中央電大傳感器與測試技術試題2003-2012(含作業(yè)答案)

中央電大傳感器與測試技術試題2003-2012（含作業(yè)答案）試卷代號：1107

中央廣播電視大學20XX年-20XX年學年度第一學期“開放本科”期末考試機械專業(yè)傳感器與測試技術試題20XX年1月

一、簡答題（每小題5分，共20分）

1．動特性：指傳感器對隨時間變化的輸入量的響應特性。

2．分辨力：傳感器在規(guī)定測量范圍內(nèi)所能檢測出被測輸入量的最小變化值。

3．光柵：在玻璃尺或玻璃盤上類似于刻線標尺或度盤那樣，進行長刻線（一般為10-12mm)的密集刻劃，得到黑白相間、間隔相同的細小條紋，沒有刻劃的白的地方透光，刻劃的發(fā)黑，不透光。這就是光柵。

4．標定：在明確傳感器的輸出與輸入關系的前提下，利用某種標準器具對傳感器進行標度。二、填空題（每空1分，共30分）

1．靜態(tài)誤差是指傳感器在全量程內(nèi)任一點的輸出值與其_理論輸出值__的偏離程度。

2．傳感器的動態(tài)數(shù)學模型是指傳感器在受到隨時間變化的____輸入量_______作用時，輸出與輸入之間的關系，通常稱為____動態(tài)模型_______。

3．應變片絕緣電阻是指已粘貼的應變片的___引線______與____被測試件_______之間的電阻值。

4．容柵傳感器是在___變面積型______電容傳感器的基礎上發(fā)展的一種新型傳感器。5．變介電常數(shù)型電容傳感器可根據(jù)極間介質(zhì)的_____介電常數(shù)________隨溫度、濕度改變而改變來測量溫度、濕度等。

6．為了改善變極距式電容傳感器的非線性，可以采用差動技術，使輸出為兩電容之差。7．低頻透射式渦流傳感器的測量原理是：當發(fā)射線圈和接收線圈之間放入金屬板后，引起接收線圈感應電勢Ez的變化，金屬板的厚度越大，E2就__越小__。

8．壓電式傳感器中常采用兩片或兩片以上壓電晶體組合在一起使用，兩片壓電晶體構成的傳感器有__串聯(lián)__和并聯(lián)兩種接法。

9．電荷放大器是一種輸出電壓與輸入電荷量成正比的前置放大器。10．對霍爾元件可采用_電流___驅(qū)動或__電壓__驅(qū)動。

11.磁頭的功能是讀取磁柵上記錄信號，可分為靜態(tài)磁頭和動態(tài)磁頭。

12．超聲波能夠成為射線而定向傳播。超聲波在液體、固體中__衰減__很小，因而穿透本質(zhì)大，碰到雜質(zhì)或分界面就會有顯著的__反射__。

13.為使探頭有效地向工件發(fā)射超聲波和有效地接收超聲波，必須使探頭和工件之間有良好的聲耦合。探頭和工件的耦合方式可分為直接接觸法和液浸法二種。14．超聲波測厚儀從原理上分主要有共振式和脈沖反射式15．測試系統(tǒng)中噪聲的形成必須具備噪聲源、耦合通道和對噪聲敏感的接受電路三個基本因素。

16．切削測力儀按原理分為壓電式、電阻應變式兩類。17．測溫方法可分接觸法與非接觸法。

三、問答題（每小題5分，共20分）1．什么是莫爾條紋？

將柵距相同的兩塊光柵的刻線面相對重疊在一起，并且使二者柵線有很小的交角θ，這樣就可以看到在近似垂直柵線方向上出現(xiàn)明暗相間的條紋，稱為莫爾條紋。莫爾條紋是基于光的干涉效應產(chǎn)生的。

2．熱電阻式傳感器有哪些類型？

熱電阻的類型包括鉑熱電阻、銅熱電阻、銦電阻、錳電阻等。3．磁電式傳感器有何優(yōu)點？

磁電式傳感器直接從被測物體吸收機械能并轉換成電信號輸出，輸出功率大，性能穩(wěn)定，工作不需要電源、調(diào)理電路簡單，靈敏度較高，一般不需要高增益放大器。4．聲波形成干涉條件是什么？

