《传感技术及应用》题库

1、 20082009学年第 一 学期考试试题 A卷装 订 线班级： 学号： 姓名：考试科目： 传感技术及应用 考试时间：120分钟 试卷总分100分考试班级：测控06 1-8班题号一二三总分得分评卷教师一、填空题（共20空，每空1分，总计20分）1、根据传感器的能量转换情况，可分为 型和 型传感器。2、传感器的被测量处在不随时间变化或极慢的状态下，传感器输出与输入的关系称为传感器的 特性，其主要技术指标有： 、 迟滞和重复性等。3、动特性是指传感器对 的输入量的响应特性。4、电阻应变片由 、基片、覆盖层和引线等部分组成。5、电阻应变片的测量电路采用差动电桥时，不仅可以 ，同时还能起到 的作用。6

2、、电涡流式传感器的整个测量系统由 和 两部分组成，利用两者之间的互感作用来完成测量任务。7、当变极距式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的非线性误差 ，灵敏度 。8、磁电感应式传感器是测速型传感器，需加上 、 电路测量位移或加速度。9、光电管的光电特性是指光电管阳极电压和入射光频谱不变条件下，入射光的 与 的关系。10、光敏三极管可以看成普通三极管的集电结用 替代的结果。通常 不引出，只有两个电极。11、热敏电阻的阻值与温度之间的关系称为热敏电阻的 ，它是热敏电阻测温的基础。二、简答题（共6小题，每小题7分，总计42分）1、画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。2、何谓金

3、属的电阻应变效应？若一应变片的电阻R=120W，k=1.7，用作应变为400mm/m的弹性元件，求DR。3、何谓霍尔效应？说明霍尔灵敏度系数的物理意义。4、单组式变面积型平板线位移电容传感器，两极板相互覆盖宽度为5mm，两极板的间隙为0.6mm，极板间介质为空气，试求其静态灵敏度。若极板相对移动3mm，求其电容变化量。(空气介电常数8.8510-12F/m)5、何谓压电效应？画出压电元件的两种等效电路。6、说明热电效应原理并写出热电偶回路中总热电势表达式。三、综合题（共3小题，1、2、3小题各10分，4小题8分，总计38分）1、画图并证明热电偶参考电极定律。2、画图并说明驱动电缆技术的原理和作

4、用。3、画图说明自感式传感器的变压器电桥转换电路的原理和特点。4、根据不同的传感技术基础效应设计三种加速度传感器，画出简图并说明工作原理。装 订 线班级： 学号： 姓名：考试科目： 传感技术及应用 考试班级：测控06 1-8班一、填空题（共20空，总计20分）1、能量转换、能量控制2、静、非线性、灵敏度3、随时间变化4、敏感栅5、减小非线性误差、提高灵敏度6、测量线圈、被测金属导体7、减小、减小8、积分、微分9、光通量、光电流10、光敏二极管、基极11、温度系数二、简答题（共6小题，每小题7分，总计42分）1、 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。（1）转换元件：敏

5、感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。（1）基本转换电路：将转换元件的电路参量转化为电量输出。（1）（4）2、当金属丝在外力的作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化。（3）R=R0k=1201.740010-6=0.08（4）3、金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。霍尔电势UH=kHIB（4）霍尔灵敏度系数kH表示在单位磁感应强度和单位电流时的霍尔电势的大小。（3）4、k=c/x=b/d=(8.8510-12510-3)/ 0.610-3=7.3810-11F/m=0.07PF/mm（4） c=kx=0.0

6、73=0.21PF（3）5、正压电效应：当沿一定方向对某些电介质加力而使其变形时，在一定表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电状态。公式为Q=dF，式中d为压电系数。（2） 逆压电效应：当在电解质的极化方向施加电场，这些电解质就在一定方向上产生机械变形或机械压力；当外电场撤去时，这些变形或压力也随之消失。（2）压电元件可以等效为一个电荷源Q和一个电容器Ca并联或一个电压源U和一个电容器Ca串联。图略（3）6、将两种不同性质的导体A、B串接成一个闭合回路，如图所示(略)，如果两接合点处的温度不同(T0 T),则在两导体间产生热电动势，并在回路中有一定大小的电流，这种现象称为热电效应。（4

