傳感器與測試技術(shù)簡答題

1、傳感器無失真檢測的條件是什么答：傳感器無失真檢測條件是：幅頻特性應(yīng)當(dāng)是常數(shù)即水平直線；相頻特性應(yīng)該是線性關(guān)系.傳感器是由哪幾局部組成各有何功能答：傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路三局部組成.敏感元件是直接感受被測物理量,并輸出與被測量成確定關(guān)系的某一種量.轉(zhuǎn)換元件接收敏感元件的輸出并把輸入轉(zhuǎn)換成電路的參量.轉(zhuǎn)換電路把轉(zhuǎn)換元件輸出電路參數(shù)轉(zhuǎn)換成電量輸出.測定頻響函數(shù)的方法是什么常用輸入標(biāo)準(zhǔn)信號有哪幾種測定頻響函數(shù)的方法有哪幾種答：確定頻響函數(shù)的方法是以標(biāo)準(zhǔn)信號輸入,測出其輸山信號,從而求得需要的特性.輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號有正弦信號、脈沖信號和階躍信號.磁電式傳感器有何優(yōu)點答：磁電式傳感器直接從

2、被測物體吸收機(jī)械能并轉(zhuǎn)換成電信號輸出,且輸出功率大,性能穩(wěn)定,它的工作不需要電源,調(diào)理電路簡單,由于磁電式傳感器通常具有較高的靈敏度,所以一般不需要高增益放大器.超聲波的波型有幾種是根據(jù)什么來分類的答：超聲波的波型有縱波、橫波、外表波亦稱瑞利波、蘭姆波依據(jù)超聲場中質(zhì)點的振動與聲能量傳播方向之間的關(guān)系來分.常用的超聲波探傷方法有哪些各有什么特點答：常用的超聲波探傷法有共振法、穿透法、脈沖反射法等.共振法的特點是：1可精確的測厚,特別適宜測量薄板及薄壁管；2工件外表光潔度要求高,否那么不能進(jìn)行測量.穿透法具有以下特點：1探測靈敏度較低,不易發(fā)現(xiàn)小缺陷；2根據(jù)能量的變化即可判斷有無缺陷,但不能定位；

3、3適宜探測超聲波衰減大的材料；4可防止盲區(qū),適宜探測薄板;5指示簡單,便于自動探傷；6對兩探頭的相對距離和位置要求較高.脈沖反射法的特點是：1探測靈敏度高；2能準(zhǔn)確地確定缺陷的位置和深度；3可用不同波型探測,應(yīng)用范圍廣.D電橋是傳感器的常用變換電路,請畫直流電橋與交流電橋的電路圖,并列出各自的平衡條件.答：1直流電橋的平衡條件是：RiR3=R2R42交流電橋的平衡條件是： Z1Z3=Z2Z4, Zi=ZidW;也可表達(dá)為Z1j1Z3d43=z2 j2Z4d% 即Z1Z3=ZzZ4,8+眄=花+帆電容傳感器分為變間距型、變面積型和變介電常數(shù)型三種形式,比擬這三種傳感器側(cè)位移時的量程、靈敏度和線性

4、度.答：變間距型電容傳感器的量程小,靈敏度高,輸入被測量與輸出電容之間的關(guān)系為非線性；變面積型和變介電常數(shù)型量程大,靈敏度低,傳感器的輸入被測量與輸出電容之間的關(guān)系為線 性.G光電傳感器的光譜特性和頻譜特性有何區(qū)別選用光電元件時考慮這兩種特性有何意義答：當(dāng)光敏元件加一定電壓時,如果照射在光敏元件上的是一單色光,當(dāng)入射光功率不變時,光電流隨入射光波長變化而變化的關(guān)系I=f入麻為光譜特性.光譜特性對選擇光電器件和光源有重要意義,當(dāng)光電器件的光譜特性與光源的光譜分布協(xié)調(diào)一致時,光電傳感器的性能較好,效率也高.在檢測中,應(yīng)選擇最大靈敏度在需要測量的光譜范圍內(nèi)的光敏元件,才有可能獲得最高靈敏度.在相同的

5、電壓和相同幅值的光強度下,當(dāng)入射光以不同的正弦交變頻率調(diào),光敏元件輸出的光電流I和靈敏度S隨調(diào)制頻率f變化的關(guān)系I=f1f、S=f2f稱為頻率特性.選擇光電器件時應(yīng)選用響應(yīng)頻率高的元件,以保證測量時對傳感器響應(yīng)時間的要求.H畫出霍爾鉗形電流表的工作原理圖,并簡述其工作原理.答：1霍爾鉗形電流表的探頭是用環(huán)形鐵芯做的集束器,霍爾器件放在空隙中,由安培定律可知,在載流導(dǎo)體周圍會產(chǎn)生一正比于該電流的磁場.2霍爾元件在磁場中產(chǎn)生的霍爾電勢： Uh=KhIBo電路表中霍爾元件的靈敏度Kh、限制電路I為定值.霍爾元件輸出的霍爾電動勢與磁場成正比,通過對磁場的測量可間接測得電流的大小.畫出測試系統(tǒng)的組成框圖

