檢測與傳感技術(shù)練習題及解答PPT課件

1、傳感器 練習題及解答,宋 佳,一、電阻式傳感器,1、何為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)？怎樣利用這種效應(yīng)制成應(yīng)變片？ 解：金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)是指當應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)尺寸發(fā)生變化時，其電阻也發(fā)生相應(yīng)的變化。 將應(yīng)變片粘貼在各種彈性敏感元件上，當彈性敏感元件感受到外力、位移、加速度等參數(shù)作用時，彈性敏感元件產(chǎn)生應(yīng)變，再通過粘貼在上面的電阻應(yīng)變片將其轉(zhuǎn)換成電阻的變化。通常，它主要由敏感元件、基底、引線和覆蓋層等組成，其核心元件是電阻應(yīng)變片（敏感元件），主要作用是實現(xiàn)應(yīng)變電阻的變換。,2、兩金屬應(yīng)變片R1和R2阻值均為120，靈敏系數(shù)K=2；兩應(yīng)變片一受拉，另一受壓，應(yīng)變均為800。兩者接入差動直流電橋，電源電壓U=6

2、V。 求：（1）R和R/R；（2）電橋輸出電壓UO。 已知條件： （1）R1=R2=120， （2）靈敏系數(shù) （3）軸向應(yīng)變 （4）電源電壓U=6V 解：由上述公式可知,3、在材料為鋼的實心圓柱形試件上，沿軸線和圓周方向各貼一片電阻為120的金屬應(yīng)變片R1和R2，把這兩個應(yīng)變片接入差動電橋如右圖。若鋼的泊松系數(shù) 0.285，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)k2，電橋電源電壓U2V，當試件受軸向拉伸時，測得應(yīng)變片R1 的電阻變化值 ，試求電橋的輸出電壓U0。 解：有軸向形變和徑向形變，是半橋雙臂， 所以,4、金屬應(yīng)變片與半導體應(yīng)變片在工作原理上有何不同？ 解： 金屬應(yīng)變片主要由幾何尺寸的形變決定，其電阻率的變化

3、很小，忽略不計；半導體應(yīng)變片是基于壓阻效應(yīng)，由電阻率的變化決定。,二、電容式傳感器作業(yè),1、上圖為變介電常數(shù)式電容傳感器 ，其中 若有 ： （1） （2） （3）并如何設(shè)計成差動式？ 解： 并有 所以： 進而可知： 差動式的設(shè)計如下：,2、如圖，C1與C2是兩個差動式傳感器的兩個電容，A1、A2是電壓兩個比較器，Ur是參考電壓，電源電壓為U，設(shè)接通電源時，Q為高電平。試作圖分析uA、uB、uAB、UF、UG的電壓波形圖（分C1=C2與C1=C2兩種情況） 解：先A高，對C1充電， 當UFUr時翻轉(zhuǎn)，于是A低， C1放電。B與A相反。 圖略,3、如右圖（1、3為固定極，2為可動極板）所示電容式傳

4、感器，其可動極筒外徑為9.8mm，定極內(nèi)徑為10mm，上下遮蓋長度各為1mm，試求兩個電容值？當供電頻率為60KHz時，求它們的容抗值？ 解： 容抗值,4如右圖（1為固定極，2為可動極板）所示的電容式傳感器，極板寬度b4mm，間隙，極板間介質(zhì)為空氣，試求其靜態(tài)靈敏度。若動極板移動2mm，求其電容變量。 解：,三、電感式傳感器,某螺管型差動式自感傳感器（如右圖，1、4為圓蓋，2為磁筒，3為磁心）的結(jié)構(gòu)參數(shù)為N800匝，h10mm、t6mm、 2mm（磁心直徑）、 10mm（螺管線圈內(nèi)徑），并設(shè) 1.30，（1）試求在平衡狀態(tài)下單個線圈的電感量 =?（2）若將其接入變壓器電路，電橋變壓器二次側(cè)電源

5、頻率為10000Hz，u/20.9V，設(shè)電感線圈有效電阻可以忽略，求該傳感器的靈敏系數(shù) ？,解:(1),(2)實質(zhì)為調(diào)相電路,總靈敏度：,當鐵芯發(fā)生位移后：,即,五、熱電偶傳感器,1、將一靈敏度為0.08mV/的熱電偶與電壓表相連接，電壓表接線端是50，若電位計上讀數(shù)為60mV，熱電偶的熱端溫度是多少？ 解：冷端溫度為50，等效熱電勢： 0.08mV/*50=4mV； 熱端實際熱電勢為： E（t , to）=E（t , t1）+ E（t1 , to）60464mV， 可以計算出熱端實際溫度為：64mV/0.08mV/=800 或者：600.08x（T-50）,則T=800,2、欲測量變化迅速的

