传感器原理与应用试题库完整.docx

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传感器原理与应用试题库完整

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体型、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：

10.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。

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，用公式表示k（x）=Δy/Δx。

11.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想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不同，将应变计分为金属式和半导体式两大类。

13.利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。

14.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法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。

15.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。

16.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。

17.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。

18.光电管是一个装有光电阴极和阳极的真空玻璃管。

19.光电管的频率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Sr（f）=Sr。

/（1+4π²f²τ²）

20.内光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。

21.国家标准GB7665--87对传感器下的定义是：

能够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。

22.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

23.传感器静态特性的灵敏度用公式表示为：

k（x）=输出量的变化值/输入量的变化值=△y/△x

24.应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有：

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；应有较大的温度适用范围。

25.根据传感器感知外界信息所依据的基本校园，可以将传感器分成三大类：

物理传感器，化学传感器，生物传感器。

P3

26.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器、轮辐式传感器、悬梁式传感器和环式传感器

27.大多数接收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应程度称为光谱灵敏度，其表达式为：

28.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电阻两部分组成。

29.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

30.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，分子识别三大类。

31.长为l、截面积为A、电阻率为ρ的金属或半导体丝，其电阻为：

。

32.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）

33.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）

34.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。

35.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，其中内光电效应可以分为光电导效应、光生伏特效应。

36.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f=

。

37.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。

38.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。

39.应变测力传感器由弹性体、应变计和外壳组成。

40.内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应。

41.光敏电阻的温度特性的公式是α=

（R1为在一定光照下，温度为T1时的阻值；R2为在一定光照下，温度为T2时的阻值）

42.电阻应变计，也称应变计或应变力，是一种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看成是由若干个零阶系统、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.应变计自补偿方法包括：

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.光电倍增管是利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

，其中，YFS表示的是传感器满量程输出平均值。

51.两个各有G1（s）和G2（s）传递函数的系统串联后，如果其阻抗匹配合适，相互之间不影响彼此的工作状态，那么其传递函数为G（s）=G1（s）•G2（s）。

52.实验表明，金属线材的应变计实际灵敏度k恒（＞、＜或＝）理论灵敏度系数k0,其原因除了粘合剂、基片传递变形失真外，主要原因是存在横向效应。

53.光电倍增管是利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.输入逐渐增加到某一值，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。

迟滞差表示这种不相等的程度。

其值以满量程的输出ＹFS的百分数表示。

56.由于环境改变而带来的温度误差，称为应变计的温度误差，又称热输出

57.悬臂梁作为弹性敏感原件，根据其界面形状不同，一般可分为等截面梁和等强度梁。

58.线性度和灵敏度是传感器的静态指标，而频率响应特性是传感器的动态指标。

59.金属电阻的应变效应是金属电阻应变片工作的物理基础。

60.光纤的类型按折射率变化类型分类有跃阶折射率光纤，渐变折射率光纤，按传播模式的多少分类有单模光纤，多模光纤。

61.相位型光纤传感器通常使用相位检测的方法，该方法主要包括：

零差检测、外差检测、合成外差检测等三种方法。

62.厚度剪切模的石英振子固有共振频率为

63.法布里-珀罗干涉仪，它是由两块平行的部分透射平面镜组成的。

这两块平面镜的反射率通常是非常大的，一般大于或等于95%。

。

64.能保证一个湿敏器件正常工作的环境的最大变化范围称为湿度量程。

65.光纤传播过程中由于材料的吸收，散射和弯曲处的辐射损耗等的影响，不可避免的要有损耗。

66.测量加速度的传感器种类很多，目前使用最广泛、最普遍的是压电加速度传感器

67.光线的结构由纤芯，包层，护套三个部分组成。

68.依据干涉型光纤传感器的基本原理，目前光纤传感器中采用四种不同的干涉测量结构。

它们分别是迈克尔孙、马赫-泽德、萨格奈克和法布里-珀罗等四种结构。

69.热敏电阻有三种类型，即正温度系数型、负温度系数型、临界温度系数型

70.光纤按折射率变化类型可分为阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤；按传播模式的多少可分为单模光纤和多模光纤。

