傳感器復(fù)習(xí)題

1、傳 感 器 與 檢 測(cè) 技 術(shù)班級(jí)姓名學(xué)號(hào)成績(jī)一、填空：（20分）1. 測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有線性度、遲滯、重復(fù)性、分辨力、穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、各種抗干擾穩(wěn)定性等。（2 分）2. 霍爾元件靈敏度的物理意義是表示在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度相單位控制電流時(shí)的霍爾電勢(shì)的大小。（2分）3. 光電傳感器的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。通常把光線照射到物體表面后產(chǎn)生的光電效應(yīng)分為三類。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(yīng),這類元件有光電管、光電倍增管；第二類是利用在光線作用下使材料內(nèi)部電阻率改變 的內(nèi)光電效應(yīng)，這類元件有光敏電阻；第三類是利用在光線作用下使物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的光生伏特效應(yīng)， 這

2、類元件有光電池、光電儀表。4. 熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)是兩種導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢(shì)和單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)組成的，其表達(dá)式為Eab（T，To） =k（T To）ln叢 T0（ a bMt。在熱電偶溫度補(bǔ)償eNb中補(bǔ)償導(dǎo)線法（即冷端延長(zhǎng)線法）是在連接導(dǎo)線和熱電偶之間，接入延長(zhǎng)線，它的 作用是將熱電偶的參考端移至離熱源較遠(yuǎn)并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，以減小冷端 溫度變化的影響。5. 壓磁式傳感器的工作原理是：某些鐵磁物質(zhì)在外界機(jī)械力作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)械壓力，從而引起極化現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。相反，某些鐵磁物質(zhì)在外 界磁場(chǎng)的作用下會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，這種現(xiàn)象稱為負(fù)壓電效應(yīng)。（2分）增加6. 變氣隙式自感

3、傳感器，當(dāng)街鐵移動(dòng)靠近鐵心時(shí)，鐵心上的線圈電感量（ 減小不變）（2分）7. 儀表的精度等級(jí)是用儀表的（相對(duì)誤差 絕對(duì)誤差 引用誤差）來(lái)表示的。（2分）8. 電容傳感器的輸入被測(cè)量與輸出被測(cè)量間的關(guān)系，除（ 變面積型 變極距 型變介電常數(shù)型）外是線性的。（2分）9. 電位器傳器的（線性），假定電位器全長(zhǎng)為 Xmax,其總電阻為 Rmax它的滑臂間的阻值可 以用 Rx = （ Xmax/x Rmax, x/Xmax Rmax Xmax/XRnax X/ XnaxRnax）來(lái)計(jì)算，其中電阻靈敏度 R二（2 p（ b+h）/ At,2 pAt/b+h, 2A（b+b）/ pt, 2Atp（b+h）。（

4、 4 分）二、用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)量某低溫箱溫度，把熱電偶直接與電位差計(jì)相連接。在某時(shí)刻，從電位差計(jì)測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)為，此時(shí)電位差計(jì)所處的環(huán)境溫度為15C，試求該時(shí)刻溫箱的溫度是多少攝氏度？ （20分）鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表測(cè)量端溫?zé)犭妱?dòng)勢(shì)(mV)度c0123456789-20-10-0+0+10+20三、什么是系統(tǒng)誤差？產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因是什么？如何發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差？減少系統(tǒng) 誤差有哪幾種方法？（ 20 分） 答：當(dāng)我們對(duì)同一物理量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，如果誤差按照一定的規(guī)律性出現(xiàn)， 則把這種誤差稱為系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差出現(xiàn)的原因有： 工具誤差：指由于測(cè)量?jī)x表或儀表組成組件本身不完善所引起的誤差。 方法

5、誤差：指由于對(duì)測(cè)量方法研究不夠而引起的誤差。 定義誤差：是由于對(duì)被測(cè)量的定義不夠明確而形成的誤差。 理論誤差：是由于測(cè)量理論本身不夠完善而只能進(jìn)行近似的測(cè)量所引起的誤 差。 環(huán)境誤差：是由于測(cè)量?jī)x表工作的環(huán)境（溫度、氣壓、濕度等）不是儀表校驗(yàn) 時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，而是隨時(shí)間在變化，從而引起的誤差。 安裝誤差：是由于測(cè)量?jī)x表的安裝或放置不正確所引起的誤差。 個(gè)人誤差：是指由于測(cè)量者本人不良習(xí)慣或操作不熟練所引起的誤差。 發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差的方法有： 實(shí)驗(yàn)對(duì)比法：這種方法是通過(guò)改變產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的條件從而進(jìn)行不同條件的 測(cè)量，以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差。這種方法適用于發(fā)現(xiàn)不變的系統(tǒng)誤差。 剩余誤差觀察法：是根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)的各

6、個(gè)剩余誤差大小和符號(hào)的變化規(guī)律， 直接由誤差數(shù)據(jù)或誤差曲線圖形來(lái)判斷有無(wú)系統(tǒng)誤差。這種方法適用于發(fā)現(xiàn) 有規(guī)律變化的系統(tǒng)誤差。 計(jì)算數(shù)據(jù)比較法：對(duì)同一量測(cè)量得到多組數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算比較數(shù)據(jù)比較，判 斷是否滿足偶然誤差條件，以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差。減小系統(tǒng)誤差的方法： 引入更正值法 替換法 差值法 正負(fù)誤差相消法 選擇最佳測(cè)量方案四、 下面是熱電阻測(cè)量電路，試說(shuō)明電路工作原理并計(jì)算（5分）1. 已知Rt是PtIOO鉑電阻，且其測(cè)量溫度為T(mén)=50C，試計(jì)算出Rt的值和Ra的值 （10 分）2. 電路中已知R、R、R3和E,試計(jì)算電橋的輸出電壓 UAb0 （5分）其中（R=10kQ, R=5kQ, R=10kQ

7、, E=5V）答：該熱電阻測(cè)量溫度電路由熱敏電阻、測(cè)量電阻和顯示儀表組成。圖中G為指示儀表，R、R、R為固定電阻，Ra為零位調(diào)節(jié)電阻。熱電阻都通過(guò)電 阻分別為2、3、Rs的三個(gè)導(dǎo)線和電橋連接，2和3分別接在相鄰的兩臂，當(dāng)溫度 變化時(shí)，只要它們的 R分別接在指示儀表和電源的回路中，其電阻變化也不會(huì)影響 電橋的平衡狀態(tài)，電橋在零位調(diào)整時(shí)，應(yīng)使R二Ra+R0為電阻在參考溫度（如 0?C時(shí)的電阻值。三線連接法的缺點(diǎn)之一是可調(diào)電阻的接觸電阻和電橋臂的電阻相連， 可能導(dǎo)致電橋的零點(diǎn)不穩(wěn)。五、請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一溫度傳感器，寫(xiě)出它的等效電路和測(cè)量電路，分析其工作原理，計(jì)算公式，并說(shuō)明如何提高傳感器的靈敏度和抗干擾性能？

