传感器试题综合练习

1、综合练习综合练习一. 填空题1根据传感器的功能要求，它一般应由三部分组成，即.敏感元件、转换元件、转换电路。2传感器按能量的传递方式分为有源的和无源的传感器。 3. 根据二阶系统相对阻尼系数的大小，将其二阶响应分成三种情况. 时过阻尼；时临界阻尼；时欠阻尼。4. 应变计的灵敏系数并不等 于其敏感栅整长应变丝的灵敏度系数，一般情况下，。5. 减小应变计横向效应的方法.采用直角线栅式应变计或箔式应变计。6. 应变式测力与称重传感器根据结构形式不同可分为:柱式桥式轮辐式梁式和环式等。7. 半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生变化，这种现象就称为压阻效应。8. 光电传感器一般由光源、光学通路和光电

2、元件三部分组成。9. 光电效应是光照射到某些物质上，使该物质的电特性发生变化的一种物理现象，可分为外光电效应和内光电效应两类。10. 基于外光电效应的光电敏感器件有光电管和光电倍增管。基于光电导效应的有光敏电阻。基于势垒效应的有光电二极管和光电三极管。基于侧向光电效应的有反转光敏二极管。11. 光电倍增管是一种真空器件。它由光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极及电子收集极（阳极）等组成。12. 光敏电阻器是利用半导体光电导效应制成的一种特殊电阻器，对光线十分敏感，它的电阻值能随着外界光照强弱（明暗）变化而变化。它在无光照射时，呈高阻状态；当有光照射时，其电阻值迅速减小。13. 光电二极

3、管与光电三极管外壳形状基本相同，其判定方法如下.遮住窗口，选用万用表R*1K挡，测两管脚引线间正、反向电阻，均为无穷大的为光电三极管。14. 光电耦合器是发光元件和光电传感器同时封装在一个外壳内组合而成的转换元件。以光为媒介进行耦合来传递电信号，可实现电隔离，在电气上实现绝缘耦合，因而提高了系统的抗干扰能力。15. 电荷藕合器件图像传感器CCD（Charge Coupled Device），它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷。16. 光纤的结构包括：纤芯.包层.涂敷层和护套。17. 入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为

4、光纤的数值孔径。定义为纤芯折射率，为包层折射率，则光纤的数值孔径可表述为. 。18. 光纤按折射率变化类型分为.阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤；按传播模式的多少.单模光纤和多模光纤。从传感器机理上来说.光纤传感器可分为振幅型（也叫强度型）和相位型（也叫干涉仪型）两种。19. 目前压电材料可分为三大类.一是压电晶体(单晶)，它包括压电石英晶体和其他压电单晶；二是压电陶瓷(多晶半导瓷)；三是新型压电材料，又可分为压电半导体和有机高分子压电材料两种。20. 压电加速度传感器的结构一般有纵向效应型、横向效应型和剪切效应型三种。21. 声表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）是一种

5、沿弹性基体表面传播的声波，其振幅随压电基体材料深度的增大按指数规律衰减。22. 常用的热敏电阻为陶瓷热敏电阻,分为负温度系数(NTC)热敏电阻、正温度系数(PTC)热敏电阻和临界温度电阻(CTR)。23. 在一定的空气压力下，逐渐降低空气的温度，当空气中所含水蒸气达到饱和状态，开始凝结形成水滴时的温度叫做该空气在空气压力下的露点温度。24. 气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应，导致敏感元件阻值变化。当氧化型气体吸附到N型半导体上，半导体的载流子减少，电阻率上升。25. 非电阻型气敏传感器，是利用MOS二极管的电容电压特性变化；MOS场效应管的阈值电压的变化；肖特基金属半导体二极管