6、并說明各組成局部的作用.答：傳感器作為測試系統(tǒng)的第一環(huán)節(jié),將被測量轉(zhuǎn)化為人們所熟悉的各種信號,通常傳感器將被測量轉(zhuǎn)換成電信號；信號變換局部是對傳感器所送出的信號進(jìn)行加于,如信號的放大、濾波、 補償、校正、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換等,經(jīng)過處理使傳感器輸出的信號便于傳輸、佩示或記錄：顯示與記錄局部將所測信號變?yōu)楸阌谌藗兝斫獾男问?以供人們觀測和分析.何謂熱電阻式傳感器常用的熱電阻類型有哪些答：利用導(dǎo)電材料的電阻率隨本身溫度而變化的溫度電阻效應(yīng)制成的傳感器,稱為熱電阻式傳感器.熱電阻式傳感器的類型包括：鉗熱電阻、銅熱電阻、鎰電阻、錮電阻等.何為傳感器的分辨力和閥值答：分辨力是指傳感器在規(guī)定測量范圍內(nèi)所能檢

7、測出的被測輸入量的最小變化量.閥值是能使傳感器輸出端產(chǎn)生可測變化量的最小被測輸入量值,即零位附近的分辨力.J簡述電容式傳感器的工作原理.根據(jù)工作原理,電容式傳感器可分為哪幾種類型答:兩平行極板組成的電容器,如果不考慮邊緣效應(yīng),其電容量為C=£ S/o8當(dāng)被測量的變換使8電容極板間距、S 電容極板有效面積或£ 電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)任一參數(shù)發(fā)生變化時,電容量C也就隨之變化,這就是電容式傳感器的工作原理.電容式 傳感器分為三類：變極距或變間隙型、變面積型和變介電常數(shù)型.簡述傳感器的選用原那么與設(shè)計測試系統(tǒng)時應(yīng)考慮的因素.答：傳感器選用原那么和應(yīng)考慮的因素：1仔細(xì)研究所測試的信

8、號,分析測試環(huán)境和干擾因素.根據(jù)測試范圍確定選用什么樣的傳感器、確定測試方法、考慮傳感器的體積被測位置是否能 安下,研究傳感器的來源、價格等因素.2傳感器的靈敏度、頻率響應(yīng)特性、穩(wěn)定性、精度.設(shè)計測試系統(tǒng)時應(yīng)考慮的因素：靈敏度、精準(zhǔn)度、響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性、測量方式、各環(huán)節(jié)之間的配合、并盡量兼顧體積下、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、易于維修、價格廉價、便于攜帶、 通用化和標(biāo)準(zhǔn)化等一系列因素.簡述電容式傳感器的優(yōu)點.答：電容式傳感器的優(yōu)點：溫度穩(wěn)定性好；結(jié)構(gòu)簡單,適應(yīng)性強；動態(tài)響應(yīng)好；町以實現(xiàn)非接觸測量,具有平均效應(yīng)；靈敏度、分辨力高.接近開關(guān)有哪些選擇接近開關(guān)應(yīng)考慮哪些因素笞：1接近開關(guān)有渦流式、電

9、容式、霍爾式、光電式、熱釋電,以及利用多普勒效應(yīng)制成的超聲波、微波接近開關(guān).2選擇接近開關(guān)應(yīng)考慮應(yīng)用對象、重復(fù)定位精度、開關(guān)頻率、負(fù)載 接法、動作差程、以及工作電壓范圍、負(fù)載電流大小、工作溫度范圍、動作距離、通態(tài)壓降、以及斷態(tài)漏流等.金屬應(yīng)變片有哪些類型答：電阻絲應(yīng)變片和金屬箔式應(yīng)變片.激光干預(yù)傳感器的作用是測量長度,其根本原理就是光的干預(yù)原理,測量精度高、分辨力高.如下圖是邁克爾遜雙光束干預(yù)系統(tǒng),圖中 S是光源,B是分光鏡,M1是固定反射鏡,M2 是可動反射鏡,P是觀察屏處,試介紹其工作原理.答：來自光源S的光經(jīng)半反半透分光鏡B后分成兩路,一路由固定反射鏡M1反射,另一路經(jīng)可動反射鏡M2和B