8、（20分）自己動(dòng)手實(shí)踐。傳感器與檢測(cè)技術(shù)試卷班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 成績(jī)： 一、選擇與填空題：（30分）1. 變面積式自感傳感器，當(dāng)銜鐵移動(dòng)使磁路中空氣縫隙的面積增大時(shí)，鐵心上線圈的電感量（增大，減小，不變）。2. 在平行極板電容傳感器的輸入被測(cè)量與輸出電容值之間的關(guān)系中，（變面積型，變極距型，變介電常數(shù)型）是線性的關(guān)系。3. 在變壓器式傳感器中，一次側(cè)和二次側(cè)互感M的大小與一次側(cè)線圈的匝數(shù)成（正比，反比，不成比例），與二次側(cè)線圈的匝數(shù)成（ 正比，反比， 不成比例），與回路中磁阻成（正比，反比，不成比例）。4. 傳感器是能感受規(guī)定的被測(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，傳感器通常

9、由直接響應(yīng)于被測(cè)量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號(hào)輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成。5. 熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)是由兩種導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢(shì)和單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)組成。6. 偏差式測(cè)量是指在測(cè)量過(guò)程中，用儀表指針的位移（即偏差）決定被測(cè)量的方法：零位測(cè)量是指在測(cè)量過(guò)程中，用指零儀表的零位指示，檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)；在測(cè)量系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，用已知的基準(zhǔn)量決定被測(cè)未知量的方法：微差式測(cè)量是綜合了偏差式測(cè)量法與零位式測(cè)量法的優(yōu)點(diǎn)而提出的方法。二、簡(jiǎn)答題：（50分）2. 簡(jiǎn)述熱電偶的工作原理。（6分）答：熱電偶的測(cè)溫原理基于物理的“熱電效應(yīng)”。所謂熱電效應(yīng)，就是當(dāng)不同材料的導(dǎo)體組成一個(gè)閉合回路時(shí)，若兩

10、個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度不同，那么在回路中將會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。兩點(diǎn)間的溫差 越大，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)就越大。引入適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的大小，就可測(cè)得溫度的大小。3. 以石英晶體為例簡(jiǎn)述壓電效應(yīng)產(chǎn)生的原理。（6分）答：石英晶體在沿一定的方向受到外力的作用變形時(shí)，由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時(shí)在兩個(gè)表面上 產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；而當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷的 極性隨著改變。晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反 之，如對(duì)石英晶體施加一定變電場(chǎng)，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場(chǎng)撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。石英晶體整個(gè)晶體是中性的，受外力作用而變形時(shí)，沒(méi)

11、有體積變形壓電效應(yīng), 但它具有良好的厚度變形和長(zhǎng)度變形壓電效應(yīng)。5.什么是傳感器動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性，簡(jiǎn)述在什么頻域條件下只研究靜態(tài)特 性就能夠滿足通常的需要，而在什么頻域條件下一般要研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性。（10分）答：傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指當(dāng)輸入量隨時(shí)間變化時(shí)傳感器的輸入一輸出特性。 靜態(tài)特性是指當(dāng)輸入量為常量或變化極慢時(shí)傳感器輸入一輸出特性。在時(shí)域條件下只研究靜態(tài)特性就能夠滿足通常的需要，而在頻域條件下一般要研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性。6.繪圖并說(shuō)明在使用傳感器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，相對(duì)真值、測(cè)量值、測(cè)量誤差、傳感器輸入、輸出特性的概念以及它們之間的關(guān)系。（10分）答：框圖如下：測(cè)量值是通過(guò)直接或間接通過(guò)儀表

12、測(cè)量出來(lái)的數(shù)值測(cè)量誤差 是指測(cè)量結(jié) 果的測(cè)量值 與被測(cè)量的 真實(shí)值之間的差值當(dāng)測(cè)量誤差很小時(shí)，可以忽略，此時(shí)測(cè)量值可稱為相對(duì)真值三、分析、計(jì)算題：（20 分）1.分析（線性）電位器式傳感器由于測(cè)量線的線路中的負(fù)載電阻R帶來(lái)的負(fù)載誤差，并計(jì)算它與位移 X之間的關(guān)系。（10分）傳感器與檢測(cè)技術(shù)試卷班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：成績(jī):一、測(cè)得某檢測(cè)裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下:XY試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度。（10分）解:y kx b代入數(shù)據(jù)求得k 0.68 b 0.25所以 y 0.68x 0.25擬合直線靈敏度k 0.68,線性度土 7%三、什么叫做熱電動(dòng)勢(shì)、接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)？說(shuō)明熱電偶

13、測(cè)溫原理及其工作 定律的應(yīng)用。分析熱電偶測(cè)溫的誤差因素，并說(shuō)明減小誤差的方法。（10分）答：熱電動(dòng)勢(shì)：兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A、B串接成一個(gè)閉合回路，并使兩個(gè)結(jié)點(diǎn)處于不同的溫度下，那么回路中就會(huì)存在熱電動(dòng)勢(shì)。因而有電流產(chǎn)生相 應(yīng)的熱電動(dòng)勢(shì)稱為溫差電動(dòng)勢(shì)或塞貝克電動(dòng)勢(shì)，通稱熱電動(dòng)勢(shì)。 接觸電動(dòng)勢(shì)：接觸電動(dòng)勢(shì)是由兩種不同導(dǎo)體的自由電子，其密度不同而在接觸處形成的熱電動(dòng)勢(shì)。它的大小取決于兩導(dǎo)體的性質(zhì)及接觸點(diǎn)的溫度，而與導(dǎo)體 的形狀和尺寸無(wú)關(guān)。 溫差電動(dòng)勢(shì)：是在同一根導(dǎo)體中，由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的一種電動(dòng)勢(shì)。 熱電偶測(cè)溫原理：熱電偶的測(cè)溫原理基于物理的“熱電效應(yīng)”。所謂熱電效應(yīng)，就是當(dāng)不同材

14、料的導(dǎo)體組成一個(gè)閉合回路時(shí)，若兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度不同，那么在 回路中將會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。兩點(diǎn)間的溫差越大，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)就越大。弓|入適 當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的大小，就可測(cè)得溫度的大小 熱電偶三定律a 中間導(dǎo)體定律 熱電偶測(cè)溫時(shí)，若在回路中插入中間導(dǎo)體，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，則 對(duì)熱電偶回路總的熱電動(dòng)勢(shì)不產(chǎn)生影響。在用熱電偶測(cè)溫時(shí)，連接導(dǎo)線及顯示一起 等均可看成中間導(dǎo)體。b 中間溫度定律任何兩種均勻材料組成的熱電偶，熱端為 T,冷端為T(mén)o時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)等于該熱 電偶熱端為T(mén)冷端為T(mén)n時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)與同一熱電偶熱端為 Tn，冷端為T(mén)o時(shí)熱電勢(shì)的 代數(shù)和。應(yīng)用：對(duì)熱電偶冷端不為 ooC 時(shí)，可用中