6、的势垒变化进行气体检测。26. 霍尔传感器中的霍尔元件都是由半导体材料制成的。在半导体材料中，由于电子的迁移率比空穴的大，所以霍尔元件一般采用型半导体材料。27. 若给通以电流的金属或半导体材料的薄片加以与电流垂直或平行的外磁场，则其电阻值就增加。这种现象称为磁致电阻变化效应（磁阻效应）。28. 磁敏电阻的灵敏度一般是非线性的，且受温度的影响较大。一般半导体磁阻元件在弱磁场中呈现平方特性，而在强磁场中呈现线性变化。29. 对于高阻抗的传感器，通常用场效应管或运算放大器来实现匹配。对于阻抗特别低的传感器，在交变输入时，往往采用变压器匹配。30. 为了消除应变片的温度误差，可采用的温度补偿措施包括

7、.单丝自补偿法，双丝自补偿法和桥路补偿法三种方法。31. 测量系统的静态特性指标主要有灵敏度灵敏度界限线性度迟滞差和稳定性等。32. 金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称应变效应；半导体或固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称压阻效应。直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度K下降了，这种现象称为横向效应。33. 压电式传感器的测量电路（即前置放大器）有两种形式.电压放大器和 电荷放大器，后接电荷放大器时，可不受连接电缆长度的限制。34. 引起霍尔元件零位误差的原因主要有直流寄生电势、寄生感应电势和不等位电势。35. 电子测量装置中根据干扰

8、进入测量电路方式不同可将干扰分为差模干扰和共模干扰。36. 电学应变仪应用最广泛，它采用的电路可以是直流电桥式、交流电桥式或电位计式，应用最多的是交流电桥式电路并带有载波放大器的形式。37. 硒光电池的光谱响应区段与可见光波段相近，因而得到应用。38. 一个高精度的传感器必须有良好的静态特性和动态特性，才能完成信号无失真的转换。39. 差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上差动变压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为零点残余电压；利用差动变压器测量位移时，如果要求区别位移方向（或正负）可采用相敏检波电路。40.某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生

9、极化现象，同时在它的表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称为正压电效应；在介质极化方向施加电场时电介质会产生形变，这种效应又称逆压电效应。二. 选择题（蓝色为答案）（ ）1. 通常意义上说的传感器包括了敏感元件在内的两个组成部分，另外一个是_ 。A.放大电路B.数据采集电路C.转换电路D.滤波电路 （ ）2. 若将计算机比喻成人的大脑，那么传感器则可以比喻为_ 。A.眼睛 B.感觉器官C.手D.皮肤（ ）3. 传感器的静态特性，是指当传感器输入、输出不随_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. 迟滞差表明的是在_期间输出-

10、输入特性曲线不重合的程度。 A.多次测量B.同次测量C.正反行程 D.不同测量 （ ）5. 箔式应变片的箔材厚度多在_之间。 A.0.0030.01mm B.0.010.1mm C.0.010.1mD.0.00010.001m （ ）6. _是采用真空蒸发或真空沉积等方法，将电阻材料在基底上制成一层各种形 式敏感栅而形成应变片。 这种应变片灵敏系数高，易实现工业化生产，是一种很有前途的新型应变片。 A.箔式应变片B.半导体应变片C.沉积膜应变片 D.薄膜应变片 （ ）7. 蠕变是指已粘贴好的应变片，在温度一定并承受一定的机械应变时，指示应变值随 _的变化。 A.位移 B.压强C.时间D.外力作

11、用 （ ）8. 由_和应变片以及一些附件(补偿元件、保护罩等)组成的装置称为应变式传感器。 A.弹性元件 B.调理电路 C.信号采集电路 D.敏感元件 （ ）9. 温度传感器是一种将温度变化转换为_变化的装置。 A.电流B.电阻 C.电压 D.电量 （ ）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_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 （ ）11. 直流电桥与交流电桥相比，交流电桥的主要优点是_。A.电源方便 B.容易实现平衡 C.可以测量L、C参数 D.使用简单（ ）12. 利用相邻双臂桥检测的应变式

12、传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小_。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（ ）13. 属于传感器动态特性指标的是_ 。A重复性B线性度C灵敏度 D固有频率（ ）14. 固体半导体摄像元件CCD是一种_。APN结光电二极管电路BPNP型晶体管集成电路CMOS型晶体管开关集成电路DNPN型晶体管集成电路（ ）15. 为了抑制干扰，常采用的电路有_ 。A. A/D转换器 B. D/A转换器 C. 变压器耦合 D. 调谐电路（ ）16压电式加速度传感器是_信号的传感器。A

