检测与传感技术练习题及解答ppt课件

1、传感器 练习题及解答,宋 佳,一、电阻式传感器,1、何为金属的电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？ 解：金属的电阻应变效应是指当应变片的结构尺寸发生变化时，其电阻也发生相应的变化。 将应变片粘贴在各种弹性敏感元件上，当弹性敏感元件感受到外力、位移、加速度等参数作用时，弹性敏感元件产生应变，再通过粘贴在上面的电阻应变片将其转换成电阻的变化。通常，它主要由敏感元件、基底、引线和覆盖层等组成，其核心元件是电阻应变片（敏感元件），主要作用是实现应变电阻的变换。,2、两金属应变片R1和R2阻值均为120，灵敏系数K=2；两应变片一受拉，另一受压，应变均为800。两者接入差动直流电桥，电源电压U=6

2、V。 求：（1）R和R/R；（2）电桥输出电压UO。 已知条件： （1）R1=R2=120， （2）灵敏系数 （3）轴向应变 （4）电源电压U=6V 解：由上述公式可知,3、在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120的金属应变片R1和R2，把这两个应变片接入差动电桥如右图。若钢的泊松系数 0.285，应变片的灵敏系数k2，电桥电源电压U2V，当试件受轴向拉伸时，测得应变片R1 的电阻变化值 ，试求电桥的输出电压U0。 解：有轴向形变和径向形变，是半桥双臂， 所以,4、金属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同？ 解： 金属应变片主要由几何尺寸的形变决定，其电阻率的变化

3、很小，忽略不计；半导体应变片是基于压阻效应，由电阻率的变化决定。,二、电容式传感器作业,1、上图为变介电常数式电容传感器 ，其中 若有 ： （1） （2） （3）并如何设计成差动式？ 解： 并有 所以： 进而可知： 差动式的设计如下：,2、如图，C1与C2是两个差动式传感器的两个电容，A1、A2是电压两个比较器，Ur是参考电压，电源电压为U，设接通电源时，Q为高电平。试作图分析uA、uB、uAB、UF、UG的电压波形图（分C1=C2与C1=C2两种情况） 解：先A高，对C1充电， 当UFUr时翻转，于是A低， C1放电。B与A相反。 图略,3、如右图（1、3为固定极，2为可动极板）所示电容式传

4、感器，其可动极筒外径为9.8mm，定极内径为10mm，上下遮盖长度各为1mm，试求两个电容值？当供电频率为60KHz时，求它们的容抗值？ 解： 容抗值,4如右图（1为固定极，2为可动极板）所示的电容式传感器，极板宽度b4mm，间隙，极板间介质为空气，试求其静态灵敏度。若动极板移动2mm，求其电容变量。 解：,三、电感式传感器,某螺管型差动式自感传感器（如右图，1、4为圆盖，2为磁筒，3为磁心）的结构参数为N800匝，h10mm、t6mm、 2mm（磁心直径）、 10mm（螺管线圈内径），并设 1.30，（1）试求在平衡状态下单个线圈的电感量 =?（2）若将其接入变压器电路，电桥变压器二次侧电源

5、频率为10000Hz，u/20.9V，设电感线圈有效电阻可以忽略，求该传感器的灵敏系数 ？,解:(1),(2)实质为调相电路,总灵敏度：,当铁芯发生位移后：,即,五、热电偶传感器,1、将一灵敏度为0.08mV/的热电偶与电压表相连接，电压表接线端是50，若电位计上读数为60mV，热电偶的热端温度是多少？ 解：冷端温度为50，等效热电势： 0.08mV/*50=4mV； 热端实际热电势为： E（t , to）=E（t , t1）+ E（t1 , to）60464mV， 可以计算出热端实际温度为：64mV/0.08mV/=800 或者：600.08x（T-50）,则T=800,2、欲测量变化迅速的

6、200的温度应选用何种传感器？ 测1500的高温度又应选用何种传感器？ （不考虑测量精度与线性度的要求） 解：测200选择热敏电阻或者薄膜热电偶； 测1500选择铂铑30-铂铑6热电偶。,3、为什么在实际应用中要对热电偶进行冷端补偿？ 解：因为热电偶输出的热电势是相对于冷端温度的相对温度，如果测量热端的绝对温度，则必须要知道冷端的温度，或者冷端的等效热电势是多少。,六、光电式传感器：,1 根据P90，图3.73（b）选择，当光源波长 = 0.8 0.9 m 时宜采用那种光敏晶体管作测量元件？为什么？ 解：选用硅材料做光电器件。根据光谱特性，此处硅相对灵敏度高。,2 试用光敏三极管控制以及直流电

7、磁继电器设计一个电灯控制电路的原理图。 （逻辑：没有光照时，电灯亮）,(a) (b) (c),其中，VO端接电磁继电器，控制电灯。,3、解释CCD势阱的概念，论述CCD的电荷转移过程。 解：从半导体的原理可知,当在金属电极上施加一正电压时，在电场的作用下，电极下面的P型硅区里的空穴将被赶尽，从而在表面附近形成一个带负电荷的耗尽区。也就是说，对带负电的电子而言，这个耗尽区是一个势能很低的区域，成为电子的势阱，简称为“势阱”，这是蓄积电荷的场所。表面势阱的深度，近似地与极板上所加的电压成正比。 电荷转移过程详见课件中t=t1、t=t2、t=t3、t=t4四个时刻的电荷转移过程（略）。,七、霍尔传感

8、器,某霍尔元件l、b、d尺寸分别为1.0cm x 0.35cm x 0.lcm，沿l方向通以电流I=1.0mA，在垂直lb面方向加有均匀磁场B=0.3T，传感器的灵敏度系数为22V/A.T，试求其输出霍尔电动势及载流子浓度。 解：,八、光纤传感器,1、求光纤n0=1、n1=1.46、n2=1.45的NA值，以及最大入射角c=？ 解 ：,2、光纤传感器有哪几种调制方式？ 解：强度调制、相位调制、频率调制 3、光纤的数值孔径NA的物理意义是什么？NA的取值大小有什么作用？ 解：NA= n0sinc，NA值越大，说明最大入射角度越大，入射的光越多（集光能力强）。,4、说明弯头型光纤传感器的工作原理。

9、 解：如图所示 工作过程： 锯齿板受外力作用 产生位移使中间的裸光 纤微弯曲在微弯处使光束以小于临界角的角度入射到界面，会有部分光逸出纤芯而散射入包层，引起光强调制。锯齿板位移较小时，光纤中光强的变化与位移量是呈线性关系的。,九、超声波传感器,1、解释多普勒效应。已知多普勒超声波流量计的发射波频率为5MHz，传感器角度为60度，液体中声速为1500m/S，多普勒频移为6MHz。求流体流速v。 解：在声源和接受器之间存在相对运动的情况下，所接受到的声信号频率与声源频率有差别，即：多普勒效应。,2、比较AE传感器与超声波探伤仪工作原理的异同点。 解：AE传感器原理：金属材料在损伤前会发生微弱超声波，即：AE现象。特点：只收不发； 超声波探伤仪是利用一对探头，一收一发。有伤时，将影响收到的超声波的强度。,3、解释超