傳感器復(fù)習(xí)題

1、傳感器與檢測技術(shù)試題班級_ 姓名 學(xué)號 成績 一、填空：（20分）1. 測量系統(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)生一定方向電動勢的光生伏特效應(yīng)，這類元

2、件有光電池、光電儀表。4.熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢是兩種導(dǎo)體的接觸電動勢和單一導(dǎo)體的溫差電動勢組成的，其表達(dá)式為Eab（T，To）=。在熱電偶溫度補(bǔ)償中補(bǔ)償導(dǎo)線法（即冷端延長線法）是在連接導(dǎo)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(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)在外界磁場的作用下會產(chǎn)生機(jī)械變形，這種現(xiàn)象稱為負(fù)壓電效應(yīng)。（2分）6. 變氣隙式自感傳感器，當(dāng)街鐵移動靠近鐵心時(shí)，鐵心上的線圈電感量（增加減小不變）（

3、2分）7. 儀表的精度等級是用儀表的（ 相對誤差 絕對誤差 引用誤差）來表示的。（2分）8. 電容傳感器的輸入被測量與輸出被測量間的關(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/XRmax X/XmaxRmax）來計(jì)算，其中電阻靈敏度Rr=（ 2p(b+h)/At, 2pAt/b+h, 2A(b+b)/pt, 2Atp(b+h)）。（4分）二、用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量某低溫箱溫度，把熱電偶直接與電位差計(jì)相連

4、接。在某時(shí)刻，從電位差計(jì)測得熱電動勢為-1.19mV，此時(shí)電位差計(jì)所處的環(huán)境溫度為15，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量端溫度熱電動勢(mV)0123456789-20-0.77-0.81-0.84-0.88-0.92-0.96-0.99-1.03-1.07-1.10-10-0.39-0.43-0.47-0.51-0.55-0.59-0.62-0.66-0.70-0.74-0-0.00-0.04-0.08-0.12-0.16-0.20-0.23-0.27-0.31-0.35+00.000.040.080.120.160.200.240.280.320.36

5、+100.400.440.480.520.560.600.640.680.720.76+200.800.840.880.920.961.001.041.081.121.16三、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)我們對同一物理量進(jìn)行多次重復(fù)測量時(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：指由于測量儀表或儀表組成組件本身不完善所引起的誤差。方法誤差：指由于對測量方法研究不夠而引起的誤差。定義誤差：是由于對被測量的定義不夠明確而形成的誤差。理論誤差：是由于測量理論本身不夠完善而只能進(jìn)行

6、近似的測量所引起的誤差。環(huán)境誤差：是由于測量儀表工作的環(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：是由于測量儀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)對比法：這種方法是通過改變產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的條件從而進(jìn)行不同條件的測量，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)測量數(shù)據(jù)的各個(gè)剩余誤差大小和符號的變化規(guī)律，直接由誤差數(shù)據(jù)或誤差曲線圖形來判斷有無系統(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：對同一量測量得到多組數(shù)

7、據(jù)，通過計(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量方案四、下面是熱電阻測量電路，試說明電路工作原理并計(jì)算（5分）1. 已知Rt是Pt100鉑電阻，且其測量溫度為T=50，試計(jì)算出Rt的值和Ra的值（10分）2. 電路中已知R1、R2、R3和E，試計(jì)算電橋的輸出電壓UAB。（5分）其中（R1=10k，R2=5k，R3=10k，E=5V）答：該熱電阻測量溫度電路由熱敏電阻、測量電阻和顯示儀表組成。圖中G為指示儀表，R1、R2、R3為固定電阻，Ra為零位調(diào)節(jié)電阻。熱電阻都通過電阻分別為r2、r3、Rg的三個(gè)導(dǎo)線

