传感器试题及详解.docx

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传感器试题及详解

读书破万卷下笔如有神

一、选择题

1、属于传感器静态特性指标的是（A）

A、灵敏度B、阻尼比C、临界频率D、固有频率

静态特性指标：

灵敏度滞差（回程误差）重复性

有时候也会把量程归纳到静态特性里面

2、在下列位移传感器中，既适合于测量大的线位移，又适合与测量大的角位移的是（C）

A、电容式传感器B、电感式传感器C、光栅式传感器D、电阻应变式传感器

电容传感器，电感式传感器和电阻应变式传感器一般用在位移量小的场合。

光栅式位移传感器多用于大位移量的测量。

3、当某晶体沿一定方向受外力作用而变形时，其相应的两个相对表面产生极性相反的电荷，去掉外力时电荷消失，这种现象称为（B）

A、压阻效应B、压电效应C、应变效应D、霍尔效应

压阻效应是引起电阻率变化

压电效应是引起电荷变化

应变效应是引起电阻变化

压磁效应是引起磁导率变化

霍尔效应的对象是半导体，产生霍尔效应的变化

4、热敏电阻式湿敏元件能够直接检测（C）

A、温度B、温度差C、绝对湿度D、相对湿度

湿敏元件只能用于湿度的检测

氯化锂湿敏元件检测的是相对湿度

半导体陶瓷湿敏元件是检测相对湿度

热敏电阻式元件用于检测绝对湿度

5、便于集成化的有源带通滤波器由运算放大器和（A）

A、RC网络组成B、LC网络组成C、RL网络组成D、RLC网络组成

有源滤波器是由运算放大器和RC网络组成的

有源滤波器包括：

一阶低通滤波器二阶低通滤波器

一阶高通滤波器二阶高通滤波器

带通滤波器带阻滤波器

6、适合于使用红外传感器进行测量的被测物理量是（B）

A、转速B、温度C、厚度D、加速度

红外传感器是利用外敏感器件测得红外光的变化以确定待测非电量

红外光器件分为量子型和热释电型两类

（B）

、欲检测金属表面裂纹采用的传感器是8．

读书破万卷下笔如有神

A、压磁式B、电涡式C、气敏式D、光纤式

9、欲测量应力选择的传感器是（A）

A、应变式B、压阻式C、光栅式D、霍尔式

传感器按照工作机理分类

物性型传感器：

是利用某些物质的某种物理性质随被测参数变化而变化的原理制成。

如压电式传感器、热电式传感器、光电传感器式等

结构型传感器：

是利用物理学中的场的定律和运动定律等构成的，其被测参数变化引起传感器结构变化，从而使输出电量变化。

如光栅式、电容式、电感式等

11、在压电加速度传感器中，将被测加速度转变为力的是（B）

A、压电元件B、质量块C、弹性元件D、基体

压电元件把变形转换为与加速度成正比的电荷

基体用来与被测物体连接，感受物体的振动

弹性元件和质量块构成“弹簧-质量”系统

质量块将加速度转化为惯性力

12、在传感器及检测系统的静态特性指标中，表达其对输入量变化的反应能力的是（C）

A、量程B、重复性C、灵敏度D、线性度

量程是指在测量范围内的上限值和下限值之差

重复性是多次测量所得结果的不一致性指标

线性度反应非线性误差的程度

灵敏度表示传感器或检测系统对被测量变化的反应能力

13、传感器中直接感受被测量的部分是（B）

A、转换元件B、敏感元件C、转换电路D、调理电路

转换元件将敏感元件输出的非电量转换为电信号

转换电路是把电信号转换成便于输送的电量

调理电路不属于传感器部分

敏感元件直接感受被测物理量，以确定关系输出另一物理量

14、信号的方差小，表示信号的（A）

A、波动范围小B、波动范围大C、平均功率小D、平均功率大

信号的均值表示信号中的常值分量或直流分量

信号的概率密度函数表示信号的瞬时取值规律Px等于Tx除以（T0代尔塔）当T0趋近于无穷大时的极限值

15、正常人的心电图信号为（A）

A、模拟信号B、离散信号C、随机信号D、数字信号

随机信号（非确定信号）的时域波形不确定，无法用数学关系式来描述，只能用概率统计方法描述

离散信号是指其自变量在某些不连续数值时，输出信号才具有确定值

数字信号是将离散信号的各离散点的幅值做离散化，并以二进制编码表示

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17、相邻信号在导线上产生的噪声干扰称为（B）

