傳感器試題及答案

1、傳感器試題一、填空題1,測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有線(xiàn)性度、遲滯、重復(fù)性、分辨力、穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、各種抗干擾穩(wěn)定性等。（2分）2. 霍爾元件靈敏度的物理意義是表示在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度相單位控制電流時(shí)的霍爾電勢(shì)大小。5. 光電傳感器的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。通常把光線(xiàn)照射到物體表面后產(chǎn)生的光電效應(yīng)分為三類(lèi)0第.這類(lèi)元件有光電管、光電倍增管；第二類(lèi),這類(lèi)元件 有光敏電阻；第三類(lèi)是利用在光,這類(lèi)元件有光電池、光電儀表。_類(lèi)是利用在光線(xiàn)作用下光電子逸岀物體表面的外光電效應(yīng) 是利用在光線(xiàn)作用下使材料內(nèi)部電阻率改變的內(nèi)光電效應(yīng) 線(xiàn)作用下使物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的光生伏特效應(yīng)4. 在熱電偶溫度補(bǔ)償中補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)

2、法（即冷端延長(zhǎng)線(xiàn)法）是在連接導(dǎo)線(xiàn)和熱電偶之間,接入延甚線(xiàn)，它的作用是將熱電偶的參考端移至離熱源較遠(yuǎn)并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，以減小冷端溫度變化的影響。公壓磁式傳感器的工作原理是：某些鐵磁物質(zhì)在外界機(jī)械力作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)械壓力,從而引起極化現(xiàn)象,這種現(xiàn)象稱(chēng)為正壓電效應(yīng)。相反，某些鐵磁物質(zhì)在外界磁場(chǎng)的作用下會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形,這種現(xiàn)象稱(chēng)為負(fù)壓電效應(yīng)。（ 2分）6. 變氣隙式自感傳感器，當(dāng)街鐵移動(dòng)靠近鐵芯時(shí)，鐵芯上的線(xiàn)圈電感量（增加減小不變）分）7. 儀表的精度等級(jí)是用儀表的（相對(duì)誤差絕對(duì)誤差引用誤差）來(lái)表示的（2分）8. 電容傳感器的輸入被測(cè)量與輸岀被測(cè)量間的關(guān)系，除（變面積型變極距型變介電常數(shù)型

3、）外是線(xiàn)性的。（2分）9. 電位器傳器的（線(xiàn)性），假定電位器全長(zhǎng)為Xmax,其總電阻為 Rmax,它的滑臂間的阻值 可以用Rx =（ Xmax/x Rmax,x/Xmax Rmax, Xmax/XRmax X/XmaxRmax ）來(lái)計(jì)算，其中電阻靈敏度Rr= （ ? 2p （ b+h） /At, 2pAt/b+h, 2A （ b+b） /pt, 2Atp （ b+h）1、變面積式自感傳感器，當(dāng)銜鐵移動(dòng)使磁路中空氣縫隙的面積增大時(shí)，鐵心上線(xiàn)圈的電感量（增大,減小，不變）2、 在平行極板電容傳感器的輸入被測(cè)量與輸岀電容值之間的關(guān)系中，（變面積 ,變極 距型，變介電常數(shù)型）是線(xiàn)性的關(guān)系。3、 在變壓

4、器式傳感器中，原方和副方互感M的大小與原方線(xiàn)圈的匝數(shù)成（正比，反比,不成比例），與副方線(xiàn)圈的匝數(shù)成（正上反比，不成比例），與回路中磁阻成（正比，反比，不成比例）。4、 傳感器是育,傳感器通常由直接響應(yīng)于被測(cè)量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號(hào)輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成。在熱電偶溫度補(bǔ)償中，補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)法（即冷端延長(zhǎng)線(xiàn)法）是在連接導(dǎo)線(xiàn) 和熱電偶之間,接入延長(zhǎng)線(xiàn)它的作用是將熱電偶的參考端移至離熱源較遠(yuǎn)并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，以減小冷端溫度變化的影響。（7分）5. 磁電式傳感器是利用導(dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)的。而霍爾式傳感器為霍爾元件在磁場(chǎng)中有電磁效應(yīng)（霍爾效應(yīng)）而輸岀電

5、勢(shì)的?；魻柺絺鞲衅骺捎脕?lái)測(cè)量電流，磁場(chǎng),位移,壓力。（6 分）8.測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)通常用輸入量與輸出量的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)表征（5分）1、 變面積式自感傳感器，當(dāng)銜鐵移動(dòng)使磁路中空氣縫隙的面積增大時(shí)，鐵心上線(xiàn)圈的電感量 （增大減小不變）。2、 平行極板電容傳感器的輸入被測(cè)量與輸出電容值之間的關(guān)系中，（變面積型變極距型 變介電常數(shù)型）是線(xiàn)性的關(guān)系。3、在變壓器式傳感器中，原方和副方互感M的大小與原方線(xiàn)圈的匝數(shù)成（正比反比不成比例）簡(jiǎn)答題二、用鐐銘-鐐硅熱電偶測(cè)量某低溫箱溫度，把熱電偶直接與電位差計(jì)相連接。在某時(shí)刻，從電位差計(jì)測(cè)得熱電勢(shì)為-1.19mv,此時(shí)電位差計(jì)所處的環(huán)境溫度為15C試求該時(shí)刻溫

