传感器习题解答.docx

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传感器习题解答

思考与作业

绪论

.列出几项你身边传感测试技术的应用例子。

解：

光电鼠标，电子台称，超声波测距，超声波探伤等。

第1章传感器的基本概念

1.什么叫做传感器的定义？

最广义地来说，传感器是一种能把物理量、化学量以及生物量转变成便于利用的电信号的器件。

2.画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。

答：

被测量电量

传感器系统的组成框图

传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成，

1）.敏感元件：

直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。

2）.转换元件：

以敏感元件的输出为输入，把输入转换成电路参数。

3）.转换电路：

上述电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。

3.传感器有哪几种分类？

按被测量分类 ——物理量传感器  ——化学量传感器  ——生物量传感器

按测量原理分类阻容力敏光电声波 

按输出型式分类数字传感器模拟传感器

按电源型式分类无源传感器有源传感器

4.传感器的静态特性是什么？

静态特性表示传感器在被测量各个值处于稳定状态时的输入输出关系。

也即当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系就称为静态特性。

5.传感器的动态特性是什么？

动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性，反映输出值真实再现变化着的输入量的能力。

6.为什么要把传感器的特性分为静态特性和动态特性?

传感器所测量的非电量一般有两种形式：

一种是稳定的，即不随时间变化或变化极其缓慢，称为静态信号；另一种是随时间变化而变化，称为动态信号。

由于输入量的状态不同，传感器所呈现出来的输入—输出特性也不同，因此存在所谓的静态特性和动态特性。

第2章电阻式传感器

1.如何用电阻应变计构成应变式传感器?

电阻应变计把机械应变信号转换成ΔR/R后，由于应变量及其应变电阻变化一般都很微小，既难以直接精确测量，又不便直接处理。

因此，必须采用转换电路或仪器，把应变计的ΔR/R变化转换成电压或电流变化（通常采用电桥电路实现这种转换。

根据电源的不同，电桥分直流电桥和交流电桥）。

2.金属电阻应变片测量外力的原理是什么？

金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形（伸长或缩短）的变化而发生变化的现象。

3.电子秤中所使用的应变片应选择B应变片；为提高集成度，测量气体压力应选择D。

A.金属丝式B.金属箔式C.电阻应变仪D.固态压阻式传感器

4.应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，应选择C测量转换电路。

A单臂半桥B双臂半桥C四臂全桥

5. 假设电阻应变片的灵敏系数K=2，R0=120Ω。

问：

在试件承受600µε时，电阻变化值ΔR=？

答：

第3章电容式传感器

1.电容式传感器有哪三大类？

a）极距变化型b）面积变化型c）介质变化型

2..在两片间隙为1mm的两块平行极板的间隙中插入___C____，可测得最大的电容量。

A.塑料薄膜B．干的纸C．湿的纸D．玻璃薄片

3.电子卡尺的分辨率可达0.01mm，行程可达200mm它的内部所采用的电容传感器型式是B。

A.变极距式B．变面积式c．变介电常数式

4.在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中B，

A．电容和电感均为变量B.电容是变量，电感保持不变

c．电容保持常数，电感为变量D．电容和电感均保持不变

5.利用湿敏电容可以测量B。

A.空气的绝对湿度B．空气的相对湿度c.空气的温度D．纸张的含水量

6.电容式接近开关对D的灵敏度最高。

A.玻璃B.塑料C．纸D.鸡饲料

电容式接近开关的检侧距离与被测物体的材料性质有很大关系，对介质损耗较大的介质（如各种含水有机物），它在高频交变极化过程中是需要消耗一定能量的（转为热量），该能量由LC振荡电路提供，必然使LC振荡电路的Q值进一步降低，振荡减弱甚至停振。

