(2025年)传感器与检测技术测验(含答案)

(2025年)传感器与检测技术测验(含答案)一、单项选择题（每题2分，共30分）1.某电阻应变片的敏感栅材料为康铜，其灵敏度系数K=2.0，当受到轴向应变ε=5000με时，电阻相对变化量ΔR/R为（）A.0.01B.0.005C.0.02D.0.0022.电容式传感器采用差分式结构的主要目的是（）A.提高灵敏度B.减小非线性误差C.增加测量范围D.降低温度漂移3.电感式传感器中，变气隙式传感器的灵敏度与气隙厚度δ的关系为（）A.灵敏度与δ成正比B.灵敏度与δ成反比C.灵敏度与δ的平方成正比D.灵敏度与δ的平方成反比4.压电式传感器不能用于静态测量的主要原因是（）A.压电材料的居里点较低B.电荷容易通过测量电路泄漏C.输出信号幅值太小D.传感器固有频率过低5.霍尔传感器的灵敏度KH与（）有关A.霍尔元件的厚度B.激励电流大小C.磁场强度D.载流子浓度6.热电偶的热电势由（）组成A.接触电势和温差电势B.温差电势和扩散电势C.接触电势和漂移电势D.扩散电势和漂移电势7.光电效应中，光电管基于（）A.外光电效应B.内光电效应C.光生伏特效应D.光电导效应8.气敏传感器检测甲烷浓度时，通常利用（）A.电阻变化B.电容变化C.电感变化D.电势变化9.以下不属于传感器静态特性指标的是（）A.线性度B.固有频率C.迟滞D.重复性10.磁电式速度传感器的工作原理基于（）A.电磁感应定律B.霍尔效应C.压电效应D.压阻效应11.热电阻测量温度时，采用三线制接法的主要目的是（）A.提高测量精度B.简化电路C.增加测量范围D.降低成本12.光纤传感器中，相位调制型传感器属于（）A.功能型光纤传感器B.非功能型光纤传感器C.强度调制型传感器D.波长调制型传感器13.超声波传感器测量距离时，若超声波在空气中的传播速度为340m/s，发射与接收的时间差为2ms，则被测距离为（）A.0.34mB.0.68mC.3.4mD.6.8m14.以下传感器中，适合测量微小位移（如0.1μm级）的是（）A.电感式传感器B.电容式传感器C.电阻应变式传感器D.磁电式传感器15.数字式传感器与模拟式传感器的本质区别在于（）A.输出信号形式B.敏感元件材料C.测量原理D.应用场景二、填空题（每空1分，共20分）1.传感器的基本组成包括敏感元件、（）和（）。2.电阻应变片的温度误差可通过（）和（）两种方法补偿。3.电容式传感器按工作原理可分为变面积式、（）和（）三种类型。4.电感式传感器的零点残余电压主要由（）和（）引起。5.压电材料分为（）、（）和高分子压电材料三类。6.热电偶的冷端温度补偿方法有（）、（）和电桥补偿法。7.光电传感器的核心元件是（），其基本类型包括（）和（）。8.气敏传感器的主要性能指标有（）、（）和响应时间。9.数字式传感器的典型输出形式包括（）和（）。三、简答题（每题6分，共30分）1.比较应变式传感器与压阻式传感器的工作原理及应用场景差异。2.说明电感式传感器产生零点残余电压的原因，并列举三种消除方法。3.简述霍尔传感器的工作原理，并说明其在位移检测中的具体应用方式。4.分析热电偶冷端温度未补偿时对测量结果的影响，并解释补偿导线的作用。5.列举三种常见的光纤传感器类型，说明其调制原理及适用场景。四、计算题（每题8分，共24分）1.某电阻应变片的参数为：初始电阻R0=120Ω，灵敏度系数K=2.1，粘贴于弹性模量E=2×10^11Pa的钢质构件表面。当构件受轴向拉力F=5×10^4N，构件截面积A=1×10^-4m²时，求应变片的电阻变化量ΔR。（提示：应变ε=F/(E·A)）2.采用Pt100热电阻测量温度，已知其电阻-温度特性为R=R0(1+αt)，其中α=3.85×10^-3/℃，R0=100Ω。若测量时电桥输出电压对应的热电阻值为138.5Ω，求被测温度t。若实际测量中因导线电阻引入3Ω误差（热电阻值被高估），计算温度测量的绝对误差和相对误差。