傳感器與自動檢測技術(shù) 試卷及答案 模擬試卷一

傳感器與自動檢測技術(shù)全真模擬試卷

（考試時間120分鐘，總分100分）

題號―-二三四總分

專分數(shù)

業(yè)

評卷人

一、單助選擇題（本大題共20小題，每小題2分，共40分）

!在每小題列出的四個選項中只有一個選項是符合題目要求的，請

：將正確選項前的字母填在題后的括號內(nèi)。錯選、多選和未選均不

密得分。

級I1、測量者在處理誤差時，下列哪一種做法是無法實現(xiàn)的（）

IA.消除隨機誤差B.減小或消除系統(tǒng)誤差

IC.修正系統(tǒng)誤差D.剔除粗大誤差

I2、不屬于傳感器靜態(tài)特性指標的是（）

訂封A.重復(fù)性B.同有頻率C.靈敏度D.漂移

姓I3、對于傳感器的動態(tài)特性，下面哪種說法不正確（）

名

IA,變面積式的電容傳感器可看作零階系統(tǒng)

IB.一階傳感器的截止頻率是時間常數(shù)的倒數(shù)

|C.時間常數(shù)越大，一階傳感器的頻率響應(yīng)越好

ID.提高二階傳感器的固有頻率，可減小動態(tài)誤差和擴大頻率響應(yīng)范圍

線4、在金屬箔式應(yīng)變片單臂單橋測力實驗中不需要的實驗設(shè)備是（）

IA.直流穩(wěn)壓電源B.低通濾波器

學(xué)IC.差動放大器D.電壓表

號5、下列不屬于電容式傳感器測量電路的是（）

?

A.調(diào)頻測量電路B.運算放大器電路

C.脈沖寬度調(diào)制電路D.相敏檢波電路

6、在二極管雙T型交流電橋中輸出的電壓U的大小與（）相關(guān)

A.僅電源電壓的幅值和頻率

B.電源電壓幅值、頻考及T型網(wǎng)絡(luò)電容G和C2大小

C.僅T型網(wǎng)絡(luò)電容。和C2大小

D.電源電壓幅值和頻發(fā)及T型網(wǎng)絡(luò)電容G大小

7、石英晶體在沿機械軸y方向的力作用下會（）

A.產(chǎn)生縱向壓電效應(yīng)B.產(chǎn)生橫向壓電效應(yīng)

C.不產(chǎn)生壓電效應(yīng)D.產(chǎn)生逆向壓電效應(yīng)

8、在運算放大器放大倍數(shù)很大時，壓電傳感器輸入電路中的電荷放大器的

輸出電壓與（）成正比。

A.輸入電荷B.反饋電容

C.電纜電容D.放大倍數(shù)

9、磁電式傳感器測量電路中引入積分電路是為了測量（）

A.位移B.速度

C.加速度D.光強

10、光敏電阻的特性是（）

A.有光照時亮電阻很大B.無光照時暗電阻很小

C.無光照時暗電流很大D.受一定波長范圍的光照時亮電流很大

11、基于光生伏特效應(yīng)工作的光電器件是（）

A.光電管B.光敏電阻

C.光電池D.光電倍噌管

12、CCD以（）為信號

A.電壓B.電流

C.電荷D.電壓或者電流

13、用N型材料Sn02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

14、若已知超聲波傳感器垂直安裝在被測介質(zhì)底部，超聲波在被測介質(zhì)中

的傳播速度為1460m/s,測量時間間隔為20us,則物位高度為（）

A.29.2mmB.14.6mm

C.7.3mmD.條件不足，無法求出

15、下列關(guān)于微波傳感器的說法中錯誤的是（）

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微波的敏感探頭

D.可分為反射式和遮斷式兩類

16、對于工業(yè)上用的紅外線氣體分析儀，下面說法中正確的是（）

A.參比氣室內(nèi)裝被分析氣體B.參比氣室中的氣體不吸收紅外線

C.測量氣室內(nèi)裝用D.紅外探測器工作在“大氣窗口”之外

17、紅外輻射的物理本質(zhì)是（）

A.核輻射B.微波輻射C.熱輻射D.無線電波

18、當(dāng)兩塊光柵的夾角很小時，光柵莫爾條紋的間距（）

A.與柵線的寬度成正比B.與柵線間寬成正比

C.與夾角近似成正比D.與柵距近似成正比

19、現(xiàn)有一個采用4位循環(huán)碼碼盤的光電式編碼器，碼盤的起始位置對應(yīng)

