西南民大传感器复习及答案汇总

1、一、判断题（在正确的后面划 ，错误的后面划 ×）1. 传感器是获取信息的重要途径和手段， 它相当于人的五官。 传感器技术是构成现 代信息技术的三大支柱之一，在一定程度上它决定着机器人水平的高低。 （ ）2. 传感器正从传统的分立式朝着集成化、微型化、多功能化、智能化、网络化、光 机电一体化的方向发展。 （ ）3. 物联网是将各种信息传感器设备按约定的协议与互联网结合起来， 形成一个巨大 的网络，进行信息交换和通信，以实现智能化的识别、定位、跟踪、监控和管理的一种 网络。（ ）4. 传感器实际输入输出曲线偏离理想拟合直线的程度称为线性度， 通常用最大偏差 与满量程输出之比的百分数来表示

2、。 （ ）5. 在稳定工作条件下， 传感器的灵敏度是一个无单位的常数， 它与外加电源电压无 关。（ × ）和反行程（输入量由大到小）6. 在相同条件下， 传感器在正行程 （输入量由小到大）期间，所得输入、输出曲线不重合的现象称重复性。 （ × ）7. 一阶传感器系统的动态响应主要取决于时间常数越小越好，减少时间常数可以改善传感器频率特性，加快响应过程。 （ ）8. 二阶传感器对阶跃信号响应和频率响应特性的好坏很大程度上取决于阻尼系数 和固有频率。（ ）9. 直线电阻丝绕成敏感栅后， 虽然长度相同， 但应变不同，圆弧部分使灵敏度下降， 这种现象称为横向效应。敏感栅越窄，基片越

3、长的应变片，横向效应越小。 （ ）10. 压阻式传感器是利用半导体材料压阻效应制作的电阻式应变传感器，其性能优 于金属应变效应制作的电阻式应变传感器，主要用于压力测量。 （ × ）11电容传感器本身电容量较大，连接电缆的电容量很小（每米几百皮法），这样在低频时电缆的容抗较大，对传感器灵敏度影响就较大，因此低频工作时的电容传感器 连接电缆的长度不能任意变化。 （ × ）12脉冲宽度调制电路适用于任何形式的电容传感器，并有理论线性度。该电路不 需解调、检波，对电源也没有什么严格要求，是电容传感器的常用电路。 （ × ）13根据电涡流效应制作的传感器称电涡流传感器。电涡

4、流传感器的最大特点是能 够对被测量进行非接触测量，并且灵敏度与被测对象的材质无关。 （ × ）14用石英晶体制作的压电传感器， 晶面上产生的电压与作用在晶面上外力成正比， 而与晶片的厚度和面积无关。 （ × ）15压电传感器是一种有源传感器，但由于其输出信号很弱，内阻很高，要求前置 放大器有相当高的输入阻抗，将传感器高阻抗输出变换为低阻抗输出，在放大微弱信号 的同时完成阻抗变换。 （ ）16压电陶瓷是人工制造的多晶体，是由无数细微的电畴组成。电畴具有自发的极 化方向，经过外加电场极化的压电陶瓷才具有压电效应。 （ ）17集成温度传感器是利用晶体管 PN 的电流电压特性随温度

5、变化的关系制作的热 电传感器，主要用于低温测量。 （ x ）18. 热电偶的冷端也称参比端，在用热电偶测温时参比端温度要保持恒定，当参比 端温度不是 0时，测得的温度应加上参比端的温度才是真正的待测温度。 （ x ）19磁电感应式传感器是一种有源型传感器，工作时必须外加工作电源。该类传感 器只能测量运动速度。 （ x ）20减少霍尔元件温度误差的补偿方法是采用恒流源激励，同时并联一个负温度系 数的热敏电阻分流，以达到霍尔电势保持不变。 （ ）21磁敏电阻是一种基于磁阻效应制作的磁敏传感器，其电阻值随着磁场的增加而 增大。但磁敏电阻没有判断极性的能力， 只能与辅助磁钢并用， 才具有识别磁极的能力

