传感器与检测技术

年级 ；层次 ；专业 ；姓名复习资料，仅供参考，补充整理打印，试后上交《传感器与检测技术》模拟题1一、选择题1．属于传感器动态特性指标的是（）A.重复性 B.线性度 C.灵敏度 D.固有频率2．按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（）A.光电式传感器 B.电容式传感器C.压电式传感器 D.磁电式传感器3．测量范围大的电容式位移传感器的类型为（）A.变极板面积型 B.变极距型C.变介质型 D.容栅型4．利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（）A.两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片B.两个桥臂都应当用两个工作应变片串联C.两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片D.两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片（）传感器可用于医疗上-50℃~150℃之间的温度测量。A.金属辐射式 B.热电偶C.半导体三极管 D.比色计常用于测量大位移的传感器有（ ）A.感应同步器 B.应变电阻式仁霍尔式 D.涡流式将电阻应变片贴在（ ）上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。A.质量块 B.导体C.弹性元件 D.机器组件半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率（ ）A.上升 B.迅速下降C.保持不变 D.归零二、填空题.传感器是—能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信号调节转换电路。.热电偶所产生的热电动势是由两种导体的接触电动势和单一导体的温差电动势组成。.偏差式测量是指在测量过程中，用仪表指针的位移（即偏差）决定被测量的方法；零位测量是指在测量过程中，用指零仪表的零位指示，检测测量系统的平衡状态；在测量系统达到平衡时，用已知的基准量决定被测未知量的方法；微差式测量是指在测量过程中，用指零仪表的零位指示，检测测量系统的平衡状态；在测量系统达到平衡时，用已知的基准量决定被测未知量的方法。年级 ；层次 ；专业 ；姓名复习资料，仅供参考，补充整理打印，试后上交年级 ；层次 ；专业 ；姓名复习资料，仅供参考，补充整理打印，试后上交年级 ；层次 ；专业 ；姓名复习资料，仅供参考，补充整理打印，试后上交年级 ；层次 ；专业 ；姓名复习资料，仅供参考，补充整理打印，试后上交.在变压器式传感器中，原方和副方互感M的大小与一绕组匝数成正比，与穿过线圈的磁通—成正比，与磁回路中磁阻成反比.测量系统的静态特性指标通常用输入量与输出量的对应关系来表征。三、简答题：简述光纤传感器的工作原理。光导纤维工作的基础是光的全内反射，当射入的光线的入射角大于纤维包层间的临界角时，就会在光纤的接口上产生全内反射，并在光纤内部以后的角度反复逐次反射，直至传递到另一端面。光纤传感器利用光导纤维，按其工作原理来分有功能型（或称物性型、传感型）与非功能型（或称结构型、传光型）两大类。功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的的波导，而且具有测量的功能。非功能型光纤传感器其光纤只是作为传光的媒介，还需加上其他敏感元件才能组成传感器。什么叫做热电动势、接触电动势和温差电动势？说明热电偶测温原理。分析热电偶测温的误差因素，并说明减小误差的方法。热电动势：两种不同材料的导体（或半导体）A、B串接成一个闭合回路，并使两个结点处于不同的温度下，那么回路中就会存在热电动势。因而有电流产生相应的热电动势称为温差电动势或塞贝克电动势，通称热电动势。接触电动势：接触电动势是由两种不同导体的自由电子，其密度不同而在接触处形成的热电动势。它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度，而与导体的形状和尺寸无关。温差电动势：是在同一根导体中，由于两端温度不同而产生的一种电动势。热电偶测温原理：热电偶的测温原理基于物理的“热电效应”。所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。误差因素：参考端温度受周围环境的影响。措施：①0℃恒温法；②计算修正法（冷端温度修正法）；③仪表机械零点调整法；④热电偶补偿法；⑤电桥补偿法；⑥冷端延长线法光电效应可分为哪三种类型？简单说明传感器的原理并分别列出以之为基础的光电传感器。外光电效应：指在光的照射下，材料中的电子逸出表面的现象。光电管及光电倍增管均属这一类。它们的光电发射极，即光明极就是用具有这种特性的材料制造的。内光电效应：指在光的照射下，材料的电阻率发生改变的现象。光敏电阻即属此类。光生伏特效应：利用光势垒效应，光势垒效应指在光的照射下，物体内部产生一定方向的电势。光电池是基于光生伏特效应制成的，是自发电式有源器件。

