现代测试技术《传感器》复习题.docx

1、现代测试技术传感器复习题一、选择题1下列器件不能够检测温度的是（ ）。A. 红外探测器 B. 热电偶 C热电阻 DCCD2下列传感器不能测量位移的是（）。A迈克尔逊干涉仪 B电阻应变式传感器 C差动变压器式传感器 D催化传感器 3下列属于物性型传感器的是（ ）。A. 热电偶 B. 电容式传感器 C直线位移变阻器传感器 D磁电式速度传感器4下列适合用作加速度传感器的是（ ）。A. 压电晶体传感器 B. 电容式传感器 C差动变压器式传感器 D电涡流传感器5下列适合用作生物传感器的是（ ）。A. 压电晶体传感器 B. 电容式传感器 C应变电阻式传感器 D酶传感器二、判断题1无论采用何种测量仪器和方法

2、，都不能测量出被测对象的真值。（ ）2由于测量肯定存在误差，所以粗大误差不能消除。（ ）3任何信号都可以用数学关系式来描述。（ ）4测量仪器经过正确严格的标定后可以得到与标定系统相同的精度。（ ）5应变片式位移传感器不适合直接测量大位移。（ ）6电涡流传感器可以实现非接触距离测量。（ ）7一型系统能够消除速度误差。（ ）8磁电式速度计可以实现非接触式振动测量。（ ）9声波在空气中传播时，随着温度降低，速度升高。（ ）10设备表面粗糙程度不影响涡流位移传感器测量其振动幅值。（ ）11分贝数相同的噪声，人耳感觉到的响度也是一样的。（ ）12桥式电路能够提高测量灵敏度。（ ）13压电式传感器是能量控

3、制型传感器。（ ）14电容式气体压力传感器可以用来间接测量流量。（ ）15虚拟仪器测量系统除了计算机，可以完全不依赖于其它硬件。（ ）三、名词解释1灵敏度：传感器在稳定工作条件下，输出微小变化增量与引起此变化的输入微小变量的比值。2线性度：是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数。3结构型传感器：是利用物理学中的场的定律和运动规律等构成的，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。4调制：利用某种低频信号来控制或改变-高频振荡信号的某个参数的过程。5压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现

4、正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。依据电介质压电效应研制的一类传感器称为压电传感器。四、问答题1什么是负载效应？减轻负载效应的措施有哪些？化而引起输出稳定量的变化的效应称为负载效应。即空载或最小负载下的输出电压和满载输出电压之间的差值与满载输出电压的百分比。它表征了负载变化对电源输出电压的影响程度。尽量减少导线电阻及接触电阻；正确利用电源的遥测端；使用过程中负载电容总量不应超过最大容性负

5、载能力。2热电偶回路具有什么特点？1、组成热电偶回路的两种导体材料相同时，无论两接点温度如何，回路总热电势等于零。2、如果热电偶两接点的温度相同，T=T0，则尽管导体A，B材料不同，热电偶回路的总电势亦为零。3、在热电偶回路中接入第三种材料的导体时，只要这根导体的两端温度相同，则不会影响原来回路的总热电势。这一性质称为中间导体定律。3传感器的概念是什么？选用传感器的基本原则是什么？传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器一般由敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电

6、源四部分组成。1-可靠性：产品的性能参数均处在规定的误差范围内2-灵敏度：传感器灵敏度越高越好。3-响应特性：影响特性必须满足4-精确度：应从实际出发尤其应从测试目的出发来选择5-线性范围：在线性范围内输入与输出成比例关系4根据光电测量原理，光电传感器包括哪几种类型？光电式传感器有光电管、光电倍增管、光敏电阻、光电二极管和光电三极管、光电池、半导体色敏传感器、光电闸流晶体管、热释电传感器、光电耦合器件等光电元件。另外，光电式传感器还可分为模拟式光电式传感器和脉冲式光电式传感器两类。5简述磁电式速度传感器的原理。磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。它不需要辅

7、助电源，就能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号，是一种无源传感器。见书P756选择测振传感器的主要注意事项是什么？1.一定要确定你所测对象振动过程中可能出现的最大过载是多少，传感器的最大过载必须大于这个值，否则传感器会出现不可逆的损坏。 2.确定传感器工作环境的温度范围，根据校准证书上的温漂曲线进行软件校准。 3.确定自己想要的输出形式，是电压还是电流还是电荷，这样可以确定后端是否还需要信号变整设备。 4.确定安装位置和安装方式，选择尺寸合适方便安装的传感器。7什么叫声发射？声发射传感器包括哪几种？材料或构件在受力过程中产生变形或裂纹时，以弹性波形式释放出应变能的现象，称为声发射。利用接

