传感器期末复习资料 .doc

传感器与检测技术复习资料一、选择题1、随着人们对各项产品技术含量的要求的不断提高，传感器也朝向智能化方面发展，其中，典型的传感器智能化结构模式是（ B ）。A. 传感器通信技术 B. 传感器微处理器 C. 传感器多媒体技术 D. 传感器计算机2、传感器的主要功能是（A ）。A. 检测和转换 B. 滤波和放大C. 调制和解调 D. 传输和显示3、测量者在处理误差时，下列哪一种做法是无法实现的（ A ）A消除随机误差 B减小或消除系统误差C修正系统误差 D剔除粗大误差4、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（ C ）A线性度、灵敏度、阻尼系数 B幅频特性、相频特性、稳态误差C迟滞、重复性、漂移 D精度、时间常数、重复性5、电阻应变片配用的测量电路中，为了克服分布电容的影响，多采用( C )。 A直流平衡电桥 B直流不平衡电桥 C交流平衡电桥 D交流不平衡电桥6、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（ C ）。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7、差动螺线管式电感传感器配用的测量电路有( C )。A直流电桥 B变压器式交流电桥C差动相敏检波电路 D运算放大电路8、下列说法正确的是（ D ）。A. 差动整流电路可以消除零点残余电压，但不能判断衔铁的位置。B. 差动整流电路可以判断衔铁的位置，但不能判断运动的方向。C. 相敏检波电路可以判断位移的大小，但不能判断位移的方向。D. 相敏检波电路可以判断位移的大小，也可以判断位移的方向。9、下列不属于电容式传感器测量电路的是（ D ）A调频测量电路 B运算放大器电路 C脉冲宽度调制电路 D相敏检波电路 10、测量范围大的电容式位移传感器的类型为（ D ） A变极板面积型 B变极距型 C变介质型 D容栅型11、石英晶体在沿机械轴y方向的力作用下会（ B ）A产生纵向压电效应 B. 产生横向压电效应C不产生压电效应 D. 产生逆向压电效应 12、关于压电式传感器中压电元件的连接，以下说法正确的是（ A ）A与单片相比，并联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电压不变 B. 与单片相比，串联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电压增大1倍C与单片相比，并联时电荷量不变、电容量减半、输出电压增大1倍 D. 与单片相比，串联时电荷量不变、电容量减半、输出电压不变13、磁电式传感器测量电路中引入积分电路是为了测量（ A ）A位移 B速度C加速度 D光强14、磁电式传感器测量电路中引入微分电路是为了测量（ C ）A位移 B速度C加速度 D磁场强度15、工业上应用金属热电阻传感器进行温度测量时，为了消除或减少引线电阻的影响，通常采用（ C ）。 A、文氏电桥法 B、双线制连接法 C、三线制连接法 D、混合连接法16、在热电偶传感器中，热电偶回路的主要性质不包括( C )。 A、中间导体定律 B、中间温度定律 C、欧姆定律 D、标准电极定律17、光电管和光电倍增管的特性主要取决于（ A ）。A阴极材料 B阳极材料C纯金属阴极材料 D玻璃壳材料18、用光敏二极管或三级管测量某光源的光通量时，是根据它们的什么特性实现的( D )。A光谱特性 B伏安特性C频率特性 D光照特性19、数值孔径NA是光纤的一个重要参数，以下说法不正确的是（ B ）A数值孔径反映了光纤的集光能力 B光纤的数值孔径与其几何尺寸有关C数值孔径越大，光纤与光源的耦合越容易 D数值孔径越大，光信号的畸变也越大20、下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（ C ） A压力 B力矩 C温度 D厚度21、传感技术与信息学科紧密相连，是（ C ）和自动转换技术的总称。 A. 自动调节 B. 自动测量 C. 自动检测 D. 信息获取22、随着集成技术的发展，经常把传感器和一部分处理电路集成在一起，其中，（ D ）不能和传感器集成在电路中。 A、补偿电路 B、阻抗变换电路 C、信号数字化电路 D、液体电容器23、传感器的静态特性，是指当传感器输入、输出不随( A )变化时，其输出-输入的特性。A.时间 B.被测量 C.环境 D.