傳感器與測(cè)試技術(shù)電大復(fù)習(xí)指導(dǎo)

傳感器與測(cè)試技術(shù)是機(jī)械制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生必修的一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課。本課程的教學(xué)內(nèi)容主要包括：測(cè)試系統(tǒng)的基本概念，傳感器的一般特性與分析方法，傳感器的工作原理，特性及應(yīng)用，傳感器在機(jī)電系統(tǒng)中的應(yīng)用等四部分。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析方法，能夠根據(jù)工程需要選用合適的傳感器，并能夠?qū)y(cè)試系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析、對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 一、課程的基本教學(xué)基本要求 1了解測(cè)試系統(tǒng)的基本概念和系統(tǒng)組成、傳感器的定義和分類(lèi)。 2掌握傳感器的靜特性、動(dòng)特性的性能指標(biāo)概念、定義和 分析處理方法，了解提高傳感器性能的方法。 3了解常用傳感器的工作原理，掌握常用傳感器的性能特點(diǎn)和應(yīng)用。 4掌握機(jī)電系統(tǒng)中選用傳感器的原則，能根據(jù)需要選用合適的傳感器。 課程各章的基本內(nèi)容和學(xué)習(xí)要求、重點(diǎn)內(nèi)容在課程的教學(xué)大綱及教材各章節(jié)前的“學(xué)習(xí)重點(diǎn)與教學(xué)要求”中都已經(jīng)明確指出，本復(fù)習(xí)提要在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步說(shuō)明如下： 第一章緒論 了解測(cè)試的基本概念、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成，掌握傳感器的定義、理解傳感器的分類(lèi)方法和要求，了解測(cè)試的應(yīng)用及發(fā)展。 第二章傳感器的一般特性 掌握傳感器靜 特性各性能指標(biāo)的定義，傳感器的無(wú)失真檢測(cè)條件，理解傳感器靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型的建立與分析方法，了解提高傳感器性能的方法和非線性校正方法。 第三章電阻式傳感器 理解電阻應(yīng)變式、壓阻式傳感器和電位計(jì)的工作原理，掌握它們的性能特點(diǎn)，了解其常用結(jié)構(gòu)形式及應(yīng)用。 第四章電容式傳感器 理解各種形式電容傳感器的工作原理，掌握其性能特點(diǎn)，了解其應(yīng)用。 第五章電感式傳感器 理解自感式、差動(dòng)變壓器式、渦流傳感器的工作原理，掌握其性能特點(diǎn)，了解其應(yīng)用。了解壓磁式傳感器和感應(yīng)同步器。 第六章磁電式傳感器 理解磁電感應(yīng)式傳感器、霍爾元件的工作原理，轉(zhuǎn)換電路，掌握其性能性點(diǎn)，了解其應(yīng)用，了解磁柵式傳感器。 第七章壓電式傳感器 了解壓電式傳感器的工作原理，掌握常用壓材料及其性能特點(diǎn)，理解其轉(zhuǎn)換電路。 第八章光電式 了解光電器件的原理、應(yīng)用及光纖傳感器、 CCD、 PSD、光柵、激光傳感器的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用，掌握光碼盤(pán)的工作原理及應(yīng)用、光電器件典型應(yīng)用。 第九章超聲波傳感器 理解超聲波傳感器的工作原理，了解其性能特點(diǎn)及應(yīng)用。 第十章傳感器與測(cè)試技術(shù)在機(jī)電系統(tǒng)中的典型應(yīng)用實(shí)例 了解傳感 器與測(cè)試技術(shù)在機(jī)電系統(tǒng)中的典型應(yīng)用，掌握機(jī)電系統(tǒng)中傳感器的選用原則。 二、課程的考核方式說(shuō)明 本課程總成績(jī)由形成性考核成績(jī)和期末考試成績(jī)兩部分組成。其中形成性考核成績(jī)占 20%，期末考試成績(jī)占 80%。 形成性考核成績(jī)由學(xué)習(xí)內(nèi)容（平時(shí)作業(yè)、課程實(shí)驗(yàn)）和學(xué)習(xí)情況兩部分成績(jī)組成。 