傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 試卷及答案 試題二

第2頁(yè)共5頁(yè)傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)仿真試題二試卷一（閉卷）（考試時(shí)間90分鐘，總分80分） 題號(hào)一二三總分分?jǐn)?shù)評(píng)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(qǐng)將正確選項(xiàng)前的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。錯(cuò)選、多選和未選均不得分。1、隨著人們對(duì)各項(xiàng)產(chǎn)品技術(shù)含量的要求的不斷提高，傳感器也朝向智能化方面發(fā)展，其中，典型的傳感器智能化結(jié)構(gòu)模式是（）。A.傳感器＋通信技術(shù)B.傳感器＋微處理器C.傳感器＋多媒體技術(shù)D.傳感器＋計(jì)算機(jī)2、在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中，如果影響和決定誤差大小的全部因素（條件）始終保持不變，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量，這樣的測(cè)量稱為（）A．組合測(cè)量B．靜態(tài)測(cè)量C．等精度測(cè)量D．零位式測(cè)量3、磁電式傳感器測(cè)量電路中引入積分電路是為了測(cè)量（）。A．位移B．速度C．加速度D．光強(qiáng)4、一個(gè)熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)為E0，當(dāng)打開其冷端串接與兩熱電極材料不同的第三根金屬導(dǎo)體時(shí)，若保證已打開的冷端兩點(diǎn)的溫度與未打開時(shí)相同，則回路中熱電勢(shì)（

）。A．增加

B．減小C．增加或減小不能確定

D．不變

5、下列光電式傳感器中屬于有源光敏傳感器的是（）。A.光電效應(yīng)傳感器B.紅外熱釋電探測(cè)器C.固體圖像傳感器D.光纖傳感器6、關(guān)于紅外傳感器，下述說(shuō)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(cè)量的一種傳感器B.紅外傳感器的核心器件是紅外探測(cè)器C.光子探測(cè)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(cè)器一般需要低溫冷卻7、下列關(guān)于微波傳感器的說(shuō)法中正確的是（）A.不能用普通電子管與晶體管構(gòu)成微波振蕩器B.不能用特殊結(jié)構(gòu)的天線發(fā)射微波C.用電流——電壓特性呈線性的電子元件做探測(cè)微波的敏感探頭D.分為反射式、遮斷式和繞射式三類8、以下不屬于超聲波測(cè)流量的方法的有：（）A.時(shí)差法B.相位差法C.頻率差法D.反射法9、一個(gè)6位的二進(jìn)制光電式編碼器，其測(cè)量精度約為（）A．5.6°B.0.17°C．0.016°D.60°10、當(dāng)H2吸附到MoO2上時(shí)，下列說(shuō)法正確的是（）。A.載流子數(shù)下降，電阻增加B.載流子數(shù)增加，電阻減小C.載流子數(shù)增加，電阻減小D.載流子數(shù)下降，電阻增加二、簡(jiǎn)答題（本大題共5小題，每小題6分，共30分）1、什么是直接測(cè)量、間接測(cè)量和組合測(cè)量？2、畫出壓電式元件的并聯(lián)接法，試述其輸出電壓、輸出電荷和輸出電容的關(guān)系，并說(shuō)明它的適用場(chǎng)合？3、熱電偶冷端溫度對(duì)熱電偶的熱電勢(shì)有什么影響？為消除冷端溫度影響可采用哪些措施？4、什么是全反射？光纖的數(shù)值孔徑有何意義？5、透射式光柵傳感器的莫爾條紋是怎樣產(chǎn)生的？條紋間距、柵距和夾角的關(guān)系是什么？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(dòng)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(cè)控專業(yè)的學(xué)生在4個(gè)小題中任選3個(gè)小題。1、已知某金屬棒的長(zhǎng)度和溫度之間的關(guān)系為。在不同溫度下，測(cè)得該金屬棒的長(zhǎng)度如下表所示。請(qǐng)用最小二乘法估計(jì)0℃時(shí)金屬棒的長(zhǎng)度和金屬的線膨脹系數(shù)。10.040.070.0100.020.021.023.024.02、當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度為,測(cè)溫傳感器示值溫度為時(shí)，有下列方程式成立：當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度從25℃突然變化到300℃時(shí)，測(cè)溫傳感器時(shí)間常數(shù)，試確定經(jīng)過(guò)480s后的動(dòng)態(tài)誤差。3、有一吊車的拉力傳感器如右圖所示。其中電阻應(yīng)變片R1、R2、R3、R4貼在等截面軸上。已知R1、R2、R3、R4標(biāo)稱阻值均為120Ω，橋路電壓為2V，物重m引起R1、R2變化增量為1.2Ω。

