《传感器与检测技术》试题及答案
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《传感器与检测技术》试题及答案
一、填空（30 分，每空 1.5 分） 1、 有一温度计， 它的量程范围为 0∽200℃， 精度等级为 0.5 级。 该表可能出现的最大误差为 ， 当测量 100℃ 时的示值相对误差为 。 2、在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的 倍左右为宜。 3、传感器由 、 、 三部分组成。 4、利用热敏电阻对电动机实施过热保护，应选择 型热敏电阻。 5、已知某铜热电阻在 0℃时的阻值为 50Ω，则其分度号是 ，对 于镍铬-镍硅热电偶其正极是 。 6、霍尔元件采用恒流源激励是为了 。 7、用水银温度计测量水温,如从测量的具体手段来看它属于 测量。 二、选择题(30 分，每题 2 分) 1、在以下几种传感器当中 属于自发电型传感器。 A、电容式 B、电阻式 C、压电式 D、电感式 2、 的数值越大,热电偶的输出热电势就越大。 A、热端直径 B、热端和冷端的温度 C、热端和冷端的温差 D、热电极的电导率 3、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的 。 A、应变效应 B、电涡流效应 C、压电效应 D、逆压电效应 4、在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中 。 A、电容和电感均为变量 B、电容是变量，电感保持不变 C、电感是变量，电容保持不变 D、电容和电感均保持不变 5、在两片间隙为 1mm 的两块平行极板的间隙中插入 ，可测得最大的容量。 A、塑料薄膜 B、干的纸 C、湿的纸 D、玻璃薄片 6、热电阻测量转换电路采用三线制是为了 A、提高测量灵敏度 B、减小非线性误差 C、提高电磁兼容性 D、减小引线电阻的影响 7、当石英晶体受压时，电荷产生在 。 A、Z 面上 B、X 面上 C、Y 面上 D、X、Y、Z 面上 8、汽车衡所用的测力弹性敏感元件是 。 A、悬臂梁 B、弹簧管 C、实心轴 D、圆环 9、在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是 。 A、补偿热电偶冷端热电势的损失 B、起冷端温度补偿作用 C、将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 D、提高灵敏度 10、减小霍尔元件的输出不等位电势的办法是 。 A、减小激励电流 B、减小磁感应强度 C、使用电桥调零电位器 11、测得某检测仪表的输入信号中,有用信号为 20 毫伏,干扰电压也为 20 毫伏, 则此时的信噪比 为 。 A、20dB B、1 dB C、0 dB 12、发现某检测仪表机箱有麻电感,必须采取 措施。 A、接地保护环 B、将机箱接大地 C、抗电磁干扰 13、在仿型机床当中利用电感式传感器来检测工件尺寸，该加工检测装置是采了 测量方法。 A、微差式 B、零位式 C、偏差式15、在实验室中测量金属的熔点时,冷端温度补偿采用 。 A、计算修正法 B、仪表机械零点调整法 C、冰浴法 三、证明热电偶的参考电极定律：EAB（t,t0）= EAC（t,t0）- EBC（t,t0）,并画出原理图（本题 10 分） 四、有一额定荷重为 20×103N 的等截面空心圆柱式荷重传感器，其灵敏度 KF 为 2mV/V。激励源 电压为 12V，求： 1、在额定荷重时的输出电压 Uom, 2、当承载为 5×103N 时的输出电压 Uo。(本题 10 分） 六、已知待测拉力约为 70N 左右，现有两只测力仪表，一只为 0.5 级，测量范围为 0∽500N；另 一只为 1.0 级，测量范围为 0∽100N。问选用哪一只测力仪表较好?为什么?(写出计算过程)(本题 10 分） 参考答案一、填空题： 1、±1℃，±1% 2、1．5 倍 3、敏感元件、传感元件、测量转换电路 4、NTC 突变 5、CU50，镍铬 6、减小温漂 7、偏位式 8、干扰源，干扰途径，敏感接 收器 9、屏蔽，浮置，接地，滤波，光电隔离 10、X 面 二、选择题 1、C 2、C 3、C 4、B 5、D 6、D 7、B 8、C 9、C 10、C 11、C 12、B 13、B 14、C 15、C 四、24 mV，6 mV 五、K 拨至 1 位，反复调节 R0，使仪表指示为 0，K 拨至 3 位，反复调节 RF，使仪表指示为满 偏，K 拨至 2 位，进行测量。 六、选用 1.0 级，测量范围为 0∽100N 的测力仪表。 一、填空（本题共 39 分，每空 1.5 分） 1、传感器由 、 、 三部分组成。 2、在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的 倍左右为宜。 3、 有一温度计， 它的量程范围为 0∽200℃， 精度等级为 0.5 级。 该表可能出现的最大误差为 ， 当测量 100℃ 时的示值相对误差为 。 4、利用热敏电阻对电动机实施过热保护，应选择 型热敏电阻。 5、在压电晶片的机械轴上施加力,其电荷产生在 。 6、霍尔元件采用恒流源激励是为了 。 7、用水银温度计测量水温,如从测量的具体手段来看它属于 测量。 8、已知某铜热电阻在 0℃时的阻值为 50Ω，则其分度号是 ，对于镍铬-镍硅热电偶其正极 是 。 9、压电材料在使用中一般是两片以上，在以电荷作为输出的地方一般是把压电元件 起来， 而当以电压作为输出的时候则一般是把压电元件 起来。 10、热电阻主要是利用电阻随温度升高而 这一特性来测量温度的。 12、金属电阻的 是金属电阻应变片工作的物理基础。 14、在动圈式表头中的动圈回路中串入由 NTC 组成的电阻补偿网络，其目 的是为了 。 二、选择题（本题共 30 分，每题 2 分） 3、在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中 。 A、电容和电感均为变量 B、电容是变量，电感保持不变 C、电感是变量，电容保持不变 D、电容和电感均保持不变 4、在仿型机床当中利用电感式传感器来检测工件尺寸，该加工检测装置是采用了 测量方法。A、微差式 B、零位式 C、偏差式 5、热电阻测量转换电路采用三线制是为了 A、提高测量灵敏度 B、减小引线电阻的影响 C、减小非线性误差 D、提高电磁兼容性 10、在实验室中测量金属的熔点时,冷端温度补偿采用 。 A、冰浴法 B、仪表机械零点调整法 C、计算修正法 11、自感传感器或差动变压器采用相敏检波电路最重要的目的是为了 。 A、提高灵敏度 B、将输出的交流信号转换为直流信号 C、使检波后的直流电压能反映检波前交流信号的幅度和相位 12、要测量微小的气体压力之差，最好选用 变换压力的敏感元件。 A、悬臂梁 B、平膜片 C、弹簧管 D、膜盒 13、以下四种传感器中，属于四端元件的是 。 A、霍尔元件 B、压电晶体 C、应变片 D、热敏电阻 14、下列 不能用做加速度检测传感器。 A、电容式 B、压电式 C、电感式 D、热电偶 15、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的 。 A、应变效应 B、电涡流效应 C、压电效应 D、逆压电效应 三、我国的模拟仪表有哪些精度等级？现欲测量 240V 左右的电压，要求测量示值相对误差的绝 对值不大于 0.6%，问：若选用量程为 250V 的电压表，其精度应选哪一级？若选用量程为 500V 的电压表，其精度又应选哪一级？（本题 10 分） 四、热电偶参考电极定律有何实际意义？以知在某特定条件下材料 A 与铂配对的 热电动势为 13.967mv, 材料 B 与铂配对的热电动势为 8.345mv,求出在此特定条 件下材料 A 与 B 配对后的热电动势？此时哪种材料为正极？（本题 10 分） 五、根据你所学的传感器相关知识，请分别列出下列物理量可以使用什么传感器来测量？（本题 11 分） 1、加速度：2、温度： 3、工件尺寸： 4、压力： 参考答案一、填空题： 1、敏感元件、传感元件、测量转换电路 2、1．5 倍 3、± 1℃，±1% 4、NTC 突变 5、X 面 6、减小温漂 7、偏位式 8、CU50，镍铬 9、并联，串联 10、增大 11、屏蔽，浮置，接地，滤波，光电隔离 12、应变效应 13、干扰源，干扰途径，敏感接收器 14、温度补偿 二、选择题 1、C 2、D 3、B 4、B 5、B 6、A 7、C 8、C 9、A 10、C 11、D 12、A 13、D 14、C 15、C 三、0．1 0．2 0．5 1．0 1．5 2．5 5．0 选用量程为 250V 的电压表，其精度应选 0．5 级， 选用量程为 500V 的电压表，其精度应选 0．2 级 四、大大简化了热电偶的选配工作，5．622 mv，A 为正极 五、1、电阻应变片，电容等 2、热电偶，热电阻等 3、电感，电容等 4、压电，霍尔等 二、如图所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中 R2=R3=R 是固定电阻， R1 与 R4 是电阻应变片，工作时 R1 受拉，R4 受压，ΔR=0，桥路处于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥路失去平衡，这时，就用桥路输出电压 Ucd 表示应变片变后电阻值的变化量。试 证明：Ucd=-（E/2）(ΔR/R)。（10 分） 证明： 略去 的二次项,即可得 一、简答题（每小题 5 分，共 20 分） 1．传感器： 2．静特性： 3．超声波的波型有几种？是根据什么来分类的？ 4.简述电容式传感器的工作原理。二、选择题（每空 3 分，共 27 分） 1．码盘式传感器是建立在编码器的基础上的，它能够将角度转换为数字编码，是一种数字式的传 感器。码盘按结构可以分为接触式、________和________三种。 a.光电式 b.磁电式 c.电磁式 d.感应同步器 2．当超声波在一种介质中传播到界面或遇到另一种介质，其方向不垂直于界面时，将产生声波的 反射、折射及________现象。 a.表面波 b.兰姆波 c.驻波 d.波型转换 3. 改变电感传感器的引线电缆后，________。 a.不必对整个仪器重新标定 b. 必须对整个仪器重新调零 c. 必须对整个仪器重新标定 d. 不必对整个仪器重新调零 4．应变片的选择包括类型的选择、材料的选用、________、________等。 a.测量范围的选择 b.电源的选择 c. 阻值的选择 d. 尺寸的选择 e.精度的选择 f.结构的选择 5．应变片绝缘电阻是指已粘贴的________应变片的之间的电阻值。 a.覆盖片与被测试件 b.引线与被测试件 c.基片与被测试件 d.敏感栅与被测试件 6．在光的作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，引起物体电阻率的变化，这种 现象称为________。 a.磁电效应 b.声光效应 c.光生伏特效应 d.光电导效应7. 如图所示的结构由线圈、铁芯、衔铁三部分组成的。线圈套在铁芯上的，在铁芯与衔铁之间有 一个空气隙，空气隙厚度为 。传感器的运动部分与衔铁相连。当外部作用力作用在传感器的运动 部分时， 衔铁将会运动而产生位移， 使空气隙 发生变化 ??这种结构可作为传感器用于________。 a. 静态测量 b. 动态测量 c. 静态测量和动态测量 d. 既不能用于静态测量，也不能用于动态测量 三、激光干涉传感器的作用是测量长度，其基本原理就是光的干涉原理，测量精度高、分辨力高。 如图所示是迈克尔逊双光束干涉系统，图中 S 是光源，B 是分光镜，M1 是固定反射镜，M2 是可 动反射镜，P 是观察屏处，试介绍其工作原理。（14 分）二、选择题（每空 3 分，共 27 分） 1．a；c2．d3. c4．c；d 5．b6．d7. c 三、激光干涉传感器的作用是测量长度，其基本原理就是光的干涉原理，测量精度高、分辨力高。 如图所示是迈克尔逊双光束干涉系统，图中 S 是光源，B 是分光镜，M1 是固定反射镜，M2 是可 动反射镜，P 是观察屏处，试介绍其工作原理。（14 分） 答案要点： 来自光源 S 的光经半反半透分光镜 B 后分成两路，一路由固定反射镜 M1 反射，另一路经可动反 射镜 M2 和 B 反射，在观察屏 P 处相遇产生干涉。