頻率相同、振動方向相同、相位相同或相位差恒定的兩個波在空間相遇。，四、常用的超聲波探傷方法有哪些？各有什么特點？（IO分）有共振法、穿透法；脈沖反射法。共振法的特點是：

(1)可精確地測厚，特別適宜測量薄板及薄壁管；(2)工件表面光潔度要求高，否則不能進行測量。穿透法具有以下特點：

(1)探測靈敏度較低，不易發(fā)現(xiàn)小缺陷；

(2)根據(jù)能量的變化即可判斷有無缺陷，但不能定位；(3)適宜探測超聲波衰減大的材料；(4)可避免肓區(qū)，適宜探測薄板；(5)指示簡單，便于自動探傷；

(6)對兩探頭的相對距離和位置要求較高。脈沖反射法的特點是：(1)探測靈敏度高；

(2)能準確地確定缺陷的位置和深度；(3)可用不同波型探測，應用范圍廣。

五、簡述傳感器的選用原則與設計測試系統(tǒng)時應考慮的因素。（10分）

傳感器的選用原則和應考慮的因素：(1)仔細研究所測試的信號、分析測試環(huán)境和干擾因素、根據(jù)測試范圍確定選用什么樣的傳感器、確定測試方式、考慮傳感器的體積被測位置是否能安下，傳感器的來源、價格等因素。(2)傳感器靈敏度，頻率響應特性、穩(wěn)定性、精度。

設計測試系統(tǒng)時應考慮的因素：靈敏度、精確度、響應特性、線性范圍、穩(wěn)定性、測量方式、各環(huán)節(jié)之間的配合、并盡量兼顧體積小、重量輕、結構簡單、易于維修、價格便宜、便于攜帶、通用化和標準化等一系列因素。

六、影響測試系統(tǒng)正常工作的干擾有哪些？如何防護？(10分)

(1)機械干擾。采取減振措施，一般可設置減振彈簧或減振橡膠。(2)光干擾。將元件封閉在不透光的殼體內(nèi)，注意對光的屏蔽。

(3)溫度干擾。采用導熱性良好的金屬材料制成屏蔽罩將需要防護的裝置屏蔽起來，并使罩內(nèi)溫度分布均勻。對于高精度的計量測試工作，可安排在恒溫室內(nèi)進行，在測試的過程中還可采用溫度補償?shù)姆椒ㄒ詼p小環(huán)境溫度變化對測試結果的影響。

(4)濕度干擾。環(huán)境去濕或在設計測試裝置時采取防潮措施，如對電氣元件和印刷電路板等浸漬防潮漆或用機硅橡膠或環(huán)氧樹脂等灌裝。(5)電磁干擾。屏蔽、接地和濾波等。

試卷代號：1107

中央廣播電視大學20XX年-20XX年學年度第二學期“開放本科”期末考試機械專業(yè)傳感器與測試技術試題

20XX年7月

一、簡答題（每小題5分，共20分）

1．傳感器：傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉換為與之有確定對應關系的、便于精確處理和應用的另一種量的測量裝置或系統(tǒng)。

2．靜特性：指傳感器在輸入量的各個值處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出與輸入關系，即當輸入量是常量或變化極慢時，輸出與輸入的關系。

3．霍爾效應：金屬或半導體薄片兩端通以控制電流I，在與薄片垂直方向上施加磁感應強度為B的磁場，那么在垂直于電流和磁場方向的薄片的另兩側會產(chǎn)生電動勢UH，UH的大小正比于控制電流I和磁感應強度B，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應。

4．莫爾條紋：將柵距相同的兩塊光柵的刻線面相對重疊在一起，并且使二者柵線有很小的交角θ，這樣就可以看到在近似垂直柵線方向上出現(xiàn)明暗相間的條紋，稱為莫爾條紋。莫爾條紋是基于光的干涉效應產(chǎn)生的。二、填空題（每空1分，共30分J