1)畫出應(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R3、R4起到什么作用？4、有一臺(tái)變極距非接觸式電容測(cè)微儀，其極板間的極限半徑r=4mm，假設(shè)與被測(cè)工件的初始間隙δ=03mm，試求：

1)若極板與工件的間隙變化量Δδ=±10μm時(shí)，電容變化量為多少?2)若測(cè)量電路的靈敏度K=100mV/pF，則在Δδ=±1μm時(shí)的輸出電壓為多少?試卷二（開卷）（考試時(shí)間30分鐘，總分20分）題號(hào)評(píng)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）若要你需要用差動(dòng)變壓器式加速度傳感器來(lái)測(cè)量某測(cè)試平臺(tái)振動(dòng)的加速度。請(qǐng)你：（1）設(shè)計(jì)出該測(cè)量系統(tǒng)的框圖，并作必要的標(biāo)注或說(shuō)明；（2）畫出你所選用的差動(dòng)變壓器式加速度傳感器的原理圖，并簡(jiǎn)述其基本工作原理；（3）給出差動(dòng)變壓器式加速度的測(cè)量電路圖，并從工作原理上詳細(xì)闡明它是如何實(shí)現(xiàn)既能測(cè)量加速度的大小，又能辨別加速度的方向的。傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)仿真試題二參考答案試卷一一、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(qǐng)將正確選項(xiàng)前的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。錯(cuò)選、多選和未選均不得分。1、B2、C3、A4、D5、D6、D7、A8、D9、A10、D二、簡(jiǎn)答題（本大題共5小題，每小題6分，共30分）1、什么是直接測(cè)量、間接測(cè)量和組合測(cè)量？答：直接測(cè)量：首先對(duì)與被測(cè)量有確切函數(shù)關(guān)系的物理量進(jìn)行直接測(cè)量，然后通過(guò)已知的函數(shù)關(guān)系求出該未知量，即需要將被測(cè)量值經(jīng)過(guò)某種函數(shù)關(guān)系變換才能確定被測(cè)量值的測(cè)量方法。間接測(cè)量：測(cè)量過(guò)程復(fù)雜，測(cè)量所需時(shí)間較長(zhǎng)，需要進(jìn)行計(jì)算才能得出最終的測(cè)量結(jié)果。組合測(cè)量：在測(cè)量中，使各個(gè)待求未知量和被測(cè)量經(jīng)不同的組合形式出現(xiàn)，根據(jù)直接測(cè)量或間接測(cè)量所得到的被測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)解一組聯(lián)立方程求出未知量的數(shù)據(jù)的測(cè)量方法，即這種測(cè)量方法必須經(jīng)過(guò)求解聯(lián)立方程組才能得出最后結(jié)果。2、畫出壓電式元件的并聯(lián)接法，試述其輸出電壓、輸出電荷和輸出電容的關(guān)系，并說(shuō)明它的適用場(chǎng)合？答：從作用力看，壓電元件是串接的，因而每片受到的作用力相同、產(chǎn)生的變形和電荷數(shù)量大小都與單片時(shí)相同。并聯(lián)接法如圖與單片相比，外力作用下正負(fù)電極上的電荷量增加了1倍，電容量也增加了1倍，輸出電壓與單片時(shí)相同。并聯(lián)接法輸出電荷大，本身電容大，時(shí)間常數(shù)大，適宜用在測(cè)量慢變信號(hào)并且以電荷作為輸出量的場(chǎng)合。3、熱電偶冷端溫度對(duì)熱電偶的熱電勢(shì)有什么影響？為消除冷端溫度影響可采用哪些措施？答：由熱電偶的測(cè)溫原理可以知道，熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)大小與兩端溫度有關(guān)，熱電偶的輸出電動(dòng)勢(shì)只有在冷端溫度不變的條件下，才與工作溫度成單值函數(shù)關(guān)系。