当 M2 每移动半个光波波长时，干涉条纹亮暗 变化一次，因此被测长度为 式中，x―被测长度； N―干涉条纹亮暗变化次数； ―真空中光波波长； n―空气折射率。 四．画出测试系统的组成框图，并说明各组成部分的作用。（12 分） 答案要点： 传感器作为测试系统的第一环节，将被测量转化为人们所熟悉的各种信号，通常传感器将被测量 转换成电信号；信号变换部分是对传感器所送出的信号进行加工，如信号的放大、滤波、补偿、 校正、模数转换、数模转换等，经过处理使传感器输出的信号便于传输、显示或记录；显示与记 录部分将所测信号变为便于人们理解的形式，以供人们观测和分析。 五．粘贴到试件上的电阻应变片，环境温度变化会引起电阻的相对变化，产生虚假应变，这种现 象称为温度效应，简述产生这种现象的原因。（12 分） 答案要点： ①环境温度变化时，由于敏感栅材料的电阻温度系数的存在，引起应变片电阻相对变化； ②环境温度变化时，敏感栅材料和试件材料的膨胀系数不同，应变片产生附加的拉长(或压缩)，引 起电阻的相对变化。? 六．如图所示是电容式差压传感器结构示意图及其转换电路，图中 1 为玻璃盘，2 为镀金层，3 为金属膜片，介绍其工作原理。（15 分） 答案要点： 电容式差压传感器由两个玻璃圆盘和一个金属膜片组成。两玻璃圆盘上的凹面上各镀以金作为电 容传感器的两个固定电极，夹在两凹圆盘中的膜片则为传感器的可动电极。当两边压力相等时， 膜片处在中间位置与左、右固定电极间距相等，转换电路输出 U0＝0；当 P1＞P2(或 P2＞P1)时， 膜片弯向右侧(或左侧)，Cdb＜Cab(或 Cab＞Cdb)，U0 输出与｜P1-P2｜成比例的信号。四．画出测试系统的组成框图，并说明各组成部分的作用。（12 分）五．粘贴到试件上的电阻应变片，环境温度变化会引起电阻的相对变化，产生虚假应变，这种现 象称为温度效应，简述产生这种现象的原因。（12 分）六．如图所示是电容式差压传感器结构示意图及其转换电路，图中 1 为玻璃盘，2 为镀金层，3 为金属膜片，介绍其工作原理。（15 分）《传感器与测试技术》参考答案 一、简答题（每小题 5 分，共 20 分） 1．传感器：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于精确处理 和应用的另一种量的测量装置或系统。 2．静特性：指传感器在输入量的各个值处于稳定状态时的输出与输入关系，即当输入量是常量或 变化极慢时，输出与输入的关系。? 3．超声波的波型有几种？是根据什么来分类的？ 超声波的波型有纵波、横波、表面波（亦称瑞利波）、兰姆波。 依据超声场中质点的振动与声能量传播方向之间的关系来分。 4.简述电容式传感器的工作原理。 两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为 式中: ――极板间介质的介电常数， ――极板的遮盖面积；? ――极板间的距离。 当被测量的变化使式中的 、 或 任一参数发生变化时，电容量 C 也就随之变化。传感器与检测技术-阶段测评 31.单选题1.1 5.0能够用数学计算的方法增强信号，降低干扰的滤波器是( ) 您答错了? ?LCD b LEDa 一阶低通滤波器?c BCD?b 二阶低通滤波器?d CRT?c 数字滤波器?d 一阶高通滤波器 数字滤波器的定义。 1.2 5.0 莫尔条纹光栅传感器的输出是( ) 您答错了?考察液晶显示器的英文缩写。 1.4 5.0 直流电桥的平衡条件为( ) 您答对了 a Z1Z4=Z2Z3?b |Z1||Z4|=|Z2||Z3|?a 数字脉冲式?c R1R4=R2R3?b 调幅式?d R1=R2=R3=R4?c 正弦波?d 调频式 莫尔条纹光栅传感器的输出是数字脉冲式，而非其他方式。 1.3 5.0 液晶显示器的英文缩写为( ) 您答错了?直流电桥的平衡条件为 R1R4=R2R3。 1.5 5.0 在采样保持环节中，采样开关被断开的时间称为( ) 您答错了 a 采样时间?b?a保持时间?运算放大器?c 采样周期d 电感 L 无源 RC 低通滤波器从电容两端引出输出电压。 1.8 5.0 由 RC 串联电路组成的一阶低通滤波器属于( ) 您答错了?d 缓冲时间 在采样保持环节中，采样开关被断开时，此时输入信号无法进入采保电路，因此该时间称为保持时间。 1.6 5.0 静电屏蔽的作用在于消除静电荷对测量仪器产生的( ) 您答对了?a 数字滤波器?a 高次谐波干扰?b 放大滤波器?b 放电干扰?c 有源滤波器?c 静电场干扰?d 无源滤波器 数字滤波为软件滤波，而放大滤波、有源滤波均需有放大器件，但本题中仅有 RC 串联电路，因此属于无源低 通滤波器。 1.9 5.0 模数转换器的分辨率以输出二进制的位数表示，下列模/数(A/D)转换器分辨率最高的是（ ） 您答错了?d 漏电流干扰 静电屏蔽的作用在于消除静电场干扰。 1.7 5.0 无源 RC 低通滤波器从哪两端引出输出电压( ) 您答错了?a 四位 A/D?a?b 六位 A/D电阻 R?b?c 八位 A/D电容 C?c?d十位 A/D 根据模/数转换器分辨率的定义可知，位数越多，分辨率越高。 1.10 5.0 若单臂电桥的灵敏度为 14，在相同情况下，双臂电桥的灵敏度为( ) 您答错了?ADC0804 是八位逐次逼近型的( ) 您答对了?a 数/模转换器a 14?b 模/数转换器?b 12?c 调制解调器?c 2?d 低通滤波器?d 4 双臂电桥的灵敏度为单臂电桥的灵敏度的 2 倍。 1.11 5.0 利用光电耦合器抑制干扰的方法属于( ) 您答对了ADC0804 是八位逐次逼近型的模/数转换器。 1.13 5.0 差动电桥由环境温度变化引起的误差为( ) 您答错了?a 12Δ R1R1?a 接地?b 14Δ R1R1?b 隔离?c 12Δ R1R1E?c 屏蔽?d 0?d 滤波 隔离的两种方式为变压器和光耦。 1.12 5.0差动电桥可消除由环境温度变化引起的误差。 1.14 5.0 采用直流放大器对微弱的、变化缓慢的信号进行放大时，影响测量精度的主要原因是( ) 您答错了?a零点漂移?电容?b 信号微弱c 电压?c 放大倍数不够?d 电荷 电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化转为电压的输出。 1.17 5.0 模/数转换器的分辨率以输出二进制数的位数表示，如模/数转换器的输出为十位，最大输入信号为 5V，则转换 器的输出能分辨出输入的电压信号为( ) 您答错了?d 噪声干扰 因直流放大有零点漂移，才引出调制的概念。 1.15 5.0 DAC0832 是一个具有两个输入数据缓冲器的 8 位( ) 您答对了?a 2/510v?a?b 510/2v模/数转换器?b?c 5/210v双向模拟开关?c?d 210/5v数/模转换器?d 采样保持器 DAC0832 是一个具有两个输入数据缓冲器的 8 位数/模转换器。 1.16 5.0 电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化转为何种物理量的输出( ) 您答对了 根据模/数转换器分辨率的定义可知，A/D 转换器的输出能分辨出输入的电压信号为 5/210v。 1.18 5.0 由 RLC 串联网络组成的带通滤波器的中心频率为 500Hz，带宽为 200Hz，则品质因数为( ) 您答对了?a 0.4?a?b 0.8电阻?b?c2.5?光电耦合 d 变压器耦合方式为磁通耦合。5传感器与检测技术--综合测评品质因数的定义，即：Q=fB=.5。 1.19 5.0 欲将一光栅式位移传感器的四细分电路进行改造，获得一组八个相位差相等的相位信号，起码要把( ) 您答错了?题目 分数一二三四五六七a 得分 光栅副夹角增大一倍?b 光电元件个数增大一倍?c 栅距增大一倍?d 莫尔条纹亮度增强一倍 光栅式位移传感器的细分是通过增加光电元件的个数实现的。 1.20 5.0 变压器隔离电路中实现信号传递的途径是( ) 您答错了?a 漏电耦合?b 电容耦合?c 磁通耦合?d一、单选题 （每题 4 分，共 100 分） 1．传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的( ) A．线性度越好 B．迟滞越小 C．重复性越好 D．分辨力越高 2．传感器的线性范围愈宽，表明传感器工作在线性区域内且传感器的( ) A．工作量程愈大 B．工作量程愈小 C．精确度愈高 D．精确度愈低 3．当压磁元件受外力作用时，磁力线分布呈( ) A．轴对称分布 B．原形 C．椭圆形 D．方形 4．半导体应变片的工作原理是基于( ) A．压阻效应 B．热电效应 C．压电效应 D．压磁效应 5．属于传感器动态特性指标的是( ) A．量程 B．灵敏度 C．阻尼比 D．重复性 6．传感器的组成部分中，直接感受被测物理量的是( ) A．转换元件 B．敏感元件 C．转换电路D．放大元件 7．气敏传感器检测气体的( ) A．温度和浓度 B．温度和成份 C．成份和湿度 D．成份和浓度 8．压电式加速度传感器的类型不包括( ) A．平衡型 B．弯曲型 C．剪切型 D．压缩型 9．人工视觉系统图像处理中，对像素信息进行编码的作用是( ) A．滤去噪声 B．传输和存储信息 C．图像增强 D．图像分割 10．适用于测量狭小弯曲管道内温度的传感器是( ) A．普通热电偶 B．铠装热电偶 C．比色温度传感器 D．薄膜热电偶 11．通常用于精密恒湿槽的湿敏元件是( ) A．氯化锂湿敏元件 B．半导体陶瓷湿敏元件 C．高分子膜湿敏元件 D．热电阻式湿敏元件 12．下列温度传感器不属于非接触式温度传感器的是( ) A．亮度式温度传感器 B．全辐射式温度传感器 C．P-N 结温度传感器 D．比色式温度传感器 13．通常在微机控制的检测系统中，完成多路切换的器件是( ) A．采样保持器 B．多路模拟开关 C．集成运放 D．滤波器 14．在光栅位移传感器的辨别方向电路中，采用的信号相位差可取( ) A．0° B．90° C．180° D．360° 15．无源 RC 低通滤波器从哪两端引出输出电压( ) A．电阻 R B．电容 CC．运算放大器 D．电感 L 16．将微弱的、变化缓慢的直流信号变换成某种频率、以便于放大和传输的交流信号的过程称为( ) A．调制 B．解调 C．滤波 D．整流 17．莫尔条纹光栅传感器的输出是( ) A．数字脉冲式 B．调幅式 C．正弦波 D．调频式 18．变压器隔离电路中实现信号传递的途径是( ) A．漏电耦合 B．电容耦合 C．磁通耦合 D．光电耦合 19．已知一信号的直流分量为 0，交流分量的幅值不为 0，则该信号的( ) A．方差等于均方值 B．方差等于 0 C．均值等于均方值 D．均方值等于 0 20．由 RC 网络与集成运算放大器组成的带通滤波器需要的电容元件个数至少为( ) A．1 B．2 C．3 D．4 21．发光二极管显示器的英文缩写为( ) A．LCD B．LED C．BCD D．CRT 22．在典型噪声干扰抑制方法中，差分放大器的作用是( ) A．克服串扰 B．抑制共模噪声 C．抑制差模噪声 D．消除电火花干扰 23．已知信号 x(t)与 y(t)互相关函数$R_(xy)(tau)$，当$tau=0$时相关程度最高，则 y(t)与 x(t)的互相关函数 $R_(xy)(tau)$相关程度最高时，应满足( ) A．$tau & 0$ B．$tau = 0$ C．$tau & 0$ D．$tau=1$ 24．LCD 显示器最大的优点是( )A．低功耗器件 B．高能耗器件系 C．主动发光器件 D．被动发光器件 25．已知信号 x(t)与信号 y(t)完全不相关，则这两个信号的互相关系数满足( ) A．$rho_(xy)(tau) & 1$ B．$rho_(xy)(tau)=1$ C．$rho_(xy)(tau)=0$ D．$0 & rho_(xy)(tau) & 1$试卷答案一、单选题 1．传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的( ) A．线性度越好 B．迟滞越小 C．重复性越好 D．分辨力越高 答案： d 答案要点： 传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的分辨力越高。 2．传感器的线性范围愈宽，表明传感器工作在线性区域内且传感器的( ) A．工作量程愈大 B．工作量程愈小 C．精确度愈高 D．精确度愈低 答案： a 答案要点： 考察传感器量程的定义。 3．