传感器课程试的题目汇总情况

1、传感器与自动检测技术仿真试题一一、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、下列不属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（B ）。A. 应变式传感器B.化学型传感器C.压电式传感器D.热电式传感器2、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（ C ）A. 线性度、灵敏度、阻尼系数B. 幅频特性、相频特性、稳态误差C. 迟滞、重复性、漂移D. 精度、时间常数、重复性3、 测量者在处理误差时，下列哪一种做法是无法实现的（A ）A消除随机误差B减小或消除系统误差C.

2、修正系统误差D.剔除粗大误差4、 电感式传感器采用变压器式交流电桥测量电路时，下列说法不正确的是 （C ）。A. 衔铁上、下移动时，输出电压相位相反B. 衔铁上、下移动时，输出电压随衔铁的位移而变化C. 根据输出的指示可以判断位移的方向D. 当衔铁位于中间位置时，电桥处于平衡状态5、 关于压电式传感器中压电元件的连接，以下说法正确的是（A ）A. 与单片相比，并联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电压不 变B. 与单片相比，串联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电压增 大1倍C. 与单片相比，并联时电荷量不变、电容量减半、输出电压增大1倍D. 与单片相比，串联时电荷量不变、电容量减半、

3、输出电压不变6、 在红外技术中，一般将红外辐射分为四个区域，即近红外区、中红外区、 远红外区和（D ）。这里所说的“远近”是相对红外辐射在电磁波谱中与可见光的距离而言。A.微波区B.微红外区 C.X 射线区 D.极远红外区7、 下列关于微波传感器的说法中错误的是（A ）A. 可用普通电子管与晶体管构成微波振荡器B. 天线具有特殊结构使发射的微波具有尖锐的方向性C. 用电流一电压特性呈非线性的电子元件做探测微波的敏感探头D. 可分为反射式和遮断式两类&若已知超声波传感器垂直安装在被测介质底部，超声波在被测介质中的传播速度为1480m/s，测量时间间隔为 200us，则物位高度为（B ）A. 29

4、6mmB. 148mmC. 74mmD.条件不足，无法求出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 0101 ,则该码盘转动的角度可能会 是（C ）A. 45 B.60C.90D.12010、用N型材料SnO2制成的气敏电阻在空气中经加热处于稳定状态后， 与氧气接触后（B ）A.电阻值变小B.电阻值变大C.电阻值不变D.不确定二、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分）1、什么是传感器？传感器的共性是什么？答：传感器是能够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。传感器是实现传感功能的基本部件。传感器的共

5、性就是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）转换成电量（电压、电流、电容、电阻等）。2、试推导差动变隙式电感传感器的灵敏度，并与单极式相比较。答：设两差动线圈初始气隙厚度均为r，初始电感均为Lo，且Low2%a2-o当衔铁向上移动二：时，则w2%a。2（、0 ）L2儿0 - .丄2_ w2%a2（、。X）Li - L22W %Ao_2C o -2W %Ao2（、。：、）Ad1I）20灵敏度为：K由此可见，与单极式相比，其灵敏度提高了一倍（单极式为3、结合下图说明霍尔式微位移传感器是如何实现微位移测量的?答：霍尔元件处于中间位置时，同时受到大小相等、方向

6、相反的磁通作用，磁感应强度B=0,因此霍尔元件输出的霍尔电势Ud= 0,位移 Z=0。若霍尔元件沿Z向移动，在两磁铁中产生相对位移，霍尔元件感受到的磁感应强度B = 0, UH =KHIB= 0，其量值大小反映出霍尔元件与磁铁之间相对位置的变化量。所以，霍尔电势 UH与位移量 Z成线性关系，且霍尔电势的极性反映了霍尔片的移动方向（位移方向）。磁场变化率越大，灵敏度越高，可测1 -2mm的小位移，动态范围达 5mm4、光在光纤中是怎样传输的？对光纤及入射光的入射角有什么要求？ 答：光在同一种介质中是直线传播的，当光线以不同的角度入射到光纤端面 时，在端面发生折射进入光纤后，又入射到折射率较大的光

