【最新2014】中央电大传感器与测试技术复习考试试题及答案资料小抄汇总可编辑版

试卷代号1107中央广播电视大学第一学期“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1012MM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，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20022003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2003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，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J1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X。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Y，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式中极板间介质的介电常数S极板的遮盖面积；一极板间的距离。当被测量的变化使式中的、S或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0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853PSD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DBF/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20032004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2004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20032004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）2004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、导磁率、导体厚度T，以及线圈与导体之间的距离X、线圈的激磁频率等参数有关。同时改变X，和，可以对导体进行探伤；改变导体的电阻率，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，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IF1F、SF2F称为_A_。A频率特性B光照特性C光谱特性D伏安特性7粘贴应变片做好准备工作后要进行的工作是_A_。A涂胶一贴片一复查一接线一防护B涂胶一接线一复查贴片防护C涂胶一防护一贴片一复查一接线D涂胶一接线一贴片复查防护8当光敏元件加一定电压时，光电流I与光敏元件上光照度E之间的关系，称为B。A温度特性B光照特性C光谱特性D伏安特性9压电材料开始压电特性时的温度叫_D_。A压电系数B弹性系数C机电耦合系数D居里点三、问答题（48分）1为什么用应变片测量时必须采用温度补偿措施（8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，因此采用温度补偿措施2如何用磁电式传感器（8分）答当传感器结构参数和磁场的磁感应强度确定后，磁电式传感器的感应电动势E与线圈相对磁场的运动速度V或成正比，可通过磁电式传感器感应电动势E求得线速度和角速度，再对测得的速度进行积分或微分就可求出位移和加速度。3什么是传感器画出其组成框图并介绍各环节的功能。（10分）答传感器是一种以一定的精确度把被测量转换成与之有确定关系的、便于精确处理的另外一种量的测量装置或系统。传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。敏感元件直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一种量；转换元件把敏感元件的输出量转换成电路参量电阻、电容、电感）；转换电路将转换元件输出的电参数转换成电量输出。传感器组成框图4粘贴到试件上的电阻应变片，环境温度变化会引起电阻的相对变化，产生虚假应变，这种现象称为温度效应，简述产生这种现象的原因。LO分答环境温度变化时，由于敏感栅材料的电阻温度系数的存在，引起应变片电阻相对变化；环境温度变化时，敏感栅材料和试件材料的膨胀系数不同，应变片产生附加的拉长（或压缩），引起电阻的相对变化。5画出直流电桥和交流电桥原理图，并分别写出电桥平衡条件。12分答直流电桥的平衡条件是R1R3R2R4试卷代号1107中央广播电视大学20042005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一、填空题（每空2分，共26分）2005年1月1光照射在物体上可以看成一连串具有一定能量的光子轰击这些物体，一个光子的能量只能给一个电子，因此电子增加的能量为HV。电子获得能量后释放出来，参加导电。这种物体吸收光的能量后产生电效应的现象叫做光电效应。2为了使光电器件能很好工作，需要选择合适的光源。