传感器与检测技术传感器基本特性参考答案

1、第3章传感器基本特性、单项选择题1、衡量传感器静态特性的指标不包括（2、下列指标属于衡量传感器动态特性的评价指标的是（5、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（6、传感器的下列指标全部属于动态特性的是（7、不属于传感器静态特性指标的是（8、对于传感器的动态特性，下面哪种说法不正确（提高二阶传感器的固有频率，可减小动态误差和扩大频率响应范围9、属于传感器动态特性指标的是（A.线性度B.灵敏度C.频域响应D.重复性A.时域响应B.线性度C.零点漂移D.灵敏度3、一阶传感器输出达到稳态值的50%所需的时间是（A.延迟时间B.上升时间C.峰值时间D.响应时间4、一阶传感器输出达到稳态值的90%所需的时

2、间是（A.延迟时间B.上升时间C.峰值时间D.响应时间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A.迟滞、灵敏度、阻尼系数B.幅频特性、相频特性C.重复性、漂移D.精度、时间常数、重复性A.重复性B.固有频率C.灵敏度A.变面积式的电容传感器可看作零阶系统B.阶传感器的截止频率是时间常数的倒数C.时间常数越大，一阶传感器的频率响应越好D.A.重复性B.固有频率C.灵敏度D.漂移A.时间B.被测量C.环境D.地理位置13、非线性度是测量装置的输出和输入是否保持（）关系的一种度量。A.相等B.相似C.理想比例D.近似比例14、 回程

3、误差表明的是在（）期间输出-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15、 已知某温度传感器为时间常数T=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（）秒A. 3 B . 1 C .1.2 D . 1/3二、多项选择题1.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.超调量D.重复性2.动态响应可以采取多种方法来描述，以下属于用来描述动态响应的方法是：（）A.精度测试法B.频率响应函数C.传递函数D.脉冲响应函数3.传感器静态特性包括许多因素，以下属于静态特性因素的有（）。A.退滞B.重复性C.线

4、性度D.灵敏度4.传感器静态特性指标表征的重要指标有：（）A.灵敏度B.非线性度C.回程误差D.重复性5.一般而言，传感器的线性度并不是很理想，这就要求使用一定的线性化方法，以下属于线性化方法的有：（）A.端点线性B.独立线性C.自然样条插值D.最小二乘线性10、 无论二阶系统的阻尼比如何变化，的位移与激振力之间的相位差必为（）A. 0 B.90C.18011、 传感器的精度表征了给出值与（）A.估计值B.被测值C.相对值12、 传感器的静态特性， 是指当传感器输入、性。当它受到的激振力频率等于系统固有频率时，该系统D.在0和90之间反复变化的值相符合的程度。D.理论值输出不随（） 变化时，其

5、输出-输入的特三、填空题1、 灵敏度是传感器在稳态下 对 的比值。2、 系统灵敏度越 ，就越容易受到外界干扰的影响，系统的稳定性就越3、是指传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的现象。，相频特性应为。5、传感器的灵敏度是指。6、 衡量传感器的静态特性的指标包含 、和。（要求至少列出两种）7、 一个高精度的传感器必须有良好的 和,才能完成信号无失真 的转换。8、传感器的动态特性是指传感器测量动态信号时，传感器输出反映被测量的和 变化的能力。研究传感器的动态特性有两种方法：和。9、 阶跃响应特性是指在输入为 时，传感器的输出随 的变化特性。常用响应 曲线的、等参数作为评定指标。10、 频率

6、响应特性是指将 不同而 相等的正弦信号时间输入传感器，其输出正弦信号的幅值、相位与频率之间的关系。频率响应特性常用的评定指标11、 某位移传感器，当输入量变化5mnW，输出电压变化300mv,其灵敏度为。12、 某传感器为一阶系统，当受阶跃信号作用时，在t=0时，输出为10mV too时，输出 为100mM在t=5s时，输出为50mV则该传感器的时间常数为：。13、 已知某一阶压力传感器的时间常数为0.5s，若阶跃输入压力从25MPa变到5MPa则二 倍时间常数时的输出压力为。14、 某测力传感器属于二阶系统，其固有频率为1000Hz,阻尼比为临界值的50%当用它测 量500Hz的正弦交变力时