15、間溫度定律加以修正。 熱電偶的長(zhǎng)度不夠時(shí)，可根據(jù)中間溫度定律選用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償線路。c 參考電極定律如果A、B兩種導(dǎo)體（熱電極）分別與第三種導(dǎo)體C （參考電極）組成的熱電偶在結(jié)點(diǎn)溫度為（T，To）時(shí)分別為Eac T,To，EbcT,T。，那么愛(ài)相同溫度下，又 A、 B兩熱電極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)為實(shí)用價(jià)值：可大大簡(jiǎn)化熱電偶的選配工作。在實(shí)際工作中，只要獲得有關(guān)熱電 極與標(biāo)準(zhǔn)鉑電極配對(duì)的熱電動(dòng)勢(shì)，那么由這兩種熱電極配對(duì)組成熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì) 便可由上式求得，而不需逐個(gè)進(jìn)行測(cè)定。 誤差因素：參考端溫度受周圍環(huán)境的影響。措施：a 0 C恒溫法b 計(jì)算修正法（冷端溫度修正法）c 儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法d 熱電偶補(bǔ)償

16、法e 電橋補(bǔ)償法f 冷端延長(zhǎng)線法四、霍爾元件能夠測(cè)量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電動(dòng)勢(shì)的概念是什么？溫 度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？請(qǐng)?jiān)敿?xì)推導(dǎo)分流法。 （10 分） 答：霍爾組件可測(cè)量磁場(chǎng)、電流、位移、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等?；魻柦M件的不等位電動(dòng)勢(shì)是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)，兩輸出電極之間的空載電動(dòng)勢(shì)，可用輸出的電壓表示。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。推導(dǎo)分流法略。五、 論述CCD勺工作原理，如何用設(shè)計(jì)一臺(tái)攝像機(jī)。（6分）答：CCD是一種半導(dǎo)體器件，在N型或P型硅襯底上生長(zhǎng)一層很薄的 SQ2，再在SQ2 薄層上依次序沉積金屬電極，這種

17、規(guī)則排列的MOSI容數(shù)組再加上兩端的輸入及輸出二極管就構(gòu)成了 CCD芯片。CCD可以把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)。每一個(gè)脈沖只 反映一個(gè)光敏元的受光情況，脈沖幅度的高低反映該光敏元受光的強(qiáng)弱，輸出脈沖 的順序可以反映光敏元的位置，這就起到圖像傳感器的作用。六、人們說(shuō)，SMARTS感器代表著今后傳感器發(fā)展的總趨勢(shì)，為什么？（ 6 分）答：從SMAR傳感器的功能和優(yōu)點(diǎn)兩方面來(lái)看 功能a）自補(bǔ)償功能：如非線性、溫度誤差響應(yīng)時(shí)間等的補(bǔ)償b）自診斷功能：如在接通電源時(shí)自檢c）微處理器和基本傳感器之間具有雙向通信功能，構(gòu)成一死循環(huán)工作系統(tǒng)d）信息存儲(chǔ)和記憶功能e) 數(shù)字量輸出和顯示 優(yōu)點(diǎn)：a) 精度高，可通過(guò)

18、軟件來(lái)修正非線性，補(bǔ)償溫度等系統(tǒng)誤差，還可補(bǔ)償隨 機(jī)誤差，從而使精度大為提高b) 有一定的可編程自動(dòng)化能力。包括指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、自動(dòng)調(diào)零、自檢等c) 功能廣。智能傳感器可以有多種形式輸出，通過(guò)串口、并口、面板數(shù)字控制數(shù)或CRT顯示，并配打印機(jī)保存資料d) 功能價(jià)格比大。在相同精度條件下，多功能智能傳感器比一功能普通的 傳感器性能價(jià)格比大可見(jiàn)，SMARTS感器代表著今后傳感器發(fā)展的總趨勢(shì)。八、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?jìng)鞲衅髟谝?guī)定條件、規(guī)定時(shí)間，完成規(guī)定功能的能力?？?靠性設(shè)計(jì)程序

19、： 建立系統(tǒng)可靠性模型 可靠性分配 可靠性分析 可靠性預(yù)測(cè) 可靠性設(shè)計(jì)評(píng)審 試制品的可靠性試驗(yàn) 最終的改進(jìn)設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)原則： 盡量簡(jiǎn)單、組件少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 工藝簡(jiǎn)單 使用簡(jiǎn)單 維修簡(jiǎn)單 技術(shù)上成熟 選用合乎標(biāo)準(zhǔn)的原材料和組件 采用保守的設(shè)計(jì)方案 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： 按失效發(fā)生場(chǎng)合分：試驗(yàn)失效、現(xiàn)場(chǎng)失效 按失效的程度分：完全失效、局部失效 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 按失效排除的性質(zhì)分：穩(wěn)定性失效、間歇失效 按失效的外部表現(xiàn)分：明顯失效、隱蔽失效 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 按失效的起源分：

20、自然失效、人為失效 按與其他失效的關(guān)系分：獨(dú)立失效、從屬失效 按失效浴盆曲線上不同階段分：早期失效、偶然失效、耗損失效等 失效分析的方法： 失效模式、效應(yīng)及危害度分析 工藝過(guò)程FMME及質(zhì)量反饋分析 失效樹(shù)分析方法九、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(cè)量電路的設(shè)計(jì)、 采用溫度補(bǔ)償及抗干擾措施） 。（15 分）十、設(shè)計(jì)一套智能測(cè)溫傳感器。要求：測(cè)溫范圍1040 C, A/D轉(zhuǎn)換為10位數(shù)字（包括硬件和軟件）。（15分）答案略。傳感器與檢測(cè)技術(shù)試卷班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：成績(jī)：一、填空題：（40分）1. 傳感器是能感受規(guī)定的被測(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

21、感器通常由直接響應(yīng)于被測(cè)量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號(hào)輸出的轉(zhuǎn)換元件 以及相應(yīng)的 信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成。2. 電阻應(yīng)變片式傳感器按制造材料可分為_(kāi)金屬材料和半導(dǎo)體_體材料。它們?cè)谑艿酵饬ψ饔脮r(shí)電阻發(fā)生變化，其中的電阻變化主要是由電阻應(yīng)變效應(yīng)形成的，而的電阻變化主要是由 造成的。材料傳感器的靈敏度較大。3. 在變壓器式傳感器中，一次側(cè)和二次側(cè)互感M的大小與繞組匝數(shù) 成正比，與 穿過(guò)線圈的磁通_ 成正比，與磁回路中 磁阻成反比，而單個(gè)空氣隙磁阻的大小可用公式 表示。4. 測(cè)量過(guò)程中存在著測(cè)量誤差，按性質(zhì)可被分為絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差和三類，其中絕對(duì)誤差可以通過(guò)對(duì)多次測(cè)量結(jié)果求平均 的方法來(lái)減小它對(duì)測(cè)量結(jié)果

