最新成都理工大學(xué)傳感器期末考試試題

1、成都理工大學(xué)傳感器原理與應(yīng)用試題1填空（每空1分，共20分）1 .通常傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成,是能把外界非電量轉(zhuǎn)換成電量的器件和裝置。2 .金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時(shí)它的電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱應(yīng)變效應(yīng);半導(dǎo)體或固體受到作用力后電阻率要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱壓阻效應(yīng)。直線的電阻絲繞成敏感柵后長(zhǎng)度相同但應(yīng)變不同，圓弧部分使靈敏度K下降了，這種現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)。3 .螺線管式差動(dòng)變壓器式傳感器理論上講，銜鐵位于中心位置時(shí)輸出電壓為零，而實(shí)際上差動(dòng)變壓器輸出電壓不為零，我們把這個(gè)不為零的電壓稱為零點(diǎn)殘余電壓;利用差動(dòng)變壓器測(cè)量位移時(shí)如果要求區(qū)別位移方向（或正負(fù)）可

2、采用相敏檢波電路。4 .把一導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）兩端通以控制電流I,在垂直方向施加磁場(chǎng)B,在另外兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與控制電流和磁場(chǎng)成比例的電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)稱為霍爾電勢(shì)。外加磁場(chǎng)使半導(dǎo)體（導(dǎo)體）的電阻值隨磁場(chǎng)變化的現(xiàn)象成磁阻效應(yīng)。5 .某些電介質(zhì)當(dāng)沿一定方向?qū)ζ涫┝Χ冃螘r(shí)內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的表面產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力去掉后又恢復(fù)不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng);在介質(zhì)極化方向施加電場(chǎng)時(shí)電介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生形變，這種效應(yīng)又稱逆壓電效應(yīng)。6.在光線作用下電子逸出物體表面向外發(fā)射稱外光電效應(yīng);入射光強(qiáng)改變物質(zhì)導(dǎo)電率的現(xiàn)象稱光電導(dǎo)效應(yīng);半導(dǎo)體材料吸收光能后在PN結(jié)上產(chǎn)生電動(dòng)式的效

3、應(yīng)稱光生伏特效7、塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一圈圈閉合的電流，利用該原理制作的傳感器稱電渦流傳感器；這種傳感器只能測(cè)量金蜃物體。8、不同的金屬兩端分別連在一起構(gòu)成閉合回路，如果兩端溫度不同，電路中會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱熱電效應(yīng)；若兩金屬類型相同兩端溫度不同，加熱一端時(shí)電路中電動(dòng)勢(shì)E=0o二選擇題（每空1分，共20分）電阻應(yīng)變片磁敏電阻霍爾元件氣敏傳感器濕敏傳感器光電耦合器壓電傳感器電容傳感器熱敏電阻CCD電荷耦合器壓阻式傳感器光纖傳感器磁電傳感器光電二極管差動(dòng)變壓器熱釋電器件磁敏晶體管電渦流傳感器光電池超聲波傳感器熱電偶紅外傳感器色敏傳感器正確選

4、擇以上傳感器填入以下空內(nèi)：1可以進(jìn)行位移測(cè)量的傳感器有光纖傳感器、差動(dòng)變壓器、電阻傳感器2可以完成溫度測(cè)量的有熱電偶、熱敏電阻；熱釋電；3半導(dǎo)體式傳感器是磁敏、霍爾元件、氣敏傳感器、壓阻傳感器；4光電傳感器有光電耦合器、色敏傳感器、光纖傳感器、光電二極管；5用于磁場(chǎng)測(cè)量的傳感器霍爾器件、磁敏晶體管；6進(jìn)行振動(dòng)（或加速度）測(cè)量的傳感器磁電傳感器、壓電傳感器；7利用物體反射進(jìn)行非電量檢測(cè)的傳感器超聲波傳感器、紅外傳感器；三計(jì)算（每題5分，共10分）1、圖為一直流應(yīng)變電橋，E=4V,R1=R2=R3=R4=350,求：R1為應(yīng)變片其余為外接電阻，R1增量為R1=3.5Q時(shí)輸出U0=?。R1、R2是應(yīng)