地理位置24、结构型传感器是依靠传感器( C )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25、半导体应变片具有( A )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26、将电阻应变片贴在( C )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27、改变电感传感器的引线电缆后，（ C ）。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零28、差动螺线管式电感传感器的配用测量电路有（B ） A 、直流电桥 B 、变压器式交流电桥 C 、带相敏整流的交流电桥 D 、运算放大器电路29、在二极管双T型交流电桥中输出的电压U的大小与（ B ）相关A仅电源电压的幅值和频率 B电源电压幅值、频率及T型网络电容C1和C2大小C仅T型网络电容C1和C2大小 D电源电压幅值和频率及T型网络电容C1大小30、（ B ）不可以改变电容式传感器的电容。 A、改变极板间距离 B、改变极板间电压 C、改变极板面积 D、改变介电常数31、在运算放大器放大倍数很大时，压电传感器输入电路中的电荷放大器的输出电压与（ A ）成正比。A输入电荷 B.反馈电容C电缆电容 D.放大倍数32、霍尔元件不等位电势产生的主要原因不包括（ C ）A霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位上B半导体材料不均匀造成电阻率不均匀或几何尺寸不均匀C周围环境温度变化D激励电极接触不良造成激励电流不均匀分配33、影响压电式加速度传感器低频响应能力的是（ D ） 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34、磁电式传感器测量电路中引入积分电路是为了测量（ A ）A位移 B速度C加速度 D光强35、磁电式传感器测量电路中引入微分电路是为了测量（ C ）A位移 B速度C加速度 D磁场强度36、一个热电偶产生的热电势为E0，当打开其冷端串接与两热电极材料不同的第三根金属导体时，若保证已打开的冷端两点的温度与未打开时相同，则回路中热电势（  D ）。A增加                    B减小C增加或减小不能确定     D不变37、下列关于热电偶传感器的说法中，（ B ）是错误的。A 热电偶必须由两种不同性质的均质材料构成B 计算热电偶的热电势时，可以不考虑接触电势C 在工业标准中，热电偶参考端温度规定为0D 接入第三导体时，只要其两端温度相同，对总热电势没有影响38、用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是（ B ）A 接线方便 B 减小引线电阻变化产生的测量误差C 减小桥路中其他电阻对热电阻的影响D 减小桥路中电源对热电阻的影响39、光敏电阻的特性是（ D ） A有光照时亮电阻很大 B无光照时暗电阻很小 C无光照时暗电流很大 D受一定波长范围的光照时亮电流很大 40、基于光生伏特效应工作的光电器件是（ C ）A光电管 B.光敏电阻C光电池 D.光电倍增管二、填空题1、按能量角度分析，典型的传感器构成方法有三种，即 、 以及 ，前两者属于能量 ，后者是能量 。（自源型、带激励源型、外源型、转换型、控制型）2、实际使用中的传感器，其特性要受到环境变化的影响，为消除环境干扰的影响，广泛采用的线路补偿法包括 补偿型、 补偿型、 补偿型。（相同传感器、不同传感器、差动结构）3、导电丝材的截面尺寸发生变化后其电阻会发生变化，用这一原理可制成的传感器 称为_ _式传感器，利用有料具有磁致伸缩效应可制成的_传感器也可用以测量力，而压电式传感器则利用了一些具有离子型晶体电介质的_效应，它敏感的最基本的物理量也是力。（电阻应变、压磁式、压电）4、电阻应变片由 、 、 、和 等部分组成。（敏感栅、基片、覆盖层、引线）5、电感式传感器也称为 传感器，它是利用 原理将被测物理量转换成线圈 和 的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化，从而实现非电量到电量的转换。（变磁阻式、电磁感应、自感系数、互感系数）6、在电感式传感器中，线圈之间的没有耦合的是 式传感器，被测对象也是磁路一部分的是 传感器。（自感式 电涡流式）7、为克服电容式传感器的边缘效应，可采用 方法和 结构。为消灭寄生电容的影响可采用 、 以及采用 方法。