.简述电阻应变片式传感器的工作原理。电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。.什么是传感器静态特性？传感器的静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。四、分析、计算题1.分析下图所示自感传感器当动铁心左右移动（x1,x2发生变化）时自感L变化情况。已知空气气隙的长度为x1,x2，空气隙的面积为S，磁导率为〃线圈匝数W不变。解：①二”Rm又r=£-Lm NS解：①二”Rm又r=£-Lm NSi=1iiT¥ W① W2L=——= =—IIl+x1—NS00l+X2空气隙的长度x1和x2N0S0i=1

各自变,nSiil+―0—NS00而其和不变，另其他变量都不变故L不变2.测得某检测装置的一组输入输出数据如下：X0.92.53.34.55.76.7Y1.11.62.63.24.05.0试用最小二乘法拟合直线,求其线性度和灵敏度解：y=kx+bA=y—(kx+b)iii[ n£xy—£x£yk= i-i ii-n£x2—(£x)2ii年级 ；层次 ；专业 ；姓名复习资料，仅供参考，补充整理打印，试后上交(£%2£y-E%£xy)b= i i i i-i—n£%2-(£%)2ii代入数据求得k=0.68b=0.25所以y=0.68%+0.25/=0.238/=-0.35/=-0.16123/=-0.11/=-0.126/=-0.19445 6Y=±^"maxX100%=± 5=±7%Ly 5FS拟合直线灵敏度k=0.68，线性度±7%。年级 ；层次 ；专业 ；姓名复习资料，仅供参考，补充整理打印，试后上交年级 ；层次 ；专业 ；姓名复习资料，仅供参考，补充整理打印，试后上交年级 ；层次 ；专业 ；姓名复习资料，仅供参考，补充整理打印，试后上交年级 ；层次 ；专业 ；姓名复习资料，仅供参考，补充整理打印，试后上交传感器与检测技术模拟题2一、填空选择题.测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。。.霍尔元件灵敏度的物理意是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。.光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有电管、光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电效应，这类元件有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表。.热电偶所产生的热电势是光电池、光电仪电势和单一导体的温差电势组成的，在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为极化现象。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。二、简答题什么是传感器静态特性？传感器的静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。以石英晶体为例简述压电效应产生的原理。石英晶体在沿一定的方向受到外力的作用变形时，由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状态；而当作用力方向改变时，电荷的极性随着改变。晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象称为正压电效应。反之，如对石英晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随之消失，称为逆压电效应。霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件的不等位电势的概念是什么？温度补偿的方法有哪几种?霍尔元件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。霍尔元件的不等位电势是霍尔组件在额定控制电流作用下，在无外加磁场时，两输出电极之间的空载电势，可用输出的电压表示。温度补偿方法：a分流电阻法：适用于恒流源供给控制电流的情况。b电桥补偿法论述CCD的工作原理，如何用设计一台摄像机。CCD是一种半导体器件，在N型或P型硅衬底上生长一层很薄的SiO2,再在SiO2薄层上依次序沉积金属电极，这种规则排列的MOS电容数组再加上两端的输入及输出二极管就构成了CCD芯片。CCD可以把光信号转换成电脉冲信号。每一个脉冲只反映一个光敏元的受光情况，脉冲幅度的高低反映该光敏元受光的强弱，输出脉冲的顺序可以反映光敏元的位置，这就起到图像传感器的作用。5.试列出你所学过的不同工作原理传感器哪些可用于非接触式测量，哪些用于接触式测量，测量何种物理量？（各三3种）三、判断分析题压电式传感器更适用于静态测量，此观点是否正确，分析原因。不正确。其工作原理是基于压电材料的压电效应，具有使用频率宽，灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠、测量范围广等优点，因此在压力冲击和震动等动态参数测试中是主要的传感器品种，它可以把加速度、位移、压力、温度、湿度等许多非电量转换为电量。温度对光电流影响不大，所以光电传感器在使用中不需要进行温度补偿，此观点正确否，为什么？不正确。因为半导体材料容易受温度影响，而其直接影响光电流的值，所以还需要温度补偿装置。系统的系统响应带宽与传感器的响应带宽无关，请问这种说法正确吗？试述理由。不正确。传感器的响应带宽会限制系统的系统响应带宽。智能传感器只是将被测信号数字化，意义不大，你同意此观点否？分析说明你的理由。四、计算证明题1.用温度传感器对某温度进行12次等精度测量，获得测量数据如下（单位℃）20.46、20.52、20.50、20.52、20.48、20.47、20.50、20.49、20.47、20.49、20.51、20.51要求对测量数据进行加工整理，并写出最后结果（取置信系数为2）。答：x=20.498=0.02x=x土38=20.43~20.55年级 ；层次 ；专业 ；姓名复习资料，仅供参考，补充整理打印，试后上交年级 ；层次 ；专业 ；姓名复习资料，仅供参考，补充整理打印，试后上交年级；层次；专业；姓名年级；层次；专业；姓名复习资料，仅供参考，补充整理打印，试后上交2.如图所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中R2=R3=R是固定电阻，R1与R4是电阻应变片，工作时R1受拉，R4受压，△R=0,桥路处于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥路失去平衡，这时，就用桥路输出电压Ucd表示应变片变后电阻值的变化量。试证明：UcdEAR