当压磁元件受外力作用时，磁力线分布呈( ) A．轴对称分布 B．原形 C．椭圆形 D．方形 答案： c 答案要点： 当压磁元件受外力作用时，磁力线呈椭圆形分布。 4．半导体应变片的工作原理是基于( ) A．压阻效应 B．热电效应 C．压电效应 D．压磁效应 答案： a 答案要点： 半导体应变片的工作原理是基于压阻效应。即，被测力的变化引起半导体应变 片电阻率的变化。 5．属于传感器动态特性指标的是( ) A．量程 B．灵敏度 C．阻尼比D．重复性 答案： c 答案要点： 传感器动态特性指标是阻尼比，其它为静态特性指标。 6．传感器的组成部分中，直接感受被测物理量的是( ) A．转换元件 B．敏感元件 C．转换电路 D．放大元件 答案： b 答案要点： 传感器由敏感元件、转换元件、转换电路组成，其中，直接感受被测物理量的 是敏感元件。 7．气敏传感器检测气体的( ) A．温度和浓度 B．温度和成份 C．成份和湿度 D．成份和浓度 答案： d 答案要点： 气敏传感器检测气体的成份和浓度。 8．压电式加速度传感器的类型不包括( ) A．平衡型 B．弯曲型 C．剪切型 D．压缩型 答案： a 答案要点： 压电式加速度传感器的类型包括：弯曲型、剪切型、压缩型。 9．人工视觉系统图像处理中，对像素信息进行编码的作用是( ) A．滤去噪声 B．传输和存储信息 C．图像增强 D．图像分割 答案： b 答案要点： 人工视觉系统图像处理中，通过对像素信息进行编码以完成传输和存储信息。 10．适用于测量狭小弯曲管道内温度的传感器是( ) A．普通热电偶B．铠装热电偶 C．比色温度传感器 D．薄膜热电偶 答案： b 答案要点： 适用于测量狭小弯曲管道内温度的传感器是铠装热电偶， 其他热电偶不能弯曲。 11．通常用于精密恒湿槽的湿敏元件是( ) A．氯化锂湿敏元件 B．半导体陶瓷湿敏元件 C．高分子膜湿敏元件 D．热电阻式湿敏元件 答案： d 答案要点： 通常用于精密恒湿槽的湿敏元件是热电阻式湿敏元件，其测量精度高，并可测 量绝对湿度。 12．下列温度传感器不属于非接触式温度传感器的是( ) A．亮度式温度传感器 B．全辐射式温度传感器 C．P-N 结温度传感器 D．比色式温度传感器 答案： c 答案要点： 非接触式温度传感器主要包括：全辐射式、亮度式、比色式。 13．通常在微机控制的检测系统中，完成多路切换的器件是( ) A．采样保持器 B．多路模拟开关 C．集成运放 D．滤波器 答案： b 答案要点： 完成多路切换的器件一般为多路模拟开关。 14．在光栅位移传感器的辨别方向电路中，采用的信号相位差可取( ) A．0° B．90° C．180° D．360° 答案： b 答案要点： 在光栅位移传感器的辨别方向电路中，采用的两信号相位差一般多取为 90° ， 而不能为 0° 180° 或 。15．无源 RC 低通滤波器从哪两端引出输出电压( ) A．电阻 R B．电容 C C．运算放大器 D．电感 L 答案： b 答案要点： 无源 RC 低通滤波器从电容两端引出输出电压。 16．将微弱的、变化缓慢的直流信号变换成某种频率、以便于放大和传输的交流信号的过程 称为( ) A．调制 B．解调 C．滤波 D．整流 答案： a 答案要点： 调制的定义。 17．莫尔条纹光栅传感器的输出是( ) A．数字脉冲式 B．调幅式 C．正弦波 D．调频式 答案： a 答案要点： 莫尔条纹光栅传感器的输出是数字脉冲式，而非其他方式。 18．变压器隔离电路中实现信号传递的途径是( ) A．漏电耦合 B．电容耦合 C．磁通耦合 D．光电耦合 答案： c 答案要点： 变压器耦合方式为磁通耦合。 19．已知一信号的直流分量为 0，交流分量的幅值不为 0，则该信号的( ) A．方差等于均方值 B．方差等于 0 C．均值等于均方值 D．均方值等于 0 答案： a答案要点： 考察方差、均方值的定义。 20．由 RC 网络与集成运算放大器组成的带通滤波器需要的电容元件个数至少为( ) A．1 B．2 C．3 D．4 答案： b 答案要点： 带通滤波器中既存在低通，又存在高通，因此至少需要两个电容元件。 21．发光二极管显示器的英文缩写为( ) A．LCD B．LED C．BCD D．CRT 答案： b 答案要点： 考察发光二极管显示器的英文缩写。 22．在典型噪声干扰抑制方法中，差分放大器的作用是( ) A．克服串扰 B．抑制共模噪声 C．抑制差模噪声 D．消除电火花干扰 答案： b 答案要点： 典型噪声的抑制方法。 23．已知信号 x(t)与 y(t)互相关函数$R_(xy)(tau)$，当$tau=0$时相关程度最高，则 y(t)与 x(t) 的互相关函数$R_(xy)(tau)$相关程度最高时，应满足( ) A．$tau & 0$ B．$tau = 0$ C．$tau & 0$ D．$tau=1$ 答案： b 答案要点： 互相关系数的性质。 24．LCD 显示器最大的优点是( ) A．低功耗器件 B．高能耗器件系 C．主动发光器件D．被动发光器件 答案： a 答案要点： LCD 显示器最大的优点就是低功耗。 25．已知信号 x(t)与信号 y(t)完全不相关，则这两个信号的互相关系数满足( ) A．$rho_(xy)(tau) & 1$ B．$rho_(xy)(tau)=1$ C．$rho_(xy)(tau)=0$ D．$0 & rho_(xy)(tau) & 1$ 答案： c 答案要点： 互相关系数的性质。 《传感器与检测技术》试题 一、填空： （20 分） 1，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、 各种抗干扰稳定性等。 分） （2 2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。 3、光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为 三类。第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有光电管、 光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电 效应，这类元件 有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应， 这类元件有光电池、光电仪表。 4.热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的， 其表达式为 Eab（T，To）=k e ( T ? T 0 ) ln NA NB ? ? T 0 ( ? A ? ? B ) d T 。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即T冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移 至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。 5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力， 从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会 产生机械变形，这种现象称为负压电效应。 分） （2 6. 变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③ 不变） 分） （2 7. 仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的（2 分） 8. 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（① 变面积型 ② 变极距型 ③ 变 介电常数型）外是线性的。 分） （2 9. 电位器传器的（线性） ，假定电位器全长为 Xmax, 其总电阻为 Rmax，它的滑臂间的阻值 可以用 Rx = （① Xmax/x Rmax,②x/Xmax Rmax,③ Xmax/XRmax ④X/XmaxRmax）来计算， 其中电阻灵敏度 Rr=（① 2p(b+h)/At, ② 2pAt/b+h, ③ 2A(b+b)/pt, ④ 2Atp(b+h)） 1、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈 的电感量（①增大，②减小，③不变） 。 2、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中， （①变面积型， ②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。 3、在变压器式传感器中，原方和副方互感 M 的大小与原方线圈的匝数成（①正比， ②反比，③不成比例） ，与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例） ，与回路中磁 阻成（①正比，②反比，③不成比例） 。4、传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置， 传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件 和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信 号调节转换电路组成。 5、热电偶所产生的热电热是由两种导体的接触电热和单一导体的温差电热组成。 2、电阻应变片式传感器按制造材料可分为① _金属_ 材料和②____半导体__体材 料。 它们在受到外力作用时电阻发生变化， 其中①的电阻变化主要是由 _电阻应变效应 形 成的，而②的电阻变化主要是由 温度效应造成的。 半导体 材料传感器的灵敏度较大。 3、在变压器式传感器中，原方和副方互感 M 的大小与 绕组匝数 成正比，与 穿过 线圈的磁通_成正比， 与磁回路中 磁阻成反比， 而单个空气隙磁阻的大小可用公式 __ 表示。 1.热电偶所产生的热电势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式 为 Eab（T,To）=k e ( T ? T 0 ) ln NA NB ? ? T 0 ( ? A ? ? B ) d T 。在热电偶温度补偿中，补偿导线法T（即冷端延长线法）是在连接导线 和热电偶之间，接入延长线它的作用是将热电偶的参 考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。 分） （7 3.电位器或电阻传感器按特性不同，可分为线性电位器和非线性电位器。线性电位器的 理想空载特性曲线具有严格的线性关系。假定电位器全长为 Xmax，其总电阻为 Rmax，它 的滑臂间的阻值可以用 Rx= Vmax，则输出电压为 Vx= R U= I ?2? (b ? h ) At X X max X X max ? V max 。其电阻灵敏度 RI= 2? (b ? h ) At ? R max 来计算。假定加在电位器 A、B 之间的电压为。电压灵敏度。 分） （75.磁电式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端 产生感应电势的。而霍 尔式传感器为霍尔元件在磁场中有电磁效应（霍尔效应）而输出电势的。霍尔式传感器可用 来测量电流，磁场，位移，压力。 分） （6 8.测量系统的静态特性指标通常用输入量与输出量的对应关系来表征（5 分） 1、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的 电感量（①增大②减小③不变） 。 2、 平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中， （①变面积型②变极 距型③变介电常数型）是线性的关系。 3、在变压器式传感器中，原方和副方互感 M 的大小与原方线圈的匝数成（①正比② 反比③不成比例） 简答题 二、用镍铬-镍硅热电偶测量某低温箱温度，把热电偶直接与电位差计相连接。在某时刻， 从电位差计测得热电势为-1.19mv，此时电位差计所处的环境温度为 15℃，试求该时刻温箱 的温度是多少度？