6、箱 的溫度是多少度？（ 20 分）鐐銘-鐐硅熱電偶分度表測(cè)量端溫度？0123456789熱八'、電動(dòng)勢(shì)(mv)-20-0.77-0.81-0.84-0.88-0.92-0.96-0.99-1.03-1.07-1.10-10-0.39-0.43-0.47-0.51-0.55-0.59-0.62-0.66-0.70-0.74-0-0.00-0.04-0.08-0.12-0.16-0.20-0.23-0.27-0.31-0.35+00.000.040.080.120.160.200.240.280.320.36+ 100.400.440.480.520.560.600.640.680.720

7、.76+200.800.840.880.920.961.001.041.081.121.162簡(jiǎn)述熱電偶的工作原理。（6分）答：熱電偶的測(cè)溫原理基于物理的“熱電效應(yīng)”。所謂熱電效應(yīng)，就是當(dāng)不同材料的導(dǎo)體組成一個(gè)閉合回路時(shí)，若兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度不同，那么在回路中將會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。兩點(diǎn)間的溫差越大，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)就越大。引入適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的大小，就可測(cè)得溫度的大小。表面上產(chǎn) 電荷的極性隨著 反之，如對(duì)石英 稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)。良好的3以石英晶體為例簡(jiǎn)述壓電效應(yīng)產(chǎn)生的原理。（6分）答：石英晶體在沿一定的方向受到外力的作用變形時(shí)，由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時(shí)在兩個(gè) 生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，恢復(fù)到

8、不帶電的狀態(tài)；而當(dāng)作用力方向改變時(shí) 改變。晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。這種現(xiàn)象稱(chēng)為正壓電效應(yīng)晶體施加一定變電場(chǎng)，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場(chǎng)撤離，變形也隨之消失，石英晶體整個(gè)晶體是中性的，受外力作用而變形時(shí)，沒(méi)有體積變形壓電效應(yīng)，但它具有 厚度變形和長(zhǎng)度變形壓電效應(yīng)。4簡(jiǎn)述電阻應(yīng)變片式傳感器的工作原理（6分）答：電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，即在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，它的電阻 發(fā)生變化。1、什么是傳感器動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性，簡(jiǎn)述在什么頻域條件下只研究靜態(tài)特就能夠滿(mǎn)足通 而在什么頻域條件下一般要研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性？（ 10分）答：傳感器的特性是指?jìng)鞲衅魉赜行再|(zhì)的總稱(chēng)。而

9、傳感器的輸入輸出特性是其基本特 般把傳感器作為二端網(wǎng)絡(luò)研究時(shí)，輸入輸岀特性是二端網(wǎng)絡(luò)的外部特性，即輸入量和 關(guān)系。由于輸入量的狀態(tài)（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)） 或變化極慢時(shí)傳感器輸入-輸出特性 可以從時(shí)域和頻域來(lái)研究動(dòng)態(tài)特性簡(jiǎn)述霍爾電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原理。（值相應(yīng)常的需要,性，- 輸出量的對(duì)應(yīng) 不同分靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。靜態(tài)特性是指當(dāng)輸入量為常量動(dòng)態(tài)特性指當(dāng)輸入量隨時(shí)間變化時(shí)傳感器的輸入-輸出特性。2、5 分)答：一塊半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)（磁場(chǎng)方向垂直于薄片）中，當(dāng)有電流電子受到洛侖茲力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。結(jié)果在半導(dǎo)體的后端面上電子有所積累 因此后端面帶負(fù)電，前端面帶正電，在前后端面形成電場(chǎng)，該電場(chǎng)產(chǎn)生

10、的時(shí)， 子， 當(dāng)兩力相平衡時(shí)，電子積累也平衡，這時(shí)在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上 為霍爾電勢(shì)UH3、分析應(yīng)變片式傳感器在使用單臂電橋測(cè)量電路時(shí)由于溫度變化而產(chǎn)生測(cè)量誤差的 （10 分）答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)及柵絲與試件膨脹系數(shù)（與目）將產(chǎn)生電場(chǎng),I流過(guò)前端面缺少電力阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)相應(yīng)的電勢(shì)稱(chēng)過(guò)程。之差異性而產(chǎn)生虛假應(yīng)變輸出有時(shí)會(huì)產(chǎn)生與真實(shí)應(yīng)變同數(shù)量級(jí)的誤差。二、寄生電容與電容傳感器相關(guān)聯(lián)影響傳感器的靈敏度，它的變化為虛假信號(hào)影響傳感器的 試闡述消除和減小寄生電容影響的幾種方法和原理。（15分）二、在生產(chǎn)過(guò)程中測(cè)量金屬板的厚度，非金屬板材的鍍層厚度時(shí)常用渦流傳感器。試簡(jiǎn)要敘