平時(shí)作業(yè)共布置 4 次記分作業(yè)，每次作業(yè)滿分 2.5 分，共 10 分。 本課程安排有 6 學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)，要求從 5 個(gè)實(shí)驗(yàn)中選做 3 個(gè)實(shí)驗(yàn) , 每個(gè)實(shí)驗(yàn) 1 分，共 3 分。未完成實(shí)驗(yàn)不能參加期末考試。 學(xué)習(xí)情況考核內(nèi)容包括輔導(dǎo)課到課情況 、觀看 IP 課的記錄情況、學(xué)習(xí)筆記等，共 7 分。 按照開(kāi)放教育試點(diǎn)有關(guān)規(guī)定，作業(yè)完成少于 2 次或?qū)嶒?yàn)未做，則形成性考核成績(jī)無(wú)效，并且不能參加期末考試。 期末考試采用閉卷考試方法。根據(jù) 2006 年中央電大關(guān)于考試時(shí)間改革的要求，本課程的考試時(shí)間為 1 小時(shí) 30 分鐘。并對(duì)考試的題型、分值及題量作了相應(yīng)的調(diào)整?？己艘蠓譃椤傲私?、理解、掌握”三個(gè)層次，在試題中各部分的比例大致為：掌握層次占 70%左右，了解層次占 20%左右，理解層次占 10%左右。 三、試題的類(lèi)型舉例說(shuō)明 試題的類(lèi)型為：簡(jiǎn)答題、選擇題、問(wèn) 答題及綜合題等四種類(lèi)型。下面結(jié)合具體例題說(shuō)明。 第一類(lèi)題型為簡(jiǎn)答題，每小題 5 分，約占 20 分。 （答案：傳感器是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于精確處理和應(yīng)用的另一種量的測(cè)量裝置或系統(tǒng)。） 第二類(lèi)題型為選擇題，每項(xiàng)選擇 3 分，約占 12 分左右。 例 1當(dāng)光敏元件加一定電壓時(shí)，光電流 I 與光敏元件上光照度 E 之間的關(guān)系，稱為。 a.溫度特性 b.光照特性 c.光譜特性 d.伏安特性 （答案： b） 例 2在檢測(cè)技術(shù)中，主要采用的是壓電型換能 器，發(fā)射超聲波利用壓電材料的，而接收信號(hào)則用。 a.多普勒效應(yīng) b.多普勒頻移 c.逆壓電效應(yīng) d.正壓電效應(yīng) （答案： c； d） 第三類(lèi)題型為問(wèn)答題，約有 4 道左右小題，每小題 6 分左右，共約 24 分 例 .測(cè)定頻響函數(shù)的方法有哪幾種 ? （答：確定頻響函數(shù)的方法是以標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸入，測(cè)出其輸出信號(hào)，從而求得需要的特性。輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)有正弦信號(hào)、脈沖信號(hào)和階躍信號(hào)。） 第四類(lèi)題型為綜合題，約有三道左右題，每題根據(jù)難度不同，分值有差別，約 12 至 16 分，共約 45 分左右。 例請(qǐng)畫(huà)出兩種霍 爾元件的驅(qū)動(dòng)電路，簡(jiǎn)述其優(yōu)缺點(diǎn)。 （答：對(duì)霍爾元件可采用恒流驅(qū)動(dòng)或恒壓驅(qū)動(dòng)，恒壓驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，但性能較差，隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度增加，線性變壞，僅用于精度要求不太高的場(chǎng)合；恒流驅(qū)動(dòng)線性度高，精度高，受溫度影響小。兩種驅(qū)動(dòng)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)， 應(yīng)根據(jù)工作要求確定驅(qū)動(dòng)方式。） 為方便大家復(fù)習(xí)，根據(jù)學(xué)員們的要求，在后半學(xué)期，本課程平臺(tái)上將會(huì)刊登一套往屆考題及答案。需要說(shuō)明的是，這套題僅供大家在復(fù)習(xí)過(guò)程參考，實(shí)際考試時(shí)試卷的題型、題目、分值及各種題型所占比例都會(huì)有一定差別，盡請(qǐng)注意！ 不管什么樣的考試題型和題目，都是圍繞課程主要教學(xué)內(nèi)容的，所以學(xué)懂學(xué)通課程各章的重點(diǎn)和主要的教學(xué)內(nèi)容才是根本。