傳感器原理與應(yīng)用復(fù)習(xí)試題

.PAGE...一、判斷題〔在正確的后面劃√,錯誤的后面劃×1.傳感器是獲取信息的重要途徑和手段,它相當(dāng)于人的五官。傳感器技術(shù)是構(gòu)成現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一,在一定程度上它決定著機器人水平的高低。〔2.傳感器正從傳統(tǒng)的分立式朝著集成化、微型化、多功能化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、光機電一體化的方向發(fā)展。〔3.物聯(lián)網(wǎng)是將各種信息傳感器設(shè)備按約定的協(xié)議與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來,形成一個巨大的網(wǎng)絡(luò),進(jìn)行信息交換和通信,以實現(xiàn)智能化的識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)?！?.傳感器實際輸入輸出曲線偏離理想擬合直線的程度稱為線性度,通常用最大偏差與滿量程輸出之比的百分?jǐn)?shù)來表示。〔5.在穩(wěn)定工作條件下,傳感器的靈敏度是一個無單位的常數(shù),它與外加電源電壓無關(guān)?！?.在相同條件下,傳感器在正行程〔輸入量由小到大和反行程〔輸入量由大到小期間,所得輸入、輸出曲線不重合的現(xiàn)象稱重復(fù)性?！?.一階傳感器系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)主要取決于時間常數(shù),越小越好,減少時間常數(shù)可以改善傳感器頻率特性,加快響應(yīng)過程?！?.二階傳感器對階躍信號響應(yīng)和頻率響應(yīng)特性的好壞很大程度上取決于阻尼系數(shù)和固有頻率?！?.直線電阻絲繞成敏感柵后,雖然長度相同,但應(yīng)變不同,圓弧部分使靈敏度下降,這種現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)。敏感柵越窄,基片越長的應(yīng)變片,橫向效應(yīng)越小?！?0.壓阻式傳感器是利用半導(dǎo)體材料壓阻效應(yīng)制作的電阻式應(yīng)變傳感器,其性能優(yōu)于金屬應(yīng)變效應(yīng)制作的電阻式應(yīng)變傳感器,主要用于壓力測量?！?1．電容傳感器本身電容量較大,連接電纜的電容量很小〔每米幾百皮法,這樣在低頻時電纜的容抗較大,對傳感器靈敏度影響就較大,因此低頻工作時的電容傳感器連接電纜的長度不能任意變化。〔12．脈沖寬度調(diào)制電路適用于任何形式的電容傳感器,并有理論線性度。該電路不需解調(diào)、檢波,對電源也沒有什么嚴(yán)格要求,是電容傳感器的常用電路。〔13．根據(jù)電渦流效應(yīng)制作的傳感器稱電渦流傳感器。電渦流傳感器的最大特點是能夠?qū)Ρ粶y量進(jìn)行非接觸測量,并且靈敏度與被測對象的材質(zhì)無關(guān)?！?4．用石英晶體制作的壓電傳感器,晶面上產(chǎn)生的電壓與作用在晶面上外力成正比,而與晶片的厚度和面積無關(guān)?！?5．壓電傳感器是一種有源傳感器,但由于其輸出信號很弱,內(nèi)阻很高,要求前置放大器有相當(dāng)高的輸入阻抗,將傳感器高阻抗輸出變換為低阻抗輸出,在放大微弱信號的同時完成阻抗變換。〔16．壓電陶瓷是人工制造的多晶體,是由無數(shù)細(xì)微的電疇組成。電疇具有自發(fā)的極化方向,經(jīng)過外加電場極化的壓電陶瓷才具有壓電效應(yīng)?！?7．集成溫度傳感器是利用晶體管PN的電流電壓特性隨溫度變化的關(guān)系制作的熱電傳感器,主要用于低溫測量?！?8.熱電偶的冷端也稱參比端,在用熱電偶測溫時參比端溫度要保持恒定,當(dāng)參比端溫度不是0℃時,測得的溫度應(yīng)加上參比端的溫度才是真正的待測溫度?！?9．磁電感應(yīng)式傳感器是一種有源型傳感器,工作時必須外加工作電源。