常用的光源有发光二极管、钨丝灯泡、电弧灯和石英灯、激光等。3边缘效应不仅使电容传感器的_灵敏度_降低，而且产生非线性，因此应尽量消除或减小边缘效应。4测试系统在通常情况下受到的干扰有机械干扰、光干扰、温度干扰、湿度干扰和电磁干扰。5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。6差动电感式传感器与单线圈电感式传感器相比，线性_好_、灵敏度提高_一倍、测量精度高。7差动变压器是互感式电感传感器，它可以将被测量的变化转换为_互感系数_变化。8从原理上看，容栅传感器是一种变_面积_型电容传感器，容栅传感器分为长容栅和圆容栅，用于测量线位移和线速度。9磁栅式传感器由_磁栅、磁头_和检测电路组成，其中_磁栅_是检测位置的基准尺。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28分）1金属应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏系数_A_。A小B大C相等2码盘式传感器是建立在编码器的基础上的，它能够将角度转换为数字编码，是一种数字式的传感器。码盘按结构可以分为接触式、A和_C_三种。A光电式B磁电式C电磁式D感应同步器3在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面，向外发射的现象叫_A_。A外光电效应B压电效应C磁电效应D声光效应4当光栅付中任一光栅沿垂直于刻线方向移动时，莫尔条纹就会沿近似_B_的方向运动。当光栅改变运动方向时，莫尔条纹也随之改变运动方向，两者具有相对应的关系。A平行于光栅移动B垂直于光栅移动C与光栅移动方向成45。角D与光栅移动方向成135。角5应变片的选择包括类型的选择、材料的选用、C和D等。A测量范围的选择B电源的选择C阻值的选择D尺寸的选择E精度的选择F结构的选择6应变片绝缘电阻是指已粘贴的应变片的_B_之间的电阻值。A覆盖片与被测试件B引线与被测试件C基片与被测试件D敏感栅与被测试件7当声波传播至两介质的分界面，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8设在S有一静止声源，发出一频率为FS的超声波，在介质中的传播速度为C，波长为A。那么当接收点O与发射点S和介质都处于静止状态时，接收点收到的频率将_A_；如果接收点以速度V0与声波传播方向同向运动，接收点所收到的频率_B_；如果接收点以速度V0与声波传播方向逆向运动，接收点所收到的频率_C_。AFSBFSD与FS无关，9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、_A_、_E_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（46分）1电容传感器分为变间距型、变面积型和变介电常数型三种形式，比较这三种传感器测位移时的量程、灵敏度、线性度。（5分）答变间距型电容传感器的量程小，灵敏度高，输入被测量与输出电容之间的关系为非线性变面积型和变介电常数型量程大，灵敏度低，传感器的输入被测量与输出电容之间的关系为线性。2由安培定律可知，在载流导体周围会产生一正比于该电流的磁场，霍尔钳形电流表的探头是用环形铁芯做集束器，霍尔器件放在空隙中间，如图所示。试介绍霍尔钳形电流表的工作原理。（10分）答由安培定律可知，在载流导体周围会产生一正比于该电流的磁场，霍尔元件在磁场中产生的霍尔电势UHKHIB。电流表中霍尔元件的灵敏度KH、控制电流I为定值，霍尔元件输出的霍尔电势与磁场成正比，通过对磁场的测量可间接测得电流的大小。3什么是传感器的动特性（5分）答传感器的动特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。4何为传感器的分辨力和阀值（6分）答分辨力是指传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化值。阈值是能使传感器的输出产生可测变化量的最小被测输入量值，即零点附近的分辨力。5如图所示是BYM型压力传感器的结构原理图。弹簧管1的自由端与差动式电感传感器的衔铁2相连，衔铁2位于传感器两差动线圈5和6的中间位置。试介绍其工作原理。答线圈和衔铁构成差动变气隙自感式电感传感器，当压力P发生变化时，弹簧管1的自由端产生位移，使衔铁2产生移动，使两差动线圈5和6的电感值一个增加，一个减少。衔铁位移的大小决定传感器输出信号的大小，衔铁移动的方向决定输出信号的相位，传感器输出信号的大小和相位与两差动线圈电感值的变化、衔铁的位置、压力之间有一个确定的关系，由此可以测得压力的大小。6用涡流传感器测量金属板厚度时需不需要恒温，为什么IO分答导体的电阻率JD随温度变化，在较小的温度范围内导体的电阻率JD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。试卷代号1107中央广播电视大学20042005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26分）2005年7月1光敏元件的两端加一定偏置电压后，在某种光源的特定照度下产生或增加的电流称为_光电流_2当有电流流过存在温度梯度的导体时，导体吸收或放出热量（取决于电流相对温度梯度的方向），这种现象叫做_汤姆逊效应_。