傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 試卷及答案 試題三

第5頁(yè)共5頁(yè)傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)仿真試題三試卷一（閉卷）（考試時(shí)間90分鐘，總分80分） 題號(hào)一二三總分分?jǐn)?shù)評(píng)卷人單項(xiàng)選擇題（本大題共10小題，每小題2分，共20分）在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中只有一個(gè)選項(xiàng)是符合題目要求的，請(qǐng)將正確選項(xiàng)前的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。錯(cuò)選、多選和未選均不得分。1、傳感技術(shù)與信息學(xué)科緊密相連，是（）和自動(dòng)轉(zhuǎn)換技術(shù)的總稱。A.自動(dòng)調(diào)節(jié)B.自動(dòng)測(cè)量C.自動(dòng)檢測(cè)D.信息獲取2、下列測(cè)量方法屬于組合測(cè)量的是（）。A.用電流表測(cè)量電路的電流B.用彈簧管壓力表測(cè)量壓力C.用電壓表和電流表測(cè)量功率D.用電阻值與溫度關(guān)系測(cè)量電阻溫度系數(shù)3、傳感器的靜態(tài)特性，是指當(dāng)傳感器輸入、輸出不隨()變化時(shí)，其輸出-輸入的特性。A.時(shí)間B.被測(cè)量C.環(huán)境D.地理位置4、已知某溫度傳感器為時(shí)間常數(shù)秒的一階系統(tǒng)，當(dāng)受到突變溫度作用后，傳感器輸出指示溫差的三分之一所需的時(shí)間為（）秒A．3B．1C．1.2D．1/35、利用相鄰雙臂橋檢測(cè)的應(yīng)變式傳感器，為使其靈敏度高、非線性誤差?。ǎ?。A．兩個(gè)橋臂都應(yīng)當(dāng)用大電阻值工作應(yīng)變片B．兩個(gè)橋臂都應(yīng)當(dāng)用兩個(gè)工作應(yīng)變片串聯(lián)C．兩個(gè)橋臂應(yīng)當(dāng)分別用應(yīng)變量變化相反的工作應(yīng)變片D．兩個(gè)橋臂應(yīng)當(dāng)分別用應(yīng)變量變化相同的工作應(yīng)變片6、下列說法正確的是（）。A.差動(dòng)整流電路可以消除零點(diǎn)殘余電壓，但不能判斷銜鐵的位置。B.差動(dòng)整流電路可以判斷銜鐵的位置，但不能判斷運(yùn)動(dòng)的方向。C.相敏檢波電路可以判斷位移的大小，但不能判斷位移的方向。D.相敏檢波電路可以判斷位移的大小，也可以判斷位移的方向。7、下列對(duì)紅外傳感器的描述錯(cuò)誤的是（）。A.紅外輻射是一種人眼不可見的光線B.紅外線的波長(zhǎng)范圍大致在0.76~1000μm之間C.紅外線是電磁波的一種形式，但不具備反射、折射特性D.紅外傳感器是利用紅外輻射實(shí)現(xiàn)相關(guān)物理量測(cè)量的一種傳感器。8、微波傳感器測(cè)量物體含水量主要利用下述微波的哪一個(gè)特點(diǎn)（）A.微波波長(zhǎng)很短，頻率很高B.水對(duì)微波的反射作用很強(qiáng)C.微波的傳輸特性很好D.水對(duì)微波的吸收作用很強(qiáng)9、在理想介質(zhì)中，超聲波的衰減來(lái)自于超聲波的（）。A.擴(kuò)散B.散射C.吸收D.投射10、半導(dǎo)體氣體傳感器，是利用半導(dǎo)體氣敏元件同氣體接觸，造成（）發(fā)生變化，借此檢測(cè)特定氣體的成分及其濃度。A.半導(dǎo)體電阻B.半導(dǎo)體上電流C.半導(dǎo)體上電壓D.半導(dǎo)體性質(zhì)二、簡(jiǎn)答題（本大題共5小題，每小題6分，共30分）1、解釋什么是傳感器？傳感器的基本組成包括哪兩大部分？這兩大部分各自起什么作用？2、什么叫正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)？什么叫縱向壓電效應(yīng)和橫向壓電效應(yīng)？3、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？4、試述熱電偶與熱電阻的基本測(cè)溫原理。5、簡(jiǎn)述什么是光電導(dǎo)效應(yīng)？光生伏特效應(yīng)？外光電效應(yīng)？這些光電效應(yīng)的典型光電器件各自有哪些？三、分析計(jì)算題（本大題共3小題，每小題10分，共30分）注意：自動(dòng)化、電氣專業(yè)的學(xué)生第1小題必做，并從第2－4小題中選做兩個(gè)小題；測(cè)控專業(yè)的學(xué)生在4個(gè)小題中任選3個(gè)小題。1、試求下列一組數(shù)據(jù)的各種線性度：端點(diǎn)線性度；最小二乘線性度。x12345y2.204.005.987.9010.102、如下圖所示為一簡(jiǎn)單電感式傳感器。尺寸已示于圖中。磁路取為中心磁路，不計(jì)漏磁，設(shè)鐵心及銜鐵的相對(duì)磁導(dǎo)率為104，空氣的相對(duì)磁導(dǎo)率為1，真空的磁導(dǎo)率為4л×10－7H·m-1，試計(jì)算氣隙長(zhǎng)度為零及為2mm時(shí)的電感量。（圖中所注尺寸單位均為mm）3030302200匝152010603、一個(gè)用于位移測(cè)量的電容式傳感器，兩個(gè)極板是邊長(zhǎng)為5cm的正方形，間距為1mm，氣隙中恰好放置一個(gè)邊長(zhǎng)5cm、厚度1mm、相對(duì)介電常數(shù)為4的正方形介質(zhì)板，該介質(zhì)板可在氣隙中自由滑動(dòng)。