該類傳感器只能測量運動速度。〔20．減少霍爾元件溫度誤差的補償方法是采用恒流源激勵,同時并聯(lián)一個負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻分流,以達(dá)到霍爾電勢保持不變?！?1．磁敏電阻是一種基于磁阻效應(yīng)制作的磁敏傳感器,其電阻值隨著磁場的增加而增大。但磁敏電阻沒有判斷極性的能力,只能與輔助磁鋼并用,才具有識別磁極的能力?！?2．磁敏二極管都是長"基區(qū)"〔本征區(qū)的P+-I-N+型二極管結(jié)構(gòu)。在弱磁場情況下可獲得較大的輸出電壓,但輸出電壓不對稱,這是磁敏二極管與霍爾元件和磁敏電阻所不同之處。〔23．超聲波傳感器主要是利用壓電材料<晶體、陶瓷>的壓電效應(yīng),其中超聲波的發(fā)射器利用逆壓電效應(yīng)制成,將高頻電振動轉(zhuǎn)換為機械振動產(chǎn)生超聲波；超聲波接收器利用正壓電效應(yīng)制成,將超聲波機械振動轉(zhuǎn)換為電信號。〔24．人體輻射紅外線波長在8~12m范圍,人活動頻率范圍一般在0.1~10Hz之間,熱釋電傳感器可以監(jiān)控人的活動情況?！?5.光電傳感器的工作原理是利用各種光電效應(yīng)。光敏電阻、光電管和光電二極管都是基于光電導(dǎo)效應(yīng)制作的光電傳感器?！?6．光電池是基于光生伏特效應(yīng)制成的一種有源光電傳感器,作為測量元件使用時,應(yīng)按電流源的形式應(yīng)用。〔27．半導(dǎo)體色敏傳感器相當(dāng)于兩只結(jié)構(gòu)不同的光電二極管,淺結(jié)的光電二極管對短波長的紫外光靈敏度高,深結(jié)的光電二極管對長波長的紅外光靈敏度高。〔二、選擇題1.一位移傳感器的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型為y=2.16x+0.02。x為輸入位移量,單位mm；y為輸出電壓量,單位V。則此位移傳感器的靈敏度為[]。A．2.18V/mmB．2.16V/mmC．2.14V/mmD．1.08V/mm2.金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為k,被測應(yīng)變?yōu)?采用單臂電橋作測量電路時,如果電源電壓為U,則其輸出電壓和非線性誤差分別為[]。A．,B．,C．,D．,3.一差動變極距型電容傳感器,初始極距0為1mm,被測量引起的最大極距變化為0.02mm,則此電容傳感器的相對非線性誤差為[]。A．2.0%B．0.04%C．0.2%D．0.02%4.已知某一階傳感器的傳遞函數(shù)為,則該傳感器的靜態(tài)靈敏度和時間常數(shù)分別為[]。A．k=10,=5B．k=1,=0.5C．k=5,=0.2D．k=2,=0.25.傳感器能感知的輸入變化量越小,表示傳感器的[]。A．閾值越低B．分辨率越高C．遲滯越小D．線性度越好6.為了獲得較好的動態(tài)特性,在二階傳感器設(shè)計時,一般阻尼系數(shù)選擇[]。A．>1B．≈0C．=1D．≈0.77.利用電渦流式傳感器測量位移時,為了得到較好的線性和靈敏度,其激勵線圈半徑r與被測物體的距離x應(yīng)該滿足[]A．r≈xB．r>xC．r>>xD．r<x8.為了增大霍爾元件的靈敏度,霍爾元件多選用[]制作。A．金屬材料B．絕緣材料C．N型半導(dǎo)體D．P型半導(dǎo)體9.設(shè)單個壓電晶片的電荷量為Q、電壓為U、電容為C,則如圖連接的壓電晶片的電荷量、電壓和電容分別為[]。..A．Q、U、CB．Q、2U、C/2C．Q、2U、2CD．2Q、U、2C..10.磁電感應(yīng)式傳感器的輸出電動勢正比于[]。..A．位移B．應(yīng)力..C．速度D．溫度11.適合測量紫外線的光電傳感器是[]A．光電管B．光敏電阻C．光電池D．光敏三極管12.現(xiàn)代傳感器正從傳統(tǒng)的分立式朝著集成化方向發(fā)展,下列能夠集成的傳感器是[]。A．電渦流式傳感器B．壓阻式傳感器C．磁電感應(yīng)式傳感器D．