6、200的溫度應(yīng)選用何種傳感器？ 測1500的高溫度又應(yīng)選用何種傳感器？ （不考慮測量精度與線性度的要求） 解：測200選擇熱敏電阻或者薄膜熱電偶； 測1500選擇鉑銠30-鉑銠6熱電偶。,3、為什么在實際應(yīng)用中要對熱電偶進行冷端補償？ 解：因為熱電偶輸出的熱電勢是相對于冷端溫度的相對溫度，如果測量熱端的絕對溫度，則必須要知道冷端的溫度，或者冷端的等效熱電勢是多少。,六、光電式傳感器：,1 根據(jù)P90，圖3.73（b）選擇，當光源波長 = 0.8 0.9 m 時宜采用那種光敏晶體管作測量元件？為什么？ 解：選用硅材料做光電器件。根據(jù)光譜特性，此處硅相對靈敏度高。,2 試用光敏三極管控制以及直流電

7、磁繼電器設(shè)計一個電燈控制電路的原理圖。 （邏輯：沒有光照時，電燈亮）,(a) (b) (c),其中，VO端接電磁繼電器，控制電燈。,3、解釋CCD勢阱的概念，論述CCD的電荷轉(zhuǎn)移過程。 解：從半導體的原理可知,當在金屬電極上施加一正電壓時，在電場的作用下，電極下面的P型硅區(qū)里的空穴將被趕盡，從而在表面附近形成一個帶負電荷的耗盡區(qū)。也就是說，對帶負電的電子而言，這個耗盡區(qū)是一個勢能很低的區(qū)域，成為電子的勢阱，簡稱為“勢阱”，這是蓄積電荷的場所。表面勢阱的深度，近似地與極板上所加的電壓成正比。 電荷轉(zhuǎn)移過程詳見課件中t=t1、t=t2、t=t3、t=t4四個時刻的電荷轉(zhuǎn)移過程（略）。,七、霍爾傳感

8、器,某霍爾元件l、b、d尺寸分別為1.0cm x 0.35cm x 0.lcm，沿l方向通以電流I=1.0mA，在垂直lb面方向加有均勻磁場B=0.3T，傳感器的靈敏度系數(shù)為22V/A.T，試求其輸出霍爾電動勢及載流子濃度。 解：,八、光纖傳感器,1、求光纖n0=1、n1=1.46、n2=1.45的NA值，以及最大入射角c=？ 解 ：,2、光纖傳感器有哪幾種調(diào)制方式？ 解：強度調(diào)制、相位調(diào)制、頻率調(diào)制 3、光纖的數(shù)值孔徑NA的物理意義是什么？NA的取值大小有什么作用？ 解：NA= n0sinc，NA值越大，說明最大入射角度越大，入射的光越多（集光能力強）。,4、說明彎頭型光纖傳感器的工作原理。

9、 解：如圖所示 工作過程： 鋸齒板受外力作用 產(chǎn)生位移使中間的裸光 纖微彎曲在微彎處使光束以小于臨界角的角度入射到界面，會有部分光逸出纖芯而散射入包層，引起光強調(diào)制。鋸齒板位移較小時，光纖中光強的變化與位移量是呈線性關(guān)系的。,九、超聲波傳感器,1、解釋多普勒效應(yīng)。已知多普勒超聲波流量計的發(fā)射波頻率為5MHz，傳感器角度為60度，液體中聲速為1500m/S，多普勒頻移為6MHz。求流體流速v。 解：在聲源和接受器之間存在相對運動的情況下，所接受到的聲信號頻率與聲源頻率有差別，即：多普勒效應(yīng)。,2、比較AE傳感器與超聲波探傷儀工作原理的異同點。 解：AE傳感器原理：金屬材料在損傷前會發(fā)生微弱超聲波，即：AE現(xiàn)象。特點：只收不發(fā)； 超聲波探傷儀是利用一對探頭，一收一發(fā)。有傷時，將影響收到的超聲波的強度。,3、解釋超