傳感器技術(shù)與應(yīng)用期末復(fù)習資料全

1、 .一、判斷題（10分，每題2分）1、傳送帶上塑料零件的計數(shù)通常選用電渦流傳感器。（ × ）2、變壓器電橋電路適合應(yīng)用于單只變極距型電容器，可以克服它的非線性（ × ）。3、二階傳感器的動態(tài)參數(shù)主要是時間常數(shù)。 （ × ） 4、壓電式傳感器通常應(yīng)用于靜態(tài)測量。（ × ）5、并聯(lián)寄生電容使電感傳感器的有效電感增加，引起靈敏度提高。（ ）二、選擇題(10分，每題2分)1、在以下幾種傳感器當中 C 屬于自源電型傳感器。 A、電容式 B、電阻式 C、磁電式 D、電感式2、當石英晶體受壓時，電荷產(chǎn)生在 垂直于 B 軸的晶面上。A、Z B、X C、Y D、X、Y、Z

2、 3、減小霍爾元件的輸出不等位電勢的辦法是 C 。A、減小激勵電流 B、減小磁感應(yīng)強度 C、使用電橋調(diào)零電位器4、將機械振動轉(zhuǎn)換成電信號是利用壓電材料的 C 。A、應(yīng)變效應(yīng) B、電渦流效應(yīng) C、壓電效應(yīng) D、逆壓電效應(yīng)5、電容傳感器的輸入被測量與輸出被測量間的關(guān)系，除 B 外是線性的。A、變面積型 B、變極距型 C、變介電常數(shù)型三、填空（本題共20分，每空2分）1、傳感器由 敏感元件 、轉(zhuǎn)換元件 、 測量電路 三部分組成。2、在石英晶片的機械軸上施加力,其電荷產(chǎn)生在 與X垂直的晶面 。3、霍爾元件采用恒流源激勵是為了 減小溫漂 。4、壓電材料在使用中一般是兩片以上，在以電荷作為輸出的地方一般是

3、壓電元件 并聯(lián) 起來，而當以電壓作為輸出的時候則一般是把壓電元件 串聯(lián) 起來。5、金屬電阻的 應(yīng)變電阻效應(yīng) 是金屬電阻應(yīng)變片工作的物理基礎(chǔ)。6、傳感器的重復(fù)性是指 傳感器在同一工作條件下，輸入量按同一方向做全量程連續(xù)多次變動時，所得特性曲線間一致程度的指標。7、磁電式傳感器用作慣性傳感器，需滿足的條件是 質(zhì)量塊m較大，彈簧彈性系數(shù)k較小，被測物體振動頻率足夠高 。四 證明題（本題共10分）如圖所示電路是電阻應(yīng)變儀中所用的不平衡電橋的簡化電路，圖中R2=R3=R是固定電阻，R1與R4是電阻應(yīng)變片，工作時R1受拉，R4受壓，R變化相等，橋路處于平衡狀態(tài)，當應(yīng)變片受力發(fā)生應(yīng)變時，橋路失去平衡，這時，

4、就用橋路輸出電壓Ucd表示應(yīng)變片變后電阻值的變化量。試證明：Ucd=-（E/2）(R/R)。答：工作時R1受拉，R4受壓，R變化相等，橋路處于平衡狀態(tài)，則 R1xR3=R4xR2 略去和它的二次項,即可得五 論述題（本題共20分） 1.論述相敏檢波電路用于差動變壓器的測量電路時的工作原理。 移相器的作用：使er和es保持同相或反相，且滿足er>>es。R1=R2，C1=C2。 當銜鐵處于中間位置時，es=0，只有er起作用。若er正半周，A+，B-，則 D1、D2導(dǎo)通，D4、D3截止，流過R1,R2上的電流分別為i1,i2，其電壓降UCB與UDB大小相等方向相反，所以UCD0。若e

5、r負半周，則 D4、D3導(dǎo)通，D1、D2截止，流過R1,R2上的電流分別為i3,i4，其電壓降UCB與UDB大小相等方向相反，所以UCD0。 若銜鐵上移，es0，此時er和es同相，由于er>>es，當er正半周，D1、D2導(dǎo)通，D4、D3截止，D1回路的電勢為er+ es /2, D2回路的電勢為er- es /2。所以，回路電流i1 i2, UCD 0。當er負半周， D4、D3導(dǎo)通，D1、D2截止，D3回路的電勢為er- es /2，D4回路的電勢為er+ es /2，回路電流i4 i3, UCD 0。 若銜鐵下移，es0， er和es反相，UCD <0 輸出信號的正負

6、代表了銜鐵位移的方向。 2.推導(dǎo)出二階傳感系統(tǒng)在"頻域最佳阻尼比系數(shù)”下的諧振頻率r.答：由歸一化的幅值增益A（w）=1/當A（w）對w求導(dǎo)時，如果出現(xiàn)等于0的情況，則此時出現(xiàn)峰值，出現(xiàn)的頻率則為諧振頻率，由dA（w）/dw=0求得wr=3.什么是諧振子的機械品質(zhì)因數(shù)Q? 它對諧振系統(tǒng)的測量有什么影響?解：實際系統(tǒng)的諧振頻率與系統(tǒng)的固有頻率存在一定的差別，為了描述諧振狀態(tài)的優(yōu)劣程度，引入諧振子的機械品質(zhì)因素Q值， Q值反映了諧振子振動中阻尼比系數(shù)的大小及消耗能量快慢的程度，也反映了幅頻特性曲線陡峭程度，即諧振敏感元件選頻能力的強弱，從系統(tǒng)振動能量來說，Q值越高表明相對于給定的諧振子每