超聲波傳感器13.按照傳感器的一般分類方法,熱電偶屬于[]。A．無源結(jié)構(gòu)型傳感器B．有源結(jié)構(gòu)型傳感器C．無源物性型傳感器D．有源物性型傳感器14.在傳感器的組成部分中,直接感受被測量的是[]。A．敏感元件B．轉(zhuǎn)換元件C．放大元件D．轉(zhuǎn)換電路15.一電機軸的周圍等距離嵌有極性相反的6對永久磁鐵,當(dāng)電機以60/s的角速度轉(zhuǎn)動時,開關(guān)型集成霍爾傳感器的輸出信號頻率為[]。A．300HzB．180HzC．450HzD．150Hz。16.磁電感應(yīng)式傳感器測量加速度時,其后應(yīng)接入下面如圖所示的電路[]。..A．B．..C．D．三、填空題1.傳感器一般由、和三部分組成。分辨率和穩(wěn)定性屬于傳感器的特性,幅頻特性和相頻特性屬于傳感器的特性。2.在采用直線擬合線性化時,傳感器輸出輸入的實際曲線與其擬合直線之間的最大偏差,通常用相對誤差L來表示,稱為,即L=±<ΔLmax/yFS>×100%,其中ΔLmax為最大非線性誤差,yFS為。3.理論上講,差動變壓器式傳感器的鐵心位于位置時,輸出電壓應(yīng)為零,而實際上輸出電壓不為零,這個電壓稱為電壓,這主要原因是兩個次級線圈繞組的不完全相同。電路對該誤差有很好的抑制作用,又能正確反映位移的大小和方向。4.金屬應(yīng)變片工作原理是利用效應(yīng)；半導(dǎo)體應(yīng)變片工作原理是利用效應(yīng)。二者靈敏系數(shù)主要區(qū)別是：金屬應(yīng)變片的電阻變化主要由引起的,半導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻變化主要由引起的。5.電容傳感器可分為、和三種基本結(jié)構(gòu)形式。為了減小非線性誤差,傳感器通常做成結(jié)構(gòu)。6.電容傳感器,變極距型多用于檢測,變面積型主要用于檢測,變介質(zhì)型可用于檢測。在工作頻率時,電容傳感器連接電纜的長度不能任意變化；常采用技術(shù),克服分布電容的影響,提高傳感器的穩(wěn)定性。7.為減小直流電橋的非線性誤差,通?？刹捎玫姆椒ㄓ校海?；和。8.集成溫度傳感器利用晶體管伏安特性與溫度的關(guān)系進(jìn)行溫度測量,一般測溫范圍為至。AD590是典型的輸出型集成溫度傳感器。9.光電倍增管是基于效應(yīng)制作的光電傳感器,它主要由光電陰極、陽極和組成；其電流增益很高,且與有關(guān),要求工作電源有極好的。10.光電池是基于光生伏特效應(yīng)制作的有源光電傳感器,其與光照度成線性關(guān)系,與光照度成非線性關(guān)系。硅光電池的開路電壓一般可達(dá)。11.內(nèi)光電效應(yīng)又分為效應(yīng)和效應(yīng),光敏二極管是基于效應(yīng)制作的光電傳感器。基于外光電效應(yīng)制作的光電傳感器有和。12.頻率高于Hz的機械波稱為超聲波,超聲波在液體中的傳播速度于其在空氣中的傳播速度；超聲波傳感器的檢測方式有式和式兩種,其測量流量主要是根據(jù)超聲波的變化來實現(xiàn)測量的。13.超聲波傳感器的檢測方式有式和式兩種；超聲波傳感器的發(fā)射利用效應(yīng),超聲波的接收利用效應(yīng)；超聲波傳感器測距精度取決于,測距范圍取決于。14.壓電傳感器的測量電路〔即前置放大器有兩種形式：放大器和放大器,后接放大器時,可不受連接電纜長度的限制。15.磁電感應(yīng)式傳感器按電磁感應(yīng)原理可以分為式和式兩類,它只適用于測量,直接測量的是物體的或。若要測量位移時則應(yīng)接入電路,測量加速度時應(yīng)接入電路。16.由兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體A、B串接成閉合回路,若兩接合點處的溫度不同,則在兩導(dǎo)體間產(chǎn)生熱電勢,并在回路中有一定大小的電流,這種現(xiàn)象稱。此閉合回路中兩種導(dǎo)體稱為；兩個結(jié)點中,一個稱,另一個稱。17．