传感器原理及应用复习题(12页).doc

-传感器原理及应用复习题-第 11 页一、判断题（在正确的后面划，错误的后面划×）1. 传感器是获取信息的重要途径和手段，它相当于人的五官。传感器技术是构成现代信息技术的三大支柱之一，在一定程度上它决定着机器人水平的高低。（ ）2. 传感器正从传统的分立式朝着集成化、微型化、多功能化、智能化、网络化、光机电一体化的方向发展。（ ）3. 物联网是将各种信息传感器设备按约定的协议与互联网结合起来，形成一个巨大的网络，进行信息交换和通信，以实现智能化的识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。（ ）4. 传感器实际输入输出曲线偏离理想拟合直线的程度称为线性度，通常用最大偏差与满量程输出之比的百分数来表示。（ ）5. 在稳定工作条件下，传感器的灵敏度是一个无单位的常数，它与外加电源电压无关。（ ）6. 在相同条件下，传感器在正行程（输入量由小到大）和反行程（输入量由大到小）期间，所得输入、输出曲线不重合的现象称重复性。（ ）7. 一阶传感器系统的动态响应主要取决于时间常数t，t越小越好，减少时间常数t可以改善传感器频率特性，加快响应过程。（ ）8. 二阶传感器对阶跃信号响应和频率响应特性的好坏很大程度上取决于阻尼系数和固有频率。（ ）9. 直线电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度相同，但应变不同，圆弧部分使灵敏度下降，这种现象称为横向效应。敏感栅越窄，基片越长的应变片，横向效应越小。（ ）10. 压阻式传感器是利用半导体材料压阻效应制作的电阻式应变传感器，其性能优于金属应变效应制作的电阻式应变传感器，主要用于压力测量。（ ）11电容传感器本身电容量较大，连接电缆的电容量很小（每米几百皮法），这样在低频时电缆的容抗较大，对传感器灵敏度影响就较大，因此低频工作时的电容传感器连接电缆的长度不能任意变化。（ ）12脉冲宽度调制电路适用于任何形式的电容传感器，并有理论线性度。该电路不需解调、检波，对电源也没有什么严格要求，是电容传感器的常用电路。（ ）13根据电涡流效应制作的传感器称电涡流传感器。电涡流传感器的最大特点是能够对被测量进行非接触测量，并且灵敏度与被测对象的材质无关。（ ）14用石英晶体制作的压电传感器，晶面上产生的电压与作用在晶面上外力成正比，而与晶片的厚度和面积无关。（ ）15压电传感器是一种有源传感器，但由于其输出信号很弱，内阻很高，要求前置放大器有相当高的输入阻抗，将传感器高阻抗输出变换为低阻抗输出，在放大微弱信号的同时完成阻抗变换。（ ）16压电陶瓷是人工制造的多晶体，是由无数细微的电畴组成。电畴具有自发的极化方向，经过外加电场极化的压电陶瓷才具有压电效应。（ ）17集成温度传感器是利用晶体管PN的电流电压特性随温度变化的关系制作的热电传感器，主要用于低温测量。（ ）18. 热电偶的冷端也称参比端，在用热电偶测温时参比端温度要保持恒定，当参比端温度不是0时，测得的温度应加上参比端的温度才是真正的待测温度。（ ）19磁电感应式传感器是一种有源型传感器，工作时必须外加工作电源。该类传感器只能测量运动速度。（ ）20减少霍尔元件温度误差的补偿方法是采用恒流源激励，同时并联一个负温度系数的热敏电阻分流，以达到霍尔电势保持不变。（ ）21磁敏电阻是一种基于磁阻效应制作的磁敏传感器，其电阻值随着磁场的增加而增大。但磁敏电阻没有判断极性的能力，只能与辅助磁钢并用，才具有识别磁极的能力。（ ）22磁敏二极管都是长“基区”（本征区）的P+-I-N+型二极管结构。