第4章电感式传感器

1.欲测量极微小的位移，应选择A电感传感器。

希望线性好、灵敏度高、量程为1mm左右、分辩率为1um左右，应选择C自感传感器。

A.变隙式B.变面积式c.螺线管式

2.螺线管式自感传感器采用差动结构是为了A。

A．加长线圈的长度从而增加线性范围B．提高灵敏度，减小温凛

C.降低成本D．增加线圈对衔铁的吸引力

4.电涡流探头的激励频率从100kHz提高到900kHz时，电涡流的渗透深度将___D_。

A.增加1倍B.增加2倍C.减少到原来的1/2D.减少到原来的1/3

由δ=

（μ电导率,σ磁导率）可知

5.欲测量镀层厚度，电涡流线圈的激励源频率约为C。

而用于测量小位移的螺线管式自感传感器以及差动变压器线圈的激励源频率通常约为D。

A.50~100HzB.1~10kHzC.10~50kHzD.100kHz~2MHz

6.当电涡流线圈靠近非磁性导体（铜）板材后，线圈的等效电感LB，调频转换电路的输出频率fC。

A.不变B.增大C.减小

8.电涡流接近开关可以利用电涡流原理检测出_____C______的靠近程度。

A.人体B.液体C黑色金属零件D.塑料零件

9.希望远距离传送信号，应选用具有D输出的标准变送器。

A．0～2VB．1～5VC．0～10mAD．4～20mA

10．生产布料的车间用图429所示的装置来检测和控制布料卷取过程中的松紧程度。

请分析填空。

当卷取辊转动太快时，布料的张力将增大（增大/减小）。

导致张力辊向上（上/下）位移。

使差动变压器的衔铁不再处于中间位置，N2l与Nl之间的互感量M1增加（增加/减小），N22与Nl的互感量M2减小，因此U21增大（增大/减小），U22减小，经差动检波之后的u。

为负（负／正）值，去控制伺服电动机，使它的转速变慢（快／慢），从而使张力恒定。

第5章压电式传感器

1.当石英晶体受压时，电荷产生在B。

A．与光轴垂直的z面上B.与电轴垂直的x面上

C．与机械轴垂直的y面上C.所有的面；（x、y、z）

2.动态力传感器中，两片压电片多采用B接法，可增大输出电荷量；在电子打火机和煤气灶点火装置中，多片压电片采用A接法．可使输出电压达上万伏，从而产生电火花，

A．串联B．并联c.既串联又并联

3.根据下图所示石英晶体切片上的受力方向，标出b、c、d晶体切片上产生电荷的符号。

4.使用压电陶瓷制作的力或压力传感器可测量C。

A.人的体重B.车刀的压紧力

C.车刀在切削时感受到的切削力的变化量D.自来水管中的水的压力

5.两根高分子压电电缆相距2m．平行埋设于柏油公路的路面下约5cm，如图所示；它可以用来测量车速及汽车的载重量，并根据存储在计算机内部的档案数据．判定汽车的车型：

现有一辆肇事车辆以较快的车速通过测速传感器，两根PVDF压电电缆的输出信号如图b所示，求：

1）估算车速为多少km／h。

2）估算汽车前后轮间距（可据此判定车型）

3）说明载重量m以及车速νo与A、B压电电缆的输出信号波形之间的关系

PVDF压电电缆测速原理图

a）PVDF压电电缆测埋设示意图b）A、B压电电缆的输出信号波形

1—公路2—PVDF压电电缆测（A、B）共两根

解：

①.由ν=d/td=0.002kmt=25（ms）×2=50ms=50/1000=0.05s=0.05/3600=0.0000139h

ν=0.002/0.0000139=144km/h

②.L=ν·T,T=25（ms）×6（div）=150ms=150/1000=0.05s=0.05/3600=0.0000417h

L=ν·T=144×0.0000417=0.006km=6m

③.车载重量m与车速无关,而与压电电缆输出的信号幅度成正比关系

习题与解答2

第6章热电式传感器

1.什么是热电效应？

（ 简述热电偶的测温原理及热电偶传感器的特点。

）

答：

将两种不同性质的导体A、B串接成一个闭合回路，如图所示，如果两接合点处的温度不同（T0T）,则在两导体间产生热电动势，并在回路中有一定大小的电流，这种现象称为热电效应。