A、电火花干扰B、串扰C、共模噪声干扰D、差模噪声干扰

电火花干扰：

触点开闭时感性负载电压和电流产生跃变时火花放电现象，采用阻容吸收消除

串扰：

相邻信号在导线上产生的干扰，将不同信号线分开，留出最大隔离空间来消除

共模噪声干扰：

噪声电压或电流同时加到两信号上所产生的噪声干扰。

采用差分放大器加以抑制

22、通常在采样保持的输出级采用缓冲器，其作用是（D）

A、提高放大倍数B、增加信号输出阻抗C、减少负载的输入阻抗D、增加负载的输入阻抗

参考教材图8-50b

图中，电容C过大，充电时间长，会影响输出对输入的跟随特性，即在采样瞬间输出与输入有一定的误差，影响到采样精度

输入级采用缓冲器减小了信号源的输出阻抗

输出级采用缓冲器增加了负载的输入阻抗，提高保持电压的精度。

24、周期信号的幅值谱表示的是直流分量和各次谐波分量的（A）

A、幅值和频率的对应关系

B、幅值和初相位的对应关系

C、初相位和频率的对应关系

D、幅值和初相位与频率的对应关系

时域图形描述信号幅值随时间变化的关系

幅值谱描述信号幅值与频率之间的关系

相位谱描述信号幅值与相位之间的关系

26、属于传感器时域动态特指标的是（A）

A、阶跃响应B、固有频率C、临界频率D、阻尼比

时域：

阶跃响应，脉冲信号，时间常数（为一阶参数）

频域：

固有频率、阻尼比（均为二阶参数）；幅频特性

33、在光栅位移传感器的辨别方向的电路中，采用的信号相位差可取（B）

A、0度B、90度C、180度D、360度

在辨向电路中，需要分出两路信号哪路超前才能知道运动方向。

相位差不能取0度、180度、360度，否则会出现两路信号刚好相位差整数或者刚好相反。

在实际细分电路中取两路信号进行辨向是，其相位差通常取90度。

36、下列指标中，属于传感器动态特性指标的是（D）

A、灵敏度B、线性度C、过载能力D、幅频特性

37、下列测力传感器的类型中，属于发电型的是（C）

A、电感式B、电容式C、压磁式D、应变式

41、热电偶的热电动势包括

接触电动势和温差电动势

接触电动势和非接触电动势

读书破万卷下笔如有神

非接触电动势和温差电动势

温差电动势和汤姆逊电动势

30、为什么要把烧结型半导体陶瓷湿敏元件短时间加热到500摄氏度的高温？

答：

主要是为了去除油污、有机物和尘埃等恶劣气氛对器件的污染。

31、说明触觉传感器在机电一体化系统中的主要作用。

答：

1）进行位置检测2）进行图像识别3）进行物体形状、尺寸缺陷的检测

二、填空题

1、热电偶传感器是利用热电效应工作的，回路中产生的热电动势是由两种不同导体产生

的接触电动势和单一导体两端温度不同产生的温差电动势组成。

热电偶传感器在使用时必须保持冷端温度为0度或者恒定

2、周期信号可用傅里叶级数来描述其频谱，而非周期信号可用傅里叶变换来描述其频

谱。

3、随机信号的相关函数是在时域描述其相关性，功率平谱密度函数是在频域描述其相

关性。

4、低通滤波器与高通滤波器串联构成带通滤波器，高通滤波器与低通滤波器并联构成带

阻滤波器，两个一阶低通滤波器串联构成二阶低通滤波器

5、应变式传感器在外力作用下发生机械变形，压阻式传感器在外力作用下其电阻率发

生变化，两者都将引起输出电阻的变化。

6、采样开关被接通的时间称为采样时间，采样开关被断开的时间称为保持时间，采样

开关被接通和断开的时间之和为采样周期。

7、随着光导纤维的出现，利用其传光性和传感性的光纤传感器成为比较突出的一项新技

术。

8、光栅位移传感器的测量范围为标尺光栅的有效长度。

9、没有一直流电桥，其四臂的受感电阻为R1、R2、R3、R4，在正确使用前提下，当被测物理量发生变化时，R1、R2增大，而R3、R4减小。

那么在电桥中与R1相邻的电阻为R3

和R4。

10、磁栅式位移传感器的磁头，只有在运动时才有感生电动势输出的磁头被称为动态或速

度磁头。

11、电感式位移传感器的电感量L是其几何参数、匝数和磁导率的函数。

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12、能够将辐射到其上的能量全部吸收的物体称为黑体。

13、模拟信号在某一自变量连续变化的间隔内，信号的数值（或幅值）连续。

14、若已知某信号的均值，均值方差，则某标准差为