希望大家在復(fù)習(xí)過(guò)程中把重點(diǎn)放在課程的教學(xué)內(nèi)容的理解和掌握上。 最后，預(yù)祝大家圓滿完成課程學(xué)習(xí)，并且通過(guò)期末階段的總復(fù)習(xí)，進(jìn)一步鞏固所學(xué)知識(shí)，順利通過(guò)課程 期末考試！ 中央電大工學(xué)院“傳感器與測(cè)試技術(shù)”課程組 傳感器與測(cè)試技術(shù)往屆試題選登 說(shuō)明：為方便學(xué)員們進(jìn)行復(fù)習(xí)，根據(jù)大家的要求，在此刊登一套往屆期末考試的試題及參考答案。需要說(shuō)明的是，這套樣題僅供學(xué)員們?cè)趶?fù)習(xí)過(guò)程參考，實(shí)際考試時(shí)試卷的題目、題型、分值及各種題型所占比例都會(huì)有一定差別，盡請(qǐng)注意！ （考試時(shí)間： 1.5 小時(shí)） 一、簡(jiǎn)答題（每小題 5 分，共 20 分） 1傳感器： 2靜特性： 3超聲波的波型有幾種？是根據(jù)什么來(lái)分類(lèi)的？ 4.簡(jiǎn)述電容式傳感器的工作原理。 二、選擇題（ 每空 3 分，共 27 分） 1碼盤(pán)式傳感器是建立在編碼器的基礎(chǔ)上的，它能夠?qū)⒔嵌绒D(zhuǎn)換為數(shù)字編碼，是一種數(shù)字式的傳感器。碼盤(pán)按結(jié)構(gòu)可以分為接觸式、_和 _三種。 a.光電式 b.磁電式 c.電磁式 d.感應(yīng)同步器 2當(dāng)超聲波在一種介質(zhì)中傳播到界面或遇到另一種介質(zhì)，其方向不垂直于界面時(shí)，將產(chǎn)生聲波的反射、折射及 _現(xiàn)象。 a.表面波 b.蘭姆波 c.駐波 d.波型轉(zhuǎn)換 3. 改變電感傳感器的引線電纜后， _。 a.不必對(duì)整個(gè)儀器重新標(biāo)定 b. 必須對(duì)整個(gè)儀 器重新調(diào)零 c. 必須對(duì)整個(gè)儀器重新標(biāo)定 d. 不必對(duì)整個(gè)儀器重新調(diào)零 4應(yīng)變片的選擇包括類(lèi)型的選擇、材料的選用、 _、 _等。 a.測(cè)量范圍的選擇 b.電源的選擇 c. 阻值的選擇 d. 尺寸的選擇 e.精度的選擇 f.結(jié)構(gòu)的選擇 5應(yīng)變片絕緣電阻是指已粘貼的 _應(yīng)變片的之間的電阻值。 a.覆蓋片與被測(cè)試件 b.引線與被測(cè)試件 c.基片與被測(cè)試件 d.敏感柵與被測(cè)試件 6在光的作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過(guò)渡到自由狀態(tài)，引起物體電阻率的變化，這種 現(xiàn)象稱為 _。 a.磁電效應(yīng) b.聲光效應(yīng) c.光生伏特效應(yīng) d.光電導(dǎo)效應(yīng) 7. 如圖所示的結(jié)構(gòu)由線圈、鐵芯、銜鐵三部分組成的。線圈套在鐵芯上的，在鐵芯與銜鐵之間有一個(gè)空氣隙，空氣隙厚度為 。傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連。當(dāng) 外部作用力作用在傳感器的運(yùn)動(dòng)部分時(shí)，銜鐵將會(huì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生位移，使空氣隙 發(fā)生變化。這種結(jié)構(gòu)可作為傳感器用于 _。 a. 靜態(tài)測(cè)量 b. 動(dòng)態(tài)測(cè)量 c. 靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量 d. 既不能用于靜態(tài)測(cè)量，也不能用于動(dòng)態(tài)測(cè)量 三、激光干涉?zhèn)鞲衅鞯淖饔檬菧y(cè)量長(zhǎng)度，其基本原理就是光的干涉原理，測(cè)量精度高、分辨力高。如圖所示是邁克爾遜雙光束干涉系統(tǒng)，圖中 S 是光源， B 是分光鏡， M1 是固定反射鏡， M2 是可動(dòng)反射鏡， P 是觀察屏處，試介紹其工作原理。（ 14 分） 四畫(huà)出測(cè)試系統(tǒng)的組成框圖，并說(shuō)明各組成部分的作用。（ 12 分） 五粘貼到試件上的電阻應(yīng)變片，環(huán)境溫度變化會(huì)引起電阻的相對(duì)變化，產(chǎn)生虛假應(yīng)變，這種現(xiàn)象稱為溫度效應(yīng)，簡(jiǎn)述產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。