模拟试卷一参考答案

76.5 1 1 1 1 80.0 324 AL 20.0 30.0 40.0 50.0 82.5 11480 85.0
AA 2000 0
( AA) 1 1 AA A11 A 21 A12 1 5400 140 A22 2000 4 140
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为了提高灵敏度 K H ，霍尔元件常制成薄片形状。
2、答：光纤传感器由光源、 （光纤或非光纤的）敏感元件、光纤、光探测 器、信号处理系统等组成。其工作原理：由光源发出的光通过源光纤引到 敏感元件，被测参数（温度、压力、应变、振动等）作用于敏感元件，在 光的调制区内，使光的某一性质（光强、波长/频率、相位、偏振态）受到 被测量的调制，调制后的光信号经过接收光纤耦合到光探测器，将光信号 转换为电信号，最后经过信号处理得到所需要的被测量。 3、答：半导体色敏传感器由两个结深不同的 P-N 结光电二极管构成，浅 结的二极管是 P -N 结，深结的二极管是 P-N 结。其工作原理：入射光照射 时，P 、N、P 三个区域及其间的势垒区中都有光子吸收，但效果不同。浅 结对紫外线的灵敏度高，深结对红外光的灵敏度高。将两结吸收入光线后 产生的光电流（短路电流）相比即可判断入色单色光的波长(颜色)。 4、答：光栅读数头主要由标尺光栅、指示光栅、光路系统和光电元件等 组成。其工作原理：标尺光栅固定在被测物体上，指示光栅相对于光电元 件固定，两光栅在光照下可形成具有明暗相间带的莫尔条纹。标尺光栅移 动一个栅距 W，光强变化一个周期，用光电元件接收莫尔条纹移动时光强 的变化，就可将光信号转换为接近于正弦周期函数的电信号输出，从而可 知被测物体移动位移的大小。
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ˆ 被测量估计矩阵 X
x1 x2
ˆ AL ，则 由最小二乘法： AAX
1 1 1 1 1 1 AA 20.0 30.0 40.0 50.0 1 1 20.0 30.0 140 4 40.0 140 5400 50.0
二、简答题（本大题共 4 小题，每小题 4 分，共 16 分）
1、 答：置于磁场中的静止金属载流体产生霍尔效应时，电子受洛伦兹力：
f L eBv
①
同时金属导体内形成霍尔电场，电子受与 f L 反向的电场力：
f H eE H
平衡状态下： f L f H , 即： EH Bv
UH e b
+ _ + _
A B
显示 仪表
+ _ _ +
A
+ + _
B
_
显示 仪表
_ + _
A B
+
A
B
两热电偶并联
两热电偶串联
（1） 在并联方式中， 伏特表得到的电势为 2 个热电偶的热电势的平均电 势，即它已经自动得到了 2 个热电势的平均值，查表即可得到两点的平均 温度。该方法的优点：快速、高效、自动，误差小，精度高。缺点：当其 中有一个热电偶损坏后，不易立即发现，且测得的热电势实际上只是某一 个热点偶的。 （2） 在串联方式中， 伏特表得到的电势为环路中 2 个热电偶的总热电势， 还要经过算术运算求平均值， 再查表得到两点的平均温度。 该方法的优点： 当其中有一个热电偶损坏后，可以立即发现；可获得较大的热电势和提高 灵敏度。缺点：过程较复杂，时效性低，在计算中，易引入误差，精度不 高。
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传感器与自动检测技术
模拟试卷一参考答案
一、单项选择题（本大题共 20 小题，每小题 2 分，共 40 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、 多选和未选均不得分。
1、A 6、B 11、C 16、B 2、B 7、B 12、C 17、C 3、C 8、A 13、B 18、D 4、B 9、A 14、B 19、C 5、D 10、D 15、A 20、B