8、和電橋連接，r2和r3分別接在相鄰的兩臂，當(dāng)溫度變化時(shí)，只要它們的Rg分別接在指示儀表和電源的回路中，其電阻變化也不會影響電橋的平衡狀態(tài)，電橋在零位調(diào)整時(shí)，應(yīng)使R4=Ra+Rt0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?jiān)O(shè)計(jì)一溫度傳感器，寫出它的等效電路和測量電路，分析其工作原理，計(jì)算公式，并說明如何提高傳感器的靈敏度和抗干擾性能？（20分） 自己動手實(shí)踐。傳感器與檢測技術(shù)試卷班級： 學(xué)號： 姓名： 成績： 一、選擇與填空題：（30分）1. 變面積式自感傳感器，當(dāng)銜鐵移動使磁路中空氣縫隙的面積增大

9、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)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量的敏感元件 和產(chǎn)生可用信號輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成。5. 熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢是由兩種導(dǎo)體的接觸電動勢和單一導(dǎo)體的溫差電動勢組成。

10、6. 偏差式測量是指在測量過程中，用儀表指針的位移（即偏差）決定被測量的方法；零位測量是指在測量過程中，用指零儀表的零位指示，檢測測量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)；在測量系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，用已知的基準(zhǔn)量決定被測未知量的方法；微差式測量是綜合了偏差式測量法與零位式測量法的優(yōu)點(diǎn)而提出的方法。二、簡答題：（50分）2. 簡述熱電偶的工作原理。（6分）答：熱電偶的測溫原理基于物理的“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)，若兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度不同，那么在回路中將會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。兩點(diǎn)間的溫差越大，產(chǎn)生的電動勢就越大。引入適當(dāng)?shù)臏y量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大小。3. 以石英晶體為例簡

11、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，如對石英晶體施加一定變電場，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場撤離，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)，沒有體積變形壓電效應(yīng)，但它具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應(yīng)。5. 什么是傳感器動態(tài)特性和靜態(tài)特性，簡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

12、般要研究傳感器的動態(tài)特性。（10分）答：傳感器的動態(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態(tài)特性。輸出相對真值測量誤差測量值輸入6. 繪圖并說明在使用傳感器進(jìn)行測量時(shí)，相對真值、測量值、測量誤差、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： 測量值是通過直接或間接通過儀表測量出來的數(shù)值。 測量誤差是指測量結(jié)果的測量值與被測量的真實(shí)值之間的差值。 當(dāng)測量誤差很小時(shí)，可以忽略，此時(shí)測量值可稱為相對真值。三、分析、計(jì)算題：（

13、20分）1. 分析（線性）電位器式傳感器由于測量線的線路中的負(fù)載電阻RL帶來的負(fù)載誤差，并計(jì)算它與位移x之間的關(guān)系。（10分）傳感器與檢測技術(shù)試卷班級： 學(xué)號： 姓名： 成績： 一、測得某檢測裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下：X0.92.53.34.55.76.7Y1.11.62.63.24.05.0試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度。（10分）解: 代入數(shù)據(jù)求得 所以 擬合直線靈敏度,線性度±7%。三、什么叫做熱電動勢、接觸電動勢和溫差電動勢？說明熱電偶測溫原理及其工作定律的應(yīng)用。分析熱電偶測溫的誤差因素，并說明減小誤差的方法。（10分）答：熱電動勢：兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體

14、）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，那么回路中就會存在熱電動勢。因而有電流產(chǎn)生相應(yīng)的熱電動勢稱為溫差電動勢或塞貝克電動勢，通稱熱電動勢。 接觸電動勢：接觸電動勢是由兩種不同導(dǎo)體的自由電子，其密度不同而在接觸處形成的熱電動勢。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)體的形狀和尺寸無關(guān)。溫差電動勢：是在同一根導(dǎo)體中，由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的一種電動勢。熱電偶測溫原理：熱電偶的測溫原理基于物理的“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)，若兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度不同，那么在回路中將會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。兩點(diǎn)間的溫差越大，產(chǎn)生的電動勢就越大。引入適當(dāng)?shù)臏y量電

