传感器模拟试卷二参考答案

1、第1页，第11页，传感器，自动检测技术和自动检测技术，模拟试卷，第2卷，参考答案，参考答案，试卷11，单项选择题(这个大问题是一个单项选择题(这个大问题有1010个小问题，每个小问题有2 2分，每个小问题的总得分为2020分)每个小问题中列出的四个选项中只有一个符合题目的要求，请在每个小问题中列出四个选项。错误选择、多选题和无选择都不计分。正确选项前的字母填入问题后的括号中。错误的选择，多项选择和没有选择不会得分。1.C 2，D 3，A 4，C 5，C 6，A 7，A 8，D 9，B 10，A 2。简答题(有两个简答题(这个大题有5个小问题，每个小问题有6个6分，共3030分)1。解释什么是传

2、感器？传感器的两个基本组件是什么？这两个部分的作用是什么？答：传感器传感器是能够感知测量信号并根据一定规则将其转换为可用输出信号的设备或装置。传感器的基本组成包括两部分：敏感元件和转换元件。敏感元件敏感元件是传感器中的一个部件，可以直接感受(或响应)测量的信息(非电量)，并在检测中发挥作用。转换元件转换元件是指传感器中能够将敏感元件的传感(或响应)信息转换成电信号的部分，起转换作用。2.试着解释下图中用霍尔传感器测量转速的方法。输入轴转盘霍尔传感器小磁铁A:转盘的输入轴与被测转轴相连，当被测转轴转动时，转盘随之转动；固定在转盘附近的霍尔传感器在每个小磁铁通过时都会产生相应的脉冲；测量的速度可以

3、通过检测每单位时间的脉冲数来确定。3.什么是光电导效应？光伏效应？外部光电效应？这些光电效应的典型光电器件是什么？答：光电导是指半导体材料在光的作用下吸收入射光子能量的现象。如果入射光子的能量大于或等于半导体材料的带隙，电子第2页上的11对空穴将被激发，导致载流子浓度、电导率和电阻的增加，例如光致抗蚀剂。光伏效应是指物体在光的作用下会产生一定方向的电动势的现象，如光电池。外部光电效应是指电子在光的作用下可以从物体表面逃逸的现象，如光电管(光电二极管、光电晶体管)和倍增管。4.简述光栅莫尔条纹测量位移的三大特点。答：光栅莫尔条纹位移测量有三个主要特点：(1)位移放大当光栅每移动一个光栅距离W时，

4、莫尔条纹移动一个宽度H B，莫尔条纹距离H B与两个光栅之间的角度的关系为：2/2H W B。由此可见，H B越小，H B越大，相当于将W放大1/2倍。也就是说，光栅具有位移放大功能，可以提高测量的灵敏度。(2)莫尔条纹的移动方向当一个光栅固定，另一个光栅向右移动时，莫尔条纹将向上移动；相反，如果另一个光栅向左移动，莫尔条纹将向下移动。因此，莫尔条纹的移动方向有助于区分光栅的移动方向。(3)误差的平均效应莫尔条纹是由大量的光栅线形成的，可以平均抵消线的标记误差。5.画出用热电偶测量两点间温差的电路图，并说明其工作原理。答：下图是测量两点间温差(12t)的电路连接方法。两个相同类型的热电偶与同一

5、个补偿导线匹配，连接方式应使两个热电偶反向串联(甲接甲，乙接乙)，使两个热电势方向相反。因此，差值被输入到反映温度的仪器中给定回路的总电动势为T E，可从热电偶的工作原理推导出：第3页，共11页，102012120(，因此，测得的回路总电动势反映了两个测量工作端之间12t的温差。为了减小测量误差和提高测量精度，两个热电偶的冷端温度应相同(0 t)。热电偶测量两点之间的温差。电路图显示的是仪器ABABB1T2T0T。第三，分析与计算题(有三个大题，分析与计算题(这个大题有三个小题，每个小题，每个小题有1010分，共3030分)注：自动化与电力专业的学生必须做第一个小题，并从第24个小题中选择两个

6、小题；测量与控制专业的学生可以从4个小问题中选择3个。1.电路的电压数值方程是2211 RIRIU。当电流为ai21和ai12时，测得的电压u为50v。当电流为AI3 1和AI2 2时，测得的电压u为80v。当电流为AI4 1和AI3 2时，测得的电压为120伏。用最小二乘法求出两个电阻1 R和2 r的值。解决方法：让11 Rx，22 Rx系数矩阵34 23 12 A，直接测量值矩阵120 80 50 L，共4页，共11页，用最小二乘法测量估计矩阵2 1X:LAXA，然后1420 2029 34 23 12 321 432 AA570 820 120 80 50 321 432 LA06A 2

7、922尝试分析半桥差动交流电桥的平衡条件，给出电桥的输出电压表达式。解决方案：交流电桥Z1 U O U(a)Z2 Z3 Z4 R1R 2 R4 R3 O U C1 C2 U(b)交流电桥如上图所示。桥臂Z1和Z2分别增加了工作应变仪和补偿应变仪。由于电源是交流的，应变计引线的分布电容使桥臂呈现复杂的阻抗特性，相当于两个应变计并联一个电容(C1，C2)。各桥臂的复阻抗为：44 33 22 22 11 1 1 1 z rz cjwr r z cjwr r (1)交流电桥的开路输出电压为：(4321 3241 0 zzzzzzuu应满足电桥平衡条件0 0 0 U，有：0 3241 ZZZZ替代公式(

