1、傳感器與應用一、填空題（每空1分，共25分）1傳感器的靈敏度是指穩態標準條件下，輸出 變化量與輸入變化量的比值。對線性傳感器來說，其靈敏度是 一常數.2用彈性元件和電阻應變片及一些附件可以組成應變片傳感器，按用途劃分用應變式力傳感器、應變式加速度傳感器等（任填兩個）。3.采用熱電阻作為測量溫度的元件是將溫度的測量轉換為電阻的測量。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的活動鐵芯組成。5利用渦流式傳感器測量位移時，為了得到較好的線性度和較好的靈敏度，應該讓線圈與被測物的距離大大小于線圈半徑6空氣介質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，為此實際中大都

2、采用差動式電容傳感器7振筒式傳感器是以均勻薄壁圓筒作為敏感元件，將被測氣體壓力或密度的變化轉換成頻率。8由光電管的光譜特性看出，檢測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段。按熱電偶本身結構劃分，有普通熱電偶、鎧裝熱電偶、薄膜熱電偶。9 10硒光電池的光譜響應區段與人類相近，因而得到應用。11熱敏電阻正是利用半導體載流子數目隨著溫度變化而變化的特性制成的溫度敏感元件。12當半導體材料在某一方向承受應力時，它的電阻率發生顯著變化的現象稱為半導體壓阻效應。用這個原理制成的電阻稱固態壓敏電阻。13磁敏二極管工作時加正向電壓。由于它的磁靈敏很高，特別適用于測量弱磁

3、場。二、選擇題（每小題2分，共16分，7、8兩題答案不止一個）1電阻應變片的初始電阻數值有多種,其中用的最多的是（B）。A 60B 120C 200D 3502 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 正比關系B 反比關系C 無關系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熱電偶可以測量（C）。 A 壓力 B 電壓 C溫度D 熱電勢6光敏電阻適于作為（B）。 A 光的測

4、量元件 B 光電導開關元件 C 加熱元件 D 發光元件7目前我國使用的鉑熱電阻的測量范圍是（ AD ）。A -200850 B -50850 C -200150 D -2006508差動變壓器傳感器的配用測量電路主要有 （ AB ）。A 差動相敏檢波電路 B 差動整流電路 C 直流電橋 D 差動電橋傳感器與應用試卷A填空選擇題答案及評分標準一、填空題（每空1分，共25分）1變化量變化量常數2力 壓力（加速度）3溫度 電阻4鐵磁性外殼移動的活動鐵芯5線圈與被測物線圈半徑6差動7薄壁圓筒 頻率8光電陰極材料靈敏度較高9普通薄膜10人類11載流子溫度12電阻率壓敏電阻13正向弱磁場二、選擇題（每小題

5、2分，共16分）1B2C3B4A5C6B7A D8A B傳感器與應用試卷A-綜合題3、 簡述電渦流式傳感器的工作原理（每空1分，共11分）傳感器的激磁線圈通正弦交變電流時，在其周圍產生交變磁場，使被測金屬導體內產生電渦流。它的存在在消弱激磁線圈內磁場的變化。使線圈 等效阻抗發生變化（對比無被測金屬時變小）。該變化完全取決于被測金屬導體的電渦流效應。而電渦流效應的大小與被測金屬導體的電阻率、磁導率及幾何形狀有關，又與線圈的幾何尺寸、線圈中激磁電流的頻率有關，還與線圈與被測金屬導體間的距離等參數有關。如果保持上述中的其它參數不變，而只改變其中的一個參數，則傳感器的線圈的阻抗就僅僅是這個參數的單值函

6、數。通過測量線圈阻抗的變化量，即可實現對該參數的測量。四、簡答題（共8分）1圖1是 差動 式 電容 加速度傳感器結構示意圖。2圖1中各編號名稱：是質量塊；是固定極板。五、簡答題（共7分）圖21圖2是壓阻式加速度傳感器結構示意圖。2圖2中各編號名稱：是四個擴散電阻；是硅梁；是質量塊；是基座；六簡答題（共6分）。圖 3在圖3所示的電橋中，R1=1000，R3=1500，C2=1F時電橋平衡。電容C4是多少？答：根據平衡條件，C4= C2 R1/ R3=1*1000/15000.667F七簡答題（共15分）某CO2氣體傳感器在20。C，濃度范圍為0100ppm時的輸入特性表示為Rx=x+250(k)