15、路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大小。熱電偶三定律a中間導(dǎo)體定律熱電偶測溫時(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，則對熱電偶回路總的熱電動勢不產(chǎn)生影響。在用熱電偶測溫時(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，冷端為時(shí)的熱電動勢等于該熱電偶熱端為T冷端為時(shí)的熱電動勢與同一熱電偶熱端為，冷端為時(shí)熱電勢的代數(shù)和。應(yīng)用：對熱電偶冷端不為時(shí)，可用中間溫度定律加以修正。熱電偶的長度不夠時(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，）時(shí)分別

16、為，那么愛相同溫度下，又A、B兩熱電極配對后的熱電動勢為實(shí)用價(jià)值：可大大簡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)鉑電極配對的熱電動勢，那么由這兩種熱電極配對組成熱電偶的熱電動勢便可由上式求得，而不需逐個(gè)進(jìn)行測定。誤差因素：參考端溫度受周圍環(huán)境的影響。措施：a 0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)償法e電橋補(bǔ)償法f冷端延長線法四、霍爾元件能夠測量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電動勢的概念是什么？溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？請?jiān)敿?xì)推導(dǎo)分流法。（10分）答：霍爾組件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動、轉(zhuǎn)速等。 霍爾組件的不等位電動勢是霍爾組件在額定控制

17、電流作用下，在無外加磁場時(shí)，兩輸出電極之間的空載電動勢，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的工作原理，如何用設(shè)計(jì)一臺攝像機(jī)。（6分）答：CCD是一種半導(dǎo)體器件，在N型或P型硅襯底上生長一層很薄的，再在薄層上依次序沉積金屬電極，這種規(guī)則排列的MOS電容數(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可以把光信號轉(zhuǎn)換成電脈沖信號。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，SMART傳

18、感器代表著今后傳感器發(fā)展的總趨勢，為什么？（6分）答：從SMART傳感器的功能和優(yōu)點(diǎn)兩方面來看功能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，可通過軟件來修正非線性，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化能力。包括指令和數(shù)據(jù)存儲、自動調(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

19、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，SMART傳感器代表著今后傳感器發(fā)展的總趨勢。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傳感器在規(guī)定條件、規(guī)定時(shí)間，完成規(guī)定功能的能力。可靠性設(shè)計(jì)程序：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)測可靠性設(shè)計(jì)評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：盡量簡單、組件少、結(jié)構(gòu)簡單工藝簡單使用簡單維修簡單技術(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

20、效發(fā)生場合分：試驗(yàn)失效、現(xiàn)場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：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程FMMEA及質(zhì)量反饋分析失效樹分析方法 九、利用所學(xué)知識，設(shè)計(jì)一套濕度傳感器（包括敏感元件的選擇、測量電路的設(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

21、智能測溫傳感器。要求：測溫范圍1040，A/D轉(zhuǎn)換為10位數(shù)字（包括硬件和軟件）。（15分）答案略。傳感器與檢測技術(shù)試卷班級： 學(xué)號： 姓名： 成績： 一、填空題：（40分）1. 傳感器是 能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號輸出的轉(zhuǎn)換元件 以及相應(yīng)的 信號調(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 _金屬_ 材料和_半導(dǎo)體_體材料。它們在受到外力作用時(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

22、，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. 測量過程中存在著測量誤差，按性質(zhì)可被分為 _絕對誤差_ 、 相對誤差 _ 和 引用誤差 _ 三類，其中 _絕對誤差_ 可以通過對多次測量結(jié)果求 平均 _ 的方法來減小它對測量結(jié)果的影響。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，

23、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. 偏差式測量是指測量過程中，用儀表指針的位移（即偏差）決定被測量的測量方法；零位測量是指測量過程中，用指零儀表的零位指示，檢測測量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)；在測量系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)用已知的基準(zhǔn)量決定被測未知量的測量方法；微差式測量是指將被測的未知量與已知的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，并取得差值，然后用偏差法測得此差值的 方法。二、問答題：（25分）2. 簡述霍爾電動勢產(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(磁場方向垂直于薄片)中，當(dāng)有電