71.光纤的导光能力取决于纤芯和包层光学性能，数值孔径作为光纤的几个重要参数，根据光纤纤心折射率

和包层折射率

，数值孔径可以定义为：

，单模传输条件是V<2.404

72.红外热辐射传感器，从原理上可以分为热电型和光量子型。

73.光量子型传感器可以分为光导型、光电型、光电磁型、肖特基型

74.传感器按工作原理分为：

应变式，电容式，电感式等。

75.传感器灵敏度定义为：

76.内光电效应分为：

光电导效应和光生伏特效应。

77.光电二极管是利用PN结单向导电性的结构光电器件

78.依据光纤传感器的原理，可以分为强度型（振幅型）光纤传感器与干涉型光纤传感器。

79.光纤的结构：

纤芯，包层，护套

80.从传感器机理上来说，光纤传感器可分为振幅型和相位型两种。

81.当某些晶体沿一定方向伸长或者压缩是，在其表面上会产生电荷，这种效应称为压电效应＿＿。

82.温度传感器从使用上分大致可以分为接触型和非接触型两大类

83.辐射能量的最大值所对应的波长随温度的升高想短波方向移动，用公式表达为＿＿。

84.光纤的数值孔径是表征光钎集光本领的重要参数

85.光纤的传输损耗主要来源于材料吸收损耗、散射损耗、光波导弯曲损耗

86.亮场微弯传感器检测纤芯中光强度的变化，暗场微弯传感器检测包层中光强度的变化。

两者相比较暗场微弯传感器检测灵敏度高。

87.光强调制型光纤传感器利用

（1）光纤微弯效应

（2）被测信号改变光纤对光波的吸收特性（3）被测信号改变光纤的折射率（4）两相位光纤间通过有倏逝波的耦合（5）发送光纤与接收光纤之间相对横向或纵向位移以改变接收光强五种方式来实现光强调制

