中央电大传感器与测试技术试题2003-2012(含作业答案)

中央电大传感器与测试技术试题2003-2012（含作业答案）试卷代号：1107

中央广播电视大学20XX年-20XX年学年度第一学期“开放本科”期末考试机械专业传感器与测试技术试题20XX年1月

一、简答题（每小题5分，共20分）

1．动特性：指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。

2．分辨力：传感器在规定测量范围内所能检测出被测输入量的最小变化值。

3．光栅：在玻璃尺或玻璃盘上类似于刻线标尺或度盘那样，进行长刻线（一般为10-12mm)的密集刻划，得到黑白相间、间隔相同的细小条纹，没有刻划的白的地方透光，刻划的发黑，不透光。这就是光栅。

4．标定：在明确传感器的输出与输入关系的前提下，利用某种标准器具对传感器进行标度。二、填空题（每空1分，共30分）

1．静态误差是指传感器在全量程内任一点的输出值与其_理论输出值__的偏离程度。

2．传感器的动态数学模型是指传感器在受到随时间变化的____输入量_______作用时，输出与输入之间的关系，通常称为____动态模型_______。

3．应变片绝缘电阻是指已粘贴的应变片的___引线______与____被测试件_______之间的电阻值。

4．容栅传感器是在___变面积型______电容传感器的基础上发展的一种新型传感器。5．变介电常数型电容传感器可根据极间介质的_____介电常数________随温度、湿度改变而改变来测量温度、湿度等。

6．为了改善变极距式电容传感器的非线性，可以采用差动技术，使输出为两电容之差。7．低频透射式涡流传感器的测量原理是：当发射线圈和接收线圈之间放入金属板后，引起接收线圈感应电势Ez的变化，金属板的厚度越大，E2就__越小__。

8．压电式传感器中常采用两片或两片以上压电晶体组合在一起使用，两片压电晶体构成的传感器有__串联__和并联两种接法。

9．电荷放大器是一种输出电压与输入电荷量成正比的前置放大器。10．对霍尔元件可采用_电流___驱动或__电压__驱动。

11.磁头的功能是读取磁栅上记录信号，可分为静态磁头和动态磁头。

12．超声波能够成为射线而定向传播。超声波在液体、固体中__衰减__很小，因而穿透本质大，碰到杂质或分界面就会有显著的__反射__。

13.为使探头有效地向工件发射超声波和有效地接收超声波，必须使探头和工件之间有良好的声耦合。探头和工件的耦合方式可分为直接接触法和液浸法二种。14．超声波测厚仪从原理上分主要有共振式和脉冲反射式15．测试系统中噪声的形成必须具备噪声源、耦合通道和对噪声敏感的接受电路三个基本因素。

16．切削测力仪按原理分为压电式、电阻应变式两类。17．测温方法可分接触法与非接触法。

三、问答题（每小题5分，共20分）1．什么是莫尔条纹？

将栅距相同的两块光栅的刻线面相对重叠在一起，并且使二者栅线有很小的交角θ，这样就可以看到在近似垂直栅线方向上出现明暗相间的条纹，称为莫尔条纹。莫尔条纹是基于光的干涉效应产生的。

2．热电阻式传感器有哪些类型？

热电阻的类型包括铂热电阻、铜热电阻、铟电阻、锰电阻等。3．磁电式传感器有何优点？

磁电式传感器直接从被测物体吸收机械能并转换成电信号输出，输出功率大，性能稳定，工作不需要电源、调理电路简单，灵敏度较高，一般不需要高增益放大器。4．声波形成干涉条件是什么？

频率相同、振动方向相同、相位相同或相位差恒定的两个波在空间相遇。，四、常用的超声波探伤方法有哪些？各有什么特点？（IO分）有共振法、穿透法；脉冲反射法。共振法的特点是：