•,,2R证明：R=UcdEAR

•,,2R证明：R=R+ARR=R-ARU=U-UcdcbE-略去AR的二次项,即可得UcdR-AR+REAR2R《传感器与检测技术》模拟题3一、选择题.下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（）A.压力 B.力矩.固体半导体摄像元件CCD是一种（A.PN结光电二极管电路CMOS型晶体管开关集成电路仁温度 D.厚度）B.PNP型晶体管集成电路D.NPN型晶体管集成电路4.周期信号的自相关函数必为（ ）B4.周期信号的自相关函数必为（ ）B.抑制差模噪声D.消除电火花干扰B.非周期偶函数D.非周期奇函数）B.电容式传感器D.磁电式传感器）B.信号是快变的D.信号是交流的）等优点。B.温度稳定性好D.接口电路复杂3.将电阻R和电容C串联后再并联到继电器或电源开关两端所构成的RC吸收电路，其作用是（）A.抑制共模噪声仁克服串扰A.周期偶函数C.周期奇函数按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（A.光电式传感器C.压电式传感器对压电式加速度传感器，希望其固有频率（A.接近零 B.尽量低些C.尽量高些 D.任意信号传输过程中，产生干扰的原因是（ ）A.信号是缓变的C.干扰的耦合通道半导体应变片具有（A.灵敏度高C.可靠性高二、填空题.电阻应变片式传感器按制造材料可分为①金属材料和②一半导体—材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由应变效应—形成年级 ；层次 ；专业 ；姓名复习资料，仅供参考，补充整理打印，试后上交的，而②的电阻变化主要是由压阻造成的。半导体材料传感器的灵敏度较大。.电位器或电阻传感器按特性不同，可分为线性电位器和非线性电位奥♦器。.对传感器进行动态标定（或校准或测试）的主要目的是检测传感器的动态性能指标。.传感检测系统目前正迅速地由模拟式、数字式，向智能化方向发展。.电容式压力传感器是变型的。.红外图像传感器由红外敏感元件和—电子扫描—电路组成。.在电阻应变片公式，dR/R=（1+2由"为Eg中，为代表—材料压阻系数_。.平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，变面积型（①变面积型②变极距型③变介电常数型）是线性的关系。.变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量。.热电偶电动势由电动势和电动势两部分组成。.有源滤波器由和_组成。.采用电源供电的电桥称为交流电桥。三、简答题简述热电偶的工作原理。热电偶的测温原理基于物理的“热电效应”。所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。简述霍尔电动势产生的原理。一块半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场（磁场方向垂直于薄片）中，当有电流I流过时，电子受到洛仑兹力作用而发生偏转。结果在半导体的后端面上电子有所积累。而前端面缺少电子，因此后端面带负电，前端面带正电，在前后端面形成电场，该电场产生的力阻止电子继续偏转当两力相平衡时，电子积