1．傳感器是測試系統(tǒng)的第一環(huán)節(jié)，將被測系統(tǒng)或過程中需要觀測的信息轉化為人們所熟悉的各種信號。

2．絕對誤差是指____測理結果______與_____被測參量真值_____之間所存在的差值的絕對值。

3．為了消除應變片的溫度誤差，可采用的溫度補償措施包括：單絲自補償法、雙絲自補償法和橋路補償法。

4．利用導電材料的____電阻率_____隨本身溫度而變化的溫度電阻效應制成的傳感器，稱為熱電阻式傳感器。

5．容柵傳感器是在變面積型電容傳感器的基礎上發(fā)展的一種新型傳感器。6．當自感式傳感器結構和材料確定后，電感L為空氣隙截面積及空氣隙的函數(shù)。7．低頻透射式渦流傳感器的測量原理是：當發(fā)射線圈和接收線圈之間放人金屬板后，引起接收線圈感應電勢E2的變化，金屬板的厚度越大，E2就__越小__。

8．利用光生伏特效應制成的光電器件有光敏二極管、光敏三極管和光電池等。9．光電式編碼器由光源、光學系統(tǒng)、碼盤、光電接收元件及處理電路等組成。10．石英晶體的X軸稱為__電軸__，垂直于X軸的平面上壓電效應最強；Y軸稱為__機械軸__，沿y軸的機械變形最明顯；Z軸稱為光軸或中性軸，Z軸方向上無壓電效應。

11.對霍爾元件可采用_電流_驅(qū)動或__電壓__驅(qū)動。

12．超聲波能夠成為射線而定向傳播。超聲波在液體、固體中衰減很小，因而穿透本領大，碰到雜質(zhì)或分界面就會有顯著的__反射__。

13．多普勒效應引起的頻率變化稱為_多普勒頻移___。

14.磁場屏蔽用的屏蔽體用強磁材料制成，由于__磁阻__極小，因而干擾源所產(chǎn)生的磁通大部分被限制在強磁屏蔽體內(nèi)。

三、問答題（每小題5分，共20分】1．無失真檢測的條件是什么？

傳感器無失真檢條件是：幅頻特性應當是常數(shù)（即水平直線）；相頻特性應該是線性關系。

2．什么叫金屬應變片的橫向效應？

沿應變片軸向的應變εx。必然引起應變片電阻的相對變化，而沿垂直于應變片軸向的橫向應變εy，也會引起其電阻的相對變化，這種現(xiàn)象稱為橫向效應。

3．超聲波的波型有幾種？是根據(jù)什么來分類的？超聲波的波型有縱波、橫波、表面波（亦稱瑞利波）、蘭姆波。依據(jù)超聲場中質(zhì)點的振動與聲能量傳播方向之間的關系來分。

4．簡述電容式傳感器的工作原理。

兩平行極板組成的電容器，如果不考慮邊緣效應，其電容量為C=

式中：ε-極板間介質(zhì)的介電常數(shù);S-極板的遮蓋面積；δ一極板間的距離。

當被測量的變化使式中的ε、S或δ任一參數(shù)發(fā)生變化時，電容量C也就隨之變化。四、影響測試系統(tǒng)正常工作的干擾有哪些？如何防護？（10分）(1)機械干擾。采取減振措施，一般可設置減振彈簧或減振橡膠。(2)光干擾。將元件封閉在不透光的殼體內(nèi)，注意對光的屏蔽。

(3)溫度干擾。采用導熱性良好的金屬材料制成屏蔽罩將需要防護的裝置屏蔽起來，并使罩內(nèi)溫度分布均勻。對于高精度的計量測試工作，可安排在恒溫室內(nèi)進行，在測試的過程中還可采用溫度補償?shù)姆椒ㄒ詼p小環(huán)境溫度變化對測試結果的影響。

(4)溫度干擾。環(huán)境去濕或在設計測試裝置時采取防潮措施，如對電氣元件和印刷電路板等浸漬防潮漆或用機硅橡膠或環(huán)氧樹脂等灌裝。(5)電磁干擾。屏蔽、接地和濾波等。