(1)可精确地测厚，特别适宜测量薄板及薄壁管；(2)工件表面光洁度要求高，否则不能进行测量。穿透法具有以下特点：

(1)探测灵敏度较低，不易发现小缺陷；

(2)根据能量的变化即可判断有无缺陷，但不能定位；(3)适宜探测超声波衰减大的材料；(4)可避免肓区，适宜探测薄板；(5)指示简单，便于自动探伤；

(6)对两探头的相对距离和位置要求较高。脉冲反射法的特点是：(1)探测灵敏度高；

(2)能准确地确定缺陷的位置和深度；(3)可用不同波型探测，应用范围广。

五、简述传感器的选用原则与设计测试系统时应考虑的因素。（10分）

传感器的选用原则和应考虑的因素：(1)仔细研究所测试的信号、分析测试环境和干扰因素、根据测试范围确定选用什么样的传感器、确定测试方式、考虑传感器的体积被测位置是否能安下，传感器的来源、价格等因素。(2)传感器灵敏度，频率响应特性、稳定性、精度。

设计测试系统时应考虑的因素：灵敏度、精确度、响应特性、线性范围、稳定性、测量方式、各环节之间的配合、并尽量兼顾体积小、重量轻、结构简单、易于维修、价格便宜、便于携带、通用化和标准化等一系列因素。

六、影响测试系统正常工作的干扰有哪些？如何防护？(10分)

(1)机械干扰。采取减振措施，一般可设置减振弹簧或减振橡胶。(2)光干扰。将元件封闭在不透光的壳体内，注意对光的屏蔽。

(3)温度干扰。采用导热性良好的金属材料制成屏蔽罩将需要防护的装置屏蔽起来，并使罩内温度分布均匀。对于高精度的计量测试工作，可安排在恒温室内进行，在测试的过程中还可采用温度补偿的方法以减小环境温度变化对测试结果的影响。

(4)湿度干扰。环境去湿或在设计测试装置时采取防潮措施，如对电气元件和印刷电路板等浸渍防潮漆或用机硅橡胶或环氧树脂等灌装。(5)电磁干扰。屏蔽、接地和滤波等。

试卷代号：1107

中央广播电视大学20XX年-20XX年学年度第二学期“开放本科”期末考试机械专业传感器与测试技术试题

20XX年7月

一、简答题（每小题5分，共20分）

1．传感器：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于精确处理和应用的另一种量的测量装置或系统。

2．静特性：指传感器在输入量的各个值处于稳定状态时的输出与输入关系，即当输入量是常量或变化极慢时，输出与输入的关系。

3．霍尔效应：金属或半导体薄片两端通以控制电流I，在与薄片垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，那么在垂直于电流和磁场方向的薄片的另两侧会产生电动势UH，UH的大小正比于控制电流I和磁感应强度B，这一现象称为霍尔效应。

4．莫尔条纹：将栅距相同的两块光栅的刻线面相对重叠在一起，并且使二者栅线有很小的交角θ，这样就可以看到在近似垂直栅线方向上出现明暗相间的条纹，称为莫尔条纹。莫尔条纹是基于光的干涉效应产生的。二、填空题（每空1分，共30分J

1．传感器是测试系统的第一环节，将被测系统或过程中需要观测的信息转化为人们所熟悉的各种信号。

2．绝对误差是指____测理结果______与_____被测参量真值_____之间所存在的差值的绝对值。

3．为了消除应变片的温度误差，可采用的温度补偿措施包括：单丝自补偿法、双丝自补偿法和桥路补偿法。

4．利用导电材料的____电阻率_____随本身温度而变化的温度电阻效应制成的传感器，称为热电阻式传感器。

5．容栅传感器是在变面积型电容传感器的基础上发展的一种新型传感器。6．当自感式传感器结构和材料确定后，电感L为空气隙截面积及空气隙的函数。7．低频透射式涡流传感器的测量原理是：当发射线圈和接收线圈之间放人金属板后，引起接收线圈感应电势E2的变化，金属板的厚度越大，E2就__越小__。

8．利用光生伏特效应制成的光电器件有光敏二极管、光敏三极管和光电池等。9．光电式编码器由光源、光学系统、码盘、光电接收元件及处理电路等组成。10．石英晶体的X轴称为__电轴__，垂直于X轴的平面上压电效应最强；Y轴称为__机械轴__，沿y轴的机械变形最明显；Z轴称为光轴或中性轴，Z轴方向上无压电效应。