T0T

2．正常人的体温为37oC．则此时的华氏温度为c，热力学温度为c。

A32F，100K，B.99F，236KC．99F，310KD.37F．310K

由θ=（1.8t/0C+32）F和T=（t/0C+273.15）K

3．C的数值越大，热电偶的输出热电动势就越大

A.热端直径B.热端和冷瑞的温度c.热端和冷端的温差D.热电极的电导率

4.热电偶的热电势由   接触电动势和    温差电动  组成。

5.测量CPU散热片的温度应选用C型的热电偶；测量锅炉烟道中的烟气温度，应选用A型的热电偶；测量100m深的岩石钻孔中的温度，应选用B型的热电偶。

A.普通B.铠装C.薄膜D.热电堆

第7章光电传感器

1.晒太阳取暖利用了C；人造卫星的光电池扳利用了A；植物的生长利用了B。

A．光电效应B．光化学效应c．光热效应D．感光效应

2.光敏二极管属于B，光电池属于C·

A外光电效应B.内光电效应c．光生伏特效应

3.光敏二极管在测光电路中应处于B偏置状态，而光电池通常处于A偏置状态。

A．正向B．反向C．零

4.温度上升，光敏电阻、光敏二极管，光敏三极管的暗电流A。

A.上升B．下降C．不变

5.欲利用光电池驱动电动车，需将数片光电池，A以提高输出电压，再将几组光电池A起来，以提高输出电流。

A串联，并联B．串联，串联c并联，串联D．并联，并联

6.光纤通讯中，与出射光纤耦合的光电元件应选用C。

A．光敏电阻B．PIN光敏二极管C．APD光敏二极管D．光敏三极管

7.欲精密测量光的照度，光电池应配接D。

A 电压放大器B．A/D转换器C．电荷放大器D．I/U转换器

8.欲利用光电池为手机充电，需将数片光电池B起来，以提高输出电压，再将几组光电池A起来，以提高输出电流。

A．并联B.串联C.短路D.开路

9.什么是光电效应？

根据光电效应现象的不同将光电效应分为哪几类？

所谓光电效应是指光照射在某些物质上时，物质的电子吸收光子的能量而发生相应的电效应现象，如导电率变化、释放电子和产生电动势等。

（1）外光电效应：

（在光线照射下能使电子逸出物体表面的现象。

基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等。

）

（2）内光电效应：

（在光线照射下能使物体的电阻率改变的现象。

基于内光电效应的光电元件有光敏电阻等。

）

（3）光生伏特效应：

（在光线作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。

基于光生伏特效应的光电元件有光敏晶体管、光电池等。

）

10.光电二极管与普通二极管有什么区别？

其结构与二级管不同之处在于它的PN结装在透明管壳的顶部,可以直接受到光的照射,在电路中处于反向偏置状态。

11．某光电开关电路如图11—46a所示．史密特型反相器CD40106的输出特性：

如图11-46b所示，请分析填空。

1）当无光照时，VD1__截止__（导通/截止），Iφ为__0__，ui为__0__，所以Uo为__高__电平，约为__5__V，设v1的Ube=0.77V，则Ib约为__（5-0.77）/1K=4.23__mA，设V1的β=100，继电器K的线圈直流电阻为100Ω，

则集电极饱和电流Ics为__（5V一0.3V）/0.1=47____mA。

若K的暂定工作电流为45mA，则K处于吸合（吸合／释放）状态。

2）.从图b可以看出,当Ui__大__（大/小）于__3__V时,史密特反相器翻转,Uo跳变为__低____电平,k__释放_____。

3）.若希望在光照度很小的情况下K动作,RL应__变小___（变大/变小）。

调节RP能改变___RL___,此时应将RP往__上__（上/下）调。

4）.图中的R2起__限流____作用,V1起___电流___（电流/电压/功率）放大作用,VD2起___稀放____作用,保护___V1__在K突然失电时不致被继电器线圈的反向感应电动势所击穿,因此VD2又称为__续流__二极管。