7、,用差動法回答以下問題（其中R1=10M,E=2V）: · 利用最簡單的電阻-電壓變換電路，繪出X，V0的關系圖。· 利用電橋進行電阻-電壓變換電路，繪出20 。C時X，V0的關系圖。另外，當30。C時，Rx=x+500(k)，在同一張圖上再加上X，V0的關系圖，然后進行比較。· 采用兩個差動法的傳感器電路繪出20。C，30。C時X，V0的關系，然后與（2）中的圖形進行比較。答：20。C時，0100ppm對應得電阻變化為250350 k。o V0在48.7867.63mV之間變化。o 如果R2=10 M，R3=250 k，20。C時，V0在018.85mV之間變化

8、。30。C時V0在46.46mV（0ppm）64.43mV（100ppm）之間變化。20。C時，V0為018.85mV，30。C時V0為017.79mV，如果零點不隨溫度變化，靈敏度約降低4.9%。但相對（2）得情況來說有很大的改善。八簡答題（12分）（1）采用超聲波或光脈沖信號，由從對象反射回來的脈沖的時間進行距離檢測，空氣中的音速為340m/s，軟鋼中縱波的因素為5900 m/s，光的速度為3*108 m/s，求這三種情況下1 ms的往復時間對應得距離。根據計算結果，比較采用光脈沖所需要系統得信號處理速度要比采用超聲波脈沖時的系統速度快幾倍？（2）根據（1）的結果，討論利用脈沖往復時間測距

9、，采用超聲波和光波各有什么特點。答：（1）1 ms的時間內超聲波在空氣和軟鋼中的傳播距離分別為0.17m和3.0m，而光的傳播距離為1.5*105 m，故要求有105倍高的處理速度。（2）采用光時，1m的處理速度只能測量100m以上的距離，不能進行近距離測量。如果要求分辨力為1m，則要求10ns的處理速度。所以光脈沖法用于遠距離分辨率要求不高的場合，而超聲波用于近距離測量。·傳感器與應用試卷A-綜合題答案2009-03-07 16:37三、簡述電渦流式傳感器的工作原理（每空1分，共11分）交變電流磁場電渦流磁場等效阻抗小頻率距離線圈的阻抗單值阻抗四、簡答題（共8分）1差動電容（4分）

10、2質量塊（2分）固定極板（2分）五、簡答題（共7分）1壓阻（固態壓阻、擴散硅壓阻）24個擴散電阻 硅梁 質量塊 基座六簡答題（共6分）。答：根據平衡條件，C4= C2 R1/ R3=1*1000/15000.667F。七簡答題（共15分）答：20。C時，0100ppm對應得電阻變化為250350 k。o V0在48.7867.63mV之間變化。o 如果R2=10 M，R3=250 k，20。C時，V0在018.85mV之間變化。30。C時V0在46.46mV（0ppm）64.43mV（100ppm）之間變化。o 20。C時，V0為018.85mV，30。C時V0為017.79mV，如果零點不隨

11、溫度變化，靈敏度約降低4.9%。但相對（2）得情況來說有很大的改善。八簡答題（12分）答：（1）1 ms的時間內超聲波在空氣和軟鋼中的傳播距離分別為0.17m和3.0m，而光的傳播距離為1.5*105 m，故要求有105倍高的處理速度。（2）采用光時，1m的處理速度只能測量100m以上的距離，不能進行近距離測量。如果要求分辨力為1m，則要求10ns的處理速度。所以光脈沖法用于遠距離分辨率要求不高的場合，而超聲波用于近距離測量。一,填空:(50分)1.熱電偶所產生的熱電勢是由兩種導體的接觸電勢和單一導體的溫差電勢組成的,其表達式為Eab(T,To)=.在熱電偶溫度補償中,補償導線法(即冷端延長線

12、法)是在連接導線 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并且環境溫度較穩定的地方,以減小冷端溫度變化的影響.(7分)2.光電傳感器的工作原理是基于物質的光電效應,目前所利用的光電效應大致有三大類: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,這類器件有光電管,光電倍增管等;第二類是利用在光線作用下使材料內部電阻率改變的內光電效應,這類器件有光敏電阻等;第三類是利用在光線作用下使物體內部產生一定方向電動勢的光生伏特效應,這類器件有光電池,光電儀表.(6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格的線

