往年考卷2006-2007試題及其參考答案a

1、2007 年本科生“傳感技術(shù)及應(yīng)用”試題（A 卷）一、填空題(每空2 分，共 20 分)(1) 傳感器的作用是，其是。從傳感器用于自動(dòng)化系統(tǒng)的角度考慮，要求傳感器的輸出是標(biāo)準(zhǔn)的電信號，例如電壓信號 15V，或電流信號 mA。近年來，由于微電子技術(shù)與微機(jī)械技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)的與智能化發(fā)展很快，但在智能化傳感器技術(shù)中，盡管微處理器具有重要的作用，但智能化傳感器的關(guān)鍵是。(2) 彈性敏感元件在階躍載荷作用下，所產(chǎn)生的并不能立刻完成，需要經(jīng)過一段時(shí)間間隔才能完成。這個(gè)過程稱為彈性元件 的，它是引起某些傳感器測量過程誤差的主要原因之一。當(dāng)外力保持恒值時(shí)，彈性元件在一個(gè)較長時(shí)間范圍內(nèi)仍然繼續(xù)緩慢變形的

2、現(xiàn)象稱為，它是影響某些傳感器測量過程的主要原因之一。二、說明應(yīng)變式扭矩傳感器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并可能的測量誤差。（15 分）三、利用懸臂梁的應(yīng)力特性測量計(jì)？（15 分）度時(shí)，懸臂梁的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)當(dāng)如何設(shè)四、電容式壓力傳感器如何實(shí)現(xiàn)差動(dòng)測量，試給出原理結(jié)構(gòu)示意圖，并對其工作原理和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行必要的說明。（15 分）五、諧振式傳感器閉環(huán)自激系統(tǒng)在時(shí)域和復(fù)頻域的實(shí)現(xiàn)條件（要求結(jié)合圖進(jìn)行），并說明它們在實(shí)際應(yīng)用中的特點(diǎn)。（15 分）六、圖示為一個(gè)結(jié)構(gòu)新穎的傳感器，請說明其測量原理、主要應(yīng)用特點(diǎn)；若提測量靈敏度應(yīng)采取什么措施（定性說明即可）。（20 分）1題六圖一種新型傳感器結(jié)構(gòu)示意圖22007 年本科生“傳感

3、技術(shù)及應(yīng)用”試題（A 卷參考）一、填空題(每空 2 分，共 20 分)(1) 傳感器的作用是 獲取信息（測量），其是 敏感元件 。從傳感器用于自動(dòng)化系統(tǒng)的角度考慮，要求傳感器的輸出是標(biāo)準(zhǔn)的電信號，例如電壓信號 1 5V，或電流信號 420 mA。近年來，由于微電子技術(shù)與微機(jī)械技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)的 集成化 與智能化發(fā)展很快，但在智能化傳感器技術(shù)中，盡管微處理器具有重要的作用，但智能化傳感器的關(guān)鍵是 基礎(chǔ)(本)傳感器 。(2) 彈性敏感元件在階躍載荷作用下，所產(chǎn)生的 變形(形變) 并不能立刻完成，需要經(jīng)過一段時(shí)間間隔才能完成。這個(gè)過程稱為彈性元件的 彈性后效 ，它是引起某些傳感器測量過程 重復(fù)

4、性（隨機(jī)）誤差的主要原因之一。當(dāng)外力保持恒值時(shí)，彈性元件在一個(gè)較長時(shí)間范圍內(nèi)仍然繼續(xù)緩慢變形的現(xiàn)象稱為 蠕變 ，它是影響某些傳感器測量過程 穩(wěn)定性 的主要原因之一。二、說明應(yīng)變式扭矩傳感器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并可能的測量誤差。（15 分）回答要點(diǎn):1. 應(yīng)變式扭矩傳感器的敏感元件可以是圓柱桿，其關(guān)鍵參數(shù)為直徑。由于扭矩作用于圓柱桿的端面，在沿桿軸線的 45 度與 135 度方向上引起的正應(yīng)變最大，而且一個(gè)方向?yàn)檎?，另一個(gè)方向?yàn)樨?fù)的。因此須在上述方向上各設(shè)置兩個(gè)應(yīng)變元件 (9 分) 。2.可能的誤差為：應(yīng)變元件的方向誤差、四個(gè)應(yīng)變元件的一致性誤差、檢測電路時(shí)電源的穩(wěn)定性誤差、溫度誤差等 (6 分) 。