11、 述說(shuō)明利用渦流傳感器測(cè)量金屬板厚度的工作原理及實(shí)現(xiàn)工藝。（15）1光纖傳感器的工作原理。（4分）答：光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射，當(dāng)射入的光線(xiàn)的入射角大于纖維包層間的臨界角 會(huì)在光纖的接口上產(chǎn)生全內(nèi)反射，并在光纖內(nèi)部以后的角度反復(fù)逐次反射，直至傳遞光纖傳感器利用光導(dǎo)纖維，按其工作原理來(lái)分有功能型（或稱(chēng)物性型、傳感型）與非功能型 構(gòu)型、傳光型）兩大類(lèi)。功能型光纖傳感器其光纖不僅作為光傳播的的波導(dǎo)，而且精度。時(shí)，就到另一端面。（或稱(chēng)結(jié)具有測(cè)量的功能。才能組成傳感器非功能型光纖傳感器其光纖只是作為傳光的媒介，還需加上其他敏感元件5、什么是傳感器靜態(tài)特性。（4 分） 答：傳感器的靜態(tài)特性是指當(dāng)輸

12、入量為常量或變化極慢時(shí)傳感器輸入一輸出特性。三、什么叫做熱電動(dòng)勢(shì)、接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)？說(shuō)明勢(shì)電偶測(cè)溫原理及其工作定律的應(yīng) 用。分 析熱電偶測(cè)溫的誤差因素，并說(shuō)明減小誤差的方法（ 10 分）答：熱電動(dòng)勢(shì)：兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A、B串接成一個(gè)閉合回路，并使兩個(gè) 結(jié)點(diǎn)處于不同的溫度下，那么回路中就會(huì)存在熱電勢(shì)。因而有電流產(chǎn)生相應(yīng)的熱電勢(shì)稱(chēng)為溫差電勢(shì)或塞貝克電勢(shì)，通稱(chēng)熱電勢(shì)。 接觸電動(dòng)勢(shì)：接觸電勢(shì)是由兩種不同導(dǎo)體的自由電子，其密度不同而在接觸處形成的熱電勢(shì)。它的大小取決于兩導(dǎo)體的性質(zhì)及接觸點(diǎn)的溫度，而與導(dǎo)體的形狀和尺寸無(wú)關(guān)。 溫差電動(dòng)勢(shì)：是在同一根導(dǎo)體中，由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的一種電勢(shì)

13、。 熱電偶測(cè)溫原理：熱電偶的測(cè)溫原理基于物理的“熱電效應(yīng)”。所謂熱電效應(yīng)，就是當(dāng)不同材料的導(dǎo)體組成一個(gè)閉合回路時(shí)，若兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度不同，那么在回路中將會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。兩點(diǎn)間的溫差越大，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)就越大。引入適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的大小，就可測(cè)得溫度的大小。 熱電偶三定律a中間導(dǎo)體定律熱電偶測(cè)溫時(shí)，若在回路中插入中間導(dǎo)體，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，則對(duì)熱電偶回路總的熱電勢(shì)不產(chǎn)生影響。在用熱電偶測(cè)溫時(shí)，連接導(dǎo)線(xiàn)及顯示一起等均可看成中間導(dǎo)體。b 中間溫度定律任何兩種均勻材料組成的熱電偶，熱端為T(mén),冷端為7;時(shí)的熱電勢(shì)等于該熱電偶熱端為T(mén)冷端為 Tn 時(shí)的熱電勢(shì)與同一熱電偶熱端為 球, 冷端

14、為 7；時(shí)熱電勢(shì)的代數(shù)和。應(yīng)用：對(duì)熱電偶冷端不為°C時(shí)，可用中間溫度定律加以修正。熱電偶的長(zhǎng)度不夠時(shí)，可根據(jù)中間溫度定律選用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償線(xiàn)路。C 參考電極定律如果 A、 B 兩種導(dǎo)體（熱電極）分別與第三種導(dǎo)體 C （參考電極）組成的熱電偶在結(jié) 點(diǎn)溫度為（T, TQ時(shí)分別為EAC（ T，L），EbM，L），那么愛(ài)相同溫度下，又 A、B兩熱 電極配對(duì)后的熱電勢(shì)為EAB（T,T0）=EAC（T,T0）-EBC（T,T0）實(shí)用價(jià)值：可大大簡(jiǎn)化熱電偶的選配工作。在實(shí)際工作中，只要獲得有關(guān)熱電極與標(biāo) 準(zhǔn)鉗電 極配對(duì)的熱電勢(shì)，那么山這兩種熱電極配對(duì)組成熱電偶的熱電勢(shì)便可山上式求得，而 不需逐個(gè)進(jìn)行

15、測(cè)定。 誤差因素：參考端溫度受周?chē)h(huán)境的影響措施：a0°恒溫法b計(jì)算修正法（冷端溫度修正法）c儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法d熱電偶補(bǔ)償法e電橋補(bǔ)償法f冷端延長(zhǎng)線(xiàn)法四、霍爾元件能夠測(cè)量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電勢(shì)的概念是什么？溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？請(qǐng)?jiān)敿?xì)推導(dǎo)分流法。（ 10 分） 答：霍爾組件可測(cè)量磁場(chǎng)、電流、位移、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等?；魻柦M件的不等位電勢(shì)是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)，兩輸出電極之間的空載電勢(shì)，可用輸出的電壓表示。溫度補(bǔ)償方法：a 分流電阻法：適用于恒流源供給控制電流的情況。b 電橋補(bǔ)償法論述 CCD 的工作原理，如何用設(shè)計(jì)一臺(tái)攝像機(jī)。 7.4 （ 6分

