2023年传感器试题.pdf

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1、传感器考试试卷一：填空题(每空1 分)1.依据传感器的工作原理，传 感 器 分 敏感元件，转换元件，测 量 电 路 三个部分组成。2.半导体应变计应用较普遍的有旌型、薄膜型、扩散型、外延型等。3.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，根据光电效应可以分为外 光 电 效 应，内光电效应，热释电效应 三种。4.光电流与暗电流之差称为光电流。5.光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域内。6.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可 采 用 直线栅式应变计和箔式应变计结构。7.反射式光纤位移传感器在位移-输出曲线的前坡区呈线性关系,在后坡区与距离的平方成反比关系。8.根据热敏

2、电阻的三种类型，其 中 临 界 温 度 系 数 型 最适合开关型温度传感器。9.画出达林顿光电三极管内部接线方式：110.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感限度的特性参数。其定义为：传感 器 输 出 量 的 变 化 值 与 相 应 的 被 测 量 的 变 化 值 之比，用 公 式 表 达 k(x)=A y/A x。11.线性度是指传感器的输 出 量 与 输 入 量 之间是否保持抱负线性特性的一种度量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为 理 论 线 性 度、端基线性 度、独 立 线 性 度、最 小 二 乘 法 线 性 度 等。最 常 用 的 是 最小二乘法线性度。12.根据敏感元件材料的

3、不同，将 应 变 计 分 为 金 属 式 和 半 导 体 式 两 大类。1 3.运用热效应的光电传感器包含光-热、热-电两个阶段的信息变换过程。1 4.应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法电桥补偿造、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。1 5.应变式传感器一般是由电阻应变片和 测量电路两部分组成。1 6.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界线、迟滞差和稳定性。1 7.在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外 光 电 效 应，入射光强改变物质导电率的物理现象称为内光电效应。1 8.光电管是一个装有光电阴 极 和阳 极 的真空玻璃管。1 9.光电管的频率

4、响应是指一定频率的调制光照射时光电输出的电流随频率变化的关系，与其物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有关。多数光电器件灵敏度与调制频率的关系为S r (f)=S r。/(1+4 况 2 f 2 T 2)2 0.内光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。2 1.国家标准G B 7665-87对传感器下的定义是：可以感受规定的被测量并按照一定的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。2 2.传感器按输出量是模拟量还是数字量，可分为模拟量传感器和数字量传感器2 3.传感器静态特性的灵敏度用公式表达为:除尸输出量的变化值/输入量的变化值=/丫/人2 4.应变计的粘贴

5、对粘贴剂的规定重要有：有一定的粘贴强度；能准确传递应变;蠕变小;机械滞后小;耐疲劳性好;具有足够的稳定性能；对弹性元件和应变计不产生化学腐蚀作用；有适当的储存期；应有较大的温度合用范围。2 5.根据传感器感知外界信息所依据的基本校园，可以将传感器提成三大类：物 理 传 感 器，化学传感器，生物传感器。P 32 6.应变式测力与称重传感器根据弹性体的的结构形式的不同可分为柱式传感霍、轮辐式传感器、悬梁式传感器 和 环式传感器2 7.大多数接受器对所感受的波长是有选择性的，接受器对不同波长光的反映限度称为光谱灵敏度，其表达式为：S(4)=等。(/1)2 8.应变式传感器一般 是 由 电阻应变片和测

6、 量 电 阻 两部分组成。2 9.应变式传感器的基本构成通常可分为两部分：弹性敏感元件、应变计3 0.传感器种类繁多，根据传感器感知外界信息的基本效应，可将传感器分为基于物理效应，基于化学效应，分 子 辨 认 三大类。3 1.长为1、截面积为A、电阻率为P的金属或半导体丝，其电阻为：R=p。A3 2.传感器是静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度阈值、迟滞差、稳定性(5)3 3.温度补偿的方法电桥补偿法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法(4)3 4.在应变计设计过程中，为了减少横向效应，可采用直角线栅式应变计或箔式应变计。3 5.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，其中内光电效应

7、可以分为光电导效应、光生伏特效应。3 6.应变计的允许的最高工作频率f 是应变计的重要参数，若应变波幅测量的相对误差为e,在该材料中的传播速度为v,则对于L的应变计，其 =上 辰 o兀I3 7.应变计根据敏感元件的材料不同，可分为金属式和半导体式。3 8.应变计根据敏感元件的不同可以分为金属式和半导体式两大类。3 9.应变测力传感器由弹性体、应变计和外壳组成。4 0.内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应。4 1.光敏电阻的温度特性的公式是a =%x l O O%(R 为在一定光照下，GT/2温度为3时的阻值；R 2为在一定光照下，温度为L时的阻值)42.电阻应变计，也称应变计或应变力,是一种