10、反射,在觀察屏P處相遇產(chǎn)生干預(yù).當(dāng)M2每移動半個光波波長時,干預(yù) 條紋亮暗變化一次,因此被測長度為x=N M2n.式中,x-被測長度；N干預(yù)條紋亮暗變化次數(shù)；為一真空中光波波長；n一空氣折射率.L兩金屬應(yīng)變片R1和R2阻值均為120Q,靈敏度系數(shù)k=2;兩應(yīng)變片一受拉,另一受壓,應(yīng)變均為1000R比兩者接入直流電橋組成半橋雙臂工作電橋,電源電壓U=5V.求1 和AR/R2電橋的輸出電壓Ud答:靈敏度系數(shù)k=AR/Re =2應(yīng)變均為1000r,£即e =0.001貝IJ R/R=2e =002, R=0.002R=0.002X 120Q =0.24 Q電橋輸出電壓 U0=U R1+ R

11、/R+ R+R+ R+U/2=0.005V螺管型電感傳感器與變氣隙型電感傳感器各有何優(yōu)點答：1變氣隙型電感傳感器靈敏度高,因而它對電路的放大倍數(shù)要求低.它的主要缺點是非線性嚴(yán)重,為了減少非線性,量程就必須限制在較小范圍內(nèi),通常為氣隙奇的1/5以下,同時, 這種傳感器裝配制造困難.2螺管型電感傳感器靈敏度低,但量程大,線性度較好,制造裝配方便,批量生產(chǎn)的互換性強.N粘貼到試件上的電阻應(yīng)變片,環(huán)境溫度變化會引起電阻的相對變化,產(chǎn)生虛假應(yīng)變,這種現(xiàn)象稱為溫度效應(yīng),簡述產(chǎn)生這種效應(yīng)的原因.答：環(huán)境溫度變化時,由于敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)的存在,引起應(yīng)變片電阻相對變化；環(huán)境溫度變化時,敏感柵材料和試件材

12、料的膨脹系數(shù)不同,應(yīng)變片產(chǎn)生附加的拉長或壓縮,引起電阻的相對變化.Q請畫出兩種霍爾元件的驅(qū)動電路,簡述其優(yōu)缺點.答：對霍爾元件可采用恒流驅(qū)動或恒壓驅(qū)動,恒壓驅(qū)動電路簡單,但性能較差,隨著磁感應(yīng)強度增加,線性變化壞,僅用于精度要求不太高的場合；恒流驅(qū)動線性度高,精度高,受溫度影 響小.兩種驅(qū)動方式各有優(yōu)缺點,應(yīng)根據(jù)工作要求確定驅(qū)動方式.R如下圖是兩種光電轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理,試介紹其工作原理.答：反射型光電轉(zhuǎn)速傳感器在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上沿軸向均勻涂上黑白相間條紋.光源發(fā)出的光照在電機(jī)軸上再反射到光敏元件上.由于電機(jī)轉(zhuǎn)動時電機(jī)軸上反光面和不反光面交替出現(xiàn)所 以光敏元件間斷地接收光的反射信號輸出相應(yīng)的電脈

13、沖.電脈沖經(jīng)放大整形電路變換為方波根據(jù)方波的頻率就可測得電機(jī)的轉(zhuǎn)速.直射型光電轉(zhuǎn)速傳感器在電機(jī)軸上裝有帶孔的圓盤,圓盤的一邊設(shè)置光源,另一邊放置光電元件.當(dāng)光線通過圓盤上的孔時,光電元件產(chǎn)生一個電脈沖.當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時,圓盤隨著轉(zhuǎn)動, 光電元件就產(chǎn)生一列與轉(zhuǎn)速及圓盤上的孔數(shù)成正比的電脈沖數(shù),由此可測得電機(jī)的轉(zhuǎn)速.電機(jī)的轉(zhuǎn)速門為門=60f/N,式中,N 圓盤的孔數(shù)或白條紋的條數(shù)；F電脈沖的頻率.如下圖是電容式差壓傳感器結(jié)構(gòu)示意圖及其轉(zhuǎn)換電路,圖中1為玻璃盤,2為鍍金層,3為金屬膜片,試介紹其工作原理.答：電容式差壓傳感器由兩個玻璃盤和一個金屬膜片組成.兩個玻璃圓盤上凹盤上面各鍍以金作為電容傳感器的兩

14、個固定電極,夾在兩凹盤中的膜片那么為傳感器的可動電極.當(dāng)兩邊壓力相等時,膜片處在中間位置與左、右固定電極間距相等,轉(zhuǎn)換電路輸出U0=0;當(dāng)P1>P2或P2>PD時,膜片彎向右側(cè)或左側(cè),Cdb<Cab或Cab<Cdb, U0輸出與|P1-P雌比例的信號. 如下圖結(jié)構(gòu)可用于轉(zhuǎn)速測量,由導(dǎo)磁材料制成的齒輪安裝在被測轉(zhuǎn)軸上,與轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn).簡述其工作原理.答：如下圖是一種開磁路變磁通式傳感器的結(jié)構(gòu),齒輪安裝在被測轉(zhuǎn)軸上,與轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn).當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動時,每轉(zhuǎn)過一個齒,磁路的磁阻就變化一次,因而磁通量也變化一次,線圈中產(chǎn) 生感應(yīng)電動勢,線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的變化頻率等于齒輪和轉(zhuǎn)速的乘