0
，
负号表示衔铁位移的方向（上移时，

0
与U 反相； 定义为正，表明 U O i
下移时，

0
则为

0
与U 同相） ，表明 U 。 O i
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（2）灵敏度表达式： K
U W U O 2 i W1 0
实际测量中要提高灵敏度，可以采取的措施：适当提高电源幅值(但 应在铁芯不饱和及允许温升范围内),提高 W2 / W1 的比值，尽量减小 0 。 （3） 零点残余电压产生主要原因： 变压器的电气参数和几何尺寸不对称， 磁性材料的非线性。消除零点残余电压的办法主要有：工艺上保证磁路、 线圈对成，铁芯均匀，线圈绕线均匀；在输出回路中用串/并电阻、电容的 方法进行电路补偿。 2、解:
R X 0 0.006(V ) ， rL RX
0 r A
d

8.854 1012 1 16 103 24 103 4 103
0.85(PF)
（2）当一块极板沿长度方向在原始位置上平移时，有
C1 b C0 b
当一块极板沿宽度方向在原始位置上平移时，有
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C 2 a C0 a k1 ΔC1 C 0 0.85 1012 3.542 1011 (F/m) 3 Δb b 24 10
ΔC1 / C0 1 1 41.67(m -1 ) 3 Δb b 24 10
或： k 1
ΔC 2 C 0 0.85 1012 k2 0.53125 1010 (F/m) 3 Δa a 16 10
+ +
三、分析计算题（本大题共 3 小题，每小题 8 分，共 24 分）
1、解：误差方程 rti r0 (1 ti ) vi 令 x1 r0 ， x2 r0
i 1,2,3,4
1 1 系数矩阵 A 1 1
20.0 76.5 80.0 30.0 , , 直接测得值矩阵 L 82.5 40.0 50.0 85.0
或： k 2
ΔC2 / C0 1 1 62.5(m-1 ) Δa a 16 103
四、综合题（本大题共 2 小题，每小题 10 分，共 20 分）
1、解：
b a W2 U （1） U O b a W1 i
①
0； 当衔铁在初始平衡位置， a b 0 ，则 U O
UO (
R X R X 1 100 0.2 1 ) E 3( ) 0.0015(V ) 2 R X R X 2 200 0.2 2 R X / 2R X 100% 0.1% 1 R X / 2R X
非线性误差： rL
（3） 要使电桥电压灵敏度为单臂工作时的 2 倍， 则应该在等强度梁的正 反面对应贴上两个相同的应变片，一个受拉应变，一个受压应变，接入电 桥相邻桥臂，形成半桥差动电桥，且取其他桥臂电阻也为 Rx。
2、 解： （1）
R X K RX
R X K R X 2 1000 100 0.2()

R X 0.2 0.2% RX 100
（2）将电阻应变片 Rx 置于单臂测量电桥，取其他桥臂电阻也为 Rx。当
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Rx 有∆ Rx 的变化时，电桥输出电压为 U O ：
②
③
设金属导体单位体积内电子数为 n ，则： v
I nebd
④ ⑤ ⑥
IB nebd IB R IB H K H IB 把⑤代入②： U H ned d 1 R ⑥式中霍尔常数 RH ，灵敏度 K H H ne d
把④代入③： E H
由此可见，霍尔电势正比于激励电流和磁感应强度。其灵敏度 K H 正比于霍尔系数 RH （它在金属导体单位体积内电子数固定时为定值） ， 而与霍尔片厚度 d 成反比。
当 被 测 物体 带动 衔 铁移动 ， 若 上移 （ 且 假 设上移 为 正 ） ，则
a 0 ， b 0 ，代入①式中，可得闭磁路变隙式差动变
压器输出特性：
W2 U U O 0 W1 i
②
的大小正比于衔铁位移量 ②式表明：在进行位移测量时， U O
ˆ [ AA]1 AL X
r0 x1 71.2()
1 5400 140 324 71.2 4 2000 140 11480 0.28

x2 0.28 3.93 10 3 (/ C ) r0 71.2
此时， U O
Hale Waihona Puke R X 1 0 E 0.003(V ) ， rL 2 RX
要使电桥电压灵敏度为单臂工作时的 4 倍，则应该在等强度梁的正反 面对应贴上四个相同的应变片，2 个受拉应变，2 个受压应变，形成全桥差 动电桥。
E 此时， U O
3、 解： （1） C0