檢測與傳感技術(shù)練習題及解答課件

傳感器

練習題及解答宋佳傳感器

練習題及解答宋佳一、電阻式傳感器1、何為金屬的電阻應變效應？怎樣利用這種效應制成應變片？解：金屬的電阻應變效應是指當應變片的結(jié)構(gòu)尺寸發(fā)生變化時，其電阻也發(fā)生相應的變化。將應變片粘貼在各種彈性敏感元件上，當彈性敏感元件感受到外力、位移、加速度等參數(shù)作用時，彈性敏感元件產(chǎn)生應變，再通過粘貼在上面的電阻應變片將其轉(zhuǎn)換成電阻的變化。通常，它主要由敏感元件、基底、引線和覆蓋層等組成，其核心元件是電阻應變片（敏感元件），主要作用是實現(xiàn)應變－電阻的變換。一、電阻式傳感器1、何為金屬的電阻應變效應？怎樣利用這種效應2、兩金屬應變片R1和R2阻值均為120Ω，靈敏系數(shù)K=2；兩應變片一受拉，另一受壓，應變均為800με。兩者接入差動直流電橋，電源電壓U=6V。求：（1）ΔR和ΔR/R；（2）電橋輸出電壓UO。已知條件：（1）R1=R2=120Ω，（2）靈敏系數(shù)（3）軸向應變（4）電源電壓U=6V解：由上述公式可知

R1R3R4R2U=6VUOAB++2、兩金屬應變片R1和R2阻值均為120Ω，靈敏系數(shù)K=2；3、在材料為鋼的實心圓柱形試件上，沿軸線和圓周方向各貼一片電阻為120的金屬應變片R1和R2，把這兩個應變片接入差動電橋如右圖。若鋼的泊松系數(shù)＝0.285，應變片的靈敏系數(shù)k＝2，電橋電源電壓U＝2V，當試件受軸向拉伸時，測得應變片R1的電阻變化值，試求電橋的輸出電壓U0。解：有軸向形變和徑向形變，是半橋雙臂，

所以3、在材料為鋼的實心圓柱形試件上，沿軸線和圓周方向4、金屬應變片與半導體應變片在工作原理上有何不同？解：金屬應變片主要由幾何尺寸的形變決定，其電阻率的變化很小，忽略不計；半導體應變片是基于壓阻效應，由電阻率的變化決定。

4、金屬應變片與半導體應變片在工作原理上有何不同？二、電容式傳感器作業(yè)

1、上圖為變介電常數(shù)式電容傳感器，其中若有：（1）（2）（3）并如何設計成差動式？解：并有所以：進而可知：差動式的設計如下：ε2ε1CACBxlxd2d1ε2ε1CACBlx+Δxd2d1x+Δxε2ε1xld2lx二、電容式傳感器作業(yè)1、上圖為變介電常數(shù)式電容傳感器2、如圖，C1與C2是兩個差動式傳感器的兩個電容，A1、A2是電壓兩個比較器，Ur是參考電壓，電源電壓為U，設接通電源時，Q為高電平。試作圖分析uA、uB、uAB、UF、UG的電壓波形圖（分C1=C2與C1=C2兩種情況）解：先A高，對C1充電，當UF>Ur時翻轉(zhuǎn)，于是A低，C1放電。B與A相反。圖略雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器A1A2UrQAR1QBR2VD1VD1C1C2uABFG2、如圖，C1與C2是兩個差動式傳感器的兩個電容，A1、A23、如右圖（1、3為固定極，2為可動極板）所示電容式傳感器，其可動極筒外徑為9.8mm，定極內(nèi)徑為10mm，上下遮蓋長度各為1mm，試求兩個電容值？當供電頻率為60KHz時，求它們的容抗值？解：

容抗值3、如右圖（1、3為固定極，2為可動極板）所示電容式傳感器，4．如右圖（1為固定極，2為可動極板）所示的電容式傳感器，極板寬度b＝4mm，間隙，極板間介質(zhì)為空氣，試求其靜態(tài)靈敏度。若動極板移動2mm，求其電容變量。解：4．如右圖（1為固定極，2為可動極板）所示的電容式傳感器，極三、電感式傳感器某螺管型差動式自感傳感器（如右圖，1、4為圓蓋，2為磁筒，3為磁心）的結(jié)構(gòu)參數(shù)為N＝800匝，h＝10mm、t＝6mm、

＝2mm（磁心直徑）、

＝10mm（螺管線圈內(nèi)徑），并設

＝1.30，（1）試求在平衡狀態(tài)下單個線圈的電感量

=?（2）若將其接入變壓器電路，電橋變壓器二次側(cè)電源頻率為10000Hz，u/2＝0.9V，設電感線圈有效電阻可以忽略，求該傳感器的靈敏系數(shù)

＝？解:(1)

三、電感式傳感器某螺管型差動式自感傳感器（如右圖，1、4為圓(2)實質(zhì)為調(diào)相電路11總靈敏度：當鐵芯發(fā)生位移后：

即(2)實質(zhì)為調(diào)相電路11總靈敏度：當鐵芯發(fā)生位移后：即五、熱電偶傳感器1、將一靈敏度為0.08mV/℃的熱電偶與電壓表相連接，電壓表接線端是50℃，若電位計上讀數(shù)為60mV，熱電偶的熱端溫度是多少？解：冷端溫度為50℃，等效熱電勢：0.08mV/℃*50℃=4mV；熱端實際熱電勢為：