24、流I流過時(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，該電場產(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的方向上將產(chǎn)生電場，相應(yīng)的電勢稱為霍爾電動勢UH。3. 分析應(yīng)變片式傳感器在使用單臂電橋測量電路時(shí)由于溫度變化而產(chǎn)生測量誤差的過程。（10分）答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)及柵絲與試件膨脹系數(shù)（）之差異性而產(chǎn)生虛假應(yīng)變，輸出有時(shí)會產(chǎn)生與真實(shí)應(yīng)變同數(shù)量級的誤差。三、分析、計(jì)算題：（35分）1. 分析如圖1所示自感傳感器當(dāng)動鐵心左右移動（x1,x2發(fā)生

25、變化時(shí)自感L變化情況。已知空氣隙的長度為x1和x2，空氣隙的面積為S，磁導(dǎo)率為，線圈匝數(shù)W不變）。（10分）圖1解：， 又空氣隙的長度x1和x2各自變，而其和不變，另外其他變量都不變，故L不變。2. 設(shè)5次測量某物體的長度，其測量的結(jié)果分別為：9.8 10.0 10.1 9.9 10.2cm，若忽略粗大誤差和系統(tǒng)誤差，試求在99.73的置信概率下，對被測物體的最小估計(jì)區(qū)間。（5分） 分別為-0.2 0 0.1 -0.1 0.23. 在對量程為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

26、乘法準(zhǔn)則？（10分）測量次數(shù)I12345壓力/MPa245810電壓/V10.04320.09330.15340.12850.072（1）y=5.00x1.05（2）y=7.00x0.09（3）y=50.00x10.50（4）y=-5.00x1.05（5）y=5.00x0.07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）為所求。傳感器與檢測技術(shù)試卷班級： 學(xué)號： 姓名： 成績： 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

27、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)生一定方向電動勢的光生伏特效應(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。線性電位器的理想空載特性曲線具有嚴(yán)格的線性關(guān)系。假定電位器全長為Xmax，其總電阻為Rmax，它的滑臂間的阻值可以用Rx=來計(jì)算。假定加在電位器A、B之間的電壓為Umax，則輸出電壓為Ux=。其電阻靈敏度RI=。電壓靈敏度RU=。（7分）5.磁電式傳感器是利用導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運(yùn)動而在導(dǎo)體兩端 產(chǎn)生感

28、應(yīng)電勢的。而霍爾式傳感器為霍爾元件在磁場中有電磁效應(yīng)（霍爾效應(yīng)）而輸出電勢的?；魻柺絺鞲衅骺捎脕頊y量電流，磁場，位移，壓力。（6分）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(shí)值之間的差值其表達(dá)式為；相對誤差是指絕對誤差與被測量真實(shí)值的比值其表達(dá)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(chǔ)的百分比其表達(dá)式為。（7分）7.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=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(shù)K= 573.2。（6分）8.測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)通常用輸入量與輸出量的對應(yīng)關(guān)

29、系 來表征。（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)過程中測量金屬板的厚度，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(shí)現(xiàn)工藝。（25分）答案略。傳感器與檢測技術(shù)試卷班級： 學(xué)號： 姓名： 成績： 一、選擇與填空題：（12分） 2. 平行極板電容傳感器的輸入被測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

30、比例）4. 傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量敏感元件和產(chǎn)生可用信號輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成。5. 熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢是由兩種導(dǎo)體的接觸電動勢和 單一導(dǎo)體的溫差電動勢組成。6. 偏差式測量是指在測量過程中，用儀表指針的位移（即偏差）決定被測量的方法；零位測量是指在測量過程中，用指零儀表的零位指示，檢測測量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)；在測量系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，用已知的基準(zhǔn)量決定被測未知量的方法；微差式測量是指綜合了偏差式測量法與零位式測量法的優(yōu)點(diǎn)而提出的方法。二、簡答題：（44分）1. 光纖傳感器的工作原理。（4分）答：光