7、密介质（纤芯） 与折射率较小的光疏介质（包层）的交界面，光线在该处有一部分投射到光 疏介质，一部分反射回光密介质。对光纤的要求是包层和纤芯的折射率不同，且纤芯的折射率大于包层的 折射率。对入射角的要求是入射角小于临界角。5、简述计量光栅的结构和基本原理。答：计量光栅传感器的结构包括两个部分：光电转换装置和光栅数显表，其中前者又包括以下四个部分：主光栅（又称标尺光栅），均匀地刻划有透光和不透光的线条；指示光栅，刻有与主光栅同样刻线密度的条纹；光路系统，包括光源和透镜；光电元件。计量光栅主要利用了莫尔条纹现象。主光栅与指示光栅的栅线叠合在一起，中间保持很小的夹角d，在大致垂直于栅线的方向上会出现明

8、暗相间的条纹，称为莫尔条纹。光栅测量原理就是 以移动的莫尔条纹的数量来确定位移量，其分辨率为光栅栅距。三、分析计算题（本大题共 3小题，每小题10分，共30分）注意：自动化、电气专业的学生第 1小题必做，并从第2-4小 题中选做两个小题；测控专业的学生在4个小题中任选3个小题。1、铜电阻的电阻值 R与温度t之间的关系为Rt二Ro（1：“E t），在不同温度下，测得铜电阻的电阻值如下表所示。请用最小二乘法求0C时的铜电阻的电阻值Ro和铜电阻的电阻温度系数:oti / C20.030.040.050.0rti/076.580.082.585.0解：误差方程 rti -r(1 n ti) =Vj i

9、 =1,2,3,4系数矩阵A =令 X1 =S， X2 =G ? = A L，贝 U11 150.01140.020.030.040.050.041401405400AL = 20.0130.0140.076.5 1 U0.0 50.0*2.585.0二 32411480AA =2000 =0 (A A)1 _1AiiA A | A2iA1215400-140A22 _2000 -1404JaaZl 二丄 5400 -140324 J22000 卜1404114800.28.r0 =x1 =71.2( 11)X2 ot 一 一0_0.28 _3.93 10(/ C)71.22、试计算某压力传感

10、器的迟滞误差和重复性误差(一组测试数据如下表示)行程输入压力(x 105Pa)输出电压(mV)正行程2.0190.9191.1191.34.0382.8383.2383.56.0575.8576.1576.68.0769.4769.8770.410.0963.9964.6965.2反行程10.0964.4965.1965.78.0770.6771.0771.46.0577.3577.4578.44.0384.1384.2384.72.0191.6191.6192.0解：迟滞误差:I迟滞误差 H =：旧吋 100%2 yFSA第一次测量：由所给数据可得厶Hmax=1.5, yFs =964.4,

11、1 AH1 15H1 max 100% 100% =-0.08%2 yFS2 964.4B第二次测量：由所给数据可得厶H max =1.3, yFs =965.1,1 AH1 13.100% = 一丄100% = _0.07%2 yFS2 965.1C第三次测量：由所给数据可得.-：Hmax =1.8 , yFS二965.7 ,1 ah1 1 8H3max 100%100% h 0.09%2 yFS2 965.7重复性误差：由所给数据可得，正行程：L R1 max =1.3，反行程：=R2max =1.3-Rmax = maxC : R1 max : R2 max ) = 1.3又 yFS 二

12、 965.7重复性误差R = _ Rmax 100%=：1.3100% =0.13%yFs965.73、电阻应变片阻值为120门,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=2 1011 N /m2 ,=0.3 , (1 )求钢柱受9.8 104N拉力作用时应变片电阻的变化量R和相对变化量R ; (2)又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R电阻的相对变化量为多少？解:(1)FSE二 r2E2 9.8 1040.05113（ 2）2 10= 0.05%R = 0.05%Rx =120 0.05% =0.06（）（2）RyRy-0.3 0

13、.05%0.015%4、已知分度号为S的热电偶冷端温度为t0=20C,现测得热电势为11.710mV,求被测温度为多少度？(E(20,0)=0.113mv)工作端0204060708090温度(C )热电动势(mv)110010.75410.99111.22911.46711.58711.70711.827解：E( t,t 0)=11.710E (t,0 C) =E(t,t 0)+E(t 0,0 C)11.710=E(t,0 C )-E(20 C ,0)=E(t,0 C )-0.113所以 E (t,0 C) =11.823mV查表：E(1180 C ,0 C )=11.707mV, E(11