E（t,to）=E（t,t1）+E（t1,to）＝60＋4＝64mV，可以計算出熱端實際溫度為：64mV/0.08mV/℃=800℃或者：60＝0.08x（T-50）,則T=800℃五、熱電偶傳感器1、將一靈敏度為0.08mV/℃的熱電偶與電2、欲測量變化迅速的200℃的溫度應選用何種傳感器？測1500℃的高溫度又應選用何種傳感器？（不考慮測量精度與線性度的要求）解：測200℃選擇熱敏電阻或者薄膜熱電偶；測1500℃選擇鉑銠30-鉑銠6熱電偶。

2、欲測量變化迅速的200℃的溫度應選用何種傳感器？測153、為什么在實際應用中要對熱電偶進行冷端補償？解：因為熱電偶輸出的熱電勢是相對于冷端溫度的相對溫度，如果測量熱端的絕對溫度，則必須要知道冷端的溫度，或者冷端的等效熱電勢是多少。3、為什么在實際應用中要對熱電偶進行冷端補償？六、光電式傳感器：1．根據(jù)P90，圖3.73（b）選擇，當光源波長λ=0.8～0.9μm時宜采用那種光敏晶體管作測量元件？為什么？解：選用硅材料做光電器件。根據(jù)光譜特性，此處硅相對靈敏度高。

六、光電式傳感器：1．根據(jù)P90，圖3.73（b）選擇，當2．試用光敏三極管控制以及直流電磁繼電器設計一個電燈控制電路的原理圖。（邏輯：沒有光照時，電燈亮）

(a)(b)(c)

其中，VO端接電磁繼電器，控制電燈。2．試用光敏三極管控制以及直流電磁繼電器設計一個電燈控制電3、解釋CCD勢阱的概念，論述CCD的電荷轉(zhuǎn)移過程。解：從半導體的原理可知,當在金屬電極上施加一正電壓時，在電場的作用下，電極下面的P型硅區(qū)里的空穴將被趕盡，從而在表面附近形成一個帶負電荷的耗盡區(qū)。也就是說，對帶負電的電子而言，這個耗盡區(qū)是一個勢能很低的區(qū)域，成為電子的勢阱，簡稱為“勢阱”，這是蓄積電荷的場所。表面勢阱的深度，近似地與極板上所加的電壓成正比。電荷轉(zhuǎn)移過程詳見課件中t=t1、t=t2、t=t3、t=t4四個時刻的電荷轉(zhuǎn)移過程（略）。3、解釋CCD勢阱的概念，論述CCD的電荷轉(zhuǎn)移過程。七、霍爾傳感器

某霍爾元件l、b、d尺寸分別為1.0cmx0.35cmx0.lcm，沿l方向通以電流I=1.0mA，在垂直lb面方向加有均勻磁場B=0.3T，傳感器的靈敏度系數(shù)為22V/A.T，試求其輸出霍爾電動勢及載流子濃度。

解：七、霍爾傳感器某霍爾元件l、b、d尺寸分別為1.0c八、光纖傳感器1、求光纖n0=1、n1=1.46、n2=1.45的NA值，以及最大入射角θc=？解：八、光纖傳感器1、求光纖n0=1、n1=1.46、n2=1.2、光纖傳感器有哪幾種調(diào)制方式？解：強度調(diào)制、相位調(diào)制、頻率調(diào)制3、光纖的數(shù)值孔徑NA的物理意義是什么？NA的取值大小有什么作用？解：NA=n0sinθc，NA值越大，說明最大入射角度越大，入射的光越多（集光能力強）。2、光纖傳感器有哪幾種調(diào)制方式？4、說明彎頭型光纖傳感器的工作原理。解：如圖所示

工作過程：鋸齒板受外力作用→產(chǎn)生位移使中間的裸光纖微彎曲→在微彎處使光束以小于臨界角的角度入射到界面，會有部分光逸出纖芯而散射入包層，引起光強調(diào)制。鋸齒板位移較小時，光纖中光強的變化與位移量是呈線性關(guān)系的。4、說明彎頭型光纖傳感器的工作原理。九、超聲波傳感器1、解釋多普勒效應。已知多普勒超聲波流量計的發(fā)射波頻率為5MHz，傳感器角度為60度，液體中聲速為1500m/S，多普勒頻移為6MHz。求流體流速v。解：在聲源和接受器之間存在相對運動的情況下，所接受到的聲信號頻率與聲源頻率有差別，即：多普勒效應。九、超聲波傳感器1、解釋多普勒效應。已知多普勒超聲波流量計的2、比較AE傳感器與超聲波探傷儀工作原理的異同點。解：AE傳感器原理：金屬材料在損傷前會發(fā)生微弱超聲波，即：AE現(xiàn)象。特點：只收不發(fā)；超聲波探傷儀是利用一對探頭，一收一發(fā)。有傷時，將影響收到的超聲波的強度。