22、的影響。5. 光電傳感器的工作原理是基于物質(zhì)的光電效應(yīng)，目前所利用的光電效應(yīng)大致有三大類：第一類是利用在光線作用下材料中電子溢出表面的現(xiàn)象，即 外光電效應(yīng)， _ _ 光電管以及光電倍增管 _傳感器屬于這一類；第二類是利用在光線作用下 材料電阻率發(fā)生改變的 現(xiàn)象，即 內(nèi)光電 效應(yīng)。光敏電阻傳感器屬于這一類。第三類是利用在光線作用下 光勢(shì)壘現(xiàn)象，即_光生伏特效應(yīng)，光敏二極管及光敏三極管_傳感器屬于這一類。7.偏差式測(cè)量是指測(cè)量過(guò)程中，用儀表指針的位移（即偏差）決定被測(cè)量的 測(cè)量方法；零位測(cè)量是指測(cè)量過(guò)程中，用指零儀表的零位指示，檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)的平 衡狀態(tài)；在測(cè)量系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)用已知的基準(zhǔn)量決定被測(cè)未

23、知量的測(cè)量方法；微差 式測(cè)量是指將被測(cè)的未知量與已知的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，并取得差值，然后用偏差法 測(cè)得此差值的 方法。二、問(wèn)答題：（25分）2. 簡(jiǎn)述霍爾電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原理。（5分）答：一塊半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的磁場(chǎng)（磁場(chǎng)方向垂直于薄片）中，當(dāng) 有電流I流過(guò)時(shí)，電子受到洛倫茲力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。結(jié)果在半導(dǎo)體的后端面上電 子有所積累。而前端面缺少電子，因此后端面帶負(fù)電，前端面帶正電，在前后端面 形成電場(chǎng)，該電場(chǎng)產(chǎn)生的力阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)當(dāng)兩力相平衡時(shí)，電子積累也平衡， 這時(shí)在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電場(chǎng)，相應(yīng)的電勢(shì)稱為霍爾電動(dòng)勢(shì)UHo3. 分析應(yīng)變片式傳感器在使用單臂電橋測(cè)量電路時(shí)由于溫

24、度變化而產(chǎn)生測(cè)量 誤差的過(guò)程。（10分）答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)t及柵絲與試件膨脹系數(shù)（g與s）之差異性而產(chǎn)生虛假應(yīng)變， 輸出有時(shí)會(huì)產(chǎn)生與真實(shí)應(yīng)變同數(shù)量級(jí)的誤差。三、分析、計(jì)算題：（35分）1. 分析如圖1所示自感傳感器當(dāng)動(dòng)鐵心左右移動(dòng)（x1,x2發(fā)生變化時(shí)自感 L 變化情況。已知空氣隙的長(zhǎng)度為x1和x2,空氣隙的面積為 S，磁導(dǎo)率為口，線圈匝數(shù)W不變）。（10分）sLx2(ffffCWc圖1解：IW,W WW2Rm，LIIRmn 111 n 11又 Rmlilx1lx2lil0i 1 iS0S00S0i 1iSi00空氣隙的長(zhǎng)度x1和x2各自變，而其和不變，另外其他變量

25、都不變，故L不變。2設(shè)5次測(cè)量某物體的長(zhǎng)度，其測(cè)量的結(jié)果分別為：，若忽略粗大誤差和系統(tǒng)誤差，試求在的置信概率下，對(duì)被測(cè)物體的最小估計(jì)區(qū)間。（5分）% x分別為03.在對(duì)量程為10MPa的壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，傳感器輸出電壓值與壓力值之間的關(guān)系如下表所示，簡(jiǎn)述最小二乘法準(zhǔn)則的幾何意義，并討論下列電壓-壓力直線中哪一條最符合最小二乘法準(zhǔn)則？ （10分）測(cè)量次數(shù)112345壓力Xi/MPa245810電壓yi/V(1) y=(2) y=+(3) y=-(4) y=-(5) y=+答：最小二乘法準(zhǔn)則的幾何意義在于擬和直線精密度高即誤差小。將幾組x分別帶入以上五式，與 y值相差最小的就是所求，很明顯(5

26、)為所 求。傳感器與檢測(cè)技術(shù)試卷班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：成績(jī)：一、填空：(50分)2. 光電傳感器的工作原理是基于物質(zhì)的光電效應(yīng)，目前所利用的光電效應(yīng)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(yīng)，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(nèi)部電阻率改變的內(nèi)光 電效應(yīng)，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(nèi)部產(chǎn)生一定 方向電動(dòng)勢(shì)的光生伏特效應(yīng)，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 器的理想空載特性曲線具有嚴(yán)格的線性關(guān)系。 假定電位器全長(zhǎng)為Xmax其總電阻為 Rmax它

27、的滑臂間的阻值可以用 Rx=Rmax來(lái)計(jì)算。假定加在電位器 A、B之X max間的電壓為Umax,則輸出電壓為Uk= X V max。其電阻靈敏度 r二J h)。電X maxAt壓靈敏度Rj=I 2-(b。(7分)At5.磁電式傳感器是利用導(dǎo)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)的。而霍爾式傳感器為霍爾元件在磁場(chǎng)中有電磁效應(yīng)（霍爾效應(yīng)）而輸出電勢(shì)的。霍爾式傳感器可用來(lái)測(cè)量電流，磁場(chǎng)，位移，壓力。（6分）6. 測(cè)量過(guò)程中存在著測(cè)量誤差。絕對(duì)誤差是指測(cè)量值與被測(cè)量真實(shí)值之間的差值其表達(dá)式為X L ;相對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差與被測(cè)量真實(shí)值的比值其表達(dá)式為100% ;引用誤差是指絕對(duì)誤差與測(cè)量?jī)x表的上量限（滿度）值A(chǔ)的百分比其X表

28、達(dá)式為r100% o （ 7分）A7. 光柵傳感器中莫爾條紋的一個(gè)重要特性是具有位移放大作用。如果兩個(gè)光柵距相等，即W=,其夾角0 =,則莫爾條紋的寬度 B鯉莫爾條紋的放大倍數(shù) K=_o （6 分）8. 測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)通常用輸來(lái)表征。（5分）二、寄生電容與電容傳感器相關(guān)聯(lián)影響傳感器的靈敏度，它的變化為虛假信號(hào)影響傳感器的精度。試闡述消除和減小寄生電容影響的幾種方法和原理。（25分）答案略。三、在生產(chǎn)過(guò)程中測(cè)量金屬板的厚度，非金屬板材的鍍層厚度時(shí)常用渦流傳感器。試簡(jiǎn)要敘述說(shuō)明利用渦流傳感器測(cè)量金屬板厚度的工作原理及實(shí)現(xiàn)工藝。（25分）答案略。傳感器與檢測(cè)技術(shù)試卷班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：成績(jī)：一