13、性關系.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)4.壓磁式傳感器的工作原理是:某些鐵磁物質在外界機械力作用下,其內部產生機械應力,從而引起極化現象,這種現象稱為正壓電效應.相反,某些鐵磁物質在外界磁場的作用下會產生機械變形,這種現象稱為負壓電效應.(6分)5.磁電式傳感器是利用導體和磁場發生相對運動而在導體兩端 產生感應電勢的.而霍爾式傳感器為霍爾元件在磁場中有電磁效應(霍爾效應)而輸出電勢的.霍爾式傳感器可用來測量電流,磁場,位移,壓力.(6分

14、)6.測量過程中存在著測量誤差.絕對誤差是指測量值與被測量真實值之間的差值其表達式為;相對誤差是指絕對誤差與被測量真實值的比值其表達式為;引用誤差是指絕對誤差與測量儀表的上量限(滿度)值A的百分比其表達式為.(7分)7.光柵傳感器中莫爾條紋的一個重要特性是具有位移放大作用.如果兩個光柵距相等,即W=0.02mm,其夾角=0.1°,則莫爾條紋的寬度B=11.43莫爾條紋的放大倍數K= 573.2.(6分)8.測量系統的靜態特性指標通常用輸入量與輸出量的對應關系 來表征.(5分)二,寄生電容與電容傳感器相關聯影響傳感器的靈敏度,它的變化為虛假信號影響傳感器的精度.試闡述消除和減小寄生電容

15、影響的幾種方法和原理.(15分)三,在生產過程中測量金屬板的厚度,非金屬板材的鍍層厚度時常用渦流傳感器.試簡要敘述說明利用渦流傳感器測量金屬板厚度的工作原理及實現工藝.(15分)四,下圖是熱電阻測量電路,試說明電路工作原理并計算:已知Rl是Pl100鉑電阻,且其測量溫度為T(T在0-850度之間)試計算出Rl的值.(10分)電路中已知R1,R2,R3,Ra和E試計算電橋的輸出電壓VAB.(10分)一、問題解答（6×5=30分） 1什么叫傳感器？傳感器主要由哪幾部分組成？它們的作用和相互關系如何？ 答：傳感器能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。 傳感器通常

16、由敏感元件和轉換元件組成。 敏感元件的作用：能直接感受或響應被測量并輸出與被測量成確定關系的其他量（一般為非電量）部分。 轉換元件作用：將敏感元件感受或響應的可用輸出信號（一般為電信號）。 敏感元件是轉換元件的前提。 2什么是金屬導體的電阻應變效應和熱電阻效應？ 答：金屬電阻的應變電阻效應當金屬導體在外力作用下發生機械變形時，其電阻值將相應地發生變化。 熱電阻效應金屬導體的電阻隨溫度的變化而變化。 3請說明高頻反射式電渦流傳感器的基本結構和工作原理。 答：基本結構主要由金屬導體板與相鄰處線圈構成。 當線圈中通以交變電流i1時，線圈周圍空間產生交變磁場H1。此時，金屬板中將產生感應電動勢，從而形

17、成電渦流i2， 此電渦流又產生一個磁場H2。由于H2對線圈的反作用，從而導致線圈的電感量、阻抗、品質因數發生變化。 4 壓電式傳感器的工作原理是什么？壓電式傳感器的信號調理為什么必須要設置前置放大器？ 其作用是什么？主要采用哪些類型的前置放大器？ 答：壓電式傳感器的工作原理是壓電效應。 壓電式傳感器本身的內阻很高(Ra 1010)，而輸出的能量信號又非常微弱，因此它的信號調理電路通常需要一個 高輸入阻抗的前置放大器。 其基本作用：1把壓電式傳感器的高輸出阻抗變換為低阻抗輸出；2對壓電式傳感器輸出的微弱信號進行放大。 前置放大器類型為：電壓放大器與電荷放大器。 5 什么叫莫爾條紋?為什么利用莫爾

18、條紋現象可以測微小位移？ 答：光柵常數相同的兩塊光柵相互疊合在一起時，若兩光柵刻線之間保持很小的夾角q，由于遮光效應，兩塊光柵刻線 的相交處形成亮帶，而在刻線彼此錯開處形成暗帶。在近于垂直柵線方向出現若干明暗相間的條紋，即莫爾條紋。 光柵副相對移動一個柵距W，Moire條紋移動一個間距B，由B=W/q知，B對光柵副的位移有放大作用， 因此，利用Moire條紋可以測微小位移。 二、填空題（20分） 110(s)，0.05（mV/），37.7，51.47°。 2降低；減小；升高。 3121，28.6ºC。 4熱電效應，溫差電勢，接觸電勢。 5固有頻率，阻尼比；正弦信號，