5、3. 可用圖表示。三、利用懸臂梁的應(yīng)力特性測量度時(shí)，懸臂梁的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)當(dāng)如何設(shè)計(jì)？（15 分）回答要點(diǎn)：31. 畫出懸臂梁的結(jié)構(gòu)示意圖，包括敏感質(zhì)量(3 分)。2. 畫出應(yīng)力敏感原件(應(yīng)為4 個(gè)壓阻元件或若干個(gè)壓電元件)在懸臂梁上的政確位置(3 分)。3.懸臂梁敏感結(jié)構(gòu)參數(shù)為：長度、寬度和厚度，且基本上滿足 100：10：1 的關(guān)系(3 分)。4. 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，主要考慮傳感器的測量范圍、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性等；依敏感質(zhì)量塊和度的范圍可知在懸臂梁端部所受集中力的范圍(3 分)。5. 利用懸臂梁根部所受最大應(yīng)力、應(yīng)變的要求確定懸臂梁的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)(3分)。四、電容式壓力傳感器如何實(shí)現(xiàn)差動(dòng)測量，試給

6、出原理結(jié)構(gòu)示意圖，并對其工作原理和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行必要的說明。（15 分）回答要點(diǎn)：1. 正確畫出電容式壓力傳感器實(shí)現(xiàn)差動(dòng)測量的原理結(jié)構(gòu)示意圖。具體的形式可以多樣，但應(yīng)符合傳感器的設(shè)計(jì)思路，特別應(yīng)包括差動(dòng)敏感結(jié)構(gòu)、兩個(gè)電容的結(jié)構(gòu)形式，并對有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行簡要說明(7 分)。2. 說明傳感器的工作原理時(shí)，壓力作用到電容的活動(dòng)極板，與兩個(gè)固定極板形成一對差動(dòng)電容，并要通過一定的電路來轉(zhuǎn)換(4 分)。3. 優(yōu)點(diǎn)：可以消除共模干擾，如溫度、橫向隨機(jī)振動(dòng)等干擾的影響。(4分)。五、諧振式傳感器閉環(huán)自激系統(tǒng)在時(shí)域和復(fù)頻域的實(shí)現(xiàn)條件（要求結(jié)合圖進(jìn)行），并說明它們在實(shí)際應(yīng)用中的特點(diǎn)。（15 分）回答要點(diǎn)：1. 正確畫

7、出諧振式傳感器閉環(huán)自激系統(tǒng)在時(shí)域和復(fù)頻域的結(jié)構(gòu)圖 (4 分) 。2. 正確給出諧振式傳感器閉環(huán)自激系統(tǒng)在時(shí)域和復(fù)頻域的幅值、相位條件 (64分) 。3. 實(shí)際應(yīng)用中時(shí)域主要是調(diào)試傳感器，復(fù)頻域主要是設(shè)計(jì)傳感器閉環(huán)系統(tǒng) (5分) 。六、圖示為一個(gè)結(jié)構(gòu)新穎的傳感器，請說明其測量原理、主要應(yīng)用特點(diǎn)；若提測量靈敏度應(yīng)采取什么措施（定性說明即可）。（20 分）回答要點(diǎn)：1. 該傳感器為一種硅諧振式壓力傳感器（2 分）。其工作原理：被測壓力膜片應(yīng)力諧振梁的等效剛度諧振梁的固有頻率。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，傳感器的輸出為梁諧振子 1 與梁諧振子 2 的頻率差 (8 分) 。2. 應(yīng)用特點(diǎn)為：諧振式傳感器（數(shù)字式、高性能）