試計(jì)算當(dāng)輸入位移（即介質(zhì)板向某一方向移出極板相互覆蓋部分的距離）分別為0.0cm、2.5cm、5.0cm時(shí)，該傳感器的輸出電容值各為多少？4、若某光柵的柵線密度為50線/mm，主光柵與指標(biāo)光柵之間夾角。求：(1)求其形成的莫爾條紋間距是多少?(2)若采用四只光敏二極管接收莫爾條紋信號(hào)，并且光敏二極管響應(yīng)時(shí)間為，問此時(shí)光柵允許最快的運(yùn)動(dòng)速度是多少?試卷二（開卷）（考試時(shí)間30分鐘，總分20分）題號(hào)評(píng)卷人得分綜合設(shè)計(jì)分析題綜合設(shè)計(jì)分析題（本大題共20分）ttR2,R4R1,R3Flx如上圖所示為一懸臂梁式測(cè)力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，在其中部的上、下兩面各貼兩片電阻應(yīng)變片。已知彈性元件各參數(shù)分別為：；；；；；電阻應(yīng)變片靈敏度系數(shù)，且初始電阻阻值（在外力為0時(shí)）均為。（1）設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路，畫出相應(yīng)電路圖；（2）分析說明該傳感器測(cè)力的工作原理（配合所設(shè)計(jì)的測(cè)量電路）；（3）當(dāng)懸臂梁一端受一向下的外力作用時(shí)，試求此時(shí)四個(gè)應(yīng)變片的電阻值（提示：）；（4）若橋路供電電壓為直流10v時(shí)，計(jì)算傳感器的輸出電壓及其非線性誤差。傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)仿真試題三參考答案試卷一一、單項(xiàng)選擇題（本大題共10小題，每小題2分，共20分）在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中只有一個(gè)選項(xiàng)是符合題目要求的，請(qǐng)將正確選項(xiàng)前的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。錯(cuò)選、多選和未選均不得分。1、C2、D3、A4、C5、C6、D7、C8、D9、A10、D二、簡(jiǎn)答題（本大題共5小題，每小題6分，共30分）1、解釋什么是傳感器？傳感器的基本組成包括哪兩大部分？這兩大部分各自起什么作用？答：傳感器是能感受被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。傳感器的基本組成包括敏感元件和轉(zhuǎn)換元件兩部分。敏感元件是傳感器中能直接感受（或響應(yīng)）被測(cè)信息（非電量）的元件，起檢測(cè)作用。轉(zhuǎn)換元件則是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性母惺埽ɑ蝽憫?yīng)）信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的部分，起轉(zhuǎn)換作用。2、什么叫正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)？什么叫縱向壓電效應(yīng)和橫向壓電效應(yīng)？答：正壓電效益就是對(duì)某些電介質(zhì)沿一定方向施以外力使其變形時(shí)，其內(nèi)部將產(chǎn)生極化現(xiàn)象而使其出現(xiàn)電荷集聚的現(xiàn)象。當(dāng)在片狀壓電材料的兩個(gè)電極面上加上交流電壓，那么壓電片將產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，即壓電片在電極方向上產(chǎn)生伸縮變形，壓電材料的這種現(xiàn)象稱為電致伸縮效應(yīng)，也稱為逆壓電效應(yīng)。沿石英晶體的x軸（電軸）方向受力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”。沿石英晶體的y軸（機(jī)械軸）方向受力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”。3、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？答：a.霍爾元件可測(cè)量磁場(chǎng)、電流、位移、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等。b.霍爾組件的不等位電勢(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。c.溫度補(bǔ)償方法：分流電阻法：適用于恒流源供給控制電流的情況。電橋補(bǔ)償法。4、試述熱電偶與熱電阻的基本測(cè)溫原理。答：熱電偶測(cè)溫基本原理：熱電偶測(cè)溫是基于熱電效應(yīng)的基本原理。根據(jù)熱電效應(yīng)，任何兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路，如果將它們的兩個(gè)接點(diǎn)分別置于溫度不同的熱源中，則在該回路中會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，在一定條件下，產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)與被測(cè)溫度成單值函數(shù)關(guān)系。