19、階躍信號。 三、（15分）如圖1所示柱式力傳感器，實心圓柱體鋼試件直徑d=10mm，材料的彈性模量E=2×1011N/m2， 泊松比m=0.285。試件上貼四片相同的電阻應變片，其靈敏系數K=2.0，并采用直流電橋線路進行測量。 為了提高測量精度和靈敏度，這四片電阻應變片應如何粘貼和怎樣接入電橋線路，請畫出相應的粘貼 方式圖和電橋電路圖；若所受力F=3×104N，供橋電壓Ui=6V，此時電橋的輸出電壓Uo為多少? 解：（1）粘貼方式圖如下圖（a），電橋電路圖如下圖（b）。 （a） （b） （2）解法如下： 四、（15分）一臺變間隙式平板電容傳感器，其極板直徑D=8mm，極板

20、間初始間距d0=1mm.， 極板間介質為空氣，其介電常數0=8.85×10-12F/m。試求： （1）初始電容C0； （2）當傳感器工作時，間隙減小Dd=10µm，則其電容量變化DC； （3）如果測量電路的靈敏Ku=100mV/pF，則在Dd=±1µm時的輸出電壓U0。 解：由題意可求 （1）初始電容： (2)由 ，則當d=±10um時，有 如果考慮d1=1mm+10µm與d2=1mm10µm之間的電容變化量C，則應為 C=2|C|=2×4.45×10-3=8.9&

21、#215;10-3pF (3) 當d=±1µm時，有 由 Ku=100mV/pF=U0/C，則 U0=KuC=100mV/pF×(±0.445×10-3pF)=±0.0445(mV) 五、（10分）三段式螺管差動變壓器電感液位傳感器測量系統的結構和電氣線路圖如圖2所示。 請簡要說明其測液位的工作原理和及其測量過程。 解：差動變壓器的兩個次級線圈反相串接。 其差動變壓器式傳感器的工作原理正是建立在互感變化的基礎上。 當某一設定液位使鐵心處于中心位置時，差動變壓器輸出信號Es=0；當液位上升或下降時， Es0。通過相應的測量電路

22、便能確定液位的高低。 六、（10分）請設計一數字轉速計，畫出其結構示意圖并說明其工作原理和工作過程。 （傳感器和方法不限） 解：結構示意圖如下： 在轉軸（或飛輪）上開一鍵槽，靠近軸表面安裝電渦流傳感器，軸轉動時便能檢出傳感器與軸表面 的間隙變化，從而得到相對于鍵槽的脈沖信號，經放大、整形后，獲得相對于鍵槽的脈沖方波信號， 然后可由頻率計計數并指示頻率值即轉速（其脈沖信號頻率與軸的轉速成正比）。一、單項選擇題(本大題共12小題，每小題2分，共24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。1.屬于傳感器動態特性指標的是( ) A.遲滯 B.過沖

23、量 C.穩定性 D.線性度2.傳感器能感知的輸入變化量越小， 表示傳感器的( ) A.線性度越好 B.遲滯越小 C.重復性越好 D.分辨力越高3.我國省、部一級計量站使用的一等標準測力機所允許的測量誤差為( ) A.±0.1% B.±0.01% C.±0.001% D.±0.0001%4.感應同步器的作用是測量( ) A.電壓 B.電流 C.位移 D.相位差5.下列測力傳感器中，屬于發電型測力傳感器的是( ) A.自感式傳感器 B.磁電感應式傳感器 C.電容式傳感器 D.應變式傳感器6.極對數為4的永磁式交流測速發電機，當其軸與轉速為600(轉/分)的被

24、測軸相連接時，則其輸出交變電動勢的頻率為( )A.40Hz B.300Hz C.600Hz D.2400Hz7.視覺傳感器的掃描部的主作用是( ) A.聚成光學圖像信號 B.將光學圖像信號轉換成電信號 C.將二維圖像信號轉換為時間序列一維信號 D.抽出有效信號8.熱敏電阻式濕敏元件能夠直接檢測( ) A.溫度 B.溫度差 C.相對濕度 D.絕對濕度9.在采樣保持環節中，采樣開關被斷開的時間稱為( ) A.采樣時間 B.保持時間 C.采樣周期 D.緩沖時間10.封裝在光電隔離耦合器內部的是( ) A.一個發光二極管和一個發光三極管 B.一個光敏二極管和一個光敏三極管 C.兩個發光二極管或兩個光敏

