传感器与应用试题库汇总
《传感器与应用》
一、填空题（每空1分，共25分）
1．传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出变化量与输入变化量的比值。对线性传感器来说，其灵敏度是一常数 .2．用弹性元件和电阻应变片及一些附件可以组成应变片传感器，按用途划分用应变式力传感器、应变式加速度传感器等（任填两个）。3.采用热电阻作为测量温度的元件是将温度的测量转换为电阻的测量。4．单线圈螺线管式电感传感器主要由线圈、铁磁性外壳和可沿线圈轴向移动的活动铁芯组成。5．利用涡流式传感器测量位移时，为了得到较好的线性度和较好的灵敏度，应该让线圈与被测物的距离大大小于线圈半径6．空气介质变隙式电容传感器中，提高灵敏度和减少非线性误差是矛盾的，为此实际中大都采用差动式电容传感器7．振筒式传感器是以均匀薄壁圆筒作为敏感元件，将被测气体压力或密度的变化转换成频率。8．由光电管的光谱特性看出，检测不同颜色的光需要选用光电阴极材料不同的光电管，以便利用光谱特性灵敏度较高的区段。9．按热电偶本身结构划分，有普通热电偶、铠装热电偶、薄膜热电偶。10．硒光电池的光谱响应区段与人类相近，因而得到应用。11．热敏电阻正是利用半导体载流子数目随着温度变化而变化的特性制成的温度敏感元件。12．当半导体材料在某一方向承受应力时，它的电阻率发生显著变化的现象称为半导体压阻效应。用这个原理制成的电阻称固态压敏电阻。13．磁敏二极管工作时加正向电压。由于它的磁灵敏很高，特别适用于测量弱磁场。
二、选择题（每小题2分，共16分，7、8两题答案不止一个）
1．电阻应变片的初始电阻数值有多种,其中用的最多的是（B）。A 60ΩB120ΩC 200ΩD 350Ω2．电涡流式传感器激磁线圈的电源是（ C ）。A 直流 B 工频交流 C高频交流 D低频交流3．变间隙式电容传感器的非线性误差与极板间初始距离d0之间是（B）。
A 正比关系
B 反比关系
C 无关系
4．单色光的波长越短，它的（A）。
A 频率越高，其光子能量越大
B 频率越低，其光子能量越大
C 频率越高，其光子能量越小
D 频率越低，其光子能量越小
5．热电偶可以测量（ C ）。
A 压力
B 电压
C 温度
D 热电势
6．光敏电阻适于作为（B）。
A 光的测量元件
B 光电导开关元件
C 加热元件
D 发光元件
7．目前我国使用的铂热电阻的测量范围是（ AD ）。
A -200～850℃
B -50～850℃
C -200～150℃
D -200～650℃
8．差动变压器传感器的配用测量电路主要有（ AB ）。
A 差动相敏检波电路
B 差动整流电路
C 直流电桥
D 差动电桥
《传感器与应用》试卷A填空选择题答案及评分标准
一、填空题（每空1分，共25分）
1．变化量变化量常数
2．力压力（加速度）
3．温度电阻
4．铁磁性外壳移动的活动铁芯
5．线圈与被测物线圈半径
6．差动
7．薄壁圆筒频率
8．光电阴极材料灵敏度较高
9．普通薄膜
10．人类
11．载流子温度
12．电阻率压敏电阻
13．正向弱磁场
二、选择题（每小题2分，共16分）
1．B2．C3．B4．A5．C6．B7．A D8．A B
《传感器与应用》试卷A-综合题
三、简述电涡流式传感器的工作原理（每空1分，共11分）
传感器的激磁线圈通正弦交变电流时，在其周围产生交变磁场，使被测金属导体内产生电涡流。它的存在在消弱激磁线圈内磁场的变化。使线圈
等效阻抗发生变化（对比无被测金属时变小）。该变化完全取决于被测金属导体的电涡流效应。而电涡流效应的大小与被测金属导体的电阻率、磁导率及几何形状有关，又与线圈的几何尺寸、线圈中激磁电流的频率有关，还与线圈与被测金属导体间的距离等参数有关。如果保持上述中的其它参数不变，而只改变其中的一个参数，则传感器的线圈的阻抗就仅仅是这个参数的单值函数。通过测量线圈阻抗的变化量，即可实现对该参数的测量。
四、简答题（共8分）
1．图1是差动式电容加速度传感器结构示意图。
2．图1中各编号名称：
①是质量块；
②是固定极板。
五、简答题（共7分）
图2
1．图2是压阻式加速度传感器结构示意图。
2．图2中各编号名称：
①是四个扩散电阻；
②是硅梁；
③是质量块；
④是基座；
六．简答题（共6分）。
图3