（减小极板厚度、带保护环、驱动电缆法、整体屏蔽法、组合式与集成技术）8、目前压电式传感器的常用的材料有 、 和高分子电致伸缩材料等三类。压电材料的 效应还可以用来产生超声波。（石英晶体 压电陶瓷 逆压电）9、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。（正压电、逆压电）10、霍尔效应是导体中的载流子在磁场中受 作用产生 的结果。（洛伦兹力、霍尔电动势）11、热电偶传感器的工作基础是 ，其产生的热电势包括 电势和 电势两部分。热电偶的 定律是工业上运用补偿导线法进行温度补偿的理论基础； 定律为制定分度表奠定了理论基础；根据 定律，可允许采用任意的焊接方式来焊接热电偶。（热电效应、接触、温差、中间导体（连接导体）、中间温度、中间导体）12、热电偶中热电势的大小仅与 的性质、 有关，而与热电极尺寸、形状及温度分布无关。（热电极材料、两端点温度）13、基于外光电效应的器件有 和 ；基于内光电效应的器件有 、 、 和 等。（光电管、光电倍增管；光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管、光电池）14、光纤是由 和 组成，按照的传播模式分类，光纤可以分为 光纤和 光纤。（纤芯、包层、多模、单模）15、红外图像传感器由 和 电路组成。（红外敏感元件、电子扫描）16、传感器的输入输出特性指标可分为_和动态指标两大类，线性度和灵敏度是传感器的_指标，而频率响应特性是传感器的 指标。（静态、静态、动态）17、传感器可分为物性型和结构型传感器，热电阻是 型传感器， 电容式加速度传感器是 型传感器。 （物性型 结构型）18、传感器通常由 、 、 三部分组成，是能把外界 转换成 的器件和装置。（敏感元件、转换元件、基本转换电路、非电量、电量）19、可以进行位移测量的传感器有 、 、 。（光纤传感器、差动变压器、电阻传感器）20、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。（应变、压阻、横向）21、电阻应变片由 、 、 、和 等部分组成。（敏感栅、基片、覆盖层、引线）22、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。（零点残余、相敏检波）23、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。（电涡流、金属）24、电容式传感器按结构特点可分为变极距型、型和变面积型等三种。电容式传感器存在效应，会造成测量误差，常用保护环来消除，保护环是电容式传感器特有的结构。（变介质型 边缘）25、石英晶体 压电效应产生的电荷量与晶片的几何尺寸无关，而 压电效应产生的电荷量与晶片的几何尺寸有关；压电陶瓷是一种 压电材料。（纵向、横向、多晶）26、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称 效应。（霍尔、霍尔、磁阻）27、用于磁场测量的传感器 、 。（霍尔器件、磁敏晶体管）28、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 =（ ）。（热电、0）29、热敏电阻可分为 和 型两大类。（负温度系数热敏电阻、正温度系数热敏电阻）30、光纤传感器由 、 和 三部分组成。光纤传感器一般分为两大类，即 光纤传感器，也称为 光纤传感器，另一类是 光纤传感器，也称为 光纤传感器，前者多使用 光纤 ，而后者只能用 光纤。（光源、光纤、光探测器；传光型、非功能性、传感型、功能性、多模、单模）三、判断题1、传递函数表征了系统的固有特性，并反映了物理结构，因此，凡传递函数相同的系统，其物理结构必然相同。（ × ）2、一台仪器的重复性很好，但测得的结果并不准确，这是由于存在系统误差的缘故。（ ）3、在传感器信号预处理的采样/保持电路中，采样时间越长越好，保持时间越短越好。（ × ）4、作为温度补偿的应变片应和工作应变片作相邻桥臂且分别贴在与被测试件相同的置于同一温度场的材料上。（ ）5、在实际电路中，只要差分变压器中两个二次线圈的电气参数、几何尺寸或磁路参数做的足够精确，就可以消除零点残余电压。（ × ）6、金属导体置于变化的磁场中，导体内就会有感应电流产生，这种电流在金属体内自行闭合，通常称为电涡流。（ ）7、在霍尔式传感器中，霍尔电势反比于磁场强度。（ × ）8、接触式测温是基于热平衡原理进行的，非接触式测温是基于热辐射原理进行的（ ）9、同一材料构成的热电偶，即使两端点温度不等，也不会形成热电势。