5、變片，感受應(yīng)變極性大小相同其余為電阻，電壓輸出U0=?。R1、R2感受應(yīng)變極性相反，輸出U0=?。R1、R2、R3>R4都是應(yīng)變片，對(duì)臂同性，鄰臂異性，電壓輸出U0=?。巨空=±ay解：口4及435g門0.0統(tǒng)435G235OQ2石英晶體加速計(jì)及電荷放大器測(cè)量機(jī)械振動(dòng)，已知加速度計(jì)靈敏度為5pc/g,電荷放大器靈敏度為50mv/pc,當(dāng)機(jī)器達(dá)到最大加速度時(shí)的相應(yīng)輸出電壓幅值為2V,試求機(jī)械的振動(dòng)加速度（單位g）02/005訊”/穴Q一口=二一；=也解：,二四問(wèn)答題(每題5分，共10分)1壓力傳感器測(cè)量祛碼數(shù)據(jù)如下，試解釋這是一種什么誤差，產(chǎn)生這種誤差的原因是什么。N(g)01.

6、02345正行程(mv)01.522.533.5反行程(mv)00.5122.53.5解：遲滯誤差；靜態(tài)誤差；傳感器本身材料的缺陷造成。2解釋下列磁敏傳感器：磁敏電阻與磁敏晶體管有哪些不同？磁敏晶體管與普通晶體管的不同之處是什么？磁敏電阻與霍爾元件屬同一類磁電轉(zhuǎn)換元件，在本質(zhì)上有什么不同？解：磁敏晶體管有放大作用；普通晶體管無(wú)磁靈敏度；3磁敏電阻不能區(qū)別磁極性。五電路分析(每題5分，共20分)1o下圖左是電容式差壓傳感器，金屬膜片與兩盤(pán)構(gòu)成差動(dòng)電容C1、C2,兩邊壓力分別為P1、P2。下圖右為二極管雙T型電路，電路中電容是左圖中差動(dòng)電容，UE電源是占空比為50%勺方波。試分析：當(dāng)兩邊壓力相等P

7、1=P2時(shí)負(fù)載電阻RL上的電壓U0值；當(dāng)P1>P2時(shí)負(fù)載電阻RL上電壓U0大小和方向(正負(fù))。解：U0=0U0=UfM(C1-C2)因?yàn)镃1C2所以U00,輸出負(fù)電壓2。圖為酒精測(cè)試儀電路，A是顯示驅(qū)動(dòng)器。問(wèn)：TGS-812是什么傳感器？2、5腳是傳感器哪個(gè)部分，有什么作用？分析電路工作原理，調(diào)節(jié)電位器RP有什么意義？解：氣敏傳感器；利用半導(dǎo)體表面因吸附氣體引起半導(dǎo)體元件電阻值變化，根據(jù)這一特性，從阻值的變化檢測(cè)出氣體的種類和濃度加熱電極，可加速還原反應(yīng)提高氣敏傳感器靈敏度；調(diào)節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量范圍和滿度值。3。圖為光電傳感器電路，GP-IS01是光電斷路器。分析電路工作原理：當(dāng)用物體遮擋

8、光路時(shí)晶體三極管VT狀態(tài)是導(dǎo)通還是截止？二極管是一個(gè)什么器件，在電路中起到什么作用？如果二極管反相連接晶體管VT狀態(tài)如何？解：截止；紅外發(fā)射管，起控制作用；截止。4。下圖是電阻應(yīng)變儀電路框圖，電橋采用交流供電，應(yīng)變信號(hào)為一正弦變化的信號(hào)頻率為20Hz,振蕩頻率4KH五請(qǐng)畫(huà)出放大器、相敏檢波器、低通濾波器的輸出波形示意圖。成都理工大學(xué)傳感器原理與應(yīng)用試題2（80分）相州楂液器M幼放大圈1 .在右下圖所示的電橋中，R1=1000Q,R3=1500Q,C2=1F時(shí)電橋平衡。電容C4是多少？（5分）答:根據(jù)平衡條件，C4=C2R1/R3=1*1000/1500=0.667叱F。2 .作為光波5m紅外線

