2014级《传感器原理》期中试卷

福建师范大学福清分校

2015—2016学年度下学期14级电子信息工程2班

《传感器技术》期中试卷

试卷类别：闭卷 考试时间：120分钟

座号 姓名 成绩

一、请画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。（10%）

敏感元件：直接感受被测非电量并按一定规律转换成与被测量有确定关系的其

它量的元件。

传感元件：又称变换器。能将敏感元件感受到的非电量直接转换成电量的器件。 信号调节电路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理、和控制的有用电信号的电路。

辅助电路通常包括电源等。

二、请写出单臂电桥、半桥差动和全桥差动的输出电压和电压灵敏度表达式。

（10%） 敏感元件 被测信息 转换元件 信号调节电路 输出信息 辅助电路

三、什么是电涡流？电涡流传感器为什么也属于电感传感器。（10%）

根据法拉第电磁感应原理,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,导体内将产生呈涡旋状的感应电流,此电流叫电涡流,以上现象称为电涡流效应。因为在电涡流传感器等效电路参数均是互感系数M 和电感L 、L1的函数，所以电涡流传感器也属于电感传感器。

四、在半导体应变片电桥电路中，其一桥臂为半导体应变片，其余均为固定电阻，

该桥路受到με4300=应变作用。若该电桥测量应变时非线性误差为2%，n=R2/R1=1，则该应变片的灵敏度系数为多少？（10%）

4.605R R 1012R R 11

111121111

=?==??+?+?-

=εS K R R R R R R r AR/R=4/102 ks=9.12 五、电容式传感器分为哪三种？在设计电容传感器，如何消除或减小寄生电容的

影响（15%）

答：电容式传感器分为变极距型、变面积型和变介质型电容式传感器。寄生电容与传感器电容相并联，影响传感器灵敏度，而它的变化则为虚假信号影响仪器的精度，必须消除和减小它。（1）增加传感器原始电容值（2）注意传感器的接地和屏蔽；（3）集成化（4）采用“驱动电缆”(双层屏蔽等位传输)技术（5）

采用运算放大器法；（6）整体屏蔽法。

六、请分析)()()(t Cx t Cy dt

t dy A =+传感器系统的频率响应特性。（15%） ()()()() 1

111+=+=?=+s s K

C s H t x t y dt t dy C A τ

七、请写出下图所示电路是什么电路并分析该电路的工作原理（15%）

答：所示电路是二极管相敏检波电路

当衔铁在中间位置时，位移x （t ）= 0，传感器输出电压Ｕ１=0,只有Ｕ２起作用。正半周时L R R u i +=

14，L R R u i +=23因为是从中心抽头，所以u1= u ２ ，故i ３= i ４。流经RL 的电流为i ０= i ４－ i ３ =０，同理负半周时，流经RL 的电流为i ０= i １－ i ２ =０；

当衔铁在零位以上时，位移x （t ）> 0，Ｕ１与Ｕ２同频同相。正半周时L R R e u i ++=214，L R R u i +-=2

23e 故i ４＞ i ３，流经RL 的电流为i ０= i ４－ i ３ ＞０，负半周时

L R R e u i ++=121，L R R u i +-=1

12e ，故i １＞ i ２，流经RL 的电流为 i ０= i １

－ i２＞０；

经过相敏检波电路后，正位移输出正电压，负位移输出负电压。差动变压器的输出经过相敏检波以后，特性曲线如下图。

同理当衔铁在零位以下时，位移x（t）＜ 0，Ｕ１与Ｕ２同频反相，电流均小于0。

八、请说明如图所示高频反射式涡流厚度传感器的工作原理。（15%）

为了克服带材不够平整或运行过程中上下波动的影响，在带材的上、下两侧对称地设置了两个特性完全相同的涡流传感器S1和S2。S1和S2与被测带材表面之间的距离分别为x1和x2。若带材厚度不变，则被测带材上、下表面之间的距离总有x1+x2=常数的关系存在。两传感器的输出电压之和为2U o，数值不变。如果被测带材厚度改变量为Δδ，则两传感器与带材之间的距离也改变一个Δδ，两传感器输出电压此时为2U o±ΔU。ΔU经放大器放大后，通过指示仪表即可指示出带材的厚度变化值。带材厚度给定值与偏差指示值的代数和就是被测带材的厚度。