31、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)，而且具有測量的功能。非功能型光纖傳感器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。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)傳感器輸入輸出特性。6. 改善傳感器性能的技術(shù)途徑有哪些？（4分）答：進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)。其典型

32、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?？煽啃灾笜?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；可靠性設(shè)計(jì)和評審；試制品的可靠性試驗(yàn)和最終的改進(jìn)設(shè)計(jì)。可靠性設(shè)計(jì)的原則是：首先要盡量簡單，元件少、結(jié)構(gòu)簡單、工藝簡單、使用簡單、維修簡單，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全局造成嚴(yán)重后果和預(yù)測可靠性高的方案。

33、三、分析、計(jì)算題：（24分）1. 分析（線性）電位器式傳感器由于測量線路中的負(fù)載電阻RL帶來的負(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)動鐵心左右移動（x1，x2發(fā)生變化）時(shí)自感L變化情況。已知空氣氣隙的長度為x1，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，設(shè)計(jì)一套濕度傳感器（包括敏感元件的選擇、測量電路的設(shè)計(jì)、采用溫度補(bǔ)償及抗干擾措施）。（10分）2. 設(shè)計(jì)一套智能測溫傳感器。要求：測溫范圍1040，A/D轉(zhuǎn)換為10位數(shù)字（包括硬件和軟件）。（20分）答案略。 傳感器與檢測技術(shù) 試題班級： 學(xué)號

34、： 姓名： 成績： 一、 簡答題（30分，6分/題）2. 從傳感器的靜態(tài)特性和動態(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?？紤]動態(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，電橋平衡電路簡單，傳感器至測量

35、儀表的連接導(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：R1/R2=R3/R4 ，R1R4=R2R3。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)測量，此觀點(diǎn)是否正

36、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)簡單、工作可靠、測量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，因此在壓力沖擊和震動等動態(tài)參數(shù)測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)生的熱電動勢由哪幾種電動勢組成，試證明熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)電極定律。答：熱電動勢：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，那么回路中就會存在熱電動勢。因而有電流產(chǎn)生相應(yīng)的熱電動勢稱為溫差電動勢或塞貝克電動勢，通稱熱電動勢。 接觸電動勢：接觸電動勢是由兩種不同導(dǎo)體的自由電子，其密度不同而在接觸處

37、形成的熱電動勢。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)體的形狀和尺寸無關(guān)。溫差電動勢：是在同一根導(dǎo)體中，由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的一種電動勢。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（18分）根據(jù)你所掌握的智能傳感器的相關(guān)知識，設(shè)計(jì)一套測溫智能傳感器，測溫范圍為1040，要求精度達(dá)到0.05，寫出詳細(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（器件型號不明，說明其須具有的功能）；相應(yīng)的數(shù)

38、據(jù)處理過程和軟件功能；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。 傳感器與檢測技術(shù) 試題班級： 學(xué)號： 姓名： 成績： 五、 簡答題（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PN結(jié)上時(shí)則在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動勢。它應(yīng)工作在電壓源狀態(tài)。5. 按照傳感型（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，從

39、而對外界因素進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)傳輸。可分為振幅調(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。六、 計(jì)算題（20分，10分/題）1. 設(shè)6次測量某物體的長度，其測量的結(jié)果分別為：9.8 10.0 10.1 9.9 10.3 15cm，若忽略粗大誤差和系統(tǒng)誤差，試求在99.73%的置信概率下，對被測物體長度的最小估計(jì)區(qū)間。解： 分別為-0.2 0 0.1 -0.1 0.2七、 分析/證明題（32分，8分/題）2. Pt100和Cu50各代表什么傳感器？分析熱電阻傳感器測量電橋之三線、四線連接法的主要作用