88.一般在光纤探头的端部，发射光纤与接收光纤有以下四种分布：

随机分布·半球形对开·共轴内发射分布·共轴外发射分布

89.半导体应变片工作原理是基于压阻效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数大十倍。

90.半导体色敏传感器是在同一硅基片上具有两个深浅不同的PN结，其中浅结对短波长光响应好，深结对长波长光响应好

91.传感器灵敏度定义为：

92.光电二极管是利用PN结单向导电性的结构光电器件

93.依据光纤传感器的原理，可以分为强度型（振幅型）光纤传感器与干涉型光纤传感器。

94.光纤的结构：

纤芯，包层，护套

95.光纤的几个重要参数可分为数值孔径、传播模式、传播损耗三部分组成。

96.一般在光纤探头的端部，发射光纤与接收光纤有随机分布、半球形对开分布、共轴内发射分布、共轴外发射分布四种分布。

97.半导体湿度传感器可以分为元素半导体湿敏器件、金属氧化物半导体湿敏器件、多功能半导体陶瓷湿度传感器、MOSFET湿敏器件、结型湿敏器件五类。

98.厚度剪切模的石英振子固有频率为

99.暗视场传感器与亮视场传感器的不同之处在于？

（暗视场它使用纤芯进入包层的光产生输出信号）

100.干涉型光纤传感器在相位检测中会遇到几个问题，有相位检测和强度检测，共模抑制，相位跟踪系统。

那么在相位检测中运用哪几种方法？

（零差检测、外差检测、合成外差检测）

101.合成外差检测在条件下才适用？

（

）

102.光纤相位调制器可以通过对光纤某一部分的（长度）或（波导模）的折射率进行外部调制来实现。

103.光纤中包层折射率

与纤芯折射率

的大小关系（

），圆柱波导的单模条件是（

），光纤在传播中的传播损耗用衰减率表示（

）

104.暗视场传感器与亮视场传感器的不同之处在于？

（暗视场它使用纤芯进入包层的光产生输出信号）

105.干涉型光纤传感器在相位检测中会遇到几个问题，有相位检测和强度检测，共模抑制，相位跟踪系统。

那么在相位检测中运用哪几种方法？

（零差检测、外差检测、合成外差检测）

106.合成外差检测在条件下才适用？

（

）

107.光纤相位调制器可以通过对光纤某一部分的（长度）或（波导模）的折射率进行外部调制来实现。

108.SAW传感器中，最关键的敏感元件是（SAW叉指换能器）

109.干涉型光纤传感器的基本换能机理是在一段（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。

110.相位跟踪系统由电路系统和光纤相位调制器组成。

111.在阶跃型折射光纤中常采用“V值”表述光在阶跃型折射光纤中的传播特性，V值可用数学式表示为

当V值低于2.404时，只允许一个波或模式在光纤中传输。

112.干涉型光纤传感器的基本换能机理是：

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。

113.光纤传感器可分为振幅型（也叫强度型）和相位型（也叫干涉仪型）两种。

前者的原理是：

待测的物理扰动与光纤敏感元件相互作用，直接调制光强。

后者的原理是：

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。

114.列出光纤的几个重要参数（至少三个）

（1）数值孔径（NA）

（2）传播模式（3）传播损耗

115.光纤有多种分类方法，按折射率变化类型光纤可分为阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤。

按传播模式的多少光纤可分为:

单模光纤和多模光纤。

按用途分类光纤可分为:

普通光纤和非通信光纤。

116.干涉型光纤传感器的基本换能机理是:

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。

117.相位检测方法:

（1）零差检测

（2）外差检测（3）合成外差检测

118.变磁阻式传器是利用被测量调制磁路的磁阻,导致线圈电感量改变,实现对被测量测量的。

119.半导体传感器大致可分为接触型和非接触型，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，从而达到测温的目的。

120.红外热辐射传感器，从原理上又可分为热电型和光量子型。

121.湿度传感器的主要参数有（至少写出5个）

、、、、、

（1）湿度量程

（2）感湿特征量—相对湿度特性曲线

（3）感湿灵敏度

（4）温度系数

（5）响应时间

（6）湿滞回线

（7）电压特性

（8）频率特性

122.已知光纤长度为L，输入光强为I0，输出光强为I1，传播损耗为（-10lgI1/I0）/L。

123.光纤按传播模式可分为单模光纤和多模光纤。

124.压电谐振式传感器有应变敏感型、热敏感型、声敏感型、质量敏感型和回转敏感型等五种。

125.SAW振荡器由一组SAW发射、接收IDT、反馈放大器组成。

126.半导体湿度传感器响应时间分为吸湿响应时间和脱湿响应时间。

127.一般在光纤探头的端部，发射光纤与接收光纤有以下四种分布：

随机分布·半球形对开·共轴内发射分布·共轴外发射分布

128.所谓相对湿度是指气体的绝度湿度与同一温度下达到饱和状态的绝对湿度Ps的百分比

129.红外热辐射传感器，从原理上又可分为热电型和光量子型。

130.依据干涉型光纤传感器的基本原理，目前光纤传感器中采用四种不同的干涉测量结构。

它们分别是迈克尔孙、马赫-泽德、萨格奈克和法布里-珀罗等四种结构。

131.热敏电阻主要有哪三种类型：

正温度系数型（PTC）、临界温度系数型（CTR）、负温度系数型（NTC）。

132.黑体的辐射规律之中，维恩位移定律，即辐射能量的最大值所对应的波长λm随温度的升高向短波方向移动，公式表达为_____λm=2898/T_

133.光在光纤中传播的基本原理可以用（光线）或（光波）的概念来描述。

134.温度传感器从使用上大致可分为（接触类）和（非接触类）两大类。

135.在规定的测量范围内，传感器能检测到的最小的输入增量，当用与满量程的百分数表示时称为。

136.在玻璃（或金属）上进行刻划，可得到一系列密集刻线，这种具有周期性的刻线分布的光学元件称为。

137.光纤的几个重要参数可分为数值孔径、传播模式、传播损耗三部分组成。

振幅传感器的优点是（结构简单）、（具有与光纤技术的相容性）和（信号检测也较容易），但是它的缺点是（灵敏度较低）。

138.光在光纤中传播的基本原理可以用（光线）或（光波）的概念来描述。

139.根据菲涅尔定律，光线在折射率分别为n1和n2的不同介质的分界面上会产生折射现象，折射定律为（n1sinθ1=n2sinθ2）。

140.一般在光纤探头的端部，发射光纤与接收光纤有随机分布、半球形对开分布、共轴内发射分布、共轴外发射分布四种分布。

141.半导体湿度传感器可以分为元素半导体湿敏器件、金属氧化物半导体湿敏器件、多功能半导体陶瓷湿度传感器、MOSFET湿敏器件、结型湿敏器件五类。

二、判断题

1、一个复杂的高阶系统总是可以看成是由若干个零阶、一阶和二阶系统串联而成的。

（对）

2、应变计的非线性度一般要求在0.05％或1％以内。

（对）

3、电阻丝式应变传感计的横向效应可以用H=ky/kx=（n-1）ls/[2nl1+（n-1）ls]表示，可见ls（r）愈小，l1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时，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。

