传感器与检测技术复习题龚云春1490.docx
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传感器与检测技术复习题龚云春1490
传感器与检测技术试题
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一、简答题（30分，6分/题）
1.传感器的定义和组成框图.画出自动控制系统原理框图并指明传感器在系统中的位置和作用。
答：
传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置传感器。
通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。
传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。
传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。
2.从传感器的静态特性和动态特性考虑，详述如何选用传感器。
答：
考虑传感器的静态特性的主要指标，选用线性度大、迟滞小、重复性好、分辨力强、稳定性高、抗干扰稳定性高的传感器。
考虑动态特性，所选的传感器应能很好的追随输入量的快速变化，即具有很短的暂态响应时间或者应具有很宽的频率响应特性。
3.直流电桥和交流电桥有何区别？
直流电桥的平衡条件是什么？
应变片式电阻传感器、自感式、互感式、涡流式、电容式、热电阻式传感器分别可采用哪种电桥作为测量电路？
答：
根据电源不同分为直流和交流电桥。
直流电桥优点：
高稳定度直流电源容易获得，电桥平衡电路简单，传感器至测量仪表的连接导线分布参数影响小。
但是后续要采用直流放大器，容易产生零点漂移，线路也较复杂。
交流电桥在这些方面都有改进。
直流电桥平衡条件：
R1/R2=R3/R4，R1R4=R2R3。
4.光电效应可分为哪三种类型，简单说明其原理并分别列出以之为基础的光电传感器。
答：
当用光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体材料中的电子吸收光子能量而发生相应的电效应（如电阻率变化、发射电子或产生电动势等）。
这种现象称为光电效应。
光电传感器的工作原理是基于物质的光电效应，目前所利用的光电效应大致有三大类：
第一类是利用在光线作用下材料中电子溢出表面的现象，即外光电效应，光电管以及光电倍增管传感器属于这一类；第二类是利用在光线作用下材料电阻率发生改变的现象，即内光电效应。
光敏电阻传感器属于这一类。
第三类是利用在光线作用下光势垒现象，即光生伏特效应，光敏二极管及光敏三极管传感器均属于这一类。
5.光导纤维导光的原理是什么？
按其传输模式分为哪两种类型？
并分别指出对应类型光纤传感器的典型光源。
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度反复逐次反射，直至传递到另一端面。
按其传输模式分为单模和多模.
二、计算题（20分，10分/题）
1.设6次测量某物体的长度，其测量的结果分别为：
9.810.010.19.910.215cm，若忽略粗大误差和系统误差，试求在99.73%的置信概率下，对被测物体长度的最小估计区间。
解：
分别为－0.200.1-0.10.2
2.测得某检测装置的一组输入输出数据如下：
X
0.9
2.5
3.3
4.5
5.7
6.7
Y
1.1
1.6
2.6
3.2
4.0
5.0
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
所以
拟合直线灵敏度
线性度±7%
三、分析/证明题（32分，8分/题）
1.压电式传感器更适用于静态测量，此观点是否正确，分析原因。
答：
不正确。
其工作原理是基于压电材料的压电效应，具有使用频率宽，灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠、测量范围广等优点，因此在压力冲击和震动等动态参数测试中是主要的传感器品种，它可以把加速度、位移、压力、温度、湿度等许多非电量转换为电量。
2.热电偶产生的热电动势由哪几种电动势组成，试证明热电偶的标准电极定律。
答：
热电动势：
两种不同材料的导体（或半导体）A、B串接成一个闭合回路，并使两个结点处于不同的温度下，那么回路中就会存在热电动势。
因而有电流产生相应的热电动势称为温差电动势或塞贝克电动势，通称热电动势。
接触电动势：
接触电动势是由两种不同导体的自由电子，其密度不同而在接触处形成的热电动势。
它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度，而与导体的形状和尺寸无关。
温差电动势：
是在同一根导体中，由于两端温度不同而产生的一种电动势。
3.固态图像传感器的分辨率由什么因素决定？
某海关欲采用固态图像传感器为核心的图像识别系统，但是安装适用后发现显示的图象清晰度和准确度不能令人满意，请从固态图像传感器的原理进行分析，从哪几方面考虑重新选型？
4.为什么要对应变片式电阻传感器进行温度补偿，分析说明该类型传感器温度误差补偿方法。
答：
①在外界温度变化的条件下，由于敏感栅温度系数
及栅丝与试件膨胀系数（
）之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与真实应变同数量级的误差。
