测试技术综合试题三.doc

综合试题三一、单项选择题 (本大题共10小题，每小题2分，共20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、在整个测量过程中，如果影响和决定误差大小的全部因素(条件)始终保持不变，对同一被测量进行多次重复测量，这样的测量称为 ( )。A 组合测量 B 静态测量 C 等精度测量 D 零位式测量2、属于传感器动态特性指标的是 ( )。A 重复性 B 固有频率 C 灵敏度 D 漂移3、在金属箔式应变片差动单桥测力实验中不需要的实验设备是 ( )。A 直流稳压电源 B 低通滤波器 C 差动放大器 D 电压表4、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 输人电荷 B 反馈电容 C 电缆电容 D 放大倍数5、下列光电器件中，基于光电导效应工作的是 ( )。A 光电管 B 光敏电阻 C 光电倍增管 D 光电池6、构成CCD的基本单元是 ( ) 。A. P型硅 B. PN结 C 光敏二极管 D MOS 电容器7、下列关于微波传感器的说法中正确的是 ( )。A 不能用普通电子管与晶体管构成微波振荡器B 不能用特殊结构的天线发射微波C 用电流-电压特性呈线性的电子元件做探测微波的敏感探头D 分为反射式、遮断式和绕射式三类8、对于工业上用的红外线气体分析仪，下面说法中错误的是 ( )。A 参比气室内可装N, B 设置滤波气室是为了消除干扰气体的影响C 测量气室内装被分析气体D 参比气室中的气体要吸收红外线9、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1111，则该码盘转动的角度可能会是 ( )。A. 60 B. 90 C.180 D. 27010、用热电阻测温时，热电阻在电桥中来用三线制接法的目的是 ( )A 接线方便B 减小引线电阻变化产生的测量误差C 减小桥路中其他电阻对热电阻的影响D 减小桥路中电源对热电阻的影响1. C 2. B 3. B 4. A 5. B 6. D 7. A 8. D 9. C 10. B二、简答题(本大题共5 小题，每小题6 分，共30 分) 1、试述传感器的定义、共性及组成。答：（1）传感器的定义：能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；（2）传感器的共性：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)转换为电量 (电压、电流、电容、电阻等)；（3）传感器的组成:传感器主要由敏感元件和转换元件组成。2、简述变极距型电容传感器的工作原理(要求给出必要的公式推导过程)。答：当传感器的er和S为常数，初始极距为d0时，其初始电容量C0为 （1）若电容器极板间距离由初始值d0缩小了DC，则有 （2） 由（2）式可知，传感器的输出时非线性的。 若时，则（2）式可简化，此时C与Dd近似呈线性关系。所以，在Dd/d0很小时，变极距型电容式传感器的输出（电容）与输入（位移）有近似的线性关系。3、什么是霍尔效应? 为什么说只有半导体材料才适于制造霍尔片？答：当置于磁场中的静止载流导体中的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应。霍尔常数RH等于霍尔片材料的电阻率与电子迁移率的乘积，即。若想增强霍尔效应，则需要有较大的霍尔系数RH，因此要求霍尔片材料有较大的电阻率和载流子迁移率。一般金属材料载流子迁移率很高，但电阻率很小；而绝缘材料电阻率极高，但载流子移率极低，故只有半导体材料才适于制造霍尔片。4、简述光纤传感器的组成和工作原理。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。5、透射式光栅传感器的莫尔条纹是怎样产生的？条纹间距、栅距和夹角的关系是什么？