傳感器與自動檢測技術(shù) 試卷及答案 模擬試卷四

PAGE第1頁共5頁線訂裝線訂裝班級：姓名：學(xué)號：專業(yè)：密封線試卷一（閉卷）（考試時(shí)間90分鐘，總分80分） 題號一二三總分分?jǐn)?shù)評卷人單項(xiàng)選擇題（本大題共10小題，每小題2分，共20分）在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中只有一個(gè)選項(xiàng)是符合題目要求的，請將正確選項(xiàng)前的字母填在題后的括號內(nèi)。錯選、多選和未選均不得分。1、以下傳感器中屬于按傳感器的工作原理命名的是（）A．應(yīng)變式傳感器B．速度傳感器C．化學(xué)型傳感器D．能量控制型傳感器2、已知某溫度傳感器為時(shí)間常數(shù)秒的一階系統(tǒng)，當(dāng)受到突變溫度作用后，傳感器輸出指示溫差的三分之一所需的時(shí)間為（）秒A．3B．1C．1.2D．1/33、直流電橋的平衡條件為（）A．相鄰橋臂阻值乘積相等B．相對橋臂阻值乘積相等C．相對橋臂阻值比值相等D．相鄰橋臂阻值之和相等4、霍爾元件不等位電勢產(chǎn)生的主要原因不包括（）A．霍爾電極安裝位置不對稱或不在同一等電位上B．半導(dǎo)體材料不均勻造成電阻率不均勻或幾何尺寸不均勻C．周圍環(huán)境溫度變化D．激勵電極接觸不良造成激勵電流不均勻分配5、數(shù)值孔徑NA是光纖的一個(gè)重要參數(shù)，以下說法不正確的是（）A．?dāng)?shù)值孔徑反映了光纖的集光能力B．光纖的數(shù)值孔徑與其幾何尺寸有關(guān)C．?dāng)?shù)值孔徑越大，光纖與光源的耦合越容易D．?dāng)?shù)值孔徑越大，光信號的畸變也越大6、關(guān)于紅外傳感器，下述說法不正確的是（）A.紅外傳感器是利用紅外輻射實(shí)現(xiàn)相關(guān)物理量測量的一種傳感器B.紅外傳感器的核心器件是紅外探測器C.光子探測器在吸收紅外能量后，將直接產(chǎn)生電效應(yīng)D.為保持高靈敏度，熱探測器一般需要低溫冷卻7、微波傳感器測量物體含水量主要利用下述微波的哪一個(gè)特點(diǎn)（）A.微波波長很短，頻率很高B.水對微波的反射作用很強(qiáng)C.微波的傳輸特性很好D.水對微波的吸收作用很強(qiáng)8、采用下圖所示的超聲波傳感器安裝位置測量管道中流體的流量，圖中代表被測流體的流速，若已知超聲波在靜止流體中的傳播速度為，以下說法不正確的是（）A．若測得流體流速后，根據(jù)管道流體的截面積，可求得被測流體流量B．若1為發(fā)生器，2為接收器，則超聲波在流體中傳播速度為PAGE3第頁共5頁C．若1為接收器，2為發(fā)生器，則超聲波在流體中傳播速度為D．若采用時(shí)差法測流量，則測量精度主要取決于的測量精度9、采用50線/mm的計(jì)量光柵測量線位移,若指示光柵上的莫爾條紋移動了12條,則被測線位移為（）mmA．0.02B.0.12C．0.24D.0.4810、當(dāng)氧化型氣體吸附到P型半導(dǎo)體材料上時(shí),將導(dǎo)致半導(dǎo)體材料()A．載流子數(shù)增加,電阻減小B.載流子數(shù)減少,電阻減小C．載流子數(shù)增加,電阻增大D.載流子數(shù)減少,電阻增大二、簡答題（本大題共5小題，每小題6分，共30分）什么是傳感器的基本特性?傳感器的基本特性主要包括哪兩大類？解釋其定義并分別列出描述這兩大特性的主要指標(biāo)。(要求每種特性至少列出2種常用指標(biāo))試分析下圖所示差動整流電路的整流原理，若將其作為螺線管式差動變壓器的測量電路，如何根據(jù)輸出電壓來判斷銜鐵的位置？壓電元件在使用時(shí)常采用串接或并接的結(jié)構(gòu)形式,試述在不同接法下輸出電壓、輸出電荷、輸出電容的關(guān)系，以及每種接法的適用場合。采用熱電阻測量溫度時(shí),常用的引線方式主要有哪幾種?試述這幾種引線方式各自的特點(diǎn)及適用場合。什么是光電效應(yīng)和光電器件？常用的光電器件有哪幾大類？試解釋這幾類光電器件各自的工作基礎(chǔ)并舉例。三、分析計(jì)算題（本大題共3小題，每小題10分，共30分）注意：自動化、電氣專業(yè)的學(xué)生第1小題必做，并從第2－4小題中選做兩個(gè)小題；測控專業(yè)的學(xué)生在4個(gè)小題中任選3個(gè)小題。