11.对霍尔元件可采用_电流_驱动或__电压__驱动。

12．超声波能够成为射线而定向传播。超声波在液体、固体中衰减很小，因而穿透本领大，碰到杂质或分界面就会有显著的__反射__。

13．多普勒效应引起的频率变化称为_多普勒频移___。

14.磁场屏蔽用的屏蔽体用强磁材料制成，由于__磁阻__极小，因而干扰源所产生的磁通大部分被限制在强磁屏蔽体内。

三、问答题（每小题5分，共20分】1．无失真检测的条件是什么？

传感器无失真检条件是：幅频特性应当是常数（即水平直线）；相频特性应该是线性关系。

2．什么叫金属应变片的横向效应？

沿应变片轴向的应变εx。必然引起应变片电阻的相对变化，而沿垂直于应变片轴向的横向应变εy，也会引起其电阻的相对变化，这种现象称为横向效应。

3．超声波的波型有几种？是根据什么来分类的？超声波的波型有纵波、横波、表面波（亦称瑞利波）、兰姆波。依据超声场中质点的振动与声能量传播方向之间的关系来分。

4．简述电容式传感器的工作原理。

两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为C=

式中：ε-极板间介质的介电常数;S-极板的遮盖面积；δ一极板间的距离。

当被测量的变化使式中的ε、S或δ任一参数发生变化时，电容量C也就随之变化。四、影响测试系统正常工作的干扰有哪些？如何防护？（10分）(1)机械干扰。采取减振措施，一般可设置减振弹簧或减振橡胶。(2)光干扰。将元件封闭在不透光的壳体内，注意对光的屏蔽。

(3)温度干扰。采用导热性良好的金属材料制成屏蔽罩将需要防护的装置屏蔽起来，并使罩内温度分布均匀。对于高精度的计量测试工作，可安排在恒温室内进行，在测试的过程中还可采用温度补偿的方法以减小环境温度变化对测试结果的影响。

(4)温度干扰。环境去湿或在设计测试装置时采取防潮措施，如对电气元件和印刷电路板等浸渍防潮漆或用机硅橡胶或环氧树脂等灌装。(5)电磁干扰。屏蔽、接地和滤波等。

五、螺管型电感传感器与变气隙型电感传感器有何优缺点？（10分J答：变气隙型灵敏度高，因而它对电路的放大倍数要求低。它的主要缺点是非线性严重，为了减小非线性，量程就必须限制在较小范围内，通常为气隙δ0的1/5以下，同时，这种传感器制造装配困难。螺管型的灵敏度低，但量程大，线性较好，制造装配方便，批量生产的互换性强。

六、简述利用PSD进行三角法测距的原理。（10分）图8-53PSD光学三角法测距系统

光源发出的光经透镜L1聚焦后投向待测体的表面。反射光由透镜L2聚焦到一维PSD上，形成一个光点。若透镜L1与L2间的中心距离为6，透镜L2到PSD表面之间的距离（即透镜L2的焦距）为f，聚焦在PSD表面的光点距离透镜L2中心的距离为z，则根据相似三角形的性质，可得出待测距离D为：D=bf/x

因此，只要测出PSD的光点位置坐标x的值，即可测出待测体的距离。

中央广播电视大学20XX年―20XX年学年度第一学期“开放本科”期末考试

机械专业传感器与测试技术试题

20XX年1月

一、埴空题[每空2分．共26分）

1．铁磁材料在外力的作用下，内部产生应变，从而产生应力，导致各磁畴间的界限发生移动，各个磁畴的磁化强度矢量转动，破坏了平衡状态，使材料的总磁化强度随之发生变化，这种现象称为―压磁效应―。

2．用于检测的超声波换能器有压电型、磁致伸缩型、电磁型、有振板型和弹性表面波型等。

3．当有电流流过两个不同导体的连接处时，此处便吸收或放出热量(取决于电流的方向)，这种现象叫做―帕尔贴效应―・

4．在自动化探伤中，声源和工件之间有相对运动，由缺陷反射回来的超声波的频率将与声源发射超声波的频率有所不同，这种现象即为―多普勒效应―，由此效应引起的频率变化称为―多普勒频移―。