40、。分別代表鉑電阻熱電式傳感器（100），銅電阻熱電式傳感器(50)。 熱電阻傳感器測量電橋之三線、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量誤差。3. 用鎳鉻鎳硅熱電偶測量爐溫，其儀表示值為600，而冷端溫度t0為65，則實(shí)際溫度為665，對不對？為什么？應(yīng)如何計(jì)算？答：對。查表知鎳鉻鎳硅熱電偶K=1，T=Tz+KTn=600+1×65=6654. 智能傳感器只是將被測信號數(shù)字化，意義不大，你同意此觀點(diǎn)否？分析說明你的理由。答：不同意，從SMART傳感器的功能和優(yōu)點(diǎn)兩方面來看：功能f) 自補(bǔ)償功能：如非線性、溫度誤差響應(yīng)

41、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，可通過軟件來修正非線性，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化能力。包括指令和數(shù)據(jù)存儲、自動調(diào)零、自檢等。g) 功能廣。智能傳感器可以有多種形式輸出，通過串口、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?，SMART傳感器代表著今后傳感器發(fā)展的總趨勢，意義重大

42、。八、 設(shè)計(jì)題（18分）根據(jù)你所掌握傳感器知識，設(shè)計(jì)一套測濕傳感器（包括敏感元件的選擇、測量電路的設(shè)計(jì)、采用的溫度補(bǔ)償及抗干擾措施）。答案略。傳感器與檢測技術(shù) 試題班級： 學(xué)號： 姓名： 成績： 九、 簡答題（30分，6分/題）1. 傳感器的定義和組成框圖？畫出自動控制系統(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)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。輔助電源信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路傳感元件被測量敏感元件組成框圖如下：自動控制系統(tǒng)原理框圖如下：傳感器的作用：感受被測量并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號傳送給控制對象。擾動e給定 +對象傳感器反饋裝置

43、2. 試列出你所學(xué)過的不同工作原理傳感器哪些可用于非接觸式測量，哪些用于接觸式測量，測量何種物理量？（各大于3種）答：非接觸式測量：a) 熱電式傳感器：測量溫度b) 光纖傳感器：測量光信號c) 核輻射傳感器：測量核輻射粒子接觸式測量：a) 電位器式壓力傳感器：測量壓力b) 應(yīng)變片式電阻傳感器：測量電阻值c) 應(yīng)變式扭矩傳感器：測量扭矩3. 以自感式傳感器為例說明差分式傳感器可以提高其靈敏度的原理。答：單極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，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，簡單說明傳感器的原理并分別列出以之為基礎(chǔ)的光電傳感器。

44、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)：利用光勢壘效應(yīng)，光勢壘效應(yīng)指在光的照射下，物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電動勢。光電池是基于光生伏特效應(yīng)制成的，是自發(fā)電式有源器件。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)，

45、就會在光纖的接口上產(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次測量某物體的長度，其測量的結(jié)果分別為：9.8 10.0 10.1 9.9 10.2 10.1 15cm，若忽略粗大誤差和系統(tǒng)誤差，試求在99.73%的置信概率下，對被測物體長度的最小估計(jì)區(qū)間。解： 答：忽略最后一個(gè)值，平均值，則最小估計(jì)區(qū)間。2. 圖示電荷放大器中Ca=100 pF，Ra=，Rf= ，Ri= ，CF=10 pF。若考慮引線電容CC

46、影響，當(dāng)A0=104時(shí)，要求輸出信號衰減小于1%，求使用90 pF/m的電纜，其最大允許長度為多少？答： 解得 十一、 分析/證明題（32分，8分/題）1. 自動控制系統(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？如果選用傳感器的動態(tài)特性達(dá)不到要求怎么辦？ 答：2. 熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢由哪幾種電動勢組成，試證明熱電偶的中間導(dǎo)體定律。答：熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢是由兩種導(dǎo)體的接觸電動勢和單一導(dǎo)體的溫差電動勢組成的。接觸電動勢有時(shí)又稱為珀?duì)柼妱觿?；而單一?dǎo)體的溫差電動勢也稱湯姆遜電動勢。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，而且長寬比一般為2 ：1？ 答：制作霍爾元件應(yīng)采用

