傳感器技術(shù)及應(yīng)用（第2版）習(xí)題參考答案修訂版

習(xí)題參考答案

項目一

1.單項選擇題DDBACDAAB

2.判斷題FFTT（T表示正確，F(xiàn)表示錯誤）

3.簡答題

1）什么是傳感器？傳感器由哪幾個部分組成？

答：傳感器是能感受被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。傳感器通

常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、調(diào)理電路和輔助電源四部分組成。

2）傳感器按照被測量可以分為哪幾類？

答：按被測量一一輸入信號分類，一般可以分為溫度、壓力、流量、物位、加速度、速度、

位移、轉(zhuǎn)速、力矩、濕度、粘度、濃度等傳感器。

3）傳感器常用的靜態(tài)指標(biāo)有哪些？

答：傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)有（1）測量范圍與量程；（2）線性度；（3）靈敏度；（4）分辨率;

（5）滯后；（6）重復(fù)性；（7）穩(wěn)定性；（8）漂移：（9）精度等。

4）列舉3個在日常生活中用到傳感器的實例。

答：體重計、血壓計、溫度計、液位計等（可不一樣，正確即可）

5）列舉在體育比賽中用到的傳感器。

答：體重計（舉重運動）、光電傳感器（終點判斷）、溫度計（游泳池水溫控制）、風(fēng)速傳感

器、圖像傳感器（視頻回放）等（可不一樣，正確即可）

6）列舉3種在手機中用到的傳感器。

答：圖形圖像傳感器、重力加速度傳感器、語音識別傳感器、指紋識別芍感器等（可不一樣，

正確即可）

項目二

L填空題

1）應(yīng)變2）橋路補償法、應(yīng)變片補償法3）/?1/?3-/?2/?4=0

4）無源、壓電效應(yīng)5）自感式、互感式

6）變極距、變面積、變介質(zhì)（可交換順序）、變極距、變面積、變介質(zhì)、8）~9）舉例略。

2.單項選擇題CCDABBAC

3.判斷題TTTTFFFTTF

4.簡答題

1）什么是應(yīng)變效應(yīng)？

答：金屬導(dǎo)體的電阻值隨著它受力所產(chǎn)生機械變形（拉伸或壓縮）的大小而發(fā)生變化的現(xiàn)象

稱之為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。

2）應(yīng)變片為什么要進行溫度補償？溫度補償有哪些方法？

答：（1）由于存在溫度誤差。用作測量應(yīng)變的金屬應(yīng)變片，希望其阻值僅隨應(yīng)變變化，而

不受其它因素的影響。實際上應(yīng)變片的阻值受環(huán)境溫度（包括被測試件的溫度）影響很大。由

于環(huán)境溫度變化引起的電阻變化與試件應(yīng)變所造成的電阻變化幾乎有相同的數(shù)量級，從而產(chǎn)

生很大的測量誤差，稱為應(yīng)變片的溫度誤差，又稱熱輸出。因環(huán)境溫度改變而引起電阻變化

的兩個主要因素：

①應(yīng)變片的電阻絲（敏感柵）具有一定溫度系數(shù)；

②電阻絲材料與測試材料的線膨脹系數(shù)不同。

（2）溫度補償一般采用橋路補償法、應(yīng)變片補償法、熱敏電阻補償法、零點補償法。

3）什么是壓電效應(yīng)？壓電效應(yīng)分哪兩種類型？兩種類型的應(yīng)用請各舉例說明。

答：（1）某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┘恿Χ蛊渥冃螘r，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同

時在它的兩個表面上會產(chǎn)生異號電荷，當(dāng)外力消失后，又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象

稱為壓電效應(yīng)。

（2）分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。

（3）舉例略。

4）電感傳感器的基本原理是什么？可分成幾種類型？

答：（1）電感式傳感器的基本原理是電磁感應(yīng)原理，即利用電磁感應(yīng)將被測非電量（如壓力、

位移等）轉(zhuǎn)換為電感量的變化輸出，再經(jīng)過測量轉(zhuǎn)換電路，將電感量的變化轉(zhuǎn)換為電壓或者

電流的變化，從而實現(xiàn)非電量的測量。

（2）電感式傳感器的分類，根據(jù)信號的轉(zhuǎn)換原理，分自感式傳感器，互感式（差動變壓

器式）式傳感器兩大類。

5）三種自感式傳感器變間隙、變面積和螺管型各有什么特點？

答：（1）變間隙：靈敏度最高，目靈敏度隨氣隙的增大而減小；非線性誤差大，量程有限而

且較小，傳感器制作裝配比較困難。

（2）變面積：靈敏度比變間隙型小，理論靈敏度為一常數(shù)，因而線性度好，量程較大。

（3）螺管型：量程大，靈敏度低，結(jié)構(gòu)簡單，便于制作，因而應(yīng)用廣泛。

5.計算題

1）解答：

（1）111.2

U=—x---x=—x----x4=0.01/

4八#nc4120/、/\

（2）〃陋—-乂F）十八斤）X—一（斤+AH）xR

。一（%+6）（魚+R）-（斤+△/?+k+△/?）G?十"）’

