《傳感器與檢測技術(shù)》習(xí)題集5及答案

傳感器與檢測技術(shù)習(xí)題5

一、測得某檢測裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下:

X0.92.53.34.55.76.7

y1.11.62.63.24.05.0

試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度（15分）

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，AR表示應(yīng)變片發(fā)生應(yīng)變后，電阻值的

變化量。當(dāng)應(yīng)變片不受力，無應(yīng)變時△!<=（）,橋路處于平衡狀態(tài),

當(dāng)應(yīng)變片受力發(fā)生應(yīng)變時，橋路失去平衡，這時，就用橋路輸出

電壓Ucd表示應(yīng)變片應(yīng)變后電阻值的變化量。試證明：

Ucd=-（E/2）（△R/R）o（15分）

三、什么是光電效應(yīng)？試說明光纖傳感器的工作原理。（15

分）

四、霍爾元件能夠測量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電

勢的概念是什么？溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？請詳細(xì)推導(dǎo)分流

電阻法。（15分）

五、人門說，SMART傳感器代表著今后傳感器發(fā)展的總趨勢，為

什么？（10分）

六、什么是傳感器的可靠性？可靠性設(shè)計程序和原則是什

么？什么是傳感器的失效？失效有哪幾種？失效分析方法有哪

幾種？（10分）

七、利用所學(xué)知識，設(shè)計一套濕度傳感器（包括敏感元件的選擇、

測量電路的設(shè)計、采用溫度補償及抗干擾措施）。（20分）

傳感器與檢測技術(shù)習(xí)題5答案

一、測得某檢測裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下：

X0.92.53.34.55.76.7

y1.11.62.63.24.05.0

試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度（15分）

答：

y=kx+b,A-=%-(k%+b)

'01n)2

帶入數(shù)據(jù)得：攵=0.68,〃=0.25

.-.y=0.68x+0.25

=

A1=0.238,A2-0-35,A3=—0.16,A4=-0.11,A5=—0.126,A6=-0.914

Zt=±-^^.xl00%=±—=±7%

Ws5

擬合直線靈敏度0.68,線性度±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，AR表示應(yīng)變片發(fā)生應(yīng)變后，電阻值的

變化量。當(dāng)應(yīng)變片不受力，無應(yīng)變時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，橋路失去平衡，這時，就用橋路輸出

電壓Ucd表示應(yīng)變片應(yīng)變后電阻值的變化量。試證明：

Ucd=-（E/2）（AR/R）o（15分）

a

E

證:R]=R+AR,R4=R—A/?

〃一“TT_R口R匚—2R\Rc

cd~cb~曲-R+屈+R-R-hR+R~~4R2-^R2

略去項的第二項，即可得.寫

三、什么是光電效應(yīng)？試說明光纖傳感器的工作原理。（15

分）

答：當(dāng)用光照射物體時，物體受到一連串具有能量的光子的

轟擊，于是物體材料中的電子吸收光子能量而發(fā)生相應(yīng)的電效應(yīng)

（如電阻率變化、發(fā)射電子或產(chǎn)生電動勢等）。這種現(xiàn)象稱為光

電效應(yīng)。

工作原理：利用外界物理因素改變光纖中光的強度，相位,

偏振態(tài)或波長從而對外界因素進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)傳輸。

四、霍爾元件能夠測量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電

勢的概念是什么？溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？請詳細(xì)推導(dǎo)分流

電阻法。（15分）

答：霍爾元件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動、轉(zhuǎn)速

等。

霍爾元件的不等位電勢是霍爾組件在額定控制電流作用下，

在無外加磁場時，兩輸出電極之間的空載電勢，可用輸出的電壓

表7Ko

溫度補償方法：

a分流電阻法：適用于恒流源供給控制電流的情況。

b電橋補償法

五、人們說，SMART傳感器代表著今后傳感器發(fā)展的總趨勢，

為什么？（10分）

答：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。和微機(jī)的結(jié)合使智能傳感器不僅有視嗅味和聽覺功能，還具

有存儲，思維和邏輯判斷，數(shù)據(jù)處理，自適應(yīng)能力等功能，從而使傳

感器技術(shù)提高到一個新水平。與傳統(tǒng)傳感器相比，它有精度高，可靠

性和穩(wěn)定性高，信噪比與分辨率高，自適應(yīng)強及性價比低等優(yōu)點。因

此，智能化設(shè)計的傳感器是傳感器傳統(tǒng)設(shè)計的一次革命，是世界傳感

器的發(fā)展趨勢。

六、什么是傳感器的可靠性？可靠性設(shè)計程序和原則是什么？什

么是傳感器的失效？失效有哪幾種？失效分析方法有哪幾種？（10

分）

答：傳感器的可靠性是指傳感器在規(guī)定條件、規(guī)定時間，完

成規(guī)定功能的能力。

可靠性設(shè)計原則：

①盡量簡單、組件少、結(jié)構(gòu)簡單

②工藝簡單

③使用簡單

④維修簡單

⑤技術(shù)上成熟

⑥選用合乎標(biāo)準(zhǔn)的原材料和組件

⑦采用保守的設(shè)計方案

失效分析的方法：

①失效模式、效應(yīng)及危害度分析

②工藝過程FMMEA及質(zhì)量反饋分析

③失效樹分析方法

產(chǎn)品喪失完成規(guī)定功能能力所有狀態(tài)及事件的總和叫失效。

失效的分類：

①按失效發(fā)生場合分：試驗失效、現(xiàn)場失效

②按失效的程度分：完全失效、局部失效

③按失效前功能或參數(shù)變化的性質(zhì)分：突然失效、退化失

效

④按失效排除的性質(zhì)分：穩(wěn)定性失效、間歇失效

⑤按失效的外部表現(xiàn)分：明顯失效、隱蔽失效

⑥按失效發(fā)生的原因分：設(shè)計上的失效、工藝上的失效、

使用上的失效

⑦按失效的起源分：自然失效、人為失效

⑧按與其它失效