16、）五、 CCD 是一種半導(dǎo)體器件，在 N 型或 P 型硅襯底上生長(zhǎng)一層很簿的Si02, 再在 Si02 簿層上依次序沉積金屬電極，這種規(guī)則排列的 MOS 電容數(shù)組再加上兩端的輸入及輸出二極管就構(gòu)成了 CCD 芯片。 CCD 可以把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)。每一個(gè)脈沖只反映一個(gè)光敏元的受光情況，脈沖幅度的高低反映該光敏元受光的強(qiáng)弱，輸出脈沖的順序可以反映光敏元的位置，這就起到圖像傳感器的作用。一、簡(jiǎn)答題（ 30分，6分/ 題）1 、 從傳感器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性考慮，詳述如何選用傳感器。 答：考慮傳感器的靜態(tài)特性的主要指標(biāo)，選用線(xiàn)性度大、遲滯小、重復(fù)性好、分辨力強(qiáng)、穩(wěn)定性高、抗干擾穩(wěn)定性高的傳感器

17、。考慮動(dòng)態(tài)特性，所選的傳感器應(yīng)能很好的追隨輸 入量的快速變 化，即具有很短的暫態(tài)響應(yīng)時(shí)間或者應(yīng)具有很寬的頻率響應(yīng)特性。2、直流電橋和交流電橋有何區(qū)別？直流電橋的平衡條件是什么？應(yīng)變片式電阻傳感器、自感式、互感式、渦流式、電容式、熱電阻式傳感器分別可采用哪種電橋作為測(cè)量電路？答：根據(jù)電源不同分為直流和交流電橋。直流電橋優(yōu)點(diǎn)：高穩(wěn)定度直流電源容易獲得，電橋平衡電路簡(jiǎn)單，傳感器至測(cè)量?jī)x表的連接導(dǎo)線(xiàn)分布參數(shù)影響小。但是后續(xù)要采用直流放大器，容易產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，線(xiàn)路也較復(fù)雜。交流電橋在這些方面都有改進(jìn)。直流電橋平衡條件：RI /R2=R3/R4 ， RI R4=R2R3?2/o Uo+ / J3 、 以自

18、感式傳感器為例說(shuō)明差動(dòng)式傳感器可以提高靈敏度的原理。z 、2差動(dòng)式靈敏度：S =一約 1- + +.k kI 0 J與單極式傳感器靈敏度 s=- 如 1- + / 2+. 比較2（ /0+A/ ）2l0Vo J靈敏度提高一倍，非線(xiàn)性大大減少。4、 光電池的工作原理，指出它應(yīng)工作在電流源還是電壓源狀態(tài)。答：光電池是基于光生伏特效應(yīng)制成的，是自發(fā)電式；是有源器件。它有較大面積的P N 結(jié)，當(dāng)光照射在 P N 結(jié)上時(shí)則在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)。它應(yīng)工作在電壓源狀態(tài)。5、 按照傳感型（功能型）和傳輸型光纖傳感器的特點(diǎn)應(yīng)該選用哪種光纖（單模/ 多模）， 為什 么？答：功能型（或稱(chēng)物性型、傳感型）光纖不僅作為

19、光傳播的波導(dǎo)而且具有測(cè)量的功能。它可以 界物理因素改變光纖中光的強(qiáng)度、相位、偏振態(tài)或波長(zhǎng)，從而對(duì)外界因素進(jìn)行測(cè)量和 分為振幅調(diào)制型、相位調(diào)制型及偏振態(tài)調(diào)制型。多模單模皆可非功能型（或稱(chēng)結(jié)構(gòu)型、纖只是作為傳光的媒介，還需加上其它敏感元件才能組成傳感器。多模。6、傳感器的定義和組成框圖？畫(huà)岀自動(dòng)控制系統(tǒng)原理框圖并指明傳感器在系統(tǒng)中的位 答：傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝 常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器處于研究對(duì)象與測(cè)試系統(tǒng)的接口位置，即檢測(cè)與控制之首。傳感器是感知、檢測(cè)信息的窗口，一切科學(xué)研究與自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程要獲取的信息都要通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成容易傳輸與處理的

20、電信號(hào)，其作用與地位特別重要。利用外數(shù)據(jù)傳輸?？蓚鞴庑停┢涔庵煤妥饔?。置，通獲取與獲取并通過(guò)它被測(cè)量傳寒兀汁第弓調(diào)廿傳換電路組成框圖：自動(dòng)控制系統(tǒng)原理框圖:，測(cè)量何種物感器。倍增管制造的。此類(lèi)。一疋方輸型光纖界角直至傳遞到輔助電濾傳感器的作用：感受被測(cè)量并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)傳送給控制對(duì)象 擾動(dòng)給定+e ?傳感器 一口一？ 對(duì)象反饋裝置7、試列岀你所學(xué)過(guò)的不同工作原理傳感扁祠中耳費(fèi)觸式測(cè)量，哪些用于接觸式測(cè) 理量？（各23利| ）答：非接觸式測(cè)量：+a）熱電式傳感器：測(cè)量溫度b）光纖傳感器：測(cè)量光信號(hào)c）核輻射傳感器：測(cè)量核輻射粒了接觸式測(cè)量：a）電位器式壓力傳感器：測(cè)量壓力b）應(yīng)變片式電阻傳感