(3)

U二口風(fēng)二RM'X￡=（"+A"）XA-（"M）XA￡,XYX4=。3

X

（用+斤2）（斤3+4）（彳+△斤十斤一△斤）（斤+⑶2120

2）解答：由于不知是何種工作方式，可設(shè)為n,故可得:

%二衛(wèi)二2x10x10-3二10

nn

得n要小于2,故應(yīng)采用全橋工作方式。

3）解答：

cab_￡/x/x。xb

由于：C。~T=d

所以:-=—=-5/8

C°a

因此：AC=二xG=二x=.(5X￡,x%x力)/8=-66.405*10l5F

aad

項目三

1.填空題

1）99,3102）熱電效應(yīng)、熱電動勢3）相同4）電阻

5）PTC、NTC6）0.37）熱釋電效應(yīng)

2.單項選擇題DCCA

3.判斷題FFTTFT

4.簡答題

1）溫度的測量按是否接觸分為哪兩種？各自的典型傳感器有哪些？

答：接觸式測溫傳感器（如使用溫度計測試水溫）一一感溫元件與被測對象接觸，彼此進行

熱量交換，使感溫元件與被測對象處于同一環(huán)境溫度下，感溫元件感受到的冷熱變化即是被

測對象的溫度。常用的接觸式測溫的溫度傳感器主要有熱膨脹式溫度傳感器、熱電偶、熱電

阻、熱敏電阻、半導(dǎo)體溫度傳感常等。

非接觸式測溫傳感器（如非典期間，測量人體溫度的熱紅外輻射溫度計）一一利用物體表面

的熱輻射強度與溫度的關(guān)系來測量溫度的。通過測量一定距離處被測物體發(fā)出的熱輻射強度

來確定被測物的溫度。常見的非接觸式測溫傳感器有：輻射高溫計、光學(xué)高溫計、比色高溫

計、熱紅外輻射溫度傳感器等。

2）熱敏電阻幾種類型？各有何特點和用途？

答：熱敏電阻幾種類型有以下三種類型：

（1）正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻，溫度上升，電阻值加大，PTC在電路中多起到限流的

作用。

（2）負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻，溫度上升,電阻值減小，NTC是最常用的熱敏電阻,