（20 分） 镍铬-镍硅热电偶分度表 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 测 量 端 温 (mv) 热 电 动 势 度℃ -20 -0.77 -0.81 -0.84 -0.88 -0.92 -0.96 -0.99 -1.03 -1.07 -1.10 -10 -0.39 -0.43 -0.47 -0.51 -0.55 -0.59 -0.62 -0.66 -0.70 -0.74 -0 -0.00 -0.04 -0.08 -0.12 -0.16 -0.20 -0.23 -0.27 -0.31 -0.35 +0 0.00 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.28 0.32 0.36 +10 0.40 0.44 0.48 0.52 0.56 0.60 0.64 0.68 0.72 0.76 +20 0.80 0.84 0.88 0.92 0.96 1.00 1.04 1.08 1.12 1.16 2 简述热电偶的工作原理。 分） （6 答：热电偶的测温原理基于物理的“热电效应” 。所谓热电效应，就是当不同材料的导 体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得 温度的大小。 3 以石英晶体为例简述压电效应产生的原理。 分） （6 答：石英晶体在沿一定的方向受到外力的作用变形时，由于内部电极化现象同时在两个 表面上产生符号相反的电荷， 当外力去掉后， 恢复到不带电的状态； 而当作用力方向改变时， 电荷的极性随着改变。 晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。 这种现象称为正压电 效应。反之，如对石英晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形 也随之消失，称为逆压电效应。 石英晶体整个晶体是中性的，受外力作用而变形时，没有体积变形压电效应，但它具有 良好的厚度变形和长度变形压电效应。 4 简述电阻应变片式传感器的工作原理（6 分） 答：电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻 值相应发生变化。 1、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特就能够满足通 常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？（10 分） 答： 传感器的特性是指传感器所特有性质的总称。 而传感器的输入输出特性是其基本特 性，一般把传感器作为二端网络研究时，输入输出特性是二端网络的外部特性，即输入量和 输出量的对应关系。由于输入量的状态（静态、动态）不同分静态特性和动态特性。静态特 性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入-输出特性。动态特性指当输入量随时间变 化时传感器的输入-输出特性。可以从时域和频域来研究动态特性 2、简述霍尔电动势产生的原理。 分） （5 答：一块半导体薄片置于磁感应强度为 B 的磁场(磁场方向垂直于薄片)中，当有电流 I 流过时，电子受到洛仑兹力作用而发生偏转。结果在半导体的后端面上电子有所积累。而 前端面缺少电子，因此后端面带负电，前端面带正电，在前后端面形成电场，该电场产生的 力阻止电子继续偏转当两力相平衡时， 电子积累也平衡， 这时在垂直于电流和磁场的方向上 将产生电场，相应的电势称为霍尔电势 UH。 3、分析应变片式传感器在使用单臂电桥测量电路时由于温度变化而产生测量误差的 过程。 （10 分） 答：在外界温度变化的条件下，由于敏感栅温度系数 ? t 及栅丝与试件膨胀系数（ ? g 与 ? s ） 之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与真实应变同数量级的误差。 二、 寄生电容与电容传感器相关联影响传感器的灵敏度， 它的变化为虚假信号影响传感器的 精度。试阐述消除和减小寄生电容影响的几种方法和原理。 （15 分） 三、在生产过程中测量金属板的厚度，非金属板材的镀层厚度时常用涡流传感器。试简要叙 述说明利用涡流传感器测量金属板厚度的工作原理及实现工艺。 （15） 1 光纤传感器的工作原理。 分） （4 答： 光导纤维工作的基础是光的全内反射， 当射入的光线的入射角大于纤维包层间的临界角 时，就会在光纤的接口上产生全内反射，并在光纤内部以后的角度反复逐次反射，直至传递 到另一端面。 光纤传感器利用光导纤维，按其工作原理来分有功能型（或称物性型、传感型）与非功能型 （或称结构型、传光型）两大类。功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的的波导，而且 具有测量的功能。 非功能型光纤传感器其光纤只是作为传光的媒介， 还需加上其他敏感元件 才能组成传感器。 5、什么是传感器静态特性。 分） （4 答：传感器的静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入―输出特性。 三、 什么叫做热电动势、 接触电动势和温差电动势？说明势电偶测温原理及其工作定律的应 用。分析热电偶测温的误差因素，并说明减小误差的方法（10 分） 答：①热电动势：两种不同材料的导体（或半导体）A、B 串接成一个闭合回路，并使两个结点处于不同的温度下， 那么回路中就会存在热电势。 因而有电流产生相应的热电势称为温 差电势或塞贝克电势，通称热电势。 ②接触电动势：接触电势是由两种不同导体的自由电子，其密度不同而在接触处形成 的热电势。它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度，而与导体的形状和尺寸无关。 ③温差电动势：是在同一根导体中，由于两端温度不同而产生的一种电势。 ④热电偶测温原理：热电偶的测温原理基于物理的“热电效应” 。所谓热电效应，就 是当不同材料的导体组成一个闭合回路时， 若两个结点的温度不同， 那么在回路中将会产生 电动势的现象。两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势 的大小，就可测得温度的大小。 ⑤热电偶三定律 a 中间导体定律 热电偶测温时，若在回路中插入中间导体，只要中间导体两端的温度相同，则对热电 偶回路总的热电势不产生影响。 在用热电偶测温时， 连接导线及显示一起等均可看成中间导 体。 b 中间温度定律 任何两种均匀材料组成的热电偶， 热端为 T， 冷端为 T 0 时的热电势等于该热电偶热端 为 T 冷端为 T n 时的热电势与同一热电偶热端为 T n ，冷端为 T 0 时热电势的代数和。 应用：对热电偶冷端不为 0 C 时，可用中间温度定律加以修正。 热电偶的长度不够时，可根据中间温度定律选用适当的补偿线路。 c 参考电极定律 如果 A、B 两种导体（热电极）分别与第三种导体 C（参考电极）组成的热电偶在结 点温度为（T， T 0 ）时分别为 E AC ?T , T 0 ? ， E BC ?T , T 0 ? ，那么爱相同温度下，又 A、B 两热 电极配对后的热电势为E AB ?T , T 0 ? ? E AC ?T , T 0 ? ? E BC ?T , T 0 ?0实用价值：可大大简化热电偶的选配工作。在实际工作中，只要获得有关热电极与标 准铂电极配对的热电势， 那么由这两种热电极配对组成热电偶的热电势便可由上式求得， 而 不需逐个进行测定。 ⑥误差因素：参考端温度受周围环境的影响 措施：a 0 C 恒温法 b 计算修正法（冷端温度修正法）c 仪表机械零点调整法 d 热电偶补偿法 e 电桥补偿法 f 冷端延长线法 四、 霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件的不等位电势的概念是什么？温度补偿的方 法有哪几种？请详细推导分流法。 （10 分） 答：霍尔组件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。 霍尔组件的不等位电势是霍尔组件在额定控制电流作用下，在无外加磁场时，两输出电 极之间的空载电势，可用输出的电压表示。 温度补偿方法： a 分流电阻法：适用于恒流源供给控制电流的情况。 b 电桥补偿法 五、论述 CCD 的工作原理，如何用设计一台摄像机。7.4（6 分） 答：CCD 是一种半导体器件，在 N 型或 P 型硅衬底上生长一层很薄的 SiO2，再在 SiO2 薄层0上依次序沉积金属电极， 这种规则排列的 MOS 电容数组再加上两端的输入及输出二极管就构 成了 CCD 芯片。CCD 可以把光信号转换成电脉冲信号。每一个脉冲只反映一个光敏元的受光 情况，脉冲幅度的高低反映该光敏元受光的强弱，输出脉冲的顺序可以反映光敏元的位置， 这就起到图像传感器的作用。 一、简答题（30 分，6 分/题） 1、 从传感器的静态特性和动态特性考虑，详述如何选用传感器。 答：考虑传感器的静态特性的主要指标，选用线性度大、迟滞小、重复性好、分辨力 强、稳定性高、抗干扰稳定性高的传感器。考虑动态特性，所选的传感器应能很好的追随输 入量的快速变化，即具有很短的暂态响应时间或者应具有很宽的频率响应特性。 2、 直流电桥和交流电桥有何区别？直流电桥的平衡条件是什么？应变片式电阻传感 器、自感式、互感式、涡流式、电容式、热电阻式传感器分别可采用哪种电桥作为 测量电路？ 答：根据电源不同分为直流和交流电桥。直流电桥优点：高稳定度直流电源容易获得， 电桥平衡电路简单， 传感器至测量仪表的连接导线分布参数影响小。 但是后续要采用直 流放大器，容易产生零点漂移，线路也较复杂。交流电桥在这些方面都有改进。直流电 桥平衡条件：R1/R2=R3/R4 ，R1R4=R2R3。 3、 以自感式传感器为例说明差动式传感器可以提高灵敏度的原理。 解： L 0 ?W ?0S022l 0? L ? L ? L0 ?W ?0S022 (l0 ? ? l )?W ?0S02?2l02 ? W ? 0 S 0 ? l0 ? ? ? l ? ?l ? 1? 2l0 ? 0 ?2 ? 2 L0 ? ?l ? ?l ? ? ? ... ? ?1 ? ?? 差动式灵敏度: S ? ? ? l ? l0 ? l0 ? ? 0 ? ? ?2 ? L0 ? ?l ? ?l ? ? ? ... ? 比较 ?1 ? ?? 与单极式传感器灵敏度 S ? ? ? l ? l0 ? l0 ? ? 0 ? ? ?灵敏度提高一倍，非线性大大减少。 4、 光电池的工作原理，指出它应工作在电流源还是电压源状态。 答：光电池是基于光生伏特效应制成的，是自发电式；是有源器件。它有较大面积的 P 一 N 结，当光照射在 P 一 N 结上时则在结的两端出现电动势。它应工作在电压源状态。 5、 按照传感型（功能型）和传输型光纤传感器的特点应该选用哪种光纤（单模/多模） ， 为什么？ 答：功能型(或称物性型、传感型)光纤不仅作为光传播的波导而且具有测量的功能。它可以 利用外界物理因素改变光纤中光的强度、相位、偏振态或波长，从而对外界因素进行测量和 数据传输。可分为振幅调制型、相位调制型及偏振态调制型。多模单模皆可非功能型(或称 结构型、传光型) 其光纤只是作为传光的媒介，还需加上其它敏感元件才能组成传感器。多 模。 6、 传感器的定义和组成框图？画出自动控制系统原理框图并指明传感器在系统中的位 置和作用。 答： 传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装 置，通常由敏感元件和转换元件组成。 传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口， 一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器 获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。 组成框图：自动控制系统原理框图： 被测量敏感元件传感元件信号调节转换电路辅助电源 传感器的作用：感受被测量并转换成可用输出信号传送给控制对象。扰动 给定 +