13、. 适于测量任意 B. 适于测量直流 C. 适于测量缓变 D. 适于测量动态（ ）17. 为获得较好的动态特性，在二阶传感器设计时，一般选择_。A. 1 B. =1 C. =0.60.7 D. =0（ ）18光电效应中，入射光的频率_红限频率，才可能产生光电子。 A大于、等于 B. 小于 C. 小于等于D. 任何情况（ ）19.传感器能感知的输入变化量越小， 表示传感器的_ 。 A. 线性度越好 B. 迟滞越小 C. 重复性越好 D. 分辨力越高（ ）20. 气敏传感器按设计规定的电压值使加热丝通电加热之后，敏感元件电阻值首先是急剧 地下降，一般约经2一10分钟过渡过程后达到稳定的电阻值输出状

14、态，称这一状态为_。 A. 静态 B. 初始稳定状态 C. 最终稳定状态 D. 工作状态（ ）21.气体传感器是指能将被测气体的_转换为与其成一定关系的电量输出 的装置或器件。 A.成分B.体积 C.浓度 D.压强（ ）22. 一般说来，如果半导体表面吸附有气体，则半导体和吸附的气体之间会有电子的施受 发生，造成电子迁移，从而形成_。 A.电流 B.电势差C.表面电荷层 D.深层电荷（ ）23.多孔质烧结体敏感元件与厚膜敏感元件都是_。 A.多晶体结构B.单晶体结构C.非晶体结构D.金属氧化物结构（ ）24. 热导率变化式气敏传感器因为不用催化剂，所以不存在催化剂影响而使特性变坏的问 题，它除

15、用于测量可燃性气体外也可用于_的测量。 A.有机气体及其浓度 B.有机气体及其成分 C.惰性气体及其浓度 D.无机气体及其浓度（ ）25. 绝对湿度表示单位体积空气里所含水汽的_。 A.质量B.体积 C.程度D.浓度 （ ）26. 相对湿度是气体的绝对湿度与同一_下水蒸汽达到饱和时的气体的绝对湿度之比。 A.体积B.温度 C.环境 D.质量 （ ）27. 湿度传感器是指能将湿度转换为与其成一定比例关系的_输出的器件式装置。 A.电流 B.电压C.电量 D.电阻 （ ）28. 响应时间反映湿敏元件在相对_变化时输出特征量随相对湿度变化的快慢程度。 A.时间B.温度 C.空间 D.湿度 （ ）29

16、. 光电导效应发生在 A.金属材料 B.半导体材料 C.有机聚合物 D.光学玻璃 （ ）30.在光电倍增管中，产生光电效应的是 A.阴极B.阳极 C.二次发射级D.玻璃窗 （ ）31.光电二极管产生光电流的大小主要取决于 A.反向偏压大小B.负载电阻 C.光照强度 D.温度 （ ）32. 发光二极管的工作条件是 A.加正向偏压 B.发热 C.加反向偏压 D.光照 （ ）33. 光敏晶体管的工作原理是基于（ ）效应。 A.外光电 B.内光电 C.光生电动势 C.热电（ ）34. 在光电作用下，使物体的内部产生定向电动势的现象称（ ）效应。 A.内光电 B.外光电 C.热电 D. 光生伏特 （ ）

17、35. 在光作用下，使电子逸出物体表面的现象称（ ）效应。A.内光电 B.外光电C.热电 D.光生伏特 （ ）36. 在使用测谎器时，被测试人由于说谎、紧张而手心出汗，可用_传感器来检测。A. 应变片 B. 热敏电阻C. 气敏电阻 D. 湿敏电阻（ ）37. 压电加速度传感器的结构最常见的是_ 。A. 纵向效应型 B. 横向效应型C. 剪切效应型 D. 以上各种类型（ ）38. 在采样保持环节中，采样开关被断开的时间称为_ 。A.采样时间 B.保持时间C.采样周期 D.缓冲时间（ ）39.封装在光电隔离耦合器内部的是_ 。A. 一个发光二极管和一个发光三极管B. 一个光敏二极管和一个光敏三极管