NTC多用于溫度測量。

（3）臨界溫度電阻器（CTR）電限值在某個溫度臨界點，阻值變化大，此類熱敏電阻可用

于自動控溫和報警電路設(shè)計中。

2）熱電偶溫度傳感器的工作原理是什么？

答：兩種不同材料的導(dǎo)體A和B組成一個閉合電路時，若兩接觸點溫度不同，則在該電路

中會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶溫度傳感器的工作原理是熱電效應(yīng)，測出

傳感器輸出電動勢的變化情況，得到溫度值的變化。

4）分析如題圖3.1所示電冰箱溫度超標(biāo)指示器電路的工作原理。

答：R2、R3、RP構(gòu)成基準溫度設(shè)置電路；RHRT構(gòu)成溫度檢測電路。當(dāng)溫度上升，負溫度

系數(shù)熱敏電阻RT阻值減小，由運放構(gòu)成的比較器V-下降，輸入引腳電壓V+>V”比較器輸

出高電平，二極管VD發(fā)光，指示溫度過高；當(dāng)溫度下降，RT阻值增加，VJL升，V+<V.,

比較器輸出低電平，二極管VD熄滅，指示溫度正常。

項目四

1.填空題

1）線位移、角位移2）位移3）主光柵指示光柵4）磁化5）20

2.單項選擇題DDC

3.判斷題TTTTTT

4.簡答題

1）光柵主要利用光柵的什么現(xiàn)象，來精密得測量位移的？

答：光柵是由大量等節(jié)距的透光縫隙和不透光的刻線均勻相間排列構(gòu)成的光器件。光柵主要

利用光柵的莫爾現(xiàn)象，來精密得測量位移。

2）超聲波傳感器在常溫下如何計算測得的距離？

測距時由安裝在同一位置的超聲波發(fā)射器和接收器完成超聲波的發(fā)射與接收，由定時器

計時。首先由發(fā)射器向特定方向發(fā)射超聲波并同時啟動定時器計時，超聲波在介質(zhì)傳播途中

一旦遇到障礙物后就被反射回來，當(dāng)接收器收到反射波后立即停止計時。這樣，定時器就記

錄下了超聲波自發(fā)射點至障礙物之間往返傳播經(jīng)歷的時間/（S）o由于常溫下超聲波在空氣中

的傳播速度約為340m/s,所以發(fā)射點距障礙物之間的距離為：

5=340"2=1707

5.應(yīng)用題選型結(jié)果：NS-WY01-5-4-L-V1-I

項目五

L填空題

1）阻值2）反向3）反偏、正偏4）傳感型、傳光型

5）電氣法6）阻值7）濕度、含水量8）分貝或dB

2.單項選擇題BDDCCABB

3.判斷題TTTFTTFT

4.簡答題

1）基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電傳感器有哪幾種？

答：基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電傳感器有光敏電阻、光敏二極管、光敏晶體管和光電池。

2）光纖傳感器是新技術(shù)傳感器，可以用來測量哪些物理量？

答：光纖傳感器是新技術(shù)傳感器，可以用來測量多種物理量，如位移、加速度、液體、壓力、

流量、振動、水聲、溫度、電壓、電流、磁場、核輻射、應(yīng)變、熒光、PH值、DNA生物量

等。

3）簡述氣敏電阻的工作原理？

答：氣敏電阻的材料是金屬氧化物如氧化錫、氧化鋅等，它們在常溫下是絕緣的，制成半導(dǎo)

體后卻顯出氣敏特性。通常元件工作在空氣中，空氣中的氧、二氧化氮這樣的氧化性氣體一

一電子接收性氣體，接受來自半導(dǎo)體材料的電子，結(jié)果使N型半導(dǎo)體材料的載流子數(shù)量減

少，使表面電導(dǎo)率減小，從而使元件處于高阻狀態(tài)。一旦元件與被測還原性氣體（電子供給

性氣體（如H2、CO、碳氫化合物和酒類））接觸，半導(dǎo)體的截流子增多，使元件電阻減小。

4）根據(jù)圖5.40說明，電阻型濕敏傳感器的工作原理。

答：根據(jù)圖5.40可知，該傳感器的感濕特性曲線為負特性曲線。當(dāng)濕度上升，電阻值減小；

當(dāng)濕度下降，電阻值增加。

5.電路分析題

1）分析圖5.8所示光敏電阻應(yīng)用電路的工作原理。

答：電路中IC的3號引腳的輸入電壓取決于光敏電阻R,的受光情況，當(dāng)光線較強勢，光敏

電阻阻值很小，IC的3號管腳的輸入較大，IC輸出為高電平，從而驅(qū)動VT廿通，壓電蜂

鳴器發(fā)出報警聲。反之，光線較暗時，IC輸出為低電平，VT不能導(dǎo)通，電路不工作。

2）分析圖5.23所示太陽能充電器電路的向蓄電池充電的工作過程。

答：圖中，電阻R和光敏電阻RG、R，I和Rr組成分壓電路。在白天，有光照射時光敏電阻

RG內(nèi)阻下降，因此經(jīng)R流入的基極電流，經(jīng)過RG和R巴分流，電流大為減少，使

由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，同時VT2也截止，信號燈熄滅。這時，硅光電池組由于有光照射，產(chǎn)生

較高的電壓，并向蓄電池充電。

3）分析圖5.47所示錄像機的結(jié)露檢測電路的工作原理。

答：在低濕的環(huán)境中，結(jié)露傳感器的阻值約為2KQ,VF的基極電位低于0.5V,VI處于截

止?fàn)顟B(tài)；VT?飽和導(dǎo)通，使其集電極電位低于IV。因VT3、\工接成達林頓管，所以VT3、VT.,

也截止，結(jié)露指示燈不亮，輸出的控制信號為低電平，控制錄像機正常工作。在濕度太

大結(jié)露時，結(jié)露傳感器的電阻值增大到大于50KQ,VT1的基極電位上升而飽和導(dǎo)通，VT2

截止，從而使VT3、VT」導(dǎo)通，結(jié)露指示燈亮，輸出的控制信號為高電平，控制錄像機進入停

機保護狀態(tài)。

項目六

1.填空題

1）接近、開關(guān)

2）常開、常閉

3）金屬。

4）介電常數(shù)