五、螺管型電感傳感器與變氣隙型電感傳感器有何優(yōu)缺點？（10分J答：變氣隙型靈敏度高，因而它對電路的放大倍數(shù)要求低。它的主要缺點是非線性嚴重，為了減小非線性，量程就必須限制在較小范圍內(nèi)，通常為氣隙δ0的1/5以下，同時，這種傳感器制造裝配困難。螺管型的靈敏度低，但量程大，線性較好，制造裝配方便，批量生產(chǎn)的互換性強。

六、簡述利用PSD進行三角法測距的原理。（10分）圖8-53PSD光學三角法測距系統(tǒng)

光源發(fā)出的光經(jīng)透鏡L1聚焦后投向待測體的表面。反射光由透鏡L2聚焦到一維PSD上，形成一個光點。若透鏡L1與L2間的中心距離為6，透鏡L2到PSD表面之間的距離（即透鏡L2的焦距）為f，聚焦在PSD表面的光點距離透鏡L2中心的距離為z，則根據(jù)相似三角形的性質(zhì)，可得出待測距離D為：D=bf/x

因此，只要測出PSD的光點位置坐標x的值，即可測出待測體的距離。

中央廣播電視大學20XX年―20XX年學年度第一學期“開放本科”期末考試

機械專業(yè)傳感器與測試技術試題

20XX年1月

一、埴空題[每空2分．共26分）

1．鐵磁材料在外力的作用下，內(nèi)部產(chǎn)生應變，從而產(chǎn)生應力，導致各磁疇間的界限發(fā)生移動，各個磁疇的磁化強度矢量轉動，破壞了平衡狀態(tài)，使材料的總磁化強度隨之發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為―壓磁效應―。

2．用于檢測的超聲波換能器有壓電型、磁致伸縮型、電磁型、有振板型和彈性表面波型等。

3．當有電流流過兩個不同導體的連接處時，此處便吸收或放出熱量(取決于電流的方向)，這種現(xiàn)象叫做―帕爾貼效應―?

4．在自動化探傷中，聲源和工件之間有相對運動，由缺陷反射回來的超聲波的頻率將與聲源發(fā)射超聲波的頻率有所不同，這種現(xiàn)象即為―多普勒效應―，由此效應引起的頻率變化稱為―多普勒頻移―。

5．應變片由―金屈絲柵(敏感柵)―、―絕緣基片―及覆蓋片三部分組成。―金屬絲柵(敏感柵)―兩頭焊有引出線，作連接測量導線用。

6．傳感器在正(輸人量增大)反(輸入量減小)行程中輸出輸入曲線不重合稱為__遲滯__，它一般由實驗方法測得。

7．某些晶體沿著一定方向受到外力作用時，內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在某兩個表面上產(chǎn)生大小相等符號相反的電荷；當外力去掉后，又恢復到不帶電狀態(tài)；當作用力方向改變時，電荷的極性也隨著改變：晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。這種現(xiàn)象叫―正壓電效應―。反之，如對晶體施加電場，晶體將在一定方向上產(chǎn)生機械變形；當外加電場撤去后，該變形也隨之消失。這種現(xiàn)象稱為―逆壓電效應―，也稱作電致伸縮效應。

8．超聲波探傷作為無損探傷的主要手段，在工業(yè)檢測中應用十分廣泛，常用的超聲波探傷方法有共振法、―穿透法(透射法)―和脈沖反射法等。

9．電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化，這一現(xiàn)象叫做電阻絲的應變效應

二、選擇題：選擇正確的答案，將其對應的字母填入橫線處。(每空2分，共26分)1．聲波在介質(zhì)中傳播的速度稱為聲速。對于不同波型的超聲波，其傳播速度――

A．不同B．相同

C成線性關系D．縱波的聲速約是橫波的一半

2．_______是測試系統(tǒng)的第一個環(huán)節(jié)，將被測系統(tǒng)或過程中需要觀測的信息轉化為人們所熟悉的各種信號。

A敏感元件B．轉換元件C傳感器D．被測量

3．當超聲波在一種介質(zhì)中傳播到界面或遇到另一種介質(zhì)時，若其方向不垂直于界面，將產(chǎn)生聲波的反射、折剔、及――現(xiàn)象。A．表面波B．蘭姆波