在弱磁场情况下可获得较大的输出电压，但输出电压不对称，这是磁敏二极管与霍尔元件和磁敏电阻所不同之处。（ ）23超声波传感器主要是利用压电材料(晶体、陶瓷)的压电效应，其中超声波的发射器利用逆压电效应制成，将高频电振动转换为机械振动产生超声波；超声波接收器利用正压电效应制成，将超声波机械振动转换为电信号。（ ）24人体辐射红外线波长在812mm范围，人活动频率范围一般在0.110Hz之间，热释电传感器可以监控人的活动情况。（ ）25. 光电传感器的工作原理是利用各种光电效应。光敏电阻、光电管和光电二极管都是基于光电导效应制作的光电传感器。（ ）26光电池是基于光生伏特效应制成的一种有源光电传感器，作为测量元件使用时，应按电流源的形式应用。（ ）27半导体色敏传感器相当于两只结构不同的光电二极管，浅结的光电二极管对短波长的紫外光灵敏度高，深结的光电二极管对长波长的红外光灵敏度高。（ ）二、选择题1. 一位移传感器的静态数学模型为y=2.16x+0.02。x为输入位移量，单位mm；y为输出电压量，单位V。则此位移传感器的灵敏度为 。2. 金属应变片的灵敏系数为k，被测应变为e，采用单臂电桥作测量电路时，如果电源电压为U，则其输出电压和非线性误差分别为 。A， B，C， D，3. 一差动变极距型电容传感器，初始极距d 0为1mm，被测量引起的最大极距变化Dd 为，则此电容传感器的相对非线性误差为 。A2.0% B0.04%C0.2% D0.02%4. 已知某一阶传感器的传递函数为，则该传感器的静态灵敏度和时间常数分别为 。Ak=10，t =5 Bk=1，t Ck=5，t =0.2 Dk=2，t 5. 传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的 。A阈值越低 B分辨率越高C迟滞越小 D线性度越好6. 为了获得较好的动态特性，在二阶传感器设计时，一般阻尼系数选择 。Ax >1 Bx 0Cx = 1 Dx 7. 利用电涡流式传感器测量位移时，为了得到较好的线性和灵敏度，其激励线圈半径r与被测物体的距离x应该满足 Ar x Br > xCr >>x Dr < x8. 为了增大霍尔元件的灵敏度，霍尔元件多选用 制作。 A金属材料 B绝缘材料CN型半导体 DP型半导体9. 设单个压电晶片的电荷量为Q、电压为U、电容为C，则如图连接的压电晶片的电荷量、电压和电容分别为 。AQ、U、C BQ、2U、C/2CQ、2U、2CD2Q、U、2C10. 磁电感应式传感器的输出电动势正比于 。A位移 B应力C速度 D温度11. 适合测量紫外线的光电传感器是 A光电管 B光敏电阻C光电池 D光敏三极管12. 现代传感器正从传统的分立式朝着集成化方向发展，下列能够集成的传感器是 。A电涡流式传感器 B压阻式传感器C磁电感应式传感器 D超声波传感器13. 按照传感器的一般分类方法，热电偶属于 。A无源结构型传感器 B有源结构型传感器C无源物性型传感器 D有源物性型传感器14. 在传感器的组成部分中，直接感受被测量的是 。A敏感元件 B转换元件C放大元件 D转换电路15. 一电机轴的周围等距离嵌有极性相反的6对永久磁铁，当电机以60p/s的角速度转动时，开关型集成霍尔传感器的输出信号频率为 。A300Hz B180 Hz C450Hz D150Hz。16. 磁电感应式传感器测量加速度时，其后应接入下面如图所示的电路 。A BC D三、填空题1. 传感器一般由 、 和 三部分组成。分辨率和稳定性属于传感器的 特性，幅频特性和相频特性属于传感器的 特性。2. 