7、）（3）三、综合题（共4小题，1、2、3小题各10分， 4小题8分，总计38分）1、答：参考电极定律EAB(T,To)=EAC(T,To)+ECB(T,To)对于AC热电偶有热电势对于BC热电偶有热电势（6）（4）2、传感器与测量电路前置级间的引线为双屏蔽层电缆，其内屏蔽层与信号传输线通过1:1放大器而为等电位，从而消除了芯线与内屏蔽线之间的电容。外屏蔽层接大地用来防止外界电场的干扰。内外屏蔽层之间的电容是1:1放大器的负载。(5)(5)3、变压器电桥如图。Z1、Z2为传感器两个线圈的阻抗，另两臂为电源变压器二次线圈的两半，输出空载电压为 在初始平蘅状态Z1=Z2=Z，u0=0。 u/2 Z2

8、 u/2 Z1（4）当衔铁偏离中间零点时，Z1=Z+Z、 Z2=Z-Z，代入上式可得。（4）当衔铁移动方向相反时 （1）特点：使用元件少，输出阻抗小，负 载开路时，输出为线性。（1）4、（1）应变片式加速度传感器将应变片贴于弹性元件上，与弹性元件一起构成应变式加速度传感器，弹性元件将得到与被测量成正比的应变，再通过应变片转换为电阻变化的输出。 （2）压电式加速度传感器垂直方向上施加力时，对压电材料上表面的作用力发生变化，导致其表面聚集的电荷量发生变化，根据Q=dF计算力，进而计算加速度。（3）光纤式力传感器垂直方向上施加力时，光纤端面的正对面积发生变化，耦合效率随之变化，出射光纤的光强发生变化

9、。建立光强和力的关系，进而建立力和加速度的关系，可用来测量。本题答案有多种，答出一种4分，两种6分，三种或以上8分。20082009学年第 一 学期考试试题 B卷装 订 线班级： 学号： 姓名：考试科目： 传感技术及应用 考试时间：120分钟 试卷总分100分考试班级：测控06 1-8班题号一二三总分得分评卷教师一、填空题（共20空，每空1分，总计20分）1、根据传感器的能量转换情况，可分为 型和 型传感器。2、传感器的被测量处在 状态下，传感器输出与输入的关系称为传感器的静特性，其主要技术指标有：线性度、 、 和 等。3、电阻应变片的灵敏系数恒小于电阻丝的灵敏系数，其主要原因为 和 。4、电

10、感传感器零点残余电压产生的主要原因是 。5、用电容式传感器测量固体或液体物位时，应该选用 型。6、磁电感应式传感器是测速型传感器，需加上 、 电路测量位移或加速度。7、霍尔元件是N型半导体制成扁平长方体，扁平边缘的两对侧面各引出一对电极。一对叫 电极用于引入 ；另一对叫 电极，用于引出 。8、压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不能测量 的被测量。9、光敏三极管可以看成普通三极管的集电结用 替代的结果。通常 不引出，只有两个电极。10、热敏电阻的阻值与温度之间的关系称为热敏电阻的 ，它是热敏电阻测温的基础。二、简答题（共6小题，每小题7分，总计42分）1、画出传感器系统的组成框图，说明各

11、环节的作用。2、何谓金属的电阻应变效应？若一应变片的电阻R=120W，k=1.7，用作应变为400mm/m的弹性元件，求DR。3、画图并说明电容传感器的等效电路及其高频和低频时的等效电路。4、何谓霍尔效应？说明霍尔灵敏度系数的物理意义。5、何谓压电效应？画出压电元件的两种等效电路。6、说明热电效应原理并写出热电偶回路中总热电势表达式。三、综合题（共4小题，1、2、3小题各10分，4小题8分，总计38分）1、画图并证明热电偶中间导体定律。2、霍尔元件的温度补偿电路如图，其中I为恒流源，说明其工作原理并求并联电阻RP。3、哪些因素引起应变片的温度误差？表达式？画图并说明电路补偿法原理。4、根据不同