反馈装置 7、 试列出你所学过的不同工作原理传感器哪些可用于非接触式测量，哪些用于接触式 测量，测量何种物理量？（各≥3 种） 答：非接触式测量： a) 热电式传感器：测量温度 b) 光纤传感器：测量光信号 c) 核辐射传感器：测量核辐射粒子 接触式测量： a) 电位器式压力传感器：测量压力 b) 应变片式电阻传感器：测量电阻值 c) 应变式扭矩传感器：测量扭矩 8、 光电效应可分为哪三种类型，简单说明传感器的原理并分别列出以之为基础的光电 传感器。 答：光电效应可分为： a) 外光电效应：指在光的照射下，材料中的电子逸出表面的现象。光电管及光电 倍增管均属这一类。 它们的光电发射极， 即光明极就是用具有这种特性的材料 制造的。 b) 内光电效应：指在光的照射下，材料的电阻率发生改变的现象。光敏电阻即属 此类。 c) 光生伏特效应：利用光势垒效应，光势垒效应指在光的照射下，物体内部产生 一定方向的电势。光电池是基于光生伏特效应制成的，是自发电式有源器件。 9、 光导纤维导光的原理是什么？按其传输模式分为哪两种类型？传感型（功能型）和 传输型光纤传感器按照其特点应该选用哪种光纤？ 答： 光导纤维工作的基础是光的全内反射， 当射入的光线的入射角大于纤维包层间的临 界角时，就会在光纤的接口上产生全内反射，并在光纤内部以后的角度反复逐次反射， 直至传递到另一端面。 按其传输模式可分为单模和多模两种。 传感型（功能型）光纤传感器应该选用单模光纤，传输型光纤传感器应选用多模光 纤。 10、 传感器（或测试仪表）在第一次使用前和长时间使用后需要进行标定工作，请问标e传感器 对象定的意义？ 答：传感器的标定分为静态标定和动态标定两种。静态标定的目的是确定传感器静 态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。动态标定的目的是确定传感器 的动态特性参数，如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。 11、 压电式传感器的前置放大器的作用是什么？电压式与电荷式前置放大器各有何特 点？ 答：作用是将输出电压放大，并与输入电压或输入电流成正比。 电压放大器将压电式传感器的高输出阻抗经放大器变换为低阻抗输出， 并将微 弱的电压信号进行适当放大，但其所接配的压电式传感器的电压灵敏度将随电缆分 布电容及传感器自身电容的变化而变化，而且电缆的的更换得引起重新标定的麻 烦。 电荷放大器是一种具有深度电容负反馈的高增益运算放大器， 其虽然允许使用 很长的电缆，并且电容 Ce 变化不影响灵敏度，但它比电压放大器价格高，电路较 复杂，调整也比较困难。 12、 什么是金属应变片的灵敏系数？请解释它与金属丝灵敏系数的区别。 答： 应变片一般做成丝栅状，测量应变时，将应变片贴在试件表面上，试件的变形很容易 传到应变片上。金属应变片的灵敏系数与金属丝灵敏系数是不同的。第一，零件的变形是通 过剪力传到金属丝上的。第二，丝沿长度方向承受应变时，应变片弯角部分也承受应变，其 截面积变大，则应变片直线部分电阻增加时，弯角部分的电阻值减少，也使变化的灵敏度下 降。因此，应变片的灵敏系数比金属丝灵敏系数低。 二、分析/证明题（32 分，8 分/题） 1、 压电式传感器更适用于静态测量，此观点是否正确，分析原因。 答不正确。 其工作原理是基于压电材料的压电效应， 具有使用频率宽， 灵敏度高、 信噪比高、 结构简单、工作可靠、测量范围广等优点，因此在压力冲击和震动等动态参数测试中是主要 的传感器品种，它可以把加速度、位移、压力、温度、湿度等许多非电量转换为电量。 2、 固态图象传感器的分辨率由什么因素决定？某海关欲采用固态图象传感器为核心的 图象识别系统，但是安装适用后发现显示的图象清晰度和准确度不能令人满意，请 从固态图象传感器的原理进行分析，从哪几方面考虑重新选型？ 3、 为什么要对应变片式电阻传感器进行温度补偿，分析说明该类型传感器温度误差补 偿方法。 答： ①在外界温度变化的条件下， 由于敏感栅温度系数 ? t 及栅丝与试件膨胀系数 ? g 与 ? s ） （ 之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与真实应变同数量级的误差。 ②方法：自补偿法 线路补偿法 4、 系统的系统响应带宽与传感器的响应带宽无关，请问这种说法正确吗？试述理由。 答：不完全正确。 5、 Pt100 和 Cu50 各代表什么传感器？分析热电阻传感器测量电桥之三线、四线连接法 的主要作用。 分别代表铂电阻热电式传感器（100Ω ） ，铜电阻热电式传感器(50Ω ). 热电阻传感器测量电 桥之三线、 四线连接法的主要作用是消除在热电阻安装的地方与仪表相距远时， 环境温度变 化时其连接导线电阻也变化所造成的测量误差。 6、 用镍铬-镍硅热电偶测量炉温，其仪表示值为 600℃，而冷端温度 t0 为 65℃，则实际 温度为 665℃，对不对？为什么？应如何计算？ 答：对。查表知镍铬-镍硅热电偶 K=1，T=Tz+KTn=600+1× 65=6657、 自动控制系统的系统响应带宽与传感器的响应带宽有何关系？如果选用传感器的动 态特性达不到要求怎么办？ 8、 制作霍尔元件应采用什么材料，为什么？为何霍尔元件都比较薄，而且长宽比一般 为 2 ：1？答：制作霍尔元件应采用半导体材料。如果磁场与薄片法线有?夹角，那 么 UH=kHIBcos?,霍尔元件越薄（即 d 越小） H 就越大，所以一般霍尔元件都很薄。 ，k 又因为实际测量中 UH=(kHIB/d)× f(l/b) 当 l/b=2 时，f(l/b)=0.93 为最大值，这时 UH 也可取到最大值，所以长宽比 l/b 一般为 2：1 12 系统的系统响应带宽与传感器的响应带宽无关，请问这种说法正确吗？试述理由。 答：不正确。传感器的响应带宽会限制系统的系统响应带宽。 14 温度对光电流影响不大，所以光电传感器在使用中不需要进行温度补偿，此观点正确否， 为什么？答：不正确。因为半导体材料容易受温度影响，而其直接影响光电流的值，所以还 需要温度补偿装置。 15 智能传感器只是将被测信号数字化，意义不大，你同意此观点否？分析说明你的理由。 答：不同意。智能传感器具有一定的人工智能，可使用电路代替一部分脑力劳动。 和微机的结合使智能传感器不仅有视嗅味和听觉功能，还具有存储，思维和逻辑判 断，数据处理，自适应能力等功能，从而使传感器技术提高到一个新水平。 计算题 四、下面是热电阻测量电路，试说明电路工作原理并计算（5 分） 1. 已知 Rt 是 Pt100 铂电阻，且其测量温度为 T=50℃，试计算出 Rt 的值和 Ra 的值（10 分）Rt ? R 0 ( 1 ? At ? Bt ? 100 [ 1 ? 3 . 940 ? 10 ? 119 . 552 ?3) ? 50 ? ( ? 5 . 802 ? 10?7) ? 50 ]22. 电路中已知 R1、R2、R3 和 E，试计算电桥的输出电压 VAB。 分） （5 其中（R1=10KΩ ，R2=5KΩ ，R3=10KΩ ，E=5 伏）答：该热电阻测量温度电路由热敏电阻、测量电阻和显示电表组成。 图中 G 为指示电表，R1、R2、R3 为固定电阻，Ra 为零位调节电阻。热电阻都通过电阻分别 为 r2、r3、Rg 的三个导线和电桥连接，r2 和 r3 分别接在相邻的两臂，当温度变化时，只要它 们的 Rg 分别接在指示电表和电源的回路中，其电阻变化也不会影响电桥的平衡状态，电桥 在零位调整时，应使 R4=Ra+Rt0 为电阻在参考温度（如 0?C）时的电阻值。三线连接法的缺 点之一是可调电阻的接触电阻和电桥臂的电阻相连，可能导致电桥的零点不稳。 三、分析、计算题： （20 分） 1、 分析 （线性） 电位器式传感器由于测量线的线路中的负载电阻 RL 带来的负载误差， 并计算它与位移 x 之间的关系； （10 分） 一、测得某检测装置的一组输入输出数据如下：X Y0.9 1.12.5 1.63.3 2.64.5 3.25.7 4.026.7 5.0试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度（10 分） 解: y ? kx ? b ? i ? y i ? ( kx i ? b ) k ?n ? xi y i ? ? xi? yi n ? xi ? (? xi )2 2b ?(? x i ? y i ? ? x i ? x i y i ) n? x i ? (? x i )2 2代入数据求得 k ? 0 . 68 b ? 0 . 25 ∴ y ? 0 . 68 x ? 0 . 25 ? 1 ? 0 . 238 ? 2 ? ? 0 . 35? 4 ? ? 0 . 11? 5 ? ? 0 . 126 ? 6 ? ? 0 . 194? 3 ? ? 0 . 16?L ? ?? L max y FS? 100 % ? ?0 . 35 5? ?7%拟合直线灵敏度 k ? 0 . 68 ,线性度±7% 二、如图所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中 R2=R3=R 是固定电 阻，R1 与 R4 是电阻应变片，工作时 R1 受拉，R4 受压，Δ R=0，桥路处于平衡状态，当应 变片受力发生应变时，桥路失去平衡，这时，就用桥路输出电压 Ucd 表示应变片变后电阻值 的变化量。试证明：Ucd=-（E/2）(Δ R/R)。 （10 分） 证明： R1 ? R ? ? R R 4 ? R ? ? RU cd ? U cb ? U db ? R R ? ?R ? R E ? E 2 R R ? ?R ? R ? ?R R E ? ? 2R?R 4 R ? ?R2 2c R2 R1 b R3 d U cdEaR4略去 ? R 的二次项,即可得 U cd ? ?三、分析、计算题： （35 分） E 1、 分析如图 1 所示自感传感器当动铁心左右移动 （x1,x2 发生变化时自感 L 变化情况。 已知空气隙的长度为 x1 和 x2，空气隙的面积为 S，磁导率为μ ，线圈匝数 W 不变）（10 分） 。解：? ?IW Rm， L ?? I?W? I?W2Rm又Rm ??nlii ?1?iSi?l x1?0S0?lx2?0S0??nlii ?1?iSi?l0?0S0空气隙的长度 x1 和 x2 各自变，而其和不变，另其他变量都不变故 L 不变 2、分析如图 2 所示变介质平板电容传感器，电容（C）变化对液位变化（x）的灵敏 度。已知长方形极板的长为 l，高为 h，极板间距离为 d，容器内下面介质的高度为 x(x h)， 介电常数为ε 2，容器内上面介质的介电常数为ε 1。 （10 分） 3、设 5 次测量某物体的长度，其测量的结果分别为：9.8 10.0 10.1 9.9 10.2 厘 米，若忽略粗大误差和系统误差，试求在 99.73％的置信概率下，对被测物体的最小估计区 间。 分） （5x ?1?x ni ?1ni?( 9 . 8 ? 10 . 0 ? 10 . 1 ? 9 . 9 ? 10 . 2 ) 5? 10 v i ? x1 ? x 分别为-0.200.1-0.1 0.2? ??v n ?1i ?11n2 i? 0 . 16? ? [ x ? 3 ? , x ? 3 ? ] ? [ 9 . 52 ,10 . 48 ]4、在对量程为 10MPa 的压力传感器进行标定时，传感器输出电压值与压力值之间的 关系如下表所示，简述最小二乘法准则的几何意义，并讨论下列电压-压力直线中哪一条最 符合最小二乘法准则？（10 分） 1 2 3 4 5 测量次数 I 2 4 5 8 10 压力 xi（MPa） 10.043 20.093 30.153 40.128 50.072 电压 yi（V） （1）y=5.00x-1.05（2）y=7.00x+0.09 （3）y=50.00x-10.50（4）y=-5.00x-1.05（5）y=5.00x+0.07 答：最小二乘法准则的几何意义在于拟和直线精密度高即误差小。 将几组 x 分别带入以上五式，与 y 值相差最小的就是所求，很明显（5）为所求。 三、计算题（20 分，10 分/题） 设 6 次测量某物体的长度，其测量的结果分别为：9.8 10.0 10.1 9.9 10.2 15 厘米，若 忽略粗大误差和系统误差，试求在 99.73%的置信概率下，对被测物体长度的最小估计区间。 解： x ?1?x ni ?1ni?( 9 . 8 ? 10 . 0 ? 10 . 1 ? 9 . 9 ? 10 . 2 ) 5? 10v i ? x1 ? x 分别为-0.20 0.1 -0.1 0.2? ??v n ?1i ?11n2 i? 0 . 16? ? [ x ? 3 ? , x ? 3 ? ] ? [ 9 . 52 ,10 . 