7、周存儲的能量而言，由阻尼等消耗的能量就越小，系統(tǒng)的儲能效率就越高，系統(tǒng)抗干擾能力越強；同時Q值越高，表明諧振子的諧振頻率與系統(tǒng)的固有頻率就越接近，系統(tǒng)的選頻特性就越好，越容易檢測到系統(tǒng)的諧振頻率，同時系統(tǒng)的振動頻率就越穩(wěn)定，重復(fù)性就越好。4.簡述二階測試系統(tǒng)的”時域最佳阻尼比系數(shù)”和”頻域最佳阻尼比系數(shù)”的物理意義.答：根據(jù)所允許的相對誤差t確定系統(tǒng)的超調(diào)量p的原則來選擇阻尼比系數(shù)n，這時的阻尼比系數(shù)就為時域最佳阻尼比系數(shù)。 對于相同的允許誤差F，必定有一個使二階傳感器獲得最大工作頻帶的阻尼比系數(shù)，稱之為頻域最佳阻尼比系數(shù)。六 計算題（共30分）1 （共10分）有個傳感器測量系統(tǒng)，其動態(tài)特性可

8、以分別用下面微分方程描述，試求這兩個系統(tǒng)的時間常數(shù)t和靜態(tài)靈敏度K。（1） 式中, y輸出電壓，V；T輸入溫度，。（4分） 解： 時間常數(shù)t=a1/a0=30/3=10 （S）; 靜態(tài)靈敏度K=b0/a0=(1.5*10-5)/3=5*10-6（V /）（2） 某一壓電式加速度傳感器的動態(tài)特性可以用如下的微分方程來描述，即式中，y輸出電荷量，pC；x輸入加速度，m/s2。試求其固有振蕩頻率wn和阻尼比z。（6分） 解：由題給微分方程可得： 2 一只傳感器測得的數(shù)據(jù)如下，根據(jù)這些數(shù)據(jù)求端點法的擬合直線，并求其線性度。（10分）x0.92.53.34.55.76.7y1.11.62.63.24.0

9、5.0解： 設(shè)直線方程為 : 兩點法確定擬合直線方程 y=0.672x+0.495 則滿量程輸出為： 直線擬合值：Y1.09982.1752.71263.5194.32544.9974非線性誤差 -0.099990.5750.11260.3190.32540.0026線性度： Lmax=0.575; Yes=3.8976; 所以eL=0.575/3.8976*100%=14.75%;3. （共10分）有一臺變間隙非接觸式電容測微儀，其傳感器的極板半徑r=4mm，假設(shè)與被測工件的初始間隙d0=0.3mm。試求： (1)如果傳感器與工件的間隙變化量d=±10µm，電容變化量為多

10、少?（5分） (2)如果測量電路的靈敏度足Ku=100mV/pF，則在d=±1µm時的輸出電壓為多少?(5分) 由 ，則當d=±10um時 (2) 當d=±1µm時由 Ku=100mV/pF=U0/C，則U0=KuC=100mV/pF×(±0.0049pF)=±0.49mV2如圖所示的差動電感式傳感器的橋式測量電路，L1、L2為傳感器的兩差動電感線圈的電感，其初始值均為L0。R1、R2為標準電阻，u為電源電壓。試寫出輸出電壓u0與傳感器電感變化量L間的關(guān)系。解：當且時，有：3 如習題圖3所示氣隙型電感傳感器，銜鐵截

11、面積S=4×4mm2，氣隙總長度=0.8mm，銜鐵最大位移=±0.08mm，激勵線圈匝數(shù)W=2500匝，導(dǎo)線直徑d=0.06mm，電阻率=1.75×10-6W.cm，當激勵電源頻率f=4000Hz時，忽略漏磁及鐵損，求：(1)線圈電感值；(2)電感的最大變化量；(3)線圈的直流電阻值；(4)線圈的品質(zhì)因數(shù)；(5)當線圈存在200pF分布電容與之并聯(lián)后其等效電感值。圖3解:(1)（2）(3) 線圈邊長a=4+0.03=4.03mm（4）（5）4 已知壓電式加速度傳感器的阻尼比=0.1，其無阻尼固有頻率f0=32kHz，若要求傳感器的輸出幅值誤差在5以內(nèi)。問：根據(jù)此條件得出的響應(yīng)頻率是傳感器的最高響應(yīng)頻率還是最低響應(yīng)頻率？并確定該響應(yīng)頻率。解：這是傳感器的最高響應(yīng)頻率。3 對圖二所示的變間隙差動電容傳感器結(jié)構(gòu)，討論溫度變化對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。 圖二 變間隙電容差動結(jié)構(gòu)只有溫度變化時:溫度變化和動極板向上運動同時發(fā)生時:2.某傳感器的輸出/輸入數(shù)據(jù)如下表所示,試用平移端基直線法求線性度.x123456y2.024.005.987.910.1