的編碼是0011,終止位置對應(yīng)的編碼是0101,則該碼盤轉(zhuǎn)動的角度可能

會是（）

A.45°B.60cC.90°D.120°

20、下列關(guān)于熱電偶傳感器的說法中，（）是錯誤的。

A.熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的均質(zhì)材料構(gòu)成

B.計算熱電偶的熱電勢時，可以不考慮接觸電勢

C.在工業(yè)標準中，熱電偶參考端溫度規(guī)定為0C

D.接入第三導(dǎo)體時，只要其兩端溫度相同，對總熱電勢沒有影響

二、簡答題（本大題共4小題，每小題4分，共16分）

1、解釋霍爾元件常制成薄片形狀的原因（要求給出必要的公式推導(dǎo)過程）。

2、簡述光纖傳感器的組成和工作原理。

3、簡述半導(dǎo)體色敏傳感器的構(gòu)成和工作原理。

4、簡述光柵讀數(shù)頭的組成和工作原理。

三、分析計算題(本大題共3小題，每小題8分，共24分)

1、銅電阻的電阻值R與溫度，之間的關(guān)系為鳥=%(1+。力)，在不同溫

度下，測得銅電阻的可阻值如下表所示。請用最小二乘法求。匕時的銅

電阻的電阻值R。和銅電阻的電阻溫度系數(shù)ao

ti/℃

20.030.040.050.0

76.580.082.585.0

2、已知一等強度梁測力系統(tǒng)，R,為電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片靈敏系數(shù)仁2,未

受應(yīng)變時，R，=100Q當(dāng)試件受力F時，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變￡=

1000um/m,求：

(1)應(yīng)變片電阻變化量保'和電阻相對變化量A%/Rxo

(2)將電阻應(yīng)變片L置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流3V,

求電橋輸出電壓及電橋非線性誤差。

(3)若要使電橋電壓靈敏度分別為單臂工作時的兩倍和四倍，應(yīng)采取

哪些措施？分析在不同措施下的電橋輸出電壓及電橋非線性誤差

大小。

3、有一個以空氣為介質(zhì)的變面積型平板電容傳感器(見下圖)。其中

a=16mm,b=24mm,兩極板間距為4mm。一塊極板分別沿長度和寬度方向

在原始位置上平移了5nlin,求：

(1)極板未移動時，電容的初始電容值。

(2)極板沿不同方向移動時，傳感器的位移靈敏度K(已知空氣相對介

12

電常數(shù)5=1,真空的介電常數(shù)電=8.854x10F/m)o

四、綜合題（本大題共2小題，每小題10分，共20分）

1、閉磁路變隙式差動變壓器在忽略鐵損、漏感及變壓器次級開路的條件下,

其等效電路可用下圖表示。圖中ria與L[a、%與%,r2a與L2a、r2b與

^2h分別為兩個初級繞組和兩個次級繞組的直流電阻與電感。兩個初級繞

組的線圈匝數(shù)都是叱，兩個次級繞組的線圈匝數(shù)都是明，銜鐵與上下

鐵芯的間隙分別是，（”①兒,必?叫〃，不考慮鐵芯與銜

鐵中的磁阻影響時，對該電路進行分析后得到變隙式差動變壓器輸出電

壓心一虢和。

O

(1)分析銜鐵在不同位置時，閉磁路變隙式差動變壓器的輸出特性。并根

據(jù)其輸出特性，說明它是如何實現(xiàn)位移測量的。

(2)給出該變隙式差動變壓器的靈敏度表達式，并指出如果在實際測量中

要提高靈敏度，可以采取哪些措施。

(3)實際的輸出特性中會存在零點殘余電壓，分析其產(chǎn)生的原因并指出消

除零點殘余電壓的辦法。

2、請設(shè)計兩種利用熱電偶測量2點平均溫度的方法。要求畫出相應(yīng)的線路

聯(lián)結(jié)圖，分別簡要說明其工作原理，并指出各自的優(yōu)、缺點。

傳感器與自動檢測技術(shù)模擬試卷一參考答案

一、單項選擇題(本大題共20小題，每小題2分，共40分)

在每小題列出的四個選項中只有一個選項是符合題目要求的,請將正

確選項前的字母填在題后的括號內(nèi)。錯選、多選和未選均不得分。

1、A2、B3、C4、B5、D

6、B7、B8、A9、A10、D

11、C12、C13、B14、B15、A

16、B17、C18、D19、C20、B

二、簡答題（本大題共4小題，每小題4分，共16分）

1、答：置于磁場中的靜止金屬載流體產(chǎn)生霍爾效應(yīng)時，電子受洛倫茲力:

A=eBv①

同時金屬導(dǎo)體內(nèi)形成霍爾電場，電子受與。反向的電場力：

fH=eEH=^-e②

b

平衡狀態(tài)下：%，

即：EH=Bv③

設(shè)金屬導(dǎo)體單位體積內(nèi)電子數(shù)為〃，貝1」：v=—④

neba

把④代入③：昂=冬

⑤

neba

把⑤代入②：UH=^-=^-=KHIB⑥

neaa

⑥式中霍爾常數(shù)K=—,靈敏度

Hnea

由此可見，霍爾電勢正比于激勵電流和磁感應(yīng)強度。其靈敏度K”

