传感器与自动检测技术 试卷及答案 模拟试卷一

传感器与自动检测技术全真模拟试卷

（考试时间120分钟，总分100分）

题号―-二三四总分

专分数

业

评卷人

一、单助选择题（本大题共20小题，每小题2分，共40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

密得分。

级I1、测量者在处理误差时，下列哪一种做法是无法实现的（）

IA.消除随机误差B.减小或消除系统误差

IC.修正系统误差D.剔除粗大误差

I2、不属于传感器静态特性指标的是（）

订封A.重复性B.同有频率C.灵敏度D.漂移

姓I3、对于传感器的动态特性，下面哪种说法不正确（）

名

IA,变面积式的电容传感器可看作零阶系统

IB.一阶传感器的截止频率是时间常数的倒数

|C.时间常数越大，一阶传感器的频率响应越好

ID.提高二阶传感器的固有频率，可减小动态误差和扩大频率响应范围

线4、在金属箔式应变片单臂单桥测力实验中不需要的实验设备是（）

IA.直流稳压电源B.低通滤波器

学IC.差动放大器D.电压表

号5、下列不属于电容式传感器测量电路的是（）

।

A.调频测量电路B.运算放大器电路

C.脉冲宽度调制电路D.相敏检波电路

6、在二极管双T型交流电桥中输出的电压U的大小与（）相关

A.仅电源电压的幅值和频率

B.电源电压幅值、频考及T型网络电容G和C2大小

C.仅T型网络电容。和C2大小

D.电源电压幅值和频发及T型网络电容G大小

7、石英晶体在沿机械轴y方向的力作用下会（）

A.产生纵向压电效应B.产生横向压电效应

C.不产生压电效应D.产生逆向压电效应

8、在运算放大器放大倍数很大时，压电传感器输入电路中的电荷放大器的

输出电压与（）成正比。

A.输入电荷B.反馈电容

C.电缆电容D.放大倍数

9、磁电式传感器测量电路中引入积分电路是为了测量（）

A.位移B.速度

C.加速度D.光强

10、光敏电阻的特性是（）

A.有光照时亮电阻很大B.无光照时暗电阻很小

C.无光照时暗电流很大D.受一定波长范围的光照时亮电流很大

11、基于光生伏特效应工作的光电器件是（）

A.光电管B.光敏电阻

C.光电池D.光电倍噌管

12、CCD以（）为信号

A.电压B.电流

C.电荷D.电压或者电流

13、用N型材料Sn02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

14、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1460m/s,测量时间间隔为20us,则物位高度为（）

A.29.2mmB.14.6mm

C.7.3mmD.条件不足，无法求出

15、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

16、对于工业上用的红外线气体分析仪，下面说法中正确的是（）

A.参比气室内装被分析气体B.参比气室中的气体不吸收红外线

C.测量气室内装用D.红外探测器工作在“大气窗口”之外

17、红外辐射的物理本质是（）

A.核辐射B.微波辐射C.热辐射D.无线电波

18、当两块光栅的夹角很小时，光栅莫尔条纹的间距（）

A.与栅线的宽度成正比B.与栅线间宽成正比

C.与夹角近似成正比D.与栅距近似成正比

19、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.60cC.90°D.120°

20、下列关于热电偶传感器的说法中，（）是错误的。

A.热电偶必须由两种不同性质的均质材料构成

B.计算热电偶的热电势时，可以不考虑接触电势

C.在工业标准中，热电偶参考端温度规定为0C

D.接入第三导体时，只要其两端温度相同，对总热电势没有影响

二、简答题（本大题共4小题，每小题4分，共16分）

1、解释霍尔元件常制成薄片形状的原因（要求给出必要的公式推导过程）。

2、简述光纤传感器的组成和工作原理。

3、简述半导体色敏传感器的构成和工作原理。

4、简述光栅读数头的组成和工作原理。

三、分析计算题(本大题共3小题，每小题8分，共24分)