6、 （ ）22磁敏二极管都是长 “基区”（本征区）的 P+-I-N+型二极管结构。在弱磁场情况下 可获得较大的输出电压，但输出电压不对称，这是磁敏二极管与霍尔元件和磁敏电阻所 不同之处。（ ）23超声波传感器主要是利用压电材料 （晶体、陶瓷 ）的压电效应，其中超声波的发 射器利用逆压电效应制成，将高频电振动转换为机械振动产生超声波；超声波接收器利 用正压电效应制成，将超声波机械振动转换为电信号。 （ ）24人体辐射红外线波长在 812 m 范围，人活动频率范围一般在 0.110Hz 之间， 热释电传感器可以监控人的活动情况。 （ ）25. 光电传感器的工作原理是利用各种光电效应。光敏电阻、光电管

7、和光电二极管 都是基于光电导效应制作的光电传感器。 （ × ）26光电池是基于光生伏特效应制成的一种有源光电传感器， 作为测量元件使用时， 应按电流源的形式应用。 （ ）27半导体色敏传感器相当于两只结构不同的光电二极管，浅结的光电二极管对短 波长的紫外光灵敏度高，深结的光电二极管对长波长的红外光灵敏度高。 （ ）选择题1. 一位移传感器的静态数学模型为 y=2.16x+0.02。x 为输入位移量，单位 mm；y为 输出电压量，单位 V。则此位移传感器的灵敏度为 B。A 2.18V/mmB 2.16V/mmC2.14V/mmD1.08V/mm2. 金属应变片的灵敏系数为 k，被测应变

8、为 ，采用单臂电桥作测量电路时，如果 电源电压为 U，则其输出电压和非线性误差分别为 C。A，B， 11kk0kUU4411kkU422C，D ，3. 一差动变极距型电容传感器， 初始极距 0 为 1mm，被测量引起的最大极距变化 为 0.02mm，则此电容传感器的相对非线性误差为 B 。C0.2%A 2.0% B0.04%D0.02%4. 已知某一阶传感器的传递函数10s 5 为，则该传感器的静态灵敏度和时间常数 分别为 D 。A k=10， =5Bk=1， =0.5Ck=5， =0.2Dk=2， =0.25. 传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的 B。A 阈值越低B分辨率越高C迟滞越

9、小D线性度越好6. 为了获得较好的动态特性，在二阶传感器设计时，一般阻尼系数选择 D 。A >1B 0C =1D 0.77. 利用电涡流式传感器测量位移时， 为了得到较好的线性和灵敏度， 其激励线圈半 径 r 与被测物体的距离 x应该满足 B ArxBr >xC r >>xD r <x8. 为了增大霍尔元件的灵敏度，霍尔元件多选用 C 制作。A金属材料B绝缘材料CN 型半导体DP型半导体9. 设单个压电晶片的电荷量为 Q、电压为 U 、电容为 C，则如图连接的压电晶片的电荷量、电压和电容分别为 D 。AQ、U、CD2Q、U、2CBQ、2U、C/2CQ、2U、2C1

10、0. 磁电感应式传感器的输出电动势正比于 C 。B应力磁电感应式传感器的输出电动势正比于速度C速度D温度11. 适合测量紫外线的光电传感器是 A A光电管B光敏电阻C光电池D光敏三极管12. 现代传感器正从传统的分立式朝着集成化方向发展，下列能够集成的传感器是 B 。A 电涡流式传感器B压阻式传感器C磁电感应式传感器D超声波传感器13. 按照传感器的一般分类方法，热电偶属于 D。A 无源结构型传感器B有源结构型传感器C无源物性型传感器D有源物性型传感器14. 在传感器的组成部分中，直接感受被测量的是 A A 敏感元件B转换元件C放大元件D转换电路15. 一电机轴的周围等距离嵌有极性相反的 6