12、的传感技术基础效应设计三种测力传感器，画出简图并说明工作原理。装 订 线班级： 学号： 姓名：考试科目： 传感技术及应用 考试班级：测控06 1-8班一、填空题（共20空，总计20分）1、能量转换、能量控制2、不随时间变化或变化极慢、灵敏度、迟滞、重复性3、横向效应、粘结层传递变形失真4、电感线圈的等效参数不对称5、变介质型6、积分、微分7、控制电极（或激励电极）、控制电流、霍尔电极、霍尔电势8、低频或静态9、光敏二极管、基极10、温度系数二、简答题（共6小题，每小题7分，总计42分）1、 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。（1）转换元件：敏感元件的输出就是它的输

13、入，它把输入转换成电路参量。（1）基本转换电路：将转换元件的电路参量转化为电量输出。（1）（4）2、当金属丝在外力的作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化。（3）R=R0k=1201.740010-6=0.08（4）3、等效电路如图a。包括引线电缆电感和电容传感器本身电感；r由引线电阻，极板电阻和金属支架电阻组成；Co为传感器本身的电容；Cp为引线电缆，所接测量电路及极板与外界形成的总寄生电容； Rg是极间等效漏电阻，它包括极间漏电损耗和介质损耗，极板与外界间漏电损耗及介质损耗。（3）低频时，传感器电容的阻抗非常大， L和r 的影响可以忽略，等效电路如图b。（2）高频时，传感器电容的阻抗变小

14、， L和r的影响不可忽略，而漏电影响可以忽略，等效电路如图c。（2）4、金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。霍尔电势UH=kHIB（4）霍尔灵敏度系数kH表示在单位磁感应强度和单位电流时的霍尔电势的大小。（3）5、正压电效应：当沿一定方向对某些电介质加力而使其变形时，在一定表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电状态。公式为Q=dF，式中d为压电系数。（2） 逆压电效应：当在电解质的极化方向施加电场，这些电解质就在一定方向上产生机械变形或机械压力；当外电场撤去时，这些变形或压力也随之消失。（2）压电元件可以等效为一

15、个电荷源Q和一个电容器Ca并联或一个电压源U和一个电容器Ca串联。图略（3）6、将两种不同性质的导体A、B串接成一个闭合回路，如图所示(略)，如果两接合点处的温度不同(T0 T),则在两导体间产生热电动势，并在回路中有一定大小的电流，这种现象称为热电效应。（4）（3）三、综合题（共4小题，1、2、3小题各10分， 4小题3分，总计38分）1、2、设温度t0时，IH0= RI/(R+Ri0)（2）温度t时，IHt=RI/(R+Rit)，Rit=Ri01+(t- t0)。（3）当VH0= VHt时，KH0IH0B= KHtIHtB，KHt=KH01+(t- t0)。所以，R=（-）Ri0/Ri0/

16、（5）3、敏感栅电阻随温度变化引起的误差：(Rt/R)1=tt （1）试件材料线膨胀引起的误差(Rt/R)2=k(g-s)t （1）温度变化形成的总误差R/R=tt+k(g-s)t （1） 电桥补偿法的原理：工作应变片R1安装在被测试件上，另选一个其特性与R1 相同的补偿片RB ，安装在材料与试件相同的某补偿件上，温度与试件相同，但不承受应变。R1与RB接入电桥相邻臂上，造成R1t 与RBt 相同，根椐电桥理论，其输出电压U0与温度变化无关。当工作应变片感受应变时，电桥将产生相应输出电压。图略（7）4、（1）应变片式力传感器将应变片贴于弹性元件上，与弹性元件一起构成应变式力传感器，弹性元件将得