5．应变片由―金屈丝栅(敏感栅)―、―绝缘基片―及覆盖片三部分组成。―金属丝栅(敏感栅)―两头焊有引出线，作连接测量导线用。

6．传感器在正(输人量增大)反(输入量减小)行程中输出输入曲线不重合称为__迟滞__，它一般由实验方法测得。

7．某些晶体沿着一定方向受到外力作用时，内部会产生极化现象，同时在某两个表面上产生大小相等符号相反的电荷；当外力去掉后，又恢复到不带电状态；当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变：晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象叫―正压电效应―。反之，如对晶体施加电场，晶体将在一定方向上产生机械变形；当外加电场撤去后，该变形也随之消失。这种现象称为―逆压电效应―，也称作电致伸缩效应。

8．超声波探伤作为无损探伤的主要手段，在工业检测中应用十分广泛，常用的超声波探伤方法有共振法、―穿透法(透射法)―和脉冲反射法等。

9．电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这一现象叫做电阻丝的应变效应

二、选择题：选择正确的答案，将其对应的字母填入横线处。(每空2分，共26分)1．声波在介质中传播的速度称为声速。对于不同波型的超声波，其传播速度――

A．不同B．相同

C成线性关系D．纵波的声速约是横波的一半

2．_______是测试系统的第一个环节，将被测系统或过程中需要观测的信息转化为人们所熟悉的各种信号。

A敏感元件B．转换元件C传感器D．被测量

3．当超声波在一种介质中传播到界面或遇到另一种介质时，若其方向不垂直于界面，将产生声波的反射、折剔、及――现象。A．表面波B．兰姆波

C驻波D波型转换

4．利用―E―制成的光电举件有光敏二极管、光敏三极管和光电池等：利用―F―可制成半导体光敏电阻；利用―B―制成的光电铝件有真空光电管、充气光电管和光电倍增管。

A压电效应B．外光电效应C磁电效应D．声光效应E．光生伏特效应F．光电导效应

5．为了消除应变片的温度误差，可采用的温度补偿措施包括：――、――和A．双丝自补偿法B．温度补偿法C单丝自补偿法D．电流补偿法E．电压补偿法F．桥路补偿法

6．如图所示的结构由线圈、铁芯、衔铁三部分组成。线圈套在铁芯上，在铁芯与衔铁之间有一个空气隙，空气隙厚度为s。传感器的运动部分与衔铁相连。当外部作用力作用在传感器的运动部分时，衔铁将会运动而产生位移，使空气隙J发生变化。这种结构可作为传感器用于――。

A．静态测量

B．静态测量和动态测量C动态测量

D．既不能用于静态测量，也不能用于动态测量

7．零位误差是评定差动变压器性能的重要指标之一，产生零位误差的原因主要有两个：一是由于次级绕组两线圈电气参数和几何尺寸不对称，致使产生的感应电动势幅值不等，相位不同。这种情况下，不管怎样调整衔铁位置也不能使零位输出电压调到零；二是由于――・

A电源幅值及频率的不稳定B磁性材料磁化曲线的非线性

C温度变化引起线圈的铜电阻值的变化，从而引起激磁电流和输出电流的变化

D骨架材料高频损耗小，温度膨胀系数小

8．为了满足测试的需要，应对传感器的灵敏度、线性度、信噪比、滞后、漂移、――、――和负载效应等技术性能提出基本要求。A重复性B．体积C温度性能D．抗震性E．动态性能F．质量

三、问答题(48分)

1．什么是传感器的静特性?(6分)

答：传感器的静特性是指传感器在输入量的各个值处于稳定状态时的输出与输人关系，即当输入量是常量或变化极慢时，输出与输入的关系。2．为什么用应变片测量时必须采用温度补偿措施?(6分)

答：粘贴到试件上的电阻应变片，除感受机械应变而产生电阻相对变化外，在环境温度变化时，也会引起电阻的相对变化，产生虚假应变，因此需采用温度补偿措施。

3．按照工作原理分类和按照输入量(即被测量)分类是传感器最常用的分类方法，这两种分类方法各有何优点?(8分)

答：按照工作原理分类对于学习研究传感器原理较为有利，按照输入量(即被测量)分类便于实际使用者选用传感器。

4．用涡流传感器测量金属板厚度时是否需要恒温，为什么?(10分)

答：导体的电阻率卢随温度变化，在较小的温度范围内导体的电阻率\与温度关系为线性关系，在其他条件不变的情况下，导体电阻率的改变可导致涡流传感器输出信号的变化，引起测量误差，所以用涡流传感器测量金属板厚度时需要恒温。