8、能将机械构件上的应变的变化转换成电阻变化的传感元件。43.一个高阶系统的传感器总可以当作是由若干个重阶系统、一阶和二阶系统组合而成的。44.敏感光栅越窄，基长越长的应变计，其横向效应引起的误差越小(大/小)。45.应变式传感器的基本结构通常可以分为两部分，弹性敏感元件和应变计。46.应变计自补偿方法涉及：选择式自补偿应变计和双金属敏感栅自补偿应变计。47.入射光强改变物质导电率的物理现象叫做光电导效应。48.光电倍增管是运用二次电子释放效应,将光电流在管内部进行放大。49.依据传感器的输出信号形式，传感器可分为模 拟 式 传 感 器，数字式传 感 器。50.传感器线性度公式耳=4x100%,其

9、中，丫因表达的是 传感器满量程YFS输出平均值。51.两个各有G(s)和 Gz(s)传递函数的系统串联后，假如其阻抗匹配合适，互相之间不影响彼此的工作状态，那么其传递函数为.G(s)=Gi(s)G K s)。52.实验表白，金属线材的应变计实际灵敏度k 恒(、或=)理论灵敏度系数k。，其因素除了粘合剂、基片传递变形失真外，重要因素是存在_ 横向效应 O53.光电倍增管是运用 二次电子释放 效应,将光电流在管内部进行放大。它由 光 电 阴 极、若干倍增极 和 阳极 三部分组成。54.根据传感器感知外界信息所依据的基本效应，可将传感器分为三大类，分别是：物理传感器、化学传感器、生物传感器55.输入

10、逐渐增长到某一值，与输入逐渐减小到同一入值时的输出值不相等，叫做 迟滞 现象。迟滞差 表达这种不相等的限度。其值以 满量程 的输出丫格的百分数表达。二、判断题1、一个复杂的高阶系统总是可以当作是由若干个零阶、一阶和二阶系统串联而成的。（对）2、应变计的非线性度一般规定在0.0 5%或 1%以内。（对）3、电阻丝式应变传感计的横向效应可以用H=k，/k*=（n-l）L/2 nL+（n T）L 表达，可 见 ls（r）愈小，L愈大，H愈小。即敏感栅愈窄，基长愈长的应变计，其横向效应引起的误差越小。（对）4、等臂电桥当电源电压及电阻相对变化一定期，电桥的输出电压及其电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。

11、（对）5、应变计粘合剂不仅规定粘接力强，并且规定粘合层的剪切弹性模量大，能真实地传递试件的应变。此外，粘合层应有高的绝缘电阻、良好的防潮性防油性能以及使用简便等特点。（对）6、光生伏特效应就是半导体材料吸取光能后,在P N 结上产生电动势的效应。（对）7、传感器动态特性可用瞬态响应法和频率相应法分析。（J）8、A P D 在使用时，须在元件两端加上近于击穿的反偏压。（对）9、半导体色敏传感器能用来直接测量从可见光到红外波段内单色辐射的波长。（对）1 0、半导体色敏传感器可以用来直接测量从可见光到红外波段内单色的波长，它有两个深度相同的P N 结构成。（错）1 1、光电二极管的光谱特性与P N

12、结的结深有关。（对）1 2、C C D 图像传感器是按一定规律排列的M O S 电容器组成的阵列。（对）1 3、光生伏特效应就是半导体材料吸取光能后，在 P N 结上产生电动势的效应。（对）1 4、压电谐振式感器可以不运用压电晶体谐振器的共振频率随被测物理量变化进行测量的。（X）15、数值孔径是反映纤芯接受光量的多少,标志光纤接受性能的一个重要参数（对）16、在阶跃型光纤中，数值孔径越大光纤性能越好。（错）17、光纤传感器中的弯曲损耗是有害的，必须消除。（错）18、光纤纤芯折射率低于包层的折射率。（错）19、感湿特性量随环境温度的变化越大,环境温度变化所引起的相对湿度的误差就越 小（错）20、

13、半导体湿度传感器的响应时间分为吸湿响应时间和脱湿响应时间，大多数湿度传感器都是脱湿响应时间大于吸湿响应时间。（对）21、湿度传感器在升湿和降湿往返变化时的吸湿特性曲线不重合，所构成的曲线叫湿滞回线。（J）22、根据全内反射原理，设计光纤纤芯的折射率/要小于包层的折射率电。（错）23、在光纤纤维传中传播模式很多对信息传输是不利的，由于同一光信号采用很多模式传播，就会使这一光信号分为不同时间到达接受端的多个小信号，从而导致合成信号的畸变。（对）24、暗市场传感器与亮市场传感器的不同之处在于:它使用从包层进入纤芯的光产生输出信号。（错）25、压缩式压电加速度传感器中为便于装配和增大电容量常用两片极化