正比于霍爾系數(shù)RH（它在金屬導(dǎo)體單位體積內(nèi)電子數(shù)固定時為定值），而

與霍爾片厚度d成反比。

，為了提高靈敏度K”，霍爾元件常制成薄片形狀。

2、答：光纖傳感器由光源、（光纖或非光纖的）敏感元件、光纖、光探測

器、信號處理系統(tǒng)等組成。其工作原理：由光源發(fā)出的光通過源光纖引到敏

感元件，被測參數(shù)（溫度、壓力、應(yīng)變、振動等）作用于敏感元件，在光的

調(diào)制區(qū)內(nèi)，使光的某一性質(zhì)（光強、波長/頻率、相位、偏振態(tài)）受到被測量

的調(diào)制，調(diào)制后的光信號經(jīng)過接收光纖耦合到光探測器，將光信號轉(zhuǎn)換為電

信號，最后經(jīng)過信號處理得到所需要的被測量。

3、答：半導(dǎo)體色敏傳感器由兩個結(jié)深不同的P-N結(jié)光電二極管構(gòu)成，淺

結(jié)的二極管是P-N結(jié)，深結(jié)的二極管是P-N結(jié)。其工作原理：入射光照射時,

N、P三個區(qū)域及其間的勢壘區(qū)中都有光子吸收，但效果不同。淺結(jié)對紫

外線的靈敏度高，深結(jié)對紅外光的靈敏度高。將兩結(jié)吸收入光線后產(chǎn)生的光

電流（短路電流）相比即可判斷入色單色光的波長（顏色）。

4、答：光柵讀數(shù)頭主要由標尺光柵、指示光柵、光路系統(tǒng)和光電元件等

組成。其工作原理：標尺光柵固定在被測物體上，指示光柵相對丁光電元件

固定，兩光柵在光照下可形成具有明暗相間帶的莫爾條紋。標尺光柵移動一

個柵距此光強變化一個周期，用光電元件接收莫爾條紋移動時光強的變化,

就可揩光信號轉(zhuǎn)換為接近于正弦周期函數(shù)的電信號輸出，從而可知被測物體

移動位移的大小。

三、分析計算題（本大題共3小題，每小題8分，共24分）

1、解：誤差方程后一（）（l+a?幻=斗/=1,2,3,4

令％]=/，芍=。,用

120.076.5

系數(shù)矩陣人=:30.080.0

,直接測得值矩陣￡=

40.082.5

50.085.0

被測量估計矩陣%=

由最小二乘法：AAX=ALt則

120.0

1111130.04140

44=

20.030.040.050.0140.01405400

150.0

-76.5"

111180.0-324-

ArL==

20.030.040.050.082.511480

85.0

???I二2000.0

???（小尸=向［：；An~\_115400-140

=

A22J2000[-1404

-1401324

r1f1540071.2

:.X=[AA]-AL=4￡11480

2000-1400.28

=71.2(C)

°=三=^28=393x10-3(/oc)

371.2

2、解：（1）,學(xué)Ke

Kx

\RX=KJRX=2X1000X100=0.2(C)

.\R_0.2

X=0.2%

"/?x-100

（2）將電阻應(yīng)變片Rx置于單臂測量電橋，取其他橋臂電阻也為Rx。當(dāng)Rx

有位x的變化時，電橋輸出電壓為

非線性誤差：x100%=0.1%

1+/2Rx

(3)要使電橋電壓靈敏度為單臂工作時的2倍，則應(yīng)該在等強度梁的正反

面對應(yīng)貼上兩個相同的應(yīng)變片，一個受拉應(yīng)變，一個受壓應(yīng)變，接入電橋相

鄰橋臂，形成半橋差動電橋，且取其他橋臂電阻也為Rx。

此時，U'o=^￡，-L

=0.003(V),4=0

2Kx

要使電橋電壓靈敏度為單臂工作時的4倍，則應(yīng)該在等強度梁的正反面

對應(yīng)貼上四個相同的應(yīng)變片，2個受拉應(yīng)變，2個受壓應(yīng)變，形成全橋差動電

橋。

此時，=E-^-=0.006(V),r；=0

Rx

3、解：

(1)Co一。7A

a

8.854x1012x1x16x103x24x1。3

4x103

=0.85(PF)

(2)當(dāng)一塊極板沿長度方向在原始位置上平移時，有

AC]_AZ?

~C7=~b

當(dāng)一塊極板沿寬度方向在原始位置上平移時，有

AC2_

Co。

=^￡L=So=0^5X1021=3.542xl0-1I(F/m)

Abb24x103

tAC/C11..]

或：k.=-----t-----o-=—=-----------r=41.67(m)

1Abb24x10'

ACC0.85xlO12

2o=O.53125xlO",o(F7m)

2a16x10—3

AC/C11

或:2O=62.5(m,)

Aa16x103

四、綜合題（本大題共2小題，每小題10分，共20分）

1、解：

，-0,叱江

（1）