传感器技术及应用（第2版）习题参考答案修订版

习题参考答案

项目一

1.单项选择题DDBACDAAB

2.判断题FFTT（T表示正确，F表示错误）

3.简答题

1）什么是传感器？传感器由哪几个部分组成？

答：传感器是能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器通

常由敏感元件、转换元件、调理电路和辅助电源四部分组成。

2）传感器按照被测量可以分为哪几类？

答：按被测量一一输入信号分类，一般可以分为温度、压力、流量、物位、加速度、速度、

位移、转速、力矩、湿度、粘度、浓度等传感器。

3）传感器常用的静态指标有哪些？

答：传感器静态性能指标有（1）测量范围与量程；（2）线性度；（3）灵敏度；（4）分辨率;

（5）滞后；（6）重复性；（7）稳定性；（8）漂移：（9）精度等。

4）列举3个在日常生活中用到传感器的实例。

答：体重计、血压计、温度计、液位计等（可不一样，正确即可）

5）列举在体育比赛中用到的传感器。

答：体重计（举重运动）、光电传感器（终点判断）、温度计（游泳池水温控制）、风速传感

器、图像传感器（视频回放）等（可不一样，正确即可）

6）列举3种在手机中用到的传感器。

答：图形图像传感器、重力加速度传感器、语音识别传感器、指纹识别芍感器等（可不一样，

正确即可）

项目二

L填空题

1）应变2）桥路补偿法、应变片补偿法3）/?1/?3-/?2/?4=0

4）无源、压电效应5）自感式、互感式

6）变极距、变面积、变介质（可交换顺序）、变极距、变面积、变介质、8）~9）举例略。

2.单项选择题CCDABBAC

3.判断题TTTTFFFTTF

4.简答题

1）什么是应变效应？

答：金属导体的电阻值随着它受力所产生机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生变化的现象

称之为金属的电阻应变效应。

2）应变片为什么要进行温度补偿？温度补偿有哪些方法？

答：（1）由于存在温度误差。用作测量应变的金属应变片，希望其阻值仅随应变变化，而

不受其它因素的影响。实际上应变片的阻值受环境温度（包括被测试件的温度）影响很大。由

于环境温度变化引起的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎有相同的数量级，从而产

生很大的测量误差，称为应变片的温度误差，又称热输出。因环境温度改变而引起电阻变化

的两个主要因素：

①应变片的电阻丝（敏感栅）具有一定温度系数；

②电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。

（2）温度补偿一般采用桥路补偿法、应变片补偿法、热敏电阻补偿法、零点补偿法。

3）什么是压电效应？压电效应分哪两种类型？两种类型的应用请各举例说明。

答：（1）某些电介质，当沿着一定方向对其施加力而使其变形时，内部就产生极化现象，同

时在它的两个表面上会产生异号电荷，当外力消失后，又重新恢复到不带电状态，这种现象

称为压电效应。

（2）分为正压电效应和逆压电效应。

（3）举例略。

4）电感传感器的基本原理是什么？可分成几种类型？

答：（1）电感式传感器的基本原理是电磁感应原理，即利用电磁感应将被测非电量（如压力、

位移等）转换为电感量的变化输出，再经过测量转换电路，将电感量的变化转换为电压或者

电流的变化，从而实现非电量的测量。

（2）电感式传感器的分类，根据信号的转换原理，分自感式传感器，互感式（差动变压

器式）式传感器两大类。

5）三种自感式传感器变间隙、变面积和螺管型各有什么特点？

答：（1）变间隙：灵敏度最高，目灵敏度随气隙的增大而减小；非线性误差大，量程有限而

且较小，传感器制作装配比较困难。

（2）变面积：灵敏度比变间隙型小，理论灵敏度为一常数，因而线性度好，量程较大。

（3）螺管型：量程大，灵敏度低，结构简单，便于制作，因而应用广泛。

5.计算题

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）（鱼+R）-（斤+△/?+k+△/?）G?十"）’

(3)

U二口风二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：由于不知是何种工作方式，可设为n,故可得:

%二卫二2x10x10-3二10

nn

得n要小于2,故应采用全桥工作方式。

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

项目三

1.填空题

1）99,3102）热电效应、热电动势3）相同4）电阻

5）PTC、NTC6）0.37）热释电效应

2.单项选择题DCCA

3.判断题FFTTFT

4.简答题

1）温度的测量按是否接触分为哪两种？各自的典型传感器有哪些？

答：接触式测温传感器（如使用温度计测试水温）一一感温元件与被测对象接触，彼此进行

热量交换，使感温元件与被测对象处于同一环境温度下，感温元件感受到的冷热变化即是被

测对象的温度。常用的接触式测温的温度传感器主要有热膨胀式温度传感器、热电偶、热电

阻、热敏电阻、半导体温度传感常等。

非接触式测温传感器（如非典期间，测量人体温度的热红外辐射温度计）一一利用物体表面

的热辐射强度与温度的关系来测量温度的。通过测量一定距离处被测物体发出的热辐射强度

来确定被测物的温度。常见的非接触式测温传感器有：辐射高温计、光学高温计、比色高温

计、热红外辐射温度传感器等。

2）热敏电阻几种类型？各有何特点和用途？

答：热敏电阻几种类型有以下三种类型：

（1）正温度系数（PTC）热敏电阻，温度上升，电阻值加大，PTC在电路中多起到限流的

作用。

（2）负温度系数（NTC）热敏电阻，温度上升,电阻值减小，NTC是最常用的热敏电阻,

NTC多用于温度测量。

（3）临界温度电阻器（CTR）电限值在某个温度临界点，阻值变化大，此类热敏电阻可用

于自动控温和报警电路设计中。

2）热电偶温度传感器的工作原理是什么？

答：两种不同材料的导体A和B组成一个闭合电路时，若两接触点温度不同，则在该电路

中会产生电动势，这种现象称为热电效应。热电偶温度传感器的工作原理是热电效应，测出

传感器输出电动势的变化情况，得到温度值的变化。

4）分析如题图3.1所示电冰箱温度超标指示器电路的工作原理。

答：R2、R3、RP构成基准温度设置电路；RHRT构成温度检测电路。当温度上升，负温度

系数热敏电阻RT阻值减小，由运放构成的比较器V-下降，输入引脚电压V+>V”比较器输

出高电平，二极管VD发光，指示温度过高；当温度下降，RT阻值增加，VJL升，V+<V.,

比较器输出低电平，二极管VD熄灭，指示温度正常。

项目四

1.填空题

1）线位移、角位移2）位移3）主光栅指示光栅4）磁化5）20

2.单项选择题DDC

3.判断题TTTTTT

4.简答题

1）光栅主要利用光栅的什么现象，来精密得测量位移的？

答：光栅是由大量等节距的透光缝隙和不透光的刻线均匀相间排列构成的光器件。光栅主要

利用光栅的莫尔现象，来精密得测量位移。

2）超声波传感器在常温下如何计算测得的距离？

测距时由安装在同一位置的超声波发射器和接收器完成超声波的发射与接收，由定时器

计时。首先由发射器向特定方向发射超声波并同时启动定时器计时，超声波在介质传播途中

一旦遇到障碍物后就被反射回来，当接收器收到反射波后立即停止计时。这样，定时器就记

录下了超声波自发射点至障碍物之间往返传播经历的时间/（S）o由于常温下超声波在空气中

的传播速度约为340m/s,所以发射点距障碍物之间的距离为：

5=340"2=1707

5.应用题选型结果：NS-WY01-5-4-L-V1-I

项目五

L填空题

1）阻值2）反向3）反偏、正偏4）传感型、传光型

5）电气法6）阻值7）湿度、含水量8）分贝或dB

2.单项选择题BDDCCABB

3.判断题TTTFTTFT

4.简答题

1）基于内光电效应的光电传感器有哪几种？

答：基于内光电效应的光电传感器有光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管和光电池。

2）光纤传感器是新技术传感器，可以用来测量哪些物理量？

答：光纤传感器是新技术传感器，可以用来测量多种物理量，如位移、加速度、液体、压力、

流量、振动、水声、温度、电压、电流、磁场、核辐射、应变、荧光、PH值、DNA生物量

等。

3）简述气敏电阻的工作原理？

答：气敏电阻的材料是金属氧化物如氧化锡、氧化锌等，它们在常温下是绝缘的，制成半导

体后却显出气敏特性。通常元件工作在空气中，空气中的氧、二氧化氮这样的氧化性气体一

一电子接收性气体，接受来自半导体材料的电子，结果使N型半导体材料的载流子数量减