14、90 C ,0 C )=11.827mVE m -E l11.823 _ 11.707所以 tM =tL + - - (J -tL ) =1180C +X 10 C =1470CEh-El11.827 -11.823综合设计分析题(本大题共20分)如图为二极管环形检波测量电路。C1和C2为差动式电容传感器，C3为滤波电容，Rl为负载电阻，R。为限流电阻，Up为正弦波信号源。设 Rl很 大，并且C3G , C3C2。(1) 试分析此电路工作原理；(2) 画出输出端电压UAB在C1 =C2、C1C2 C1 ? =AL，贝UAA1014017011100_1104070100422022016600

15、AT140170201211100p324 一AA =18000=0_1IA11AA |A21A,2 _116600 -220A2218000 |L2204.X =A A 4aL16600 -22018000-220488 J 9.433350500.0467.l0 =x1 =19.4(mm)100.046719.43= 2.4 10-(/ C)2、当被测介质温度为ti ,测温传感器示值温度为t2时，有下列方程式成立: ti二2 .0(dt2)/(d .)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.0 =120s，试确定经过 480S后的动态误差。解：把输入看作从0到2

16、75的阶跃输入信号，则x(t) =0,t 乞0 ; x(t) =275,t0输入信号的拉氏变换为：275X(s):s又 0匹t2 “1di即 (,0S - 1)t2s =& (s).H(s)2(S)1t1(s)s+11275.Y(s)二 H(S)X(S)：T0SSt进行拉氏反变换后，有y(t) =275(1 -e%0)480动态误差 =y(480) -275 =-275eP =5.04 (C)R1、R2、R3 R4 贴3、有一吊车的拉力传感器如右图所示。其中电阻应变片在等截面轴上。已知 R1、R2 R3、R4标称阻值均为120 Q，桥路电压为 2V, 物重m引起R1、R2变化增量为1.2 Q。

17、1) 画出应变片组成的电桥电路。2) 计算出测得的输出电压和电桥输出灵敏度。3) 说明R3 R4起到什么作用？解： 应变片组成半桥电路:1JUo=E （R1 忆）（R ：R1） R4理 =ER3 （R2 収2）212120.1= 0.01VKu -Uo=E=1.R/R 2R3、R4可以进行温度补偿。4、有一台变极距非接触式电容测微仪，其极板间的极限半径r=4mm，假设与被测工件的初始间隙 S =03mm.试求：1）若极板与工件的间隙变化量 S = 10卩m时，电容变化量为多少 ？C=；0.；r Ad-122-68.854 10感、42 1010 10“=44.48pF2）若测量电路的灵敏度 K

18、=100mV/pF，则在= 1卩m时的输出电压为多少？解：1） C0 =；0r A：d02）二1 Jm时，输出电容变化为 444.8pF_422_6C0 = 1.48 10*2F=1.48pF8.854 10 二 4100.30C=C0 - C=1.48-444.8U1 =C K=446.28 100= 44.6VU2 =C K=-442.32 100 - -44.2V综合设计分析题（本大题共20分）。若要你需要用差动变压器式加速度传感器来测量某测试平台 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

19、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的大小，又能辨别加速度的方向的。解：（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图1 悬臂梁；2 差动变压器（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。法一：差动整流电路把差动变压器的两个次级输出电压分别整流，然后将整流的电压或电流的差值作为输出。下面给出全波电压输出的差动整流电路：49II1150IIC全波电压输出的差动整流电路图从上图电路结构可知，不论两个次级线圈的

20、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U 2 U 24 - U 68当衔铁在零位时，因为124=168,所以Q=0;当衔铁在零位以上时， 因为124 U68 ,则Q 0 ；而当衔铁在零位以下时，则有Q4 U68，则12 0,不论U2与us是正半周还是负半周，负载电阻 R_两端得到的电 压Uo始终为正。当厶x0时：U2与Us为同频反相。不论u2与Us是正半周还是负半周，负载电阻R两端得到的输出电压uo表达式总是为UoRlU2ni(R 2Rl)(a)(b)(c)(d )o(e)波形国（a）被测位移变化波形图；（b