在图3所示的电桥中，R1=1000Ω，R3=1500Ω，C2=1μF时电桥平衡。电容C4是多少？
答：根据平衡条件，C4= C2 R1/ R3=1*1000/1500≈0.667μF
七简答题（共15分）．
某CO2气体传感器在20。C，浓度范围为0～100ppm时的输入特性表示为Rx=x+250(kΩ),
用差动法回答以下问题（其中R1=10MΩ,E=2V）:
?利用最简单的电阻-电压变换电路，绘出X，V0的关系图。
?利用电桥进行电阻-电压变换电路，绘出20 。C时X，V0的关系图。另外，当30。C时，Rx=x+500(kΩ)，在同一张图上再加上X，V0的关系图，然后进行比较。
?采用两个差动法的传感器电路绘出20。C，30。C时X，V0的关系，然后与（2）中的图形进行比较。
答：20。C时，0～100ppm对应得电阻变化为250～350 kΩ。
o V0在48.78～67.63mV之间变化。
o如果R2=10 MΩ，R3=250 kΩ，20。C时，V0在0～18.85mV之间变化。30。C时V0在46.46mV（0ppm）～64.43mV（100ppm）之间变化。
20。C时，V0为0～18.85mV，30。C时V0为0～17.79mV，如果零点不随温度变化，灵敏度约降低4.9%。但相对（2）得情况来说有很大的改善。
八简答题（12分）．
（1）采用超声波或光脉冲信号，由从对象反射回来的脉冲的时间进行距离检测，空气中的音速为340m/s，软钢中纵波的因素为5900 m/s，光的速度为3*108 m/s，求这三种情况下1 ms的往复时间对应得距离。根据计算结果，比较采用光脉冲所需要系统得信号处理速度要比采用超声波脉冲时的系统
?
《传感器与应用》试卷A-综合题答案
2009-03-07 16:37
三、简述电涡流式传感器的工作原理（每空1分，共11分）
交变电流磁场电涡流磁场等效阻抗
小频率距离线圈的阻抗单值阻抗
四、简答题（共8分）
1．差动电容（4分）
2．①质量块（2分）
②固定极板（2分）
五、简答题（共7分）
1．压阻（固态压阻、扩散硅压阻）
2．①4个扩散电阻②硅梁③质量块④基座
六．简答题（共6分）。
答：根据平衡条件，C4= C2 R1/ R3=1*1000/1500≈0.667μF。
七．简答题（共15分）．
答：20。C时，0～100ppm对应得电阻变化为250～350 kΩ。
o V0在48.78～67.63mV之间变化。
o如果R2=10 MΩ，R3=250 kΩ，20。C时，V0在0～18.85mV之间变化。30。
C时V0在46.46mV（0ppm）～64.43mV（100ppm）之间变化。
o20。C时，V0为0～18.85mV，30。C时V0为0～17.79mV，如果零点不随温度变化，灵敏度约降低4.9%。但相对（2）得情况来说有很大的改善。八．简答题（12分）．
答：
（1）1 ms的时间内超声波在空气和软钢中的传播距离分别为0.17m和3.0m，而光的传播距离为1.5*105 m，故要求有105倍高的处理速度。
（2）采用光时，1μm的处理速度只能测量100m以上的距离，不能进行近距离测量。如果要求分辨力为1m，则要求10ns的处理速度。所以光脉冲法用于远距离分辨率要求不高的场合，而超声波用于近距离测量。
一,填空:(50分)
1.热电偶所产生的热电势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的,其表达式为Eab(T,To)=.在热电偶温度补偿中,补偿导线法(即冷端延长线法)是在连接导线和热电
偶之间,接入延长线它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方,以减小冷端温度变化的影响.(7分)
2.光电传感器的工作原理是基于物质的光电效应,目前所利用的光电效应大致有三大类:第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类器件有光电管,光电倍增管等;第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电效应,这类器件有光敏电阻等;第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应,这类器件有光电池,光电仪表.(6分)