②方法：
自补偿法线路补偿法。
四、设计/综述题（18分）
根据你所掌握的智能传感器的相关知识，设计一套测温智能传感器，测温范围为－10～40℃，要求精度达到0.05℃，写出详细设计步骤：
具备的功能；选用的器件和硬件电路，并用原理框图表示（器件型号不明，说明其须具有的功能）；相应的数据处理过程和软件功能；你所设计的智能传感器还有哪些尚可完善的功能。
答案略。
传感器与检测技术试卷及答案
（（（（试卷一试卷一试卷一试卷一））））
第一部分选择题（共24分）
一、单项选择题（本大题共12小题，每小题2分，共24分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项
是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。
错选、多选和未选均无分。
1．下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（）
A．压力B．力矩C．温度D．厚度
2．属于传感器动态特性指标的是（）
A．重复性B．线性度C．灵敏度D．固有频率
3．按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（）
A．光电式传感器B．电容式传感器
C．压电式传感器D．磁电式传感器
4．测量范围大的电容式位移传感器的类型为（）
A．变极板面积型B．变极距型
C．变介质型D．容栅型
5．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（）
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
6．影响压电式加速度传感器低频响应能力的是（）
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
7．固体半导体摄像元件CCD是一种（）
A．PN结光电二极管电路B．PNP型晶体管集成电路
C．MOS型晶体管开关集成电路D．NPN型晶体管集成电路
8．将电阻R和电容C串联后再并联到继电器或电源开关两端所构成的RC吸收电路，其作用是
（）
A．抑制共模噪声B．抑制差模噪声
C．克服串扰D．消除电火花干扰
9．在采用限定最大偏差法进行数字滤波时，若限定偏差△Y≤0.01，本次采样值为0.315，上次
采样值为0.301，则本次采样值Yn应选为（）
A．0.301B．0.303C．0.308D．0.315
10．若模/数转换器输出二进制数的位数为10，最大输入信号为2.5V，则该转换器能分辨出的最
小输入电压信号为（）
A．1.22mVB．2.44mVC．3.66mVD．4.88mV
11．周期信号的自相关函数必为（）
A．周期偶函数B．非周期偶函数
C．周期奇函数D．非周期奇函数
12．已知函数x（t）的傅里叶变换为X（f），则函数y（t）=2x（3t）的傅里叶变换为（）
第二部分非选择题（共76分）
二、填空题（本大题共12小题，每小题1分，共12分）不写解答过程，将正确的答案写在每小
题的空格内。
错填或不填均无分。
13．对传感器进行动态的主要目的是检测传感器的动态性能指标。
14．传感器的过载能力是指传感器在不致引起规定性能指标永久改变的条件下，允许超过
的能力。
15．传感检测系统目前正迅速地由模拟式、数字式，向方向发展。
16．已知某传感器的灵敏度为K0，且灵敏度变化量为△K0，则该传感器的灵敏度误差计算公式为rs=。
17．为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用技术。
18．在用带孔圆盘所做的光电扭矩测量仪中，利用孔的透光面积表示扭矩大小，透光面积减小，则表明扭矩。
19．电容式压力传感器是变型的。
20．一个半导体应变片的灵敏系数为180，半导体材料的弹性模量为1.8×105Mpa,其中压阻系数πL为Pa-1。
21．图像处理过程中直接检测图像灰度变化点的处理方法称为。
22．热敏电阻常数B大于零的是温度系数的热敏电阻。
23．若测量系统无接地点时，屏蔽导体应连接到信号源的。
24．交流电桥各桥臂的复阻抗分别为Z1，Z2，Z3，Z4，各阻抗的相位角分别为ϕ1ϕ2ϕ3
ϕ4，若电桥平衡条件为Z1/Z4=Z2/Z3，那么相位平衡条件应为。
三、问答题（本大题共6小题，每小题4分，共24分）
25．简述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点。
26．回答与直线式感应同步器有关的下列问题：
（1）它由哪两个绕组组成？
（2）鉴相式测量电路的作用是什么？
27．简述压磁式扭矩仪的工作原理。
28．说明薄膜热电偶式温度传感器的主要特点。
29．简述激光视觉传感器将条形码的信息传输的信号处理装置的工作过程。
30．采用逐次逼近法的模/数转换器主要由哪几部分组成？
四、计算题（本大题共3小题，每小题8分，共24分）
31．已知变磁通式转速传感器输出电动势的频率f=72Hz，测量齿盘的齿数Z=36，求：
（1）被测轴的转速是每分钟多少转？
（2）在上述情况下，如果计数装置的读数误差为±1个数字，其最大转速误差是多少？
32．一热敏电阻在0℃和100℃时，电阻值分别为200kΩ和10kΩ。
试计算该热敏电阻在20℃时的电阻值。
33．求正弦信号x（t）=x0sinωt的自相关函数。