15、積,由此可求得轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速.如下圖是帶有等位環(huán)的平板電容器結(jié)構(gòu)原理圖,請介紹等位環(huán)的作用.答：使電極2的邊緣電力線平直,兩電極間的電場根本均勻,消除和減少邊緣效應(yīng),提升電容式傳感器的靈敏度和線性度.如下圖是超聲波液位計的原理圖,簡述其工作原理.答：如下圖是自發(fā)自收單換能器方式,換能器安裝在最高液位之上的空氣或氣體中,超聲換能器發(fā)出的超聲脈沖在氣體中從換能器傳至液面,反射后再從液面返回同一換能器而被接收.如換能器至液面的垂直距離為L,從發(fā)到收經(jīng)過的時間為t,超聲波在氣體中的傳播速度為c,那么1= 1/2 cto如下圖是PSD光學(xué)三角法測距系統(tǒng)的工作原理圖,光源發(fā)出的光經(jīng)過凸鏡L1聚焦后投向待測物體

16、的外表.反射光由透鏡L2聚焦到一維PSD上,形成一個光點.令透鏡L1與L2間的 中央距離為b,透鏡L2到PSD外表之間的距離即透鏡L2的焦距為f,聚焦在PSD外表的光點距離透鏡L2中央的距離為x,求待測距離D的值.答：光源發(fā)出的光經(jīng)透鏡L1聚焦后投向待側(cè)體的外表,反射光由透鏡L2聚焦到一維PSD上,形成一個光點.只要測出PSD的光點位置坐標(biāo)x的值,即可測出待側(cè)體的距離.假設(shè)透鏡L1與L2間的中央距離為b,透鏡L2到PSD外表之間的距離為f,聚焦在PSD外表的光點距離透鏡L2中央的距離為x,那么根據(jù)相似三角形的性質(zhì),可得出待測距離D為：D=bf/x.如何用磁電式傳感器測量位移和加速度答：當(dāng)傳感器

17、結(jié)構(gòu)參數(shù)和磁場的磁感應(yīng)強度確定后,磁電式傳感器的感應(yīng)電動勢e與線圈相對磁場的運動速度v或w成正比,可通過磁電式傳感器感應(yīng)電動勢e求得線速度和角速度,再對 測得的速度進(jìn)行積分或微分就可求出位移和加速度.S什么是金屬應(yīng)變片的橫向效應(yīng)答：沿應(yīng)變片軸向的應(yīng)變必然引起應(yīng)變片電阻的相對變化,而沿垂直于應(yīng)變片軸向的橫向應(yīng)變£ X也會引起其電阻的相對變化,這種現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng).什么是傳感器畫出其組成框圖并介紹各個環(huán)節(jié)的功能.答：傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系,以便于精確處理的另外一種量的測量裝置或系統(tǒng).傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路三局部組成.敏感元件直接感受被

18、測量,并輸出與被測量構(gòu)成有確定關(guān)系的某一種量；轉(zhuǎn)換元件把敏感元件的輸出量轉(zhuǎn)換成電路參量電阻、電容、電感；轉(zhuǎn)換電路將轉(zhuǎn)換元件輸出的電路參數(shù)轉(zhuǎn)換成電量輸出.什么是傳感器的動態(tài)特性答：傳感器的動態(tài)特性是指傳感器對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性.什么叫渦流效應(yīng)答：當(dāng)一塊金屬導(dǎo)體放置在一變化的磁場小,導(dǎo)體內(nèi)就會產(chǎn)生感應(yīng)電流,這種電流像水中旋渦那樣在導(dǎo)體內(nèi)轉(zhuǎn)囤,所以稱之為電渦流或渦流.這種現(xiàn)象就稱為渦流效應(yīng).T圖示是BYM型壓力傳感器的結(jié)卞原理圖.彈簧管1的自由端與差動式電感傳感器銜鐵2相連,銜鐵2位于傳感器兩差動線圈5和6的中間位置.試介紹其工作原理.笞：1線圈和銜鐵構(gòu)成差動變氣隙自感式電感傳感器,當(dāng)壓力P發(fā)生變化時,彈簧管1的自由端產(chǎn)生位移,使銜鐵2產(chǎn)生移動,使兩差動線圈5和6的電感值一個增加,一個減少.2銜鐵位移的大小決定傳感器輸出信號的大小