8、收声发射信号,对材料或构件进行动态无损检测的技术,称为声发射技术。声发射传感器的主要类型有：高灵敏度声发射传感器，宽频带声发射传感器，高温声发射传感器，差动声发射传感器，微型声发射传感器、磁吸附声发射传感器、低频抑制声发射传感器和电容式声发射传感器等。8什么是虚拟仪器？虚拟仪器的软件组成结构是什么？虚拟仪器采用计算机开放体系结构来取代传统的单机测量仪器。虚拟仪器由硬件设备与接口、设备驱动软件和虚拟仪器面板组成。五、计算题1以阻值R=120,、灵敏度Sg=2的电阻丝应变片与阻值为120的固定电阻组成电桥，供桥电压3V，假设负载电阻无穷大，当应变片的应变为2和2000时，分别求出单臂、双臂电桥的输

9、出电压，并比较两种情况下的电桥灵敏度。2图4-1所示电路给出了某电位器式位移传感器的检测电路。Ui=12V，R0=10k，AB为线性电位计，总长度为150mm，总电阻为30k，C点为电刷位置。问：1）输出电压U0=0V时，位移x为多少？2）当位移x的变化范围在10140mm时，输出电压U0的范围是多少？图4-11.解：这是一个等臂电桥，可以利用等比电桥和差特性表达式求解。 =2时： 单臂输出电压： 双臂输出电压： =2000时： 单臂输出电压： 双臂输出电压： 双臂电桥较单臂电桥灵敏度提高1倍。2.解： 1）当U0=0V时，电桥平衡 解得x=100 2）当位移x的变化范围在10140mm时，电

10、桥输出电压满足如下关系即：一、选择题1.下列器件能够检测温度的是（ ）。A. SAW B. 差动电容传感器 CCu50 DCCD2.下列传感器能测量位移的是（ ）。A迈克尔逊干涉仪 BCu50 CPt100 D催化传感器 3下列属于结构型传感器的是（ ）。A. 热电偶 B. 水银温度计 C压电晶体传感器 D磁电式速度传感器4下列不适合用作位移传感器的是（ ）。A. 压阻式传感器 B. 电容式传感器 C差动变压器式传感器 D应变式电阻传感器5下列属于能量控制型传感器的是（ ）。A. 压电晶体传感器 B. 热电偶温度计 C应变电阻式传感器 D酶传感器二、判断题1被测对象的真值可以通过精确测量得出。

11、（ ）2测量肯定存在误差，但是粗大误差能消除。（ ）3存在不可以用数学关系式来描述的信号形式。（ ）4测量仪器经过正确严格的标定后也不可能得到与标定系统相同的精度。（ ）5应变片式位移传感器不适合直接测量大位移。（ ）6电涡流传感器不能实现非接触距离测量。（ ）7二型系统能够消除速度误差。（ ）8磁电式速度计可以实现非接触式振动测量。（ ）9设备表面粗糙程度影响涡流位移传感器测量其振动幅值。（ ）10声波在空气中传播时，随着温度降低，速度降低。（ ）11分贝数相同的噪声，人耳感觉到的响度也可能不一样。（ ）12桥式电路能够提高测量灵敏度。（ ）13压电式传感器是能量转换型传感器。（ ）14电容

12、式气体压力传感器可以用来间接测量流量。（ ）15虚拟仪器的硬件系统除了计算机，还包括信号采集硬件。（ ）三、名词解释1回程误差：测量器具对同一个尺寸进行正向和反向测量时，由于结构上的原因，其指示值不可能完全相同这种误差被称作回程误差。回程误差：在相同条件下，被测量值不变，计量器具行程方向不同其示值之差的的绝对值。注：回程误差也称滞后误差。见书P11：在相同条件下传感器在正行程（输入量有小到大）和反行程（输入量由大到小）期间，所得输入，输出特性曲线往往不重合。2分辨力：分辨率是指传感器可感受到的被测量的最小变化的能力。也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化。当输入变化值未超过某一数值时，传感