48 ]1、 设 7 次测量某物体的长度，其测量的结果分别为：9.8 10.0 10.1 9.9 10.2 10.1 15 厘米，若忽略粗大误差和系统误差，试求在 99.73%的置信概率下，对被测物体长 度的最小估计区间。 答：忽略最后一个值，平均值 x ?9 . 8 ? 10 ? 10 . 1 ? 9 . 9 ? 10 . 3 ? 10 . 1 6p 1 ? 9 . 8 ? 10 . 03 ? ? 0 . 23 , p 2 ? ? 0 . 03 , p 3 ? 0 . 07 , p 4 ? ? 0 . 13 , p 5 ? 0 . 27 , p 6 ? 0 . 07n? 10 . 03 ，? ?5 4?pi 1 2 ? 0 . 18 ，i ?1n?则最小估计区间 x ? x ? 3? ? 10 . 03 ? 3 ? 0 . 18 ? 9 . 49 ~ 10 . 57 。 2、 将一只灵敏度为 0.08mv/℃ 的热电偶与毫伏表相连,已知接线端温度为 50℃,毫伏表 的输出为 60 mv, 求热电偶热端的温度为多少?答： ? T ? 1)60 0 . 08 ? 50 ? 2000 ℃用石英晶体加速度计测量机器的振动，已知加速度计的灵敏度为 5 PC/g（g 为重力加速 度） ，电荷放大器的灵敏度为 50 mv/PC，当机器振动达到最大加速度时，相应的输出幅 值为 2V，求机器的振动加速度。 （1PC=10-12 库仑） 答：2V 50 mv / PC ? 40 PCa=40 PC 5 PC / g? 8 g ? 88 . 2 m / s22)图示电荷放大器中 Ca=100 PF，Ra=∞，RF= ∞，CF=10 PF。若考虑引线电容 CC 影响， 当 A0=104 时，要求输出信号衰减小于 1%，求使用 90 PF/m 的电缆，其最大允许长度为多少？ 答： ? r ?Ca ? CC C a ? C C ? (1 ? A 0 ) C F9 . 09 ? 10 90 ? 10? 10 ? 12? 1%解得 C C ? 9 . 09 ? 10? 10F?L ?? 10 . 1 m三、光纤传感器的主要优点是什么？求 n1=1.46，n2=1.45 的阶跃型光纤的数值孔径值；如 果外部介质为空气 n0=1，求光纤的最大入射角。 答：优点：抗电磁干扰能力强；灵敏度高；几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意 形状的光纤传感器，可以制造传感各种不同物理信息的器件；光纤传感器可用于高压，电气 噪声，高温，腐蚀或其他恶劣环境；而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。NA ? ( n 1 ? n 2 )2 2 1 2? (1 . 462? 1 . 45 )21 2? 0 . 17NA ? n 0 sin ? c , ? sin ? c ? NA ? 0 . 17 ,? ? C ? 9 . 82 °六、用温度传感器对某温度进行 12 次等精度测量，获得测量数据如下（单位℃） 20.46、20.52、20.50、20.52、20.48、20.47、 20.50、20.49、20.47、20.49、20.51、20.51 要求对测量数据进行加工整理，并写出最后结果（取置信系数为 2） 。x ? x ? 3? ? 20 . 43 ~ 20 . 55 ? ? 0 . 02 答： x ? 20 . 49 七、1）制作霍尔元件应采用什么材料，为什么？ 2）为何霍尔元件都比较薄，而且长宽比一般为 2 ：1？ 3）某霍尔元件 l ×b ×d 为 1.0× 0.35 ×0.1 cm3, 当方向通以电流 I=1.0 mA, 在垂直 lb 方向加有均匀磁场 B=0.3T, 传感器的灵敏系数为 22 V/A T, 试求其霍尔电势及载流子浓 度。答：1）采用半导体材料。因为其灵敏度高，输出霍尔电势大。 2）因为元件越薄，灵敏度系数越大。3） U H ? k H ? IB ? 0 . 0066 V?UH? IBped? p ? IBUHed? 2 . 84 ? 1020八、 1）试证明热电偶的中间导体定律。 2） 将一只灵敏度为 0.08mv/℃ 的热电偶与毫伏表相连,已知接线端温度为 50℃,毫伏表 的输出为 60 mv, 求热电偶热端的温度为多少? 3） 热敏电阻的电阻-温度特性有什么不同? 答：1）证明： E ABC (T , T 0 ) ? E AB (T , T 0 )? E ABC (T , T 0 ) ? E AB (T ) ? E BC (T 0 ) ? E CA (T 0 ) ? E A (T , T 0 ) ? E B (T , T 0 ) = E AB (T , T 0 )l l???2) ? T ?60 0 . 08? 50 ? 2000 ℃3）热敏电阻的电阻温度系数大，电阻与温度的关系近似于线性或为平滑曲线。 九、下图为变极距型平板电容电容传感器的一种测量电路，其中 CX 为传感器电容，C 为固定电容，假设运放增益 A=∞，输入阻抗 Z=∞；试推导输出电压 U0 与极板间距的关系，并 分析其工作特点。 十、1）有一数字温度计，测量范围为 C50 ℃ ～150℃,精度 0.5 级, 求当示值分别为 -20℃,100℃时的绝对误差和示值相对误差。 2）欲测量 250 V 电压，要求测量示值相对误差不大于 ±0.5%, 问选用量程为 250 V 电压表,其精度为那一级? 若选用量程为 300 V 和 500 V 的电压表,其精度又分别为那一级? 3)已知待测电压为 400V 左右,现有两只电压表,一只 1.5 级,测量范围 0～500V; 另一只 0.5 级, 测量范围 0～1000V,问选用那只表测量较好?为什么? 答 ： 1 ） 绝 对 误 差 为 ： 150 ? 0 . 5 % ? 0 . 75 ℃ -20 ℃ 时 相 对 误 差 为 ：? ?0 . 75 20250 ? 0 . 5 % ? 1 . 25 V ? 2） 绝对误差为：? 100 % ? 3 . 75 %100 ℃ 时 相 对 误 差 为 ： ? ?1 . 25 250 ? 0 . 0050 . 75 100? 100 % ? 0 . 75 %即选用精度为 0.5 级的 250V 电压表。1 . 25 300? 0 . 004 ,1 . 25 500? 0 . 0025则量程为 300V 的应用精度为 0.4 级，量程为 500V 的精度为0.25 级。 3)第一只绝对误差为 500 ? 1 . 5 % ? 7 . 5V 相对误差为 差为 1000 ? 0 . 5 % ? 5V 相对误差为5 4007 .5 400 ? 100 % ? 1 . 875 % 第二只绝对误? 100 % ? 1 . 25 % 所以应用第二只表。十一、推导差动自感式传感器的灵敏度，并与单极式相比较。 二、如图所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中 R2=R3=R 是固定电 阻，R1 与 R4 是电阻应变片，工作时 R1 受拉，R4 受压，Δ R 表示应变片发生应变后，电 阻值的变化量。当应变片不受力，无应变时Δ R=0，桥路处于平衡状态，当应变片受力发生 应变时，桥路失去平衡，这时，就用桥路输出电压 Ucd 表示应变片应变后电阻值的变化量。 试证明：Ucd=-(E/2)(Δ R/R)。(15 分)c R2 a R3 d R1 b U cdR4E证： R 1 ? R ? ? R , R 4 ? R ? ? RU cd ? U cb ? U db ?R R ? ?R ? RE ?R R ? ?R ? R E ?R ? ? ? 2 RE ? ?2R?R 4R2? ?R2E略去 ? R 的第二项，即可得 U cd一、测得某检测装置的一组输入输出数据如下： X 0.6 2.4 3.1 4.3 y 1.1 1.6 2.6 3.2 试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度(15 分) y ? kx ? b , ? i ? y i ? ( kx i ? b ) 答：k ? n? xi yi ? n? xi25.5 4.06.5 5.0?x? ? (? x )i iyi2,b ?(? xi y i ?2n? xi2?x?x ? (? x )i 2 iiyi )带入数据得：k=0.67b=0.25? y ? 0 . 67 x ? 0 . 25? 1 ? 0 . 238 , ? 2 ? ? 0 . 35 , ? 3 ? ? 0 . 16 , ? 4 ? ? 0 . 11 , ? 5 ? ? 0 . 126 , ? 6 ? ? 0 . 914 ? L max y FS?L? ?? 100 % ? ?0 . 35 5? ?7%拟合直线灵敏度 0.67,线性度 ±7%（试卷一）第一部分 选择题（共 24 分） .C 2.D3.A4.D5.C 6.D 11.A 12.B 7.C 8.D9.A10.B一、单项选择题（本大题共 12 小题，每小题 2 分，共 24 分）在每小题列出的四个选项中只有一个 选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。错选、多选和未选均无分。 1．下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（ ） A．压力 B．力矩 C．温度 D．厚度 2．属于传感器动态特性指标的是（ ） A．重复性 B．线性度 C．灵敏度 D．固有频率 3．按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（ ） A．光电式传感器 B．电容式传感器 C．压电式传感器 D．磁电式传感器 4．测量范围大的电容式位移传感器的类型为（ ） A．变极板面积型 B．变极距型 C．变介质型 D．容栅型 5．利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（ ） A．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片 B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联 C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片 D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片 6．影响压电式加速度传感器低频响应能力的是（ ） A．电缆的安装与固定方式 B．电缆的长度 C．前置放大器的输出阻抗 D．前置放大器的输入阻抗 7．固体半导体摄像元件 CCD 是一种（ ） A．PN 结光电二极管电路 B．PNP 型晶体管集成电路 C．MOS 型晶体管开关集成电路 D．NPN 型晶体管集成电路 8．将电阻 R 和电容 C 串联后再并联到继电器或电源开关两端所构成的 RC 吸收电路，其作 用 是 （ ） A．抑制共模噪声 B．抑制差模噪声 C．克服串扰 D．消除电火花干扰 9．在采用限定最大偏差法进行数字滤波时，若限定偏差△Y≤0.01，本次采样值为 0.315， 上次采样值为 0.301，则本次采样值 Yn 应选为（ ）A．0.301 B．0.303 C．0.308 D．0.315 10．若模/数转换器输出二进制数的位数为 10，最大输入信号为 2.5V，则该转换器能分辨出 的最小输入电压信号为（ ） A．1.22mV B．2.44mV C．3.66mV D．4.88mV 11．周期信号的自相关函数必为（ ） A．周期偶函数 B．非周期偶函数 C．周期奇函数 D．非周期奇函数 12．已知函数 x(t)的傅里叶变换为 X（f） ，则函数 y(t)=2x(3t)的傅里叶变换为（ ） A．2X(f 3)B． 2 X(3f 3)C． 2 X(f)3D．2X(f)第二部分 非选择题（共 76 分）二、填空题（本大题共 12 小题，每小题 1 分，共 12 分）不写解答过程，将正确的答案写在 每小题的空格内。错填或不填均无分。 13．对传感器进行动态 的主要目的是检测传感器的动态性能指标。 14．传感器的过载能力是指传感器在不致引起规定性能指标永久改变的条件下，允许 超过 的能力。 15．传感检测系统目前正迅速地由模拟式、数字式，向 方向发展。 16．已知某传感器的灵敏度为 K0，且灵敏度变化量为△K0，则该传感器的灵敏度误差计算 公式为 rs= 。 