8、1)得出：22 32 11 41 11CjwR RR CjwR RR得出：132132242141 crrjwrrr 交流电桥的平衡条件可以得到如下：(电容平衡条件)或(电阻平衡条件)221112213 4 3241crcr r c r r rrrr3，已知可变气隙电感传感器的铁芯截面积S2cm 2，磁路长度L20cm，相位6，共11页，相对磁导率1 5000，气隙0.5厘米，0.1毫米，真空磁导率0.410 7小时/米。如果做成差动结构，灵敏度会有什么变化？ 解决方案：根据可变气隙电感传感器的工作原理，无论电枢上下运动，经过线性处理后，可以得到如下结果：00 L然后00L和2 0 0 0 2

9、 WS L，所以有：22740220 10004102101 . 65 . 0220 . 510 WSL如果做成差动结构，其灵敏度会翻倍，即3.210.0L。如果已知某个光纤传感器将空气中的光耦合到光纤中，即1 n1.5和2 2n，那么光纤传感器的光收集范围是多少？为了降低光纤的传输损耗，应该考虑哪些方面？解决方案：光纤传感器的集光范围取决于其数值孔径的大小，即：0 2 2 2 1 sin n nn NA c根据问题的含义：0 n0，1 n1.5，2 2n，所以有：7页11 2 2 12 2 0 sin 1 . 5 2 0 . 5 nn NA n，即0 30 c， 那么光的收集范围应该是：20

10、60为了减少光纤的传输损耗，吸收损耗，散射损耗和试卷2综合设计分析综合设计分析题(这个大题总共有2020分)。 分钟)。外壳固定电极C1 C2弹簧质量绝缘垫差动电容式加速度传感器结构输出端d1 d2差动电容式加速度传感器结构如上图所示。它有两个固定极板(与外壳绝缘)，中间有一个由弹簧板支撑的质量块。质量块的两个端面经过研磨和抛光后作为移动极板(与外壳电连接)。设计了合适的测量电路，并详细说明了用这种结构进行加速度测量的工作原理。所有结论必须基于理论(给出必要的公式推导)。解决方法：根据问题的含义，当传感器外壳与被测物体在垂直方向上做直线运动时，由于惯性，质量相对静止，所以固定电极与移动板之间的

11、距离会发生变化，一个会增大，另一个会减小。从而影响两个电容器的电容并形成差分结构。对于差动平板电容器，通过分析：00 2 Cd Cd，第8页，第11页，并根据位移与加速度的关系，可以得出：在公式2 1 2 Sdat: s中位移；加速度；t锻炼时间。结合以上两个方程，我们可以得到：20002 Cdat Cdd。因此，电容增量与测得的加速度成正比。测量电路可选择如下：方法1:使用脉宽调制电路1 A 2 A双稳态触发器1c2c q a b m n2r1rd1d20ur u脉宽调制电路原理图脉宽调制电路如上图所示。图中的1和2是差分电容传感器。在某种状态下，双稳态触发器具有1Q(高电平)和0Q(低电平

12、)。此时，A点处于高电位，A u通过1 R对电容1 C充电，使M u上升。当忽略双稳态触发器的输出电阻，二极管D1的反向电阻为无穷大时，充电时间常数为111 RC。充电，直到点M处的电位高于参考电位，即uu，并且比较器1 A输出正跳变信号来驱动触发器，这将使0Q(低电平)和1Q(高电平)。此时，点A处于低电位，1 C通过d 1迅速放电至0电平；同时，点b处于高电位，第9页和第11页上的2 R对2 C充电，时间常数变为222 R C，直到点n的电位高于参考电位r u，即Nr uu，这使得比较器2 A输出正跳变信号，驱动触发器翻转，并重复上述过程。这样，q端和q端(即a点和b点之间)输出方波。将电

13、容1C和2C充电到r u所需的时间为111分钟。当差分电容为12 CC时，两个电容的充电过程在12t时完全相同。a和b之间的电压AB u是一个对称的方波，其DC分量(平均电压值)为0。当差分电容为12 CC时，假设为12 CC，1的充电时间将延长，2的充电时间将缩短，导致时间常数为12。此时，AB u的方波是非对称的。在矩形电压波通过低通滤波器后，可以得出结论，AB u的DC分量(平均电压值)不是0，而是应该是：1122120121122)AMM Abdcabambm RCUR C UTT UUUUU TTTT RCR C(其中Am u和Bm u分别是A u和B u的幅度。由于AmBmm uu

14、u设置为12 RR，上述公式变为：12 0 12) ABDCm CC uuu CC(对于可变极距类型：21 0 12 m dd uu dd，当差分电容为120 CCC，即120 ddd时，为0 U；如果1C不等于2C，假设12C，即ddd 01，ddd 02，那么：0 0 m d uu d在第10页有11页。对于12 CC，即10 ddd，20 ddd，则可以看到：0 0m d uu d:0 u与d成线性关系。方法2:使用二极管双t型交流电桥d2d 1c 2 a2 b2r 11l u r2r 11i 2(a)(c)(d)c1c 2r 1r 2 c1c 21i e e t1t2t o(b)二极管双t型交流电桥，如上图所示。高频电源E提供幅度为E的方波，D1和D2是两个具有相同特性的二极管，12 RRR、1 C和2 C是传感器的两个差分电容。(1 1)当传感器没有输入时，当传感器没有输入时，1