14、方向相同的晶片，电学上串联输出。（错）26、SAW气敏传感器中，吸附膜吸取了环境中的某种特定气体，使基片表面性质发生变化，导致SAW振荡器振荡频率发生变化，通过测量频率的变化就可检测特定气体成分的含量。（对）27、热敏电阻的温度系数随温度减小而减小，所以低温时热敏电阻温度系数小，灵敏度高，故热敏电阻常用于低温（TOO300）测量。（错）28、因环境温度改变而引起的附加电阻变化或者导致的视应变，除与环境温度变化有关外，还与应变计自身的性能参数k、a。以及被测构件的线膨胀系数3有关。（对）2 9、应变计的灵敏度K 恒小于金属材料的灵敏度系数K。（对）3 0、光电效应能否产生，取决于光子的能量是否大

15、于该物质表面的溢出功（对）3 1、一个复杂的高阶系统总是可以当作是由若干个零阶、一阶和二阶系统并联而成的。（错）3 2、电阻应变仪的差值法一般用于动态测量，零值法一般用于静态测量（对）3 3、为了使电子从价带激发到导带，入射光子的能量E。应当大于禁带宽度E g o （对）3 4、传感器的输出一输入校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程输出之比，称为该传感器的“非 线 性 误 差（V）3 5、选择传感器时，相对灵敏度必须大于零。（X）3 6、用一阶系统描述的传感器，其动态响应特性的优劣也重要取决于时间常数T,T越大越好。（X）3 7、应变计灵敏度k 横小于金属线材的灵敏度系数k。（V

16、）3 8、想要提高电桥的电压灵敏度K u,必须提高电源电压，但不受应变计允许功耗的限制。（X）3 9、弹性敏感元件的弹性储能高，具有较强的抗压强度，受温度影响大，具有良好的反复性和稳定性等。（X）4 0、光谱灵敏度为光电器件对单色辐射通量的反映与入射的单色辐射通量之比。（V）简答题1、光生伏特效应如何产生？答：当光照射到距表面很近的P N 节时，假如光能足够大，光子能量大于半导体材料的禁带宽度，电子就能从价带跃迁到导带，成为自由电子。由于光生电子、空穴在扩散过程中会分别于半导体中的空穴、电子复合，因此载流子的寿命与扩散长度有关。只有P N 结距表面的厚度小于扩散长度，才干形成光电流产生光生电动

17、势。2、什么是压电效应？压电传感器有哪些？答：当某些晶体沿一定方向伸长或压缩时，在其表面上会产生电荷，这种效应成为压电效应。压电传感器有压电加速度传感器、压电谐振式传感器、声表面波传感器。3、当吸附膜是绝缘材料、导电体或金属氧化物半导体时，SAW气敏传感器的敏感机理？答：当薄膜是绝缘材料时，它吸附气体引起密度的变化，进而引起SAW延迟线振荡器频率的偏移;当薄膜是导电体或金属氧化物半导体膜时，重要是由于导电率的变化引起SAW延迟线振荡器频率的偏移。4、简说马赫一泽德(Mach-Zehnder)干涉仪的工作原理。5、简述光纤传感器的优点？1.具有很高的灵敏度2.频带宽动态范围大3.可根据实际情况做

18、成各种形状4.可以用很相近的技术基础构成传感不同物理量的传感器，这些物理量涉及声场、磁场、压力、温度、加速度、转动、位移、液位、流量、电流、辐射等等。5.便于与计算机和光纤传输系统相连，易于实现系统的遥测和控制。6.可用于高温、高压、强磁干扰、腐蚀等各种恶劣环境。7.结构简朴、体积小、重量轻、耗能少。6、相位跟踪系统是由什么组成的并简述它的功能?相位跟踪系统是由电路系统和光纤相位调制器组成的。1.抵消任何不必要的大的低频相位漂移，使干涉仪保持平衡，2.提供保证干涉仪在正交状态下工作的相移。7、什么叫安时特性流过热敏电阻的电流与时间的关系，称为安时特性8、数值孔径的定义光从空气入射到光纤输入端面

19、时，处在某一角锥内的光线一旦进入光纤，就将被截留在纤芯中，此光锥半角的正弦称为数值孔径9、什么叫绝对湿度在一定温度和压力条件下，单位体积的混合气体中所含水蒸气的质量为绝对湿度10、光纤优点：1抗电磁干扰能力强2柔软性好3光纤集传感与信号传输与一体,运用它很容易构成分布式传感测量11、光纤分类：一功能型光强度调制型光相位调制型光偏振态调制型二非功能型光线位移传感器光纤温度传感器12、光导纤维为什么可以导光？光导纤维有哪些优点？光纤式传感器中光纤的重要优点有哪些？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

