《传感器与检测技术》试题及答案

1 .测量系统的静态特性指标主要包括线性度、滞后、重现性、分辨率、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。2 .霍尔元件灵敏度的物理意义表示以单位磁感应强度相控制电流时的霍尔电位的大小。3 .光电传感器的理论基础是光电效应。 通常，把光照射到物体表面后产生的光电效果分为3种。 第一类利用光线的作用下光电子从物体的表面逃逸的外光效应，这样的元件利用光电子管、光电倍增管的第二类利用通过光的作用使材料的内部电阻率变化的内部光电效应，这样的元件具有光电阻，第三类利用通过光的作用在物体内部产生一定方向的电动势的光发电伏效应4、压力磁性传感器的工作原理是，某强磁性物质是外部的机械力，在内部产生机械压力，引起极化现象的现象被称为正压电效应。 相反，某些铁磁体会因外部磁场而产生机械变形，这种现象称为负压电效应。5、气隙式自感应传感器在街道中的铁接近铁芯时，增加铁芯上的线圈电感量(增加减少不变化)。6 .仪表的精度等级用仪表的(相对误差绝对误差引用误差)表示7 .静电电容传感器的输入被测量与输出被测量的关系除(变面积型变极距离型变介电常数型)外为线性。8 .变面积式自感应传感器在电枢移动、磁路中空隙面积增大时，铁心上线圈的电感量增大(增大、减小、不变)。9 .在平行极板静电电容传感器的输入测量与输出静电电容值的关系中，(变面积型、变极间距型、变介电常数型)为线性关系。10、变压器式传感器中，原侧和副侧的互感m的大小与原侧线圈的匝数成比例(与成比例不成比例)，与副侧线圈的匝数成比例(与成比例不成比例不成比例)，与电路中的磁阻成比例(与成比例不成比例不成比例)。11 .一种传感器用于感测规定测量、将其转换成根据规则的可用输出信号的装置或设备，其中，传感器通常包括直接响应于所测量的传感器来生成可用信号输出的转换元件，以及对应的信号调节转换电路。12、在变压器式传感器中，原侧和副侧的互感m的大小与绕组的匝数成比例，与通过绕组的磁通量_成比例，与磁路的磁阻成比例。13 .磁电式传感器通过导体与磁场的相对运动，在导体的两端产生感应电位。 霍尔传感器的霍尔元件在磁场中具有电磁效应(霍尔效应)并输出电位。 霍尔传感器可用于测量电流、磁场、位移和压力。1-4 .测量系统的静态特性指标通常由输入量和输出量的对应关系表示15、变压器式传感器中，原侧和副侧的互感m的大小与原侧线圈的匝数成正比(比例反比不成正比)。简单的解答1 .以水晶晶体为例简述压电效应的产生原理。答：水晶结晶在一定方向受到外力的作用而变形时，由于内部电极化现象，在两个表面同时产生符号相反的电荷，当外力被消除时，回到不带电状态的力的方向发生变化，电荷的极性发生变化。 晶体受力的电荷量与外力的大小成正比。 这种现象被称为正压电效应。 相反，对水晶晶体施加一定的变形电场时，晶体本身产生机械变形，外部电场脱落，变形也消失，称为逆压电效应。晶体整体为中性，在外力作用下变形时，没有体积变形压电效应，但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。2 .简述电阻应变芯片传感器的工作原理答：电阻应变仪的工作原理基于电阻应变效应，导体发生机械变形时，其电阻值相应变化。3、简要叙述传感器的动态特性和静态特性是什么，仅在什么频域研究静态特性就能满足通常的需要，在什么频域研究传感器的动态特性一般是什么。a :传感器的特性是传感器特有性质的总称。 另一方面，所述传感器的输入/输出特性是基本特性，一般而言，在将所述传感器设置为第二端子网络的情况下，输入/输出特性是第二端子网络的外部特性，即输入和输出之间的对应关系。 静态特性和动态特性根据输入量的状态(静态、动态)而不同。 