1、傳感器與信號調理模擬題11 為了測量某一電阻器兩端的壓降，我們考慮兩種可供選擇的方法：利用精確度為0.1%讀數的電壓表；利用精確度為0.1%讀數的電流表。若電阻器的公差為0.1%，試問哪一種方法更精確？1答: dV=RdI+IdR對于微小變化，可用增量近似代表微分，V/V=I/I+R/R9 利用精確度為0.1%讀數的電壓表,不確定性為0.1%利用精確度為0.1%讀數的電流表,不確定性為電流測量的不確定性與電阻本身的不確定性的迭加，為0.2% 2 （1） 一個K=2.1的350歐姆應變片被粘貼到鋁支柱（E=73GPa）上。支柱的外徑為50mm，內徑為47.5mm。試計算當支柱承受1000Kg負荷

2、時電阻的變化。（2）闡述在單端固支懸臂梁上采用單應變片、雙應變片、4應變片的貼法。2答：（1）R=RK=RKF/AE,代入給定數據，結果為0.52歐姆 （2）在單端固支懸臂梁上粘貼單應變片時，可在梁的合適位置的上表面或下表面粘貼；在單端固支懸臂梁上粘貼雙應變片時，可在梁的合適位置的上表面與下表面對稱粘貼，形成差動半橋；在單端固支懸臂梁上粘貼四應變片時，可在梁的兩個合適位置的上表面和下表面對稱粘貼，形成差動全橋；3 第3題圖變極距型電容傳感器示意圖，試推導其輸出特性。采用差動技術帶來了哪些優勢？ 第3題圖 變極距型電容傳感器示意圖 3答：單一式初始時 動極板上移 差動式 采用差動技術，提高靈敏度

3、、降低非線性、提高抗共模干擾的能力。4 第4題圖是變氣隙型自感傳感器示意圖，推倒其傳感特性表達式 第4題圖 變氣隙型自感傳感器示意圖 4答：自感表達式 其中 因為 所以 ，所以傳感器電感 當鐵心向下位移時，傳感器電感為5 下圖分別是壓電傳感器與電荷放大器連接的示意圖和壓電傳感器與電壓放大器連接的示意圖，分別推導其輸出電壓與傳感器受力之間的關系式；如果測量準靜態量，應選用哪種接口電路形式？ 第5題圖a壓電傳感器與電荷放大器連接示意圖第5題圖b壓電傳感器與電壓放大器連接示意圖 5答：壓電傳感器與電荷放大器連接時，輸出電壓與傳感器受力之間的關系式推導： 所以 （一階高通濾波特性）當時，測力時， 所以

4、壓電傳感器與電壓放大器連接時，輸出電壓與傳感器受力之間的關系式推導： （一階高通濾波特性）時，測力時， 如果測量準靜態量，應選用電荷放大器接口電路形式。6 下圖為三線制鉑電阻與其測量電橋，請正確連線。 第6題圖 三線制鉑電阻與其測量電橋6答：熱電阻的單引出線接RP，（5分）雙引出線其一接R3，其二接電源負極。7 畫出光電式傳感器的基本組成圖；按被測信號轉換為光電器件入射光通量變化的形式，光電傳感器可分為哪些種類？并分別說明之。 7答：光電式傳感器的基本組成包括光源、光學通路、光電器件、測量電路光電傳感器的基本類型包括1、透射式，應用舉例：測量透明度和混濁度。2、反射式，應用舉例：測量表面粗糙度

5、3、輻射式，應用舉例：光電高溫計和爐子燃燒監視裝置。4、遮擋式，應用舉例：測量物體面積、尺寸和位移等5、開關式，應用舉例：開關，產品計數或測量轉速等，編碼。8 闡述集成傳感器的基本概念。下圖是線性集成霍爾傳感器，說明各部分的作用。 第9題圖 線性集成霍爾傳感器 8答：集成傳感器將傳感器、溫度補償、校準和信號調理于同一塊芯片上。（5分）線性集成霍爾傳感器由第一級差分放大V1、V2，第二級差分放大V3-V6 等組成，R8外接，用于改變電路增益。傳感器與信號調理模擬題21、按誤差所呈現的規律分類，檢測誤差一般可分為哪幾種？現需要測量80左右的溫度，有兩只溫度計可選，其一量程300 ，0.5級；其二量