18、C. 两个发光二极管或两个光敏三极管D. 一个发光二极管和一个光敏三极管（ ）40.下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（ ）A压力 B力矩 C温度 D厚度三. 多项选择（ABCD）1. 压电效应具有以下特点. A.当某些材料在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生变形时，其表面上会产生电荷；B.若将外力去掉时，它们又重新回到不带电的状态；C.晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比；D.如对晶体施加一负变电场，晶体本身将产生机械变形，这种现象称为逆压电效应 （BCD ）2. 以下材料具有压电效应的有. A.所有晶体 B.钛酸钡C.锆钛酸铅 D.石英 （ABC ）3. 石英晶体在哪个轴上

19、有压电效应. A.轴B.轴 C.轴 D.没有哪个轴有压电效应 （C ）4. 压电式力传感器可以测量以下力学量信号. A.静态力 B.稳态力 C.动态信号 D.所有力学量信号都可以 （ABCD）5. 传感器静态响应特性包括许多因素，以下属于静态特性因素的有： A. 精度 B. 重复性 C. 线性度D. 灵敏度（ABC ）6. 阶跃输入时表征传感器动态特性的指标有哪些？ A.上升时间B.响应时间C.过调量D.重复性（ABCD）7. 电阻应变式传感器具有悠久的历史是应用最广泛的传感器之一。将电阻应变 片粘贴到各种弹性敏感元件上，可构成测量各种参数的电阻应变式传感器,这些参数包括以下的哪几种_ 。 A

20、. 位移 B. 加速度C. 力D. 力矩（ABD ）8. 改善气敏元件的气体选择性常用的方法有哪些？A.向气敏材料掺杂其他金属氧化物或其他添加物B.控制元件的烧结温度C.改变元件的组合结构D.改变元件工作时的加热温度（ ）9.下列传感器中，能量控制型传感器是（ BC ） ，能量转换型传感器是（ AD ） 。 A.光电式B.应变片C.电容式 D.压电式 （ABC ）10. 下列传感器可以进行位移测量的传感器有_。 A.光纤传感器B.差动变压器C.电阻传感器D. 光电池四. 名词解释1. 传感器.能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。2.

21、 零阶传感器.其输入量无论随时间如何变化，其输出量的幅值总是与输入量成确定的比例关系，在时间上也不滞后，幅角等于零。3. 应变效应.导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。4. 横向效应.应变计既敏感纵向应变，又同时受横向应变影响而使灵敏系数及相对电阻比都减小的现象，称为横向效应。5. 压阻效应.半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生变化，这种现象就称为压阻效应。6. 化学气相沉积（CVD）.是半导体技术中一种常用的薄膜生长技术，这种技术使用化学的方法来沉积薄膜。7. 光电效应.它是光照射到某些物质上，使该物质的电特性发生变化的一种物理

22、现象，可分为外光电效应和内光电效应两类。8. 热释电效应.指该种材料中自发极化的强度随温度的变化而变化的效应。9. 光敏电阻器的亮电阻.指光敏电阻器受到光照射时的电阻值。 10. CCD.电荷藕合器件，它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷。11. 压电效应.在某些电介质的一定方向上施加机械力而产生变形时，就会引起它内部正负电荷中心相对转移而产生电的极化，从而导致其两个相对表面(极化面)上出现符号相反的束缚电荷，这种效应称为压电效应。12. 声表面波.声表面波是一种沿弹性基体表面传播的声波，其振幅随压电基体材料深度的增大按指数规律衰减。13. 声表面波传感器.将被测量的变化转换

23、为声表面波振荡器振荡频率的变化，这样就构成了相应用途的声表面波传感器，它是一种新型的频率式传感器。14. PN结型热敏器件.PN结温度传感器是一种利用半导体二极管、三极管的特性与温度的依赖关系制成的温度传感器。15. 相对湿度.相对湿度是绝对湿度与最高湿度之间的比，它的值显示水蒸气的饱和度有多高。16. 霍尔效应.一块半导体薄片，如果在其相对的两边通入电流I，且电流与磁场垂直，则在半导体的另两边将会产生一个电势差UH，这种现象就是霍尔效应。17. 磁阻效应.若给通以电流的金属或半导体材料的薄片加以与电流垂直或平行的外磁场，则其电阻值就增加。这种现象称为磁致电阻变化效应，简称为磁阻效应。18.