1、通過某檢測裝置測得的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下表所示。試用最小二乘法擬合直線,并求其線性度和靈敏度。x1234y2.24.15.88.02、一個(gè)以空氣為介質(zhì)的平板電容式傳感器結(jié)構(gòu)如右圖所示，其中a=10mm，b=16mm，兩極板間距d=1mm。測量時(shí)，若上極板在原始位置(Δx=0mm）上向左平移了2mm（即Δx=2mm），求該傳感器的電容變化量、電容相對變化量和位移相對靈敏度K0（已知空氣的相對介電常數(shù)εr=1F/m，真空時(shí)的介電常數(shù)ε0=8.854×10-12F/m）3、鎳鉻—鎳硅熱電偶，工作時(shí)冷端溫度為30℃，測得熱電動勢E(t,t0)=38.560mv，求被測介質(zhì)實(shí)際溫度。(E(30,0)=1.203mv)工作端溫度(℃)0204060708090熱電動勢(mv)90037.32538.12238.91539.70340.09640.48840.8974、利用一個(gè)六位循環(huán)碼盤測量角位移,其最小分辨率是多少？如果要求每個(gè)最小分辨率對應(yīng)的碼盤圓弧長度最大為0.01mm,則碼盤半徑應(yīng)有多大?若碼盤輸出數(shù)碼為“101101”,初始位置對應(yīng)數(shù)碼為“110100”,則碼盤實(shí)際轉(zhuǎn)過的角度是多少?試卷二（開卷）（考試時(shí)間30分鐘，總分20分）題號評卷人得分綜合設(shè)計(jì)分析題綜合設(shè)計(jì)分析題（本大題共20分）FFR1R2R3R4如上圖所示為一彈性元件為圓柱型的應(yīng)變式測力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。已知彈性元件橫截面積為S，彈性模量為E，應(yīng)變片初始電阻值（在外力F=0時(shí)）均相等，電阻絲靈敏度系數(shù)為K0，泊松比為μ。1、設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)臏y量電路（要求采用全橋電路），畫出相應(yīng)電路圖，并推導(dǎo)橋路輸出電壓U0和外力F之間的函數(shù)關(guān)系式。（提示：ΔR<<R，推導(dǎo)過程中可做適當(dāng)近似處理）2、分析說明該傳感器測力的工作原理（配合所設(shè)計(jì)的測量電路）。傳感器與自動檢測技術(shù)模擬試卷四參考答案試卷一一、單項(xiàng)選擇題（本大題共10小題，每小題2分，共20分）在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中只有一個(gè)選項(xiàng)是符合題目要求的，請將正確選項(xiàng)前的字母填在題后的括號內(nèi)。錯選、多選和未選均不得分。1、A2、C3、B4、C5、B6、D7、D8、B9、C10、A二、簡答題（本大題共5小題，每小題6分，共30分）什么是傳感器的基本特性?傳感器的基本特性主要包括哪兩大類？解釋其定義并分別列出描述這兩大特性的主要指標(biāo)。(要求每種特性至少列出2種常用指標(biāo))答：傳感器的基本特性是指傳感器的輸入-輸出關(guān)系特性。傳感器的基本特性主要包括靜態(tài)特性和動態(tài)特性。靜態(tài)特性是指傳感器在穩(wěn)態(tài)信號作用下的輸入-輸出關(guān)系，描述指標(biāo)有：線性度（非線性誤差）、靈敏度、遲滯、重復(fù)性和漂移。動態(tài)特性是指傳感器對動態(tài)激勵（輸入）的響應(yīng)（輸出）特性，即其輸出對隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性，主要描述指標(biāo)有：時(shí)間常數(shù)、延遲時(shí)間、上升時(shí)間、峰值時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、超調(diào)量、幅頻特性和相頻特性。