（ ）10、光栅式传感器实际上是光电式传感器的一个特殊应用。（ ）11、测量的输出值与理论输出值的差值即为测量误差。（ ）12、一台仪器的重复性很好，但测得的结果并不准确，这是由于存在随机误差的缘故。（ × ）13、一般来说测量系统的固有频率越高，则其灵敏度就越低。（ ）14、对多次测量的数据取算数平均值，就可以减少随机误差的影响。（ ）15、交流电桥的输出信号经放大后，直接记录就能获得其输入信号的模拟信号了。（ × ）16、任意两个变量x和y之间的真实关系均可用一元线性回归方程来描述。（× ）17、测量小应变时，应选用灵敏度高的金属丝应变片，测量大应变时，应选用灵敏度低的半导体 应变片。（ ）18、电涡流的产生必然消耗一部分磁场能量。（ ）19、在光线作用下，电子从物体表面逸出的物理现象，称为外光电效应，也称光电发射效应。（ ）20、在光线作用下，物体电导性能发生变化或产生一定方向的电动势的现象，称为内光电效应。（ ）四、简答题1、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。答：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；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。2、为什么高频工作时的电容式传感器连接电缆的长度不能任意变化？答：低频时容抗XC较大，传输线的等效电感L和电阻R可忽略。而高频时容抗XC减小，等效电感和电阻不可忽略，这时接在传感器输出端相当于一个串联谐振，有一个谐振频率f0存在，当工作频率ff0谐振频率时，串联谐振阻抗最小，电流最大，谐振对传感器的输出起破坏作用，使电路不能正常工作。通常工作频率10MHz以上就要考虑电缆线等效电感L0的影响。3、何谓零点残余电压？说明该电压的产生原因及消除方法。答:差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，或称为零位输出电压，简称零位电压。 对零点残余电压进行频谱分析，发现其频谱主要由基波和三次谐波组成。基波产生的原因主要是传感器两个次级绕组的电气参数与几何尺寸不对称，三次谐波产生的原因主要是磁性材料磁化曲线的非线性（磁饱和、磁滞）所造成的。 消除或减小零点残余电压的主要方法有： (1) 尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电气参数和磁路的相互对称，这是减小零点残余电压的最有效方法。（2）传感器设置良好的磁屏蔽，必要时再设置静电屏蔽。（3）将传感器磁回路工作区域设计在铁芯磁化曲线的线性段。（4）采用外电路补偿。（5）配用相敏检波测量电路。4、简述霍尔电势产生的原理。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。5试说明压电式传感器中，压电片并联和串联后对测量的影响。答：压电元件能够方便地组合应用，起到提高电压输出灵敏度的作用，这是压电式传感器的一个特点。组合的基本方式有串联和并联。并联的特点是：输出电压相等，电容相加，总电荷量相加，因此输出的电荷量增加，适用于电荷输出场合。串联的特点是总电荷量不变，电压相加，电容减小，因此，电灵敏度提高，适用于电压输出场合。6设三种制造热电偶的材料A、B、C，两两配对后的热电热分别为：EAB（T，T0）、EBC（T，T0）、EAC（T，T0）。试证明：EAB（T，T0）EAC（T，T0）EBC（T，T0）。并说明这一公式的实践意义。答：7简述莫尔条纹在光栅中的应用原理答：在两个玻璃或其透明材料上均匀刻线，线间距为W，并且刻线相交一个角，就形成光栅尺，其中一个固定，一个可以移动。由于两组刻线有一个角，当活动光栅移动时就形成明暗交替的条纹，称为莫尔条纹。设莫尔条纹的间距为B， B=W/，可见，当较小时，B具有对W放大的作用。8、说明反射式光强度调制器输出电压与位移关系曲线图中AB段和CD段的物理意义。答：这是一种反射式光纤传感的原理图，它根据接收光纤接收到的光强度变化来确定被测量表面距离的变化。其中AB段为前坡区，CD段为后坡区，BC段为光峰区。由于光纤有一定的数值孔径，当光纤探头紧贴被测表面时，发射光纤中的光不能反射到接收光纤中，接收光纤中无光信号。当被测表面逐渐远离光纤探头时，发射光纤照亮被测表面的面积越来越大，于是，相应的发射光锥和接收光锥生命面积越来越大，接收光纤中的光信号有一个增长的过程，形成AB段的前坡区。