在采用直线拟合线性化时，传感器输出输入的实际曲线与其拟合直线之间的最大偏差，通常用相对误差 g L来表示，称为 ，即 g L= ±(Lmax/yFS)×100%，其中Lmax为最大非线性误差，yFS为 。3. 理论上讲，差动变压器式传感器的铁心位于 位置时，输出电压应为零，而实际上输出电压不为零，这个电压称为 电压，这主要原因是两个次级线圈绕组的 不完全相同。 电路对该误差有很好的抑制作用，又能正确反映位移的大小和方向。4. 金属应变片工作原理是利用 效应；半导体应变片工作原理是利用 效应。二者灵敏系数主要区别是：金属应变片的电阻变化主要由 引起的，半导体应变片的电阻变化主要由 引起的。5. 电容传感器可分为 、 和 三种基本结构形式。为了减小非线性误差，传感器通常做成 结构。6. 电容传感器，变极距型多用于检测 ，变面积型主要用于检测 ，变介质型可用于检测 。在工作频率 时，电容传感器连接电缆的长度不能任意变化；常采用 技术，克服分布电容的影响，提高传感器的稳定性。7. 为减小直流电桥的非线性误差，通常可采用的方法有： ； ；和 。8. 集成温度传感器利用晶体管 伏安特性与温度的关系进行温度测量，一般测温范围为 至 。AD590是典型的 输出型集成温度传感器。9. 光电倍增管是基于 效应制作的光电传感器，它主要由光电阴极、阳极和 组成；其电流增益很高，且与 有关，要求工作电源有极好的 。10. 光电池是基于光生伏特效应制作的有源光电传感器，其 与光照度成线性关系， 与光照度成非线性关系。硅光电池的开路电压一般可达 。11. 内光电效应又分为 效应和 效应，光敏二极管是基于 效应制作的光电传感器。基于外光电效应制作的光电传感器有 和 。12. 频率高于 Hz的机械波称为超声波，超声波在液体中的传播速度 于其在空气中的传播速度；超声波传感器的检测方式有 式和 式两种，其测量流量主要是根据超声波 的变化来实现测量的。13. 超声波传感器的检测方式有 式和 式两种；超声波传感器的发射利用 效应，超声波的接收利用 效应；超声波传感器测距精度取决于 ，测距范围取决于 。14. 压电传感器的测量电路（即前置放大器）有两种形式： 放大器和 放大器，后接 放大器时，可不受连接电缆长度的限制。15. 磁电感应式传感器按电磁感应原理可以分为 式和 式两类，它只适用于 测量，直接测量的是物体的 或 。若要测量位移时则应接入 电路，测量加速度时应接入 电路。16. 由两种不同性质的导体A、B串接成闭合回路，若两接合点处的温度不同，则在两导体间产生热电势，并在回路中有一定大小的电流，这种现象称 。此闭合回路中两种导体称为 ；两个结点中，一个称 ，另一个称 。17热电效应是指两种 类型的金属导体两端分别接在一起构成闭合回路，当两个结点温度 时，导体回路里有电流流动，产生热电势的现象。热电势由 和 两部分组成。以0为基准端温度的条件下，给出测量端的温度与该热电势的电压数值对照表，称为热电偶 。18. NTC型热敏电阻为 温度系数的热敏电阻，随着温度的升高，电阻 ，同时灵敏度也有所 。四、简答题1什么是传感器？一般由哪几部分组成？它们之间的作用及相互关系怎样？2. 什么是灵敏系数？半导体应变片灵敏系数范围是多少，金属应变片灵敏系数范围是多少？说明金属丝电阻应变片与半导体应变片的相同点和不同点。3为什么高频工作时电容传感器连接电缆的长度不能任意变化？什么是驱动电缆技术？4. 什么是零点残余电压？说明差动变压器式传感器产生零点残余电压的原因及减少此电压的有效措施。5何为霍尔元件的不等位电势？说明其产生的原因，以及减小不等位电势的有效方法。6半导体磁敏元件有哪些？各有什么特点？它们可以检测什么物理量？7压电传感器为什么要采用前置放大电路？