13、器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨率时，其输出才会发生变化。通常传感器在满量程范围内各点的分辨率并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的最大变化值作为衡量分辨率的指标。压力传感器上述指标若用满量程的百分比表示，则称为分辨率。分辨率与传感器的稳定性有负相相关性。3物性型传感器：物性型传感器是利用材料的固定物理特性及其各种物理、化学效应检测被测量的传感器。即：利用其物理性变化实现信号转换的传感器。压阻式传感器，压电式传感器，光电式传感器。4解调：解调是从携带消息的已调信号中恢复消息的过程。在各种信息传输或处理系统中，发送端用

14、所欲传送的消息对载波进行调制，产生携带这一消息的信号。接收端必须恢复所传送的消息才能加以利用，这就是解调。5CCD：英文全称：Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件。可以称为CCD图像传感器。是一种大规模集成电路光电器件，是在MOS集成电路技术基础上发展起来的新型半导体传感器。四、问答题1干扰传入测量装置的主要途径有哪些？2说明电涡流式传感器的基本结构与工作原理。工作原理：形成涡流的条件：1是，存在交变磁场；2是，导体存在交变磁场中；P68成块的金属物体置于变化着的磁场中，或者在磁场中运动时，在金属导体中会感应出一圈圈自相闭合的电流，称为电涡流。电涡流式传感器是一个

15、绕在骨架上的导线所构成的空心绕组，它与正弦交流电源接通，通过绕组的电流会在绕组周围空间产生交变磁场。当导电的金属靠近这个绕组时，金属导体中便会产生电涡流。涡流的大小与金属导体的电阻率、磁导率、厚度、绕组与金属导体的距离，以及绕组励磁电流的角频率等参数有关。如果固定其中某些参数不变，就能由电涡流的大小测量出另外一些参数。由电涡流所造成的能量损耗将使绕组电阻有功分量增加，由电涡流产生反磁场的去磁作用将使绕组电感量减小，从而引起绕组等效阻抗Z及等效品质因数Q值的变化。所以凡是能引起电涡流变化的非电量，例如金属的电导率、磁导率、几何形状、绕组与导体的距离等，均可通过测量绕组的等效电阻R、等效电感L、等

16、效阻抗Z及等效品质因数Q来测量。这便是电涡流式传感器的工作原理。电涡流式传感器的结构比较简单，主要是一个绕制在框架上的绕组，目前使用比较普遍的是矩形截面的扁平绕组。3传感器如何分类？按传感器检测的范畴可分为哪几种？它们的转换原理(传感器工作的基本物理或化学效应)；它们的用途；它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。1物理量，2生物量，3化学量P:74什么是内光电效应？什么是外光电效应？P114(1)物质在光的作用下，不经升温而直接引起物质中电子运动状态发生变化，因而产生物质的光电导效应、光生伏特效应和光电子发射等现象。 (2)外光电效应和内光电效应的主要区别在于：受光照而激发的电子，前者

17、逸出物质表面形成光电子流，而后者则在物质内部参与导电。5简述磁电式速度传感器的原理。磁电式传感器是基于电磁感应原理,通过磁电相互作用将被测量(如振动、位移、转速等)转换成感应电动势的传感器，它也被称为感应式传感器、电动式传感器。根据电磁感应定律，N匝线圈中的感应电动势。感应电动势的大小由磁通的变化率决定。磁通量协的变化可以通过很多办法来实现:如磁铁与线圈之间作相对运动;磁路中磁阻变化;恒定磁场中线圈面积变化等。因此可以制造出不同类型的磁电式传感器。磁电式传感器是一种机一电能量变换型传感器，不需要供电电源，电路简单，性能稳定，输出信号强，输出阻抗小，具有一定的频率响应范围，适合于振动、转速、扭矩

18、等测量。但这种传感器的尺寸和重量都较大。6什么是正压电效应和逆压电效应？压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。依据电介质压电效应研制的一类传感器称为为压电传感器。7什么叫声发射？声发射传感器包括哪几种？8什么叫智能仪器？智能仪器的功能特点是什么？指具有自动检测工作状