9、的傳感器材料有哪些？（5分）答：amonEV有InSb,Hg0.8Cd0.2Te等材料。3 .在用光開(kāi)關(guān)檢測(cè)物體的系統(tǒng)中，指出輸出電壓的時(shí)間波形。（5分）答：光進(jìn)入受光器輸出電壓為0V,光不進(jìn)入，輸出6V,所以右圖為所示波形。4 .由光電二極管二維陣列組成面型傳感器進(jìn)行圖像檢測(cè)，對(duì)圖像的分辨率由光電二極管的個(gè)數(shù)決定，試說(shuō)明理由。（5分）答：面型傳感器由許多銷的單元構(gòu)成二維平面，其中每一個(gè)小單元都是一個(gè)光電二極管，稱為像素。用面型傳感器測(cè)量物體的形狀所得的圖像的分辨率最高只能是一個(gè)像素。如果所測(cè)得圖像長(zhǎng)為l，對(duì)應(yīng)N個(gè)像素，分辨率為l/N。假設(shè)N為200,則分辨率最高只能使1/200。5 .高溫加

10、熱的鋼板為紅色，當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)變?yōu)榘咨囌f(shuō)明原因。（5分）答：與溫度相對(duì)應(yīng)，物體放射出具有一定波長(zhǎng)分布的光，高溫時(shí)，所有波長(zhǎng)的能量增大，波長(zhǎng)分布的峰值向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)。對(duì)應(yīng)于黑體的波長(zhǎng)分布可由普朗克分布規(guī)則求得。1000。C的鋼板，波長(zhǎng)分布的峰值在近紅外區(qū)域，發(fā)出的光波長(zhǎng)在0.6m以上，屬于可視光的紅光區(qū)域，因此看到的光呈現(xiàn)紅色。溫度升高使得波長(zhǎng)分布的峰值向短波方向移動(dòng)。可視光的短波成分增加，可視光所有波長(zhǎng)成分混合使鋼板顏色接近白色。6 .試舉坑內(nèi)甲烷氣體量傳感器的例子。（5分）試舉工廠排水污濁監(jiān)視用傳感器的例子。試舉汽車排氣成分調(diào)整用傳感器的例子。答：接觸燃燒式氣體傳感器。氧氣傳感器。氧

11、氣氣體傳感器7 .已知某壓力傳感器的測(cè)定范圍為010000Pa,輸入特性表示為y=10（x-0.00007x2+2000）請(qǐng)問(wèn)這種傳感器能使用嗎？（5分）答：dy/dx=1-0.00014x。微分值在x<7143Pa時(shí)為正，x>7143Pa時(shí)為負(fù)，故不能使用8 .某。吹體傳感器在20。C,濃度范圍為0100Ppm時(shí)的輸入特性表示為Rx=x+250（kQ）,用差動(dòng)法回答以下問(wèn)題（其中R1=10M,E=2V）:（15分） 利用最簡(jiǎn)單的電阻-電壓變換電路，繪出X,V0的關(guān)系圖。 利用電橋進(jìn)行電阻-電壓變換電路，繪出20。C時(shí)X,V0的關(guān)系圖。另外，當(dāng)30。C時(shí)，Rx=x+500（kQ）,

12、在同一張圖上再加上X,V0的關(guān)系圖，然后進(jìn)行比較。 采用兩個(gè)差動(dòng)法的傳感器電路繪出20。C,30。C時(shí)X,V0的關(guān)系，然后與（2）中的圖形進(jìn)行比較。答：20。C時(shí)，0100Ppm對(duì)應(yīng)得電阻變化為250350kQ。oV0在48.7867.63mV之間變化。o如果R2=10MQ,R3=250kQ,20。C時(shí)，V0在。18.85mV之間變化。30。C時(shí)V0在46.46mV（0ppm）64.43mV（100ppn）之間變化。o20。C時(shí)，V0為。18.85mV,30。C時(shí)V0為。17.79mV,如果零點(diǎn)不隨溫度變化，靈敏度約降低4.9%。但相對(duì)（2）得情況來(lái)說(shuō)有很大的改善。9 .設(shè)阻抗Rs為1kQ俄信

13、號(hào)源與100V的動(dòng)力線有50m的并行走線距離，靜電感應(yīng)所產(chǎn)生的噪聲電壓為多少？分布電容設(shè)為10pF/m。（10分）答：感應(yīng)電壓=2nfCRSVN以f=50/60Hz,RS=1kQ,VN=100代入，并保證單位一致，得:感應(yīng)電壓=2n*60*500*10-12*1000*100V=1.8*10-2V10 .（1）采用超聲波或光脈沖信號(hào)，由從對(duì)象反射回來(lái)的脈沖的時(shí)間進(jìn)行距離檢測(cè)，空氣中的音速為340m/s,軟鋼中縱波的因素為5900m/s,光的速度為3*108m/s,求這三種情況下1ms的往復(fù)時(shí)間對(duì)應(yīng)得距離。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，比較采用光脈沖所需要系統(tǒng)得信號(hào)處理速度要比采用超聲波脈沖時(shí)的系統(tǒng)速度快幾倍？