五、应用题（本大题共2小题，每小题8分，共16分）
34．图示为电阻网络D/A转换电路。
（1）写出电流i与电压VREF的关系式。
（2）若VREF=10V，输入信号D3D2D1D0=1000，试计算输出电压V0=？
35．已知某信号的傅里叶级数展开式为
试求该信号的直流分量、第一至第五次谐波分量的幅值，并绘出其幅值谱图。
（（（（答案一答案一答案一答案一））））
一、单项选择题（本大题共12小题，每小题2分，共24分）
1.C2.D3.A4.D5.C6.D
7.C8.D9.A10.B11.A12.B
二、填空题（本大题共12小题，每小题1分，共12分）
三、问答题（本大题共6小题，每小题4分，共24分）
25．传感器与电压放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电压成正比,但容易受电
缆电容的影响。
传感器与电荷放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电荷成正比,电缆电容的影响小。
26．
（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。
27．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。
28．主要特点是：
热容量小（或热惯性小），时间常数小，反应速度快。
29．
（1）多面棱镜高速旋转，将激光器发出的激光束反射到条形码上作一维扫描。
（2）条形码反射的光束经光电转换及放大元件接收并放大后再传输给信号处理装置。
30．由电压比较器、数/模转换器、顺序脉冲发生器、数码寄存器和逐次逼近寄存器组成。
四、计算题（本大题共3小题，每小题8分，共24分）
（（（（试卷二试卷二试卷二试卷二））））
一、填空题（每空1分，共15分）
1.如果仅仅检测是否与对象物体接触，可使用_______作为传感器。
2.红外图像传感器由红外敏感元件和_______电路组成。
3.在电阻应变片公式，dR/R=（1+2μ）ε+λEε中，λ代表_______。
4.利用电涡流位移传感器测量转速时，被测轴齿盘的材料必须是_______。
5.当磁头相对于磁尺不动时，仍有感应电动势输出的是静态磁头，且输出电势的幅值由_______所决定。
6.动态标定的目的，是检验测试传感器的_______指标。
7.确定静态标定系统的关键是选用被测非电量（或电量）的标准信号发生器和_______。
8.传感器的频率响应特性，必须在所测信号频率范围内，保持_______条件。
9.热电偶电动势由_______电动势和接触电动势两部分组成。
10.SnO2型半导体气敏器件非常适宜检测浓度较_______的微量气体。
11.有源滤波器由集成运放和_______组成。
12.采用_______电源供电的电桥称为交流电桥。
13.多路模拟开关由_______和多路双向模拟开关组成。
14.为了提高检测系统的分辨率，需要对磁栅、容栅等大位移测量传感器输出信号进行_______。
15.若随机信号x（t）、y（t）的均值都为零，当τ→∞时，它们的互相关函数Rxy（τ）=_______。
二、单项选择题（在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题
干的括号内。
每小题1分，共15分）
1.对压电式加速度传感器，希望其固有频率（）
A.接近零B.尽量低些
C.尽量高些D.任意
2.（）传感器可用于医疗上-50℃～150℃之间的温度测量。
A.金属辐射式B.热电偶
C.半导体三极管D.比色计
3.信号传输过程中，产生干扰的原因是（）
A.信号是缓变的B.信号是快变的
C.干扰的耦合通道D.信号是交流的
4.差动电桥由环境温度变化引起的误差为（）
5.概率密度函数提供了随机信号（）的信息。
A.沿频率轴分布B.沿幅值域分布
C.沿时域分布D.沿尺度分布
6.非线性度是表示校准曲线（）的程度。
A.接近真值B.偏离拟合直线
C.正反行程不重合D.重复性
7.非周期信号的频谱是（）
A.连续的B.离散的
C.基频的整数倍D.脉冲函数
8.莫尔条纹光栅传感器的输出是（）传感器与检测技术试卷及答案
7
A.数字脉冲式B.调幅式
C.调频式D.正弦波
9.半导体应变片具有（）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
10.一阶系统的动态表征参数是（）
A.线性度B.固有频率
C.阻尼比D.时间常数
11.常用于测量大位移的传感器有（）
A.感应同步器B.应变电阻式
C.霍尔式D.涡流式
12.将电阻应变片贴在（）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
13.半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率（）
A.上升B.迅速下降
C.保持不变D.归零
14.结构型传感器是依靠传感器（）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
15.阻抗头是测量振动系统（）的拾振器。
A.振动位移B.振动加速度
C.激振力D.激振力及其响应
三、问答题（每小题5分，共30分）
1.在静态测量中，根据测量系统输入量与对应输出值所绘制的定度曲线可以确定那些静态特性?