3大气压力一般在960HPA1060HPA范围内变化，要测量其精确值，选用的传感器的测量范围应为_960HPA1060HPA稍大于此范围也可_，量程应为_L00HPA_4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IFIF、SF2F称为_频率特性_5磁栅式传感器由磁栅、磁头和检测电路组成，其中_磁栅_是检测位置的基准尺。6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。7涡流的大小与导体的电阻率P、导磁率U、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W等参数有关。改变_导体的电阻率P_，可以做成测量表面温度、检测材质的传感器；改变_导磁率U_，可以做成测量应力、硬度的传感器；改变_线圈与导体之间的距离X_，可以做成测量位移、厚度、振动的传感器。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34分）1_C_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2传感器的动态标定主要是研究传感器的动态响应，而与动态响应有关的参数，对一阶传感器有_E_；对二阶传感器有_D_和_F_。A上升时间B稳定时间C超调量D阻尼比E时间常数F固有频率3磁头的作用是读取磁栅上的记录信号，按读取信号方式的不同，磁头可分为_C_磁头和_D_磁头。A鉴幅B鉴相C静态D动态4改变电感传感器的引线电缆后，_C_。A不必对整个仪器重新标定B必须对整个仪器重新调零C必须对整个仪器重新标定D不必对整个仪器重新调零5固态压阻式传感器灵敏度高，尺寸小，横向效应也小，滞后和蠕变都小，因此适用于_B_测量。A静态B动态C精确D，随机6螺管型电感传感器按照其工作原理应属于_C_传感器。A差动变压器式B互感式C自感式D涡流式7自感式电感传感器中，_F_灵敏度高，对电路的放大倍数要求低，但非线性严重，制造装配困难；_D_灵敏度较低，但有良好的线性，量程较大，制造装配比较方便，应用较广；_E_的灵敏度更低，但量程大，线性性较好，制造装配方便，批量生产的互换性强，应用越来越多。A磁电型B差动变压器型C涡流型D变面积型E螺管型F变气隙型G变磁通型H恒定磁通型8影响压电式传感器工作性能的因素很多，产生误差的原因主要有_B_、_D_、环境湿度的影响、基座应变的影响和噪声的影响等。A声压的影响B环境温度的影响C静电耦合的影响D横向灵敏度9当声波传播至两介质的分界面，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10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、_A_、_E_、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（40分）1什么是传感器画出其组成框图并介绍各环节的功能。（10分）答传感器是一种以一定的精确度把被测量转换成与之有确定关系的、便于精确处理的另外一种量的测量装置或系统。传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。敏感元件直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一种量；转换元件把敏感元件的输出量转换成电路参量（电阻、电容、电感）；转换电路将转换元件输出的电路参数转换成电量输出。传感器组成框图2何为热电阻式传感器常用的热电阻类型有哪些（10分）答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。热电阻的类型包括铂热电阻、铜热电阻、铟电阻、锰电阻等。3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LD随温度变化，在较小的温度范围内导体的电阻率D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。4如图所示是超声波液位计的原理图，简述其工作原理。（10分）答如图所示是自发自收单换能器方式，换能器安装在最高液位之上的空气或气体中，超声换能器发出的超声脉冲在气体中从换能器传至液面，反射后再从液面返回同一换能器而被接收。如换能器至液面的垂直距离为L，从发到收经过的时间为T，超声波在气体中的传播速度为C，则试卷代号1107中央广播电视大学20052006学年度第一学期“开放本科”期末考试2006年1月一、填空题（每空2分，共28分）1磁电式传感器可用来测量线速度和角速度，对测得的速度进行积分可求出_位移_，微分可求出_加速度_,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，工作时不需要_电源_。2测温方法可分为_接触_法与_非接触_法。3_感应同步器_是利用两个平面绕组的互感系数随两者的相对位置变化而变化的原理，测量线位移和角位移的传感器。可用来测量线位移和角位移。4沿应变片轴向的应变EX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EY也会引起其电阻的相对变化，这种现象称为_横向效应_。5压电材料可分为_压电晶体、_压电陶瓷_、压电半导体和高分子压电材料。