21、器：測(cè)量電阻值c）應(yīng)變式扭矩傳感器：測(cè)量扭矩8、光電效應(yīng)可分為哪二種類(lèi)型，簡(jiǎn)單說(shuō)明傳感器的原理并分別列岀以之為基礎(chǔ)的光電傳 答：光電效應(yīng)可分為：a）夕卜光電效應(yīng)：指在光的照射下，材料中的電子逸岀表面的現(xiàn)象。光電管及光電 均屬這一類(lèi)。它們的光電發(fā)射極，即光明極就是用具有這種特性的材料b）內(nèi)光電效應(yīng)：指在光的照射下，材料的電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象。光敏電阻即屬c）光生伏特效應(yīng)：利用光勢(shì)壘效應(yīng)，光勢(shì)壘效應(yīng)指在光的照射下，物體內(nèi)部產(chǎn)生 向的電勢(shì)。光電池是基于光生伏特效應(yīng)制成的，是自發(fā)電式有源器件。9、光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的原理是什么？按其傳輸模式分為哪兩種類(lèi)型？傳感型（功能型）和傳 傳感器按照其特點(diǎn)應(yīng)該選用哪種光

22、纖？答：光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射，當(dāng)射入的光線(xiàn)的入射角大于纖維包層間的臨 時(shí)，就會(huì)在光纖的接口上產(chǎn)生全內(nèi)反射，并在光纖內(nèi)部以后的角度反復(fù)逐次反射， 另一端面。 按其傳輸模式可分為單模和多模兩種 o 傳感型（功能型）光纖傳感器應(yīng)該選用單模光纖，傳輸型光纖傳感器應(yīng)選用多模光 纖。10、傳感器（或測(cè)試儀表）在第一次使用前和長(zhǎng)時(shí)間使用后需要進(jìn)行標(biāo)定工作，請(qǐng)問(wèn)標(biāo)定的意義？答：傳感器的標(biāo)定分為靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定兩種。靜態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)，如線(xiàn)性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等。動(dòng)態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，如頻率響應(yīng)、時(shí)間常數(shù)、固有頻率和阻尼比等。11、壓電式傳感器的前置放

23、大器的作用是什么？電壓式與電荷式前置放大器各有何特 點(diǎn)？ 答：作用是將輸出電壓放大，并與輸入電壓或輸入電流成正比。電壓放大器將壓電式傳感器的高輸出阻抗經(jīng)放大器變換為低阻抗輸出，并將微 弱的電 壓信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)放大，但其所接配的壓電式傳感器的電壓靈敏度將隨電纜分 布電容及傳感 器自身電容的變化而變化，而且電纜的的更換得引起重新標(biāo)定的麻 煩。電荷放大器是一種具有深度電容負(fù)反饋的高增益運(yùn)算放大器，其雖然允許使用 很長(zhǎng)的 電纜，并且電容 Ce 變化不影響靈敏度，但它比電壓放大器價(jià)格高，電路較 復(fù)雜，調(diào)整也比 較困難。12、什么是金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)？請(qǐng)解釋它與金屬絲靈敏系數(shù)的區(qū)別。 答：應(yīng)變片一般做成絲

24、柵狀，測(cè)量應(yīng)變時(shí)，將應(yīng)變片貼在試件表面上，試件的變形很容易 傳到應(yīng)變 片上。金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)與金屬絲靈敏系數(shù)是不同的。第一，零件的變形是通 過(guò)剪力傳到金屬 絲上的。第二，絲沿長(zhǎng)度方向承受應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變片彎角部分也承受應(yīng)變，其 截面積變大，則應(yīng)變片 直線(xiàn)部分電阻增加時(shí)，彎角部分的電阻值減少，也使變化的靈敏度下 降。因此，應(yīng)變片的靈敏系數(shù) 比金屬絲靈敏系數(shù)低。分析 /證明題（ 32分， 8分/題）1 、 壓電式傳感器更適用于靜態(tài)測(cè)量，此觀(guān)點(diǎn)是否正確，分析原因。 答不正確。其工作原理是基于壓電材料的壓電效應(yīng)，具有使用頻率寬，靈敏度高、信噪比高、 結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、工作可靠、測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，因此在壓力沖

25、擊和震動(dòng)等動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試中是主要的傳感器品種，它可以把加速度、位移、壓力、溫度、濕度等許多非電量轉(zhuǎn)換為電量。2、 固態(tài)圖象傳感器的分辨率由什么因素決定？某海關(guān)欲采用固態(tài)圖象傳感器為核心的圖象識(shí)別系統(tǒng)，但是安裝適用后發(fā)現(xiàn)顯示的圖象清晰度和準(zhǔn)確度不能令人滿(mǎn)意，請(qǐng)從 固態(tài)圖象傳感器的原 理進(jìn)行分析，從哪幾方面考慮重新選型？3、為什么要對(duì)應(yīng)變片式電阻傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，分析說(shuō)明該類(lèi)型傳感器溫度誤差補(bǔ)償 方法。答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)及柵絲與試件膨脹系數(shù)與"Q之差異性而產(chǎn)生虛假應(yīng)變輸出有時(shí)會(huì)產(chǎn)生與真實(shí)應(yīng)變同數(shù)量級(jí)的誤差。方法：自補(bǔ)償法線(xiàn)路補(bǔ)償法4、系統(tǒng)的系統(tǒng)響應(yīng)帶寬與傳感器

