传感器与检测技术

1、传感器与检测技术试题一、填空：（20分）1，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。（2分）2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。3、光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有光电管、光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电 效应，这类元件有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表。4.热电偶所产生的热

2、电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab（T，To）=。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。（2分）6. 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（增加减小不变）（2分）7. 仪表的精度等级是用仪表的（ 相对误差

3、 绝对误差 引用误差）来表示的（2分）8. 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（ 变面积型 变极距型 变介电常数型）外是线性的。（2分）9. 电位器传器的（线性），假定电位器全长为Xmax, 其总电阻为Rmax，它的滑臂间的阻值可以用Rx = x/Xmax Rmax,来计算，其中电阻灵敏度Rr= 2p(b+h)/At, 1、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（增大，减小，不变） 2、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（变面积型，变极距型，变介电常数型）是线性关系。3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M的大小与原方

4、线圈的匝数成（正比，反比，不成比例），与副方线圈的匝数成（正比，反比，不成比例），与回路中磁阻成（正比，反比，不成比例）。4、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以及相应的信号调节转换电路组成。5、热电偶所产生的热电热是由两种导体的接触电热和单一导体的温差电热组成。2、电阻应变片式传感器按制造材料可分为 _金属_ 材料和半导体 材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中的电阻变化主要是由 电阻应变效应 形成的，而的电阻变化主要是由 温度效应造成的。 半导体 材料传感器的灵敏度较大。3、在变

5、压器式传感器中，原方和副方互感M的大小与 绕组匝数 成正比，与 穿过线圈的磁通_成正比，与磁回路中 磁阻成反比，而单个空气隙磁阻的大小可用公式 _ 表示。1.热电偶所产生的热电势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab（T,To）=。在热电偶温度补偿中，补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线 和热电偶之间，接入延长线它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。（7分）3.电位器或电阻传感器按特性不同，可分为线性电位器和非线性电位器。线性电位器的理想空载特性曲线具有严格的线性关系。假定电位器全长为Xmax，其总电阻为Rm

6、ax，它的滑臂间的阻值可以用Rx=来计算。假定加在电位器A、B之间的电压为Vmax，则输出电压为Vx=。其电阻灵敏度RI=。电压灵敏度RU=。（7分）5.磁电式传感器是利用 导体和磁场发生相对运动而在导体两端 产生感应电势的。而霍尔式传感器为 霍尔元件 在磁场中有电磁效应（霍尔效应）而输出电势的。霍尔式传感器可用来测量电流，磁场，位移，压力。（6分）8.测量系统的静态特性指标通常用 输入量与输出量的对应关系 来表征（5分）1、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（增大减小不变）。2、平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（变面积型变极

7、距型变介电常数型）是线性的关系。3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M的大小与原方线圈的匝数成 反比简答题2 简述热电偶的工作原理。（6分）答：热电偶的测温原理基于物理的“热电效应”。所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。3 以石英晶体为例简述压电效应产生的原理。（6分）答：石英晶体在沿一定的方向受到外力的作用变形时，由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状态；而当作用力方向改变时，电

8、荷的极性随着改变。晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象称为正压电效应。反之，如对石英晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随之消失，称为逆压电效应。石英晶体整个晶体是中性的，受外力作用而变形时，没有体积变形压电效应，但它具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。4 简述电阻应变片式传感器的工作原理（6分）答：电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。1、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？（10分）答：传感器的特性是指传

9、感器所特有性质的总称。而传感器的输入输出特性是其基本特性，一般把传感器作为二端网络研究时，输入输出特性是二端网络的外部特性，即输入量和输出量的对应关系。由于输入量的状态（静态、动态）不同分静态特性和动态特性。静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入-输出特性。动态特性指当输入量随时间变化时传感器的输入-输出特性。可以从时域和频域来研究动态特性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

10、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。二、寄生电容与电容传感器相关联影响传感器的灵敏度，它的变化为虚假信号影响传感器的精度。试阐述消除和减小寄生电容影响的几种方法和原理。（15分）三、在生产过程中测量金属板的厚度，非金属板材的镀层厚度时常用涡流传感器。试简要叙述说明利用涡流传感器测量金属板厚度的工作原理及实现工艺。（15）1 光纤传感器的工作原理。（4分）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

11、角度反复逐次反射，直至传递到另一端面。光纤传感器利用光导纤维，按其工作原理来分有功能型（或称物性型、传感型）与非功能型（或称结构型、传光型）两大类。功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的的波导，而且具有测量的功能。非功能型光纤传感器其光纤只是作为传光的媒介，还需加上其他敏感元件才能组成传感器。5、什么是传感器静态特性。（4分）答：传感器的静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入输出特性。三、什么叫做热电动势、接触电动势和温差电动势？说明势电偶测温原理及其工作定律的应用。分析热电偶测温的误差因素，并说明减小误差的方法（10分）答：热电动势：两种不同材料的导体（或半导体）A、B串接成一个闭

12、合回路，并使两个结点处于不同的温度下，那么回路中就会存在热电势。因而有电流产生相应的热电势称为温差电势或塞贝克电势，通称热电势。 接触电动势：接触电势是由两种不同导体的自由电子，其密度不同而在接触处形成的热电势。它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度，而与导体的形状和尺寸无关。温差电动势：是在同一根导体中，由于两端温度不同而产生的一种电势。热电偶测温原理：热电偶的测温原理基于物理的“热电效应”。所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大

