检测与传感技术练习题及解答PPT学习教案.pptx

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1、会计学1检测检测(jin c)与传感技术练习题及解答与传感技术练习题及解答第一页，共25页。一、电阻一、电阻(dinz)式式传感器传感器1 1、何为金属的电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变、何为金属的电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变、何为金属的电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变、何为金属的电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？片？片？片？解：金属的电阻应变效应是指当应变片的结构尺寸发生变解：金属的电阻应变效应是指当应变片的结构尺寸发生变解：金属的电阻应变效应是指当应变片的结构尺寸发生变解：金属的电阻应变效应是指当应变片的结构尺寸发生变化时，其电阻也发生相应的变化。化时，其电阻

2、也发生相应的变化。化时，其电阻也发生相应的变化。化时，其电阻也发生相应的变化。将应变片粘贴在各种将应变片粘贴在各种将应变片粘贴在各种将应变片粘贴在各种(zh zh n n)弹性敏感元件上，当弹性敏感元件上，当弹性敏感元件上，当弹性敏感元件上，当弹性敏感元件感受到外力、位移、加速度等参数作用弹性敏感元件感受到外力、位移、加速度等参数作用弹性敏感元件感受到外力、位移、加速度等参数作用弹性敏感元件感受到外力、位移、加速度等参数作用时，弹性敏感元件产生应变，再通过粘贴在上面的电时，弹性敏感元件产生应变，再通过粘贴在上面的电时，弹性敏感元件产生应变，再通过粘贴在上面的电时，弹性敏感元件产生应变，再通过粘

3、贴在上面的电阻应变片将其转换成电阻的变化。通常，它主要由敏阻应变片将其转换成电阻的变化。通常，它主要由敏阻应变片将其转换成电阻的变化。通常，它主要由敏阻应变片将其转换成电阻的变化。通常，它主要由敏感元件、基底、引线和覆盖层等组成，其核心元件是感元件、基底、引线和覆盖层等组成，其核心元件是感元件、基底、引线和覆盖层等组成，其核心元件是感元件、基底、引线和覆盖层等组成，其核心元件是电阻应变片（敏感元件），主要作用是实现应变电电阻应变片（敏感元件），主要作用是实现应变电电阻应变片（敏感元件），主要作用是实现应变电电阻应变片（敏感元件），主要作用是实现应变电阻的变换。阻的变换。阻的变换。阻的变换。第1

4、页/共25页第二页，共25页。2 2、两金属应变片、两金属应变片R1R1和和R2R2阻值均为阻值均为120120，灵敏系数，灵敏系数K=2K=2；两应变片一受拉，；两应变片一受拉，另一受压，应变均为另一受压，应变均为800800。两者接入差动直流电桥，电源电压。两者接入差动直流电桥，电源电压U=6VU=6V。求：（求：（1 1）RR和和R/RR/R；（；（2 2）电桥输出电压）电桥输出电压UOUO。已知条件已知条件(tiojin)(tiojin)：（1 1）R1=R2=120R1=R2=120，（2 2）灵敏系数）灵敏系数（3 3）轴向应变）轴向应变（4 4）电源电压）电源电压U=6VU=6V

5、解：由上述公式可知解：由上述公式可知 R1R3R4R2U=6VUOAB+第2页/共25页第三页，共25页。3 3、在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为、在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120120的金属应变片的金属应变片R1R1和和R2R2，把这两个应变片接入差动电桥，把这两个应变片接入差动电桥(din qio)(din qio)如右图。若如右图。若钢的泊松系数钢的泊松系数 0.2850.285，应变片的灵敏系数，应变片的灵敏系数k k2 2，电桥，电桥(din qio)(din qio)电源电电源电压压U U2V2V，当试件受轴向拉伸时，测