当整个接收光纤全部被照亮时，输出信号达到最大，形成光BC段的峰值。当被测表面继续远离光纤探头，发射光纤照亮的区域在于接收光纤的数值孔径，就有一部分光不能被接收探接收，也由于随着距离的增大，接收探头接收的光强减弱，这两方面的原因共同导致接收信号减弱。前峰区信号增加很快，适合于um级的位移测量，后坡区大致与距离的平方反比，适合于较长距离，且精度要求不高的场合。9、简要说明电容式传感器的原理。答：电容式传感能将被测量转换为传感器电容变化。传感器有动静两个板板，板板间的电容为： ，式中： 0 真空介电常数:(8.854×1012 F/m r 介质的相对介电常数 两极板间的距离有关 A 极板的有效面积当动板板运动或极板间的介质变化就会引起传感器电容值的变化，从而构成变极距式、变面积式和变介质型的电容式传感器。10、传感器的线性度是如何确定的？确定拟合直线有哪些方法？传感器的线性度表征了什么含义？为什么不能笼统的说传感器的线性度是多少。答：1）实际传感器有非线性存在，线性度是将近似后的拟合直线与实际曲线进行比较，其中存在偏差，这个最大偏差称为传感器的非线性误差，即线性度，2）选取拟合的方法很多，主要有：理论线性度(理论拟合)；端基线性度(端点连线拟合)；独立线性度(端点平移拟合)；最小二乘法线性度。3）线性度是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数。4）传感器的非线性误差是以一条理想直线作基准，即使是同一传感器基准不同时得出的线性度也不同，所以不能笼统地提出线性度, 当提出线性度的非线性误差时，必须说明所依据的基准直线。四、分析计算题1、测得某检测装置的一组输入输出数据如下：x0.92.53.34.55.76.8y1.11.62.63.24.05.0试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度。解: 代入数据求得 拟合直线灵敏度,线性度±7%图22、光电传感器控制电路如图2所示，试分析电路工作原理： GPIS01是什么器件，内部由哪两种器件组成？ 当用物体遮挡光路时，发光二极管LED有什么变化？ R1是什么电阻，在电路中起到什么作用？如果VD二极管的最大额定电流为60mA， R1应该如何选择？ 如果GPIS01中的VD二极管反向连接，电路状态如何？晶体管VT 、LED如何变化？答：电路分析：1）GPIS01是光电开关器件，内部由发光二极管和光敏晶体管组成；2）当用物体遮挡光路时，Vg无光电流VT截止，发光二极管LED不发光；3）R1是限流电阻，在电路中可起到保护发光二极管VD的作用；如果VD二极管的最大额定电流为60mA，选择电阻大于R1 =（12V-0.7）/0.6 = 18.8。4）如果GPIS01中的VD二极管反向连接，Vg无光电流VT截止，发光二极管LED不发光；电路无状态变化。3、下图是一红外测温装置，测量温度高于1000，红外探测器是热释电元件，利用热辐射测温。请回答下列器件各起到什么作用？o 光学系统：透镜_；滤光片_ ； o 步进电机与调制盘_； o 温度传感器_ o 红外探测器_。 o 光学系统：透镜聚焦；滤光片波长选择； o 步进电机与调制盘：将被测红外辐射调制为按一定频率变化的温度信号； o 温度传感器用于电路补偿的温度传感器。 红外探测器接受检测被测高温的传感器。4、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?.(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/60n=80(r/min)(2)读数误差为±1齿，所以应为转，即：n=80± (r/min)5、如图所示的纯弯试件，如何利用全桥测量提高灵敏度并实现温度补偿，画出布片图和电桥连接图，推导输出公式。 图4 图5解：如图4所示，选用只相同的应变片，和贴在一面，和贴在对称的另一面。相应的接桥方式如图3.2所示，当试件受力并有温度变化时，则电桥输出为： 可见不仅实现了温度补偿，电桥输出为单片测量时4倍。6有一温度传感器，当被测介质温度为t1，测温传感器显示温度为t2时，可用下列方程表示：。当被测介质温度从25突然变化到300时，测温传感器的时间常数0 =120s，试求经过350s后该传感器的动态误差。解：动态误差由稳态误差和暂态误差组成。先求稳态误差： 对方程两边去拉氏变换得： 则传递函数为 对于一阶系统，阶跃输入下的稳态误差，再求暂态误差： 当t=350s时，暂态误差为 故所求动态误差为：