

/.?Q=X]=71.2(Q)

。=028=3.93x10-3(/℃)

為71.2

2、試計(jì)算某壓力傳感器的遲滯誤差和重復(fù)性誤差（一組測(cè)試數(shù)據(jù)如下表示）。

輸出電壓(mV)

行程輸入壓力

(1)(2)(3)

(X105Pa)

2.0190.9191.1191.3

4.0382.8383.2383.5

6.0575.8576.1576.6

正行程

8.0769.4769.8770.4

10.0963.9964.6965.2

10.0964.4965.1965.7

8.0770.6771.0771.4

6.0577.3577.4578.4

反行程

4.0384.1384.2384.7

2.0191.6191.6192.0

解：①遲滯誤差：

???遲滯誤差7〃=±^!■竺皿X100%

2YFS

A第一次測(cè)量：由所給數(shù)據(jù)可得△"nuix=L5，=964.4,

=±l^jnaxx100%=±--^-X1OO%=±0.08%

2y收2964.4

B第二次測(cè)量：由所給數(shù)據(jù)可得△”max=L3，y附=965.1,

Amax

=±1X100%=±-^-x100%=±0.07%

2力2965.1

C第三次測(cè)量：由所給數(shù)據(jù)可得A"max=L8，?s=965.7,

A=±-—x100%=±1-!^-x100%=±0.09%

H32yF52965.7

②重復(fù)性誤差：

由所給數(shù)據(jù)可得，

正行程：A/?lmax=1.3,反行程：△凡mx=L3

J△Rmux=gX(4R"ax，AR2max)=L3

又yps=965.7

?,?重復(fù)性誤差

yR=100%=±-^-x100%=±0.13%

加965.7

3、電阻應(yīng)變片阻值為120Q,靈敏系數(shù)K=2,沿縱向粘貼于直徑為0.05加

的圓形鋼柱表面，鋼材的彈性模量E=2xlO"N//2,〃=0.3,(1)求鋼

AD

柱受9.8xl()4N拉力作用時(shí)應(yīng)變片電阻的變化量△/?和相對(duì)變化量空；

R

(2)又若應(yīng)變片沿鋼柱圓周方向粘貼，問受同樣拉力作用時(shí)應(yīng)變片電阻的相

對(duì)變化量為多少？

解:⑴)罕二s且Q噎

△R〃F2x9.8x104

/.——=K——=------------------------=0.05%

.kE3.14X(竿)x2xl0"

\R=0.05%&=120x0.05%=0.06(Q)

A/?v

(2)--==-LI￡X=-0.3x0.05%=-0.015%

Rv-'

4、已知分度號(hào)為S的熱電但冷端溫度為to=20℃,現(xiàn)測(cè)得熱電勢(shì)為11.710mV,

求被測(cè)溫度為多少度？(E(20,0)=0.113mv)

工作端0204060708090

溫度(℃)熱電動(dòng)勢(shì)(mv)

110010.75410.99111.22911.46711.58711.70711.827

解：E(t,to)=11.710

E(t,0℃)=E(t,to)+E(to,0*C)

11.710=E(L,0℃)-E(20℃,0)=E(l,0℃)-0.113

所以E(t,0℃)=U.823mV

查表：E(1180℃,0℃)=11.707mV,E(1190℃,0℃)=ll.827mV

EM-EL11.823-11.707

所以1乂=1+x