17．为了测得比栅距 W 更小的位移量，光栅传感器要采用 技术。 18．在用带孔圆盘所做的光电扭矩测量仪中，利用孔的透光面积表示扭矩大小，透光面积减 小，则表明扭矩 。 19．电容式压力传感器是变 型的。 20．一个半导体应变片的灵敏系数为 180，半导体材料的弹性模量为 1.8×105Mpa,其中压阻 系数π L 为 Pa-1。 21．图像处理过程中直接检测图像灰度变化点的处理方法称为 。 22．热敏电阻常数 B 大于零的是 温度系数的热敏电阻。 23．若测量系统无接地点时，屏蔽导体应连接到信号源的 。 24 ． 交 流 电 桥 各 桥 臂 的 复 阻 抗 分 别 为 Z1 ， Z2 ， Z3 ， Z4 ， 各 阻 抗 的 相 位 角 分 别 为? 1 、 ? 2 、 ? 3 、 ? 4 ， 若 电 桥 平 衡 条 件 为 Z1/Z4=Z2/Z3 ， 那 么 相 位 平 衡 条 件 应为 。 三、问答题（本大题共 6 小题，每小题 4 分，共 24 分） 25．简述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点。 26．回答与直线式感应同步器有关的下列问题： （1）它由哪两个绕组组成？ （2）鉴相式测量电路的作用是什么？ 27．简述压磁式扭矩仪的工作原理。 28．说明薄膜热电偶式温度传感器的主要特点。 29．简述激光视觉传感器将条形码的信息传输的信号处理装置的工作过程。 30．采用逐次逼近法的模/数转换器主要由哪几部分组成？ 四、计算题（本大题共 3 小题，每小题 8 分，共 24 分） 31．已知变磁通式转速传感器输出电动势的频率 f=72Hz，测量齿盘的齿数 Z=36，求：（1）被测轴的转速是每分钟多少转？ （2）在上述情况下，如果计数装置的读数误差为±1 个数字，其最大转速误差是多少？ 32． 一热敏电阻在 0℃和 100℃时， 电阻值分别为 200kΩ 和 10kΩ 。 试计算该热敏电阻在 20℃ 时的电阻值。 33．求正弦信号 x(t)=x0sinω t 的自相关函数。 五、应用题（本大题共 2 小题，每小题 8 分，共 16 分） 34．图示为电阻网络 D/A 转换电路。 （1）写出电流 i 与电压 VREF 的关系式。 （2）若 VREF=10V 输入信号 D3D2D1D0=1000， 试计算输出电压 V0=？ 35．已知某信号的傅里叶级数展开式为 x(t)=?n ?1?4A nπsinnπ 2cosnω 0t试求该信号的直流分量、第一至第五次谐波分量的幅值，并绘出其幅值谱图。（答案一）一、单项选择题（本大题共 12 小题，每小题 2 分，共 24 分）1.C 2.D3.A4.D5.C 6.D 7.C 8.D9.A10.B 11.A 12.B二、填空题（本大题共 12 小题，每小题 1 分，共 12 分） 13.标定(或校准或测试) 14.测量范围 15.智能化 16.(△K0/K0)×100% 17.细分 18.增大 19.极距(或间隙) 20.1 × －9 10 21. 微 分 法 22.负 23.对地低阻抗端(或接地端) 24.? 1? ? 3 ? ? 2? ? 4三、问答题（本大题共 6 小题，每小题 4 分，共 24 分） 25．传感器与电压放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电压成正比,但容易 受电缆电容的影响。 传感器与电荷放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电荷成正比,电缆电 容的影响小。 26． （1）由固定绕组和滑动绕组组成。 （2）检测感应电动势的相位，从而根据相位确定位移量的大小和方向。 27．压磁式扭矩仪的轴是强导磁材料。根据磁弹效应，当轴受扭矩作用时，轴的磁导率发生变化，从而引起线圈感抗变化，通过测量电路即可确定被测扭矩大小。 28．主要特点是：热容量小（或热惯性小） ，时间常数小，反应速度快。 29． （1）多面棱镜高速旋转，将激光器发出的激光束反射到条形码上作一维扫描。 （2）条形码反射的光束经光电转换及放大元件接收并放大后再传输给信号处理装 置。 30．由电压比较器、数/模转换器、顺序脉冲发生器、数码寄存器和逐次逼近寄存器组 成。 四、计算题（本大题共 3 小题，每小题 8 分，共 24 分） 31． （1） n? 60f Z ? 60 ? 72 361 Z? 120( 转 / 分 ）1 36（2） 频率计的计数装置读数误差为±1 个数字， 对应的角位移为± 其最大转速误差为±1 36转=±转故（转/分）32．热敏电阻的一般表达式为：R ? ? R 0 ex p [ B ( 1 T ? 1 T0B( 1 ? ? 1 ?0 ))] 或 R ? ? R 0 e式 中 ： RT 为 温 度 T=t+273.15(K) 时 的 热 敏 电 阻 的 电 阻 值 ； R0 为 温 度 T0=t0+273.15(K) 时的热敏电阻的电阻值； 设 t0=20℃,T0=t0+273.15=293.15(K)。则上式中的 R0 即为所求的值。 根据题中所给条件，有2 0 0 ? R 0 ex p [ B ( 1 T ? 1 T0 1 T0 )] ? ? 2 7 3 .1 5 ? 0（1）1 0 ? R 0 ex p [ B (1 T?)] ? ? 2 7 3 .1 5 ? 1 0 0（2）（1）（2）两式两边取对数有 、? ln ( 2 0 0 ) ? ln ( R 0 ) ? B ( l n 10) ? l n R 0 ) ? B( ( ( 2 9 3.1 5 ? 2 7 3.1 5 2 7 3.1 5 ? 2 9 3.1 5 2 9 3.1 5 ? 3 7 3.1 5 3 7 3.1 5 ? 2 9 3.1 5 ))?ln ( 2 0 0 ) ? ln ( R 0 ) ln ( 1 0 ) ? ln ( R 0 )ln ( 2 0 0 ) ? ln ( R 0 ) ln (1 0 ) ? ln ( R 0 ) ? ?B( ? B(2 9 3.1 5 ? 2 7 3.1 5 2 7 3.1 5 ? 2 9 3.1 5 2 9 3.1 5 ? 3 7 3.1 5 3 7 3.1 5 ? 2 9 3.1 5) )?2 0 ? 3 7 3.1 5 8 0 ? 2 7 3.1 5?ln ( 2 0 0 ) ? ln ( R 0 ) ln ( 1 0 ) ? ln ( R 0 ) ? [ln ( 2 0 0 ) ? ln ( R 0 )]ln ( 2 0 0 ) ? ln ( R 0 ) ln ( 1 0 ) ? ln ( 2 0 0 ) ? ? 0 .2 5 4 5 8?? 2 0 ? 3 7 3.1 5 8 0 ? 2 7 3.1 5 ? ( ? 2 0 ? 3 7 3.1 5 )?? ln( 200 ) ? ln( R 0 ) ? 0 .25458[ln( 200 ) ? ln(10 )]? ln ( R 0 ) ? ln ( 2 0 0 ) ? [ln ( 2 00 .2 5 4 5 8)] ? ln ( R 0 ) ? ln (200 200 .2 5 4 5 8)因此该热敏电阻在 20℃的电阻值为： R ? 0 33． R ( ? ) ?x 1 T lim ?0 x ( t ) x ( t ? ? ) d t ? ? ? T x 0 sin ? t ? x 0 sin [ ? ( t ? ? )] d t200 200 .2 5 4 5 8? 2 9 .3 ( k ? ）?1 T0?0T0其中? ?2? T0令 ?t ? ?dt ?x0 2?21 ?d?x0 22R x (?) ??02xsin ? sin ( ? ? ? ? ) d ? ?co s ? ?五、应用题（本大题共 2 小题，每小题 8 分，共 16 分） 34． （1） V 0 ??i? ? VREF 2 R10 244? (D 3 ? 2 ? D 2 ? 2 ? D1 ? 2 ? D 0 ? 2 )3 2 1 0? V0?VREF 2 R4? (D 3 ? 2 ? D 2 ? 2 ? D1 ? 2 ? D 0 ? 2 )3 2 1 0（2）当 D3D2D1D0=1000 时，V0 ? ? ? 2 ? ? 5V335．直流分量 A0＝0 一次谐波分量 A1＝4A ?二次谐波分量 A2＝0 三次谐波分量 A3＝4A 3?四次谐波分量 A4＝0 五次谐波分量 A5＝4A 5?其幅值谱如右图所示。
（试卷二）一、填空题(每空 1 分，共 15 分) 1.如果仅仅检测是否与对象物体接触，可使用_______作为传感器。 2.红外图像传感器由红外敏感元件和_______电路组成。 3.在电阻应变片公式，dR R=(1+2μ )ε +λ Eε 中，λ 代表_______。4.利用电涡流位移传感器测量转速时，被测轴齿盘的材料必须是_______。 5.当磁头相对于磁尺不动时，仍有感应电动势输出的是静态磁头，且输出电势的幅值由 _______所决定。 6.动态标定的目的，是检验测试传感器的_______指标。 7.确定静态标定系统的关键是选用被测非电量(或电量)的标准信号发生器和_______。 8.传感器的频率响应特性，必须在所测信号频率范围内，保持_______条件。 9.热电偶电动势由_______电动势和接触电动势两部分组成。 10.SnO2 型半导体气敏器件非常适宜检测浓度较_______的微量气体。 11.有源滤波器由集成运放和_______组成。 12.采用_______电源供电的电桥称为交流电桥。 13.多路模拟开关由_______和多路双向模拟开关组成。 14.为了提高检测系统的分辨率，需要对磁栅、容栅等大位移测量传感器输出信号进行 _______。 15.若随机信号 x(t)、y(t)的均值都为零，当η →∞时，它们的互相关函数 Rxy(η )=_______。 二、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填 在题干的括号内。每小题 1 分，共 15 分) 1.对压电式加速度传感器，希望其固有频率( ) A.接近零 B.尽量低些 C.尽量高些 D.任意 2.( )传感器可用于医疗上-50℃～150℃之间的温度测量。 A.金属辐射式 B.热电偶 C.半导体三极管 D.比色计 3.信号传输过程中，产生干扰的原因是( ) A.信号是缓变的 B.信号是快变的 C.干扰的耦合通道 D.信号是交流的 4.差动电桥由环境温度变化引起的误差为( ) A.1 ?R 1 2 R1 1 ?R 1 2 R1B.1 ?R 1 4 R1C.ED.05.概率密度函数提供了随机信号( )的信息。 A.沿频率轴分布 B.沿幅值域分布 C.沿时域分布 D.沿尺度分布 6.非线性度是表示校准曲线( )的程度。 A.接近真值 B.偏离拟合直线C.正反行程不重合 D.重复性 7.非周期信号的频谱是( ) A.连续的 B.离散的 C.基频的整数倍 D.脉冲函数 8.莫尔条纹光栅传感器的输出是( ) A.数字脉冲式 B.调幅式 C.调频式 D.正弦波 9.半导体应变片具有( )等优点。 A.灵敏度高 B.温度稳定性好 C.可靠性高 D.接口电路复杂 10.一阶系统的动态表征参数是( ) A.线性度 B.固有频率 C.阻尼比 D.时间常数 11.常用于测量大位移的传感器有( ) A.感应同步器 B.应变电阻式 C.霍尔式 D.涡流式 12.将电阻应变片贴在( )上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。 A.质量块 B.导体 C.弹性元件 D.机器组件 13.半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率( ) A.上升 B.迅速下降 C.保持不变 D.归零 14.结构型传感器是依靠传感器( )的变化实现信号变换的。 A.材料物理特性 B.体积大小 C.结构参数 D.电阻值 15.阻抗头是测量振动系统( )的拾振器。 A.振动位移 B.振动加速度 C.激振力 D.激振力及其响应 三、问答题(每小题 5 分，共 30 分) 1.在静态测量中， 根据测量系统输入量与对应输出值所绘制的定度曲线可以确定那些静态特 性? 2.设载波的中心频率为 f0 试根据图 a、图 b 所示调制信号定性画出相应调频波波形。3.回答下列函数哪些是周期函数、哪些是非周期函数： x1(t)=sin3ω t，x2(t)=e-t，x3(t)=esin t，x4(t)=δ (t)， x5(t)=sin ?