前置放大电路都有哪些类型？各有何特点？8什么是超声波？简述超声波传感器测距的原理。9比较说明光电倍增管、光敏电阻和光电二极管的工作原理、特性和适用范围。10什么是温标？我国目前实行的是什么温标？常用接触式温度测量的传感器都有哪些？各有什么特点？11厚度测量可以采用哪些传感器（列举不少于3种）？各有什么要求和特点？12转速测量可以采用哪些传感器（列举不少于3种）？各有什么要求和特点？ 13.哪些传感器能进行非接触测量？分别有什么特点？13.说明你身边都用到了哪些传感器？它们分别作什么用的？五、综合题1说明热电偶的中间导体定律，并证明之。2画出霍尔元件的温度补偿电路，并说明具体的补偿方法。3画出磁电感应式传感器测量加速度的电路，并推导出电压灵敏度公式。说明磁电感应式传感器的特点。4画出电阻应变片的半桥差动测量电路。并推导出电压灵敏度公式，说明半桥差动电路的特点。5对于初始电容的电容传感器，试求变间距式电容传感器的灵敏度和线性度？为了增加灵敏度和减小非线性误差，一般采用什么结构？6某压电加速度传感器的动态特性可用下列微分方程描述式中q为输出电荷量（pC）,a为加速度（m/s2）。确定该传感器的固有频率、阻尼系数和静态灵敏度。7某压电加速度传感器的电容为Cs=100pF，电荷灵敏度Kq。(1) 求压电加速度传感器的电压灵敏度；(2) 外接电缆和示波器组成一个测量系统，电缆电容Cc=100pF，示波器的输入阻抗为Ri=100M和并联电容为Ci=50pF，如测量系统允许的幅值误差为5%，最低可测频率是多少？8如图a所示的悬臂梁，距梁端部为L位置上下各粘贴完全相同的电阻应变片R1、R2、R3、R4。已知电源电压U=4V，R为固定电阻，并且R=R1=R2=R3=R4 =250W，当有一个力F作用时，应变片电阻变化量为RW，试分别求图b、c、d、e四种桥臂接法的桥路输出电压。9电容式差压传感器结构及转换电路如图所示。(1). 说明电容式差压传感器的工作原理；(2). 当压力P2>P1时，给出一个周期内负载RL上的平均电压的大小，并指出电压的方向。10图示为一种测温电路，其中Rt =2R0t) kW 为热电阻，RB为可调电阻，Us为工作电压；G为检流计。(1). 基于该测温电路的工作机理，请给出调节电阻RB随温度t变化的关系。(2). 若测温范围为2050，R0=10kW，试计算RB的变化范围。 图题10 图题1111电机通断控制电路如图，VT三极管功率驱动1A负载，PT-525为开关型集成霍尔元件。(1) 叙述电路工作原理；(2) 磁钢N接近时霍尔元件导通，电机M处于什么状态？(3) 磁钢远离时霍尔元件截止，电机M处于什么的状态？(4) 二极管D和电容C分别起什么作用？ 12光电传感器控制电路如图所示，试分析电路工作原理：(1). 试述FS-1WF光电开关工作原理；(2). VCC=5V，说明电阻R1作用，计算发光二极管上通过的电流值；(3). 可变电阻器R2可以调节什么参数；(4). 传感器以下图方式测量车轮转速时，给出测量公式；并指出输出端电压UOUT的高低电平分别代表黑白的哪个信号。13一温度控制电路如图所示，LM311为比较器，VT为达林顿晶体管。(1). AD590是什么器件？以什么形式输出？(2). 当温度T下降时AD590输出如何变化？VT如何变化？使加热器状态如何变化？(3). 调节R2可以起到什么作用？14V/mm·V，在频率为200Hz，峰-峰值为8V的正弦电压激励下工作。若被测正弦振动频率为20Hz，幅度为0.5mm，试画出激励电压、振动位移和输出电压的波形。15指出下列图形符号分别表示什么传感器。（a） （b）（c） （d） （e）（f） （g）