2008传感器原理BB答案.doc

裁剪框学院_ 系_ 班级_ 学号_ 姓名_-装-订-线-第 1 页扬州大学试题纸( 2008 2009 学年第 一 学期) 广陵 学院 机械0601、3 班(年)级课程 传感器原理及应用 (A )卷题目一二三四五总分得分一、名词解释（20分，每题4分）1. 动态模型 在准动态信号或动态信号（输入信号随时间而变化）作用下，描述传感器输出量和输入量间关系的一种函数，通常称为响应特性。2. 灵敏系数 在稳态下传感器输出的变化量y与引起此变化量的输入变化量x的比值。3. 横向效应 应变片既受轴向应变影响又受横向应变影响而引起电阻变化的现象称为横向效应。4. 电涡流 金属导体放置在磁场中，当通过金属导体的磁通发生变化时，导体内就会产生感应电流，这种电流在导体中是自行闭合的，就像水中旋涡那样在导体内转圈，故称之为电涡流5.传感器系统的组成 答：传感器一般由敏感元件、转换元件和基本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物理量。转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。 裁剪框第2页二、简答题（20分，每题5分）1. 何谓直流电桥？若按桥臂工作方式不同，可分为哪几种?各自的输出电压及电桥灵敏度如何计算?答：4个电阻连接成环形，采用直流电源作为4臂电桥的工作电源就成为直流电桥。有单臂、半桥和全桥三种。输出电压分别为：灵敏度分别为：E/4单臂 E/2半桥 E全桥2. 如果要测量加速度可以选用哪些传感器？比较各种不同传感器转换原理的异同。 答：1）应变式传感器：将被测加速度转变为应变梁上质量块的惯性力，利用应变片测出该力，从而求得加速度。（3分） 2）电容式传感器：两极板间有一个用弹簧支撑的质量块m，质量块的两端面经抛光后作为动极板，当有加速度时，由于m的惯性作用，使其相对固定电极产生位移，将被测加速度转变为动极板的位移，求出电容变化即可求得加速度。（3分） 3）差动变压器；将衔铁与被测振动体相连。当被测体带动衔铁以加速度a运动时，差动变压器的衔铁被带着一起振动，相应的输出电压也按相同的规律变化。（3分） 都是将加速度转换为各种传感器敏感量的变化，但转换原理不同。（1分） 3. 光敏二极管和光敏三极管在结构上与普通的二极管和三极管有何异同?它们有哪些主要特性? 答：光敏二极管在结构上与普通的二极管基本相同，只不过光敏二极管管壳的顶部是透镜制成的玻璃窗口，PN结就装在管的顶部，以便接受集中光照。光敏二极管在电路中通常处于反向偏置状态。（3分） 光敏三极管在结构上与普通的三极管也很相似，都有两个PN结，只不过光敏三极管管壳的顶部是透镜制成的玻璃窗口，光线通过透明窗口照射集电结，且基极一般不接引线。（3分） 光敏晶体管的主要特性：（1）光谱特性，（2）伏安特性，（3）光照特性，（4）温度特性，（5）频率特性等。（写出三个以上得3分，三个以下的每个得1分） 4. 画图说明直流电桥与交流电桥调平方法的区别。 答：直流电桥调节平衡只需要电阻平衡即：当电桥平衡时,U0=0，所以:R1 R4 = R2 R3交流电桥平衡需要阻抗平衡，阻抗实部和虚部分别相等。如果表示如下Z1= r1+jx1 = z1exp(j1) Z2= r2+jx2 = z2exp(j2) Z3= r3+jx3 = z3exp(j3) Z4= r4+jx4 = z4exp(j4)则，也就是(r1+jx1)( r4+jx4)=( r2+jx2)( r3+jx3) 1+ 4= 2+ 3或：r1r4-r2r3=x1x4-x2x3 (实部) r1x4+r4x1=r2x3+r3x2 (虚部)三、选择题：1石英晶体的压电系数比压电陶瓷(PZT)的（ C ）A大得多 B相近 C小得多 D. 不好比2金属电阻应变片的电阻相对变化主要是由于电阻丝的（ A ）变化产生的。