29、、選擇與填空題：（12分）2. 平行極板電容傳感器的輸入被測(cè)量與輸出電容值之間的關(guān)系中，（變面積型變極距型變介電常數(shù)型）是線性的關(guān)系。3. 在變壓器式傳感器中，一次側(cè)和二次側(cè)互感 M的大小與一次側(cè)線圈的匝數(shù)成 （正比反比不成比例）4. 傳感器是能感受規(guī)定的被測(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，傳感器通常由直接響應(yīng)于被測(cè)量敏感元件和產(chǎn)生可用信號(hào)輸出的轉(zhuǎn)換元件 以及相應(yīng)的信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成。5. 熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)是由兩種導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢(shì)和 單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)組成。6. 偏差式測(cè)量是指在測(cè)量過(guò)程中，用儀表指針的位移（即偏差）決定被測(cè)量的方法；零位測(cè)量是指在測(cè)量過(guò)程中，用指零儀

30、表的零位指示，檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)；在測(cè)量系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，用已知的基準(zhǔn)量決定被測(cè)未知量的方法；微 差式測(cè)量是指綜合了偏差式測(cè)量法與零位式測(cè)量法的優(yōu)點(diǎn)而提出的方法。二、簡(jiǎn)答題：（44分）1. 光纖傳感器的工作原理。（4分）答：光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射，當(dāng)射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時(shí)，就會(huì)在光纖的接口上產(chǎn)生全內(nèi)反射，并在光纖內(nèi)部以后的角度反復(fù)逐次反射，直至傳遞到另一端面。光纖傳感器利用光導(dǎo)纖維，按其工作原理來(lái)分有功能型（或稱物性型、傳感型）與非功能型（或稱結(jié)構(gòu)型、傳光型）兩大類。功能型光纖傳感器其光纖不僅作為光傳播的的波導(dǎo)，而且具有測(cè)量的功能。非功能型光纖傳感器其光纖只是作

31、為傳光的媒 介，還需加上其他敏感元件才能組成傳感器。5.什么是傳感器靜態(tài)特性？ （4分）答：傳感器的靜態(tài)特性是指當(dāng)輸入量為常量或變化極慢時(shí)傳感器輸入一輸出特性。答：進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)。其典型的設(shè)計(jì)程序如下：首先是明確可靠性指標(biāo)，產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)應(yīng)與產(chǎn)品的功能、性能一起被確定。可 靠性指標(biāo)應(yīng)符合產(chǎn)品的特點(diǎn)，它可以是單一的可靠性特征值，也可以是由多個(gè) 可靠性特征值構(gòu)成的可靠性指標(biāo)體系，確定產(chǎn)品可靠性指標(biāo)以后的可靠性設(shè)計(jì) 程序依次：建立系統(tǒng)可靠性模型；可靠性分配；可靠性分析；可靠性預(yù)測(cè)；可 靠性設(shè)計(jì)和評(píng)審；試制品的可靠性試驗(yàn)和最終的改進(jìn)設(shè)計(jì)?？煽啃栽O(shè)計(jì)的原則是：首先要盡量簡(jiǎn)單，元件少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝簡(jiǎn)單

32、、使用簡(jiǎn)單、 維修簡(jiǎn)單，其次是技術(shù)上成熟、選用合乎標(biāo)準(zhǔn)的原材料和元件、采用保守的設(shè) 計(jì)方案。對(duì)于看似先進(jìn)但不夠成熟的產(chǎn)品或技術(shù)應(yīng)持慎重的態(tài)度。采用局部失 效不致對(duì)全局造成嚴(yán)重后果和預(yù)測(cè)可靠性高的方案。三、分析、計(jì)算題： （ 24 分）1. 分析（線性）電位器式傳感器由于測(cè)量線路中的負(fù)載電阻RL 帶來(lái)的負(fù)載誤差，并計(jì)算它與位移 x 之間的關(guān)系。（ 8 分）答案略。2. 分析下圖所示自感傳感器當(dāng)動(dòng)鐵心左右移動(dòng)（x1， x2 發(fā)生變化）時(shí)自感 L 變化情況。已知空氣氣隙的長(zhǎng)度為xl, x2,空氣隙的面積為 S,磁導(dǎo)率為線圈匝數(shù) W不變。（8 分）四. 設(shè)計(jì)題（ 30 分）1. 利用所學(xué)知識(shí),設(shè)計(jì)一套

33、濕度傳感器（包括敏感元件的選擇、測(cè)量電路的設(shè)計(jì)、 采用溫度補(bǔ)償及抗干擾措施） 。（10 分）2. 設(shè)計(jì)一套智能測(cè)溫傳感器。要求：測(cè)溫范圍1040C, A/D轉(zhuǎn)換為10位數(shù)字（包括硬件和軟件） 。（ 20 分）答案略傳感器與檢測(cè)技術(shù)試題班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 成績(jī)：一、簡(jiǎn)答題（30分，6分/題）2. 從傳感器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性考慮，詳述如何選用傳感器。答：考慮傳感器的靜態(tài)特性的主要指標(biāo)，選用線性度大、遲滯小、重復(fù)性好、分辨力強(qiáng)、穩(wěn)定性 高、抗干擾穩(wěn)定性高的傳感器。 考慮動(dòng)態(tài)特性，所選的傳感器應(yīng)能很好的追隨輸入量的快速變化，即具 有很短的暫態(tài)響應(yīng)時(shí)間或者應(yīng)具有很寬的頻率響應(yīng)特性。3. 直流電橋和

34、交流電橋有何區(qū)別？直流電橋的平衡條件是什么？應(yīng)變片式電阻傳感器、自感式、互感式、渦流式、電容式、熱電阻式傳感器分別可采用哪種電橋作為測(cè)量電路？答：根據(jù)電源不同分為直流和交流電橋。直流電橋優(yōu)點(diǎn)：高穩(wěn)定度直流電源容易獲得，電橋平衡電路簡(jiǎn)單，傳感器至測(cè)量?jī)x表的連接導(dǎo)線分布參數(shù)影響小。但是后續(xù)要采用直流放大器，容易產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，線路也較復(fù)雜。交流電橋在這些方面都有改進(jìn)。直流電橋平衡條件：R/R=R/R，RR4二RR。5.光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的原理是什么？按其傳輸模式分為哪兩種類型？并分別指出 對(duì)應(yīng)類型光纖傳感器的典型光源。答：光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射，當(dāng)射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時(shí)，就會(huì)

