西華大學(xué)傳感器原理與技術(shù)A試卷(含答案)

西華大學(xué)課程考核試題卷試卷編號(hào)：A年級(jí)專業(yè)：教學(xué)班號(hào)：學(xué)號(hào)：姓名：裝訂線（2016至2017學(xué)年第年級(jí)專業(yè)：教學(xué)班號(hào)：學(xué)號(hào)：姓名：裝訂線課程名稱：傳感器原理與技術(shù)考試時(shí)間：110分鐘課程代碼：150106139試卷總分：100分考試形式：閉卷學(xué)生自帶普通計(jì)算器：不允許一、選擇題（在每個(gè)小題四個(gè)備選答案中選出一個(gè)正確答案）（本大題共20小題，每小題2分，總計(jì)20分） 1.儀表的精度等級(jí)是用儀表的（A）來表示的。A.絕對誤差 B.相對誤差 C.粗大誤差 D.隨機(jī)誤差2.下列哪一個(gè)不屬于傳感器的靜態(tài)特性（B） A.線性度 B.傳遞函數(shù) C.精度 D.靈敏度 3.壓電式傳感器的前置放大器的作用是（B）A.將輸出電流放大，并與輸入電壓或輸入電流成正比B.將輸出電壓放大，并與輸入電壓或輸入電流成正比C.將輸入電壓放大，并與輸出電壓或輸出電流成正比D.將輸入電流放大，并與輸出電壓或輸出電流成正比 4.光纖的數(shù)值孔徑的定義是（D）A. B.C. D. 5.小氣隙電感式傳感器與小氣隙電容式傳感器的主要區(qū)別是（D）A.電容式有電場邊界效應(yīng)，而電感式則沒有。B.電容式的可動(dòng)部分是有摩檫支撐，而電感式則是無摩擦支撐。C.電容式的基本輸入量是較小的位移，而電感式則是較小的速度。D.電容式抗干擾能力差，而電感式則抗干擾能力強(qiáng)。 6.關(guān)于電渦流傳感器，下列說法不正確的是（C）A.電渦流傳感器工作必須有一個(gè)交變磁場的激勵(lì)源。B.電渦流傳感器既是一個(gè)電感式傳感器，又是一個(gè)特別的電感式傳感器。C.電渦流傳感器的測量屬于接觸性測量。D.電渦流傳感器屬于主動(dòng)式傳感器，即主動(dòng)發(fā)射能量。 7.下列不屬于熱電偶傳感器的特點(diǎn)的是（A）A.輸出信號(hào)為電流，因此測量可不要外加電源B.結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，使用方便。C.測量精度高，熱電偶與被測對象直接接觸，不受中間介質(zhì)影響。D.便于遠(yuǎn)距離測量，自動(dòng)記錄及多點(diǎn)測量。 8.下列哪項(xiàng)不屬于熱敏電阻溫度傳感器的基本類型（D）A.負(fù)溫度系（NTC）數(shù)熱敏電阻 B.正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻C.臨界溫度系數(shù)（CTC）熱敏電阻 D.復(fù)合溫度系數(shù)（RTC）熱敏電阻 9.不屬于霍爾元件特性的是（C）A.輸入電阻和輸出電阻 B.額定控制電流C.等位電動(dòng)勢 D.霍耳電壓 10.根據(jù)法拉第效應(yīng)調(diào)制的光纖傳感器方法是（A）A.偏振態(tài)調(diào)制法 B.相位調(diào)制法 C.強(qiáng)度調(diào)制法 D.頻率調(diào)制法二、填空題（本大題共10空，每空1分，總計(jì)10分）1、傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(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)于被測量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號(hào)輸出的轉(zhuǎn)換元件組成。(3分)2、電容式傳感器按其工作原理可分為變介質(zhì)型、變面積型、和變極距型三種。（3分）3、半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用待測氣體與半導(dǎo)體表面接觸時(shí)，產(chǎn)生的電導(dǎo)率等物理性質(zhì)變化來檢測氣體的。按照半導(dǎo)體與氣體相互作用時(shí)產(chǎn)生的變化只限于半導(dǎo)體表面或深入到半導(dǎo)體內(nèi)部，可分為表面控制型和體控制型，按照半導(dǎo)體變化的物理特性，又可分為電阻型和非電阻型。（4分）三、判斷題（請?jiān)谡_命題后括號(hào)內(nèi)劃“√”，錯(cuò)誤命題后括號(hào)內(nèi)劃“×”）（10分，每題1分）縱波只能在固體介質(zhì)中傳播。（×）在同一測量條件下，多次測量被測量時(shí)，絕對值和符號(hào)保持不變，或在條件改變時(shí)，按一定規(guī)律變化的誤差稱為系統(tǒng)誤差。（√）電渦流式傳感器不能對一些參數(shù)進(jìn)行非接觸的連續(xù)測量。（×）熱電偶正向串聯(lián)，可獲得較大的熱電勢輸出和提高靈敏度。（√）沿石英晶體的電軸施加壓力，而在垂直于電軸晶面上產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象稱為“橫向壓電效應(yīng)”。（×）一般希望光纖模式數(shù)量越多越好。（×）基于光生伏特效應(yīng)的光電器件有光電池和光敏電阻。（×）在對同一被測量的多次測量過程中，隨機(jī)誤差的變化是可預(yù)測的。（×）壓電式傳感器更適用于靜態(tài)測量。（×）電阻應(yīng)變式傳感器是以熱敏電阻為電阻轉(zhuǎn)換元件的傳感器。（×）