21、）差动变压器激磁电压波形；（c）差动变压器输出电压波形（d）相敏检波解调电压波形；（e）相敏检波输出电压波形.U2的有效值大小反映了位移的大小，从而利用式可以反求加速度的大小；U2正负表示衔铁位移的方向，即振动的加速度方向。传感器与自动检测技术仿真试题三三、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、传感技术与信息学科紧密相连，是（ C ）和自动转换技术的总称。A. 自动调节 B. 自动测量 C. 自动检测 D.信息获取2、下列测量方法属于组合测量的是（ D ）

22、。A. 用电流表测量电路的电流B. 用弹簧管压力表测量压力C. 用电压表和电流表测量功率D. 用电阻值与温度关系测量电阻温度系数3、 传感器的静态特性，是指当传感器输入、输出不随（A ） 变化时，其 输出-输入的特性。A.时间 B. 被测量 C.环境 D. 地理位置4、 已知某温度传感器为时间常数.=3秒的一阶系统，当受到突变温度作用后，传感器输出指示温差的三分之一所需的时间为（C ）秒A. 3 B . 1 C .1.2 D . 1/35、 利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（C ）。A. 两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片B. 两个桥臂都应当用两个工作应变片串联C

23、. 两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片D. 两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片6、 下列说法正确的是（D ）。A. 差动整流电路可以消除零点残余电压，但不能判断衔铁的位置。B. 差动整流电路可以判断衔铁的位置，但不能判断运动的方向。C. 相敏检波电路可以判断位移的大小，但不能判断位移的方向。D. 相敏检波电路可以判断位移的大小，也可以判断位移的方向。7、下列对红外传感器的描述错误的是（C ）。A. 红外辐射是一种人眼不可见的光线B. 红外线的波长范围大致在 0.761000卩m之间C. 红外线是电磁波的一种形式，但不具备反射、折射特性D. 红外传感器是利用红外辐射实现相关物

24、理量测量的一种传感器。&微波传感器测量物体含水量主要利用下述微波的哪一个特点（D ）A.微波波长很短，频率很高B.水对微波的反射作用很强C.微波的传输特性很好D.水对微波的吸收作用很强9、 在理想介质中，超声波的衰减来自于超声波的（A ）oA.扩散 B. 散射 C. 吸收 D. 投射10、 半导体气体传感器， 是利用半导体气敏元件同气体接触，造成（D ） 发生变化，借此检测特定气体的成分及其浓度。A.半导体电阻 B.半导体上电流 C.半导体上电压 D.半导体性质二、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分）1、解释什么是传感器？传感器的基本组成包括哪两大部分？这两大部分各自起什么作用？答：

25、传感器是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。传感器的基本组成包括敏感元件和转换元件两部分。敏感元件是传感器中能直接感受（或响应）被测信息（非电量）的元件，起检测作用。转换元件则是指传感器中能将敏感元件的感受（或响应）信息转换为电信号的部分，起转换作用。2、什么叫正压电效应和逆压电效应？什么叫纵向压电效应和横向压电效应？答：正压电效益就是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时，其内部 将产生极化现象而使其出现电荷集聚的现象。当在片状压电材料的两个电极面上加上交流电压，那么压电片将产生机 械振动，即压电片在电极方向上产生伸缩变形，压电材料的这种现象称为电 致伸缩效应，也称为

26、逆压电效应。沿石英晶体的x轴（电轴）方向受力产生的压电效应称为“纵向压电效 应。沿石英晶体的y轴（机械轴）方向受力产生的压电效应称为“横向压电 效应”。3、霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件的不等位电势的概念是什么？ 温度补偿的方法有哪几种？答：a. 霍尔元件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。b. 霍尔组件的不等位电势是霍尔组件在额定控制电流作用下，在无外加磁场 时，两输出电极之间的空载电势，可用输出的电压表示。c. 温度补偿方法：分流电阻法：适用于恒流源供给控制电流的情况。电桥补 偿法。4、试述热电偶与热电阻的基本测温原理。答：热电偶测温基本原理：热电偶测温是基于热电效应的基本