12.在一片0.5mm厚的不锈钢圆片边缘，用线切割机加工出等间隔的透光缝，缝的总数N1=60，如图10-43所示。

将该薄圆片置于光电断续器（具体介绍见10-38a）的槽内，并随旋转物转动。

用计数器对光电断续器的输出脉冲进行计数，在10s内测得计数脉冲数N如图所示（计数时间从清零以后开始计算，10s后自动停止）。

问：

图10-43利用光电断续器测量转速和圈数

1）流过光电断续器左侧的发光二极管电流ID为多少毫安？

（注：

红外发光二极管的正向压降ULED=1.2V）

2）光电断续器的输出脉冲频率f约为多少赫兹？

3）旋转物每秒平均约转多少圈？

每分钟平均约转多少圈？

4）数码显示器的示值与转速n之间是什么关系？

5）旋转物在10s内共转过了多少圈？

6）如果为加工方便，将不锈钢圆片缝的总数减少，使N1=6，则转速与数码显示器的示值之间是几倍的关系？

答：

1.RU=5-1.2=3.8UIR=U/R=3.8/10=7.5mA

2.f=30000/10=3000Hz3.n=3000/60=50（r/s）n=50×60=3000（r/min）

4.r=50×10=5005.数值为递增关系6.n=50×60=3000（r/min）

7.数值为递增关系

13．保存贵重物品的场所都需要安装多种不同类型的防盗报警器，例如PVDF压电薄膜玻璃破碎感应片、超声波、红外光电开关、热释电元件等。

现希望在窗户、门口、保险箱前面、上下、左右安装多种传感器、多道防线，组成“天罗地网”，以达到多重防护、报譬的目的，请你画出相应的图纸，包括立体图和多张平面图，并写出工程说明书。

答：

根据各传感器的工作原理及特性可利用PVDF压电薄膜玻璃破碎感应片粘贴在玻璃窗户上监测玻璃是否被打碎；用红外光电开关传感器安装在门口或窗户两端监测外来入侵者；用热释电元件（红外广角探测器）安装在房间顶端大面积监控室内移动对象；利用超声波反射监测定位贵重物品。

经过科学的全方位防范措施后可达到报警的目的。

防范措施平面图如下所示。

第9章霍尔传感器

1.要形成涡流必须具备两个条件 金属导体置于变化的磁场中时，导体表面就会有感应电流产生。

1、何谓霍尔效应？

答：

金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。

霍尔电势UH=kHIB

2、利用霍尔效应可进行哪些参数测量?

霍尔电势是关于Ι、Β、θ三个变量的函数，即EH=KHΙΒcosθ

•归纳起来，霍尔传感器主要有下列三个方面的用途：

•1）维持Ι、θ不变，则EH=f（Β），这方面的应用有：

测量磁场强度的高斯计、测量转速的霍尔转速表、磁性产品计数器、霍尔式角编码器以及基于微小位移测量原理的霍尔式加速度计、微压力计等。

•2）维持Ι、Β不变，则EH=f（θ），这方面的应用有角位移测量仪等。

•3）维持θ不变，则EH=f（ΙΒ），即传感器的输出EH与Ι、Β的乘积成正比，这方面的应用有模拟乘法器、霍尔式功率计等。

第10章辐射式传感器

1.何谓红外辐射?