17、到与被测量成正比的应变，再通过应变片转换为电阻变化的输出。 （2）压电式力传感器垂直方向上施加力时，对压电材料上表面的作用力发生变化，导致其表面聚集的电荷量发生变化，根据Q=dF计算力。（3）光纤式力传感器垂直方向上施加力时，光纤端面的正对面积发生变化，耦合效率随之变化，出射光纤的光强发生变化。建立光强和力的关系可用来测量。本题答案有多种，答出一种4分，两种6分，三种或以上8分。20092010学年第 一 学期考试试题 A卷装 订 线班级： 学号： 姓名：考试科目： 传感技术及应用 考试时间：100分钟 试卷总分100分考试班级：测控07 1-7班题号一二三总分得分评卷教师一、填空题（共15空

18、，每空2分，总计30分）1. 据传感器与外界信息的变换效应，可分为 、 和生物传感器三大类。2. 传感器的被测量处在 状态下，传感器输出与输入的关系称为传感器的静特性。3. 电阻应变片按其敏感栅的材料不同，可分为 应变片和 应变片两大类。4. 电涡流式传感器的测量系统由测量线圈和 组成，利用两者之间的互感作用完成测量。5. 电容器传感器忽略 影响时，其电容量与介电常数、极板面积、极距有关。6. 磁电感应式传感器是测速型传感器，可加上微分电路或积分电路测量 或 。7. 压电材料主要分为 和 两大类。8. 光电式传感器一般由光源、 和 三部分组成。9. 热电偶中热电势由 电势和 电势组成。二、简答

19、题（共5小题，每小题6分，总计30分）1. 画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。2. 将100W电阻应变片贴在弹性试件上，若试件受力横截面积S=0.510-4m2，弹性模量E=21011N/m2，若有F=5104N的拉力引起应变电阻变化为1W。试求该应变片的灵敏度系数。3. 已知变面积型电容传感器的极距d=10mm，介电常数e=50mF/m，两极板几何尺寸均为30mm20mm5mm，在外力作用下，动极板在原位置上向外移动了10mm，试求DC和灵敏度S。4. 用压电式传感器测量最低频率为1Hz的振动，要求在1Hz时灵敏度下降不超过5%，若测量回路的总电容为500pF，求所用电压前置放大器

20、的输入电阻应为多大。5. 试计算n1=1.46，n2=1.45的阶跃折射率光纤的数值孔径值是多少？如果外部媒质为空气n0=1，求该种光纤的最大入射角是多少？三、综合题（共4小题，每小题10分，总计40分）1. 说明三节螺管型差动变压器式传感器的工作原理，并画出等效电路图和输出特性图。2. 画图并说明驱动电缆技术的原理和作用。3. 画图并证明热电偶中间温度定律。4. 根据不同的传感技术基础效应设计三种转速传感器，画出简图并说明工作原理。装 订 线班级： 学号： 姓名：考试科目： 传感技术及应用 考试班级：测控07 1-7班一、填空题（共15空，每空2分，总计30分）1、物理传感器、化学传感器2、

21、不随时间变化或变化极慢3、金属、半导体4、被测导体5、边缘效应6、加速度、位移7、压电晶体、压电陶瓷8、光学通路、光电器件9、接触、温差二、简答题（共5小题，每小题6分，总计30分）1、解： 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。（1）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。（1）基本转换电路：将转换元件的电路参量转化为电量输出。（1）（3）2、解：由题意得应变片电阻相对变化量根据材料力学理论可知：应变(为试件所受应力，)，故应变 （3）应变片灵敏度系数 （3）3、解：根据式，可得出 将已知条件代入到上式中， （3） （3）4、解：相对幅频特性，