C駐波D波型轉換

4．利用―E―制成的光電舉件有光敏二極管、光敏三極管和光電池等：利用―F―可制成半導體光敏電阻；利用―B―制成的光電鋁件有真空光電管、充氣光電管和光電倍增管。

A壓電效應B．外光電效應C磁電效應D．聲光效應E．光生伏特效應F．光電導效應

5．為了消除應變片的溫度誤差，可采用的溫度補償措施包括：――、――和A．雙絲自補償法B．溫度補償法C單絲自補償法D．電流補償法E．電壓補償法F．橋路補償法

6．如圖所示的結構由線圈、鐵芯、銜鐵三部分組成。線圈套在鐵芯上，在鐵芯與銜鐵之間有一個空氣隙，空氣隙厚度為s。傳感器的運動部分與銜鐵相連。當外部作用力作用在傳感器的運動部分時，銜鐵將會運動而產(chǎn)生位移，使空氣隙J發(fā)生變化。這種結構可作為傳感器用于――。

A．靜態(tài)測量

B．靜態(tài)測量和動態(tài)測量C動態(tài)測量

D．既不能用于靜態(tài)測量，也不能用于動態(tài)測量

7．零位誤差是評定差動變壓器性能的重要指標之一，產(chǎn)生零位誤差的原因主要有兩個：一是由于次級繞組兩線圈電氣參數(shù)和幾何尺寸不對稱，致使產(chǎn)生的感應電動勢幅值不等，相位不同。這種情況下，不管怎樣調(diào)整銜鐵位置也不能使零位輸出電壓調(diào)到零；二是由于――?

A電源幅值及頻率的不穩(wěn)定B磁性材料磁化曲線的非線性

C溫度變化引起線圈的銅電阻值的變化，從而引起激磁電流和輸出電流的變化

D骨架材料高頻損耗小，溫度膨脹系數(shù)小

8．為了滿足測試的需要，應對傳感器的靈敏度、線性度、信噪比、滯后、漂移、――、――和負載效應等技術性能提出基本要求。A重復性B．體積C溫度性能D．抗震性E．動態(tài)性能F．質(zhì)量

三、問答題(48分)

1．什么是傳感器的靜特性?(6分)

答：傳感器的靜特性是指傳感器在輸入量的各個值處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出與輸人關系，即當輸入量是常量或變化極慢時，輸出與輸入的關系。2．為什么用應變片測量時必須采用溫度補償措施?(6分)

答：粘貼到試件上的電阻應變片，除感受機械應變而產(chǎn)生電阻相對變化外，在環(huán)境溫度變化時，也會引起電阻的相對變化，產(chǎn)生虛假應變，因此需采用溫度補償措施。

3．按照工作原理分類和按照輸入量(即被測量)分類是傳感器最常用的分類方法，這兩種分類方法各有何優(yōu)點?(8分)

答：按照工作原理分類對于學習研究傳感器原理較為有利，按照輸入量(即被測量)分類便于實際使用者選用傳感器。

4．用渦流傳感器測量金屬板厚度時是否需要恒溫，為什么?(10分)

答：導體的電阻率盧隨溫度變化，在較小的溫度范圍內(nèi)導體的電阻率\與溫度關系為線性關系，在其他條件不變的情況下，導體電阻率的改變可導致渦流傳感器輸出信號的變化，引起測量誤差，所以用渦流傳感器測量金屬板厚度時需要恒溫。

5．如圖所示是帶有等位環(huán)的乎板電容器結構原理圖，請介紹等位環(huán)的作用。(8分)答：使電極2的邊緣電力線平直，兩電極間的電場基本均勻，消除和減小邊緣效應，

提高電容傳感器的靈敏度和線性度。

6．只要磁通量發(fā)生變化，就有感應電動勢產(chǎn)生，說出三種產(chǎn)生感應電動勢的方法?(10分)

答：

(1)線圈與磁場發(fā)生相對運動；(2)磁路中磁阻變化；(3)恒定磁場中線圈面積變化。

6．只要磁通量發(fā)生變化，就有感應電動勢產(chǎn)生，請說出三種產(chǎn)生感應電動勢的方法。(10分)