红外辐射又称红外光，其物理本质是热辐射，从紫光到红光热效应逐渐增大，而热效应最大的为红外光。

在自然界中只要物体本身具有一定温度（高于绝对零度），都能辐射红外光。

物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，辐射的能量就越强。

（红外光的本质与可见光或电磁波性质一样，具有反射、折射、散射、干涉、吸收等特性，它在真空中也以光速传播，并具有明显的波粒二相性。

）

2.红外检测的探测器主要有  热探测器  ，   光子探测器    两大类。

3.红外探测器与光电传感器、热敏电阻器有什么异同?

这三种器件都是在光能（或热能）的激发下产生某些电持性变化的传感器，不同之处是转换的物理特性本质不同，如热释电效应；光电效应；热阻效应。

其中，热释电型探测器在热探测器中探测率最高，频率响应最宽，

5.试举出利用红外辐射技术进行检测的典型应用实例。

①.防盗报警电路②.自动照明装置③.电子礼仪（您好---、请勿吸烟）、警告（高压危险）发声电路④.自动喷水⑤.安全防范开关电路

6.超声波是一种___高于20KHz的机械振动____波，具有___穿透______、___反射______、____折射______等特点。

7.超声波传感器可用来    测距（防撞、液位、物位）       ，   探伤      ，     侧厚 ，__防盗___。

8.将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的C；蜂鸣器中发出“嘀……嘀……”声的压电片发声原理是利用压电材料的D。

A.应变效应B.电涡流效应C.压电效应D.逆压电效应

9.人讲话时，声音从口腔沿水平方向向前方传播，则沿传播方向的空气分子D。

A.从口腔附近通过振动，移动到听者的耳朵

B.在原来的平衡位置前后振动而产生横波

C.在原来的平衡位置上下振动而产生横波

D.在原来的平衡位置前后振动而产生纵波

10.一束频率为1MHz的超声波（纵波）在钢板中传播时，它的波长约为C，声速约为E。

A.5.9mB.340mC.5.9mmD.1.2mmE.5.9km/sF.340m/s

λf=C声速C=5.9km/s

11.超声波频率越高，A。

A.波长越短，指向角越小，方向性越好B.波长越长，指向角越大，方向性越好

C.波长越短，指向角越大，方向性越好D.波长越短，指向角越小，方向性越差

λf=CSinθ=1.22λ/D（超声源的直径）

12.超声波在有机玻璃中的声速比在水中的声速A，比在钢中的声速B。

A.大B.小C.相等

13.单晶直探头发射超声波时，是利用压电晶片的A，而接收超声波时是利用压电晶片的B，发射在D，接收在E。

A.压电效应B.逆压电效应C.电涡流效应D.先E.后F.同时

14.钢板探伤时，超声波的频率多为C，在房间中利用空气探头进行超声防盗时，超声波的频率多为B。

A.20Hz~20kHzB.35kHz~45kHzC.0.5MHz~5MHzD.100MHz~500MHz

19.对处于纲板深部的缺陷宜采用___超声波_____探伤,对处于纲板表面的缺陷宜采用___电涡流_____探伤。

（电涡流/超声波/测量电阻值）

20.图中，显示器的x轴为10us／div（格），现测得B波与T波的距离为10格，F波与T波的距离为3．5格，已知纵波在钢板中的声速CL=5.9×103m／s，求：

1）tδ及tF；2）钢板的厚度δ及缺陷与表面的距离xF。

a）无缺陷时超声波的反射及显示波形

b）有缺陷时超声波的反射及显示波形

解:

①tδ=10us/div×10div=100us=0.1ms，

tF=10us/div×3.5div=35us=0.035ms

②.已知纵波在钢板中的声速CL=5.9×103m／s则

δ=CLtδ/2=（5.9×103×0.1×10-3/2）m≈0.3m

X=CLtF/2=（5.9×103×0.035×10-3/2）m≈0.1m

气敏传感器有哪几种类型？

气敏传感器包括电阻型气敏器件和非电阻型气敏器件。

电阻型气敏器件分为烧结型、薄膜型和厚膜型。

非电阻型气敏器件分为二极管气敏器件、MOS二极管气敏器件和MOSFET气敏器件。