傳感器與自動檢測技術(shù) 試卷及答案 模擬試卷四

傳感器與自動檢測技術(shù)全真模擬試卷四

試卷一（閉卷）

（考試時間90分鐘，總分80分）

專

一二三

業(yè)題號總分

分?jǐn)?shù)

評卷人

I一、單項選擇題（本大題共10小題，每小題2分，共20分）

密在每小題列出的四個選項中只有一個選項是符合遨目要求的，

請將正確選項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對間常數(shù)匯=3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間為（）秒

A.3B.1C.1.2D.1/3

3、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

線

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是光纖的一個重要參數(shù)，以下說法不正確的是（）

A.數(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.數(shù)值孔徑越大，光纖與光源的耦合越容易

D.數(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.紅外傳感器是利月紅外輻射實現(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特點（）

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

v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c,

以下說法不正確的是（）

A.若測得流體流速y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

C+UCOS6

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c-using

D.若采用時差法測流量，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（）mm

A.0.02B.0.12C,0.24D.0.48

10、當(dāng)氧化型氣體吸附到P型半導(dǎo)體材料上時,揩導(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）

1、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)）

2、試分析下圖所示差動整流電路的整流原理，若招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？

3、壓電元件在使用時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，以及每種湊法的適用場合。

4、采用熱電阻測量溫度時,常用的引線方式主要有哪幾種?試述這幾種引

線方式各自的特點及適用場合。

5、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

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幾類光電器件各自的工作基礎(chǔ)并舉例。

三、分析計算題(本大題共3小題，每小題10分，共30分)

注意：自動化、曲與專業(yè)的學(xué)生第1小題必做，并從第2-4小

題中選做兩個小題；測控專業(yè)的學(xué)生在4個小題中任選3個小題。

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。

3、銀銘一鐐硅熱電偶，工作時冷端溫度為30r,測得熱電動勢

E(t,to)=38.560mv,求被測介質(zhì)實際溫度。(E(30,0)=1.203mv)

工作端0204060708090

溫度(匕)熱電動勢(mv)

90037.32538.12238.91539.70340.09640.48840.897

4、利用一個六位循環(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

際轉(zhuǎn)過的角度是多少？

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試卷二（開卷）

（考試時間30分鐘，總分20分）

題號評卷人得分

綜合設(shè)計分析題

綜合設(shè)計分析題（本大題共20分）

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=O時）均相等，電阻絲靈敏度系數(shù)為跖，泊松比為〃。

1、設(shè)計適當(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)橋路輸出電壓工和外力F之間的函數(shù)關(guān)系式。（提示：AR?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

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一、單項選擇題（本大題共10小題，每小題2分，共20分）

在每小題列出的四個選項中只有一個選項是符合題目要求的,請將正

確選項前的字出填在題后的括號內(nèi)。錯選、多選和未選均不得分。

1、A2、C3、B4、C5、B

6、D7、D8、B9、C10、A

二、簡答題（本大題共5小題，每小題6分，共30分）

6、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種常用指施

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

出對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性，主要描述指標(biāo)有：時間常數(shù)、延遲時

間、上升時間、峰值時間、響應(yīng)時間、超調(diào)量、幅頻特性和相頻特性。

7、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)U上正下負(fù)時，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G的電流是由2到4,

電容G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,

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電容C2上的電壓為U68o

B當(dāng)Ui上負(fù)下正時，上線圖a負(fù)b正，下線圖c負(fù)d正。

上線圈：電流從b—3—2—4一1一a,流過電容G的電流是由2到4,

電容G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U68O

由此可知，不論兩個次級線圈的輸出電壓極性如何，流經(jīng)電容G的電流

方向總是從2到4,流經(jīng)電容C2的電流方向總是從6到8,故整流電路的輸

出電壓為：

Uo=U26=U24+1)86=U24—Ug

①當(dāng)銜鐵位于中間位置時，U24=U68,.-.Uo=O

②當(dāng)銜鐵位于中間位置以上時，U24>U68,AUo>O

③當(dāng)銜鐵位于中間位置以下時，U24<U68,AUo<O

如此，輸出電壓Uo的極性反映了倚鐵的位置，實現(xiàn)了整流的目的。

8、壓電元件在使用時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：在外力作用下，壓電元件正負(fù)電極上的電荷量與

單片時相同，總電容量為直片時的一半，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：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，輸出電容為單片時的兩倍，輸出電壓與單片時相同。

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。

9、采用熱電阻測量溫度時,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。

兩線制的特點是結(jié)構(gòu)簡單、費用低，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

于實驗室等高精度測量場合。

10、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

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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)器件兩人類。