（ 12 分） 六如圖所示是電容式 差壓傳感器結(jié)構(gòu)示意圖及其轉(zhuǎn)換電路，圖中 1 為玻璃盤(pán)， 2 為鍍金層， 3 為金屬膜片，介紹其工作原理。（ 15 分） 傳感器與測(cè)試技術(shù)參考答案 一、簡(jiǎn)答題（每小題 5 分，共 20 分） 1傳感器：傳感器是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有 確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于精確處理和應(yīng)用的另一種量的測(cè)量裝置或系統(tǒng)。 2 3超聲波的波型有幾種？是根據(jù)什么來(lái)分類(lèi)的？ 超聲波的波型有縱波、橫波、表面波（亦稱瑞利波）、蘭姆波。 依據(jù)超聲場(chǎng)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)與聲能量傳播方向之間的關(guān)系來(lái)分。 4.簡(jiǎn)述電容式傳感器的工作原理。 兩平行極板組成的電容器，如果不考慮邊緣效應(yīng)，其電容量為 式中 : 極板間介質(zhì)的介電常數(shù) ， 極板間的距離。 當(dāng)被測(cè)量的變化使式中的 、 或 任一參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，電容量 C 也就隨之變化。 二、 選擇題（每空 3 分，共 27 分） 1 a； c2 d3. c4 c； d 5 b6 d7. c 三、激光干涉?zhèn)鞲衅鞯淖饔檬菧y(cè)量長(zhǎng)度，其基本原理就是光的干涉原理，測(cè)量精度高、分辨力高。如圖所示是邁克爾遜雙光束干涉系統(tǒng)，圖中 S 是光源， B 是分光鏡， M1 是固定反射鏡， M2 是可動(dòng)反射鏡， P 是觀察屏處，試介紹其工作原理。（ 14 分） 答案要點(diǎn)： 來(lái)自光源 S 的光經(jīng)半反半透分光鏡 B 后分成兩路，一路由固定反射鏡 M1 反射，另一路經(jīng)可動(dòng)反射鏡 M2 和 B 反射，在觀察屏 P 處相遇產(chǎn)生干涉。當(dāng) M2 每移動(dòng)半個(gè)光波波長(zhǎng)時(shí)，干涉條紋亮暗變化一次，因 此被測(cè)長(zhǎng)度為 式中， x 被測(cè)長(zhǎng)度； N 干涉條紋亮暗變化次數(shù)； 真空中光波波長(zhǎng)； n 空氣折射率。 四畫(huà)出測(cè)試系統(tǒng)的組成框圖，并說(shuō)明各組成部分的作用。（ 12 分） 答案要點(diǎn)： 傳感器作為測(cè)試系統(tǒng) 的第一環(huán)節(jié)，將被測(cè)量轉(zhuǎn)化為人們所熟悉的各種信號(hào)，通常傳感器將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；信號(hào)變換部分是對(duì)傳感器所送出的信號(hào)進(jìn)行加工，如信號(hào)的放大、濾波、補(bǔ)償、校正、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換等，經(jīng)過(guò)處理使傳感器輸出的信號(hào)便于傳輸、顯示或記錄；顯示與記錄部分將所測(cè)信號(hào)變?yōu)楸阌谌藗兝斫獾男问剑怨┤藗冇^測(cè)和分析。 五粘貼到試件上的電阻應(yīng)變片，環(huán)境溫度變化會(huì)引起電阻的相對(duì)變化，產(chǎn)生虛假應(yīng)變，這種現(xiàn)象稱為溫度效應(yīng)，簡(jiǎn)述產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。（ 12 分） 答案要點(diǎn)： 環(huán)境溫度變化時(shí)，由于敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)的存在，引起應(yīng)變片 電阻相對(duì)變化； 環(huán)境溫度變化時(shí)，敏感柵材料和試件材料的膨脹系數(shù)不同，應(yīng)變片產(chǎn)生附加的拉長(zhǎng) (或壓縮 ) 六如圖所示是電容式差壓傳感器結(jié)構(gòu)示意圖及其轉(zhuǎn)換電路，圖中 1 為玻璃盤(pán)， 2 為鍍金層