6、得应变片，当试件受轴向拉伸时，测得应变片R1 R1 的电阻变化值的电阻变化值 ，试求电桥试求电桥(din qio)(din qio)的输出电压的输出电压U0U0。解：有轴向形变和径向形变，是半桥双臂，解：有轴向形变和径向形变，是半桥双臂，所以所以第3页/共25页第四页，共25页。4、金属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同(b tn)？解：金属应变片主要由几何尺寸的形变决定，其电阻率的变化很小，忽略不计；半导体应变片是基于压阻效应，由电阻率的变化决定。第4页/共25页第五页，共25页。二、电容式传感器作业二、电容式传感器作业(zuy)1 1、上图为变介电常数式电容传感器、上图为变介电常数式

7、电容传感器 ，其中，其中 若有若有 ：（1 1）（2 2）（3 3）并如何设计成差动式？）并如何设计成差动式？解：解：并有并有 所以：所以：进而进而(jn r)(jn r)可知：可知：差动式的设计如下：差动式的设计如下：2 1CA CBxlxd2d12 1CA CBlx+xd2d1x+x2 1xld2lx第5页/共25页第六页，共25页。2 2、如图，、如图，C1C1与与C2C2是两个差动式传感器的两个电容，是两个差动式传感器的两个电容，A1A1、A2A2是电压是电压两个比较器，两个比较器，UrUr是参考是参考(cnk(cnk o)o)电压，电源电压为电压，电源电压为U U，设接通电，设接通电

8、源时，源时，QQ为高电平。试作图分析为高电平。试作图分析uAuA、uBuB、uABuAB、UFUF、UGUG的电压的电压波形图（分波形图（分C1=C2C1=C2与与C1=C2C1=C2两种情况）两种情况）解：先解：先A A高，对高，对C1C1充电，充电，当当UFUrUFUr时翻转，于是时翻转，于是A A低，低，C1C1放电。放电。B B与与A A相反。相反。图略图略双稳态触发器A1A2UrQ A R1Q B R2VD1VD1C1C2uABFG第6页/共25页第七页，共25页。3 3、如右图（、如右图（1 1、3 3为固定极，为固定极，2 2为可动极板）所示电容式传感为可动极板）所示电容式传感器

9、，其可动极筒外径为器，其可动极筒外径为9.8mm9.8mm，定极内径为，定极内径为10mm10mm，上下，上下遮盖长度各为遮盖长度各为1mm1mm，试求两个电容值？当供电，试求两个电容值？当供电(nn din)din)频率为频率为60KHz60KHz时，求它们的容抗值？时，求它们的容抗值？解：解：容抗值容抗值第7页/共25页第八页，共25页。4 4如右图（如右图（1 1为固定极，为固定极，2 2为可动极板）所示的电容为可动极板）所示的电容(dinrng)(dinrng)式传感式传感器，极板宽度器，极板宽度b b4mm4mm，间隙，极板间介质为空气，试求其静态，间隙，极板间介质为空气，试求其静态

10、灵敏度。若动极板移动灵敏度。若动极板移动2mm2mm，求其电容，求其电容(dinrng)(dinrng)变量。变量。解：解：第8页/共25页第九页，共25页。三、电感式传感器三、电感式传感器n n某螺管型差动式自感传感器（如右图，某螺管型差动式自感传感器（如右图，1 1、4 4为圆盖，为圆盖，2 2为磁筒，为磁筒，3 3为磁心）的结构为磁心）的结构(jigu)(jigu)参数为参数为NN800800匝，匝，h h10mm10mm、t t6mm6mm、2mm2mm（磁心直径）、（磁心直径）、10mm10mm（螺管线圈内径），并设（螺管线圈内径），并设 1.301.30，（，（1 1）试求在平衡状

11、态下单个线圈的电感量）试求在平衡状态下单个线圈的电感量 =?=?（2 2）若将其接入变压器电路，电桥变压器二次侧电源频率为）若将其接入变压器电路，电桥变压器二次侧电源频率为10000Hz10000Hz，u/2u/20.9V0.9V，设电感线圈有效电阻可以忽略，求该传感器的灵敏系数，设电感线圈有效电阻可以忽略，求该传感器的灵敏系数？解:(1)第9页/共25页第十页，共25页。n n(2)实质(shzh)为调相电路11总灵敏度：总灵敏度：当铁芯发生当铁芯发生(fshng)(fshng)位移后：位移后：即即第10页/共25页第十一页，共25页。五、热电偶传感器五、热电偶传感器1 1、将一灵敏度为、将