答：（1）把两块栅距相等的光栅（光栅1、光栅2）叠合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线之间形成一个很小的夹角，这样就可以看到在出现明暗相间的条纹，这些条纹叫莫尔条纹。在d-d线上，积最大，形成条纹的亮带，它是由一系列四棱形图案构成的;在f-f线上，两块光栅线错开，形成条纹的暗带。它是由一些黑色叉线图案组成的。因此莫尔条纹的组成是由两块光栅的遮光和透光效应形成的。（2）莫尔条纹间距BH与两光栅线纹夹角q之间的关系为 三、分析计算题(本大题共3小题，每小题10分，共30分) 1、当被测介质温度为t1，测温传感器示值温度为t2时，有下列方程式成立当被测介质温度从25C突然变化到300C时，测温传感器时间常数t0=120s，试确定经过480s后的动态误差。答：把输入看作是0275C的阶跃输入信号，则 输入信号的拉普拉斯变换为又因为，即所以 对上式进行拉氏反变换后得 所以动态误差为2、电阻应变片阻值为120W，灵敏系数K=2，沿纵向粘贴于直径为0.05m的圆形钢柱表面，钢材的弹性模量E=2xlO11N/m2, m=0.3。试求：（1）钢柱受9.8x104N拉力作用时，应变片电阻的变化量DR和相对变化量DR/R。（2）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？答：（1）因为，且所以 （2）4、己知分度号为S的热电偶冷端温度为t0=20C，现测得热电动势为11.710mV，求被测温度为多少度? (E(20，0)=0.113mV，该型热电偶的分度表见表5答：因为所以 由分度表查得E(1180C,0C)=11.707mV, E(1190C,0C)=11.827mV由插值法得四、综合设计分析题 (本大题共20分) 若需要用差动变压器式加速度传感来测量某测试平台振动的加速度，请你:（1）设计出该测量系统的框图，并作必要的标注或说明；（2）画出你所选用的差动变压器式加速度传感器的原理图，并简述其基本工作原理；（3）给出差动变压器式加速度的测量电路图，并从工作原理上详细阐明它是如何实现既能测量加速度大小，又能辨别加速度方向的。答：（1）测试平台振动加速度的测量系统框图如图题4.1所示图题4.1 测试平台振动加速度的测量系统框图(2)差动变压器式加速度传感器的原理如图题4.2所示。图题4.2 差动变压器式加速度传感器的原理图(3)差动变压器式加速度的测量电路图为了达到能辨别移动方向和消除零点残余电压的目的，实际测量时，常常采用差动整流电路或相敏检波电路。方法一：差动整流电路把差动变压器的两个二次输出电压分别整流，然后将整流的电压或电流的差值作为输出。全波电压输出的差动整流电路如图题4.3 。图题4.3 差动整流电路原理图从电路图可知，不论两个二次绕组的输出瞬时电压极性如何，流经电容C1的电流方向总是从2到4，流经电容C2的电流方向总是从6到8，故整流电路的输出电压为当衔铁在零位时，因为所以；当衔铁在零位以上时，因为，则；而当衔铁在零位以下时，有，则。所以则有效值的大小反映了位移的大小，从而可以反求加速度的大小；的正负表示衔铁位移的方向，即振动的加速度方向。方法二：相敏检波电路电路如图题4.4a所示。输入信号u2(差动变压器式传感器输出的调幅波电压)。通过变压器T1加到环形电桥的一个对角线上。参考信号us通过变压器T2加到环形电桥的另一个对角线上。输出信号uo从变压器T1与T2的中心抽头引出。图题4.4 相敏检波电路平衡电阻R起限流作用，以避免二极管导通时变压器T2的二次电流过大。RL为负载电阻。us的幅值要远大于输入信号u2的幅值，以便有效控制四个二极管的导通状态，且us和差动变压器式传感器的励磁电压u1由同一振荡器供电，保证二者同频同相 (或反相)。根据变压器的工作原理，考虑到O、M分别为变压器T1、T2的中心抽头，则： 采用电路分析的基本方法，可求得图题4.4b所示电路的输出电压uo的表达式 当u2与us均为负半周时，二极管VD2、VD3截止，VD1、VD4导通，其等效电路如图题4.4c 所示，输出电压uo的表达式与上式相同。说明只要位移，不论u2与us是正半周还是负半周，负载电阻RL两端得到的电压uo始终为正。当