1、铜电阻的电阻值R与温度，之间的关系为鸟=%(1+。力)，在不同温

度下，测得铜电阻的可阻值如下表所示。请用最小二乘法求。匕时的铜

电阻的电阻值R。和铜电阻的电阻温度系数ao

ti/℃

20.030.040.050.0

76.580.082.585.0

2、已知一等强度梁测力系统，R,为电阻应变片，应变片灵敏系数仁2,未

受应变时，R，=100Q当试件受力F时，应变片承受平均应变£=

1000um/m,求：

(1)应变片电阻变化量保'和电阻相对变化量A%/Rxo

(2)将电阻应变片L置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V,

求电桥输出电压及电桥非线性误差。

(3)若要使电桥电压灵敏度分别为单臂工作时的两倍和四倍，应采取

哪些措施？分析在不同措施下的电桥输出电压及电桥非线性误差

大小。

3、有一个以空气为介质的变面积型平板电容传感器(见下图)。其中

a=16mm,b=24mm,两极板间距为4mm。一块极板分别沿长度和宽度方向

在原始位置上平移了5nlin,求：

(1)极板未移动时，电容的初始电容值。

(2)极板沿不同方向移动时，传感器的位移灵敏度K(已知空气相对介

12

电常数5=1,真空的介电常数电=8.854x10F/m)o

四、综合题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）

1、闭磁路变隙式差动变压器在忽略铁损、漏感及变压器次级开路的条件下,

其等效电路可用下图表示。图中ria与L[a、%与%,r2a与L2a、r2b与

^2h分别为两个初级绕组和两个次级绕组的直流电阻与电感。两个初级绕

组的线圈匝数都是叱，两个次级绕组的线圈匝数都是明，衔铁与上下

铁芯的间隙分别是，（”①儿,必«叫〃，不考虑铁芯与衔

铁中的磁阻影响时，对该电路进行分析后得到变隙式差动变压器输出电

压心一虢和。

O

(1)分析衔铁在不同位置时，闭磁路变隙式差动变压器的输出特性。并根

据其输出特性，说明它是如何实现位移测量的。

(2)给出该变隙式差动变压器的灵敏度表达式，并指出如果在实际测量中

要提高灵敏度，可以采取哪些措施。

(3)实际的输出特性中会存在零点残余电压，分析其产生的原因并指出消

除零点残余电压的办法。

2、请设计两种利用热电偶测量2点平均温度的方法。要求画出相应的线路

联结图，分别简要说明其工作原理，并指出各自的优、缺点。

传感器与自动检测技术模拟试卷一参考答案

一、单项选择题(本大题共20小题，每小题2分，共40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、A2、B3、C4、B5、D

6、B7、B8、A9、A10、D

11、C12、C13、B14、B15、A

16、B17、C18、D19、C20、B

二、简答题（本大题共4小题，每小题4分，共16分）

1、答：置于磁场中的静止金属载流体产生霍尔效应时，电子受洛伦兹力:

A=eBv①

同时金属导体内形成霍尔电场，电子受与。反向的电场力：

fH=eEH=^-e②

b

平衡状态下：%，

即：EH=Bv③

设金属导体单位体积内电子数为〃，贝1」：v=—④

neba

把④代入③：昂=冬

⑤

neba

把⑤代入②：UH=^-=^-=KHIB⑥

neaa

⑥式中霍尔常数K=—,灵敏度

Hnea

由此可见，霍尔电势正比于激励电流和磁感应强度。其灵敏度K”