因此，我們只需測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)值，就可間接獲得被測(cè)溫度。熱電阻測(cè)溫基本原理：熱電阻測(cè)溫是基于熱效應(yīng)的基本原理。所謂熱效應(yīng)，就是金屬導(dǎo)體的阻值會(huì)隨溫度的升高而增加或減小的現(xiàn)象。因此，我們只需測(cè)得金屬導(dǎo)體電阻的變化就可間接獲得被測(cè)溫度。5、簡(jiǎn)述什么是光電導(dǎo)效應(yīng)？光生伏特效應(yīng)？外光電效應(yīng)？這些光電效應(yīng)的典型光電器件各自有哪些？答：光電導(dǎo)效應(yīng)是指在光線作用下，半導(dǎo)體材料吸收入射光子的能量，如果入射光子的能量大于或等于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，將激發(fā)出電子－空穴對(duì)，使載流子濃度增加，導(dǎo)電性增加，阻值降低的現(xiàn)象，如光敏電阻。光生伏特效應(yīng)是指在光線作用下，能使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，如光電池。外光電效應(yīng)是指在光線作用下，能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象，如光電管（光電二極管、光電晶體管）、倍增管。三、分析計(jì)算題（本大題共3小題，每小題10分，共30分）注意：自動(dòng)化、電氣專業(yè)的學(xué)生第1小題必做，并從第2－4小題中選做兩個(gè)小題；測(cè)控專業(yè)的學(xué)生在4個(gè)小題中任選3個(gè)小題。1、試求下列一組數(shù)據(jù)的各種線性度：端點(diǎn)線性度；最小二乘線性度。x12345y2.204.005.987.9010.10解：①端點(diǎn)線性度：設(shè)擬合直線為：，根據(jù)兩個(gè)端點(diǎn)(1,2.20)和(5,10.10)，則擬合直線斜率∴∴∴端點(diǎn)擬合直線為x12345y實(shí)際2.204.005.987.9010.10y理論2.204.1756.158.12510.10Δ=y實(shí)際-y理論0-0.175-0.17-0.2250∴∴②最小二乘線性度：設(shè)擬合直線方程為由已知輸入輸出數(shù)據(jù)，根據(jù)最小二乘法，有：，，∴∵∴方程有解∴∴，∴擬合直線為∴輸入:12345輸出:2.204.005.987.9010.10理論值:2.0964.0666.0368.0069.976:0.1040.0660.0560.1060.124∴∴非線性誤差為：2、如下圖所示為一簡(jiǎn)單電感式傳感器。尺寸已示于圖中。磁路取為中心磁路，不計(jì)漏磁，設(shè)鐵心及銜鐵的相對(duì)磁導(dǎo)率為104，空氣的相對(duì)磁導(dǎo)率為1，真空的磁導(dǎo)率為4л×10－7H·m-1，試計(jì)算氣隙長(zhǎng)度為零及為2mm時(shí)的電感量。（圖中所注尺寸單位均為mm）3030302200匝15201060解：∵，∴又∵，，∴當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，3、一個(gè)用于位移測(cè)量的電容式傳感器，兩個(gè)極板是邊長(zhǎng)為5cm的正方形，間距為1mm，氣隙中恰好放置一個(gè)邊長(zhǎng)5cm、厚度1mm、相對(duì)介電常數(shù)為4的正方形介質(zhì)板，該介質(zhì)板可在氣隙中自由滑動(dòng)。試計(jì)算當(dāng)輸入位移（即介質(zhì)板向某一方向移出極板相互覆蓋部分的距離）分別為0.0cm、2.5cm、5.0cm時(shí)，該傳感器的輸出電容值各為多少？解：（1）0.0cm時(shí)：（2）2.5cm時(shí)：（3）5.0cm時(shí)：4、若某光柵的柵線密度為50線/mm，主光柵與指標(biāo)光柵之間夾角。求：(1)求其形成的莫爾條紋間距是多少?(2)若采用四只光敏二極管接收莫爾條紋信號(hào)，并且光敏二極管響應(yīng)時(shí)間為，問此時(shí)光柵允許最快的運(yùn)動(dòng)速度是多少?解：(1)由光柵密度50線/mm，可知其光柵柵距根據(jù)公式可求莫爾條紋間距，式中為主光柵與指標(biāo)光柵夾角，得(2)光柵運(yùn)動(dòng)速度與光敏二極管響應(yīng)時(shí)間成反比，即所以最大允許速度為。試卷二綜合設(shè)計(jì)分析題（本大題共20分）。ttR2,R4R1,R3Flx如上圖所示為一懸臂梁式測(cè)力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，在其中部的上、下兩面各貼兩片電阻應(yīng)變片。已知彈性元件各參數(shù)分別為：；；；；；電阻應(yīng)變片靈敏度系數(shù)，且初始電阻阻值（在外力為0時(shí)）均為。（1）設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路，畫出相應(yīng)電路圖；（2）分析說明該傳感器測(cè)力的工作原理（配合所設(shè)計(jì)的測(cè)量電路）；（3）當(dāng)懸臂梁一端受一向下的外力作用時(shí)，試求此時(shí)四個(gè)應(yīng)變片的電阻值（提示：）；（4）若橋路供電電壓為直流10v時(shí)，計(jì)算傳感器的輸出電壓及其非線性誤差。