答：

(1)線圈與磁場發(fā)生相對運動；(2)磁路中磁阻變化；(3)恒定磁場中線圈面積變化。

試卷代號：1107

中央廣播電視大學20XX年-20XX年學年度第二學期“開放本科”期末考試機械專業(yè)傳感器與測試技術試題一、填空題（每空2分，共30分）20XX年7月

1．將柵距相同的兩塊光柵的刻線面相對重疊在一起，并且使二者柵線有很小的交角口，這樣就可以看到在近似垂直柵線方向上出現(xiàn)明暗相間的條紋，稱為___莫爾條紋___。這些條紋是基于光的干涉效應產(chǎn)生的。

2．光敏元件在無光照時，兩端加電壓后產(chǎn)生的電流稱為__暗電流__

3．激光器的種類很多，根據(jù)工作物質(zhì)不同，可以分為固體激光器、氣體激光器、液體激光器和半導體激光器等。

4．屏蔽是常用的抗干擾技術，可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和____電磁______屏蔽。5．光電式編碼器由光源、光學系統(tǒng)、碼盤、光電接收元件、處理電路等組成。

6．由不同波源發(fā)出的頻率相同、振動方向相同、相位相同或相位差恒定的兩個波在空間相遇時，某些點振動始終加強，某些點振動始終減弱或消失，這種現(xiàn)象稱為干涉現(xiàn)象。7．對霍爾元件可采用恒流驅(qū)動或恒壓驅(qū)動，恒流線性度高，精度高，受溫度影響??；恒壓電路簡單，但性能較差，隨著磁感應強度增加，線性變壞，僅用于精度要求不太高的場合。

8．為使測試工作正常進行，必須采用抗干擾技術抑制電路中的噪聲，常見的方法有屏蔽、接地和濾波等。

9．渦流的大小與導體的電阻率ρ、導磁率μ、導體厚度t，以及線圈與導體之間的距離x、線圈的激磁頻率ω等參數(shù)有關。同時改變x，ρ和μ，可以對導體進行探傷；改變導體的電阻率ρ，可以做成測量表面溫度、檢測材質(zhì)的傳感器；改變導體的導磁率μ，可以做成測量應力、硬度的傳感器；改變__線圈和導體之間的距離x，可以做成測量位移、厚度、振動的傳感器。

10．由于受到電阻絲直徑的限制，繞線式電位計分辨力不高。二、選擇題：選擇正確的答案，將其對應的字母填入橫線處（每空2分，共22分）

1．將電容量轉換成電量的電路稱作電容式傳感器的轉換電路，它們的種類很多，目前較常采用的有__D__、調(diào)頻電路、脈沖調(diào)寬電路和運算放大器式電路等。A.濾波電路B．差動電路C．屏蔽電路D．電橋電路

2．傳感器的動態(tài)特性是指傳感器對隨時間變化的輸入量的響應特性。動態(tài)特性好的傳感器，B。

A．其測量的絕對誤差與儀表的滿量程之比小

B．其輸出量隨時間變化的曲線與被測量隨時間變化的曲線一致或者相近C．其輸出量中與被測輸入量無關的變化小

D．其動態(tài)數(shù)學模型可以用線性常系數(shù)微分方程來表示

3．當聲波傳播至兩介質(zhì)的分界面時，一部分能量返回原介質(zhì)，稱為反射波；另一部分能量透過介質(zhì)面，到另一介質(zhì)內(nèi)繼續(xù)傳播，稱為C。A．駐波B．蘭姆波C．折射波D．波型轉換

4．為了消除應變片的溫度誤差，可采用的溫度補償措施包括：_A__C_和FA．雙絲自補償法B．溫度補償法C．單絲自補償法D．電流補償法E．電壓補償法F．橋路補償法

5．超聲波的頻率高(可達109Hz)，因而_____B____，繞射現(xiàn)象小，方向性好，能夠成為射線而定向傳播。

A.速度快B．波長短C．波長長D．速度慢

6．在相同的電壓和相同幅值的光強度下，當入射光以不同的正弦交變頻率調(diào)制時，光敏元件輸出的光電流I和靈敏度S隨調(diào)制頻率f變化的關系：I=f1(