3.某压电式加速度传感器的压电元件为石英晶体（压电系数d11=2.31×10^-12C/N），传感器质量块质量m=0.05kg，固有频率fn=10kHz，阻尼比ζ=0.05。当受到加速度a=10g（g=9.8m/s²）的正弦振动时，求传感器输出的电荷Q和电压U（假设电荷放大器输入电容Ci=1000pF）。五、综合分析题（每题13分，共26分）1.设计一个基于光电传感器的自动分拣系统，用于区分黑色（吸光率>90%）和白色（反射率>80%）的塑料零件。要求：（1）画出系统组成框图；（2）说明各模块功能；（3）分析可能的干扰因素及解决措施。2.某旋转机械的振动监测系统采用磁电式速度传感器，输出信号经调理后需进行频谱分析。（1）简述磁电式速度传感器的工作原理；（2）说明信号调理电路的组成及各部分作用；（3）分析振动信号中可能包含的频率成分及其对应的机械故障类型（至少列举三种）。答案一、单项选择题1.A2.B3.D4.B5.A6.A7.A8.A9.B10.A11.A12.A13.A14.B15.A二、填空题1.转换元件；测量电路2.桥路补偿法；应变片自补偿法3.变极距式；变介电常数式4.传感器两线圈不对称；寄生电容耦合5.压电晶体；压电陶瓷6.冰浴法；仪表机械零点调整法7.光电转换元件；透射式；反射式8.灵敏度；选择性9.频率输出；编码输出三、简答题1.应变式传感器利用金属电阻应变效应，通过应变片将机械应变转换为电阻变化，适用于静态或低频动态测量（如力、压力）；压阻式传感器利用半导体压阻效应，通过扩散电阻将应力转换为电阻变化，灵敏度高但温度稳定性差，适用于小量程、高精度动态测量（如微型压力传感器）。2.原因：传感器两线圈的电感、电容不对称；激励信号中存在高次谐波；寄生电容耦合。消除方法：调整线圈参数使对称；采用相敏检波电路；在电路中加入补偿网络。3.霍尔原理：载流半导体在磁场中受洛伦兹力产生霍尔电势UH=KHIB。位移检测应用：将霍尔元件置于梯度磁场中，位移变化引起B变化，通过UH测量位移（如汽车油门踏板位移检测）。4.影响：冷端温度高于0℃时，热电势减小，测量结果偏低。补偿导线作用：将热电偶冷端延伸至温度稳定的控制室，使用与热电偶热电特性相近的材料，减少冷端温度波动影响。5.①强度调制型：通过光强变化调制（如光纤位移传感器，测微小位移）；②相位调制型：利用光程差引起相位变化（如光纤干涉仪，测高精度振动）；③波长调制型：通过光波长变化调制（如光纤布拉格光栅，测温度、应变）。四、计算题1.应变ε=F/(E·A)=5×10^4/(2×10^11×1×10^-4)=2.5×10^-3；ΔR/R=Kε=2.1×2.5×10^-3=0.00525；ΔR=120×0.00525=0.63Ω。2.由R=100(1+3.85×10^-3t)=138.5，解得t=(138.5/100-1)/3.85×10^-3=100℃。导线误差导致R测=138.5+3=141.5Ω，t测=(141.5/100-1)/3.85×10^-3≈107.8℃；绝对误差Δt=107.8-100=7.8℃；相对误差=7.8/100×100%=7.8%。3.力F=ma=0.05×10×9.8=4.9N；电荷Q=d11F=2.31×10^-12×4.9≈1.13×10^-11C；电压U=Q/Ci=1.13×10^-11/(1000×10^-12)≈0.0113V。五、综合分析题1.（1）系统框图：光源→透镜→被测零件→光电接收器→信号调理→控制器→执行机构（分拣机械臂）。（2）模块功能：光源提供稳定光强；透镜聚焦光束；光电接收器检测反射光强；信号调理（放大、滤波）；控制器比较阈值（黑/白反射光强差异）；执行机构分拣。（3）干扰因素：环境光变化（加遮光罩、使用特定波长光源）；零件表面污渍（增加清洁模块）；振动导致位置偏移（机械定位装置）。2.（1）磁电式速度传感器：