7、，其输出与输入幅值比和相位差分别为：及。四、 简答题1、 什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？如何用公式表征这些性能指标？2、 什么是传感器的动态特性？其分析方法有哪几种？3、什么是传感器的静特性？主要指标有哪些？有何实际意义？4、什么是传感器的基本特性？传感器的基本特性主要包括哪两大类？解释其定义并分别列出描述这两大特性的主要指标。（要求每种特性至少列出2种常用指标）五、 计算题1、 用某一阶环节的传感器测量100Hz的正弦信号，如要求幅值误差限制在土5如内，时间4、要实现不失真测量，检测系统的幅频特性应为常数应取多少？如果用该传感器测量50Hz的正弦信号，其幅值误差和相位误差各为多少

8、？2、 某温度传感器为时间常数T=3s的一阶系统，当传感器受突变温度作用后，试求传感器 指示出温差的三分之一和二分之一所需的时间。3、 在某二阶传感器的频率特性测试中发现，谐振发生在频率216Hz处，并得到最大幅值比 为1.4 : 1,试估算该传感器的阻尼比和固有角频率的大小。4、 设某力传感器可作为二阶振荡系统处理，已知传感器的固有频率为800Hz,阻尼比E=0.14，问使用该传感器测试400Hz的正弦力时，其幅值比A 3）和相角差力（3）各为 多少？ 若该传感器的阻尼比可改为E =0.7，问A（ 3 ）和力（3 ）又将如何变化？5、 当被测介质温度为t1,测温传感器示值温度为t2时，有下列

9、方程式成立：q =t2+沃（#2）/0当被测介质温度从25 C突然变化到300 C时，测温传感器时间常数=1 208，试确定经过480s后的动态误差。6、 若一阶传感器的时间常数为0.01s，传感器响应的幅值百分误差在10%范围内，此时，皿最高值达0.5，试求此时输入信号的工作频率范围。7、 设一力传感器可以简化成典型的质量一弹簧一阻尼二阶系统，巳知该传感器的固有频率为f。=1000Hz ,若其阻尼比为 总=0.7，试问用它测量频率为600Hz的正弦交变力时，其输出与输入幅值比A）和相位差*）各为多少。8、 通过某检测装置测得的一组输入输出数据如下表所示。试用最小二乘法拟合直线,并求其 线性度

10、和灵敏度。x1234y2.24.15.88.09、试求下列一组数据的各种线性度:1端点线性度；2最小二乘线性度。x12345y2.204.005.987.9010.1010、试计算某压力传感器的退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2.0190.9191.1191.34.0382.8383.2383.56.0575.8576.1576.68.0769.4769.8770.410.0963.9964.6965.210.0964.4965.1965.78.0770.6771.0771.4反行程6.0577.3577.4578.44.0384

11、.1384.2384.72.0191.6191.6192.0第3章传感器基本特性一、 单项选择题1、C 2、A 3、A 4、B 5、C 6、B 7、B 8、C 9、B 10、B 11、B 12、A 13、C14、C 15、C二、 多项选择题1、ABC 2、BCD 3、ABCD 4、ABCD 5、ABD三、 填空题I、 输出量变化；输入量变化2、高；差3、漂移4、常数；线性5、 在稳态信号下输出量变化对输入量变化的比值6、 线性度；灵敏度；退滞；重复性；漂移7、静态特性；动态特性8、 大小；波形；时域的阶跃响应法；频率响应法9、 阶跃函数；时间；上升时间；响应时间；超调量10、 频率；幅值；通频

12、带；时间常数；固有频率II、60mv/mm 12、8.5s 13、7.7 MPa 14、4/3;-33.69 四、 简答题1、答：传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入-输出关系。静态特性所描述的传感器的输入、输出关系式中不含有时间变量。传感器的静态特性的性能指标主要有：1线性度：非线性误差 匕=*冬K100%d、，2灵敏度：S =dx-.H3退滞：=3x100%一R4重复性： = 土；乂100%5漂移：传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的现象。2、答：传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即其输出 对随时间变化的输入量的响应特性。传感器的动态特性可以从

13、时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来分 析。3、答：传感器的静特性是当其输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主 要指标有线性度、退滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。通常人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。4、 答：传感器的基本特性是指传感器的输入-输出关系特性。传感器的基本特性主要包括静态特性和动态特性。其中，静态特性是指传感器在稳态信号作用下的输入-输出关系，描述指标有：线性度（非线性误差）、灵敏度、退滞、重复性和漂移；动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）