24、动噪声.电位器动接点在电阻表面移动产生的噪声。19. 气敏传感器.利用气体在半导体表面的氧化和还原反应，导致敏感元件阻值变化。20. 光纤耦合器.光纤耦合器（Coupler）又称分歧器 （Splitter），是将光讯号从一条光纤中分至多条光纤中的元件。五. 简答题 1. 结合模拟式仪表和数字式仪表简述灵敏阈的含义。答：灵敏阈是指传感器能够区分出的最小读数变化量。对模拟式仪表，当输入量连续变化时，输出量只做阶梯变化，则分辨力就是输出量的每个阶梯所代表的输入量的大小。对于数字式仪表，灵敏度阈就是分辨力，即仪表指示数字值的最后一位数字所代表的值。2. 简述蠕变和零漂的含义，并解释产生蠕变的原因。答：

25、粘贴在试件上的应变计，在恒温恒载条件下，指示应变量随时间单向变化的特性称为蠕变。当试件初始空载时，应变计示值仍会随时间变化的现象称为零漂。蠕变反映了应变计在长时间工作中对时间的稳定性，通常要求315s。引起蠕变的主要原因是，制作应变计时内部产生的内应力和工作中出现的剪应力，使丝栅、基底，尤其是胶层之间产生的“滑移”所致。3. 由于交流电桥要受到分布电容的影响，试画出该电路图，并列写出交流电桥的平衡条件。答：交流电桥平衡时，必须同时满足电阻和电容平衡两个条件。和 4. 简述应变计受环境温度的影响因素。答：影响因素分为两部分：（1）敏感栅金属丝电阻本身随温度变化产生的温度误差（2）试件材料与应变丝

26、材料的线膨胀系数不一，使应变丝产生附加形变而造成的电阻变化。5. 简述应变片式传感器的工作原理。答: 当被测物理量作用于弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生变形，产生相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，引起应变片的电阻值变化，通过测量电路变成电量输出。输出的电量大小反映被测量的大小。6. 简述光电传感器的组成及其优点。答：光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。7. 试述石英晶体谐振器的原理与特点。答：石英晶体谐振器是用

27、石英晶体经过适当切割后制成，当被测参量发生变化时，它的固有振动频率随之改变，用基于压电效应的激励和测量方法就可获得与被测参量成一定关系的频率信号。特点：石英晶体谐振式传感器的精度高，响应速度较快，常用于测量温度和压力。8. 试述SAW压力传感器的原理。答：当传感器表面有压力作用时，SAW压力传感器的压电薄膜就会产生形变，薄膜材料的应变会使得声表面波传播速度发生变化，从而使声表面波的中心谐振频率发生变化。通过检测SAW压力传感器的中心谐振频率变化，就能得到压力变化的数据。9. 试述电阻型半导体气敏传感器的原理。答：通常器件工作在空气中，由于氧化的作用，空气中的氧被半导体（N型半导体）材料的电子吸

28、附负电荷，结果半导体材料的传导电子减少，电阻增加，使器件处于高阻状态；当气敏元件与被测气体接触时，会与吸附的氧发生反应，将束缚的电子释放出来，敏感膜表面电导增加，使元件电阻减小。10. 试解释电阻型气敏元件通常工作在高温状态（2000C4500C）的原因。答：目的是为了加速气体吸附和上述的氧化还原反应，提高灵敏度和响应速度；另外使附着在壳面上的油雾、尘埃烧掉，提高响应速度。14. 何谓霍尔效应? 答：一块半导体薄片，如果在其相对的两边通入电流I，且电流与磁场垂直，则在半导体的另两边将会产生一个电势差UH，这种现象就是霍尔效应，产生的电势差称为霍尔电压。15. 传感器由哪几个部分组成？分别起到什