27、原理。根据热 电效应，任何两种不同的导体或半导体组成的闭合回路，如果将它们的两个 接点分别置于温度不同的热源中，则在该回路中会产生热电动势，在一定条 件下，产生的热电动势与被测温度成单值函数关系。因此，我们只需测得热 电动势值，就可间接获得被测温度。热电阻测温基本原理：热电阻测温是基于热效应的基本原理。所谓热效应，就是金属导体的阻值会随温度的升高而增加或减小的现象。因此，我们 只需测得金属导体电阻的变化就可间接获得被测温度。5、简述什么是光电导效应？光生伏特效应？外光电效应？这些光电效应的典 型光电器件各自有哪些？答：光电导效应是指在光线作用下，半导体材料吸收入射光子的能量，如果 入射光子的能

28、量大于或等于半导体材料的禁带宽度，将激发出电子-空穴对,使载流子浓度增加，导电性增加，阻值降低的现象，如光敏电阻。光生伏特效应是指在光线作用下，能使物体产生一定方向的电动势的现象，如光电池。外光电效应是指在光线作用下，能使电子逸出物体表面的现象，如光电管（光电二极管、光电晶体管）、倍增管。三、分析计算题（本大题共3小题，每小题10分，共30分）注意：自动化、电气专业的学生第 1小题必做，并从第2-4小题 中选做两个小题；测控专业的学生在 4个小题中任选3个小题。1、试求下列一组数据的各种线性度： 端点线性度； 最小二乘线性度。x12345y2.204.005.987.9010.10解：端点线性

29、度：设拟合直线为：y = kx b , 根据两个端点（1,2.20）和（5,10.10），则拟合直线斜率10.10-2.205-11.975 1 b =2.20b =0.225端点拟合直线为y =1.975x 0.225x12345y实际2.204.005.987.9010.10y理论2.204.1756.158.12510.10 =y实际-y理论0-0.175-0.17-0.2250Lmax = 一.225_2Lmax I。 = _ 0225 100% = _2.23%yFs10.10最小二乘线性度：设拟合直线方程为 y =a0 a1x-2.20 -1 14.001 2L =5.98，A =

30、1 37.901 410.101 5 一由已知输入输出数据，根据最小二乘法，有:叫0111A A1 1 12 3 4155551515 =50鼻055方程有解(A A) 41 I AnA A ILA21A12 _ 155-15 _1.1-0.3A22 一 50 -155 一 -0.30.1 一AL2.20-4.00 1 I5.985-7.9030.18110.24J0.10x (aaFal1J0.3-0.330.18 _0.1 11110.24 -0.1261.97a 二 0.126,a1 =1.97拟合直线为y =0.126 1.97x输入 x: 12345输出 y： 2.20 4.005.

31、987.9010.10理论值？： 2.096 4.066 6.036 8.0069.976AL=|y-?: 0.104 0.066 0.056 0.1060.124Lmax= 0.124非线性误差为：L0124Lmax 100%100% =1.23%Yfs10.102、如下图所示为一简单电感式传感器。尺寸已示于图中。磁路取为中心磁路，不计漏磁，设铁心及衔铁的相对磁导率为104，空气的相对磁导率为 1,真空的磁导率为4刃X 10_7Hm1，试计算气隙长度为零及为 2mm寸的电感量。（图中所注尺寸单位均为 mm602T*15 + 30 *2解:D 26_ W 叫S。Rm，二 L%s2：又/ W =

32、200, % =4二 10 , S0 =30 10 15 10当、：=0时，L -: 当：=2 10 时，2733:0.005655 H20024 二 1030 1015 10L厂22003、一个用于位移测量的电容式传感器， 两个极板是边长为 5cm的正方形，间 距为1mm气隙中恰好放置一个边长 5cm厚度1mm相对介电常数为4的正 方形介质板，该介质板可在气隙中自由滑动。试计算当输入位移（即介质板向某一方向移出极板相互覆盖部分的距离）分别为0.0cm、2.5cm、5.0cm时,该传感器的输出电容值各为多少？解：（1） 0.0cm 时:；0 ；r Ad8.854 102 4 5 5 10*1 10；-11= 8.854 10 F(2)2.5cm 时:C1 =8.854 102 4 5 2.5 10*1 汇 10= 4.427 10-11FC2 =8.854 102 1 5 2.5 1010= 1.107 10-11FC=C1 C2 =5.534 10作(3) 5.0cm 时:0 vC0= d08.854015尬10二22仔10-牛1