35、在光纖的接口上產(chǎn)生全內(nèi)反射，并在光纖內(nèi)部以后的角度反復(fù)逐次反射，直至傳遞到另一端面。按其傳輸模式分為單模和多模二、計(jì)算題（20分，10分/題）三、分析/證明題（32分，8分/題）1. 壓電式傳感器更適用于靜態(tài)測(cè)量，此觀點(diǎn)是否正確，分析原因。答：不正確。其工作原理是基于壓電材料的壓電效應(yīng)，具有使用頻率寬，靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，因此在壓力沖擊和震動(dòng)等動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試中是主要的傳感器品種，它可以把加速度、位移、壓力、溫度、濕度等許多非電量轉(zhuǎn)換為電量。2. 熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)由哪幾種電動(dòng)勢(shì)組成，試證明熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)電極定律。答：熱電動(dòng)勢(shì)：兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A

36、、B串接成一個(gè)閉合回路，并使兩個(gè)結(jié)點(diǎn)處于不同的溫度下，那么回路中就會(huì)存在熱電動(dòng)勢(shì)。因而有電流產(chǎn)生相 應(yīng)的熱電動(dòng)勢(shì)稱為溫差電動(dòng)勢(shì)或塞貝克電動(dòng)勢(shì)，通稱熱電動(dòng)勢(shì)。接觸電動(dòng)勢(shì)：接觸電動(dòng)勢(shì)是由兩種不同導(dǎo)體的自由電子，其密度不同而在接觸處形成的熱電動(dòng)勢(shì)。它的大小取決于兩導(dǎo)體的性質(zhì)及接觸點(diǎn)的溫度，而與導(dǎo)體的形狀和尺寸無(wú)關(guān)。溫差電動(dòng)勢(shì)：是在同一根導(dǎo)體中，由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的一種電動(dòng)勢(shì)。3. 固態(tài)圖像傳感器的分辨率由什么因素決定？某海關(guān)欲采用固態(tài)圖像傳感器為核心的圖像識(shí)別系統(tǒng)，但是安裝適用后發(fā)現(xiàn)顯示的圖象清晰度和準(zhǔn)確度不能令人滿意，請(qǐng)從固態(tài)圖像傳感器的原理進(jìn)行分析，從哪幾方面考慮重新選型？四、設(shè)計(jì)/綜述題（

37、18分）根據(jù)你所掌握的智能傳感器的相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)一套測(cè)溫智能傳感器，測(cè)溫范圍為一1040C，要求精度達(dá)到C，寫(xiě)出詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟：具備的功能；選用的器件和硬件電路，并用原理框圖表示（器件型號(hào)不明，說(shuō)明其須具有的功能）；相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理過(guò)程和軟件功能；你所設(shè)計(jì)的智能傳感器還有哪些尚可完善的功能。答案略。傳感器與檢測(cè)技術(shù)試題班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 成績(jī)：五、簡(jiǎn)答題（30分，6分/題）4. 光電池的工作原理，指出它應(yīng)工作在電流源還是電壓源狀態(tài)。答：光電池是基于光生伏特效應(yīng)制成的，是自發(fā)電式；是有源器件。它有較大面積的PN結(jié)，當(dāng)光照射在 N結(jié)上時(shí)則在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)。它應(yīng)工作在電壓源 狀態(tài)。5. 按照傳感

38、型（功能型）和傳輸型光纖傳感器的特點(diǎn)應(yīng)該選用哪種光纖（單模/多模），為什么？答：功能型（或稱物性型、傳感型）光纖不僅作為光傳播的波導(dǎo)而且具有測(cè)量的功能 它可以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(zhǎng)，從而對(duì)外界 因素進(jìn)行測(cè)量和數(shù)據(jù)傳輸?？煞譃檎穹{(diào)制型、相位調(diào)制型及偏振態(tài)調(diào)制型。多模 單模皆可 非功能型（或稱結(jié)構(gòu)型、傳光型）其光纖只是作為傳光的媒介，還需加上其他敏感 元件才能組成傳感器。多模。計(jì)算題（20分，10分/題）1.設(shè)6次測(cè)量某物體的長(zhǎng)度，其測(cè)量的結(jié)果分別為：15cm ，若忽略粗大誤差和系統(tǒng)誤差，試求在勺置信概率下，對(duì)被測(cè)物體長(zhǎng)度的最小估計(jì)區(qū)間。1 n解：X Xin i

39、1(9.8 10.0 10.19.9 10.2)105vi X, x分別為0七、分析/證明題（32分，8分/題）2. PtIOO和Cu50各代表什么傳感器？分析熱電阻傳感器測(cè)量電橋之三線、四線 連接法的主要作用分別代表鉑電阻熱電式傳感器（100 Q），銅電阻熱電式傳感器（50 Q ）。熱電阻傳感器測(cè)量電橋之三線、四線連接法的主要作用是消除在熱電阻安裝的地方與儀表相距遠(yuǎn)時(shí)，環(huán)境溫度變化時(shí)其連接導(dǎo)線電阻也變化所造成的測(cè)量誤差3. 用鎳鉻一鎳硅熱電偶測(cè)量爐溫， 其儀表示值為600C，而冷端溫度to為65C, 則實(shí)際溫度為665C,對(duì)不對(duì)？為什么？應(yīng)如何計(jì)算？答：對(duì)。查表知鎳鉻一鎳硅熱電偶 K=1,

40、T=H+KT=600+1X65=6654. 智能傳感器只是將被測(cè)信號(hào)數(shù)字化，意義不大，你同意此觀點(diǎn)否？分析說(shuō)明 你的理由。答：不同意，從SMARTS感器的功能和優(yōu)點(diǎn)兩方面來(lái)看： 功能f) 自補(bǔ)償功能：如非線性、溫度誤差響應(yīng)時(shí)間等的補(bǔ)償。g) 自診斷功能：如在接通電源時(shí)自檢。h) 微處理器和基本傳感器之間具有雙向通信功能， 構(gòu)成一死循環(huán)工作系統(tǒng)。i) 信息存儲(chǔ)和記憶功能。j) 數(shù)字量輸出和顯示。 優(yōu)點(diǎn)：e) 精度高，可通過(guò)軟件來(lái)修正非線性，補(bǔ)償溫度等系統(tǒng)誤差，還可補(bǔ)償隨 機(jī)誤差，從而使精度大為提高。f) 有一定的可編程自動(dòng)化能力。包括指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、 自動(dòng)調(diào)零、 自檢等。g) 功能廣。智能傳感器