11、对永久磁铁，当电机以 60 /s 的角速度转动时，开关型集成霍尔传感器的输出信号频率为 B 。A300HzB180 HzC450HzD150Hz。16. 磁电感应式传感器测量加速度时，其后应接入下面如图所示的电路 A 。AB6CD三、填空题1. 传感 器一般由敏感元件、 转换元件 和 基本电路三部分组成。分辨率和稳定性属于传感器的 静态 特性，幅频特性和相频特性属于 传感器的 动态特性。2. 在采用直线拟合线性化时，传感器输出输入的实际曲线与其拟合直线之间的最 大偏差，通常用相对误差 L 来表示，称为 线性度 ，即 L= ±(Lmax/yFS) ×100%，其中 Lmax

12、为最大非线性误差， yFS为满量程输出。3. 理论上讲，差动变压器式传感器的铁心位于 中心 位置时，输出电压应为零， 而实际上输出电压不为零， 这个电压称为 零点残余 电压，这主要原因是两个次级 线圈绕组的 电气系数 不完全相同。 相敏检波 电路对该误差有很好的抑制作用， 又能正确反映位移的大小和方向。4. 金属应变片工作原理是利用 机械形变产生的应变效应； 半导体应变片工作原 理是利用 半导体材料的压阻 效应。二者灵敏系数主要区别是：金属应变片的电阻 变化 主要由 机械形变 引 起的 ， 半导体 应变 片的电 阻 变化 主 要由 载流子迁移率变化 引起的。5. 电容传感 器可分为 变面积型电

13、容传感器、 变 极距电容传感器和 变介质型电容传感器三种基本结构形式。为了减小非线性误差，传感器通常做成 差动 结构。6. 电容传感器， 变极距型多用于检测 小位移，变面积型主要用于检测 大位移， 变介质型可用于检测 材料，温度，湿度 。在工作频率 过高 时，电容传感器连接电 缆的长度不能任意变化；常采用 驱动电缆 技术，克服分布电容的影响，提高传感 器的稳定性。7. 为 减 小 直 流 电 桥 的 非 线 性 误 差 ， 通 常 可 采 用 的 方 法 有 ： 差动电桥 ；把n的值取大 ；和 高内阻恒流源 。8. 集成温度传感器利用晶体管 P-N结 伏安特性与温度的关系进行温度测量， 一般测

14、温范围为 -50 至 +150。AD590 是典型的 电流 输出型集成温度传感器。9. 光电倍增管是基于 外光电 效应制作的光电传感器，它主要由光电阴极、 阳极和 倍增极 组成；其电流增益很高，且与 外加电压 有关，要求工作电源有极 好的 稳定性 。10. 光电池是基于光生伏特效应制作的有源光电传感器， 其 光生电动势 与光 照度成线性关系， 开路电压 与光照度成非线性关系。硅光电池的开路电压一般可 达 0.5v 。11. 内光电效应又分为 光生伏特 效应和 光电导 效应，光敏二极管是基于 光生伏特 效应制作的光电传感器。基于外光电效应制作的光电传感器有 光电管 和 光电倍增管 。12. 频率

15、高于 20k Hz 的机械波称为超声波，超声波在液体中的传播速 度高 于其在空气中的传播速度；超声波传感器的检测方式有 反射 式和 直射 式两 种，其测量流量主要是根据超声波 传播速度 的变化来实现测量的。13. 超声波传感器的检测方式有 反射 式和 直射 式两种；超声波传感器的发 射利用 逆压电 效应，超声波的接收利用 正压电 效应；超声波传感器测距精度取决 于 发射接受时间 ，测距范围取决于 发射频率 。14. 压电传感器的测量电路（即前置放大器）有两种形式： 电压 放大器和 电 荷 放大器，后接 电荷 放大器时，可不受连接电缆长度的限制。15. 磁电感应式传感器按电磁感应原理可以分为 恒