少，使表面电导率减小，从而使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体（电子供给

性气体（如H2、CO、碳氢化合物和酒类））接触，半导体的截流子增多，使元件电阻减小。

4）根据图5.40说明，电阻型湿敏传感器的工作原理。

答：根据图5.40可知，该传感器的感湿特性曲线为负特性曲线。当湿度上升，电阻值减小；

当湿度下降，电阻值增加。

5.电路分析题

1）分析图5.8所示光敏电阻应用电路的工作原理。

答：电路中IC的3号引脚的输入电压取决于光敏电阻R,的受光情况，当光线较强势，光敏

电阻阻值很小，IC的3号管脚的输入较大，IC输出为高电平，从而驱动VT廿通，压电蜂

鸣器发出报警声。反之，光线较暗时，IC输出为低电平，VT不能导通，电路不工作。

2）分析图5.23所示太阳能充电器电路的向蓄电池充电的工作过程。

答：图中，电阻R和光敏电阻RG、R，I和Rr组成分压电路。在白天，有光照射时光敏电阻

RG内阻下降，因此经R流入的基极电流，经过RG和R巴分流，电流大为减少，使

由导通变为截止，同时VT2也截止，信号灯熄灭。这时，硅光电池组由于有光照射，产生

较高的电压，并向蓄电池充电。

3）分析图5.47所示录像机的结露检测电路的工作原理。

答：在低湿的环境中，结露传感器的阻值约为2KQ,VF的基极电位低于0.5V,VI处于截

止状态；VT?饱和导通，使其集电极电位低于IV。因VT3、\工接成达林顿管，所以VT3、VT.,

也截止，结露指示灯不亮，输出的控制信号为低电平，控制录像机正常工作。在湿度太

大结露时，结露传感器的电阻值增大到大于50KQ,VT1的基极电位上升而饱和导通，VT2

截止，从而使VT3、VT」导通，结露指示灯亮，输出的控制信号为高电平，控制录像机进入停

机保护状态。

项目六

1.填空题

1）接近、开关

2）常开、常闭

3）金属。

4）介电常数

2.单项选择题CCB

3.判断题FTTTT

3.简答题

1）根据图6.18说明电路的工作原理。

答：当水箱无水时，由于180ko电阻的作用，使4个开关的控制端部为低电平，开关断开，

发光二极管VL〜VL不亮。随着水位的增加，加之水的导电性，使得1C的13脚为高电平，

Si接通，VL点亮。当水位逐渐增加时，VL2、VL3依次发光指示水位3水满时，VL4发光，

显示水满。同时VT导通，B发出报警声，提示水已满。不需要报警时，断开开关SA即可。

2）列举5种常用的物位传感器。

答：光电开关、电容式接近开关、电感式接近开关、磁性开关、霍尔开关；导电式水位传感

器、压差式液位传感器、超声波液位传感器；电容式物位传感器等。

项目七

1.填空题

1）角位移、转速2）霍尔3）线性型、开关型

4）倾角传感器、角速度传感器5）传感器、变送器

2.单项选择题BDDCBCDACDC

3.判断题TTTFF

4.简答题

1）根据图7.23说明怎样使用霍尔传感器测速，转速n为多少？

答：通常将永磁铁固定在被测旋转体上，当它转动到与霍尔开关正对位置时，输出的霍尔开

关接通，永磁体离开，霍尔开关断开。根据这个原理，通过电子线路计出每分钟霍尔开关输

出高脉冲的个数，即可得到被测旋转体的转速。

转速n=N（每秒脉冲数）+6X60=10N（转/分钟）

2）简述倾角传感器的工作原理？

答：根据力学物理原理可以知道，当对象与基准平面有一个角度的夹角时，其运动方向的加

速度与重力加速度的比值和没有夹角时其加速度与重力加速度g的夹角a是不同的。根据

力的分解，重力加速度就会有分量作用在Ax方向，且Ax=gsina,干是可以得到倾斜角a

=arcsin（Ax/g）o

3）在选择倾角传感器时需要注意哪几个方面？

答：①使用环境：静态测量选用静态倾角传感器，动态测量选用动态倾角传感器；

②测量的范围：产品的量程有±15°,±30°,±90°,±180°等可以选择；

③测量的精度要求：静态倾角传感器的精度通常较高，可以到0.1度，0.01度；

④传感器输出接口类型：一般数字量输出接口有RS-232,RS-485,CAN,ModbusRTU

等通信方式，模拟量输出接口有0-5V,4-20mA等。

4）流量检测方法有哪几种？

答：节流差压法、容积法、阻力法、速度法

项目八

1.填空题

1)条、空2)宽度调节法模块组配法3)一维码、二维码