2.單項選擇題CCB

3.判斷題FTTTT

3.簡答題

1）根據(jù)圖6.18說明電路的工作原理。

答：當(dāng)水箱無水時，由于180ko電阻的作用，使4個開關(guān)的控制端部為低電平，開關(guān)斷開，

發(fā)光二極管VL?VL不亮。隨著水位的增加，加之水的導(dǎo)電性，使得1C的13腳為高電平，

Si接通，VL點亮。當(dāng)水位逐漸增加時，VL2、VL3依次發(fā)光指示水位3水滿時，VL4發(fā)光，

顯示水滿。同時VT導(dǎo)通，B發(fā)出報警聲，提示水已滿。不需要報警時，斷開開關(guān)SA即可。

2）列舉5種常用的物位傳感器。

答：光電開關(guān)、電容式接近開關(guān)、電感式接近開關(guān)、磁性開關(guān)、霍爾開關(guān)；導(dǎo)電式水位傳感

器、壓差式液位傳感器、超聲波液位傳感器；電容式物位傳感器等。

項目七

1.填空題

1）角位移、轉(zhuǎn)速2）霍爾3）線性型、開關(guān)型

4）傾角傳感器、角速度傳感器5）傳感器、變送器

2.單項選擇題BDDCBCDACDC

3.判斷題TTTFF

4.簡答題

1）根據(jù)圖7.23說明怎樣使用霍爾傳感器測速，轉(zhuǎn)速n為多少？

答：通常將永磁鐵固定在被測旋轉(zhuǎn)體上，當(dāng)它轉(zhuǎn)動到與霍爾開關(guān)正對位置時，輸出的霍爾開

關(guān)接通，永磁體離開，霍爾開關(guān)斷開。根據(jù)這個原理，通過電子線路計出每分鐘霍爾開關(guān)輸

出高脈沖的個數(shù)，即可得到被測旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速。

轉(zhuǎn)速n=N（每秒脈沖數(shù)）+6X60=10N（轉(zhuǎn)/分鐘）

2）簡述傾角傳感器的工作原理？

答：根據(jù)力學(xué)物理原理可以知道，當(dāng)對象與基準平面有一個角度的夾角時，其運動方向的加

速度與重力加速度的比值和沒有夾角時其加速度與重力加速度g的夾角a是不同的。根據(jù)

力的分解，重力加速度就會有分量作用在Ax方向，且Ax=gsina,干是可以得到傾斜角a

=arcsin（Ax/g）o

3）在選擇傾角傳感器時需要注意哪幾個方面？

答：①使用環(huán)境：靜態(tài)測量選用靜態(tài)傾角傳感器，動態(tài)測量選用動態(tài)傾角傳感器；

②測量的范圍：產(chǎn)品的量程有±15°,±30°,±90°,±180°等可以選擇；

③測量的精度要求：靜態(tài)傾角傳感器的精度通常較高，可以到0.1度，0.01度；

④傳感器輸出接口類型：一般數(shù)字量輸出接口有RS-232,RS-485,CAN,ModbusRTU

等通信方式，模擬量輸出接口有0-5V,4-20mA等。

4）流量檢測方法有哪幾種？

答：節(jié)流差壓法、容積法、阻力法、速度法

項目八

1.填空題

1)條、空2)寬度調(diào)節(jié)法模塊組配法3)一維碼、二維碼

4)射頻信號、無線通迅5)有源標(biāo)簽、無源標(biāo)簽、半有源標(biāo)簽。

6)射頻識別、電子產(chǎn)品編碼。

2.單項選擇題DACB

3?判斷題TTTFT

4.簡答題

1)什么是RFID?其工作原理是什么？一套典型的RFID系統(tǒng)由哪幾個部分組成？

答：(1)RFID是射頻識別技術(shù)的簡稱，它是一項利用射頻信號的無線通迅來實現(xiàn)目標(biāo)的自

動識別技術(shù)。

(2)其工作原理是使用能接收和發(fā)射無線電波的電子標(biāo)簽存儲信息，標(biāo)簽與識讀器之間利

用靜電藕合，感應(yīng)藕合或微波能量進行非接觸的雙向通訊來實現(xiàn)存儲信息的識別和數(shù)據(jù)交換。

(2)一套典型的RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽(Tag)、讀寫器(Reader)和應(yīng)用系統(tǒng)(AP)構(gòu)成。