19、态，自动设置初始数据，能够实行逻辑判断，能够指令执行机构，能够记忆贮存测量数据的仪器。智能仪器都带有电脑或单（片）板机作为仪器控制中心，代替人的许多操作，从而保证仪器能够发挥最佳的工作效能。操纵自动化。具有自测功能，具有数据处理功能，具有友好的人机对话能力。具有可程控操纵能力。五、计算题1图4-1为一直流电桥，负载电阻RL趋于无穷。图中E=4V，R1=R2=R3=R4=120，试求：（1）R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为R1=1.2时，电桥输出电压U0=? （2）R1、R2为金属应变片，感应应变大小变化相同，其余为外接电阻，电桥输出电压U0=? （3）R1、R2为金属应变片，如

20、果感应应变大小相反，且R1=R2 =1.2，电桥输出电压U0=?2图示4-2电路给出了某电位器式位移传感器的检测电路。Ui=12V，R0=10k，AB为线性电位计，总长度为150mm，总电阻为30k，C点为电刷位置。问：（1）输出电压U0=0V时，位移x为多少？（2）当位移x的变化范围在10140mm时，输出电压U0的范围是多少？1.解： 2.解： 1）当U0=0V时，电桥平衡 解得x=100 2）当位移x的变化范围在10140mm时，电桥输出电压满足如下关系即：一、选择题1下列传感器的指标都属于静态特性的是（ ）。A. 灵敏度、阻尼系数 B. 幅频特性、稳态误差 C重复性、漂移 D精度、时间

21、常数2下列不属于按传感器的工作原理分类的是（）。A应变式传感器 B化学型传感器 C压电式传感器 D热电式传感器 3若将变面积型电容式传感器结成差动形式，其灵敏度将（ ）。A. 不变 B. 提高一倍 C减小一倍 D增大两倍4在实际热电偶测温应用中，引用测量仪表而不影响测量结果是利用了热电偶的哪个基本定律（ ）。A. 中间导体定律 B. 中间温度定律 C标准电极定律 D均质导体定律5下列器件不能用作光纤传感器中光探测器的是（ ）。A. 光敏二极管 B. 光电倍增管 C光敏晶体管 D固体激光器6下列器件不能够检测温度的是（ ）。A. 红外探测器 B. Cu50 CPt100 DCCD7下列传感器不能

22、测量位移的是（）。A迈克尔逊干涉仪 B电阻应变式传感器 C差动变压器式传感器 D催化传感器 8下列属于物性型传感器的是（ ）。A. 热电偶 B. 电容式传感器 C直线位移变阻器传感器 D磁电式速度传感器9制造霍耳元件的半导体材料中，目前应用较多的是锗、锑化铟、砷化铟，原因是（ ）。A. 半导体材料的霍尔系数比金属大 B. P型半导体适合制造高灵敏度的霍耳元件 C半导体中空穴迁移率较大 DN型半导体适合制造高灵敏度的霍耳元件10下列适合用作生物传感器的是（ ）。A. 压电晶体传感器 B. 电容式传感器 C应变电阻式传感器 D免疫传感器二、判断题1无论采用何种测量仪器和方法，都不能测量出被测物理量

23、的真值。（ ）2由于测量肯定存在误差，所以粗大误差不能消除。（ ）3热电偶常用于测量较低温度。（ ）4测量仪器经过正确严格的标定后可以得到与标定系统相同的精度。（ ）5应变片式位移传感器不能完成大位移测量。（ ）6电涡流传感器可以实现非接触转速测量。（ ）7一型系统不能消除速度误差。（ ）8智能传感器一般都包含微处理器。（ ）9无线传感器网络拓扑结构包含孔形结构。（ ）10设备表面粗糙程度不影响涡流位移传感器测量其振动幅值。（ ）三、名词解释1灵敏度:2线性度:3结构型传感器:4霍耳效应:5热电效应:四、简答题1传感器的概念是什么？经典的传感器一般由哪几部分组成？2简述差动变压器式传感器的工作

24、原理。3什么是压电效应？压电材料有哪些种类？能否用压电传感器测量静态压力？ 4为什么在实际使用中要对热电偶冷端进行补偿？常用冷端补偿方法有哪些？（不少于三种）5光纤传感器有哪几种调制方式？6简述涡流传感器的工作原理。7什么叫生物传感器？根据生物传感器中信号检测器上的敏感物质和生物传感器的信号转换器分类，各有哪几种类型的生物传感器？五、综合题1图5-1所示电路，图中R2=R3=R是固定电阻，R1和R4是电阻应变片，工作时R1和R4同时受压或受拉，R表示应变片发生应变后，电阻值的变化量。应变片不受力时，R=0，电桥处于平衡状态，当应变片受力，发生应变，电桥失去平衡，求这时电桥输出电压为Ucd。图5