12、一灵敏度为0.08mV/0.08mV/的热电偶与电压表相连接，电压表的热电偶与电压表相连接，电压表接线端是接线端是5050，若电位计上读数为，若电位计上读数为60mV60mV，热电偶的热端温，热电偶的热端温度是多少？度是多少？解：冷端温度为解：冷端温度为5050，等效热电势：，等效热电势：0.08mV/0.08mV/*50*50=4mV=4mV；热端实际热电势为：热端实际热电势为：E E（t,t,toto）=E=E（t,t1t,t1）+E+E（t1,t1,toto）60604 464mV64mV，可以计算可以计算(j sun)(j sun)出热端实际温度为：出热端实际温度为：64mV/0.08

13、mV/64mV/0.08mV/=800=800或者：或者：60600.08x0.08x（T-50T-50）,则则T=800T=800第11页/共25页第十二页，共25页。2、欲测量变化(binhu)迅速的200的温度应选用何种传感器？测1500的高温度又应选用何种传感器？（不考虑测量精度与线性度的要求）解：测200选择热敏电阻或者薄膜热电偶；测1500选择铂铑30-铂铑6热电偶。第12页/共25页第十三页，共25页。3、为什么在实际应用中要对热电偶进行冷端补偿？解：因为热电偶输出的热电势是相对(xingdu)于冷端温度的相对(xingdu)温度，如果测量热端的绝对温度，则必须要知道冷端的温度，

14、或者冷端的等效热电势是多少。第13页/共25页第十四页，共25页。六、光电式传感器六、光电式传感器：1 根据根据P90，图，图3.73（b）选择，）选择，当光源当光源(gungyun)波长波长 =0.8 0.9 m 时宜采用那种光时宜采用那种光敏晶体管作测量元件？为什么敏晶体管作测量元件？为什么？解：选用硅材料做光电器件。根解：选用硅材料做光电器件。根据光谱特性，此处硅相对灵敏据光谱特性，此处硅相对灵敏度高。度高。第14页/共25页第十五页，共25页。2 试用(shyng)光敏三极管控制以及直流电磁继电器设计一个电灯控制电路的原理图。（逻辑：没有光照时，电灯亮）(a)(b)(c)其中，VO端接

15、(dun ji)电磁继电器，控制电灯。第15页/共25页第十六页，共25页。3 3、解释、解释CCDCCD势阱的概念，论述势阱的概念，论述CCDCCD的电荷转移过程。的电荷转移过程。解：从半导体的原理可知解：从半导体的原理可知,当在金属电极上施加当在金属电极上施加(shji)(shji)一正电压时，一正电压时，在电场的作用下，电极下面的在电场的作用下，电极下面的P P型硅区里的空穴将被赶尽，从而型硅区里的空穴将被赶尽，从而在表面附近形成一个带负电荷的耗尽区。也就是说，对带负电在表面附近形成一个带负电荷的耗尽区。也就是说，对带负电的电子而言，这个耗尽区是一个势能很低的区域，成为电子的的电子而言，

16、这个耗尽区是一个势能很低的区域，成为电子的势阱，简称为势阱，简称为“势阱势阱”，这是蓄积电荷的场所。表面势阱的深度，这是蓄积电荷的场所。表面势阱的深度，近似地与极板上所加的电压成正比。近似地与极板上所加的电压成正比。电荷转移过程详见课件中电荷转移过程详见课件中t=t1t=t1、t=t2t=t2、t=t3t=t3、t=t4t=t4四个时刻的电四个时刻的电荷转移过程（略）。荷转移过程（略）。第16页/共25页第十七页，共25页。七、霍尔传感器七、霍尔传感器 某霍尔元件某霍尔元件l l、b b、d d尺寸分别尺寸分别(fnbi)(fnbi)为为1.0cm x 0.35cm x 0.lcm1.0cm

