试题一参考答案.pdf

第 1 页 共 9 页 传感器传感器与自动检测技术与自动检测技术 仿真仿真试试题题一一参考答案参考答案 试卷一 一 单项选择题 本大题共一 单项选择题 本大题共 1010 小题 每小题小题 每小题 2 2 分 共分 共 2020 分 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 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 B 2 C 3 A 4 C 5 A 6 D 7 A 8 B 9 C 10 B 二 简答题 本大题共二 简答题 本大题共 5 5 小题 每小题小题 每小题 6 6 分 共分 共 3030 分 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 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 0 初始电感均为 0 L 且 0 00 2 0 2 AW L 当衔铁向上移动 时 则 2 0 00 2 101 AW LLL 2 0 00 2 202 AW LLL 2121 LLLLL 2 0 0 0 0 00 2 0 00 2 1 1 2 2 2 L AWAW 第 2 页 共 9 页 当 0 时 0 0 2 LL 灵敏度为 0 0 2 LL K 由此可见 与单极式相比 其灵敏度提高了一倍 单极式为 0 0 LL K 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UH 0 位移 Z Z 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0B 0 zKIBKU HH 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UH与位移量 Z Z 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 5mm 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 一部分反射回光密介质 SNNS z z z 霍尔元件 第 3 页 共 9 页 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 主光栅 又称标尺光栅 均匀地刻划有 透光和不透光的线条 指示光栅 刻有与主光栅同样刻线密度的条纹 光路系统 包括光源和透镜 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 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 本大题共三 分析计算题 本大题共 3 3 小题 每小题小题 每小题 1010 分 共分 共 3030 分 分 注意 自动化 电气专业的学生第 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t之间的关系为 1 0 tRRt 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 0 R和铜电阻的电阻温度系数 Cti 20 0 30 0 40 0 50 0 ti r 76 5 80 0 82 5 85 0 解 误差方程 iiti vtrr 1 0 4 3 2 1 i 令 01 rx 02 rx 2 c i i n0 n2 n1 纤芯 包层 第 4 页 共 9 页 系数矩阵 0 501 0 401 0 301 0 201 A 直接测得值矩阵 0 85 5 82 0 80 5 76 L 被测量估计矩阵 2 1 x x X 由最小二乘法 LAXAA 则 5400140 1404 0 501 0 401 0 301 0 201 0 500 400 300 20 1111 AA 11480 324 0 85 5 82 0 80 5 76 0 500 400 300 20 1111 LA 02000 A A 4140 1405400 2000 11 2221 12111 AA AA AA AA 28 0 2 71 11480 324 4140 1405400 2000 1 1 LAAAX 2 71 10 xr 1093 3 2 71 28 0 3 0 2 C r x 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 第 5 页 共 9 页 行 程 输入压力 105Pa 输出电压 mV 正行程 2 0 190 9 191 1 191 3 4 0 382 8 383 2 383 5 6 0 575 8 576 1 576 6 8 0 769 4 769 8 770 4 10 0 963 9 964 6 965 2 反行程 10 0 964 4 965 1 965 7 8 0 770 6 771 0 771 4 6 0 577 3 577 4 578 4 4 0 384 1 384 2 384 7 2 0 191 6 191 6 192 0 解 迟滞误差 迟滞误差 100 2 1 max FS H y H A 第一次测量 由所给数据可得 5 1 max H 4 964 FS y 08 0 100 4 964 5 1 2 1 100 2 1 max 1 FS H y H B 第二次测量 由所给数据可得 3 1 max H 1 965 FS y 07 0 100 1 965 3 1 2 1 100 2 1 max 2 FS H y H C 第三次测量 由所给数据可得 8 1 max H 7 965 FS y 09 0 100 7 965 8 1 2 1 100 2 1 max 3 FS H y H 第 6 页 共 9 页 重复性误差 由所给数据可得 正行程 3 1 max1 R 反行程 3 1 max2 R 3 1 max max2max1max RRR 又 7 965 FS y 重复性误差 13 0 100 7 965 3 1 100 max FS R y R 3 电阻应变片阻值为 120 灵敏系数2 K 沿纵向粘贴于直径为 m05 0的圆形钢柱表面 钢材的弹性模量 211 102mNE 3 0 1 求钢柱受N 4 108 9 拉力作用时应变片电阻的变化量R 和相对变 化量 R 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 1 SE F K R R xx 且 06 0 05 0120 05 0 05 0 102 2 05 0 14 3 108 92 11 4 2 x x RR Er F K R R 2 015 0 05 03 0 xy y y R R 第 7 页 共 9 页 4 已知分度号为 S 的热电偶冷端温度为 t0 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 温度 0 20 40 60 70 80 90 热电动势 mv 1100 10 754 10 991 11 229 11 467 11 587 11 707 11 827 解 E t t0 11 710 E t 0 E t t0 E t0 0 11 710 E t 0 E 20 0 E t 0 0 113 所以 E t 0 11 823mV 查表 E 1180 0 11 707mV E 1190 0 11 827mV 所以 ML MLHL HL E E t t tt E E 1180 11 823 11 707 11 827 11 823 10 1470 试卷二 综合设计分析综合设计分析题 本大题共题 本大题共 2020 分 分 如图为二极管环形检波测量电路 1 C和 2 C为差动式电容传感器 3 C 为滤波电容 L R为负载电阻 0 R为限流电阻 P U为正弦波信号源 设 L R 很大 并且 13 CC 23 CC 1 试分析此电路工作原理 2 画出输出端电压 AB U在 212121 CCCCCC 三种情况下波 形 3 推导 21 CCfUAB 的数学表达式 第 8 页 共 9 页 解 1 工作原理 p U为交流信号源 在正 负半周内电流的流程如下 正半周 点点点 点 点 点 BREDCF IBARCDCF L 032 1311 负半周 点点点 点 点 点 FCDERB IFCDARCB L 140 2223 由以上分析可知 在一个周期内 流经负载 L R的电流 1 I与 1 C有关 2 I与 2 C有关 因此每个周期内流过负载电流是 21 II 的平均值 并随 1 C和 2 C 而变化 输出电压 AB U可以反映 1 C和 2 C的大小 2 输出端电压 AB U在 212121 CCCCCC 三