試分析下圖所示差動整流電路的整流原理，若將其作為螺線管式差動變壓器的測量電路，如何根據(jù)輸出電壓來判斷銜鐵的位置。答：該差動整流電路是把差動變壓器的兩個(gè)次級輸出電壓分別整流，然后再將整流后的電壓的差值作為輸出，具體整流原理如下：A當(dāng)Ui上正下負(fù)時(shí)，上線圈a正b負(fù)，下線圈c正d負(fù)。上線圈：電流從a－1－2－4－3－b，流過電容C1的電流是由2到4，電容C1上的電壓為U24；下線圈：電流從c－5－6－8－7－d，流過電容C2的電流是由6到8，電容C2上的電壓為U68。B當(dāng)Ui上負(fù)下正時(shí)，上線圈a負(fù)b正，下線圈c負(fù)d正。

上線圈：電流從b－3－2－4－1－a，流過電容C1的電流是由2到4，電容C1上的電壓為U24；下線圈：電流從d－7－6－8－5－c，流過電容C2的電流是由6到8，電容C2上的電壓為U68。由此可知，不論兩個(gè)次級線圈的輸出電壓極性如何，流經(jīng)電容C1的電流方向總是從2到4，流經(jīng)電容C2的電流方向總是從6到8，故整流電路的輸出電壓為：U0＝U26＝U24＋U86＝U24－U68當(dāng)銜鐵位于中間位置時(shí)，U24＝U68，∴U0＝0當(dāng)銜鐵位于中間位置以上時(shí)，U24>U68，∴U0>0當(dāng)銜鐵位于中間位置以下時(shí)，U24<U68，∴U0<0如此，輸出電壓U0的極性反映了銜鐵的位置，實(shí)現(xiàn)了整流的目的。壓電元件在使用時(shí)常采用串接或并接的結(jié)構(gòu)形式,試述在不同接法下輸出電壓、輸出電荷、輸出電容的關(guān)系，以及每種接法的適用場合。答：采用串接結(jié)構(gòu)形式時(shí)：在外力作用下，壓電元件正負(fù)電極上的電荷量與單片時(shí)相同，總電容量為單片時(shí)的一半，輸出電壓增大了一倍。這種結(jié)構(gòu)形式主要適用于以電壓作為輸出信號且測量電路輸入阻抗很高的場合。采用并接結(jié)構(gòu)形式時(shí)：和單片相比，在外力作用下，壓電元件正負(fù)電極上的電荷量增加了一倍，輸出電容為單片時(shí)的兩倍，輸出電壓與單片時(shí)相同。這種結(jié)構(gòu)形式主要適用于測量慢變信號且以電荷作為輸出量的場合。采用熱電阻測量溫度時(shí),常用的引線方式主要有哪幾種?試述這幾種引線方式各自的特點(diǎn)及適用場合。答：熱電阻常用引線方式主要有：兩線制、三線制和四線制。兩線制的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、費(fèi)用低，但是引線電阻及其變化會帶來附加誤差。主要適用于引線不長、測溫精度要求較低的場合。三線制的特點(diǎn)是可較好地減小引線電阻的影響。主要適用于大多數(shù)工業(yè)測量場合。四線制的特點(diǎn)是精度高，能完全消除引線電阻對測量的影響。主要適用于實(shí)驗(yàn)室等高精度測量場合。什么是光電效應(yīng)和光電器件？常用的光電器件有哪幾大類？試解釋這幾類光電器件各自的工作基礎(chǔ)并舉例。答：所謂光電效應(yīng)，是指物體吸收了具有一定能量的光子后所產(chǎn)生的的電效應(yīng)。根據(jù)光電效應(yīng)原理工作的光電轉(zhuǎn)換元件稱為光電器件。常用的光電器件主要有外光電效應(yīng)器件和內(nèi)光電效應(yīng)器件兩大類。外光電效應(yīng)器件的工作基礎(chǔ)是基于外光電效應(yīng)。所謂外光電效應(yīng)，是指在光線作用下，電子逸出物體表面的現(xiàn)象。相應(yīng)光電器件主要有光電管和光電倍增管。內(nèi)光電效應(yīng)器件的工作基礎(chǔ)是基于內(nèi)光電效應(yīng)。所謂內(nèi)光電效應(yīng)，是指在光線作用下，物體的導(dǎo)電性能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象，它可分為光導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)器件主要有：光敏電阻、光電池、光敏二極管和光敏三極管。