16、磁通 式和 变磁通 式两 类，它只适用于 10-500hz频率 测量，直接测量的是物体的 机械震动 或 转速 。若 要测量位移时则应接入 积分 电路，测量加速度时应接入 微分 电路。16. 由两种不同性质的导体 A、 B串接成闭合回路，若两接合点处的温度不同， 则在两导体间产生热电势， 并在回路中有一定大小的电流， 这种现象称 热电效应 。 此闭合回路中两种导体称为 热电极 ；两个结点中，一个称 测量端 ， 另一个称 参考端 。17热电效应是指两种 不同 类型的金属导体两端分别接在一起构成闭合回 路，当两个结点温度 不同 时，导体回路里有电流流动，产生热电势的现象。热电 势由 接触电势 和 温

17、差电势 两部分组成。以 0为基准端温度的条件下，给出测 量端的温度与该热电势的电压数值对照表，称为热电偶 分度表 。18. NTC 型热敏电阻为 负温度系数的热敏电阻，随着温度的升高，电阻 减小， 同时灵敏度也有所 下降 。四、简答题1什么是传感器？一般由哪几部分组成？它们之间的作用及相互关系怎样？2. 什么是灵敏系数？半导体应变片灵敏系数范围是多少， 金属应变片灵敏系数 范围是多少？说明金属丝电阻应变片与半导体应变片的相同点和不同点3为什么高频工作时电容传感器连接电缆的长度不能任意变化？什么是驱动电 缆技术？4. 什么是零点残余电压？说明差动变压器式传感器产生零点残余电压的原因及减少此电压的

18、有效措施5何为霍尔元件的不等位电势？说明其产生的原因，以及减小不等位电势的 有效方法。6半导体磁敏元件有哪些？各有什么特点？它们可以检测什么物理量？7压电传感器为什么要采用前置放大电路？前置放大电路都有哪些类型？各 有何特点？8什么是超声波？简述超声波传感器测距的原理。9比较说明光电倍增管、光敏电阻和光电二极管的工作原理、特性和适用范 围。10什么是温标？我国目前实行的是什么温标？常用接触式温度测量的传感器 都有哪些？各有什么特点？11厚度测量可以采用哪些传感器 （列举不少于 3 种）？各有什么要求和特点？12转速测量可以采用哪些传感器 （列举不少于 3 种）？各有什么要求和特点？ 13. 哪

19、些传感器能进行非接触测量？分别有什么特点？13.说明你身边都用到了哪些传感器？它们分别作什么用的？五、综合题1说明热电偶的中间导体定律，并证明之。2画出霍尔元件的温度补偿电路，并说明具体的补偿方法。3画出磁电感应式传感器测量加速度的电路，并推导出电压灵敏度公式。说明磁 电感应式传感器的特点。4画出电阻应变片的半桥差动测量电路。并推导出电压灵敏度公式，说明半桥差 动电路的特点。5对于初始电容的电容传感器，试CLC0 /rCS0kC00 00r 0求变间距式电容传感器的灵敏度和线性度 ? ？为了增加灵敏度和减小非线性误差， 一般采用什么结构？6某压电加速度传感器的动态特性可用下列微分方程描述4.0

20、d2qdt29.0 103 ddqt 4.0 108q 15.0 1012a式中 q 为输出电荷量( pC), a为加速度( m/s2)确定该传感器的固有频率、阻尼系数和静态灵敏度。7某压电加速度传感器的电容为 Cs=100pF，电荷灵敏度 Kq=2.5pC/g。(1) 求压电加速度传感器的电压灵敏度；(2) 外接电缆和示波器组成一个测量系统，电缆电容Cc=100pF，示波器的输入阻抗为 Ri=100M 和并联电容为 Ci=50pF，如测量系统允许的幅值误差为 5%，最低可测 频率是多少？8如图 a所示的悬臂梁，距梁端部为 L 位置上下各粘贴完全相同的电阻应变片 R1、R2、R3、R4。已知电源电压 U=4V，R为固定电阻，并且 R=R1=R2=R3=R4 =250b、c、d、e四当有一个力 F 作用时，应变片电阻变化量为 R=2.5种桥臂接法的桥路输出电压9电容式差压传感器结构及转换电路如图所示(1) . 说明电容式差压传感器的工作原理；(2) . 当压力 P2>P1时，给出一个周期内负载 RL 上的平均电压的大小，并指出电压的 方向10