13、小。4、 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：霍尔组件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。 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。 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 .电桥补偿法一、填空（在下列括号中填入实适当的词汇，使其原理成立 5分）1用石英晶体制作的压电式传感器中，晶面上产生的电荷与作用在晶面上的压强成正比，而与晶片几何尺寸和面积无关。2把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据变压器的基本原理制成

14、的，其次级绕组都用同名端反向形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。3闭磁路变隙式电感传感器工作时，衔铁与被测物体连接。当被测物体移动时，引起磁路中气隙尺寸发生相对变化，从而导致圈磁阻的变化。4电阻应变片是将被测试件上的应变转换成电阻的传感元件。5影响金属导电材料应变灵敏系数K。的主要因素是 导电材料几何尺寸的变化。二、选择题1电阻应变片的线路温度补偿方法有（ A.B.D ）。 A差动电桥补偿 B补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法C补偿线圈补偿法D恒流源温度补偿电路法2电阻应变片的初始电阻数值有多种，其中用的最多的是（B）。 A 60 B120 C200 D3503通常用应变式传感器测量（BCD）。

15、 A温度 B速度 C加速度 D压力4当变间隙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（B,D）。 A灵敏度增加 B灵敏度减小 C非统性误差增加 D非线性误差减小5在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于（BD）。 A外光电效应 B内光电效应 C光电发射 D光导效应传感器与应用一、填空题（每空1分，共25分）1传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出 变化量 与输入变化量 的比值。对线性传感器来说，其灵敏度是 一常数 .2用弹性元件和电阻应变片及一些附件可以组成应变片传感器，按用途划分用应变式 力 传感器、应变式 加速度传感器等（任填两个）。3.采用热电阻作为测量温度的元件是将温度

16、 的测量转换为 电阻的测量。 4单线圈螺线管式电感传感器主要由线圈、铁磁性外壳和可沿线圈轴向 移动的活动铁芯 组成。5利用涡流式传感器测量位移时，为了得到较好的线性度和较好的灵敏度，应该让线圈与被测物的距离大大小于 线圈半径6空气介质变隙式电容传感器中，提高灵敏度和减少非线性误差是矛盾的，为此实际中大都采用 差动 式电容传感器7振筒式传感器是以均匀 薄壁圆筒 作为敏感元件，将被测气体压力或密度的变化转换成 频率。8由光电管的光谱特性看出，检测不同颜色的光需要选用光电阴极材料不同的光电管，以便利用光谱特性 灵敏度较高 的区段。9按热电偶本身结构划分，有 普通 热电偶、铠装热电偶、薄膜 热电偶。1

17、0硒光电池的光谱响应区段与 人类 相近，因而得到应用。11热敏电阻正是利用半导体 载流子数目随着温度变化而变化的特性制成的 温度 敏感元件。12当半导体材料在某一方向承受应力时，它的 电阻率发生显著变化的现象称为半导体压阻效应。用这个原理制成的电阻称固态 压敏电阻 。13磁敏二极管工作时加 正向 电压。由于它的磁灵敏很高，特别适用于测量 弱磁场 。二、选择题（每小题2分，共16分，7、8两题答案不止一个）1电阻应变片的初始电阻数值有多种,其中用的最多的是 （B）。A 60B 120C 200D 3502电涡流式传感器激磁线圈的电源是（ C ）。A 直流 B 工频交流 C高频交流 D低频交流3变

18、间隙式电容传感器的非线性误差与极板间初始距离d0之间是（B）。A 正比关系B 反比关系C 无关系4单色光的波长越短，它的（A ）。 A 频率越高，其光子能量越大 B 频率越低，其光子能量越大 C 频率越高，其光子能量越小 D 频率越低，其光子能量越小5热电偶可以测量（ C ）。 A 压力 B 电压 C 温度 D 热电势6光敏电阻适于作为（B ）。 A 光的测量元件 B 光电导开关元件 C 加热元件 D 发光元件7目前我国使用的铂热电阻的测量范围是（ AD ）。A -200850 B -50850 C -200150 D -2006508差动变压器传感器的配用测量电路主要有 （ AB ）。A 差

19、动相敏检波电路 B 差动整流电路 C 直流电桥 D 差动电桥一、单项选择题1下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（c ） A压力 B力矩 C温度 D厚度2属于传感器动态特性指标的是（ d ） A重复性 B线性度 C灵敏度 D固有频率3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4测量范围大的电容式位移传感器的类型为（ d ） A变极板面积型 B变极距型 C变介质型 D容栅型5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

20、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6影响压电式加速度传感器低频响应能力的是（ d ） A电缆的安装与固定方式 B电缆的长度 C前置放大器的输出阻抗 D前置放大器的输入阻抗7固体半导体摄像元件CCD是一种（ c ） 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8将电阻R和电容C串联后再并联到继电器或电源开关两端所构成的RC吸收电路，其作用是（ d ） A抑制共模噪声 B抑制差模噪声 C克服串扰 D消除电火花干扰9在采用限定最大偏差法进行数字滤波时，若限定偏差Y0.01，本次采样值为0.315，上次采样值为0.301，则本次采样值Yn应选为（ a ） A0.301 B0.303 C0.308 D0.31510若模/数转换器输出二进制数的位数为10，最大输入信号为2.5V，则该转换器能分辨出的最小输入电压信号为（ b ） A1.22mV B2.44mV C3.66mV D4.88mV11周期信号的自相关函数必为（ a ） A周期偶函数 B非周期偶函数 C周期奇函数 D非周期奇函数12已知函数x(t)的傅里叶变换为X（f），则函数y(t)=2x(3t)的傅里叶变换为（ b ）