6、程100 ，1.0級，問應該選用哪一只溫度計？ 答：按誤差所呈現的規律分類，檢測誤差一般可分為系統誤差、隨機誤差、粗大誤差（疏失誤差）。 若選用量程300 ，0.5級溫度計，則最大絕對誤差300*0.5%=1.5() 若選用量程100 ，1.0級溫度計，則最大絕對誤差100*1.0%=1.0() 因此應該選用100 ，1.0級溫度計。2、下圖是一根導體受拉伸后發生參數變化的示意圖，試推導其應變效應的數學表達式。 第2題圖 金屬材料的應變效應示意圖 答： 電阻定律 全微分表達式 對金屬材料 因此應變效應表達式為 其中 為應變材料的靈敏系數對金屬材料， 約1.023、 假定惠斯登電橋的1臂（左上臂

7、）是一個120的應變片（G=2.00），4臂上（左下臂）是用于補償的相類似的附屬應變片。2臂和3臂是固定的120電阻器。流過應變片的最大電流為40mA。若檢測應變片粘貼在鋼梁（E=210GPa）上，而電橋由5V供電，試問當外加負荷為70Kg/cm2時，電橋的輸出電壓是多少？假定校準電阻器與1臂上未加負荷的應變片并聯，試計算為了產生與鋼梁加載700 Kg/cm2相同輸出電壓所需的校準電阻值。 答：當外加負荷為70Kg/cm2時，應變片阻值變化為70Kg/cm2 *2.00*120/210GPa輸出電壓為計算結果為81微伏（5分）該電阻與120并聯后使該橋臂電阻發生變化，應使該變化量與鋼梁加載70

8、0 Kg/cm2產生的阻值變化相同，即700Kg/cm2 *2.00*120/210GPa計算結果為184.5k4、 第4題圖是角位移測量用差動電容傳感器示意圖，推導其輸出特性表達式。 第4題圖 角位移測量用差動電容傳感器 答：初始時 （5分） 轉動后 所以 5、 下圖是變氣隙型差動變壓器結構圖，試推導其輸出特性。 第5題圖 變氣隙型差動變壓器結構圖答： 所以 （5分） （）所以 中包含同相分量和正交分量當時 當時 繼續增加到超過某一數值時(該值視鐵心材料而異)，由于導線趨膚效應和鐵損等影響而使靈敏度下降。應選取合適的較高的激勵頻率，以保持靈敏度不變。6下圖分別是壓電傳感器與電荷放大器連接的示

9、意圖和壓電傳感器與電壓放大器連接的示意圖，分別推導其輸出電壓與傳感器受力之間的關系式；那種電路形式對電纜長度要求更為苛刻？ 第6題圖a壓電傳感器與電荷放大器連接示意圖第6題圖b壓電傳感器與電壓放大器連接示意圖 答：壓電傳感器與電荷放大器連接時，輸出電壓與傳感器受力之間的關系推導： 所以 （一階高通濾波特性）當時，測力時， 所以 壓電傳感器與電壓放大器連接時，輸出電壓與傳感器受力之間的關系式推導： （一階高通濾波特性）時，測力時， 壓電傳感器與電壓放大器連接時，因靈敏度與電纜分布參數有關，故對電纜要求苛刻，更換電纜是必須重新標定。7、下圖是熱電偶冷端溫度電橋補償法的原理圖，詳細闡述其補償原理。

10、第7題圖 熱電偶冷端溫度電橋補償法原理圖 答：熱電偶冷端溫度電橋補償法對冷端溫度波動能夠自動補償，電橋產生的不平衡電勢正好補償冷端溫度波動引起的熱電勢波動。（5分）因此補償條件 時， 時，補償結果：注意點：1給定的熱電偶只能選配與其相適應的補償器2補償器只能在規定的溫度范圍內使用，即3補償器極性不能接反a、b不能接反，E不能反接8、闡述集成傳感器的基本概念。下圖是集成霍爾開關，說明各部分的作用。 第8題圖 集成霍爾開關集成傳感器將傳感器、溫度補償、校準和信號調理于同一塊芯片上。集成霍爾開關由霍爾元件H、差分放大V1和V2、施密特觸發器V3和V4、輸出級V5至V8組成。9答：莫爾條紋的主要特性：

11、(1) 移動方向： 主光柵右移，則莫爾條紋向下移；主光柵左移，則莫爾條紋向上移。(2) 移動距離：主光柵移動一個柵距W，莫爾條紋移動一個條紋間距H。莫爾條紋具有放大作用，即HW。 (3)平均效應：莫爾條紋具有減小光柵柵距局部誤差的作用 （5分）電子細分：在主光柵移動一個柵距過程中，產生m個彼此相位差360/m的正弦交流信號m個ui波形依次產生m個過零脈沖，于是，與光柵位移x對應的過零脈沖計數值即位移的數字測量結果為： （5分）10答：測量原理：兩塊面積相等的極板固定在被測金屬板材的上、下兩側，兩極板與板材的電容的并聯（兩極板相連）值Cx隨板材厚度變化（若Cx增大，表示板材厚度變厚；反之，板材變

