传感技术及应用试卷及答案2023年

哈工大 2023年 秋季学期传感技术及应用 试卷答案70分一、 推断题〔正确打√标记，错误打×标记，每题1分，共10分〕1〔〕传感器的阈值，实际上就是传感器在零点四周的区分力。2〔×〕1mm0.001mm0.1%。3〔×〕A承受最小二乘法拟合算得线性度为±0.6B承受A的线性度优B。4〔×〕无论何种传感器，假设要提高灵敏度，必定会增加非线性误差。5〔×〕幅频特性优良的传感器，其动态范围大，故可以用于高精度测量。6〔×〕系统重进展标定，也可直接使用。7〔×〕压电式力传感器既可以测量静态力，也可以测量动态力。8〔〕热电偶的工作机理是导体的热电效应，而热电势的产生必需具备两个条件，即两种导体材质不同且两个节点的温度不同。9〔×〕于光敏电阻的响应时间很短，因此可以用做高速光电开关。10〔×〕的折射率小于包层的折射率。二、选择题〔110〕1〔①〕车间条件下测量大型机床工作台的位移〔20m，可承受：①光栅传感器；②电容传感器；③电涡流传感器。2〔②〕为一个旋转式机械分度装置增加数显系统，可承受的角度传感器为：①增量式编码器；②确定式编码器；③电容传感器。3〔①〕对生产流水线上的塑料零件进展自动计数，可承受的传感器为：4〔②〕在线测量高速回转零件的主轴径向偏摆量，可承受：第1页〔共10页〕试题答案：试题答案：5〔②〕以下哪类传感器具有防水功能？6〔①〕为了在报纸印刷的高速生产流水线上监测印刷缺陷，可以承受哪一种传感器？CCDCCD传感器；③硅光电池。7〔③〕一个小型光学仪器中用于测量光斑二维位置变化〔x-〕的传感器可承受：①线阵CCD传感器；②面阵CCD传感器；③PSD传感器。8〔③〕确定式编码器的码制绝大多数承受：〔循环码。9〔②〕以下电感传感器中，哪种传感器的输出特性是线性的？10〔③〕电容式液位传感器属于以下哪种型式？①变极距型；②变面积型；③变介质型。三、简答题〔65420〕什么是传感器？包含哪些方面含义，传感器由哪三个局部组成？答：传感器〔Transducer/Sensor〕的定义是：“能够感受规定的被测量并依据肯定规律转换成可用输出信号的器件或装置”。定义包含的意思：①传感器是测量装置，能完成检测任务；②它的输入量是某一种被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；是电量，还可以是气压、光强等物理量，但主要是电物理量；④输出与输入之间有确定的对应关系，且能到达肯定的精度。输出量为电量的传感器，一般由敏感元件、转换元件、根本转换电路三局部组成。敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。转换元件：将敏感元件的输出转换成肯定的电路参数。有时敏感元件和转换元件的功能是由一个元件〔敏感元件〕实现的。根本转换电路：将敏感元件或转换元件输出的电路参数转换、调理成肯定形式的电量输出。2〔共10页〕以下图是热敏电阻的伏安特性曲线，请对曲线进展分析；用该热敏电阻测量温度时，应当利用曲线的哪一段，说明缘由；用该热敏电阻测量风速或流量时，应当利用曲线的哪一段，说明缘由。V〔电压〕b cda0 I I I〔电流〕a m答：性。0－a段：电流小于Ia，功耗小，电流缺乏以使热敏电阻发热，元件上的温度根本是环境温度。此时热敏电阻相当于一个固定电阻，电压与电流之间符合欧姆定律。a－b段：随着电流增加，热敏电阻功耗增加，导致电流加热引起热敏电阻自身温度超过环境温度〔介质温度减小的速度。c－d段：随着电流增加，为Im时，电压到达最大值，电流连续增加，热敏电阻本身加热更为猛烈，阻值快速减小，阻值减小的速度大于电流增加的速度，消灭c－d段负阻区。用0－a段进展测温。电流缺乏以使热敏电阻发热，热敏电阻的阻值变化只与被测量的环境有关。用c－d段测量风速或流量，风速或流量可以使热敏电阻的热量消耗，而消耗的热量与风速或流量有关。3〔共10页〕抱负状况下，金属应变片的输出电阻是应变的一元函数，但实际上应变片输出电阻还和温度有关，即ΔR/R=F(ε，t)，请表达电阻应变片温度的补偿方法和补偿原理。线路补偿法电桥补偿是最常用且效果较好的线路补偿。RB被测试件材料完全一样的补偿块上，且仅工作应变片承受应变。RBtΔt=t-t0温度而引起的电阻变化量相等，电桥仍处于平衡状态。应变片的自补偿法这种温度补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片(称之为温度自补偿应变片)来补偿的。依据温度自补偿应变片的工作原理，要实现温度自补偿，必需有 K( )0 0 g s上式说明，当被测试件的线膨胀系数βg温度系数α0、灵敏系数K0βs，满足上式，则不管温度如何变化，均有ΔRt/R0=0，从而到达温度自补偿的目的。简述光纤的根本构造，并基于几何光学的原理，以阶跃光纤为例说明其传光过程。答：1.光纤的构造，由纤芯、包层和外套三局部组成。包层 外套纤芯阶跃光纤的纤芯与包层间的折射率阶跃变化的，即纤芯内的折射率分布大体上是均在界面上发生突变，如下图。光线的传播，依靠光在纤芯和包层界面上发生的内全反射现象。 第4页〔共10页〕试题答案：试题答案：1nn0n斯乃尔定理〔Snell”s Law〕指出：当光由光密物质〔折射率大〕入射至光疏物质＞。临界条件是： 2n arcsin 2n