25、三極管 D.一個發光二極管和一個光敏三極管11.若周期信號x(t)的周期為T，則其基波角頻率為( ) A. B. C. D.12.已知信號x(t)與信號y(t)完全不相關，則該二信號的互相關系數滿足( ) A.xy()>1 B.xy()=1 C.0<xy()<1 D.xy()=0二、填空題(本大題共12小題，每小題1分，共12分)13.運算100%是計算傳感器_的公式。14.傳感器的_能力是指傳感器在不致引起規定性能指標永久改變的條件下，允許超過測量范圍的能力。15.當環境濕度改變時，必須對電容式傳感器重新進行靜態_。16.要使直流電橋平衡，必須使電橋相對臂電阻值的_相等。1

26、7.電容式扭矩測量儀是將軸受扭矩作用后的兩端面相對_的變化量變換成電容器兩極板之間的相對有效面積的變化量，從而引起電容量的變化來測量扭短的。18.脈沖式測速發電機輸出電壓的_和被測軸轉速之間保持嚴格的比例關系。19.紅外圖像傳感器通常由紅外敏感元件和電子_電路組成。20.在熱電偶中，當引入第三個導體時，只要保持其兩端的溫度相同，則對總熱電動勢無影響。這一結論被稱為熱電偶的_定律。21.數據處理中使用的溫度補償方法有公式法和_。22.兩個電路之間存在的寄生電容使用一個電路的_變化影響到另一個電路。23.周期信號頻譜的特點是離散性、諧波性和_。24.當信號的方差變為原來的4倍時，該信號的標準差將變

27、為原來的_倍。三、問答題(本大題共6小題，每小題4分，共24分)25.壓電式傳感器往往采用多片壓電晶片串聯或并聯方式，當采用多片壓電晶片并聯方式時，適合于測量何種信號?26.就某一確定的差動變壓器式位移傳感器而言，當激勵電壓的幅值恒定時，其輸出電壓的幅值和相位分別取決于被測位移的哪些信息?27.簡述半導體P-N結溫度傳感器的工作機理。28.熱電型紅外光導攝像管與可見光光導攝像管在電路中所采用的前置放大器有何差別?為什么?29.有源濾波器與無源濾波器相比有哪些優點?30.分別說明信號x(t)的均值x、方差2x、均方值2x的含義并寫出三者間的聯系式。四、計算題(本大題共3小題，每小題8分，共24分

28、)31.已知：輸入應變儀的應變為286，應變儀的靈敏度為31A/，記錄儀的靈敏度為5mm/mA,求記錄儀輸出的偏移量。(注：代表一個應變單位)32.某位移傳感器在校準時測得的數據如下表，若該傳感器的線性表達式為x=a0+a1n，試用最小二乘法()計算a0和a1。脈沖數ni1020304050位移值xi(mm)0.10.20.30.40.533.圖示串聯式測溫電路，其中Rt=R01+(t-t0)為感溫熱電阻，Rs為常值電阻，E為工作電壓，U0為輸出電壓，=0.02/.當給定溫度為0，Rt的電阻值為10k，若測溫范圍為 0400，輸出電壓U0的范圍是1V5V，試計算工作電壓E和常值電阻Rs各取多少

29、?()五、應用題(本大題共2小題，每小題8分，共16分)34.用微型計算機、模/數轉換(A/D)板、濾波器、電荷放大器、壓電式力傳感器和打印機組成一個測力系統，試畫出該測力系統的方框圖。35.圖1所示矩形函數x(t)的頻譜為X()=Asinc()，求圖2所示信號y(t)的頻譜，并畫出其幅值譜圖。(sincx=)一、名詞解釋：（5分*4=20分）1、傳感器： 2、傳感器的誤差： 3、應變效應：  4、壓電效應：  二、填空題：（5分*3=15分）1、 傳感器通常由-、傳感元件和測量轉換電路組成。2、 2、電感式傳感器是利用線圈的-、互感或阻抗的變化來實現非電量檢測的一種裝置。3、電容式傳感器可分為三種：變間隙式（即改變極板距離d）、-和變介電常數式。4、以導體和磁場發生相對運動而產生電動勢的原理制作的傳感器稱為-5、光電效應有三種類型，即外光電效應、內光電效應和-。3、 選擇題（3分*5=15分）1、傳感器的輸出量通常為（  ）A   非電量信號   B  電量信