4)射频信号、无线通迅5)有源标签、无源标签、半有源标签。

6)射频识别、电子产品编码。

2.单项选择题DACB

3•判断题TTTFT

4.简答题

1)什么是RFID?其工作原理是什么？一套典型的RFID系统由哪几个部分组成？

答：(1)RFID是射频识别技术的简称，它是一项利用射频信号的无线通迅来实现目标的自

动识别技术。

(2)其工作原理是使用能接收和发射无线电波的电子标签存储信息，标签与识读器之间利

用静电藕合，感应藕合或微波能量进行非接触的双向通讯来实现存储信息的识别和数据交换。

(2)一套典型的RFID系统由电子标签(Tag)、读写器(Reader)和应用系统(AP)构成。

2)RFID芯片由哪几个部分组成？

答：调变电路(modulationcircuitry)；控制电路(controlcircuitry)；记忆体(memory)；处

理器(Processor)四个部分组成。

3)列举出3种常用的一维条码、3种常用的二维条码。

答：(1)3种常用的一维条码参见表格8/(2)3种常用的二维条码参见表格8・2

4)按照频率来分类，RFID的类型分为哪几种？各自的主要频率规格是多少？

答：分为以下四种：

(1)低频LowFrequency(LF)：主要规格125〜134kHz。

(2)高频HighFrequency(HF)：主要规格13.56MHz。

(3)超高频UltraHighFrequency(UHF)：主要规格433MHz、860MHz〜960MHz。

(4)极高频/微波SuperHighFrequency(SHF)/Microwave(UW)：主要规格2.4GHz、5.8GHz。

5)RFID的典型应用有哪些？

答：门禁系统、电子溯源、食品溯源、产品防伪、商品零售等。

项目九

1.填空题

1)生化测量、身份识别2)生物功能膜3)分子识别

4)好气性、厌气性5)免疫反应6)葡萄糖

2.单项选择题DABB

3.判断题TTFT

4.简答题

1)常用的生物传感器有哪几种？

答：酶传感器、葡萄糖传感器、微生物传感器、免疫传感器等。

2)身份鉴别可利用的生物特征必须满足以下几个条件？

答：第一，普遍性：即必须每个人都具备这种特征。

第二，唯一性：即任何两个人的特征是不一样的。

第三，可测量性：即特征可测量。

第四，稳定性：即特征在一段时间内不改变。

当然，在应用过程中，还要考虑其他的实际因素，比如：识别精度、识别速度、

对人体无伤害、被识别者的接受性等等。

3）列举5种基于人的生理特征进行识别的生物识别技术。

答：指纹识别、掌纹识别、虹膜识别、人脸识别、视网膜识别、静脉识别等。

4）简述人脸识别的过程。

答：人脸识别的过程：图像摄取、人脸定位、图像预处理，以及身份确认或者身份查找。

项目十

1.填空题

1）处理、分析和理解2）反比、正比3）光通量4）穿透力、扩散率

5）镜头6）CCD图像7）聚集或发散8）曝光时间9）像素

2.单项选择题ABDADDCCDC

3.判断题FTTTTTTT

4.简答题

1）想要过滤掉包装上的红色文字，应采用哪种颜色的光源？

答：某种颜色的光源照射在同种颜色的物体上，视野中的物体就是发亮的。利用这个

特征可以过滤掉检测中无用的信息，所以可以使用红色光源过滤掉红色文字。

2）希望获得浅景深的照片，应选用大光圈还是小光圈？

答：希望获得浅景深的照片，应选用小光圈。反之，使用大光圈。

3）举例说明图像识别可应用于哪些方面？

答：图像识别可应用于识别（如文字识别、人脸识别）、定位（零件定位）、测量（尺寸测

量）、检验（污迹划痕检测）等方面。

4）模板匹配的本质是什么?它的核心步骤有哪些？

答：模板匹配的本质是基于图像内容的检索。核心步骤包含三步：特征提取、相似度测量

和模板查询。

5）典型的图像识别系统由哪几个部分组成？

答：照明光源、镜头、CCD相机、图像采集卡、图像处理系统及其它外部设备组成。

6）简述数字图像的采集过程。

答：首先，光经过镜头聚焦在图像传感器上；然后，图像传感器将光信号转变为电信号，传

输给A/D转换器，由A/D转换器完成数字化变换；最后，由图像采集卡输出到图像处理装

置。

7）图像识别系统的输出结果有哪几种？

答：可能是状态信号、判定结果、测量值、字符串输出。

项目十一

1.填空题

1）模拟信号、数字信号2）幅频变换、A/D转换3）噪声4）干扰

5）A/D转换6）NS-TH5A-50kg-24-Vl-l-L

2.单项