均值反应随机信号的直流分量

方差（标准差）反应随机信号的交流分量

均方差反应随机信号的强度或平均功率

均方值的正平方根称为有效值

20、压电传感器中的压电晶片既是传感器的元件，又是传感器的转换元件。

传感器不同其组成也不同，一般由敏感元件，转换元件，信号调理电路和辅助电路等组成。

磁感元件直接感受被测量

转换元件将敏感元件的输出转换成便于传输和测量的电参量或电信号

信号调理电路则对转换元件输出的信号进行转换放大，磁波，运算、调制等。

20、应变式加速度传感器直接测得的物理量是敏感质量块在运动中所受到的力（或惯性

力）。

21、热力学温度T与摄氏温度t的关系是T=t+273.15

22、在热电偶中，热电动势的大小与两种材料的热端和冷端的温差（或温度差）有关。

24、在传感器检测系统中，常用的显示方式有模拟显示、数字显示和图像显示。

25、自相关函数又反映了原信号和将将原信号时移后的信号之间的相关程度。

26、若瞬变信号x（t）的频谱为X（f），则信号ax（bt）（其中a,b均为正实数）的频谱为

利用傅里叶变换性质的尺度改变特性

尺度改变性质

若x（t）与X（f），则x（kt）与[X（f/k）]/k。

互换

27、传感器的响应特性应在所测频率范围内保持不失真。

28、在测量某一输入量的变化量时，输出量的变化量较小的传感器其灵敏度较低。

29、线绕式电位计的阶梯特性限制了其分辨力和精度。

30、金属导体的电阻值随着机械变形而变化的物理现象，称为金属的电阻效应。

31、把电容式位移传感器做成差动形式，既可以提高测量灵敏度，又可以使零点附近工作特性的线性度得到改善。

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32、涡流式压力传感器具有良好的动态或动特性，适合于测量爆炸时产生的压力。

33、人工视觉系统图像处理的方法有微分法和区域法。

34、温度补偿中应用的数据处理方法有表格法和公式法（或曲线拟合法）

35、传感器的中间转换电路将输出信号转换成易于测量和处理的电（或电流或电压）信

号。

36、周期信号频谱的特点是离散性、收敛性和谐波性。

37、对于非确定信号，只能用方法来描述它的规律。

42、传感器在同一条件下，对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间不一样程度的指标，称为重复性。

43、气敏传感器是一种将检测到的气体成分和浓度转换为电信号的传感器。

44、硅芯片式流速传感器的输出信号与流速的平方根成线性关系。

48、随机信号是指不能预测未来瞬时值，也无法用确切的数学关系式描述的信号。

49、当信号的标准差变为原来的2倍时，信号的方差变为原来的倍。

方差的大小反映了随机信号对均值的分散成度，其正平方根称为标准差。

50、周期信号频谱的特点是离散性、谐波性和收敛性。

三、简答题

1、应变式传感器接入交流电桥中，需要对哪些元件进行平衡调节？

为什么？

1）应变式传感器接入交流电桥中，需要对电阻和电容元件进行平衡调节。

2）由于连接导线和应变片丝栅间存在分布电容，相当于在各桥臂上并联了一个电容。

因此，除了调电阻平衡外，还要调电容平衡。

2、简述应变式测力传感器的工作原理？

电阻应变式测力传感器是将力作用在弹性元件上，弹性元件在力的作用下产生变形，利用粘贴在弹性元件上应变片将应变转换为电阻的变化。

然后利用电桥将电阻变化转换成电压或电流的变化，再送入测量放大电路测量，最后利用标定的电压或电流和力之间的对应关系，可测出力的大小或经过换算得出被测力

、回答与直线式感应同步器有关的下列问题：

3．

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（1）它由哪两个绕组组成？

（2）鉴相式测量电路的作用是什么？

（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。

5、为什么对热电偶的参考端温度要采用一定的方法进行处理？

一般有哪些处理方法？

1）热电偶的输出电势仅仅反映出两个结点之间的温度差，为了使输出电势能正确反映被测温度的真实值，要求参考端温度恒为摄氏零度，但实际热电偶的使用环境不能保证，因此必须对参考端温度采用一定的方法进行处理。