14、（2）根據(jù)（1）的結(jié)果，討論利用脈沖往復(fù)時(shí)間測(cè)距，采用超聲波和光波各有什么特點(diǎn)。（10分）答：（1）1ms的時(shí)間內(nèi)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*105m,故要求有105倍高的處理速度。（2）采用光時(shí)，1m的處理速度只能測(cè)量100m以上的距離，不能進(jìn)行近距離測(cè)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(yuǎn)距離分辨率要求不高的場(chǎng)合，而超聲波用于近距離測(cè)量。11 .為了實(shí)現(xiàn)以下目的，試從低通、高通、帶通和帶阻濾波中選擇最合適的一種：（10分） 除去麥克風(fēng)中混入的廣播電波信號(hào)； 從天線接收的電視波中僅選擇第三頻道； 除去混入所

15、取出的腦電波信號(hào)中的電力線頻率（頻率為50Hz）干擾。答：（1）因?yàn)橐ジ哳l成分，故選用低通濾波器。（2）要消除第二通道以下和第三通道以上的頻率成分，故選用帶通濾波器。（3）要消除特定成分的頻率成分，故選用帶阻濾波器。成都理工大學(xué)傳感器原理與應(yīng)用試題3一、填空：（20分每題2分）2 .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3 .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。4 .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

16、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)，這類元件有光電池、光電儀表。2.熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)是由兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)和單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)組成的,其表kTJ達(dá)式為Eab（T,To）=eNB。在熱電偶溫度補(bǔ)償中，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。7 .變氣隙式自感法感器，當(dāng)街鐵移動(dòng)靠近鐵芯時(shí)，鐵芯上的線圈電感量（增加減小不變）8

17、 .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9 .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。10 .差動(dòng)變壓器式傳感器理論上講，銜鐵位于中心位置時(shí)輸出電壓為零，而實(shí)際上差動(dòng)變壓器輸出電壓不為零，我們把這個(gè)不為零的電壓稱為零點(diǎn)殘余電壓;利用差動(dòng)變壓器測(cè)量位移時(shí)如果要求區(qū)別位移方向（或正負(fù)）可采用相敏檢波電路。二、用銀銘-銀硅勢(shì)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)得熱電熱為-1.19mv,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度？（20分）銀銘-銀硅熱電偶分度表解：現(xiàn)在

18、設(shè)溫箱的溫度是tE(t15)=E(t0)-E(150),貝UE(t0)=-1.19+0.60=-0.59mv那么E(t15)=-1.19mv,其中查表可知：E(150)=0.60mv,查表可知：t=-15C測(cè)量端0123456789溫度C熱電動(dòng)勢(shì)(mv)-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

19、.120.160.200.240.280.320.36+100.400.440.480.520.560.600.640.680.720.76+200.800.840.880.920.961.001.041.081.121.16三、電路分析（每題10分，共20分）o下圖左是電容式差壓傳感器，金屬膜片與兩盤(pán)構(gòu)成差動(dòng)電容C1、C2，兩邊壓力分別為P1、P2。下圖右為二極管雙T型電路，電路中電容是左圖中差動(dòng)電容，UE電源是占空比為50%勺方波。試分析：當(dāng)兩邊壓力相等P1=P2時(shí)負(fù)載電阻RL上的電壓U0值；當(dāng)P1>P2時(shí)負(fù)載電阻RL上電壓U0大小和方向（正負(fù)）。解：U0=0U0=UfM(C1-C2

20、)因?yàn)镃1C2所以U00,輸出負(fù)電壓o圖為酒精測(cè)試儀電路，A是顯示驅(qū)動(dòng)器。問(wèn):TGS-812是什么傳感器？2、5腳是傳感器哪個(gè)部分，有什么作用？分析電路工作原理，調(diào)節(jié)電位器RP有什么意義？解：氣敏傳感器；加熱電極，可加速還原反應(yīng)提高氣敏傳感器靈敏度;調(diào)節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量范圍和滿度值。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Pt100粕電阻，且其測(cè)量溫度為T=50C,試計(jì)算出Rt的值和Ra的值（102.電路中已知R1、R2R3和E,試計(jì)算電橋的輸出電壓VAB（5分）其中（R1=10KQ,R2=5KQ,R3=10KQ,E=5伏）.答：該熱電阻測(cè)量溫度電路由熱敏電阻、測(cè)