20、度反复逐次反射，直至传递到另一端面。优点：a具有优良的传旋光性能，传导损耗小b频带宽，可进行超高速测量，灵敏度和线性度好c能在恶劣的环境下工作，能进行远距离信号的传送功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的波导，并且具有测量的功能。它可以运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。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；并且具有与光纤遥测技术的内在相容性。1 3、简述振幅型和相位型光纤传感器的原理。振幅型传

21、感器的原理：待测的物理扰动与光纤连接的光纤敏感元件互相作用，直接调制光强。相位型传感器的原理：在一段单模光纤中传输的相干光，因待测物理场的作用，产生相位调制。1 4、简述半导体气敏器件的分类和它们的代表性被测气体分别是什么？分为电阻型和非电阻型两大类。电阻型可分为1）表面电阻控制型，其代表性被测气体为可燃性气体；2）体电阻控制型，其代表性被测气体为乙醇、可燃性气体和氧气；非电阻型又可分为1）表面电位，其其代表性被测气体为硫醇；2）二级管整流特性，其代表性被测气体为氢气、一氧化碳、乙醇3）晶体管特性，其代表性被测气体为氢气和硫化氢。1 5、简述光纤传感器的优点。1）与其他传感器相比，它具有很高的

22、灵敏度2）频带宽动态范围大3）可根据实际需要做成各种形状4）可以用很相近的技术基础构成传感不同物理量的传感器，这些物理量涉及声场、磁场、压力、温度、加速度、转 动（陀螺）、位移、液位、流量、电流、辐射等等5）便于与计算机和光纤传输系统相连，易于实现系统的遥测和控制6）可用于高温、高压、强电磁干扰、腐蚀等各种恶劣环境7）结构简朴、体积小、重量轻、耗能少1 6、什么是红限频率？答：光电效应能否产生，取决于光子的能量是否大于该物质表面的电子逸出功。这意味着每一种物质都有一个相应的光频阈值。1 7、电阻应变计产生温度误差的因素是？答：(1)敏感栅金属丝电阻自身随温度发生变化。(2)试件材料与应变丝材料

23、的线膨胀系数不一，使应变丝产生附加变形而导致的电阻变化。1 8、什么叫线性度？其定义为：传感器的输出一输入校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程输出之比，称为该传感器的“非线性误差”或 称“线性度”，也 称“=x l O O%非线性度”。通常用相对误差表达其大小：b1 9、简说光电倍增管的工作原理。答;运用二次电子释放效应，将光电流在管内部进行放大。所谓二次电子释放效应是指高速电子撞击固体表面，再发射出二次电子的现象。2 0、简述温度补偿方法有哪些？：(1)电桥补偿法。(2)辅助测温元件微型计算机补偿法。(3)应变计自补偿法。(4)热敏电阻补偿法。2 1、电阻应变计产生温度误差的因

24、素是？答：(1)敏感栅金属丝电阻自身随温度发生变化。(2)试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一，使应变丝产生附加变形而导致的电阻变化。2 2、简说光电倍增管的工作原理。答：运用二次电子释放效应，将光电流在管内部进行放大。所谓二次电子释放效应是指高速电子撞击固体表面，再发射出二次电子的现象。23、光纤传感器所具有的特点？A.与其它的传感器相比，它具有很高的灵敏度。B.频带宽动态范围大。C.可根据实际需要做成各种形状。D.可以用很相近的技术基础构成传感不同物理量的传感器。E.便于与计算机和光纤传输系统相连，易于实现系统的遥测和控制F.可用于高温、高压、强电磁波干扰、腐蚀等各种恶劣环境。G.结构简朴

25、、体积小、重量轻、耗能少。24、温度传感器从使用上分为什么？各自有何不同。温度传感器从使用上大体分文接触型和非接触型两大类，前者是让温度传感器直接与待测对象接触，后者是使温度传感器与待测对象离开一定距离，检测从待测对象放射出的红外线，从而达成测温的目的。25、简朴简述下声波传感器简写S A W,是一种能量集中于媒质表面、沿表面传播、其振幅随深度呈指数衰减的弹性波。通常在压电晶体的表面设立叉指换能器(ID T)来激励和检测声波表面。SAW的传感器重要的机理来达成检测物理量、化学量、和生物量的目的26、应变式传感器与其他类型传感器相比具有如下特点：(1)测量范围广、精度高。(2)性能稳定可靠，使用

