傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 試卷及答案 試題二

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

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、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（）o

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（）o

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EO,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)（）o

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（）o

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.用電流一一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MoCh上時(shí)，下列說(shuō)法正確的是（）o

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我接法，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)熱旦偶的熱電勢(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）

注奇：自動(dòng)化、電與專業(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)生左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￡,=4（1+二?，）。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)ao

r,./℃10.040.070.0100.0

Lti/mtn

20.021.023.024.0

2、當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度為白，測(cè)溫傳感器示值溫度為〃時(shí)，有下列方程式成立:

mmg當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度從25℃突然變化到300CB寸，測(cè)溫傳

感器時(shí)間常數(shù)為=12作,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RI、R2、R3、R4

貼在等截面軸上。已知RI、R2、R3、R4標(biāo)稱阻值均為120Q,橋路電壓

為2V,物重m引起RI、R2變化增量為L(zhǎng)2Q。

RI

1）畫出應(yīng)變片組成的電橋電路。

2）計(jì)算出測(cè)得的輸出電壓和電橋輸出靈敏度。

3）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b=03mm,試求：

1）若極板與工件的間隙變化量△6=±10um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△6=±1Um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、D

6、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)量大小都與當(dāng)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)入射角大丁?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)很小的夾角心這樣就可以看到在

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莫爾條紋的間距為與兩光柵線紋夾角。之間的關(guān)系為：

nW/2W

=——x-

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"rAa+a"）。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)ao

/z-/℃10.040.070.0100.0

Ll；/mm

20.021.023.024.0

解：誤差方程/〃一/o（l+aW）=4f=l,2,3,4

令X]=I。，A=a?I。

110.0--20-

140.021

系數(shù)矩陣4=,直接測(cè)得值矩陣乙=

170.023

1100.024

x

被測(cè)量估計(jì)矩陣X\

X2

由最小二乘法：AfAX=A!L,則

10

11111404220

104070100j1

7022016600

100

20

1111121_F88-

104070100J23-[5050

24

;照=18000/0

1F16600-220-

A22-18000-2204

1Fl6600-220188_19.4333-

:.X=[A,ATlA,L=18000[-2204(5050

0.0467

/.4)=Xj=1

3

。=&=0：0467=2.4x1(r(/℃)

h19.43

2、當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度為“，測(cè)溫傳感器示值溫度為乃時(shí)，有下列方程式成立：

%=%+%(力2)/37)當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度從25℃突然變化到30?！鏁r(shí)，測(cè)溫傳感器

時(shí)間常數(shù)q=12。一試確定經(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

x(r)=0,Z<0；x(0=275,r>0

輸入信號(hào)的拉氏變換為：X(5)=—

S

T7，

又干d2■+‘2=4

ar

即(2S+1?2S=4(S)

八(s)r05+l

1275

Y(s)=H(S)X(S)=

r0S+1S

進(jìn)行拉氏反變換后，有y")=275(l-J*)

480

，動(dòng)態(tài)誤差A(yù)=y(480)-275=-275J詢=5.04(℃)

3、有一吊車的拉力傳感器如右圖所示。其中電阻應(yīng)變片RI、R2、R3、R4貼

在等截面軸上。已知RI、R2、R3、R4標(biāo)稱阻值均為120。，橋路電壓為2V,

物重m引起RI、R2變化增量為1.2。。

1）畫出應(yīng)變片組成的電橋電路。

4）計(jì)算出測(cè)得的輸出電壓和電橋輸出靈敏度。

5）說(shuō)明R3、R4起到什么作用？

解：①應(yīng)變片組成半橋電路：

U°=E.[(R1+ARJ]=--=-^^-=0.01V

_

(Rj4AR!)+R4+(R^-J-AR-))2R2120Q

ITF

②Ku=-^=-=l

uAR/R2

③R3、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3=03mm,試求:

1）若極板與工件的間隙變化量△6=±10um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△8=±1um時(shí)的輸出電壓為多

少？

解：1)C。二包子△

d。

%?彳?A8.854X10',2X^-X42X10-6

AC=—~~[——=--------------------7-----------=44.48pF

AdlOxIO-6

2)Ad=±l〃m時(shí)，輸出電容變化為444.8pF

c0=網(wǎng)史塔薩此=L48X10T2FU48PF

C=C0±AC=1.48±444.8

U,=CK=446.28xlOO=44.6V

U2=C-K=-442.32xl00=-44.2V

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)

信號(hào)

差動(dòng)變壓器式l測(cè)量電路電壓表

加速度傳感吟|調(diào)理

測(cè)試平臺(tái)

振動(dòng)-電源

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

心Em

一

一

一器

師TT~

*Ax〃)

(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:

全波巨壓輸出的差動(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G的電流方向總是從2到4,流經(jīng)電容Q的電流方向總是從6到8,

故整流電路的輸出電壓為

上應(yīng)-九

當(dāng)銜鐵在零位時(shí)，因?yàn)閭?二%8,所以上=0；當(dāng)銜鐵在零位以上時(shí)，因?yàn)閭?>

%8，則①>0；而當(dāng)銜鐵在零位以下時(shí)，則有分4<%8，則給<0。

/.%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?。?/p>