2.设载波的中心频率为f0试根据图a、图b所示调制信号定性画出相应调频波波形。
3.回答下列函数哪些是周期函数、哪些是非周期函数：
x1（t）=sin3ωt，x2（t）=e-t，x3（t）=esinωt，x4（t）=δ（t），x5（t）=sin（0.5t）
4.简述两类扭矩的测量原理及举例说明相应的扭矩传感器。
5.简述应变片在弹性元件上的布置原则，及哪几种电桥接法具有温度补偿作用。
6.涡流式传感器测量位移与其它位移传感器比较，其主要优点是什么?
涡流传感器能否测量大位移量?
为什么?
四、计算题（每小题8分，共24分）
1.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?
2.由RC组成无源低通滤波器，已知R=500（Ω），C=10（μF），试求：
（1）截止频率f0，并画出该滤波器的幅频示意图。
（2）设输入信号x（t）=0.2cos（125.6t-π/4）,判断其是否在该滤波器的通频带内。
3.试绘出x（t）=2cos（2πf0t）+3的时域图和频域图。
五、应用题（每小题8分，共16分）
1.试用双螺管线圈差动型电感传感器做成一个测力传感器。
（1）用简图说明该传感器的结构，并简要说明其作用原理；
（2）用图说明两个线圈在电桥电路中的接法。
2.如图所示，轴工件用前后顶尖支承纵向磨削外园表面，在加工过程中，径向力Py和切向力Pz大小基本不变，但着力点位置沿轴向移动，现在前后顶尖上粘贴电阻应变片测量工件所受的Pz。
（1）在图中标明应变片的位置及Pz的测量电桥。
（2）着力点移动对测量结果有无影响?
为什么?
（（（（答案二答案二答案二答案二））））
一、填空题（每空1分，共15分）
1.ON-OFF型微动开关
2.电子扫描
3.材料压阻系数
4.金属
5.磁头所处的位置
6.动态性能
7.标准测试系统
8.不失真测量
9.温度差
10.低
11.RC网络
12.交流
13.地址译码器
14.细分
15.0
二、单项选择题（每小题1分，共15分）
1.C2.C3.C4.D5.B
6.B7.A8.A9.A10.D
11.A12.C13.B14.C15.D
三、问答题（每小题5分，共30分）
1.在静态测量中，根据绘制的定度曲线，可以确定测量系统的三个静态特性：
灵敏度，非线
性度，回程误差。
2.调频波波形频率f与中心频率f0和调制波幅值的关系f=f0±Δf,Δf为频率偏移，与X（t）幅
值成正比。
3.x1（t）x3（t）x5（t）周期函数，x2（t）x4（t）非周期函数。
4.1）轴类零件受扭矩作用时，在其表面产生切应变，可通过测量该应变检测扭矩，如电阻应变式扭矩传感器。
2）弹性转轴受扭后，两端面的相对转角只与所承受的扭矩有关，且呈比例关系，可通过测量扭转角测量扭矩，如电容式或光电式扭矩传感器。
5.布置原则有：
（1）贴在应变最敏感部位，使其灵敏度最佳；
（2）在复合载荷下测量，能消除相互干扰；
（3）考虑温度补偿作用；
单臂电桥无温度补偿作用，差动和全桥方式具有温度补偿作用。
6.优点：
能实现非接触测量，结构简单，不怕油等介质污染。
涡流传感器不能测量大位移量，只有当测量范围较小时，才能保证一定的线性度。
四、计算题（每小题8分，共24分）
1.
（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。
五、应用题（每小题8分，共16分）
1.
（1）传感器的结构如图a所示，它由传力块、弹性圆桶、双螺管线圈、衔铁、传感器座等几
部分组成。
原理：
被测力F通过传力块作用在弹性圆桶上，弹性圆桶的变形带动衔铁移动，使双
螺管线圈的电感量发生变化，从而实现力的测量。
（2）电桥的接法如图b所示：
2.
（1）应变片（R1、R2、R3、R4）粘贴位置如图a所示；测量电桥如图b所示。
（2）根据以上位置布片和电桥接法，着力点位置的变化不会影响Pz的大小，因为在顶尖上的分力Pz1、Pz2，Pz=Pz1+Pz2，由Pz1、Pz2引起的电阻R1、R3的变化值之和保持不变，故Pz的测量不受着力点的移动而改变。
（（（（试卷三试卷三试卷三试卷三））））
一填空（每空1分，共20分）
1.通常传感器由＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿部分组成，
是能把外界＿＿＿＿＿＿＿＿转换成＿＿＿＿＿＿＿＿器件和装置。
2.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。
3.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。
4.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成＿＿＿＿＿＿＿＿效应。
5.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。
6.在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称＿＿＿＿＿＿＿＿效应；
入射光强改变物质导电率的现象称＿＿＿＿＿＿＿＿效应；半导体材料
吸收光能后在PN结上产生电动式的效应称＿＿＿＿＿＿＿＿效应。
7、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。
8、不同的
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