A尺寸 B电阻率 C.自由电子数 D.核外电子数3压电式振动传感器输出电压信号与输入振动的（ C ）成正比。A位移 B速度 C加速度 D.频率4可变磁阻式电感传感器，当线圈匝数N及铁芯截面积A0确定后，原始气隙0越小，则电感L（ B ） A越小 B越大 C不变 D.不能确定5由几个频率不同的正弦信号合成的周期信号，合成信号的周期是（ A ）A各信号周期的最小公倍数 B各信号周期的最大公约数 C各信号周期的平均值 D. 各信号周期的和6电涡流传感器是利用被测（ A ）的电涡流效应。A金属导电材料 B非金属材料 C半导体 D.绝缘材料7为消除压电传感器联接电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响，可采用（ B ）A电压放大器 B电荷放大器 C相敏检波器 D.功率放大器8磁电式绝对振动速度传感器的动态数学模型是（ B ）A一阶环节 B二阶环节 C比例环节 D.高阶环节裁剪框第 3 页9压电式加速度计，其压电片并联提高（ B ）A电压灵敏度 B电荷灵敏度 C电压和电荷灵敏度 D.灵敏度无影响10调频式涡流传感器的解调电路是（ C ）A电荷放大器 B相敏检波器 C鉴频器 D.鉴相器11压电式传感器适合测量（ C ） A缓变信号 B.静态信号 C.动态信号 D.直流信号12压电式加速度传感器的工作频率应（ C ）其固有频率。A远高于 B等于 C远低于 D.不低于13下列传感器，不能用于非接触测量的是（ D ） A磁阻式传感器 B.涡流传感器 C.电容式传感器 D.半导体应变片14霍尔传感器的原理是基于（ C ） A压阻效应 B.磁阻效应 C.霍尔效应 D.压电效应15下列传感器，可以用于非接触测量的是（ B ）A. 电阻丝应变片 B. 涡流传感器 C. 压电式传感器 D. 半导体应变片16涡流传感器采用的测量电路为调频电路时，解调电路是（ C ）A电荷放大器 B相敏检波器 C鉴频器 D.电压放大器17非线性表示定度曲线的（ D ）A接近真值的程度 B 随温度变化的程度C正反行程不重合的程度 D. 偏离其拟合直线的程度18测量装置的传递函数是装置动态特性在（ C ）中的描述。A幅值域 B频域 C复频域 D.时域19为满足不失真测试，一阶系统的时间常数（ B ）A越大越好 B.越小越好 C.不要太大 D.不要太小20测试装置传递函数H(s)的分母决定于（ C ）A输入量x(t) B输入点的位置 C装置结构 D.输出量y(t)四、计算题 (40分，每题10分)1. 有一变极距型电容传感器，两极板的重合面积为8 cm2，两极板间的距离为1 mm，已知空气的相对介电常数为1.0006，试计算该传感器的位移灵敏度。 解：2. 采用阻值R =120、灵敏度系数K =2.0的金属电阻应变片与阻值R=120的固定电阻组成电桥，供桥电压为10V。当应变片应变为1000时，若要使输出电压大于10mV，则可采用何种工作方式（设输出阻抗为无穷大）？ 解：电阻相对变化为： 单臂电桥的输出电压：（2分） 半桥差动的输出电压：；（2分） 全桥差动的输出电压：；（2分） 所以要采用全桥差动的工作方式。（2分） 3. 若一个霍尔器件的SH4mVmAKGs，控制电流I3mA，将它置于1Gs5Gs 变化的磁场中，它输出的霍尔电势范围多大?解：SH4mVmAKGs4V/mAGs(4分)霍尔电势为(1Gs5Gs )3mA4V/mAGs（6分） =12-60 V4. 测得某检测装置的一组输入输出数据如下： Y 0.9 2.5 3.3 4.5 5.7 6.7 X 1.1 1.6 2.6 3.2 4.0 5.0 试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度； 解：先画出散点图，可见测得的数据接近 ，因此拟合函数为