14、特性，即其输出对随时间变 化的输入量的响应特性，主要描述指标有：时间常数、延退时间、上升时间、峰值时间、响 应时间、超调量、幅频特性和相频特性。五、计算题1、解：一阶传感器频率响应特性:幅频特性：，）=-arctan（，.）由题意有：A(切1壬5%，即_15%十2 :又=一=2：f =200二T所以：00.523ms取.=0.523ms ,=2：f =2二50 =100二幅值误差:A()=100%=1.32%所以有：-1.32% ：A（八）：0相位误差：.：(，)-arctan(，. ) - -9.3所以有：9.3 .(，)：02、解：对传感器施加突变信号属于阶跃输入:st1进行拉氏变换:X(

15、s) =Lx(t) = x(t)e dt=0s阶系统传递函数：H(s)=Y(s)X(s)1所以：Y(s) =H(s) X(s)=-1 s对上式进行拉氏逆变换:y(t) = 1 - e/ 设温差为R,则此温度传感器的阶跃响应为：y(t) =R(1 -e,) =R(1 -e*)R2当尸=甘时，则t =3ln g = 1.22s；R1当y(t)= m 时,贝U t = 3ln云=2.08s。13、解：二阶系统A( ) =1-(一)2 42(一)2注-n n11.4.一一当与=与n时共振，贝U A(O)max=罕，-=0.36所以： =n=2苗=2二216=1357 rad,s12s2+2s+二、2.

16、，2.s +2ns+n1一(一) 2j(一)nn由题意：n=800Hz, =0.14则当切=400Hz时,11o o o - o 400)o 400 o -A / s frd / 212+ 、2i221242K/ 二七212_ c 7CQ2 _ 44只单位阶跃信号:x(t) =0 t01 t _02n4、解：二阶系统传递函数：H(s) =丫X(s)A()-1一() 4 ()-1(CE) 4 0.14(CE) -0.758-15n8008004002 (T2 0.14 ()n,800,14()=-arctan- = -arctan-= -arctan -.2400 2751-()21-()275

17、n800119rr当匚=0.7时，A(co)=一十0.492=1.0522=0.975,161饵成14()-arctan = -arctan 43.0251_11545、解：把输入看作从x(t) =0,心；又-0dt2t2=td .即(,0s 1)t2s =t(s)H(s)=t2(s)=1t1(s).s - 1t进行拉氏反变换后，有y(t) =275(1 -e旨20)480,二 动态误差A = y(480) 275 = -275e120=5.04 (C)6、解：传感器响应的幅值百分误差在10%范围内即相当于幅值比应大于0. 5来确定输入信号工作频率范围的上限。因而得出上限频率为：r50 .f

18、= Hz = 8 Hz2二可知：所求工作频率范围为08Hz。11= 0.95222( 600 + 4X0.72 xII输入信号的拉氏变换为X(s)= s-10.570到275的阶跃输入信号，则x(t) =275,t 0.Y(s) =H(S)X(S)=.0S 1275S0.乙可用必=0.50.50.01rad / s = 50rad / s7、解:W)=11000 J- tan1c c r 6002 0.7： I10001- 1(000-52.78、解：设拟合直线方程为y = a0 a1x由已知输入输出数据，根据最小二乘法，有:-11112A =1314_2.214.15.8更一11 1AA =

19、1 21 1113 4 1112344 101，10 30_有4 10AA =20#010 30方程有解(AA)1 I AnAA %A1230-10 _ 1.5-0.5A22-20 -104一J0.5 0.2一1 1 14.1；20.1【3 2 3 4_5.81_59.8_.8.0_A L =1.5-0.5 20.10.25X = (A A) A L = |1= I1-0.5 0.2 ；59.8-1.91-a0= 0.25 , a1= 1.91拟合直线为y =0.25 1.91x输入x: 1234输出y : 2.2 4.15.8 8.0理论值？： 2.16 4.07 5.98 7.89y-y?

20、: 0.04 0.03 0.18 0.11Lmax=0.18非线性误差为：土竺100%二：.0!8100%=2.25%YFS8灵敏度为：Sn=也=1.91 dx9、解：端点线性度：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1.975 1 b =2.20b =0.225L0 225max100%一-100% = _2.23%yFs10.10最小二乘线性度：设拟合直线方程为y =a0 a1x由已知输入输出数据，根据最小二乘法，有：x12345y实际2.204.005.987.9010.10y理论2.204.1756.158.12510.10 =y实际-y理论0-0.175-0.17-0.2250.端点拟合直线为y =1.975x 0.225-：Lmaxk =4 =畋经=1.975X2 X5-1=-0.225拟合直线为y = 0.126 1.97x输入x： 12345输出y : 2.20 4.005.98 7.9010.10理论值 ？： 2.096 4.066 6.036 8.0069.976L =y?: 0