26、寿命长。(3)频率响应特性较好。(4)能在恶劣的环境条件下工作。(5)易于实现小型化、整体化27、数值孔径(N A)的定义及其公式。答：光从空气入射到光纤输入端面时，处在某一角锥内的光线一旦进入光纤，就将被截留在纤芯中，此 光锥半 角（9）的正弦称为数值孔径。可导出NA=小 说-n；式 中n l为铅芯折射率，n 2为包层折射率。2 8、晶体的压电效应和反向压电效应的定义。答：当某些晶体沿一定方向伸长或压缩时，在其表面上会产生电荷（束缚电荷），这种效应称为压电效应。压电效应是可逆的，即晶体在外电场的作用下要发生形变,这种效应称为反向压电效应。2 9、S A W气敏传感器选择性吸附膜的规定是什么？

27、答：一方面，它需要对特定气体有灵敏的选择性和分辨率；另一方面，性能应稳定可靠；第三，要有较快的响应时间并易于解吸恢复。3 0、简述半导体热敏电阻的工作原理和重要特点。答：（1）工作原理：由于热运动（如温度升高），载流子克服禁带宽度（或电离能）引起导电，这种热跃迁使半导体载流子浓度和迁移率发生变化,引起电阻率值发生变化。（2）重要特点：灵敏度高体型小使用方便3 1、半导体应变计有什么优点？（1）灵敏度高。比金属应变计的灵敏度约大5 0-1 0 0倍。（2）体积小，耗电省（3）由于具有正、负两种符号的应力效应，则可以用有正、负两种符号应力效应的半导体应变计组成同一应力方向的电桥两臂，提高灵敏度。（

28、4）机械滞后小，可测量静态应变、低频应变等。3 2、简述谐振式传感器的优点答：以数字输出，不必通过A/D转换就可以方便的与计算机相连，组成高精度的测量和控制系统，功耗少、稳定性高。33、简述半导体热敏电阻的工作原理答：由于热运动（譬如温度升高），越来越多的载流子客服禁带宽度（或电离能）引起导电。34、光电倍增管工作原理答：是运用二次电子释放效应，将光电流在管内部进行放大。所谓二次电子释放效应是指高速电子桩基固体表面，再发射出二次电子的现象。35、热电型辐射传感器答：热电型辐射传感器是指由于辐射热引起无件温度的微小变化，导致电阻一类的物理量度的变化，而达成测温的目的。这类传感器一般与波长无关。热

29、电型红外传感器的优点是使用方便，缺陷是响应速度慢，灵敏度低。36、绝对湿度和相对湿度答：两者的定义分别为：绝对湿度:在一定温度和压力条件下，单们体积的混合气体中所含水蒸气的质量为绝对湿度。相对湿度:相对湿度是指气体的绝对湿度与同一温度下达成饱和状态的绝对湿度的比例。37、半导体磁敏传感器答：半导体磁敏传感器是指电参数按一定规律随磁性量变化的传感器，常用的有霍尔传感器和磁敏电阻传感器。运用磁场作为媒介来检测位移、振动、力、转速、加速度、流量、电流、电功率等。可实现非接触测量，并且不从磁场中获取能量。38、湿滞回线答：湿度传感器在升湿和降湿往返变化时的吸湿和脱湿特性曲线不重合，所构成的曲线叫湿滞回

30、线。39、温度系数答：温度系数是反映湿度传感器的感湿特性量一相对湿度特性曲线随环境温度而变化的特性40、光生伏特效应如何产生？答：当光照射到距表面很近的PN节时，假如光能足够大，光子能量大于半导体材料的禁带宽度，电子就能从价带跃迁到导带，成为自由电子。由于光生电子、空穴在扩散过程中会分别于半导体中的空穴、电子复合，因此载流子的寿命与扩散长度有关。只有PN结距表面的厚度小于扩散长度，才干形成光电流产生光生电动势。4 1、模式去除器的作用？答：吸取几乎所有也许在光纤包层中传播的光。一方面保证只有纤芯光才干到达变形器中的光纤段，另一方面是保证吸取掉因采用变形器而进去包层中的任何纤芯光。4 2、简说萨

31、格奈克(S a g n a c)干涉仪的工作原理。见书本P 1 0 8 图 4.2 143、光电效应可分为哪三种类型，简朴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，即光明极就是用品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：运用光势垒效应，光势垒效应指在光的照射下，物体内部产生一定方向的电动势。光电池是基于光生伏特效应制成的，是自发电式有源器件。4 4、简述光敏电阻的特点：灵 明 度