2）常用方法有：

恒温法、温度修正法、电桥补偿法、冷端补偿法和电位补偿法等。

6、说明压磁元件的工作原理。

答：

压磁元件不受力时，输入绕组线圈磁力线呈轴对称分布，与输出线圈不交链，二次绕组便会感应出电动势。

7、说明热电偶式温度传感器中间定律的实际应用意义。

答：

实际利用热电偶式温度传感器测量被测对象的温度时，为了便于测量或读取数据，可以断开热电偶式温度传感器的参考端，接入一段导体重新构成一个环路，只要保证新接入的导体两端均为原参考端的温度，则可正确测出热电势。

8、简述理想运算放大器的特点。

答：

输入电阻为无穷大时，开环增益为无穷大；输出电阻为0，没有零点漂移。

9、简述压磁式扭矩仪的工作原理。

答：

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。

10、简述半导体热敏电阻的测温机理。

答：

半导体热敏电阻的导电性取决于其内部的电子—空穴对的浓度，当温度升高（降低）时，电子—空穴对的浓度增高（降低），导电性增强（减弱），电阻率减小（增大）。

11、试说明信号均值、方差、均方根的物理意义。

答：

均值表示信号中直流分量的大小；方差描述信号的波动范围，表示信号中交流分量的强弱；均方差描述信号的总体强弱，表示信号的平均值。

、什么是传感器的静态特性？

试举出三个表征静态特性的指标。

12．

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答：

当传感器的输入量x为常数或者缓慢变化时，传感器输出y=f（x）称为传感器的静态特性。

表征传感器静态特性的指标有线性度、灵敏度、重复性等。

14、对于电位计式位移传感器，其后接测量仪器的输入电阻对传感器的输出特性有何影响？

如何减少这个影响？

答：

由于与电位计输出端并联的负载电阻要从电位计分出一些电流，所以使传感器产生负载误差；为减少这个影响，应使负载电阻满足Rl>>R的条件，R为电位计本身电阻。

16、简述液晶显示器（LCD）的应用特点。

答：

液晶显示器是一种低功耗器件；在智能化仪表或低功耗检测系统中应用广泛。

17、什么是传感器的线性度？

如何计算？

答：

传感器的输入输出特性的拟合直线与校准曲线不一致的程度称为传感器的线性度。

其计算公式为：

δ=（ΔL最大值的绝对值）/Y乘以100%。

18、简述如图所示磁变式加速度传感器的工作原理。

答：

壳体与被测件固定在一起，当有加速度时，质量块受力，悬臂梁弯曲，应变片变形便可测出力的大小；在已知m大小时，便可测得加速度的大小。

19、简述金属导体材料形成温差电动势的机理。

答：

温差电动势指的是在一个金属导体中，由于两端的温度不同而产生的热电动势。

在金属导体材料中，当两端存在温差时，高温端的电子能量比低温端的电子能量大，从而高温端容易失去电子带正电；低温端得到电子带负电，于是在金属导体上形成与材料性质及两端温差有关的电位差。