21、量電阻和顯示電表組成。圖中G為指示電表，R1、R2、R3為固定電阻，Ra為零位調(diào)節(jié)電阻。熱電阻都通過(guò)電阻分別為r2、r3、Rg的三個(gè)導(dǎo)線和電橋連接，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分別接在指示電表和電源的回路中，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)。Rl-R(1+At+UtT)=1001+3.940xio-3x50+(-5.802xl0-7>x50?=119.55成都理工大學(xué)傳感器原理與應(yīng)用試

22、題4一、填空題：（30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金屬材料和半導(dǎo)體材料。它們?cè)谑艿酵饬ψ饔脮r(shí)電阻發(fā)生變化，其中金屬材料的電阻變化主要是由電阻應(yīng)變效應(yīng)形成的，而半導(dǎo)體材料的電阻變化主要是由壓阻效應(yīng)造成的。半導(dǎo)體材料傳感器的靈敏度較大。3、在變壓器式傳感器中，原方和副方互感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上J表0$0示。4、測(cè)量過(guò)程中存在著測(cè)量誤

23、差，按性質(zhì)可被分為絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差和引用誤差三類.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I5、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。6、熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)是由兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)和單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)組成。其表CT-Tt）ln+-oB）dT達(dá)式為Eab（

24、T,T=）電區(qū)。在熱電偶溫度補(bǔ)償中，補(bǔ)償導(dǎo)線法（即冷端延長(zhǎng)線法）是把連接導(dǎo)線與熱電偶配接。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。二、問(wèn)答題：（30分）1、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)特就能夠滿足通常的需要，而在什么頻域條件下一月要研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性？（10分）答：傳感器的特性是指?jìng)鞲衅魉赜行再|(zhì)的總稱。而傳感器的輸入輸出特性是其基本特性，一般把傳感器作為二端網(wǎng)絡(luò)研究時(shí)，輸入輸出特性是二端網(wǎng)絡(luò)的外部特性，即輸入量和輸出量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由于輸入量的狀態(tài)（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)）不同分靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。靜態(tài)特性是指當(dāng)輸入量

25、為常量或變化極慢時(shí)傳感器輸入-輸出特性。動(dòng)態(tài)特性指當(dāng)輸入量隨時(shí)間變化時(shí)傳感器的輸入-輸出特性?？梢詮臅r(shí)域和頻域來(lái)研究動(dòng)態(tài)特性2、簡(jiǎn)述霍爾電勢(shì)產(chǎn)生的原理。（10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)，電子受到洛侖茲力作用而發(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)稱為霍爾電勢(shì)UH3、分析應(yīng)變片式傳感器在使用單臂電橋測(cè)量電路時(shí)由于溫度變化而產(chǎn)生測(cè)量誤差的過(guò)程。（1

26、0分）答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)1及柵絲與試件膨脹系數(shù)（品與百）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。、分析、計(jì)算題：（40分）rnrr1、分析如圖i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。已知空氣所隙的長(zhǎng)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）又-IJ.-L空氣隙的長(zhǎng)度x1和x2各自變而其和不變，其他變量都不變故L不變。2、分析如圖2所示變介質(zhì)平板電容傳感器，電容（C）變化對(duì)液位變化（x）的靈敏度。已知長(zhǎng)方形極板的長(zhǎng)為l,高為h,極板間距離為d,容器內(nèi)下面介質(zhì)的高度為x（xh）,介電常數(shù)為

27、£2,容器內(nèi)上面介質(zhì)的介電常數(shù)為£1。（10分）3、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：9.810.010.19.910.2厘米，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(duì)被測(cè)物體的最小估計(jì)區(qū)間。(10分)(9.3+10.0+10.1+9.9+10.2)嗎二再一h分別為-0.200.1-0.10.23o,X+3口-9,52,10,484、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，并討論下列電壓最符合最小二乘法準(zhǔn)則？（10分）-壓力直線中哪一條測(cè)量次數(shù)I壓力xi（MPa電壓