正比于霍尔系数RH（它在金属导体单位体积内电子数固定时为定值），而

与霍尔片厚度d成反比。

，为了提高灵敏度K”，霍尔元件常制成薄片形状。

2、答：光纤传感器由光源、（光纤或非光纤的）敏感元件、光纤、光探测

器、信号处理系统等组成。其工作原理：由光源发出的光通过源光纤引到敏

感元件，被测参数（温度、压力、应变、振动等）作用于敏感元件，在光的

调制区内，使光的某一性质（光强、波长/频率、相位、偏振态）受到被测量

的调制，调制后的光信号经过接收光纤耦合到光探测器，将光信号转换为电

信号，最后经过信号处理得到所需要的被测量。

3、答：半导体色敏传感器由两个结深不同的P-N结光电二极管构成，浅

结的二极管是P-N结，深结的二极管是P-N结。其工作原理：入射光照射时,

N、P三个区域及其间的势垒区中都有光子吸收，但效果不同。浅结对紫

外线的灵敏度高，深结对红外光的灵敏度高。将两结吸收入光线后产生的光

电流（短路电流）相比即可判断入色单色光的波长（颜色）。

4、答：光栅读数头主要由标尺光栅、指示光栅、光路系统和光电元件等

组成。其工作原理：标尺光栅固定在被测物体上，指示光栅相对丁光电元件

固定，两光栅在光照下可形成具有明暗相间带的莫尔条纹。标尺光栅移动一

个栅距此光强变化一个周期，用光电元件接收莫尔条纹移动时光强的变化,

就可揩光信号转换为接近于正弦周期函数的电信号输出，从而可知被测物体

移动位移的大小。

三、分析计算题（本大题共3小题，每小题8分，共24分）

1、解：误差方程后一（）（l+a•幻=斗/=1,2,3,4

令％]=/，芍=。,用

120.076.5

系数矩阵人=:30.080.0

,直接测得值矩阵£=

40.082.5

50.085.0

被测量估计矩阵%=

由最小二乘法：AAX=ALt则

120.0

1111130.04140

44=

20.030.040.050.0140.01405400

150.0

-76.5"

111180.0-324-

ArL==

20.030.040.050.082.511480

85.0

•・•I二2000.0

•・•（小尸=向［：；An~\_115400-140

=

A22J2000[-1404

-1401324

r1f1540071.2

:.X=[AA]-AL=4£11480

2000-1400.28

=71.2(C)

°=三=^28=393x10-3(/oc)

371.2

2、解：（1）,学Ke

Kx

\RX=KJRX=2X1000X100=0.2(C)

.\R_0.2

X=0.2%

"/?x-100

（2）将电阻应变片Rx置于单臂测量电桥，取其他桥臂电阻也为Rx。当Rx

有位x的变化时，电桥输出电压为

非线性误差：x100%=0.1%

1+/2Rx

(3)要使电桥电压灵敏度为单臂工作时的2倍，则应该在等强度梁的正反

面对应贴上两个相同的应变片，一个受拉应变，一个受压应变，接入电桥相

邻桥臂，形成半桥差动电桥，且取其他桥臂电阻也为Rx。

此时，U'o=^£，-L

=0.003(V),4=0

2Kx

要使电桥电压灵敏度为单臂工作时的4倍，则应该在等强度梁的正反面

对应贴上四个相同的应变片，2个受拉应变，2个受压应变，形成全桥差动电

桥。

此时，=E-^-=0.006(V),r；=0

Rx

3、解：

(1)Co一。7A

a

8.854x1012x1x16x103x24x1。3

4x103

=0.85(PF)

(2)当一块极板沿长度方向在原始位置上平移时，有

AC]_AZ?

~C7=~b

当一块极板沿宽度方向在原始位置上平移时，有

AC2_

Co。

=^£L=So=0^5X1021=3.542xl0-1I(F/m)

Abb24x103

tAC/C11..]

或：k.=-----t-----o-=—=-----------r=41.67(m)

1Abb24x10'

ACC0.85xlO12

2o=O.53125xlO",o(F7m)

2a16x10—3

AC/C11

或:2O=62.5(m,)

Aa16x103

四、综合题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）

1、解：

，-0,叱江

（1）