sin n0 11 C 1

sin n1 0分析电容传感器边缘效应产生的缘由，画图给出消退其影响的措施，并进展论述。应。②在构造上增设等位环来消退边缘效应。电极均匀电场

等位环

原理：等位环安放在上面电极外，且与上电极绝缘边 边 组等电位，这样就能使上电极的边缘电力线平直，两极缘 缘 间电场根本均匀而发散的边缘电场发生在等位环的外电 电 周不影响工作。场 场电极5〔共10页〕试论述热电偶中间导体定律，并证明之。说明其作用。答：在热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要其两端的温度相等，第三导线的引入不会影响热电偶的热电势。A TCA 0CTT TT0Be(T,T)A 0

T0e (T)

B 0TA导体两端的电势差：TAT C

AC 0(T,T)C 0 0

e(T,TA

)TT0

(T)dTAe (T)AB

Be (T,T)B 0

TT>T

e (T)

e(T,T)B 0

(T)dT0T B0T00 CB T0

C

电势差：Te(T,TT

)0 (T)dT0T端接触电势：e0 AC

(T)T00 e0

nlnnA

C 0 0

T C0T ne (T

)T

Cnln C

T端接触电势：eAB

e lnnAB0CB 0 e n0Be (T,TAB

)eAB

(T)eB

(T,T0

)eAC

(T)e0

(T)e0

(T,T)0e (T)eAB AC

(T)e0

(T)e0

(T,T0

)eA

(T,T)0T

nln AT

nln AT

nln C

T

(T)

(T)dTe n 0e nB C

0e n T B AB 0(TT

n) ln

T

(T)

(T)dT0 e n T B AB 0此定律具有特别重要的有用意义，由于用热电偶测温时必需接入仪表(第三种材料)，(T0)A、B结点的焊接方法也可以是任意的。6〔共10页〕试题答案：〔6分假设某光栅的栅线密度为50线/m=0.01ra。求其形成的莫尔条纹间距BH是多少？说明莫尔条纹生成原理及特点。答：〔1〕=W=1mm/50=0.02mm=20mB≈W/θ=0.02mm/0.01=2mmH〔2〕在透射式直线光栅中，把主光栅与指示光栅的刻线面相对叠合在一起，中间留有很形成亮带；在两光栅刻线的错开处，由于相互挡光作用而形成暗带。横向莫尔条纹的斜率

tantan2莫尔条纹间距

BC W WB AB

可见莫尔条纹的宽度B

由光栅常数H sin 2sin H与光栅夹角打算 2 2W很小，但只要调整夹角θ，即可得到B，起了放大作用。放大倍数：1/θ均衡误差作用：由大量栅线共同形成的莫尔条纹对光栅栅线的刻线误差有均衡作用，提高了测量精度。θ将可获得相应宽度的莫尔条纹，可用转变θ的大小来选择任意粗细的莫尔条纹。〔12分〕试论述7〔10页〕试题答案：试题答案：霍尔片不等位电势产生的缘由及其补偿方法；假设霍尔片承受恒流源供电，为补偿温度误差，承受在输入回路并联电阻，假设霍αβt0时的输入电阻为RKH0；温度t1Rit

R [1(tti0

)]，霍尔元KHt答:

K [1(ttH0

)]，请画图并推导并联的电阻RP的大小。t=t。灵敏度系数KH0

输入电阻RI0当t=t灵敏度系数 K

K tHt输入电阻 R it

H0R i0

t

t00II I

IR I

RII P

RII PP H P

H i

RRi P

H0 R Ri0 PI PHt R Rit P

R1i0

tR0 P为了使霍尔电势不随温度变化，要保证： UT0=UT即 K H0

BK I BH0 Ht Ht

R

0

P

R R0 R R Pi0 P

i0〔12分〕石英晶体压电片上的极性如图〔a〕所示。++Fx+++Fx++y−−−−FxyFx Fx〔a〕x方向受压力 〔b〕x方向受拉力第x x 8〔共10页〕第y y试题答案：试题答案：〔c〕y方向受压力 〔d〕y方向受拉力请答复：石英晶体的压电效应有何特点？试标出图〔b〔〔〕叫纵向压电效应？什么叫横向压电效应？压电传感器配用电路常承受电荷放大器，依据压电材料的等效模型推导电荷放大器输出电压与电荷的关系；并说明电荷放大器有何特点。答：某些电介质物质，在沿肯定方向上受到外力的作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其外表上产生电荷；当外力去掉后，又重回到不带电的状态，这种将机械能转变为电能的现象，称为“正〔顺〕压电效应”。相反，在电介质的极化方向上施加电场，它会产生气械变形，当去掉外加电场时，电介质的变形随之消逝。这种将电能转换为机械能的现象，称为“逆压电效应”。Z、X、Y表示它的坐标。Z轴通过晶体不产生双折射现象，因而它的奉献是作为基准轴。X轴为电轴〔垂直于光轴ZX轴共有三个。Y轴为机械轴〔力轴生的变形最大。X轴作用力，而在垂直于此轴晶面上产生电荷的现象，称为“纵向压电效应”。YX轴的晶面上产生电荷的现象，称为“横向压电效应。”CaRaCcCaRaCcRiCiQUUfUiCf9〔共10页〕UU0

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