28、yi（V）10.04320.093(1) y=5.00x-1.05345581030.15340.12850.072(2) y=7.00x+0.09(3)y=50.00x-10.50(4)y=-5.00x-1.05（5）y=5.00x+0.07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，（5）為所求成都理工大學(xué)傳感器原理與應(yīng)用試題5、填空：（20分）3 .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

29、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。4 .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)械應(yīng)力，從而引起極化現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為壓磁效應(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)象稱為磁致伸縮效應(yīng)。5 .磁電式傳感器是利用導(dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)的。而霍爾式傳感器利用霍爾元件在磁場(chǎng)中有電磁效應(yīng)（霍爾效應(yīng)）而輸出電勢(shì)的?；魻柺絺鞲衅骺捎脕?lái)測(cè)量電流，磁場(chǎng)，位移，壓力。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)

30、量值與被測(cè)量真實(shí)值之間的差值其表達(dá)式為=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)的百分比其表r=91。»達(dá)式為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e=0.1°,則莫爾條紋的寬度B=11.43mm莫爾條紋的放大倍數(shù)K=573.2q8 .測(cè)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(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)表征。10.同位素的原子核在沒(méi)有外力作用下自動(dòng)發(fā)生衰變，衰變中釋放出a、B、丫、X射線，這種現(xiàn)象稱為核衰變。二、寄生電容與電容傳感器相聯(lián)時(shí)影響傳感器的靈敏度，它

31、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。（15分）解：電容式傳感器內(nèi)極板與其周圍導(dǎo)體構(gòu)成的“寄生電容”卻較大，不僅降低了傳感器的靈敏度，而且這些電容（如電纜電容）常常是隨機(jī)變化的，將使儀器工作很不穩(wěn)定，影響測(cè)量精度。因此對(duì)電纜的選擇、安裝、接法都有要求。若考慮電容傳感器在高溫、高濕及高頻激勵(lì)的條件下工作而不可忽視其附加損耗和電效應(yīng)影響時(shí)，其等效電路如圖4-8所示。圖中L包括引線電纜電感和電容式傳感器本身的電感；C0為傳感器本身的電容；Cp為引線電纜、所接測(cè)量電路及極板與外界所形成的總寄生電容，克服其影響，是提高電容傳感器實(shí)用性能的關(guān)鍵之一；Rg為低頻損耗

32、并聯(lián)電阻，它包含極板間漏電和介質(zhì)損耗；Rs為高濕、高溫、高頻激勵(lì)工作時(shí)的串聯(lián)損耗電組，它包含導(dǎo)線、極板間和金屬支座等損耗電阻。此時(shí)電容傳感器的等效靈敏度為22CeCo1-LC0kgk=r=e.2dd1-2LCo當(dāng)電容式傳感器的供電電源頻率較高時(shí)，傳感器的靈敏度由kg變?yōu)閗e,ke與傳感器的固有電感（包括電纜電感）有關(guān)，且隨3變化而變化。在這種情況下，每當(dāng)改變激勵(lì)頻率或者更換傳輸電纜時(shí)都必須對(duì)測(cè)量系統(tǒng)重新進(jìn)行標(biāo)定。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。（15分）答：測(cè)板厚時(shí)，金屬板材厚度的變化相當(dāng)于

33、線圈與金屬表面間距離的改變，根據(jù)輸出電壓的變化即可知線圈與金屬表面間距離的變化，即板厚的變化。如下圖所示。為克服金屬板移動(dòng)過(guò)程中上下波動(dòng)及帶材不夠平整的影響，常在板材上下兩側(cè)對(duì)稱放置兩個(gè)特性相同的傳感器L1與L2。由圖可知，板厚d=4（x1+x2）。工作時(shí)，兩個(gè)傳感器分別測(cè)得x1和x2。板厚不變時(shí)，（x1+x2）為常值；板厚改變時(shí)，代表板厚偏差的（x1+x2）所反映的輸出電壓發(fā)生變化。測(cè)量不同厚度的板材時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)距離D來(lái)改變板厚設(shè)定值，并使偏差指示為零。這時(shí)，被測(cè)板厚即板厚設(shè)定值與偏差指示值的代數(shù)和四、計(jì)算與問(wèn)答題（每題10分，共20分）1、有一吊車的拉力傳感器如右圖所示。其中電阻應(yīng)變片R

