西华大学传感器原理与技术B试卷含答案版.doc

（ 2016 至 2017 学年 第_2_学期 ）课程名称： 传感器原理与检测技术 考试时间： 110分钟 课程代码： 150106139 试卷总分： 100 分考试形式： 闭卷 学生自带普通计算器: 不允许 1、 选择题（在每个小题四个备选答案中选出一个正确答案）（本大题共10小题，每小题2分，总计20分）1、分别属于传感器动，静态特性指标的是（D）A.幅频特性，灵敏度 B.阻尼比 ，相频特性 C.相频特性，幅频特性 D.阻尼比，灵敏度2、差动电桥由环境温度变化引起的误差为 （D） A. D BD C. D D.0 3、电容式传感器通常用来测量（ D ）A.压力 B.加速度 C.电场强度 D.位移 4、 当变间隙式电容传感器两极板之间的初始距离d增加时，将会引起传感器的（B）A.灵敏度会增加 B.灵敏度会减少 C.非线性误差增加 D.非线性误差不变 5、差动螺线管式电感传感器配用的测量电路有（C）A.直流电桥 B.变压器式交流电桥 C.差动相敏电路 D.运算放大电路 6、压电式传感器的工作原理是基于（D）应变效应 B.电磁效应 C.光电效应 D.压电效应7、汽车衡所用的测力弹性敏感元件是（ A ）。 A、实心轴 B、弹簧管 C、悬臂梁 D、圆环8、以下四种传感器中，属于四端元件的是 ( A ）。 A、霍尔元件 B、压电晶体 C、应变片 D、热敏电阻9、（ D ）的数值越大,热电偶的输出热电势就越大。 A、热端直径 B、热电极的电导率 C、热端和冷端的温度 D、热端和冷端的温差10、按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（ A ） A.光电式传感器 B电容式传感器 C压电式传感器 D磁电式传感器 二、填空题（本大题共10空，每空1分，总计10分）1. 传感器是 能感受规定的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 传感器通常由直接响应于被测量的 敏感元件 和产生可用信号输出的 转换元件 组成。2. 电容式传感器按其工作原理可分为 变介质型 、 变面积型 、和 变极距型 三种。3. 电阻应变片的温度补偿方法通常有 线路补偿法 和 应变片自补偿法 两大类。4. 按照光纤在传感器中的作用，把光纤传感器系统分为两种类型： 传感型 和 传光型 。3、 判断题（本大题共10小题，共10分）1、 光电式传感器是将光信号转换为正弦信号的传感器。（ ）2、 压电式传感器更适用于静态测量。（ ）3、 在对同一被测量的多次测量过程中，随机误差的变化是可预测的。（ ）4、 气敏传感器是检测气体类别、浓度和成分的传感器。（ ）5、 当光纤的数值孔径最大时，光纤的集光本领也最大。（ ）6、 热电偶回路总电势主要是由温差电势贡献的。（ ）7、 变极距型电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系是线性的。（ ）8、 压电式传感器更适用于静态测量。（ ）9、 变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量减小。（）10、电感式传感器的主要缺点是灵敏度、线性度和测量范围相互制约。（ ）四、简答题（本大题共4小题，共20分）1. 解释压电效应。（5分）答：某些电介质, 当沿着一定方向对其施力而使它变形时, 其内部就产生极化现象, 同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷, 当外力去掉后, 其又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。 当作用力方向改变时, 电荷的极性也随之改变。把这种机械能转为电能的现象, 称为“正压电效应” 。 相反, 当在电介质极化方向施加电场, 这些电介质也会产生变形,外电场撤离，变形也随着消失，这种现象称为“逆压电效应”（电致伸缩效应）。2.2.简述霍尔电动势产生的原理。（5分）答：一块半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场(磁场方向垂直于薄片)中，当有电流I流过时，电子受到洛仑兹力作用而发生偏转。结果在半导体的后端面上电子有所积累。而前端面缺少电子，因此后端面带负电，前端面带正电，在前后端面形成电场，该电场产生的力阻止电子继续偏转，当两力相平衡时，电子积累也平衡，这时在垂直于电流和磁场的方向上将产生电场，相应的电势称为霍尔电势UH。3. 解释电涡流效应。（5分）根据法拉第电磁感应原理, 块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时, 导体内将产生呈旋涡状的感应电流, 此电流叫电涡流, 以上现象称为电涡流效应。 4. 光电效应可分为几种类型，说明其原理并分别列出以之为基础的光电传感器。（5分）答：光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类。在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。基于外光电效应的光电器件有光电管、 光电倍增管等。 在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应。内光电效应又可分为以下两类： （1）光电导效应：在光线作用下，半导体材料的导电性增加，阻值减低，即电阻率发生改变，这种现象称为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。 （2） 光生伏特效应：在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池。五、分析计算题（本大题共4小题，共30分）1、 如图为双弯曲杆结构示意图。杆的末端（右侧）被紧固,外力从另一端施加。应变电阻1和4沉积在杆的凹面处,2和3沉积在杆的凸面处。（1）试判断受力F作用时四个应变电阻分别受何种应变（拉伸或压缩），其电阻值如何变化。（4分）（2）画出将此四个电阻组成的差动全桥电路。（4分）（1）解：i. 力F作用时应变电阻1、4受压缩应变，其电阻值减小；2、3受拉伸应变。其电阻值变大。ii. 由四个应变电阻组成的差动全桥电路如图：2、如图所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中R1=R2=R3=R4=R，均是电阻应变片，工作时R1、R3受拉，R2、R4受压， R表示应变片发生应变后，电阻值的变化量。当应变片不受力，无应变时R=0，桥路处于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥路失去了平衡，这时，就用桥路输出电压Ucd表示应变片应变后的电阻值的变化量。（2） 试证明: （5分）（3） 若将R3与R4换为固定电阻R，工作时R1受拉，R2受压，电阻值的变化量为R，求的表达式。（5分）解：（1）(2) 3、光纤的数值孔径是如何定义的？当光纤的，如光纤外部介质的，求光在光纤内产生全内反射时入射光的最大入射角的值。（10分）解：数值孔径（NA）定义为 ，式中为外部介质折射率，为纤心折射率，为包层折射率。由得，所