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于熱電偶冷端離工作端很近，且又處于大氣中，其溫度受到測(cè)量對(duì)象和周圍環(huán)境溫度波動(dòng)的影響，因而冷端溫度難以保持恒定，這樣會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差。為消除冷端溫度影響，常用的措施有：①補(bǔ)償導(dǎo)線法：將熱電偶配接與其具有相同熱電特性的補(bǔ)償導(dǎo)線，使自由端遠(yuǎn)離工作端，放置到恒溫或溫度波動(dòng)較小的地方。②冷端恒溫法：把熱電偶的冷端置于某些溫度不變的裝置中，以保證冷端溫度不受熱端測(cè)量溫度的影響。③冷端溫度校正法。④自動(dòng)補(bǔ)償法。4、什么是全反射？光纖的數(shù)值孔徑有何意義？答：當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)，光線就不會(huì)透過(guò)其界面而全部反射到光密介質(zhì)內(nèi)部，即發(fā)生全反射。光纖的數(shù)值孔徑是光纖的一個(gè)重要參數(shù)，它能反映光纖的集光能力，光纖的NA越大，表面它可以在較大入射角范圍內(nèi)輸入全反射光，集光能力就越強(qiáng)，光纖與光源的耦合越容易，且保證實(shí)現(xiàn)全反射向前傳播。但NA越大，光信號(hào)的畸變也越大，所以要適當(dāng)選擇NA的大小。5、透射式光柵傳感器的莫爾條紋是怎樣產(chǎn)生的？條紋間距、柵距和夾角的關(guān)系是什么？答：①把兩塊柵距相等的光柵（光柵1、光柵2）疊合在一起，中間留有很小的間隙，并使兩者的柵線之間形成一個(gè)很小的夾角θ，這樣就可以看到在近于垂直柵線方向上出現(xiàn)明暗相間的條紋，這些條紋叫莫爾條紋。在d-d線上，兩塊光柵的柵線重合，透光面積最大，形成條紋的亮帶，它是由一系列四棱形圖案構(gòu)成的；在f-f線上，兩塊光柵的柵線錯(cuò)開，形成條紋的暗帶，它是由一些黑色叉線圖案組成的。因此莫爾條紋的形成是由兩塊光柵的遮光和透光效應(yīng)形成的。②莫爾條紋的間距BH與兩光柵線紋夾角θ之間的關(guān)系為：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(dòng)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(cè)控專業(yè)的學(xué)生在4個(gè)小題中任選3個(gè)小題。1、已知某金屬棒的長(zhǎng)度和溫度之間的關(guān)系為。在不同溫度下，測(cè)得該金屬棒的長(zhǎng)度如下表所示。請(qǐng)用最小二乘法估計(jì)0℃時(shí)金屬棒的長(zhǎng)度和金屬的線膨脹系數(shù)。10.040.070.0100.020.021.023.024.0解：誤差方程令，系數(shù)矩陣,直接測(cè)得值矩陣,被測(cè)量估計(jì)矩陣由最小二乘法：，則2、當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度為,測(cè)溫傳感器示值溫度為時(shí)，有下列方程式成立：當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度從25℃突然變化到300℃時(shí)，測(cè)溫傳感器時(shí)間常數(shù)，試確定經(jīng)過(guò)480s后的動(dòng)態(tài)誤差。解：把輸入看作從0到275的階躍輸入信號(hào)，則；輸入信號(hào)的拉氏變換為:又即進(jìn)行拉氏反變換后，有動(dòng)態(tài)誤差（℃）3、有一吊車的拉力傳感器如右圖所示。其中電阻應(yīng)變片R1、R2、R3、R4貼在等截面軸上。已知R1、R2、R3、R4標(biāo)稱阻值均為120Ω，橋路電壓為2V，物重m引起R1、R2變化增量為1.2Ω。