34、1、R2、R3R4貼在等截面軸上。已知R1、R2、R3R4標(biāo)稱阻值均為120Q,橋路電壓為2V,物重m引起R1、R2R1變化增量為1.2Q 畫(huà)出應(yīng)變片組成的電橋電路。 計(jì)算出測(cè)得的輸出電壓和電橋輸出靈敏度。 說(shuō)明R3R4起到什么作用？答:應(yīng)變片組成半橋電路平號(hào)竿十端T。亞R3R4可以進(jìn)行溫度補(bǔ)償。2.石英晶體加速計(jì)及電荷放大器測(cè)量機(jī)械振動(dòng)，已知加速度計(jì)靈敏度為5pc/g,電荷放大器靈敏度為50mv/pc,當(dāng)機(jī)器達(dá)到最大加速度時(shí)的相應(yīng)輸出電壓幅值為2V,試求機(jī)械的振動(dòng)加速度（單位g）。a"工；二陽(yáng)解：二五、下圖是一紅外測(cè)溫裝置，測(cè)量溫度高于1000C,紅外探測(cè)器是熱釋電元件，利用熱輻射

35、測(cè)溫。請(qǐng)回答下列器件各起到什么作用？（10分）o光學(xué)系統(tǒng)：透鏡塞隹；濾光片波長(zhǎng)選擇；o步進(jìn)電機(jī)與調(diào)制盤(pán)將被測(cè)紅外輻射調(diào)制為按一定頻率變化的溫度信號(hào)o溫度傳感器用于電路補(bǔ)償?shù)臏囟葌鞲衅鱫紅外探測(cè)器接受檢測(cè)被測(cè)高溫的傳感器。成都理工大學(xué)傳感器原理與應(yīng)用試題6（100分）1 .鋼材上粘貼的應(yīng)變片的電阻變化率為0.1%,鋼材的應(yīng)力為10kg/mm2。求鋼材的應(yīng)變。鋼材的應(yīng)變?yōu)?00*10-6時(shí)，粘貼的應(yīng)變片的電阻變化率為多少？（10分）空_F竺2 .答：丁是R/R=2（Al/l）。因?yàn)殡娮枳兓适荝/R=0.001,所以Al/l（應(yīng)變）=0.0005=5*10-4。因1/1=300*10-6,所以，R

36、/R=2*300*10-6=6*10-4。3 .截面積為1mm2長(zhǎng)度為100m銅線的電阻為多少？具有和它相同電阻的100m鋁線的截面積為多大？比較此時(shí)的鋁線重量和銅線重量。（5分）2 .答：R=p（l/S）中，p（銀）是（95104）*10-8Q-mp（銅）是1.72*10-8Qm所以R（銀）/R（銅）=p（銀）/p（銅）=（95104）/1.72=55.260.5。3 .試推導(dǎo)惠斯頓電橋輸入輸出之間的關(guān)系。（10分）3.答：假定輸入輸出端沒(méi)有電流流過(guò)，流過(guò)阻抗Z4和Z1的電流為i4,流過(guò)阻抗Z3和Z2的電流為i3,由基爾霍夫電壓定律得以下關(guān)系式：(Z4+Z1)i4=(Z3+Z2)i3=Vi(

37、1)i4Z4=i3Z3+Vi(2)由(1)式得'4+Z(3)I.匕(4)將(3)和(4)代入(2)求得V0為：乙/廣工二工4一.12'V0=i4Z4-i3Z3=(二十?l4+金)Vi=1】+4)區(qū)+均»Vi4 .給出力平衡測(cè)量系統(tǒng)得一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，并給出系統(tǒng)的信號(hào)流方框圖。(10分)輸入W出5 .粕線電阻在20。C時(shí)為10Q,求50。C時(shí)的電阻。(5分)5。答：R=R0(I+at)中，t=20。C,R=10Q,a=30*10-4/。C。因止匕，10=R0(1+30*10-4*20),R=R0(1+30*10-4*50)得Z10.8Q。6.下圖1所示的粕測(cè)溫電阻元件，當(dāng)溫度由0oC上升到100。C時(shí)，電阻變化率AR/R0為多少？下圖2所示的熱敏電阻（R0=28kQ）,其AR/R0為多少上圖1所示的粕測(cè)溫電阻元件，在0200。C范圍內(nèi)的電阻溫度系數(shù)為多少？（10分）6 .答：由圖1可讀取t=100°C時(shí)的R/R0=1.4。因此，R=1.4R0,又有AR=R-R0=1.4R0-R0=0.4RO