静态特性是指输入量一定或变化非常慢时传感器的输入输出特性。 动态特性是指输入量随时间变化时传感器的输入输出特性。 可以从时域和频域研究动态特性4 .简述霍尔电动势的产生原理。a :在磁感应强度为b的磁场(磁场方向与切片垂直)上放置半导体切片，流过电流I时，电子因洛伦兹力而偏转。 结果，电子积累在半导体的后端面上。 另一方面，由于前端面电子不足，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的偏转，两力平衡后，电子的蓄积也平衡，此时在与电流和磁场垂直的方向上产生电场，将对应的电位称为霍尔电位UH。5 .分析应变芯片传感器使用单臂桥测量电路时温度变化引起测量误差的过程。答：在外部温度变化的条件下，敏感的栅极温度系数和栅极线与试验片的膨胀系数()的差异所产生的应变输出，有时会产生与实际应变相同数量的误差。6 .光纤传感器的工作原理。a :光纤的工作基础是光的全内反射，入射光的入射角大于光纤被复层间的临界角时，光纤的接口会发生全内反射，以光纤内部以后的角度重复逐次反射直至到达相反端面。 光纤传感器利用光纤，根据其工作原理分为功能型(或物性型、传感型)和非功能型(或结构型、透光型) 2种。 功能型光纤传感器不仅作为光传输的波导，还具有测定的功能。 非功能型光纤传感器为了构成传感器，需要追加其他传感器元件作为传输光的介质。7、霍尔元件能测量什么样的物理参数？ 温度补偿的方法有多少种，请详细导出分流法。答：霍尔组件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。温度补偿方法： a分流电阻法：适用于恒流源供给控制电流的情况。 b桥补偿法8 .传感器的频率响应特性应当保持测量的信号频率范围内的测量条件无失真。9 .在电阻应变仪表达式中，在dR/R=(1 2) E中，表示材料的压电电阻系数。10 .当磁头相对于磁尺不移动时，仍然输出感应电动势的是静态磁头，输出电位的大小取决于磁头的位置_。11 .差分桥环境温度变化引起的误差为0。12 .非线性度表示标准曲线偏离拟合直线的程度。13 .半导体应变仪具有灵敏度高等优点。14 .通过将电阻应变计粘贴在弹性元件上，可以分别制作力、位移、加速度等参数的传感器。一、简单的解答1 .考虑传感器的静态特性和动态特性，详细叙述如何选择传感器。a :考虑传感器静态特性的主要指标，选择线性大、滞后小、重现性好、分辨率强、稳定性高、抗干扰稳定性高的传感器。 给定动态特性，所选传感器应当很好地跟随输入量的快速变化，即较短的瞬时响应时间或者较宽的频率响应特性。2、在静态测量中，是否可以根据测量系统的输入和对应的输出值绘制的定性曲线来决定静态特性？答：在静态测量中，根据绘制的定性曲线，可以确定测量系统的三个静态特性、灵敏度、非线性度和回归误差。3、简述应变仪在弹性元件上的配置原则，以及哪种电交联法具有温度补偿作用。答：配置原则如下： (1)贴在最敏感的地方，使其灵敏度最佳(2)用复合载荷测量，可消除相互干扰(3)考虑到温度补偿作用单臂桥无温度补偿作用，差动和全桥方式有温度补偿作用4、涡流式传感器的测量位移与其他位移传感器相比，主要优点是什么？ 涡流传感器能测量大位移量吗？ 为什么？答：优点：可非接触测量，结构简单，不怕油等介质污染。涡流传感器不能测量大的位移量，只有在测量范围小的情况下，才能保证一定的直线性。5 .传感器的定义和结构框图？ 绘制自动控制系统的原理框图，展示传感器在系统中的位置和作用。答：传感器是能够感受到规定的测量并按照一定规则转换为可用输出信号的设备或装置，通常由传感器和转换元件构成。传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制的首位。 