26、的響應(yīng)帶寬無(wú)關(guān)，請(qǐng)問(wèn)這種說(shuō)法正確嗎？試述理由。 答：不完全正確。5 、 PtlOO 和 Cu50 各代表什么傳感器？分析熱電阻傳感器測(cè)量電橋之三線(xiàn)、四線(xiàn)連接法的主要作用。分別代表鉗電阻熱電式傳感器 （100Q）,銅電阻熱電式傳感器 （50Q）.熱電阻傳感器測(cè)量電 橋之三線(xiàn)、四 線(xiàn)連接法的主要作用是消除在熱電阻安裝的地方與儀表相距遠(yuǎn)時(shí)，環(huán)境溫度變化時(shí)其連接導(dǎo)線(xiàn)電阻也變化所造成的測(cè)量誤差。6、 用鐐銘-鐐硅熱電偶測(cè)量爐溫，其儀表示值為600 °C,而冷端溫度“為65（，則實(shí)際溫度為665 °C,對(duì)不對(duì)？為什么？應(yīng)如何計(jì)算？答：對(duì)。查表知鐐銘 -鐐硅熱電偶 K=l, T=Tz+K

27、Tn=600+1x65=6657、自動(dòng)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)響應(yīng)帶寬與傳感器的響應(yīng)帶寬有何關(guān)系？如果選用傳感器的動(dòng)態(tài)特性達(dá)不到要求怎么辦？8、制作霍爾元件應(yīng)采用什么材料，為什么？為何霍爾元件都比較薄，而且長(zhǎng)寬比一般為2 : 1?答：制作霍爾元件應(yīng)采用半導(dǎo)體材料。如果磁場(chǎng)與薄片法線(xiàn)有a夾角，那么UH=kHlBcosa,霍爾元件越薄(即d越小，虹就越大，所以一般霍爾元件都很薄。又因?yàn)閷?shí)際測(cè)量中UH=(kH【B/d)xf(l/b)當(dāng)l/b=2時(shí)，f(l/b)=0.93為最大值，這時(shí) UH也可取到最大值，所以長(zhǎng) 寬比1/b 一般為2：112系統(tǒng)的系統(tǒng)響應(yīng)帶寬與傳感器的響應(yīng)帶寬無(wú)關(guān)，請(qǐng)問(wèn)這種說(shuō)法正確嗎？試述理由

28、。答：不正確。傳感器的響應(yīng)帶寬會(huì)限制系統(tǒng)的系統(tǒng)響應(yīng)帶寬。14溫度對(duì)光電流影響不大，所以光電傳感器在使用中不需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償，此觀(guān)點(diǎn)正確否，為什么？答：不正確。因?yàn)榘雽?dǎo)體材料容易受溫度影響，而其直接影響光電流的值，所以還需要溫度補(bǔ)償裝置。答：不同和微機(jī)的結(jié)合使15智能傳感器只是將被測(cè)信號(hào)數(shù)字化，意義不大，你同意此觀(guān)點(diǎn)否？分析說(shuō)明你的理由 意。智能傳感器具有一定的人工智能，可使用電路代替一部分腦力勞動(dòng)。斷，數(shù)據(jù)處理，自適應(yīng)智能傳感器不僅有視嗅味和聽(tīng)覺(jué)功能，還具有存儲(chǔ)，思維和邏輯判 能力等功能，從而使傳感器技術(shù)提高到一個(gè)新水平。計(jì)算題四、下面是熱電阻測(cè)量電路，試說(shuō)明電路工作原理并計(jì)算(5分)1. 已

29、知Rt是PtlOO鉗電阻，且其測(cè)量溫度為T(mén)=50 °C,試計(jì)算岀 Rt的值和Ra的值(10分)Rt = R o(l+ At + Bt 2)=1001 + 3.940 x KT ' x50.80(2 x IO -7)x502=119.552. 電路中已知、 R2> R3和E,試計(jì)算電橋的輸岀電壓 MBQ 5分)其中(Ri=10KQ, R 2=5KQ, R 3=10KQ, E=5 伏)(a)答：該熱電阻測(cè)量溫度電路山熱敏電阻、測(cè)量電阻和顯示電表組成。圖中G為指示電表，Ri、R2、R,為固定電阻，Ra為零位調(diào)節(jié)電阻。熱電阻都通過(guò)電阻分別為隊(duì)、由、七的三個(gè)導(dǎo)線(xiàn)和電橋連接，r,和