25、-12设计一个用霍耳传感器测量电机转速的装置，写出测量原理，画出相关图形（包含硬件结构框图和传感器安装示意图）。1.解： 2.解： 在电机转轴上安置一圆盘，圆盘上等距安装a个磁钢，在圆盘边沿安置霍耳传感器，如图所示，当电机转动时，磁钢依次通过霍耳传感器，使霍耳传感器周围磁场发生“有、无”变化，霍耳传感器输出开关量，因此只要检测一定时间T内输出脉冲个数m，就能测出电机转速n。满足如下关系：。一、选择题1下列传感器的指标都属于动态特性的是（ ）。A. 灵敏度、重复性 B. 分辨力、迟滞 C阻尼系数、时间常数 D漂移、线性度2下列属于按传感器的工作原理分类的是（）。A温度传感器 B压电式传感器 C力

26、传感器 D化学型传感器 3若将变面积型电容式传感器结成差动形式，其灵敏度将（ ）。A. 不变 B. 提高一倍 C减小一倍 D增大两倍4在实际热电偶测温应用中，对冷端进行补偿是利用了热电偶的哪个基本定律（ ）。A. 中间温度定律 B. 中间导体定律 C标准电极定律 D均质导体定律5下列器件不能用作光纤传感器中光探测器的是（ ）。A. 光敏二极管 B. 光电倍增管 C光敏晶体管 D固体激光器6下列器件不能够检测温度的是（ ）。A. DS18B20 B. Cu50 CAD590 DCCD7下列传感器能测量位移的是（）。A催化传感器 B免疫传感器 CLM335 D迈克尔逊干涉仪 8下列属于结构型传感器

27、的是（ ）。A电容式传感器 B. 热电偶 C压电式传感器 D光电倍增管9霍耳电动势与（ ）成反比。A. 激励电流 B. 磁感应强度 C霍耳元件宽度 D霍耳元件厚度10下列适合用作生物传感器的是（ ）。A. 压电晶体传感器 B. 电容式传感器 C应变电阻式传感器 D细胞传感器二、判断题1采用高精度测量仪器和先进测量方法，能测量出被测物理量的真值。（ ）2由于测量肯定存在误差，所以随机误差不能消除。（ ）3热电偶常用于测量较高温度。（ ）4测量仪器经过正确严格的标定后也不可能得到与标定系统相同的精度。（ ）5应变片式位移传感器能完成大位移测量。（ ）6电涡流传感器不能实现非接触测量。（ ）7一型系

28、统能消除速度误差。（ ）8智能传感器一般都包含微处理器。（ ）9无线传感器网络拓扑结构不包含孔形结构。（ ）10设备表面粗糙程度影响涡流位移传感器测量其振动幅值。（ ）三、名词解释1迟滞2线性度3物性型传感器4传感器5压电效应四、简答题1传感器的静态特性包括哪几种（不少于五种）？2简述电涡流效应，举例说明涡流传感器的应用场合（不少于三种）。3压电材料有哪些种类？能否用压电传感器测量静态压力？ 4热电偶回路的特点是什么？ 5光电式传感器常用光源有哪些？其中哪些光源不能用作红外光源？6生物传感器中生物信号的转换方式有哪些？7与传统传感器相比智能传感器增加哪些功能？五、综合题1图5-1所示电路，图中

29、R2=R3=R是固定电阻，R1和R4是电阻应变片，工作时R1和R4同时受压或受拉，R表示应变片发生应变后，电阻值的变化量。应变片不受力时，R=0，电桥处于平衡状态，当应变片受力，发生应变，电桥失去平衡时，证明。图5-12应用霍耳传感器设计一个家庭防盗的装置，写出测量原理，画出框图（包含硬件结构框图和传感器安装示意图）。1.解：(3分)(3分)(4分) 2.解： 在门上部远离门轴端安置一磁钢，门框上部突出安装一霍耳传感器，如图所示。”当门被打开时，磁钢从霍耳传感器下经过，霍耳传感器磁场发生变化，输出开关量，驱动报警输出。因此只要检测出霍耳传感器的脉冲输出，就能判断门被打开。(2分) (2分)(3分)