传感器是检测、检测信息的窗口，为了自动化所有的科学研究和生产过程而取得的信息必须通过传感器取得，由此转换成传输和处理容易的电信号，其作用和地位尤为重要。辅助电源信号调整变换电路传感器元件被测定传感器元件结构框图：自动控制系统的原理框图；传感器的作用：感觉被测量并转换成可利用的输出信号后传送给了控制对象。干扰e被给了对象传感器然后呢反馈单元6、光电效应可分为哪三类。答：光电效应可分为外光电效应、内光电效应、光伏效应。7、传感器(或仪表)需要在初次使用前和长时间使用后进行标定作业，请告诉我标定的意义a :传感器的标定分为静态标定和动态标定两部分。 静态定位的目的是确定传感器的静态特性指标，例如线性、灵敏度、滞后、重现性等。 动态定位的目的是确定传感器的动态特性参数，例如频率响应、时间常数、固有频率和衰减比等。8、压电式传感器前置放大器的作用是什么？压电式放大器的特征是什么？a :放大输出电压，与输入电压或输入电流成正比。电压放大器通过放大器将压电传感器的高输出阻抗转换为低阻抗输出，适当地放大微弱电压信号。然而，所连接的压电传感器的电压灵敏度根据电缆的分布电容、传感器自身的电容变化而变化，这引起了电缆交换或再定位的麻烦9 .压电式传感器适用于静态测量，分析这一观点是否正确的原因。a :不正确。 其工作原理以压电材料的压电效应为基础，具有使用频率广、灵敏度高、s/n比高、结构简单、可靠性高、测量范围广等优点，是压力冲击、振动等动态参数测量中的主要传感器品种，能够将加速度、位移、压力、温度、湿度等多种非电量转换为电量10、为什么要对应变芯片电阻传感器进行温度补偿，分析说明这种传感器的温度误差补偿方法。a在外部温度变化的条件下，敏感栅极温度系数和栅极线与试验片的膨胀系数()的差异产生的应变输出，有时会产生与实际应变相同数量的误差。方法：自补偿法线路补偿法11 .由于温度对光电流的影响很小，光电传感器在使用中不需要温度补偿，这种想法是正确的，为什么呢a :不正确。 半导体材料容易受到温度的影响，直接影响光电流的值，因此也需要温度补偿装置。计算问题1 .图示的电路是在电阻应变计中使用的不平衡桥的简化电路，图中R2=R3=R是固定电阻，R1和R4是电阻应变计，动作时R1被拉伸，R4被压迫，R=0，桥处于平衡状态，应变计受力时桥变得不平衡，此时试验证明： Ucd=-(E/2)(R/R )。证明：省略的二次项，立即得到2、若测定某物体的长度为7次，其测定结果分别为9.810.0.10.1.9.10.210.1cm，若忽略粗大误差和系统误差，则以99.73%的可靠概率求出相对于被测定物体长度的最小推定区间。a :忽略最后的值、平均值，最小估计区间。3 .光纤传感器的主要优点是什么？ 若求出n1=1.46、n2=1.45阶梯型光纤的数值孔径的外部介质为空气n0=1，则求出光纤的最大入射角.答：优点：抗电磁干扰灵敏度高的几何形状具有多方面的适应性，能够制作任意形状的光纤传感器，能够制造传感各种物理信息的器件的光纤传感器能够应用于高压、电噪声、高温、腐蚀等严酷环境，并且与光纤遥测技术的内在4、(1)制作霍尔元件应该使用什么材料，为什么？(2)为什么霍尔元件薄，而且纵横比一般为2 :1？(3)某霍尔元件l b d为1.0 0.35 0.1 cm3，向方向施加电流I=1.0 mA，向垂直lb方向施加均匀的磁场B=0.3T，传感器的灵敏度系数为22 V/A T，求出霍尔电位和载流子浓度。a:1 )采用半导体材料。 其灵敏度较高，因此输出霍尔电位较大。2 )元件越薄灵敏度系数越大。(3)。5 .图示的电路是电阻应变计中使用的不平衡桥的简化电路，图中R2=R3=R是固定电阻，R1和R4是电阻应变计，动作时R1被拉，R4受到压力，r表示应变计发生应变后的电阻