30、r,分別接在相鄰的兩臂，當(dāng)溫度變化時(shí)，只要它們的Rg分別接在指示電表和電源的回路中，其電阻變化也不會(huì)影響電橋的平衡狀態(tài)，電橋在零位調(diào)整時(shí)，應(yīng)使點(diǎn)之一是可調(diào)電阻的接觸電阻FL帶來(lái)的負(fù)載誤差，并計(jì)算R4=Ra+Rto為電阻在參考溫度（如0°C）時(shí)的電阻值。二線(xiàn)連接法的缺和電橋臂的電阻相連，可能導(dǎo)致電橋的零點(diǎn)不穩(wěn)。三、分析、計(jì)算題：（20分）1、分析（線(xiàn)性）電位器式傳感器山于測(cè)量線(xiàn)的線(xiàn)路中的負(fù)載電阻它與位移x之間的關(guān)系；（10分）、測(cè)得某檢測(cè)裝置的一組輸入輸岀數(shù)據(jù)如下X0.92.53.34.55.76.7Y1.11.62.63.24.05.0試用最小二乘法擬合直線(xiàn)，求其線(xiàn)性度和靈敏度(10

31、分)7n.Lx,.y,. -Lx,.Ly ；(Zx/Zy,. -Zx,.Zx,.y,J解：y = kx + b Az. = yi - (kxi + b) k= u=nYXj2 - (Yxi )22 - (Sxz.)2代入數(shù)據(jù)求得 k = 0.68 b = 0.25y = 0.68% + 0.25=0.238 A 2 = 0.35 A3 = 0.16A4 =-0.11 A s =-0.126=-0.194 y. = x 100% = = 7%4Jo/ lry FS5擬合直線(xiàn)靈敏度 k =0.68,線(xiàn)性度±7%二、如圖所示電路是電阻應(yīng)變儀中所用的不平衡電橋的簡(jiǎn)化電路，圖中R2=R3=R是

32、固定電阻，R1與R4是電阻應(yīng)變片，工作時(shí)R1受拉，R4受壓，AR=O,橋路處于平衡狀態(tài)，當(dāng)應(yīng)變片受力發(fā)生應(yīng)變時(shí)，橋路失去平衡，這時(shí)，就用橋路輸岀電壓Ucd表示應(yīng)變片變后電阻值的變化量。試證明：Ucd=-（E/2）（ AR/R） 0 （10 分）xl,x2發(fā)生變化時(shí)自感 L變化情況。U,線(xiàn)圈匝數(shù)W不變）0 （10分）證明：& = R + AR R 4=R-ARRRUcd = Ucb Udb = E E =cd cb d R + NR + R R _ AR + RF AD略去m的二次項(xiàng)，即可得 Um =2 R二、分析、計(jì)算題：（35分）1、分析如圖1所示自感傳感器當(dāng)動(dòng)鐵心左右移動(dòng)（ 已知空

33、氣隙的長(zhǎng)度為 xl和x2,空氣隙的面積為 S,磁導(dǎo)率為IW r T W W2(!)=, L =Rm II R,& "二乞L+_Ll+_L八=址L +1=1 "島 OS （）。禹 i=i H'Si 0 禹空氣隙的長(zhǎng)度 XI和x2各自變，而其和不變，另其他變量都不變故L不變2、 分析如圖2所示變介質(zhì)平板電容傳感器，電容（ C）變化對(duì)液位變化（x）的靈敏 度。已知 長(zhǎng)方形極板的長(zhǎng)為 1,高為h,極板間距離為d,容器內(nèi)下面介質(zhì)的高度為 x（xh）,介電常數(shù)為e 2,容器內(nèi) 上面介質(zhì)的介電常數(shù)為 el。（ 10分）3、 設(shè)5次測(cè)量某物體的長(zhǎng)度，其測(cè)量的結(jié)果分別為：9.

34、8 10.0 10.1 9.9 10.2厘 若忽略粗大誤米，差和系統(tǒng)誤差，試求在99.73%的置信概率下，對(duì)被測(cè)物體的最小估計(jì)區(qū)（5分）間 -1。（9.8 + 10.0 + 10.1 + 9.9 + 10.2）-八口皿x = -Yx i = = 10 v,. - -x分另U為-0.2 0n ,=i5-0.1 0.2 <5=/ 卻=0.16|u. e x - 3<J, x + 3<J = 9.52,10.48測(cè)量次數(shù)I12345壓力 xi (MPa)245810電壓yi (V)10.04320.09330.15340.12850.0724、在對(duì)量程為lOMPa的壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)

35、定時(shí)，傳感器輸岀電壓值與壓力值之間的關(guān)系如下表所不，簡(jiǎn)述最小二乘法準(zhǔn)則的幾何意義，并討論下列電壓-壓力直線(xiàn)中哪一條最符合最小二乘法準(zhǔn)則？（ 10分）（1） y=5.00x-1.05 （2） y=7.00x+0.09 （3） y=50.00x-10.50 （4） y=-5.00x-1.05 （5） y=5.00x+0.07答：最小二乘法準(zhǔn)則的幾何意義在于擬和直線(xiàn)精密度高即誤差小。將幾組x分別帶入以上五式，與y值相差最小的就是所求，很明顯（5）為所求。三、計(jì)算題（20分，10分/題）設(shè)6次測(cè)量某物體的長(zhǎng)度，其測(cè)量的結(jié)果分別為：9.8 10.0 10.1 9.9 10.2 15厘米，若 忽略粗大誤差