41、可以有多種形式輸出，通過(guò)串口、并口、面板數(shù)字控制數(shù)或CRT顯示，并配打印機(jī)保存資料。h) 功能價(jià)格比大。在相同精度條件下，多功能智能傳感器比一功能普通的 傳感器性能價(jià)格比大?？梢?jiàn)，SMARTS感器代表著今后傳感器發(fā)展的總趨勢(shì)，意義重大。八、設(shè)計(jì)題( 18分)根據(jù)你所掌握傳感器知識(shí)，設(shè)計(jì)一套測(cè)濕傳感器(包括敏感元件的選擇、測(cè)量電路的設(shè)計(jì)、采用的溫度補(bǔ)償及抗干擾措施） 答案略。傳感器與檢測(cè)技術(shù) 試題班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 成績(jī)： 九、簡(jiǎn)答題（30分，6分/題）1傳感器的定義和組成框圖？畫(huà)出自動(dòng)控制系統(tǒng)原理框圖并指明傳感器在系統(tǒng)中的位置和作用。答：傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸

42、出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。組成框圖如下:敏感元勺傳感元信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電自動(dòng)控制系統(tǒng)原輔助電理框圖如下:傳感器的作用:感受被測(cè)量并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)傳送給控制對(duì)象。擾動(dòng)給定+傳 感對(duì)象反饋裝置2試列出你所學(xué)過(guò)的不同工作原理傳感器哪些可用于非接觸式測(cè)量,哪些用于接觸式測(cè)量，測(cè)量何種物理量？（各大于3種）答：非接觸式測(cè)量:a）熱電式傳感器：測(cè)量溫度b) 光纖傳感器：測(cè)量光信號(hào)c) 核輻射傳感器：測(cè)量核輻射粒子接觸式測(cè)量：a) 電位器式壓力傳感器：測(cè)量壓力b) 應(yīng)變片式電阻傳感器：測(cè)量電阻值c) 應(yīng)變式扭矩傳感器：測(cè)量扭矩3. 以自感式傳感器為例說(shuō)明差分式傳感器可以提高其靈敏度的

43、原理。答：?jiǎn)螛O式自感傳感器的靈敏度為：差分式傳感器的靈敏度為：由此可見(jiàn)，與單極式比較其靈敏度提高一倍，非線性大大減小。4. 光電效應(yīng)可分為哪三種類型， 簡(jiǎn)單說(shuō)明傳感器的原理并分別列出以之為基礎(chǔ)的光電傳感器。答：光電效應(yīng)可分為：a) 外光電效應(yīng)：指在光的照射下，材料中的電子逸出表面的現(xiàn)象。光電管 及光電倍增管均屬這一類。它們的光電發(fā)射極，即光明極就是用具有這 種特性的材料制造的。b) 內(nèi)光電效應(yīng)：指在光的照射下，材料的電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象。光敏電 阻即屬此類。c) 光生伏特效應(yīng)：利用光勢(shì)壘效應(yīng)，光勢(shì)壘效應(yīng)指在光的照射下，物體內(nèi) 部產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)。光電池是基于光生伏特效應(yīng)制成的，是自發(fā) 電式

44、有源器件。5. 光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的原理是什么？按其傳輸模式分為哪兩種類型？傳感型 (功能 型)和傳輸型光纖傳感器按照其特點(diǎn)應(yīng)該選用哪種光纖？答：光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射，當(dāng)射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時(shí)，就會(huì)在光纖的接口上產(chǎn)生全內(nèi)反射，并在光纖內(nèi)部以后的角 度反復(fù)逐次反射，直至傳遞到另一端面。按其傳輸模式可分為單模和多模兩種。傳感型（功能型）光纖傳感器應(yīng)該選用單模光纖，傳輸型光纖傳感器應(yīng)選用 多模光纖。十、 計(jì)算題（20分，10分/題）1. 設(shè)7次測(cè)量某物體的長(zhǎng)度，其測(cè)量的結(jié)果分別為：15cm ，若忽略粗大誤差和系統(tǒng)誤差，試求在 的置信概率下，對(duì)被測(cè)物體長(zhǎng)度的最小估計(jì)區(qū) 間。解

45、：答：忽略最后一個(gè)值，平均值 X 9.8 10 10.1 9.9 10.3 10.110.03，6則最小估計(jì)區(qū)間 x x 310.03 3 0.189.49 10.57。2.圖示電荷放大器中 Ca=100 pF，角二x，Rf= x，R二x，G=10 pF。若考慮 引線電容Cc影響，當(dāng)A=104時(shí)，要求輸出信號(hào)衰減小于 1%求使用90 pF/m 的電纜，其最大允許長(zhǎng)度為多少？答：rCaCc 1%CaCC(1 A0 )CF10解得 CC 9.09 10 10 L 9090 m 10.1m90 10一、分析/證明題（32分，8分/題）1. 自動(dòng)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)響應(yīng)帶寬與傳感器的響應(yīng)帶寬有何關(guān)系？如果選

46、用傳感器的動(dòng)態(tài)特性達(dá)不到要求怎么辦?答:2. 熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)由哪幾種電動(dòng)勢(shì)組成，試證明熱電偶的中間導(dǎo)體定律。答：熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)是由兩種導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢(shì)和單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng) 勢(shì)組成的。接觸電動(dòng)勢(shì)有時(shí)又稱為珀?duì)柼妱?dòng)勢(shì)；而單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)也 稱湯姆遜電動(dòng)勢(shì)。3. 制作霍爾元件應(yīng)采用什么材料，為什么？為何霍爾元件都比較薄，而且長(zhǎng)寬 比一般為 2 ：1？答：制作霍爾元件應(yīng)采用半導(dǎo)體材料。如果磁場(chǎng)與薄片法線有?夾角，那么U=kHlBcos?,霍爾元件越薄(即d越小)，kH就越大，所以一般霍爾元件都很薄。 又因?yàn)閷?shí)際測(cè)量中LH=(kHlB/d) x f(|/ b)當(dāng)1/ b=2時(shí)，f(l/

47、 b)=為最大值，這時(shí)也可取到最大值，所以長(zhǎng)寬比 l/ b 一般為2: 14. 為什么要對(duì)應(yīng)變片式電阻傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償， 分析說(shuō)明該類型傳感器溫度 誤差補(bǔ)償方法。答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)?t 及柵絲與試件膨脹系數(shù)(?g及?s)之差異性而產(chǎn)生虛假應(yīng)變輸出有時(shí)會(huì)產(chǎn)生與真實(shí)應(yīng)變同數(shù)量級(jí)的誤 差，所以必須補(bǔ)償溫度誤差的措施。通常溫度誤差補(bǔ)償方法有兩類：a) 自補(bǔ)償法：包括單絲自補(bǔ)償法和組合式自補(bǔ)償法b) 線路補(bǔ)償法十二、 設(shè)計(jì) / 綜述題( 18 分) 根據(jù)你所掌握的智能傳感器的相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)一套測(cè)溫智能傳感器，測(cè)溫范圍為-2080 C,要求精度達(dá)到C,寫(xiě)出詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟：具備的