1)畫出應(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R3、R4起到什么作用？解：①應(yīng)變片組成半橋電路：②③R3、R4可以進(jìn)行溫度補(bǔ)償。4、有一臺(tái)變極距非接觸式電容測(cè)微儀，其極板間的極限半徑r=4mm，假設(shè)與被測(cè)工件的初始間隙δ=03mm，試求：

1)若極板與工件的間隙變化量Δδ=±10μm時(shí)，電容變化量為多少?2)若測(cè)量電路的靈敏度K=100mV/pF，則在Δδ=±1μm時(shí)的輸出電壓為多少?解：1）2），輸出電容變化為444.8pF試卷二綜合設(shè)計(jì)分析題（本大題共20分）。若要你需要用差動(dòng)變壓器式加速度傳感器來(lái)測(cè)量某測(cè)試平臺(tái)振動(dòng)的加速度。請(qǐng)你：（1）設(shè)計(jì)出該測(cè)量系統(tǒng)的框圖，并作必要的標(biāo)注或說(shuō)明；（2）畫出你所選用的差動(dòng)變壓器式加速度傳感器的原理圖，并簡(jiǎn)述其基本工作原理；（3）給出差動(dòng)變壓器式加速度的測(cè)量電路圖，并從工作原理上詳細(xì)闡明它是如何實(shí)現(xiàn)既能測(cè)量加速度的大小，又能辨別加速度的方向的。解：（1）測(cè)試平臺(tái)振動(dòng)加速度的測(cè)量系統(tǒng)框圖（2）差動(dòng)變壓器式加速度傳感器的原理圖（3）差動(dòng)變壓器式加速度的測(cè)量電路圖為了達(dá)到能辨別移動(dòng)方向和消除零點(diǎn)殘余電壓的目的，實(shí)際測(cè)量時(shí)，常常采用差動(dòng)整流電路或相敏檢波電路。法一：差動(dòng)整流電路把差動(dòng)變壓器的兩個(gè)次級(jí)輸出電壓分別整流，然后將整流的電壓或電流的差值作為輸出。下面給出全波電壓輸出的差動(dòng)整流電路：全波電壓輸出的差動(dòng)整流電路圖從上圖電路結(jié)構(gòu)可知，不論兩個(gè)次級(jí)線圈的輸出瞬時(shí)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當(dāng)銜鐵在零位時(shí)，因?yàn)閁24=U68，所以U2=0；當(dāng)銜鐵在零位以上時(shí)，因?yàn)閁24>U68，則U2>0；而當(dāng)銜鐵在零位以下時(shí)，則有U24<U68，則U2<0。 U2的有效值大小反映了位移的大小，從而利用①式可以反求加速度的大小；U2正負(fù)表示銜鐵位移的方向，即振動(dòng)的加速度方向。法二：相敏檢波電路輸入信號(hào)u2(差動(dòng)變壓器式傳感器輸出的調(diào)幅波電壓)通過(guò)變壓器T1加到環(huán)形電橋的一個(gè)對(duì)角線上。參考信號(hào)us通過(guò)變壓器T2加到環(huán)形電橋的另一個(gè)對(duì)角線上。輸出信號(hào)uo從變壓器T1與T2的中心