2)RFID芯片由哪幾個部分組成？

答：調(diào)變電路(modulationcircuitry)；控制電路(controlcircuitry)；記憶體(memory)；處

理器(Processor)四個部分組成。

3)列舉出3種常用的一維條碼、3種常用的二維條碼。

答：(1)3種常用的一維條碼參見表格8/(2)3種常用的二維條碼參見表格8?2

4)按照頻率來分類，RFID的類型分為哪幾種？各自的主要頻率規(guī)格是多少？

答：分為以下四種：

(1)低頻LowFrequency(LF)：主要規(guī)格125?134kHz。

(2)高頻HighFrequency(HF)：主要規(guī)格13.56MHz。

(3)超高頻UltraHighFrequency(UHF)：主要規(guī)格433MHz、860MHz?960MHz。

(4)極高頻/微波SuperHighFrequency(SHF)/Microwave(UW)：主要規(guī)格2.4GHz、5.8GHz。

5)RFID的典型應(yīng)用有哪些？

答：門禁系統(tǒng)、電子溯源、食品溯源、產(chǎn)品防偽、商品零售等。

項目九

1.填空題

1)生化測量、身份識別2)生物功能膜3)分子識別

4)好氣性、厭氣性5)免疫反應(yīng)6)葡萄糖

2.單項選擇題DABB

3.判斷題TTFT

4.簡答題

1)常用的生物傳感器有哪幾種？

答：酶傳感器、葡萄糖傳感器、微生物傳感器、免疫傳感器等。

2)身份鑒別可利用的生物特征必須滿足以下幾個條件？

答：第一，普遍性：即必須每個人都具備這種特征。

第二，唯一性：即任何兩個人的特征是不一樣的。

第三，可測量性：即特征可測量。

第四，穩(wěn)定性：即特征在一段時間內(nèi)不改變。

當(dāng)然，在應(yīng)用過程中，還要考慮其他的實際因素，比如：識別精度、識別速度、

對人體無傷害、被識別者的接受性等等。

3）列舉5種基于人的生理特征進行識別的生物識別技術(shù)。

答：指紋識別、掌紋識別、虹膜識別、人臉識別、視網(wǎng)膜識別、靜脈識別等。

4）簡述人臉識別的過程。

答：人臉識別的過程：圖像攝取、人臉定位、圖像預(yù)處理，以及身份確認或者身份查找。

項目十

1.填空題

1）處理、分析和理解2）反比、正比3）光通量4）穿透力、擴散率

5）鏡頭6）CCD圖像7）聚集或發(fā)散8）曝光時間9）像素

2.單項選擇題ABDADDCCDC

3.判斷題FTTTTTTT

4.簡答題

1）想要過濾掉包裝上的紅色文字，應(yīng)采用哪種顏色的光源？

答：某種顏色的光源照射在同種顏色的物體上，視野中的物體就是發(fā)亮的。利用這個

特征可以過濾掉檢測中無用的信息，所以可以使用紅色光源過濾掉紅色文字。

2）希望獲得淺景深的照片，應(yīng)選用大光圈還是小光圈？

答：希望獲得淺景深的照片，應(yīng)選用小光圈。反之，使用大光圈。

3）舉例說明圖像識別可應(yīng)用于哪些方面？

答：圖像識別可應(yīng)用于識別（如文字識別、人臉識別）、定位（零件定位）、測量（尺寸測

量）、檢驗（污跡劃痕檢測）等方面。

4）模板匹配的本質(zhì)是什么?它的核心步驟有哪些？

答：模板匹配的本質(zhì)是基于圖像內(nèi)容的檢索。核心步驟包含三步：特征提取、相似度測量

和模板查詢。

5）典型的圖像識別系統(tǒng)由哪幾個部分組成？

答：照明光源、鏡頭、CCD相機、圖像采集卡、圖像處理系統(tǒng)及其它外部設(shè)備組成。

6）簡述數(shù)字圖像的采集過程。

答：首先，光經(jīng)過鏡頭聚焦在圖像傳感器上；然后，圖像傳感器將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，?/p>

輸給A/D轉(zhuǎn)換器，由A/D轉(zhuǎn)換器完成數(shù)字化變換；最后，由圖像采集卡輸出到圖像處理裝

置。

7）圖像識別系統(tǒng)的輸出結(jié)果有哪幾種？

答：可能是狀態(tài)信號、判定結(jié)果、測量值、字符串輸出。

項目十一

1.填空題

1）模擬信號、數(shù)字信號2）幅頻變換、A/D轉(zhuǎn)換3）噪聲4）干擾

5）A/D轉(zhuǎn)換6）NS-TH5A-50kg-24-Vl-l-L

2.單項