22、 （3）将已知量代入，则R=61MW。 （3）5、解：根据光纤数值孔径NA定义为入射临界角的正弦得(其中) （3）故得该种光纤最大入射角为，即入射光线必须在与该光线轴线夹角小于时才能传过。 （3）三、综合题（共4小题，每小题10分，总计40分）1、根据变压器原理E2=E21-E22=j(M1-M2)I1当衔铁在中间位置时，若两个二次线圈参数及磁路尺寸相等，则M1=M2所以E2=0。当衔铁偏离中间位置时M1=M+M1，M2=M-M2，在一定范围内M1=M2=M，E2=2jEM/(R1+jL1)差动变压器输出电势随M变化，而M随衔铁位移x变化。（4）（3）（3）2、传感器与测量电路前置级间的引线为

23、双屏蔽层电缆，其内屏蔽层与信号传输线通过1:1放大器而为等电位，从而消除了芯线与内屏蔽线之间的电容。外屏蔽层接大地用来防止外界电场的干扰。内外屏蔽层之间的电容是1:1放大器的负载。(5)(5)3、（4）EAB(T,T1)=eAB(T)-eAB(T1)-eA(T,T1)+ eB(T,T1)EAB(T1,T0)=eAB(T1)-eAB(T0)-eA(T1,T0)+ eB(T1,T0)EAB(T,T1)+ EAB(T1,T0)= eAB(T) -eAB(T0)-( eA(T,T1)+ eA(T1,T0)+( eB(T,T1)+ eB(T1,T0) = eAB(T) -eAB(T0)- eA(T,T0

24、)+ eB(T,T0)= EAB(T,T0) （6）4、本题答案有多种，答出一种5分，两种8分，三种或以上10分。20092010学年第 一 学期考试试题 B卷装 订 线班级： 学号： 姓名：考试科目： 传感技术及应用 考试时间：100分钟 试卷总分100分考试班级：测控07 1-7班题号一二三总分得分评卷教师一、填空题（共15空，每空2分，总计30分）10. 据传感器与外界信息的变换效应，可分为 、 和生物传感器三大类。11. 传感器的被测量处在 状态下，传感器输出与输入的关系称为传感器的静特性。12. 电阻应变片的灵敏系数恒小于电阻丝的灵敏系数，其主要原因为 和 。13. 电涡流式传感器的

25、测量系统由测量线圈和被测导体组成，利用两者之间的 完成测量。14. 电容式传感器可分为变极距型、 和 三种类型。15. 磁电感应式传感器是测速型传感器，可加上 或 测量加速度或位移。16. 压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不能测量 的被测量。17. 基于外光电效应的光电器件主要包括 、 等。18. 热电偶中热电势由 电势和 电势组成。二、简答题（共5小题，每小题6分，总计30分）6. 画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。7. 将100W电阻应变片贴在弹性试件上，若试件受力横截面积S=0.510-4m2，弹性模量E=21011N/m2，若有F=5104N的拉力引起应变电阻变化为

26、1W。试求该应变片的灵敏度系数。8. 已知变面积型电容传感器的极距d=10mm，介电常数e=50mF/m，两极板几何尺寸均为30mm20mm5mm，在外力作用下，动极板在原位置上向外移动了10mm，试求DC和灵敏度S。9. 何谓压电效应？画出压电元件的两种等效电路。10. 说明光电传感器的强度调制，主要采用哪几种机理？三、综合题（共4小题，每小题10分，总计40分）1. 画图并说明自感式传感器的变压器电桥转换电路的原理和特点。2. 画图并说明驱动电缆技术的原理和作用。3. 画图并证明热电偶中间导体定律。4. 根据不同的传感技术基础效应设计三种气体压力传感器，画出简图并说明工作原理。装 订 线班级： 学号： 姓名：考试科目： 传感技术及应用 考试班级：测控07 1-7班一、填空题（共15空，每空2分，总计30分）1、物理传感器、化学传感器2、不随时间变化或变化极慢3、横向效应、粘结层传递变形失真4、互感作用5、变面积型、变介质型6、微分、积分7、低频或静态8、光电管