48、功能；選用的器件和硬件電路，并用原理框圖表示(器件型號(hào)不明，說(shuō)明其須具有的功能) ；相應(yīng)的數(shù) 據(jù)處理過(guò)程和軟件功能；你所設(shè)計(jì)的智能傳感器還有哪些尚可完善的功能答案略。傳感器與檢測(cè)技術(shù) 試題答案班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 成績(jī)： 十三、簡(jiǎn)答題（30分，6分/題）1傳感器（或測(cè)試儀表）在第一次使用前和長(zhǎng)時(shí)間使用后需要進(jìn)行標(biāo)定工作， 請(qǐng)問(wèn)標(biāo)定的意義？答：傳感器的標(biāo)定分為靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定兩種。靜態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳 感器靜態(tài)特性指標(biāo)，如線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等。動(dòng)態(tài)標(biāo)定的目的 是確定傳感器的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，如頻率響應(yīng)、時(shí)間常數(shù)、固有頻率和阻尼比 等。4. 如何減少測(cè)量系統(tǒng)誤差，隨機(jī)誤差對(duì)傳感器性能的

49、影響？答：（1）引入更正值法；（2）替換法；（3）差值法； 正負(fù)誤差相消法；（5） 選擇最佳測(cè)量方案。5. 什么是金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)？請(qǐng)解釋它與金屬絲靈敏系數(shù)的區(qū)別。答：應(yīng)變片一般做成絲柵狀，測(cè)量應(yīng)變時(shí)，將應(yīng)變片貼在試件表面上，試 件的變形很容易傳到應(yīng)變片上。金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)與金屬絲靈敏系數(shù)是 不同的。第一，零件的變形是通過(guò)剪力傳到金屬絲上的。第二，絲沿長(zhǎng)度方 向承受應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變片彎角部分也承受應(yīng)變，其截面積變大，則應(yīng)變片直線 部分電阻增加時(shí)，彎角部分的電阻值減少，也使變化的靈敏度下降。因此， 應(yīng)變片的靈敏系數(shù)比金屬絲靈敏系數(shù)低。十四、計(jì)算題（20分，10分/題） 十五、分析/證明題（3

50、2分，8分/題）1. 系統(tǒng)的系統(tǒng)響應(yīng)帶寬與傳感器的響應(yīng)帶寬無(wú)關(guān)， 請(qǐng)問(wèn)這種說(shuō)法正確嗎？試述 理由。答：不正確。傳感器的響應(yīng)帶寬會(huì)限制系統(tǒng)的系統(tǒng)響應(yīng)帶寬。2. PtIOO和Cu50各代表什么傳感器？分析熱電阻傳感器測(cè)量電橋之三線、四線連接法的主要作用。答：鉑電阻和銅電阻熱電動(dòng)勢(shì)傳感器。三線連接法的作用是使電橋不會(huì)產(chǎn)生溫度誤差；四線連接法使調(diào)零電 位器的接觸電阻和指示儀表串聯(lián)，接觸電阻的不穩(wěn)定不會(huì)破壞電橋的的平 衡和正常的工作狀態(tài)。3. 溫度對(duì)光電流影響不大，所以光電傳感器在使用中不需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償，此 觀點(diǎn)正確否，為什么？答：不正確。因?yàn)榘雽?dǎo)體材料容易受溫度影響，而其直接影響光電流的值， 所以還

51、需要溫度補(bǔ)償裝置。4. 智能傳感器只是將被測(cè)信號(hào)數(shù)字化，意義不大，你同意此觀點(diǎn)否？分析說(shuō)明 你的理由。答：不同意。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(tīng)覺(jué)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。十六、 設(shè)計(jì)題（ 18 分）根據(jù)你所掌握傳感器知識(shí)，設(shè)計(jì)一套濕度測(cè)量傳感器（包括敏感元件的選擇、測(cè)量電路的設(shè)計(jì)、采用的溫度補(bǔ)償及抗干擾措施） 。答案略傳感器與檢測(cè)技術(shù) 試題答案班級(jí)學(xué)號(hào)姓名成績(jī)1）壓電式傳感器的前置放大器的作用是什么？電壓式與電荷式前置放大器各有何 特點(diǎn)？答：作用是

52、將輸出電壓放大，并與輸入電壓或輸入電流成正比。電壓放大器將壓電式傳感器的高輸出阻抗經(jīng)放大器變換為低阻抗輸出，并將微弱的電壓信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)放大，但其所接配的壓電式傳感器的電 壓靈敏度將隨電纜分布電容及傳感器自身電容的變化而變化，而且電纜的 的更換得引起重新標(biāo)定的麻煩。電荷放大器是一種具有深度電容負(fù)反饋的高增益運(yùn)算放大器，其雖然允許使用很長(zhǎng)的電纜，并且電容ce變化不影響靈敏度，但它比電壓放大器 價(jià)格高，電路較復(fù)雜，調(diào)整也比較困難。2）用石英晶體加速度計(jì)測(cè)量機(jī)器的振動(dòng)，已知加速度計(jì)的靈敏度為5 pC/g （g為重力加速度），電荷放大器的靈敏度為 50 mV/pC當(dāng)機(jī)器振動(dòng)達(dá)到最大加速度時(shí)， 相應(yīng)的輸出

53、幅值為2V，求機(jī)器的振動(dòng)加速度。（1pC=1012C）答：一2V40PC50mV / PCa二 40PC 8g 88.2m/s25PC/g3）圖示電荷放大器中 Ca=100 pF， Ra二汽 R二汽 CF=10 pF。若考慮引線電容 CC影 響，當(dāng)A=104時(shí)，要求輸出信號(hào)衰減小于 1%求使用90 pF/m的電纜，其最大 允許長(zhǎng)度為多少？答:Ca CCCa CC (1A0 )CF解得 CC 9.09 10 10F三、光纖傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？求 n1 =，n2二的階躍型光纖的數(shù)值孔徑值；如果外部介質(zhì)為空氣n0=1，求光纖的最大入射角。答：優(yōu)點(diǎn)：抗電磁干擾能力強(qiáng)；靈敏度高；幾何形狀具有多方面的適應(yīng)性，可以 制成任意形狀的光纖傳感器，可以制造傳感各種不同物理信息的器件；光纖傳感器 可用于高壓，電氣噪聲，高溫，腐蝕或其他惡劣環(huán)境；而且具有與光纖遙測(cè)技術(shù)的 內(nèi)在相容性。NA n0sin c,所以sin c NA 0.17, c 9.82 五、產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因有哪些？減少系統(tǒng)誤差的方法有哪些？答：系統(tǒng)誤差出現(xiàn)的原因有： 工具誤差：指由于測(cè)量?jī)x表或儀表組成組件本身不完善所引起的誤差。 方法誤差：指由于對(duì)測(cè)量方法研究不夠而引起的誤差。 定義誤差：是由于對(duì)被測(cè)量的定義不夠明確而形成的誤差。 理論誤差：是由于測(cè)量理論本身不夠完善而只能進(jìn)行近似的測(cè)量所引起的誤 差。 環(huán)境誤差：是由于測(cè)量?jī)x