传感器与自动检测技术 试卷及答案 模拟试卷一

第6页共6页线订装线订装班级：姓名：学号：专业：密封线（考试时间120分钟，总分100分）题号一二三四总分分数评卷人单项选择题（本大题共20小题，每小题2分，共40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、测量者在处理误差时，下列哪一种做法是无法实现的（）A．消除随机误差B．减小或消除系统误差C．修正系统误差D．剔除粗大误差2、不属于传感器静态特性指标的是（）A．重复性B．固有频率C．灵敏度D．漂移3、对于传感器的动态特性，下面哪种说法不正确（）A．变面积式的电容传感器可看作零阶系统B．一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．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4、在金属箔式应变片单臂单桥测力实验中不需要的实验设备是（）A．直流稳压电源B．低通滤波器C．差动放大器D．电压表5、下列不属于电容式传感器测量电路的是（）A．调频测量电路B．运算放大器电路C．脉冲宽度调制电路D．相敏检波电路6、在二极管双T型交流电桥中输出的电压U的大小与（ ）相关A．仅电源电压的幅值和频率B．电源电压幅值、频率及T型网络电容C1和C2大小C．仅T型网络电容C1和C2大小D．电源电压幅值和频率及T型网络电容C1大小7、石英晶体在沿机械轴y方向的力作用下会（）A．产生纵向压电效应B.产生横向压电效应C．不产生压电效应D.产生逆向压电效应8、在运算放大器放大倍数很大时，压电传感器输入电路中的电荷放大器的输出电压与（）成正比。A．输入电荷B.反馈电容C．电缆电容D.放大倍数9、磁电式传感器测量电路中引入积分电路是为了测量（）A．位移B．速度C．加速度D．光强10、光敏电阻的特性是（）A．有光照时亮电阻很大B．无光照时暗电阻很小C．无光照时暗电流很大D．受一定波长范围的光照时亮电流很大11、基于光生伏特效应工作的光电器件是（）A．光电管B.光敏电阻C．光电池D.光电倍增管12、CCD以（）为信号A.电压B.电流C．电荷D.电压或者电流13、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（）A．电阻值变小B．电阻值变大C．电阻值不变D．不确定14、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1460m/s，测量时间间隔为20us，则物位高度为（）A．29.2mmB．14.6mmC．7.3mmD．条件不足，无法求出15、下列关于微波传感器的说法中错误的是（）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—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16、对于工业上用的红外线气体分析仪，下面说法中正确的是（）A．参比气室内装被分析气体B.参比气室中的气体不吸收红外线C．测量气室内装N2D.红外探测器工作在“大气窗口”之外17、红外辐射的物理本质是（）A．核辐射B．微波辐射C．热辐射D．无线电波18、当两块光栅的夹角很小时，光栅莫尔条纹的间距（）A．与栅线的宽度成正比B.与栅线间宽成正比C．与夹角近似成正比D.与栅距近似成正比19、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（）A．45°B.60°C.90°D.120°20、下列关于热电偶传感器的说法中，（）是错误的。热电偶必须由两种不同性质的均质材料构成计算热电偶的热电势时，可以不考虑接触电势在工业标准中，热电偶参考端温度规定为0℃接入第三导体时，只要其两端温度相同，对总热电势没有影响二、简答题（本大题共4小题，每小题4分，共16分）1、解释霍尔元件常制成薄片形状的原因（要求给出必要的公式推导过程）。2、简述光纤传感器的组成和工作原理。3、简述半导体色敏传感器的构成和工作原理。4、简述光栅读数头的组成和工作原理。三、分析计算题（本大题共3小题，每小题8分，共24分）1、铜电阻的电阻值与温度之间的关系为，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0℃时的铜电阻的电阻值和铜电阻的电阻温度系数。20.030.040.050.076.580.082.585.0已知一等强度梁测力系统，Rx为电阻应变片，应变片灵敏系数K=2，未受应变时，Rx=100Ω。当试件受力F时，应变片承受平均应变ε=1000μm/m，求：（1）应变片电阻变化量∆Rx和电阻相对变化量∆Rx/Rx。（2）将电阻应变片Rx置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V，求电桥输出电压及电桥非线性误差。（3）若要使电桥电压灵敏度分别为单臂工作时的两倍和四倍，应采取哪些措施？分析在不同措施下的电桥输出电压及电桥非线性误差大小。有一个以空气为介质的变面积型平板电容传感器（见下图）。