12、薄），Cx與固定電容C0接入變壓器電橋。（5分）檢測滯后形成原因：主要由于電容極板與軋輥之間的空間距離造成。（2分）檢測滯后造成影響：造成控制系統穩定裕量降低，超調量加大、調節時間延長。（3分）傳感器與信號調理模擬題31、試推導第1題圖所示不平衡電橋輸出電壓信號的一般表達式（忽略后級電路的輸入阻抗），并闡述在單端固支懸臂梁上采用采用單應變片、雙應變片、4應變片的貼法。 第1題圖 不平衡電橋示意圖 答：輸出電壓信號一般表達式（5分）應變片的貼法：在單端固支懸臂梁上粘貼單應變片時，可在梁的合適位置的上表面或下表面粘貼；在單端固支懸臂梁上粘貼雙應變片時，可在梁的合適位置的上表面與下表面對稱粘貼，形成

13、差動半橋；在單端固支懸臂梁上粘貼四應變片時，可在梁的兩個合適位置的上表面和下表面對稱粘貼，形成差動全橋；2 第2題圖是角位移測量用差動電容傳感器示意圖，推導其輸出特性表達式。 第2題圖 角位移測量用差動電容傳感器 2答：初始時 轉動后 所以 3 第3題圖是變面積式自感傳感器示意圖，推倒其傳感輸出特性表達式 第3題圖 變面積式自感傳感器示意圖 3答：自感 其中 因為 所以 ，所以所以 對所示變面積式自感傳感器 4 第4題圖分別是壓電傳感器與電荷放大器連接的示意圖和壓電傳感器與電壓放大器連接的示意圖，分別推導其輸出電壓與傳感器受力之間的關系式；那種電路形式對電纜長度要求更為苛刻？ 第4題圖a壓電傳

14、感器與電荷放大器連接示意圖第4題圖b壓電傳感器與電壓放大器連接示意圖 4答：壓電傳感器與電荷放大器連接時，輸出電壓與傳感器受力之間的關系式推導： 所以 （一階高通濾波特性）當時，測力時， 所以 壓電傳感器與電壓放大器連接時，輸出電壓與傳感器受力之間的關系式推導： （一階高通濾波特性）時，測力時， 壓電傳感器與電壓放大器連接時，因靈敏度與電纜分布參數有關，故對電纜要求苛刻，更換電纜是必須重新標定。5 第5題圖為三線制鉑電阻與其測量電橋，請正確連線。 第5題圖 三線制鉑電阻與其測量電橋5答：熱電阻的單引出線接RP， 雙引出線其一接R3，其二接電源負極。6畫出光電式傳感器的基本組成圖；按被測信號轉換

15、為光電器件入射光通量變化的形式，光電傳感器可分為哪些種類？并分別說明之。 6答：光電式傳感器的基本組成包括光源、光學通路、光電器件、測量電路光電傳感器的基本類型包括1、透射式，應用舉例：測量透明度和混濁度。2、反射式，應用舉例：測量表面粗糙度3、輻射式，應用舉例：光電高溫計和爐子燃燒監視裝置。4、遮擋式，應用舉例：測量物體面積、尺寸和位移等5、開關式，應用舉例：開關，產品計數或測量轉速等，編碼。7闡述集成傳感器的基本概念。第7題圖是線性集成霍爾傳感器，說明各部分的作用。 第7題圖 線性集成霍爾傳感器 7答：集成傳感器將傳感器、溫度補償、校準和信號調理于同一塊芯片上。 線性集成霍爾傳感器由第一級差分放大V1、V2，第二級差分放大V3-V6 等組成，R8外接，用于改變電路增益。8 按光纖在傳感器中的作用，光纖傳感器可分為哪兩類？被測量對光纖傳感器光通量調制方法有哪幾種？ 8 答：光纖傳感器的基本原理為被測量對光纖傳輸的光進行調制，使傳輸光的強度(振幅)、相位、頻率或偏振態隨被測量變化而變化，再通過對被調制過的光信號進行檢測和解調，從而獲得被測參數。按光纖在傳感器中的作用，光纖傳感器的可分為功能型光纖用作敏感元件，常用單模光纖；非功能型光纖用作傳感元件，常用多模光纖。被測