传感器技术复习题.docx

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传感器技术复习题

传感器技术复习题及答案

一、埴空题

1、电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这一现象叫做电阻丝的（应变效应）。

2、引用误差是指测量的（绝对误差）与仪表的（满量程）之比，这一指标通常用来表征仪器本身的精度，而不是（测量）的精度。

3、传感器的动态数学模型是指传感器在受到随时间变化的（输入量）作用时，输出-输入之间的关系，通常称为（响应特性）。

4、静态标定是指在静态标准条件下，对传感器的（静态特性）、（静态灵敏度）、（非线性）、（滞后）、（重复性）等指标的确定。

5、应变片由金属丝栅（敏感栅）、绝缘基片及覆盖片三部分组成。

金属丝栅两头焊有引出线，作连接测量导线用。

6、在应用中电容式传感器有三种基本类型，即（变极距）型或称（变间隙）型、（变面积）型和（变介电常数）型。

而它们的电极形状又有（平板）形、（圆柱）形和（球平面）形三种。

7、容栅传感器是在（变面积）型电容传感器的基础上发展的一种新型传感器，它分为（长容栅）和（圆容栅）两种。

8、电容式传感器是将被测量的变化转换成（电容量）变化的一种传感器。

9、变极距式电容传感器的电容变化量与极距的变化量之间不是（线性）关系。

但当量程远小于极板间初始距离时，可以认为它们之间是（线性）的。

这种类型的传感器一般用来测量（微小变化）的量。

10、传感器在正（输人量增大）反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞，它一般由实验方法测得。

11、某些晶体沿着一定方向受到外力作用时，内部会产生极化现象，同时在某两个表面上产生大小相等符号相反的电荷；当外力去掉后，又恢复到不带电状态；当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变：

晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。

这种现象叫（压电效应）。

反之，如对晶体施加电场，晶体将在一定方向上产生机械变形；当外加电场撤去后，该变形也随之消失。

这种现象称为（逆压电效应），也称作电致伸缩效应。

12、磁栅传感器有（长磁栅式）和（圆磁栅式）两种，分别用来测量（线位移）和（角位移）。

13、磁头的作用是读取磁栅上记录信号，按读取信号方式的不同，磁头可分为（静态）磁头和（动态）磁头。

14、压电式传感器既可等效为（电荷源），又可等效为（电容器），其等效电路可认为是二者的并联，也可认为是一个（电压源）和一个（电容器）的串联。

15、压电式传感器中常采用两片或两片以上压电晶片组合在一起使用，两片压电晶体构成的传感器有（串联）和（并联）两种接法。

16、压电材料可分为三大类：

（压电晶体）、（压电陶瓷）和（新型压电材料）。

17、铁磁材料在外力的作用下，内部产生应变，从而产生应力，导致各磁畴间的界限发生移动，各个磁畴的磁化强度矢量转动，破坏了平衡状态，使材料的总磁化强度随之发生变化，这种现象称为（压磁效应）。

18、用于检测的超声波换能器有（压电型）、磁致伸缩型、电磁型、有振板型和弹性表面波型等。

19、当有电流流过两个不同导体的连接处时，此处便吸收或放出热量（取决于电流的方向），这种现象叫做（帕尔贴效应）·

20、在自动化探伤中，声源和工件之间有相对运动，由缺陷反射回来的超声波的频率将与声源发射超声波的频率有所不同，这种现象即为（多普勒效应），由此效应引起的频率变化称为（多普勒频移）。

21、应变片由（金屈丝栅（敏感栅））、（绝缘基片）及覆盖片三部分组成。

（金属丝栅（敏感栅））两头焊有引出线，作连接测量导线用。

22、传感器在正（输人量增大）反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为（迟滞），它一般由实验方法测得。

23、某些晶体沿着一定方向受到外力作用时，内部会产生极化现象，同时在某两个表面上产生大小相等符号相反的电荷；当外力去掉后，又恢复到不带电状态；当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变：

晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。

这种现象叫（正压电效应）。

反之，如对晶体施加电场，晶体将在一定方向上产生机械变形；当外加电场撤去后，该变形也随之消失。

这种现象称为（逆压电效应），也称作电致伸缩效应。

24、超声波探伤作为无损探伤的主要手段，在工业检测中应用十分广泛，常用的超声波探伤方法有共振法、（穿透法（透射法））和脉冲反射法等。

25、电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这一现象叫做（电阻丝的应变效应）

二、单项选择题：

选择正确的答案，将其对应的字母填入括号内。

1．声波在介质中向前传播的速度称为声速。

对于不同波型的超声波，其传播速度（A）

A不同B相同C成线性关系D纵波的声速约是横波的一半

2、传输信息的载体称为（A）。

A信号B数据C数量D信息

3、静态误差是指传感器在全量程内任一点的输出值与其（C）的偏离程度。

A平均值B实际值C理论输出值D标定值

4、引用误差是指测量的（A）与仪表的满量程之比。

A绝对误差B相对误差C静态值D理论输出值

5、环境温度变化后，光敏元件的光学性质也将随之改变，这种现象称为（D）。

温度变化会引起光敏元件的光电流及光谱特性等变化。

A光谱特性B光照特性C频率特性D温度特性

6、（D）型电容传感器可根据极间介质的介电常数随温度、湿度改变而改变来测量温度、湿度等。

A变大小B变极距C变面积D变介电常数

7、零位误差是评定差动变压器性能的重要指标之一，产生零位误差的原因主要有两个：

一是由于次级绕组两线圈电气参数和几何尺寸不对称，致使产生的感应电动势幅值不等，相位不同。

这种情况下，不管怎样调整衔铁位置也不能使零位输出电压调到零；二是由于（B）。

A电源幅值及频率的不稳定

B磁性材料磁化曲线的非线性

C温度变化引起线圈的铜电阻值的变化，从而引起激磁电流和输出电流的变化

D骨架材料高频损耗小，温度膨胀系数小

8、超声波在固体中可穿透几十米的长度，在液体、固体中衰减（A），碰到杂质或分界面就会有显著（C）。

A小B大C反射D折射E透射

9、在光的作用下，能够使物体内部产生一定方向的电动势的现象叫（D）。

A声光效应B热释电效应C光电导效应D光生伏特效应

10、为了改善变极距式电容传感器的非线性，可以采用（A），并使输出为两电容量之差。

A差动形式B动态形式C静态形式D减动形式

11、声波在介质中传播的速度称为声速。

对于不同波型的超声波，其传播速度（A）

A．不同B．相同

C成线性关系D．纵波的声速约是横波的一半

12、（C）是测试系统的第一个环节，将被测系统或过程中需要观测的信息转化为人们所熟悉的各种信号。

A敏感元件B．转换元件

C传感器D．被测量

13、当超声波在一种介质中传播到界面或遇到另一种介质时，若其方向不垂直于界面，将产生声波的反射、折剔·及（D）现象。

A．表面波B．兰姆波

C驻波D波型转换

14、利用（E）制成的光电举件有光敏二极管、光敏三极管和光电池等：

利用（F）可制成半导体光敏电阻；利用——制成的光电铝件有真空光电管、充气光电管和光电倍增管。

A压电效应B．外光电效应

C磁电效应D．声光效应

E．光生伏特效应F．光电导效应

15、为了消除应变片的温度误差，可采用的温度补偿措施包括：

（A）、（C）和（F）

A．双丝自补偿法B．温度补偿法

C单丝自补偿法D．电流补偿法

E．电压补偿法F．桥路补偿法

16、如图所示的结构由线圈、铁芯、衔铁三部分组成。

线圈套在铁芯上，在铁芯与衔铁之间有一个空气隙，空气隙厚度为s。

传感器的运动部分与衔铁相连。

当外部作用力作用在传感器的运动部分时，衔铁将会运动而产生位移，使空气隙J发生变化。

这种结构可作为传感器用于（B）。

A．静态测量

B．静态测量和动态测量

C动态测量

D．既不能用于静态测量，也不能用于动态测量

17、零位误差是评定差动变压器性能的重要指标之一，产生零位误差的原因主要有两个：

一是由于次级绕组两线圈电气参数和几何尺寸不对称，致使产生的感应电动势幅值不等，相位不同。

这种情况下，不管怎样调整衔铁位置也不能使零位输出电压调到零；二是由于（B）

A电源幅值及频率的不稳定

D．磁性材料磁化曲线的非线性

C温度变化引起线圈的铜电阻值的变化，从而引起激磁电流和输出电流的变化

D骨架材料高频损耗小，温度膨胀系数小

18、为了满足测试的需要，应对传感器的灵敏度、线性度、信噪比、滞后、漂移、（A）、（E）和负载效应等技术性能提出基本要求。

A.久重复性B．体积

C.温度性能D．抗震性

E．动态性能F．质量

三、问答题

1、什么是电阻应变片的温度效应?