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、分析計算題（本大題共3小題，每小題10分，共30分）

注意：自動化、曲專專業(yè)的學(xué)生第1小題必做，并從第2-4小題

中選做兩個小題；測控專業(yè)的學(xué)生在4個小題中任選3個小題。

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。

X1234

y2.24.15.88.0

解：設(shè)擬合直線方程為y=4

由已知輸入輸出數(shù)據(jù)，根據(jù)最小二乘法，有:

410

???_=20^0???方程有解

111030

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4?130-101.5-0.5

2o[-lO

'=向2A224-0.50.2

2.2

111ll4.120.1

ArL=34j5.8

1259.8_

8.0_

1.5-O.5T2O.I0.25

X=(AA)TAfL=0,2￡59.8

-0.51.91

aQ=0.25，a.=1.91

???擬合直線為y=0.25+1.9U

???輸入X：1234

輸出y：2.24.15.88.0

理論值9：2.164.075.987.89

"=僅一9：0.040.030.180.11

非線性誤差為：

=土也空x100%=土”■x100%=±2.25%

YFS8

靈敏度為：S“=?=1.91

ax

2、一個以空氣為介質(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,

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兩極板間距d=lmni。測量時，若上極板在

原始位置(Ax=0mm)上向左平移了2mm

(即Ax=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Ko

(已知空氣的相對介電常數(shù)￡產(chǎn)中小，真

空時的介電常數(shù)8o=8.854x10,2F/m)

解：電容變化量為：

3￡o（a-￡r￡^ab

AC=C-C

0~~dd~~~d~

1x8.854xIO-12x2xIO-3x16x10~3

=—2.83x10*（/）

bl。-

即電容減小了283x1()73/

電容相對變化量為：

AC_d_Ax_2x10-3

-3

CoE&abalOxlO

d

位移相對靈敏度為：

△CAx

Co_o_j_1

====100

\x~\x~a~10x10-3

3、銀錯一銀硅熱電偶，工作時冷端溫度為30C,測得熱電動勢

E(t,to)=38.560mv,求被測介質(zhì)實際溫度。(E(30,0)=1.203mv)

工作端0204060708090

溫度(匕)熱電動勢(mv)

90037.32538.12238.91539.70340.09640.48840.897

第1頁共5頁

0

解：由已知條件可知：to=3O℃,E(t,to)=38.560mv

???根據(jù)中間溫度定律:

E(t,to)=E(t,O)-E(to,0)=E(t,O)-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

???E卡39.763,E,=39.703,E,F40.096

ti=960,tn=970

???被測介質(zhì)實際溫度為:

j+tef(一)

=96°+默|瑟(970一960)=961.527g

4、利用一個六位循環(huán)碼盤測量角位移,其最小分辨率是多少？如果要求每個

最小分辨率對應(yīng)的碼盤圓弧長度最大為0.01mm,則碼盤￥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“U0100”，則碼盤實際轉(zhuǎn)過

的角度是多少?

解：???該循環(huán)碼盤為六位循環(huán)碼盤

360°

:.最小分辨率為:0==5.625°

設(shè)碼盤半徑為，V5.625°的角度對應(yīng)圓弧長度為0.01mm,

360°5.625°

2b0.01

360x0.01…

r=---------h0.

2^x5.625

又丁碼盤輸出數(shù)碼為“101101”，將其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼，則

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循環(huán)碼：101101

十11011

----V////

二進(jìn)制碼：110110

???二進(jìn)制碼為110110,對應(yīng)十進(jìn)制數(shù)為：

25+24+22+2,=32+16+4+2=54

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,

循環(huán)碼：110100

?I10011

----7////

二進(jìn)制碼：100111

???二進(jìn)制碼為100111,對應(yīng)十進(jìn)制數(shù)為：

25+22+雪+2°=32+4+2+1=39

???碼盤實際轉(zhuǎn)過的角度為：

ex=(54-39)。=15。=15x5.625°=84.375°

試卷二

綜合設(shè)計分析題(本大題共20分)。

第1頁共5頁

2

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）均相等，電阻絲靈敏度系數(shù)為K。，泊松比為〃。

1、設(shè)計適當(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U。和外力F之間的函數(shù)關(guān)系式。（提示：AR?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)計的測量電路）。

解：1、全橋電路圖為：

_—2u=&R3-&gU

u°=

【6+必.R2+Rj‘一（%+租/?2+口3）

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3

初始狀態(tài)（尸=0）時，R[=/?2=氏3=%=凡，

4=0

當(dāng)尸時，

wOR=R0+A7?j,R2=R04-A7?2,&=R°+A/?3,

/?4=/?0+A/?4

(R0+NR、+RQ+NR4)(R0+A/?2+R0+△&)

???A/??/?

???對上式作近似處理，略去分母中△/?項及分子中M高次項，則

U"=-------------------