ω?1 ? t? ?2 ?4.简述两类扭矩的测量原理及举例说明相应的扭矩传感器。 5.简述应变片在弹性元件上的布置原则，及哪几种电桥接法具有温度补偿作用。6.涡流式传感器测量位移与其它位移传感器比较，其主要优点是什么?涡流传感器能否测量 大位移量?为什么? 四、计算题(每小题 8 分，共 24 分) 1.已知测量齿轮齿数 Z=18，采用变磁通感应式传感器测量工作轴转速(如图所示)。若测得输 出电动势的交变频率为 24(Hz)，求：被测轴的转速 n(r/min)为多少?当分辨误差为±1 齿时， 转速测量误差是多少?2.由 RC 组成无源低通滤波器，已知 R=500(Ω )，C=10(μ F)，试求： (1)截止频率 f0，并画出该滤波器的幅频示意图。 (2)设输入信号 x(t)=0.2cos ? 1 2 5.6 t ?? ? ?? ? 4?,判断其是否在该滤波器的通频带内。3.试绘出 x(t)=2cos(2π f0t)+3 的时域图和频域图。 五、应用题(每小题 8 分，共 16 分) 1.试用双螺管线圈差动型电感传感器做成一个测力传感器。 (1)用简图说明该传感器的结构，并简要说明其作用原理； (2)用图说明两个线圈在电桥电路中的接法。 2.如图所示，轴工件用前后顶尖支承纵向磨削外园表面，在加工过程中，径向力 Py 和切向 力 Pz 大小基本不变， 但着力点位置沿轴向移动， 现在前后顶尖上粘贴电阻应变片测量工件 所受的 Pz。 (1)在图中标明应变片的位置及 Pz 的测量电桥。 (2)着力点移动对测量结果有无影响?为什么?（答案二）一、填空题(每空 1 分，共 15 分) 1. ON-OFF 型微动开关 2.电子扫描 3.材料压阻系数 4.金属 5.磁头所处的位置 6.动态性能 7.标准测试系统 8.不失真测量 9.温度差 10.低 11.RC 网络 12.交流 13.地址译码器 14.细分 15. 0 二、单项选择题(每小题 1 分，共 15 分) 1.C 2.C 3.C 4.D 5.B 6.B 7.A 8.A 9.A 10.D 11.A 12.C 13.B 14.C 15.D 三、问答题(每小题 5 分，共 30 分) 1.在静态测量中，根据绘制的定度曲线，可以确定测量系统的三个静态特性：灵敏度， 非线性度，回程误差。 2.调频波波形频率 f 与中心频率 f0 和调制波幅值的关系 f=f0±Δ f,Δ f 为频率偏移，与 X(t)幅值成正比。3.x1(t) x3(t) x5(t)周期函数，x2(t) x4(t)非周期函数 4.1)轴类零件受扭矩作用时，在其表面产生切应变，可通过测量该应变检测扭矩，如电 阻应变式扭矩传感器。 2)弹性转轴受扭后，两端面的相对转角只与所承受的扭矩有关，且呈比例关系，可通 过测量扭转角测量扭矩，如电容式或光电式扭矩传感器。 5.布置原则有： (1)贴在应变最敏感部位，使其灵敏度最佳； (2)在复合载荷下测量，能消除相互干扰； (3)考虑温度补偿作用； 单臂电桥无温度补偿作用，差动和全桥方式具有温度补偿作用。 6.优点： 能实现非接触测量，结构简单，不怕油等介质污染。 涡流传感器不能测量大位移量，只有当测量范围较小时，才能保证一定的线性度。 四、计算题(每小题 8 分，共 24 分) 1.(1)测量时，齿轮随工作轴一起转动，每转过一个齿，传感器磁路磁阻变化一次，磁通 也变化一次， 因此， 线圈感应电动势的变化频率 f 等于齿轮的齿数 Z 与转速 n 的乘 积。 f=nZ/60 n=60f Z=60 ? 24 18=80(r/min)1 18(2)读数误差为±1 齿，所以应为 n=80± 2.(1)f0=1 2 ?RC1 18转，即：(r/min)? 1 2 ? ? 500 ? 10 ? 10?6? 3 1.8 ( H Z )幅频示意图：(2)周期信号 x(t)的角频率ω =125.6 f1=? 2? ? 1 2 5.6 2? ? 20( H Z ) ? f 0信号 x(t)的频率在该滤波器的通频带内。 3.由于 1 ? δ (f) 3 ? 3δ (f) 又 2cos(2π f0t) ? δ (f-f0)+δ (f+f0) 根据傅里叶变换的线性叠加原理： 2cos(2π f0t)+3 ? δ (f-f0)+3δ (f)+δ (f+f0)时域图见图 a，频域图见图 b五、应用题(每小题 8 分，共 16 分) 1.(1)传感器的结构如图 a 所示，它由传力块、弹性圆桶、双螺管线圈、衔铁、传感器座 等几部分组成。 原理：被测力 F 通过传力块作用在弹性圆桶上，弹性圆桶的变形带动衔铁移动， 使双螺管线圈的电感量发生变化，从而实现力的测量。 (2)电桥的接法如图 b 所示：2.(1)应变片(R1、R2、R3、R4)粘贴位置如图 a 所示；测量电桥如图 b 所示。 (2)根据以上位置布片和电桥接法，着力点位置的变化不会影响 Pz 的大小，因为在顶 尖上的分力 Pz1、Pz2，Pz=Pz1+Pz2，由 Pz1、Pz2 引起的电阻 R1、R3 的变化值之和保 持不变，故 Pz 的测量不受着力点的移动而改变。（试卷三）一 填空（每空 1 分，共 20 分） 1.通常传感器由＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿部分组成， 是能把外界＿＿＿＿＿＿＿＿转换成＿＿＿＿＿＿＿＿器件和装置。 2.金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象 称＿＿＿＿＿＿效应；固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象 称＿＿＿＿＿效应。直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆 弧部分使灵敏度 K 下降了，这种现象称为＿＿＿＿＿＿＿效应。 3.差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而 实际上差动变压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为 ＿＿＿＿＿＿＿＿电压；利用差动变压器测量位移时如果要求区别位移 方向（或正负）可采用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿电路。 4.把一导体（或半导体）两端通以控制电流 I，在垂直方向施加磁场 B，在 另外两侧会产生一个与控制电流和磁场成比例的电动势，这种现象称 ＿＿＿＿＿＿＿＿效应，这个电动势称为＿＿＿＿＿＿＿电势。外加磁场 使半导体（导体）的电阻值随磁场变化的现象成＿＿＿＿＿＿＿＿效应。 5.某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象，同时在 它的表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称为＿＿＿＿＿＿＿效应；在介质极化方向施加电场时电介质会产生 形变，这种效应又称＿＿＿＿＿＿＿＿效应。 6.在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称＿＿＿＿＿＿＿＿效应； 入射光强改变物质导电率的现象称＿＿＿＿＿＿＿＿效应；半导体材料 吸收光能后在 PN 结上产生电动式的效应称＿＿＿＿＿＿＿＿效应。 7、块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内 部会产生一圈圈闭合的电流，利用该原理制作的传感器称＿＿＿＿＿＿＿ 传感器；这种传感器只能测量＿＿＿＿＿＿＿＿物体。 8、不同的金属两端分别连在一起构成闭合回路，如果两端温度不同，电路中 会产生电动势，这种现象称＿＿＿＿＿＿＿效应；若两金属类型相同两端 温度不同，加热一端时电路中电动势 E =＿＿＿。 二 选择题（每空 1 分，共 20 分） 电阻应变片 光电耦合器 压阻式传感器 热释电器件 热电偶 磁敏电阻 压电传感器 光纤传感器 磁敏晶体管 红外传感器 霍尔元件 电容传感器 磁电传感器 气敏传感器 热敏电阻 光电二极管 湿敏传感器 CCD 电荷耦合器 差动变压器 超声波传感器电涡流传感器 光电池 色敏传感器正确选择以上传感器填入以下空内： 1 可以进行位移测量的传感器有＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿； 2 可以完成温度测量的有＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿； 3 半导体式传感器是＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿； 4 光电传感器有＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿； 5 用于磁场测量的传感器＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、； 6 进行振动（或加速度）测量的传感器＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿； 7 利用物体反射进行非电量检测的传感器＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿；三 计算 (每题 5 分，共 10 分)1、图为一直流应变电桥，E = 4V，R1=R2=R3=R4=350Ω ， 求：①R1 为应变片其余为外接电阻， R1 增量为△R1=3.5Ω 时输出 U0=?。 ②R1、R2 是应变片，感受应变极性大小相同 其余为电阻，电压输出 U0=?。 ③R1、R2 感受应变极性相反,输出 U0=?。 ④R1、R2、R3、R4 都是应变片,对臂同性， 邻臂异性，电压输出 U0=?。 2 石英晶体加速计及电荷放大器测量机械振动，已知加速度计灵敏度为 5pc/g， 电荷放大器灵敏度为 50mv/pc， 当机器达到最大加速度时的相应输出电压幅值为 2V， 试求机械的振动加速度(单位 g)。 四 问答题（每题 5 分，共 10 分） 1 压力传感器测量砝码数据如下，试解释这是一种什么误差，产生这种误差的原因是什么。 N(g) 0 1.0 1.5 0.5 2 2 1 3 2.5 2 4 3 2.5 5 3.5 3.5正行程(mv)0 反行程(mv)02 解释下列磁敏传感器： ①磁敏电阻与磁敏晶体管有哪些不同？ ②磁敏晶体管与普通晶体管的不同之处是什么？ ③磁敏电阻与霍尔元件属同一类磁电转换元件，在本质上有什么不同？ 五 电路分析（每题 5 分，共 20 分） １。下图左是电容式差压传感器，金属膜片与两盘构成差动电容 C1、C2 ,两边压力分别为 P1、P2。下图右为二极管双 T 型电路，电路中电容是左图中差动电容，UE 电源是占空比为 50%的方波。试分析：? ?当两边压力相等 P1=P2 时负载电阻 RL 上的电压 U0 值； 当 P1&P2 时负载电阻 RL 上电压 U0 大小和方向（正负）。２。图为酒精测试仪电路，A 是显示驱动器。问：①TGS―812 是什么传感器？ ②2、5 脚是传感器哪个部分，有什么 作用？ ③分析电路工作原理，调节电位器 RP 有什么意义? ３。图为光电传感器电路，GP―IS01 是光电断路器。分析电路工作原理：①当用物体遮挡光路时晶体三极管 VT 状态是 导通还是截止？ ②二极管是一个什么器件，在电路中起到什么 作用？③如果二极管反相连接晶体管 VT 状态如何？ ４。下图是电阻应变仪电路框图，电桥采用交流供电，应变信号为一正弦变化的信号频率为 20Hz，振荡频率 4KHz。请画出放大器、相敏检波器、低通滤波器的输出波形示意图。（答案三）一.填空（每空 1 分，共 20 分） 1.通常传感器由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成， 是能把外界非电量转换成电量的器件和装置。 2.金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象 称应变效应；固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称 压阻效应。直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分 使灵敏度}