传感器与自动检测技术 试卷及答案 试题一

传感器与自动检测技术仿真试题一

试卷一（闭卷）

（考试时间90分钟，总分80分）

题号一二三总分

分数

评卷人

一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）

在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请

将正确选项前的字母填在题后的括号内。错选、多选和未选均不

得分。

1、下列不属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（）。

A.应变式传感器B.化学型传感器

C.压电式传感器D.热电式传感器

2、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（）

A.线性度、灵敏度、阻尼系数

B,幅频特性、相频特性、稳态误差

C.迟滞、重复性、漂移

D.精度、时间常数、重复性

3、测量者在处理误差时，下列哪一种做法是无法实现的（）

A.消除随机误差B.减小或消除系统误差

C.修正系统误差D.剔除粗大误差

4、电感式传感器采用变压器式交流电桥测量电路时，下列说法不正确的是

（）o

A.衔铁上、下移动时，输出电压相位相反

B.衔铁上、下移动时，输出电压随衔铁的位移而变化

C.根据输出的指示可以判断位移的方向

D.当衔铁位于中间位置时，电桥处于平衡状态

5、关于压电式传感器中压电元件的连接，以下说法正确的是（）

A.与单片相比，并联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电压不

变

B.与单片相比，串联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电压增

大1倍

C.与单片相比，并联时电荷量不变、电容量减半、输出电压增大1倍

D.与单片相比，串联时电荷量不变、电容量减半、输出电压不变

6、在红外技术中，一般将红外辐射分为四个区域，即近红外区、中红外区、

远红外区和（）o这里所说的“远近”是相对红外辐射在电磁波谱中

与可见光的距离而言。

A.微波区B.微红外区C.X射线区D.极远红外区

7、下列关于微波传感器的说法中错误的是（）

A.可用普通电子管与晶体管构成微波振荡器

B.天线具有特殊结构使发射的微波具有尖锐的方向性

C.用电流一电压特性呈非线性的电子元件做探测微波的敏感探头

D.可分为反射式和遮断式两类

8、若已知超声波传感器垂直安装在被测介质底部，超声波在被测介质中的

传播速度为1480m/s,测量时间间隔为200us,则物位高度为（）

A.296mmB.148mm

C.74mmD.条件不足，无法求出

9、现有一个采用4位循环码码盘的光电式编码器，码盘的起始位置对应的

编码是0011,终止位置对应的编码是0101,则该码盘转动的角度可能会

是（）

A.45°B.60°C.90°D.120°

10、用N型材料SnCh制成的气敏电阻在空气中经加热处于稳定状态后，

与氧气接触后（）

A.电阻值变小B.电阻值变大

C.电阻值不变D.不确定

二、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分）

1、什么是传感器？传感器的共性是什么？

2、试推导差动变隙式电感传感器的灵敏度，并与单极式相比较。

3、结合下图说明霍尔式微位移传感器是如何实现微位移测量的?

4、光在光纤中是怎样传输的？对光纤及入射光的入射角有什么要求？

5、简述计量光栅的结构和基本原理。

三、分析计算题（本大题共3小题，每小题10分，共30分）

注意：自动化、也与专业的学生第1小题必做，并从第2-4小

题中选做两个小题；测控专业的学生在4个小题中任选3个小题。

1、铜电阻的电阻值R与温度f之间的关系为&=在不同温度

下，测得铜电阻的电阻值如下表所示。请用最小二乘法求0C时的铜电阻

的电阻值用和铜电阻的电阻温度系数。。

^/℃

20.030.040.050.0

齿/c

76.580.082.585.0

2、试计算某压力传感器的迟滞误差和重复性误差（一组测试数据如下表

示）。

输出电压(mV)

行程输入压力

(1)(2)(3)

(X105Pa)

2.0190.9191.1191.3

4.0382.8383.2383.5

6.0575.8576.1576.6

正行程

8.0769.4769.8770.4

10.0963.9964.6965.2

10.0964.4965.1965.7

8.0770.6771.0771.4

6.05773577.4578.4

反行程

4.0384.1384.2384.7

2.0191.6191.6192.0

3、电阻应变片阻值为120。，灵敏系数K=2,沿纵向粘贴于直径为

0.05机的圆形钢柱表面，钢材的弹性模量七=2x10"//加2,〃=0.3,

(1)求钢柱受9.8X1()4N拉力作用时应变片电阻的变化量△/?和相对变

AR

化量——;(2)又若应变片沿钢柱圆周方向粘贴，问受同样拉力作用时应

R

变片电阻的相对变化量为多少？

4、己知分度号为S的热电偶冷端温度为to=2O℃,现测得热电势为

11.710mV,求被测温度为多少度?(E(20,0)=0.113mv)