熱電效應(yīng)是指兩種類型的金屬導(dǎo)體兩端分別接在一起構(gòu)成閉合回路,當(dāng)兩個結(jié)點溫度時,導(dǎo)體回路里有電流流動,產(chǎn)生熱電勢的現(xiàn)象。熱電勢由和兩部分組成。以0℃為基準(zhǔn)端溫度的條件下,給出測量端的溫度與該熱電勢的電壓數(shù)值對照表,稱為熱電偶。18.NTC型熱敏電阻為溫度系數(shù)的熱敏電阻,隨著溫度的升高,電阻,同時靈敏度也有所。四、簡答題1．什么是傳感器？一般由哪幾部分組成？它們之間的作用及相互關(guān)系怎樣？2.什么是靈敏系數(shù)？半導(dǎo)體應(yīng)變片靈敏系數(shù)范圍是多少,金屬應(yīng)變片靈敏系數(shù)范圍是多少？說明金屬絲電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的相同點和不同點。3．為什么高頻工作時電容傳感器連接電纜的長度不能任意變化？什么是驅(qū)動電纜技術(shù)？4.什么是零點殘余電壓？說明差動變壓器式傳感器產(chǎn)生零點殘余電壓的原因及減少此電壓的有效措施。5．何為霍爾元件的不等位電勢？說明其產(chǎn)生的原因,以及減小不等位電勢的有效方法。6．半導(dǎo)體磁敏元件有哪些？各有什么特點？它們可以檢測什么物理量？7．壓電傳感器為什么要采用前置放大電路？前置放大電路都有哪些類型？各有何特點？8．什么是超聲波？簡述超聲波傳感器測距的原理。9．比較說明光電倍增管、光敏電阻和光電二極管的工作原理、特性和適用范圍。10．什么是溫標(biāo)？我國目前實行的是什么溫標(biāo)？常用接觸式溫度測量的傳感器都有哪些？各有什么特點？11．厚度測量可以采用哪些傳感器〔列舉不少于3種？各有什么要求和特點？12．轉(zhuǎn)速測量可以采用哪些傳感器〔列舉不少于3種？各有什么要求和特點？13.哪些傳感器能進(jìn)行非接觸測量？分別有什么特點？13.說明你身邊都用到了哪些傳感器？它們分別作什么用的？五、綜合題1．說明熱電偶的中間導(dǎo)體定律,并證明之。2．畫出霍爾元件的溫度補償電路,并說明具體的補償方法。3．畫出磁電感應(yīng)式傳感器測量加速度的電路,并推導(dǎo)出電壓靈敏度公式。說明磁電感應(yīng)式傳感器的特點。4．畫出電阻應(yīng)變片的半橋差動測量電路。并推導(dǎo)出電壓靈敏度公式,說明半橋差動電路的特點。5．對于初始電容的電容傳感器,試求變間距式電容傳感器的靈敏度和線性度？為了增加靈敏度和減小非線性誤差,一般采用什么結(jié)構(gòu)？6．某壓電加速度傳感器的動態(tài)特性可用下列微分方程描述式中q為輸出電荷量〔pC,a為加速度〔m/s2。確定該傳感器的固有頻率、阻尼系數(shù)和靜態(tài)靈敏度。7．某壓電加速度傳感器的電容為Cs=100pF,電荷靈敏度Kq=2.5pC/g。<1>求壓電加速度傳感器的電壓靈敏度；<2>外接電纜和示波器組成一個測量系統(tǒng),電纜電容Cc=100pF,示波器的輸入阻抗為Ri=100MΩ和并聯(lián)電容為Ci=50pF,如測量系統(tǒng)允許的幅值誤差為5%,最低可測頻率是多少？8．如圖a所示的懸臂梁,距梁端部為L位置上下各粘貼完全相同的電阻應(yīng)變片R1、R2、R3、R4。已知電源電壓U=4V,R為固定電阻,并且R=R1=R2=R3=R4=250,當(dāng)有一個力F作用時,應(yīng)變片電阻變化量為△R=2.5,試分別求圖b、c、d、e四種橋臂接法的橋路輸出電壓。9．電容式差壓傳感器結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換電路如圖所示。<1>.說明電容式差壓傳感器的工作原理；<2>.當(dāng)壓力P2>P1時,給出一個周期內(nèi)負(fù)載RL上的平均電壓的大小,并指出電壓的方向。10．圖示為一種測溫電路,其中Rt=2R0<1+0.01t>k為熱電阻,RB為可調(diào)電阻,Us為工作電壓；G為檢流計。<1>.基于該測溫電路的工作機理,請給出調(diào)節(jié)電阻RB隨溫度t變化的關(guān)系。<2>.