21、人工视觉系统识别物体前，计算机如何获取该物体的明亮度信息？

答：

计算机借助A/D转换器将明亮度信息数字化，从而形成由像素组成的数字图像。

22、在设计计算机数据采集系统时，选择模数转换器应考虑的主要指标是什么？

答：

分辨率、相对精度、转换器。

23、选用传感器是要考虑哪些环境参数？

答：

允许使用的工作温度范围及环境压力、环境振动和冲击等参数。

、一般情况下，如何表示传感器的稳定性？

24．

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答：

稳定性一般以温室条件下，经过一定的时间间隔后，传感器的输出与起始标定时输出的差异来表示。

25、简要说明人工视觉系统的硬件构成。

答：

一般由图像输入、图像处理、图像存储和图像输出四个子系统组成。

26、简述电荷放大器的特点以及电荷放大器与压电传感器连接时的特点。

答：

电荷放大器的特点：

增益高、输入电阻大。

与压电式传感器相连时，其输出电压与压电元件的输出电荷成正比；电缆电容影响小。

27、写出采样定理的数学表达式，并简要回答采样定理在实际应用中的意义。

答：

采样定理：

fs>2Fh（或：

采样频率应大于采样信号频率中的最高频率分量的2倍）

在实际信号采集中，若不满足采样定理，将会丢失信息或使信号失真。

28、简述亮度式温度传感器的工作原理。

答：

利用物体的单色辐射亮度随温度变化的特点；将被测物体光谱的一个狭窄区域的亮度与标准辐射体的亮度进行比较。

30、为什么要把烧结型半导体陶瓷湿敏元件短时间加热到500摄氏度的高温？

答：

主要是为了去除油污、有机物和尘埃等恶劣气氛对器件的污染。

31、说明视觉传感器在机电一体化系统中的作用。

答：

1）进行位置检测

2）进行图像识别

3）进行物体形状、尺寸缺陷的检测

32、举例说明什么是物性型传感器？

什么是结构传感器？

物性型传感器是利用某种物理性质随被测参数变化而变化的原理制成。

如压电式传感器、热电传感器式、光电传感器式等

结构型传感器是利用物理学中的场的定律和运动定律等构成的，其被测参数变化引起传感器的结构变化，从而使输出电量变化。

如光栅式、电容式、电感式等。

33、电容位移传感器有哪些特点？

由于带电极板间的静电引力小，活动部分的可动质量小，所以对输入能量的要求低，且具有而使其能在高额范围内传感器本身发热影响小，由于饥饿值损耗小，较好的动态响应特性；

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工作。

34、为什么压电式加速度传感器要使用高输入电抗的电荷放大器？

答：

压电式传感器本身的内阻抗很高，而输出的能量是很微弱的，因此在使用时，必须接高输入阻抗的电器，这类放大器有电压放大器和电荷放大器。

放大器输出的电压与电缆分布电容无关，即使远距离，其灵敏度也无明显变化。

35、简述霍尔式压力传感器的工作原理。

答：

1）波登管在压力作用下，其末端产生位移，带动霍尔元件在均匀梯度的磁场中运动。

2）当霍尔元件通入恒定电流时，便产生与被测压力成正比的霍尔电动势，完成压力至电量的变换。

36、温度测量的方法有哪些？

它们的原理有何不同？

温度测量方法分为接触式测量和非接触式测量；接触式是感温元件与被测对象直接接触进行温度传导；非接触式的原理是感温元件与被测对象不物理接触，而通过热辐射进行热传递。

37、为何要对传感器信号进行温度补偿和线性化处理？

环境温度对传感器特别是各类半导体传感器的输出信号有较大影响，为消除环境温度的影响，需要对传感器信号进行温度补偿。

传感器的输出信号与被测量值间并非线性关系，不进行线性化处理，精度就会降低。

38、噪声源的种类有哪些？

抑制噪声的主要方法有哪些？

噪声源的种类有：

电源噪声、放电噪声、电气设备噪声、固有噪声和热噪声等；

抑制噪声的主要方法有：

接地、屏蔽、隔离和滤波。

39、传感器检测系统通常有哪几部分组成？

传感检测系统通常由传感器、中间转换（信号调理）电路、微机接口电路、分析处理及控制显示电路组成。

（1）电涡流传感器

（2）（a）旋转轴转速

（b）金属板材厚度

（c）金属零件计数

（3）优点：

非接触测量、结构简单、灵敏度高、应用广泛等

28、简述亮度式温度传感器的工作原理。

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答：

利用物体的单色辐射亮度随温度变化的特点；将被测物体光谱的一个狭窄的亮度与标准辐射体的亮度进行比较。

29、以τ表示延时量，写出x（t）的自相关函数Rx（τ）的定义，说明Rx（τ）可以描述x（t）的哪些特征。

解：

自相关函数描述了信号现在值与未来值时间的依赖关系：

反映了信号的剧烈程度。

．