47、半導(dǎo)體材料。如果磁場與薄片法線有a夾角，那么UH=kHIBcosa,霍爾元件越?。磀越?。琸H就越大，所以一般霍爾元件都很薄。又因?yàn)閷?shí)際測量中UH=(kHIB/d)×f(l/b) 當(dāng)l/b=2時(shí)，f(l/b)=0.93為最大值，這時(shí)UH也可取到最大值，所以長寬比l/b一般為2：14. 為什么要對應(yīng)變片式電阻傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，分析說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)at及柵絲與試件膨脹系數(shù)（bg及bs）之差異性而產(chǎn)生虛假應(yīng)變輸出有時(shí)會產(chǎn)生與真實(shí)應(yīng)變同數(shù)量級的誤差，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

48、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，設(shè)計(jì)一套測溫智能傳感器，測溫范圍為-2080，要求精度達(dá)到0.1，寫出詳細(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（器件型號不明，說明其須具有的功能）；相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理過程和軟件功能；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。傳感器與檢測技術(shù) 試題答案班級： 學(xué)號： 姓名： 成績： 十三、 簡答題（30分，6分/題）1. 傳感器（或測試儀表）在第一次使用前和長時(shí)間使用后需要進(jìn)行標(biāo)定工作，請問標(biāo)定的意義？答：傳感器的標(biāo)定分為靜態(tài)標(biāo)定和動態(tài)標(biāo)定兩種。靜態(tài)標(biāo)定的

49、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。動態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器的動態(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. 如何減少測量系統(tǒng)誤差，隨機(jī)誤差對傳感器性能的影響？答：(1)引入更正值法；(2)替換法；(3)差值法；(4)正負(fù)誤差相消法； (5)選擇最佳測量方案。5. 什么是金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)？請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剪力傳到金屬絲上的。第二，絲沿長度方向承受應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變片彎角部分也承

50、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（32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)帶寬無關(guān)，請問這種說法正確嗎？試述理由。答：不正確。傳感器的響應(yīng)帶寬會限制系統(tǒng)的系統(tǒng)響應(yīng)帶寬。2. Pt100和Cu50各代表什么傳感器？分析熱電阻傳感器測量電橋之三線、四線連接法的主要作用。答：鉑電阻和銅電阻熱電動勢傳感器。三線連接法的作用是使電橋不會產(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)定不會破壞電橋的的平

51、衡和正常的工作狀態(tài)。3. 溫度對光電流影響不大，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，所以還需要溫度補(bǔ)償裝置。4. 智能傳感器只是將被測信號數(shù)字化，意義不大，你同意此觀點(diǎn)否？分析說明你的理由。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。和微機(jī)的結(jié)合使智能傳感器不僅有視嗅味和聽覺功能，還具有存儲，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，設(shè)計(jì)一套濕度測量傳感器（包括敏感元件的選擇、測量電路的設(shè)計(jì)

52、、采用的溫度補(bǔ)償及抗干擾措施）。答案略 傳感器與檢測技術(shù) 試題答案班級 學(xué)號 姓名 成績一、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

53、難。2) 用石英晶體加速度計(jì)測量機(jī)器的振動，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)器振動達(dá)到最大加速度時(shí)，相應(yīng)的輸出幅值為2V，求機(jī)器的振動加速度。（1pC=10-12C）答： a=3) 圖示電荷放大器中Ca=100 pF，Ra=，RF= ，CF=10 pF。若考慮引線電容CC 影響，當(dāng)A0=104時(shí)，要求輸出信號衰減小于1%，求使用90 pF/m的電纜，其最大允許長度為多少？答： 解得F 三、光纖傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？求n1=1.46，n2=1.45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