32、高 光 谱 响 应 范 围 宽 体 积 小 重 量 轻 机 械 强 度 高 耐 冲 击 抗 过 载能 力 强 耗 散 功 率 大 寿 命 长4 5、箔式应变计与丝式应变计相比有什么优点？答：(1)工艺上能保证线栅的尺寸对的、线条均匀，大批量生产时，阻值离散限度小。(2)可根据需要制成任意形状的箔式应变计和微型小基长的应变计。(3)敏感栅截面积为矩形，表面积大，散热好，在相同截面情况下能通过较大的电流。(4)厚度薄，因此具有良好的可挠性，它的扁平状箔栅有助于形变的传递。(5)蠕变小，疲劳寿命高。(6)横向效营小。(7)便于批量生产，生产效率高。4 6、应变计的零漂的定义以及产生零漂的因素？答：恒

33、定温度下，粘贴在试件上的应变计，在不承受载荷的条件下，电阻随时间变化的特性称为应变计的零漂。零漂的重要因素是，敏感栅通过工作电流后的温度效应，应变计的内应力逐渐变化，粘接剂固化不充足等。4 7、应变计温度误差产生的因素？答：产生温度误差的因素有两点：(1)敏感栅金属丝电阻自身随温度发生变化。(2)试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一，是应变丝产生附加变形而导致的电阻变化。4 8、对光电器件灵敏度的理解？答：光电器件对辐射通量的反映成为灵敏度，也成为响应。反映用电压或电流表达，对可将光常用的有流明灵敏度和勒克斯灵敏度。流明灵敏度S l m=光 电 流（A）/光通量（1 m）勒克斯灵敏度S l x

34、=光 电 流（A）/受 光 面 照 度（l x）4 9、什么是传感器的灵敏度灵敏度是描述传感器的输入量（一般为电学量）对 输 入 量（一般为非电学量）敏感限度的特性参数。其定义为：传感器的变化值和相应的被测量（输入量）的变化值之比，用公式表达为：K （x）=输出量的变化值/输入量的变化值=4 y/4 x5 0、光电效应可分为哪三种类型，简朴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，即光明极就是用品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

35、阻率发生改变的现象。光敏电阻即属此类。c）光生伏特效应：运用光势垒效应，光势垒效应指在光的照射下，物体内部产生一定方向的电动势。光电池是基于光生伏特效应制成的，是自发电式有源器件。5 1、应变式传感器与其他类型传感器相比具有如下特点：（1）测量范围广、精度高。（2）性能稳定可靠，使用寿命长。（3）频率响应特性较好。（4）能在恶劣的环境条件下工作。（5）易于实现小型化、整体化5 2、简说热释电效应答：当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷。这种由于热变化而产生的电极化现象称为热释电效应。通常，晶体自发极化所产生的束缚电荷被空气中附集在晶体外表面的自由电子所中和，其自发极化电

36、矩不能显示出来。当温度变化时，晶体结构中的正、负电荷重心产生相对位移，晶体自发极化值就会发生变化，在晶体表面就会产生电荷耗尽。53、什么是弹性敏感元件。答：传感器中由弹性材料制成的敏感元件。在传感器的工作过程中常采用弹性敏感元件把力、压力、力矩、振动等被测参量转换成应变量或位移量，然后再通过各种转换元件把应变量或位移量转换成电量。54、什么是热释电效应？答：由于温度的变化，热释电晶体和压电陶瓷等会出现结构上的电荷中心相对位移，使他们的自发极化强度发生变化，从而在它们的两端产生异号的束缚电荷，这种现象称为热释电效应。55、金属式应变片和半导体式应变片在工作原理上有什么不同？答：金属应变片是通过变

37、形改变丝栅的几何尺寸，而它的电阻率一般不变，半导体应变片是基于压阻效应而工作的，就是说沿半导体晶轴的应变，使它的电阻率有很大的变化，从而产生电阻变化。56、什么是电桥补偿法？在被测试件上安装一工作应变计，在此外一个于被测试件的材料相同，但不受力的补偿件上安装一补偿应变计。补偿件于被测试件处在完全相同的温度场内。测量时，使两者接入电桥的相邻臂上，由于补偿片RB是与工作片Ri完全相同的，且都贴在相同的试件上，并处在相同的温度下，这样，由于温度变化使工作片产生的电阻变化ARit与补偿片的电阻变化RBt相等，因此，电桥输出Use与温度无关，从而补偿了应变计的温度误差。57、简要说明光电倍增管的工作原理