6涡流的大小与导体的电阻率P、导磁率U、导体厚度T，以及线圈与导体之间的距离X、线圈的激磁频率叫等参数有关。同时改变X，P和U，可以对导体进行探伤；改变_导体的电阻率P_，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U_，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。7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_。8两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，另一端温度为T0，则回路中就有电流产生，即回路中存在电动势，这种现象叫做_塞贝克效应_。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28分）1当光敏元件加一定电压时，光电流I与光敏元件上光照度E之间的关系，称为_A_。A光照特性B温度特性C光谱特性D伏安特性2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随调制频率厂变化的关系IF1F、SF2F称为_A_。A频率特性B光照特性C光谱特性D伏安特性3磁头的作用是读取磁栅上记录信号，按读取信号方式的不同，磁头可分为_C_磁头和_D_磁头。A鉴幅B鉴相C静态D动态4利用_E_制成的光电器件有光敏二极管、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_制成的光电器件有真空光电管、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在光的作用下，能够使物体内部产生一定方向的电动势的现象叫_。A声光效应B光生伏特效应C光电导效应D热释电效应6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_F_。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7在检测技术中，很多场合采用的是压电型换能器，发射超声波利用压电材料的_C_，而接收信号则用_D_。A多普勒效应B多普勒频移C逆压电效应D正压电效应8应变片绝缘电阻RM是指已粘贴的应变片的引线与被测试件之间的电阻值，通常要求RM的范围是_B_。A10100M以上B501OOM以上C50LO0K以上D100500M以上三、问答题（44分）1如图所示是电容式差压传感器结构示意图及其转换电路，图中L为玻璃盘，2为镀金层，3为金属膜片，试介绍其工作原理。（10分）答电容式差压传感器由两个玻璃圆盘和一个金属膜片组成。两玻璃圆盘上的凹面上各镀以金作为电容传感器的两个固定电极，夹在两凹圆盘中的膜片则为传感器的可动电极。当两边压力相等时，膜片处在中间位置与左、右固定电极间距相等，转换电路输出U00当P1P2（或P2PL）时，膜片弯向右侧（或左侧），CDBP2（或P2P1）时，膜片弯向右侧（或左侧，CDBCAB（或CABCDB），U0输出与|P1P2|成比例的信号。如图所示结构可用于转速测量,由导磁材料制成的齿轮安装在被测转轴上，与转轴一起旋转。简述其工作原理。答如图所示是一种开磁路变磁通式传感器的结构，齿轮安装在被测转轴上，与转轴一起旋转。当齿轮转动时，每转过一个齿，磁路的磁阻就变化一次，因而磁通量也变化一次，线圈中产生感应电动势，线圈中产生感应电动势的变化频率等于齿轮和转速的乘积，由此可求得转轴的转速。如图所示是带有等位环的平板电容器结构原理图，请介绍等位环的作用。答使电极2的边缘电力线平直，两电极间的电场基本均匀，消除和减少边缘效应，提高电容式传感器的灵敏度和线性度。如图所示是超声波液位计的原理图，简述其工作原理。答如图所示是自发自收单换能器方式，换能器安装在最高液位之上的空气或气体中，超声换能器发出的超声脉冲在气体中从换能器传至液面，反射后再从液面返回同一换能器而被接收。如换能器至液面的垂直距离为L，从发到收经过的时间为T，超声波在气体中的传播速度为C，则L（1/2）CT。如图所示是PSD光学三角法测距系统的工作原理图，光源发出的光经过凸镜L1聚焦后投向待测物体的表面。反射光由透镜L2聚焦到一维PSD上，形成一个光点。令透镜L1与L2间的中心距离为B，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X，求待测距离D的值。答光源发出的光经透镜L1聚焦后投向待侧体的表面，反射光由透镜L2聚焦到一维PSD上，形成一个光点。只要测出PSD的光点位置坐标X的值，即可测出待侧体的距离。若透镜L1与L2间的中心距离为B，透镜L2到PSD表面之间的距离为F，聚焦在PSD表面的光点距离透镜L2中心的距离为X，则根据相似三角形的性质，可得出待测距离D为DBF/X。如何用磁电式传感器测量位移和加速度答当传感器结构参数和磁场的磁感应强度确定后，磁电式传感器的感应电动势E与线圈相对磁场的运动速度V或W成正比，可通过磁电式传感器感应电动势E求得线速度和角速度，再对测得的速度进行积分或微分就可求出位移和加速度。S什么是金属应变片的横向效应答沿应变片轴向的应变X，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X也会引起其电阻的相对变化，这种现象称为横向效应。什么是传感器画出其组成框图并介绍各个环节的功能。