其中a=16mm,b=24mm,两极板间距为4mm。一块极板分别沿长度和宽度方向在原始位置上平移了5mm，求：（1）极板未移动时，电容的初始电容值。（2）极板沿不同方向移动时，传感器的位移灵敏度K（已知空气相对介电常数，真空的介电常数）。四、综合题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）1、闭磁路变隙式差动变压器在忽略铁损、漏感及变压器次级开路的条件下，其等效电路可用下图表示。图中与、与，与、与分别为两个初级绕组和两个次级绕组的直流电阻与电感。两个初级绕组的线圈匝数都是，两个次级绕组的线圈匝数都是，衔铁与上下铁芯的间隙分别是，，，不考虑铁芯与衔铁中的磁阻影响时，对该电路进行分析后得到变隙式差动变压器输出电压。（1）分析衔铁在不同位置时，闭磁路变隙式差动变压器的输出特性。并根据其输出特性，说明它是如何实现位移测量的。（2）给出该变隙式差动变压器的灵敏度表达式，并指出如果在实际测量中要提高灵敏度，可以采取哪些措施。（3）实际的输出特性中会存在零点残余电压，分析其产生的原因并指出消除零点残余电压的办法。2、请设计两种利用热电偶测量2点平均温度的方法。要求画出相应的线路联结图，分别简要说明其工作原理，并指出各自的优、缺点。传感器与自动检测技术模拟试卷一参考答案一、单项选择题（本大题共20小题，每小题2分，共40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、A2、B3、C4、B5、D6、B7、B8、A9、A10、D11、C12、C13、B14、B15、A16、B17、C18、D19、C20、B二、简答题（本大题共4小题，每小题4分，共16分）答：置于磁场中的静止金属载流体产生霍尔效应时，电子受洛伦兹力：①同时金属导体内形成霍尔电场，电子受与反向的电场力：②平衡状态下：,即：③设金属导体单位体积内电子数为，则：④把④代入③：⑤把⑤代入②：⑥⑥式中霍尔常数，灵敏度由此可见，霍尔电势正比于激励电流和磁感应强度。其灵敏度正比于霍尔系数（它在金属导体单位体积内电子数固定时为定值），而与霍尔片厚度成反比。为了提高灵敏度，霍尔元件常制成薄片形状。2、答：光纤传感器由光源、（光纤或非光纤的）敏感元件、光纤、光探测器、信号处理系统等组成。其工作原理：由光源发出的光通过源光纤引到敏感元件，被测参数（温度、压力、应变、振动等）作用于敏感元件，在光的调制区内，使光的某一性质（光强、波长/频率、相位、偏振态）受到被测量的调制，调制后的光信号经过接收光纤耦合到光探测器，将光信号转换为电信号，最后经过信号处理得到所需要的被测量。3、答：半导体色敏传感器由两个结深不同的P-N结光电二极管构成，浅结的二极管是P+-N结，深结的二极管是P-N结。其工作原理：入射光照射时，P+、N、P三个区域及其间的势垒区中都有光子吸收，但效果不同。浅结对紫外线的灵敏度高，深结对红外光的灵敏度高。将两结吸收入光线后产生的光电流（短路电流）相比即可判断入色单色光的波长(颜色)。4、答：光栅读数头主要由标尺光栅、指示光栅、光路系统和光电元件等组成。其工作原理：标尺光栅固定在被测物体上，指示光栅相对于光电元件固定，两光栅在光照下可形成具有明暗相间带的莫尔条纹。标尺光栅移动一个栅距W，光强变化一个周期，用光电元件接收莫尔条纹移动时光强的变化，就可将光信号转换为接近于正弦周期函数的电信号输出，从而可知被测物体移动位移的大小。三、分析计算题（本大题共3小题，每小题8分，共24分）1、解：误差方程令，系数矩阵,直接测得值矩阵,被测量估计矩阵由最小二乘法：，则解：（1）（2）将电阻应变片Rx置于单臂测量电桥，取其他桥臂电阻也为Rx。当Rx有∆Rx的变化时，电桥输出电压为：非线性误差：（3）要使电桥电压灵敏度为单臂工作时的2倍，则应该在等强度梁的正反面对应贴上两个相同的应变片，一个受拉应变，一个受压应变，接入电桥相邻桥臂，形成半桥差动电桥，且取其他桥臂电阻也为Rx。此时，，要使电桥电压灵敏度为单臂工作时的4倍，则应该在等强度梁的正反面对应贴上四个相同的应变片，2个受拉应变，2个受压应变，形成全桥差动电桥。此时，，解：（1）（2）当一块极板沿长度方向在原始位置上平移时，有当一块极板沿宽度方向在原始位置上平移时，有或：或：四、综合题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）1、解：（1）①当衔铁在初始平衡位置，，则；当被测物体带动衔铁移动，若上移（且假设上移为正），则，，代入①式中，可得闭磁路变隙式差动变压器输出特性：②②式表明：在进行位移测量时，的大小正比于衔铁位移量，负号表示衔铁位移的方向（上移时，定义为正，表明反相；下移时，则为，表明同相）。（2）灵敏度表达式：实际测量中要提高灵敏度，可以采取的措施：适当提高电源幅值(但应在铁芯不饱和及允许温升范围内),提高的比值，尽量减小。（3）零点残余电压产生主要原因：变压器的电气参数和几何尺寸不对称，磁性材料的非线性。消除零点残余电压的办法主要有：工艺上保证磁路、线圈对成，铁芯均匀，线圈绕线均匀；在输出回路中用串/并电阻、电容的方法进行电路补偿。2、