38、。光阴极在光子作用下发射电子，这些电子被外电场（或磁场）加速，聚焦于第一次极。这些冲击次极的电子能使次极释放更多的电子，它们再被聚焦在第二次极。这样，一般经十次以上倍增，放大倍数可达成1081010。最后，在高电位的阳极收集到放大了的光电流。输出电流和入射光子数成正比。58、简要说明光电式传感器的应用和特点：光电传感器是将光信号转化为电信号的光敏器件，可用于检测直接引起光强变化的非电量，如光强，辐射测温，气体成分分析等，也可用于测量能转换为光量变化的其他非电量，如零件线度，表面粗糙度，位移，速度，加速度。具有非接触,相应快，性能可靠等优点。59、什么是传感器？答：传感器是与人的感觉器官相相应的

39、元件。可以感受规定的被测量并按照一定的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。60、什么是零漂和蠕变？答：（1）恒定温度下，粘贴在试件上的应变计，在不承受载荷的条件下，电阻随时间变化的特性称为应变计的零漂。零漂的重要因素是，敏感栅通过工作电流后的温度效应，应变计的内应力逐渐变化，粘接剂固化不充足等。（2）粘贴在试件上的应变计，保持温度恒定，在某一恒定机械应变长期作用下,指示应变随时间变化的特性，称为应变计的蠕变。粘合剂的选用和使用不妥，应变计在制造过程中产生的内应力等，是导致应变计产生蠕变的重要因素。61、什么是光电效应？答：半导体材料的电学特性受到光的照射而发生变化

40、。光电效应分为外光电效应和内光电效应，内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。62、简述光敏电阻的结构原理。答：光敏电阻的工作原理是基于光电导效应：在无光照时，光敏电阻具有很高的阻值；在有光照时，党光子的能量大于材料禁带宽度，价带中的电子吸取光子能量后跃迁到导带，激发出可以导电的电子-空穴对，使电阻减少；光线越强，激发出的电子-空穴对越多，电阻值越低；光照停止后，自由电子与空穴复合，导电性能下降，电阻恢复原值。63、简述应变计对粘贴剂的规定。答：有一定的粘结强度。能准确传递应变。蠕变小。机械滞后小。耐疲劳性能好具有足够的稳定性能。对弹性元件和应变计不产生化学腐蚀作用。有适当的储存期。应有较大

41、的温度使用范围。64、传感器技术发展迅速的因素答：（1）电子工业和信息技术促进了传感器产业的相应发展（2）政府对传感器产业发展提供资助并大力扶植（3）国防、空间技术和民用产品有广大的传感器市场（4）在许多高新技术领域可获得用于开发传感器的理论和工艺65、干涉型光纤传感器的基本原理？答：干涉型光纤传感器的基本机理是：在一段单模光纤中传输的相干光，因待测能量场的作用，而产生相位调制。66、相位跟踪系统的功能？答：（1）抵消任何不必要的大的低频香味漂移，使干涉仪保持平衡；（2）提供保证干涉仪在正交状态下工作的相移。67、什么是温度系数？答：温度系数是反映湿度传感器的湿度特性量-相对湿度特性曲线随环境

42、温度而变化的特性。68、半导体气敏器件的分类？答：目前研究和使用的半导体气敏器件大体上可分为电阻式和非电阻式两大类。电阻式又可提成表面控制型和体电阻控制型。非电阻式又可分为运用表面电位的、二极管整流特性的和晶体管特性的三种。69、温度传感器的分类？答：温度传感器从使用上大体可分为接触型和非接触型两大类，前者是让温度传感器直接与待测对象接触，后者是使温度传感器与待测对象离开一定距离，检测从待测对象放射出的红外线，从而达成测温的目的。70、解释弯曲损耗？答：弯曲损耗有两种类型。一种类型是由整根光纤以给定尺寸的半径弯曲所引起的，如把光纤绕在卷筒上也许引起的损耗。另一种类型称为微弯损耗，是由于纤芯轴线

43、方向的随机变化引起的。它是由外力、纤芯或包层的不完整性、纤芯-包层界面的波动 微小的疵点等因素导致的。设计题（20分，每个10分）1.依据已学知识设计一光纤位移传感器（规定画出框架图，并解释位移与输出信号的关系）发射光感接收光束:/被测目标探头到被测一目标平面距尚2.依据已学知识设计一种加速度传感器（规定画出结构图并注明所用的敏感元件）3.用所学知识设计出一种压力传感器，说明他的工作原理？P 1 0 3 图4.1 0 光纤测压传感器 或者P 1 5 1 图6.2 64.光纤干涉仪有较高的灵敏度，具有非常大的动态范围等优势。运用集成电路技术和目前的电光技术起来，请画出集成的迈克尔逊(Mi c h