答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，以便于精确处理的另外一种量的测量装置或系统。传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。敏感元件直接感受被测量，并输出与被测量构成有确定关系的某一种量；转换元件把敏感元件的输出量转换成电路参量（电阻、电容、电感）；转换电路将转换元件输出的电路参数转换成电量输出。什么是传感器的动态特性答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。什么叫涡流效应答当一块金属导体放置在一变化的磁场小，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中旋涡那样在导体内转囤，所以称之为电涡流或涡流。这种现象就称为涡流效应。T图示是BYM型压力传感器的结构原理图。弹簧管1的自由端与差动式电感传感器衔铁2相连，衔铁2位于传感器两差动线圈5和6的中间位置。试介绍其工作原理。答（1）线圈和衔铁构成差动变气隙自感式电感传感器，当压力P发生变化时，弹簧管1的自由端产生位移，使衔铁2产生移动，使两差动线圈5和6的电感值一个增加，一个减少。（2）衔铁位移的大小决定传感器输出信号的大小，衔铁移动的方向决定输出信号的相位，传感器输出信号的大小和相位与两差动线圈电感值的变化，衔铁的位置、压力之间有一个确定的关系，由此可以测得压力的大小。W无失真检测的条件是什么答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。为什么用应变片测量时必须采用温度补偿措施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，因此采用温度补偿措施Y由安培定律可知，在载流导体周围会产生一正比于该电流的磁场，霍尔钳形电流表的探头是用环形铁芯做集束器，霍尔器件放在空隙中间，如图所示。试介绍霍尔钳形电流表的工作原理。答由安培定律可知，在载流导体周围会产生一正比于该电流的磁场，霍尔元件在磁场中产生的霍尔电势UHKHIB。电流表中霍尔元件的灵敏度KH、控制电流I为定值，霍尔元件输出的霍尔电势与磁场成正比，通过对磁场的测量可间接测得电流的大小。用涡流传感器测量金属板厚度是是否需要恒温，为什么答导体的电阻率随温度变化，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。Z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。传感器与测试技术作业第一次作业1画出测试系统的组成框图，并说明各组成部分的作用。答传感器作为测试系统的第一环节，将被测量转化为人们所熟悉的各种信号，通常传感器将被测量转换成电信号；信号变换部分是对传感器所送出的信号进行加工，如信号的放大、滤波、补偿、校正、模数转换、数模转换等，经过处理使传感器输出的信号便于传输、显示或记录；显示与记录部分将所测信号变为便于人们理解的形式，以供人们观测和分析。2为满足测试需要，对传感器的一般要求有哪些答对传感器的一般要求1）灵敏度高，线性度好；2）输出信号信躁比高，这要求其内噪声低，同时不应引入外噪声；3）滞后、漂移小；4）特性的复显性好，具有互换性；5）动态性能好；6）对测量对象的影响小，即“负载效应”较低。3传感器的动态特性的评价指标有哪些答动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。传感器的动态特性的评价指标有1）时间常数2）上升时间TR3）稳定时间（或响应时间）TW4）超调量4提高传感器性能的方法有哪些答提高传感器性能的方法1）非线性校正2）温度补偿3）零位法、微差法4）闭环技术5）平均技术6）差动技术7）采用屏蔽、隔离与抑制干扰措施5简述应变式电阻传感器的工作原理。答电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这一现象就是电阻丝的应变效应。设有一段长为，截面为，电阻率为的金属丝，根据物理学基本原理可导出的阻为31当它受到轴向力F而被拉伸或压缩时，其、均发生变化，如图31所示，三因素各自的增量DL，DS，D所引起的DR可由多元函数微分推导而得。如取金属丝是半径为的圆形截面，故若金属丝沿长度方向受力而伸长，通常将称为纵向应变，标为。因为它的数值在通常的测量中甚小，故常用106作为单位来表示，称为微应变，标以。例如0001就可以表示为，称为具有1000微应变。金属丝沿其轴向拉长使其径向缩小，二者之间的关系为所以令（34）称为金属丝的灵敏系数，它表示金属丝发生单位轴向应变时所引起的电阻值的相对变化。由式34可知，因应变导致金属电阻值的变化，由两项组成第一项表示由于几何尺寸改变引起的电阻变化；另一项表示单位轴向应变引起电阻率的变化。对于大多数金属电阻丝材料说则有上式表明加载后金属丝电阻相对变化量与轴向应变成正比。6两金属应变片R1R2阻值均为120，灵敏系数K2；两应变片一片手拉，另一片受压，应变均为1000。两者接入直流电桥组成半桥双臂工作电桥，电源电压U5V。求（1）R和R/R；（2）电桥的输出电压U0。答100000017简述压阻式传感器电桥采用恒压源供电和恒流源供电各自的特点。答恒压源供电使电桥输出与U成正比，电桥的输出与电源的大小、精度都有关。同时电桥输出与有关，即与温度有关，而且与温度的关系是非线性的，所以用恒压源供电时，不