29、么作用？答：传感器由敏感元件、转换元件、基本电路三部分组成1）敏感元件：感受被测量2）转换元件：将响应的被测量转换成电参量3）基本电路：把电参量接入电路转换成电量16. 分析电感传感器出现非线性的原因，并说明如何改善？答：原因是改变了空气隙长度；改善方法是让初始空气隙距离尽量小，同时灵敏度的非线性也将增加，最好使用差动式传感器，其灵敏度增加非线性减少。17. 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：霍尔元件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。霍尔元件的不等位电势是霍尔元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，

30、可用输出的电压表示。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。18. 光导纤维为什么能够导光？光导纤维有哪些优点？光纤式传感器中光纤的主要优点有哪些？答：光导纤维工作的基础是光的全内反射，当射入的光线的入射角大于纤维包层间的临界角时，就会在光纤的接口上产生全内反射，并在光纤内部以后的角度反复逐次反射，直至传递到另一端面。优点：a.具有优良的传旋光性能，传导损耗小b.频带宽，可进行超高速测量，灵敏度和线性度好c.能在恶劣的环境下工作，能进行远距离信号的传送功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的波导，而且具有测量的功能。它可以利用外界物理因素改变光纤中光的强度、相位、偏

31、振态或波长，从而对外界因素进行测量和数据传输。19. 简述相敏检测电路原理。答：相敏检测电路原理是通过鉴别相位来辨别位移的方向，即差分变压器输出的调幅波经相敏检波后，便能输出既反映位移大小，又反映位移极性的测量信号。经过相敏检波电路，正位移输出正电压，负位移输出负电压，电压值的大小表明位移的大小，电压的正负表明位移的方向。20. 简述在压电式传感器中，为了提高灵敏度而采取的措施，压电传感器能不能做静态测量，试说明原因？答：往往采用多片压电芯片构成一个压电组件。其中最常用的是两片结构；根据两片压电芯片的连接关系，可分为串联和并联连接，常用的是并联连接，可以增大输出电荷，提高灵敏度。使用时，两片压

32、电芯片上必须有一定的预紧力，以保证压电组件在工作中始终受到压力作用，同时可消除两片压电芯片因接触不良而引起的非线性误差，保证输出信号与输入作用力间的线性关系,因此需要测量电路具有无限大的输入阻抗。但实际上这是不可能的，所以压电传感器不宜作静态测量，只能在其上加交变力，电荷才能不断得到补充，并给测量电路一定的电流。故压电传感器只能作动态测量。六综合应用题1、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R2=R3=R是固定电阻，R1与R4是电阻应变片，工作时R1受拉，R4受压，R=0，桥路处于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥路失去平衡，这时，就用桥路输出电压Ucd表示应变片变后电

33、阻值的变化量。试证明：Ucd=-（E/2）(R/R)。证明： 因为，略去的二次项,即可得2. 光敏电阻的基本电路如下图所示，（1）试计算由照度变化引起的电压变化。图中，为对应于某一照度或某工作点Q处的光敏电阻值。为负载电阻。（2）讨论能获得最大的信号电压的负载的值。 解：（1）电流为当照度发生变化时，光敏电阻改变，则电流变为则照度变化引起的电流变化为因为，有 当电流为时，输出电压为当电流为时，输出电压为则照度引起的信号电压变化为（2）一般情况下，若光敏电阻和，电源E已知，将对求导数，并使其为零，即可得；在较高的频率下工作时，往往选取。3. 某测温装置要求测温范围为0100，转换电路采用恒压源供

34、电，电压为1V，当温度升高时转换电路的输出电压也增大。若采用热敏电阻103AT作传感器，其在0100时，每隔10的电阻值(单位为k)分别为：27.280、17.960、12.090、8.313、5.828、4.161、3.021、2.229、1.669、1.266、0.974。（1）为了使转换电路的非线性误差最小,热敏电阻的串联电阻应选多少?（2）若转换电路只是热敏电阻串接一个电阻,以每10为间隔，计算转换电路输出电压与温度的对应关系。解：（1）测温范围内，相应的热敏电阻的下限、中点、上限电阻值RL、RM、RH分别为RL =27.280 K、RM =4.161 K、RH =0.974 K，为使