三、分析計(jì)算題（本大題共3小題，每小題10分，共30分）注意：自動化、電氣專業(yè)的學(xué)生第1小題必做，并從第2－4小題中選做兩個(gè)小題；測控專業(yè)的學(xué)生在4個(gè)小題中任選3個(gè)小題。1、通過某檢測裝置測得的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下表所示。試用最小二乘法擬合直線,并求其線性度和靈敏度。x1234y2.24.15.88.0解：設(shè)擬合直線方程為由已知輸入輸出數(shù)據(jù)，根據(jù)最小二乘法，有：，，∴∵∴方程有解∴∴，∴擬合直線為∴輸入:1234輸出:2.24.15.88.0理論值:2.164.075.987.89:0.040.030.180.11∴∴非線性誤差為：靈敏度為:2、一個(gè)以空氣為介質(zhì)的平板電容式傳感器結(jié)構(gòu)如右圖所示，其中a=10mm，b=16mm，兩極板間距d=1mm。測量時(shí)，若上極板在原始位置(Δx=0mm）上向左平移了2mm（即Δx=2mm），求該傳感器的電容變化量、電容相對變化量和位移相對靈敏度K0（已知空氣的相對介電常數(shù)εr=1F/m，真空時(shí)的介電常數(shù)ε0=8.854×10-12F/m）解：電容變化量為：即電容減小了電容相對變化量為：位移相對靈敏度為：3、鎳鉻—鎳硅熱電偶，工作時(shí)冷端溫度為30℃，測得熱電動勢E(t,t0)=38.560mv，求被測介質(zhì)實(shí)際溫度。(E(30,0)=1.203mv)工作端溫度(℃)0204060708090熱電動勢(mv)90037.32538.12238.91539.70340.09640.48840.897解：由已知條件可知：t0=30℃，E（t,t0）=38.560mv∴根據(jù)中間溫度定律:E(t,t0)=E(t,0)-E(t0,0)=E(t,0)-E(30,0)=38.560∴E(t,0)=38.560+E(30,0)=38.560+1.203=39.763(mv)∵39.703<39.763<40.096∴EM=39.763,EL=39.703,EH=40.096tL=960,tH=970∴被測介質(zhì)實(shí)際溫度為：（℃）4、利用一個(gè)六位循環(huán)碼盤測量角位移,其最小分辨率是多少？如果要求每個(gè)最小分辨率對應(yīng)的碼盤圓弧長度最大為0.01mm,則碼盤半徑應(yīng)有多大?若碼盤輸出數(shù)碼為“101101”,初始位置對應(yīng)數(shù)碼為“110100”,則碼盤實(shí)際轉(zhuǎn)過的角度是多少?解：∵該循環(huán)碼盤為六位循環(huán)碼盤∴最小分辨率為：設(shè)碼盤半徑為，∵5.625°的角度對應(yīng)圓弧長度為0.01mm,∴∴又∵碼盤輸出數(shù)碼為“１０１１０１”，將其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼，則循環(huán)碼：10110111011二進(jìn)制碼：110110∴二進(jìn)制碼為１１０１１０，對應(yīng)十進(jìn)制數(shù)為：同理，由于初始位置對應(yīng)數(shù)碼為“１１０１００”，將其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼，則循環(huán)碼：11010010011二進(jìn)制碼：100111∴二進(jìn)制碼為１００１１１，對應(yīng)十進(jìn)制數(shù)為：∴碼盤實(shí)際轉(zhuǎn)過的角度為：試卷二綜合設(shè)計(jì)分析題（本大題共20分）。FFR1R2R3R4如上圖所示為一彈性元件為圓柱型的應(yīng)變式測力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。已知彈性元件橫截面積為S，彈性模量為E，應(yīng)變片初始電阻值（在外力F=0時(shí)）均相等，電阻絲靈敏度系數(shù)為K0，泊松比為μ。1、設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)臏y量電路（要求采用全橋電路），畫出相應(yīng)電路圖，并推導(dǎo)橋路輸出電壓U0和外力F之間的函數(shù)關(guān)系式。（提示：ΔR<<R