17、x 0.35cm x 0.lcm，沿，沿l l方向通以电流方向通以电流I=1.0mAI=1.0mA，在垂直，在垂直lb lb面方向加有均匀磁场面方向加有均匀磁场B=0.3TB=0.3T，传感器的灵敏度系数为传感器的灵敏度系数为22V/A.T22V/A.T，试求其输出霍尔电动势及载流，试求其输出霍尔电动势及载流子浓度。子浓度。解：解：第17页/共25页第十八页，共25页。八、光纤传感器八、光纤传感器1、求光纤n0=1、n1=1.46、n2=1.45的NA值，以及(yj)最大入射角c=？解：第18页/共25页第十九页，共25页。2、光纤传感器有哪几种调制(tiozh)方式？解：强度调制(tiozh

18、)、相位调制(tiozh)、频率调制(tiozh)3、光纤的数值孔径NA的物理意义是什么？NA的取值大小有什么作用？解：NA=n0sinc，NA值越大，说明最大入射角度越大，入射的光越多（集光能力强）。第19页/共25页第二十页，共25页。4 4、说明弯头型光纤传感器的工作原理。、说明弯头型光纤传感器的工作原理。解：如图所示解：如图所示 工作过程：工作过程：锯齿板受外力作用锯齿板受外力作用产生产生(ch(ch nshng)nshng)位移使中间的裸光位移使中间的裸光纤微弯曲纤微弯曲在微弯处使光束以小于临界角的角度入射到在微弯处使光束以小于临界角的角度入射到界面，会有部分光逸出纤芯而散射入包层，

19、引起光强界面，会有部分光逸出纤芯而散射入包层，引起光强调制。锯齿板位移较小时，光纤中光强的变化与位移调制。锯齿板位移较小时，光纤中光强的变化与位移量是呈线性关系的。量是呈线性关系的。第20页/共25页第二十一页，共25页。九、超声波传感器九、超声波传感器1 1、解释多普勒效应。已知多普勒超声波流量计的发射、解释多普勒效应。已知多普勒超声波流量计的发射波频率为波频率为5MHz5MHz，传感器角度为，传感器角度为6060度，液体中声速为度，液体中声速为1500m/S1500m/S，多普勒频移为，多普勒频移为6MHz6MHz。求流体流速。求流体流速v v。解：在声源和接受器之间存在相对运动的情况解：

20、在声源和接受器之间存在相对运动的情况(qngkung)(qngkung)下，所接受到的声信号频率与声源频率下，所接受到的声信号频率与声源频率有差别，即：多普勒效应。有差别，即：多普勒效应。第21页/共25页第二十二页，共25页。2 2、比较、比较AEAE传感器与超声波探伤仪工作原理的异传感器与超声波探伤仪工作原理的异同点。同点。解：解：AEAE传感器原理：金属材料在损伤前会发生微传感器原理：金属材料在损伤前会发生微弱超声波，即：弱超声波，即：AEAE现象。特点：只收不发；现象。特点：只收不发；超声波探伤仪是利用一对探头，一收一发。有伤超声波探伤仪是利用一对探头，一收一发。有伤时，将影响时，将影响(y(y ngxingxi ng)ng)收到的超声波的强度。收到的超声波的强度。第22页/共25页第二十三页，共25页。3、解释超声波发射、接收探头(tn tu)的工作原理与压电效应和逆压电效应之间的关系。解：超声波发射、接收探头(tn tu)工作原理：（1）发射探头(tn tu)：利用压电材料的逆压电效应将高频电信号转换成高频机械振动，产生超声波。（2）接收探头(tn tu)：利用压电材料的压电效应将超声波产生的高频机械振动，转换成高频电信号。第23页/共25页第二十四页，共25页。The end第24页/共25页第二十五页，共25页。