35、其非线性误差最小，应选串联电阻R1 K = 3.232 K当电源电压U=1V时，则Uo的值见表。温度 （）RT （K）Uo=UR1/(R1+RT) (mV)027.2801061017.9601532012.090211308.313280405.828357504.161437603.021517702.229592801.669659901.2667191000.974768测温范围的两端点连线，则该直线的斜率 mV/ 转换电路输出电压 U =106+KT (mV)4. 一个量程为10kN的应变式测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径20mm，内径18mm,在其表面粘贴八各应变片，

36、四个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为120,灵敏度为2.0，波松比为0.3，材料弹性模量E=2.11011Pa。要求：绘出弹性元件贴片位置及全桥电路；计算传感器在满量程时，各应变片电阻变化；当桥路的供电电压为10V时，计算传感器的输出电压。解：圆桶截面积应变片1、2、3、4感受纵向应变；应变片5、6、7、8感受纵向应变；满量程时：（3）5图所示一简单电感式传感器。尺寸已示于图中。磁路取为中心磁路，不记漏磁，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410-7Hm-1，试计算气隙长度为零及为2mm时的电感量。图中所注尺寸单位均为mm.解：空气气隙为零时：空气气隙为2mm

37、时：6. 采用交流电桥电路的电阻应变仪由电桥、放大器、相敏检波器、滤波器、振荡器和电源部分组成。试画出电阻应变仪的方框图，并说明各个部分的作用。解：电桥：将应变计的电阻变化转换成电压或电流信号,以便放大器放大。通常电桥由正弦振荡器供电,其频率为500赫50千赫,较低频率的被测应变信号对较高 的频率的电桥电压进行调幅，输出一个窄频带的调幅波信号。放大器：对电桥输出的微弱信号进行不失真的放大，并以足够的功率去推动指示器和记录器。为提高 放大器的稳定性，一般采用交流载波放大器，直流放大器仅用于超动态应变仪。相敏检波器：将放大后的调幅波还原为被测应变信号波形，同时反映被测应变信号 的方向，通常采用环形

38、相敏检波器。滤波器：滤除相敏检波器输出信号中的高次谐波分量，以获得理想的输出波形。振荡器：产生一个稳定的振荡电压，作为电 桥供电电压和相敏检波器的参考电压。7. 试述光电耦合器的结构，特点和作用和应用场合。（1）结构：发光元件和光电传感器同时封装在一个外壳内组合而成的转换元件。（2）光电耦合器的特点：(a) 结构简单、成本低，通常用于工作频率50kHz以下的装置。(b)采用高速开关管构成的高速光电耦合器,适用于较高频率的装置中。(c)采用放大三极管构成的高传输效率的光电耦合器，适用于直接驱动和较低频率的装置中。（3）作用和应用场合以光为媒介进行耦合来传递电信号，可实现电隔离，在电气上实现绝缘耦

39、合，因而提高了系统的抗干扰能力。由于它具有单向信号传输功能，因此适用于数字逻辑中开关信号的传输和在逻辑电路中作为隔离器件及不同逻辑电路间的接口。8. 试述光在光纤中传播的基本原理，列举光纤的几个重要参数和光纤的分类。答：基本原理：斯涅尔定理(Snells law)，光由光密介质入射到光疏介质时发生折射，其折射角大于入射角，即n1n2时，ri。n1、n2、r、i间的数学关系为：n1sini=n2sinr（1）当r=90时，i仍90，此时，出射光线沿界面传播，称为临界状态。临界角i0为：i0=arcsin(n2/n1)（2）当ii0并继续增大时，r90，这时便发生全反射现象，其出射光不再折射而全部反射回来。光纤是基于全内反射原理的。光纤的重要参数分别为：数值孔径，传播模式和传播损耗。按折射率变化类型分类：阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤。按传播模式的多少：单模光纤和多模光纤。从传感器机理上来说：光纤传感器可分为振幅型