44、 e ls o n)干涉仪，并写出具体部件。3 dB耦合器换能器5.依据已学知识设计一硒蒸发膜湿度传感器(标明电极)图见书本P 1 8 7 页6.用热释电传感器设计一个热释电报警器？7.C C D图像传感器的工作原理？8.依据已学知识设计一容器内液体重量传感器微压传感器9.依据已学知识设计一种热释电传感器（规定画出结构图并注明所用的敏感元件）10.画出你所认知的一种光电式传感器，规定注明结构如图是光电管11.设计微弯光纤传感器104页12.依据已学知识设计一种筒式压力传感器（规定画出结构图并注明所用的敏感元件）13.依据已学知识设计一应变式感器（规定画出结构图并注明所用的敏感元件）应变电阻1和

45、4 沉积在杆的凹面处应变电阻2 和 3 沉积在杆的凸面处14.依据已学知识，设计一个用差动变压式加速度传感器来测量某测试台平台振动的加速度（只画出原理图）测试电路处理信号电压表15.依据所学知识，设计一种实现自相关检测传感器（只画出原理图）16.依据已学知识设计一种零差法检测的光纤相位传感器（规定只画出框架图）17.依据已学知识设计一光纤磁传感器（规定画出框架图，并解释位移与输出信号的关系）答：书本P 1 2 L图4.3818.依据已学知识设计一种位移传感器（规定画出结构图并注明所用的敏感元件）（5分）P101 图 4.7(a)所示计算题(10分)1 .对于钢材v=5 0 0 0 m/s,若要

46、e=l%时，对 L=lmm的应变计，其允许的最高工作频率多大？答：f=v (6 e)1/2/n 1 =5 X 1 06X (6 X 0.0 1)m/(n X I)=3 9 0 k Hz2 .某温度传感器特性方程为2 0 d y/d t+5 y=0.1 5 x,其中y 为输出电压(mV),x 为输入温度(),求该传感器的时间常数T和静态灵敏度k。用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器的振动，已知：加速度计的灵敏度为5 p C/g,电荷放大灵敏度为5 0 mV/p C,当机器达成最大加速度值时相应的输出电压幅值为2 V,试求机器的振动加速度。(g 为重力加速度)解：由题意知，振动测量系统(压电式加

47、速度计加上电荷放大器)的总灵敏度K=K 1*K 2=5p C/g*50 m V/p C=2 50 m V/g=U/a式中U 为输出电压，a为振动系数的加速度。当输出电压为2 V 时，振动加速度为a=U/K=2*l 0*3/2 50=8(g)3 .已知均匀光纤的折射率为=L 50,相对折射率差为2=0.0 1,纤芯半径为a=2 5所,试求：该光纤LL模的截止波长。若=1 相，试计算光纤的归一化截止频率V 及其中传输的模数量N 各等于多少。(8%)由，/=&二乜=0.0 1,可得%“2=1.4 8 5（3 分）=11.28（3 分）V =7?-?=27-1 4 H zAV2N =3 682（3分）

48、（3分）4 .已知某二阶系统传器的自振频率f=1 0 kH z,阻尼比之=0.5,若规定传感器的输出幅值误差小于5%,试拟定该传感器的工作频率范围。5.某压电加速度传感器的电容为C s=1 0 0 p F,电荷灵敏度K q=2.5 p C/g,求压电加速度传感器的电压灵敏度；外接电缆和示波器组成一个测量系统，电缆电容C c=1 0 0 p F,示波器的输入阻抗为R i=1 0 0 M Q和并联电容为C i=50 p F,如测量系统允许的幅值误差为5%,最低可测频率是多少？6.根据一阶（惯性）系统的传递函数：4 4 =G（s）=七,求冲激响应。X（s）rs+17 .答：设输入信号为8函数，即:3

49、(。=8.6.2 5 一应变片的电阻=1 2 0。，K=2.0 5,用作应变为8（X）M m/m 的传感元件。（1）求!t 与A R/R：（2）若电源电压U j=3 V,求其惠斯通测量电桥的非平衡输出电压U cA R R解:由 K=,得塞=205*器“6 4 则其输出电压为R=1.64 x l 0-3 x R=1.64 x l O-3 x 1 2 0 0=0.1 9 7 Q竺=3 x 1.64 x 1 0-3 =1.2 3 x 1 0-3 4 R 4，=1.2 3(m V)9.7.频率响应特性可由频率响应函数表达。设输出信号x （t）=sin 3 tL x (t)=3/s?+3 2 求稳态响应。Y (s)=kc o/T(s+1/T)(s2+(o2)求变换其中小u-a rc t a n a JI稳定响应 y (t)=ksin(3 t+6)/(1+Q2 T 2)1 0.1,如图所示，设R 为电桥工作臂，受应变时,其电阻变化为!Rc答 p78,1016.求一阶系统的频率响应的求导。幅频特性，相频特性答 P11,11