（对）

5、应变计粘合剂不但要求粘接力强，而且要求粘合层的剪切弹性模量大，能真实地传递试件的应变。

另外，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收光能后,在PN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。

（√）

8、APD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）

10、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PN结构成。

（错）

11、光电二极管的光谱特性与PN结的结深有关。

（对）

12、CCD图像传感器是按一定规律排列的MOS电容器组成的阵列。

（对）

13、光生伏特效应就是半导体材料吸收光能后,在PN结上产生电动势的效应。

（对）

14、压电谐振式感器可以不利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。

（×）

15、数值孔径是反映纤芯接收光量的多少,标志光纤接收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、感湿特征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、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。

（√）

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

。

（错）

23、在光纤纤维传中传播模式很多对信息传输是不利的，因为同一光信号采取很多模式传播，就会使这一光信号分为不同时间到达接收端的多个小信号，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，吸附膜吸收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（-100~300

）测量。

（错）

28、因环境温度改变而引起的附加电阻变化或者造成的视应变，除与环境温度变化有关外，还与应变计本身的性能参数k、α。

βs以及被测构件的线膨胀系数βg有关。

（对）

29、应变计的灵敏度K恒小于金属材料的灵敏度系数K0（对）

30、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溢出功（对）

31、一个复杂的高阶系统总是可以看成是由若干个零阶、一阶和二阶系统并联而成的。

（错）

32、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）

33、为了使电子从价带激发到导带，入射光子的能量E0应该大于禁带宽度Eg。

（对）

34、传感器的输出--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”。

（√）

35、选择传感器时，相对灵敏度必须大于零。

（×）

36、用一阶系统描述的传感器，其动态响应特征的优劣也主要取决于时间常数τ，τ越大越好。

（×）

37、应变计灵敏度k横小于金属线材的灵敏度系数k。

（√）

38、想要提高电桥的电压灵敏度Ku，必须提高电源电压，但不受应变计允许功耗的限制。

（×）

39、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，具有良好的重复性和稳定性等。

（×）

40、光谱灵敏度为光电器件对单色辐射通量的反应与入射的单色辐射通量之比。

（√）

41、外光电效应分为光电导效应和光生伏特效应错

42、在热释电效应中，为了使产生的束缚电荷不被中和掉，就必须使晶体处于冷热交变工作状态对

43、电阻应变计的第一对称形式的直流电桥的电压灵敏度不但与供电电压U有关而且与电桥电阻有关。

（错）

44、入射光强改变物质导电率的物理现象,叫光电导效应。

为使电子从价带激发到导带,入射光子的能量E0应大于禁带宽度Eg,即光的波长应小于某一临界波长λ0。

（对）

45、一阶装置动态特性的主要参数是时间常数

，一般希望它越大越好。

（错）

46、LTI系统的灵敏度是时间的线性函数。

（错）

47、光电效应分为外光电效应和内光电效应对

48、敏感元件，是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分（对）

49、电阻应变计是一种能将机械构件上的应变的变化转化为电阻变化的敏感元件。

（错）

50、光敏电阻的工作原理是基于光电导效应。

（对）

51、电阻应变计的第一对称形式的直流电桥的电压灵敏度不但与供电电压U有关而且与电桥电阻有关。

（错）

52、应变计的测量范围很小（错）

53、内光电效应分为两类，光电导效应和光生伏特效应。

（对）

54、光在半导体材料传播是不会产生衰减。

（错）

55、一个复杂的高阶系统总是可以看成是由若干个零阶、一阶和二阶系统并联而成的。

（错）

56、无论何种传感器，若要提高灵敏度，必然会增加非线性误差。

（错）

57、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。

（对）

58、幅频特性优良的传感器，其动态范围大，故可以用于高精度测量。

（错）

59、基于光生伏特效应的光电器件有光电二极管、光电三极管和光电池。

（对）

60、本征半导体（纯半导体）的Eg小于掺杂质半导体（错）

61、传感器的阈值，实际上就是传感器在零点附近的分辨力（错）

62、非线性误差的大小是以一拟合直线作