工作端0204060708090

温度(℃)热电动势(mv)

110010.75410.99111.22911.46711.58711.70711.827

试卷二（开卷）

（考试时间30分钟，总分20分）

题号评卷人得分

综合设计分析题

综合设计分析题（本大题共20分）

如图为二极管环形检波测量电路。G和为差动式电容传感器，C?为

滤波电容，RL为负载电阻，R。为限流电阻，U尸为正弦波信号源。设&很

C

大，并且c3»G，C3»2。

（D试分析此电路工作原理；

⑵画出输出端电压在G=。2、G>g、G<02三种情况下波

形；

（3）推导uAB=/（G,C2）的数学表达式。

B

传感器与自动检测技术仿真试题一参考答案

可看一

一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）

在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的,请将正

确选项前的字母填在题后的括号内。错选、多选和未选均不得分。

1、B2、C3、A4、C5、A

6、D7、A8、B9、C10、B

二、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分）

1、什么是传感器？传感器的共性是什么？

答：传感器是能够感受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。传感器是实现传感功能的基本部件。

传感器的共性就是利用物理定律和物质的物理、化学或生物特性，将非

电量（如位移、速度、加速度、力等）转换成电量（电压、电流、电容、电

阻等等

2、试推导差动变隙式电感传感器的灵敏度，并与单极式相比较。

答：设两差动线圈初始气隙厚度均为品，初始电感均为品，且

o=^r

当衔铁向上移动AS时，则

吸入

L]—LJQ+=L?——A/。=

2(2—A5)2（2+岫

AL=AL14-AL2=L,—L2

叫4吗4i

-----------------------------------------------=ALc-------------------------

20。-AS)2(50+Ab)。品「(△外2

品

A5?

当Ab«5o时，\L«2L—

0&)