5．如图所示是带有等位环的乎板电容器结构原理图，请介绍等位环的作用。(8分)答：使电极2的边缘电力线平直，两电极间的电场基本均匀，消除和减小边缘效应，

提高电容传感器的灵敏度和线性度。

6．只要磁通量发生变化，就有感应电动势产生，说出三种产生感应电动势的方法?(10分)

答：

(1)线圈与磁场发生相对运动；(2)磁路中磁阻变化；(3)恒定磁场中线圈面积变化。

6．只要磁通量发生变化，就有感应电动势产生，请说出三种产生感应电动势的方法。(10分)

答：

(1)线圈与磁场发生相对运动；(2)磁路中磁阻变化；(3)恒定磁场中线圈面积变化。

试卷代号：1107

中央广播电视大学20XX年-20XX年学年度第二学期“开放本科”期末考试机械专业传感器与测试技术试题一、填空题（每空2分，共30分）20XX年7月

1．将栅距相同的两块光栅的刻线面相对重叠在一起，并且使二者栅线有很小的交角口，这样就可以看到在近似垂直栅线方向上出现明暗相间的条纹，称为___莫尔条纹___。这些条纹是基于光的干涉效应产生的。

2．光敏元件在无光照时，两端加电压后产生的电流称为__暗电流__

3．激光器的种类很多，根据工作物质不同，可以分为固体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器等。

4．屏蔽是常用的抗干扰技术，可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和____电磁______屏蔽。5．光电式编码器由光源、光学系统、码盘、光电接收元件、处理电路等组成。

6．由不同波源发出的频率相同、振动方向相同、相位相同或相位差恒定的两个波在空间相遇时，某些点振动始终加强，某些点振动始终减弱或消失，这种现象称为干涉现象。7．对霍尔元件可采用恒流驱动或恒压驱动，恒流线性度高，精度高，受温度影响小；恒压电路简单，但性能较差，随着磁感应强度增加，线性变坏，仅用于精度要求不太高的场合。

8．为使测试工作正常进行，必须采用抗干扰技术抑制电路中的噪声，常见的方法有屏蔽、接地和滤波等。

9．涡流的大小与导体的电阻率ρ、导磁率μ、导体厚度t，以及线圈与导体之间的距离x、线圈的激磁频率ω等参数有关。同时改变x，ρ和μ，可以对导体进行探伤；改变导体的电阻率ρ，可以做成测量表面温度、检测材质的传感器；改变导体的导磁率μ，可以做成测量应力、硬度的传感器；改变__线圈和导体之间的距离x，可以做成测量位移、厚度、振动的传感器。

10．由于受到电阻丝直径的限制，绕线式电位计分辨力不高。二、选择题：选择正确的答案，将其对应的字母填入横线处（每空2分，共22分）

1．将电容量转换成电量的电路称作电容式传感器的转换电路，它们的种类很多，目前较常采用的有__D__、调频电路、脉冲调宽电路和运算放大器式电路等。A.滤波电路B．差动电路C．屏蔽电路D．电桥电路

2．传感器的动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。动态特性好的传感器，B。

A．其测量的绝对误差与仪表的满量程之比小

B．其输出量随时间变化的曲线与被测量随时间变化的曲线一致或者相近C．其输出量中与被测输入量无关的变化小

D．其动态数学模型可以用线性常系数微分方程来表示

3．当声波传播至两介质的分界面时，一部分能量返回原介质，称为反射波；另一部分能量透过介质面，到另一介质内继续传播，称为C。A．驻波B．兰姆波C．折射波D．波型转换

4．为了消除应变片的温度误差，可采用的温度补偿措施包括：_A__C_和FA．双丝自补偿法B．温度补偿法C．单丝自补偿法D．电流补偿法E．电压补偿法F．桥路补偿法

5．超声波的频率高(可达109Hz)，因而_____B____，绕射现象小，方向性好，能够成为射线而定向传播。

A.速度快B．波长短C．波长长D．速度慢

6．在相同的电压和相同幅值的光强度下，当入射光以不同的正弦交变频率调制时，光敏元件输出的光电流I和灵敏度S随调制频率f变化的关系：I=f1(