四、簡答題（本大題共5小題，共30分） 1、什么是傳感器的動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性？（6分）答：傳感器的靜態(tài)特性是指被測量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出與輸入的關(guān)系。通常，要求傳感器在靜態(tài)情況下的輸出輸入關(guān)系保持線性?？杀硎緸橄率? Y=a0+a1X+a2X2+···+anXn式中，Y為輸出量；X為輸入量；a0為零位輸出；a1為傳感器的靈敏度，常用K表示；a2，a3，···，an為非線性項(xiàng)待定常數(shù)。傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指其輸出對隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。傳感器所檢測道德非電量信號(hào)大多數(shù)是時(shí)間的函數(shù)。為了使傳感器輸出信號(hào)和輸入信號(hào)隨時(shí)間的變化曲線一致或者相近，傳感器不僅要有良好的靜態(tài)特性，而且應(yīng)該具有良好的動(dòng)態(tài)特性。 2、請闡述電阻應(yīng)變式傳感器工作原理。（6分） 答：電阻應(yīng)變式傳感器，就是由于某些物理量的變化引起應(yīng)變，應(yīng)變引起電阻變化的一種傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器主要是由彈性敏感元件和電阻應(yīng)變片組成，彈性敏感元件的材料是彈性物質(zhì)，其作用是在感受被測量是將產(chǎn)生形變，其表面產(chǎn)生應(yīng)變；而粘貼在彈性敏感元件表面的電阻應(yīng)變片將隨著彈性敏感元件產(chǎn)生應(yīng)變，因此電阻應(yīng)變片的電阻值也產(chǎn)生相應(yīng)的變化，即測量電阻應(yīng)變片的電阻值的變化，就可以確定被測量的大小。請?jiān)敿?xì)闡述壓電效應(yīng)。（6分）答：某些電介質(zhì),當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r(shí),其內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象,同時(shí)在它的兩個(gè)表面上便產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷,當(dāng)外力去掉后,其又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力方向改變時(shí),電荷的極性也隨之改變。把這種機(jī)械能轉(zhuǎn)為電能的現(xiàn)象,稱為“正壓電效應(yīng)”。相反,當(dāng)在電介質(zhì)極化方向施加電場,這些電介質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生變形,外電場撤離，變形也隨著消失，這種現(xiàn)象稱為“逆壓電效應(yīng)”（電致伸縮效應(yīng)）。4、什么是霍爾電動(dòng)勢產(chǎn)生的原理？（6分）答：一塊半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(磁場方向垂直于薄片)中，當(dāng)有電流I流過時(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，該電場產(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的方向上將產(chǎn)生電場，相應(yīng)的電勢稱為霍爾電勢UH。 5、什么是光敏電阻的亮電流、暗電流？何為光電流？（6分） 暗電流：光敏電阻在不受光照射時(shí)的阻值稱為暗電阻，此時(shí)流過的電流稱為暗電流。亮電流：光敏電阻在受光照射時(shí)的電阻稱為亮電阻，此時(shí)流過的電流稱為亮電流。光電流：亮電流與暗電流之差稱為光電流。 五、計(jì)算題（本大題共3個(gè)小題，共30分）1、如圖所示電路是電阻應(yīng)變儀中所用的不平衡電橋的簡化電路，圖中R3=R4=R是固定電阻，R1與R2是電阻應(yīng)變片，工作時(shí)R1受拉，R2受壓，ΔR=0，橋路處于平衡狀態(tài)，當(dāng)應(yīng)變片受力發(fā)生應(yīng)變時(shí)，橋路失去平衡，這時(shí)，就用橋路輸出電壓Ucd表示應(yīng)變片變后電阻值的變化量。試證明：Ucd=-（E/2）(ΔR/R)。（8分）證明： （2分）因?yàn)?R2R1+R所以 （2分）

2、設(shè)有一段圓柱形光纖如圖所示，試述光纖的傳光原理，并推導(dǎo)光在光纖內(nèi)發(fā)生全反射時(shí)，入射角θi應(yīng)滿足的條件。（10分）答：（1）當(dāng)光線射入一個(gè)端面并與圓柱的軸線成θi角時(shí)，在端面發(fā)生折射進(jìn)入光纖后,又以φi角入射至纖芯與包層的界面，光線有一部分透射到包層，一部分反射回纖芯。但當(dāng)入射角θi小于臨界入射角θc時(shí)，光線就不會(huì)透射界面，而全部被反射，光在纖芯和包層的界面上反復(fù)逐次全反射，呈鋸齒波形狀在纖芯內(nèi)向前傳播，最后從光纖的另一端面射出，這就是光纖的傳光原理。（4分）（2）根據(jù)斯涅耳（Snell）光的折射定律，由圖可得：若要在纖芯和包層的界面上發(fā)生全反射，則界面上的光線臨界折射角，即。而當(dāng)時(shí)，有因?yàn)? （4分）所以，為滿足光在光纖內(nèi)的全內(nèi)反射，光入射到光纖端面的入射角θi應(yīng)滿足 （2分）

3、推導(dǎo)差動(dòng)自感式傳感器的靈敏度，并與單極式