，灵敏度为：K

由此可见，与单极式相比，其灵敏度提高了一倍（单极式为

K_刈_L。

A------------------Jo

\S4

3、结合下图说明霍尔式微位移传感器是如何实现微位移测量的？

答：霍尔元件处于中间位置时，同时受到大小相等、方向相反的磁通作用，

磁感应强度B=0,因此霍尔元件输出的霍尔电势用=0,位移AZ=0。若霍尔

元件沿Z向移动，在两磁铁中产生相对位移，霍尔元件感受到的磁感应强度

BwO,UH=K“IB=K。。,其量值大小反映出霍尔元件与磁铁之间

相对位置的变化量。

所以，霍尔电势为与位移量AZ成线性关系，且霍尔电势的极性反映

了霍尔片的移动方向（位移方向）。磁场变化率越大，灵敏度越高，可测1

2mm的小位移，动态范围达5mmo

4、光在光纤中是怎样传输的？对光纤及入射光的入射角有什么要求？

答：光在同一种介质中是直线传播的，当光线以不同的角度入射到光纤端面

时，在端面发生折射进入光纤后，又入射到折射率较大的光密介质（纤芯）

与折射率较小的光疏介质（包层）的交界面，光线在该处有一部分投射到光

疏介质，一部分反射回光客介质。

对光纤的要求是包层和纤芯的折射率不同，且纤芯的折射率大于包层的

折射率。对入射角的要求是入射角小于临界角。

5、简述计量光栅的结构和基本原理。

答：计量光栅传感器的结构包括两个部分：光电转换装置和光栅数显表，其

中前者又包括以下四个部分：①主光栅（又称标尺光栅），均匀地刻划有透光

和不透光的线条；②指示光栅，刻有与主光栅同样刻线密度的条纹；③光路

系统，包括光源和透镜；④光电元件。计量光栅主要利用了莫尔条纹现象。

主光栅与指示光栅的栅线叠合在一起，中间保持很小的夹角6,在大致垂直

于栅线的方向上会出现明暗相间的条纹，称为莫尔条纹。光栅测量原理就是

以移动的莫尔条纹的数量来确定位移量，其分辨率为光栅栅距。

三、分析计算题（本大题共3小题，每小题10分，共30分）

注意：自动化、也先专业的学生第1小题必做，并从第2-4小题

中选做两个小题；测控专业的学生在4个小题中任选3个小题。

1、铜电阻的电阻值R与温度f之间的关系为N=R（l+a-r）,在不同温度下,

测得铜电阻的电阻值如下表所示。请用最小二乘法求0℃时的铜电阻的电阻

值《和铜电阻的电阻温度系数a。

/,/℃

20.030.040.050.0

76.580.082.585.0

解：误差方程2-为（1+。力）=9i=1,2,3,4

令为=为，七a用

-120.0-765

130.080.0

系数矩阵4=,直接测得值矩阵乙=

140.082.5

150.085.0

四

被测量估计矩阵x=

x2

由最小二乘法：A成二A2,则

120.0

1111130.04140

20.030.040.050.0140.01405400

150.0

76.5

111180.0324

ArL=

20.030.040.050.082.511480

85.0

・"A4|=2000H0

A215400-140

.•.(AA)

4222000-1404

,,5400-1401324-71.2

：.X=\AA\-'AL=如48Q

2000-14040.28

/.?Q=X]=71.2(Q)

。=028=3.93x10-3(/℃)

为71.2

2、试计算某压力传感器的迟滞误差和重复性误差（一组测试数据如下表示）。

输出电压(mV)

行程输入压力

(1)(2)(3)

(X105Pa)

2.0190.9191.1191.3

4.0382.8383.2383.5

6.0575.8576.1576.6

正行程

8.0769.4769.8770.4

10.0963.9964.6965.2

10.0964.4965.1965.7

8.0770.6771.0771.4

6.0577.3577.4578.4

反行程

4.0384.1384.2384.7

2.0191.6191.6192.0

解：①迟滞误差：

・・♦迟滞误差7〃=±^!■竺皿X100%

2YFS

A第一次测量：由所给数据可得△"nuix=L5，=964.4,

=±l^jnaxx100%=±--^-X1OO%=±0.08%

2y收2964.4

B第二次测量：由所给数据可得△”max=L3，y附=965.1,

Amax

=±1X100%=±-^-x100%=±0.07%

2力2965.1

C第三次测量：由所给数据可得A"max=L8，»s=965.7,

A=±-—x100%=±1-!^-x100%=±0.09%

H32yF52965.7

②重复性误差：

由所给数据可得，

正行程：A/?lmax=1.3,反行程：△凡mx=L3

J△Rmux=gX(4R"ax，AR2max)=L3

又yps=965.7

・,・重复性误差

yR=100%=±-^-x100%=±0.13%

加965.7

3、电阻应变片阻值为120Q,灵敏系数K=2,沿纵向粘贴于直径为0.05加

的圆形钢柱表面，钢材的弹性模量E=2xlO"N//2,〃=0.3,(1)求钢

AD

柱受9.8xl()4N拉力作用时应变片电阻的变化量△/?和相对变化量空；

R

(2)又若应变片沿钢柱圆周方向粘贴，问受同样拉力作用时应变片电阻的相

对变化量为多少？

解:⑴)罕二s且Q噎

△R〃F2x9.8x104

/.——=K——=------------------------=0.05%

.kE3.14X(竿)x2xl0"

\R=0.05%&=120x0.05%=0.06(Q)

A/?v

(2)--==-LI£X=-0.3x0.05%=-0.015%

Rv-'

4、已知分度号为S的热电但冷端温度为to=20℃,现测得热电势为11.710mV,

求被测温度为多少度？(E(20,0)=0.113mv)

工作端0204060708090

温度(℃)热电动势(mv)

110010.75410.99111.22911.46711.58711.70711.827

解：E(t,to)=11.710

E(t,0℃)=E(t,to)+E(to,0*C)

11.710=E(L,0℃)-E(20℃,0)=E(l,0℃)-0.113

所以E(t,0℃)=U.823mV

查表：E(1180℃,0℃)=11.707mV,E(1190℃,0℃)=ll.827mV

EM-EL11.823-11.707

所以1乂=1+x