为了消除温度误差，可采取哪些温度补偿措施？

答：

粘贴到试件上的电阻应变片，除感受机械应变而产生电阻相对变化外，在环境温度变化时，也会引起电阻的相对变化，产生虚假应变，这种现象称为温度效应。

为了消除温度误差，可采取如下温度补偿措施。

1）单丝自补偿法；

2）双丝自补偿法；

3）桥路补偿法。

2、声波形成干涉的条件是什么？

答：

声波形成干涉的条件是频率相同、振动方向相同，相位相同或相位差恒定的两个波在空间相遇。

3、光电传感器的光谱特性和频率特性有何区别？

选用光电元件时考虑这两种特性有何意义？

答：

当光敏元件加一定电压时，如果照射在光敏元件上的是一单色光，当入射光功率不变时，光电流随入射光波长变化而变化的关系I=f（λ），称为光谱特性。

光谱特性对选择光电器件和光源有重要意义，当光电器件的光谱特性与光源的光谱分布协调一致时，光电传感器的性能较好，效率也高。

在检测中，应选择最大灵敏度在需要测量的光谱范围内的光敏元件，才有可能获得最高灵敏度。

在相同的电压和相同幅值的光强度下，当入射光以不同的正弦交变频率调制时，光敏元件输出的光电流I和灵敏度S随调制频率f 变化的关系I=f1（f）、S=f2（f）称为频率特性。

选择光电器件时应选用响应频率高的元件，以保证测量时对传感器响应时间的要求。

4、压电传感器的信号变换电路主要有哪几种形式？

其功能是什么？

答：

压电传感器的信号变换电路主要有两种形式：

电压放大器和电荷放大器。

电压放大器的功能是将压电传感器的高输出阻抗变为较低阻抗，并将压电式传感器的微弱电压信号放大，电荷放大器是一种输出电压与输入电荷量成正比的前置放大器。

5、什么是莫尔条纹？

答：

将栅距相同的两块光栅的刻线面相对重叠在一起，并且使二者栅线有很小的交角θ，这样就可以看到在近似垂直栅线方向上出现明暗相间的条纹，称为莫尔条纹。

莫尔条纹是基于光的干涉效应产生的。

6、磁电式传感器有何优点？

答：

磁电式传感器直接从被测物体吸收机械能并转换成电信号输出，且输出功率大，性能稳定，它的工作不需要电源，调理电路简单，由于磁电式传感器通常具有较高的灵敏度，所以一般不需要高增益放大器。

7、压电传感器的信号变换电路主要有哪几种形式？

其功能是什么？

答：

压电传感器的信号变换电路主要有两种形式：

电压放大器和电荷放大器。

电压放大器的功能是将压电传感器的高输出阻抗变为较低阻抗，并将压电式传感器的微弱电压信号放大，电荷放大器是一种输出电压与输入电荷量成正比的前置放大器。

8、简述PVDF及其优点。

答：

PVDF是一种新型的高分子物性型压电材料，它的主要优点是：

压电系数高；柔性和加工性能好，适于做大面积的传感阵列器件；声阻抗与水及人体肌肉的声阻抗很接近，可用作水听器和医用仪器的传感元件。

9、磁电式传感器有何优点？

答：

磁电式传感器直接从被测物体吸收机械能并转换成电信号输出，输出功率大，性能稳定，工作不需要电源，调理电路简单，灵敏度较高，一般不需要高增益放大器。

10、什么是传感器的静待性?

答：

传感器的静特性是指传感器在输入量的各个值处于稳定状态时的输出与输人关系，即当输入量是常量或变化极慢时，输出与输入的关系。

11、为什么用应变片测量时必须采用温度补偿措施?

答：

粘贴到试件上的电阻应变片，除感受机械应变而产生电阻相对变化外，在环境温度变化时，也会引起电阻的相对变化，产生虚假应变，因此需采用温度补偿措施。

12、按照工作原理分类和按照输入量（即被测量）分类是传感器最常用的分类方法，这两种分类方法各有何优点?

答：

按照工作原理分类对于学习研究传感器原理较为有利，按照输入量（即被测量）分类便于实际使用者选用传感器。

13、用涡流传感器测量金属板厚度时是否需要恒温，为什么?

答：

导体的电阻率卢随温度变化，在较小的温度范围内导体的电阻率"与温度关系为线性关系，在其他条件不变的情况下，导体电阻率的改变可导致涡流传感器输出信号的变化，引起测量误差，所以用涡流传感器测量金属板厚度时需要恒温。

14、如图所示是带有等位环的平板电容器结构原理图，请介绍等位环的作用。

答：

使电极2的边缘电力线平直，两电极间的电场基本均匀，消除和减小边缘效应，提高电容传感器的灵敏度和线性度。

15、只要磁通量发生变化，就有感应电动势产生，请说出三种产生感应电动势的方法。

答：

（1）线圈与磁场发生相对运动；

（2）磁路中磁阻变化；

（3）恒定磁场中线圈面积变化。