36、和系統(tǒng)誤差，試求在99.73%的置信概率下，對(duì)被測(cè)物體長(zhǎng)度的最小估計(jì)區(qū)間。解：x = £七n i=i(9.8 + ,10.0 + 10.1 + 9.9 + 1_0.2)<5 =V,. =.% x 分別為-0.2 0 0.1 -0.1 0.21 n_ _-0.16 |n e % - 3(5, x + 3cy = 9.52,10.48一一 1 -1、設(shè)7次測(cè)量某物體的長(zhǎng)度，其測(cè)量的結(jié)果分別為: 大誤差和系統(tǒng)誤差，試求在9.8 10.0 10.1 9.9 10.2 10.1 15 厘米，若忽略粗 99.73%的置信概率下，對(duì)被測(cè)物體長(zhǎng)6度的最小估計(jì)區(qū)間。/ 新 mA?曰匚人,士 士

37、9.8 + 10 + 10.1 + 9.9 + 10.3 + 10.1答：忽略最后一個(gè)值，平均值尤=Pi = 9.8 10.03 = 0.23, p2 = 0.03, p3 = 0.07, p4 = 0.13, p5 = 0.27, p6 = 0.07=10.03,5EhIA = -A = 0.18,41n -2則最小估計(jì)區(qū)間x = x + 33 = 10.03 3x0.18 = 9.49 - 10.57。2、將一只靈敏度為 0.08mv/ C的熱電偶與毫伏表相連，已知接線(xiàn)端溫度為50 °,毫伏表JWiAr詢(xún)輸出 60叭 求熱電偶熱端的溫度為名申?答m AT =60+ 50 = 20

38、00 C °0.081）用石英晶體加速度計(jì)測(cè)量機(jī)器的振動(dòng)，已知加速 度計(jì)的靈敏度為 5PC/g （g為 重力加速度），電荷放大器 的靈敏度為50mv/PC,當(dāng)機(jī)器振動(dòng)達(dá)到最大加速度時(shí)，相應(yīng)的輸岀幅值為2V,求機(jī)器的振動(dòng)加速度。（：1PC=1O2庫(kù)侖）2V40PC答： =40PC a= 8g =88.2 ?/s?50mv/PC5PC/g2）圖示電荷放大器中Ca=100PF, Ra=8, R f= G=1OPFO若考慮引線(xiàn)電容 Cc影響，當(dāng)A時(shí)，要求輸岀信號(hào)衰減小于1%,求使用90PF/m的電纜，其最大允許長(zhǎng)度為多少？()=104答：如=< %c? + c c+(i+ A) Gc?

39、 +Cc解得 Cc = 9.09 X10-1 °93x1。90x10 12=10*三、光纖傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？求 為空氣n0=l,求光纖的最大入射角。答：優(yōu)點(diǎn)：抗電磁干擾能力強(qiáng)；靈敏度高；幾何形狀具有多方面的適應(yīng)性，可以制成任意 光纖傳感器，可以制造傳感各種不同物理信息的器件；光纖傳感器可用于高壓，電氣 腐蝕或其他惡劣環(huán)境；而且具有與光纖遙測(cè)技術(shù)的內(nèi)在相容性。NA =（-；）另=（1.462 1.452） % =0.17Onl=1.46, n2=1.45的階躍型光纖的數(shù)值孔徑值；如果外部介質(zhì)形狀的噪聲，高溫，NA = si nQ., si n" =NA = 0.17&q

40、uot;. 3c = 9.82六、用溫度傳感器對(duì)某溫度進(jìn)行12次等精度測(cè)量，獲得測(cè)量數(shù)據(jù)如下（單位。20.46、20.52、20.50、20.52、20.48、20.47、20.50、20.49、20.47、20.49、20.51、20.51要求對(duì)卿量數(shù)據(jù)進(jìn)行加工整理，并寫(xiě)尹最后結(jié)果（取置信系數(shù)為答：1 = 20.49 8 = 0.02 x = ? 3± = 20.43 20.55七、1）制作霍爾元件應(yīng)采用什么材料，為什么？2） 為何霍爾元件都比較薄，而且長(zhǎng)寬比一般為2 : 1?3） 某霍爾元件1 Xb Xd為1.0X 0.35 X0.1 cm3,當(dāng)方向通以電流 1=1.0 m代在垂

41、直勻磁場(chǎng)B=0.3T，傳感器的靈敏系數(shù)為22 V/A T,試求其霍爾電勢(shì)及載流了濃料。因?yàn)槠潇`敏度高，輸岀霍爾電勢(shì)大。2）因?yàn)樵讲?，靈敏度系數(shù)越大。3） UH=kH IB = 0.0066V : Uh =:? P = % ed = 2-84 x IO 20八、1）試證明熱電偶的中間導(dǎo)體定律。2）將一只靈敏度為 0.08mv/ C的熱電偶與毫伏表相連，已知接線(xiàn)端溫度為 為60mv,求熱電偶熱端的溫度為多少？3）熱敏電阻的電阻-溫度特性有什么不同？答：1）證明:Eabc （T,T0）= Eab （T,T°）?/EABC"）= E： B （T） + 礫（To）+Eaa（T0）-ElA（T,T0）+ EIb （T0）-Eab （T,T。）2 )olb方向加有均度。答：1）采用半導(dǎo)體材50 °C,毫伏表的輸岀2) AT = + 50 = 2000 C °0.083）熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)大，電阻