3.电位器或电阻传感器按特性不同,可分为线性电位器和非线性电位器.线性电位器的理想空载特性曲线具有严格的线性关系.假定电位器全长为Xmax,其总电阻为Rmax,它的滑臂间的阻值可以用Rx=来计算.假定加在电位器A,B之间的电压为Vmax,则输出电压为Vx=.其电阻灵敏度RI=.电压灵敏度RU=.(7分)
4.压磁式传感器的工作原理是:某些铁磁物质在外界机械力作用下,其内部产生机械应力,从而引起极化现象,这种现象称为正压电效应.相反,某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形,这种现象称为负压电效应.(6分)
5.磁电式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端产生感应电势的.而霍尔式传感器为霍尔元件在磁场中有电磁效应(霍尔效应)而输出电势的.霍尔式传感器可用来测量电流,磁场,位移,压力.(6分)
6.测量过程中存在着测量误差.绝对误差是指测量值与被测量真实值之间的差值其表达式为;相对误差是指绝对误差与被测量真实值的比值其表达式为;引用误差是指绝对误差与测量仪表的上量限(满度)值A的百分比其表达式为.(7分)
7.光栅传感器中莫尔条纹的一个重要特性是具有位移放大作用.如果两个光栅距相等,即
W=0.02mm,其夹角θ=0.1°,则莫尔条纹的宽度B=11.43㎜莫尔条纹的放大倍数K= 573.2.(6分)
8.测量系统的静态特性指标通常用输入量与输出量的对应关系来表征.(5分)
二,寄生电容与电容传感器相关联影响传感器的灵敏度,它的变化为虚假信号影响传感器的精度.试阐述消除和减小寄生电容影响的几种方法和原理.(15分)
三,在生产过程中测量金属板的厚度,非金属板材的镀层厚度时常用涡流传感器.试简要叙述说明利用涡流传感器测量金属板厚度的工作原理及实现工艺.(15分)
四,下图是热电阻测量电路,试说明电路工作原理并计算:
已知Rl是Pl100铂电阻,且其测量温度为T(T在0-850度之间)试计算出Rl的值.(10分) 电路中已知R1,R2,R3,Ra和E试计算电桥的输出电压VAB.(10分)
一、问题解答（6×5=30分）
1．什么叫传感器？传感器主要由哪几部分组成？它们的作用和相互关系如何？
答：传感器——能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。
传感器通常由敏感元件和转换元件组成。
敏感元件的作用：能直接感受或响应被测量并输出与被测量成确定关系的其他量（一般为非电量）部分。
转换元件作用：将敏感元件感受或响应的可用输出信号（一般为电信号）。
敏感元件是转换元件的前提。
2．什么是金属导体的电阻－应变效应和热电阻效应？
答：金属电阻的应变电阻效应——当金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将相应地发生变化。
热电阻效应——金属导体的电阻随温度的变化而变化。
3．请说明高频反射式电涡流传感器的基本结构和工作原理。
答：基本结构主要由金属导体板与相邻处线圈构成。
当线圈中通以交变电流i1时，线圈周围空间产生交变磁场H1。此时，金属板中将产生感应电动势，从而形成电涡流i2，
此电涡流又产生一个磁场H2。由于H2对线圈的反作用，从而导致线圈的电感量、阻抗、品质因数发生变化。
4．压电式传感器的工作原理是什么？压电式传感器的信号调理为什么必须要设置前置放大器？
其作用是什么？主要采用哪些类型的前置放大器？
答：压电式传感器的工作原理是压电效应。
压电式传感器本身的内阻很高(Ra ≥1010Ω)，而输出的能量信号又非常微弱，因此它的信号调理电路通常需要一个
高输入阻抗的前置放大器。
其基本作用：1．把压电式传感器的高输出阻抗变换为低阻抗输出；2．对压电式传感器输出的微弱信号进行放大。
前置放大器类型为：电压放大器与电荷放大器。
5．什么叫莫尔条纹?为什么利用莫尔条纹现象可以测微小位移？
答：光栅常数相同的两块光栅相互叠合在一起时，若两光栅刻线之间保持很小的夹角q，由于遮光效应，两块光栅刻线
的相交处形成亮带，而在刻线彼此错开处形成暗带。在近于垂直栅线方向出现若干明暗相间的条纹，即莫尔条纹。
光栅副相对移动一个栅距W，Moire条纹移动一个间距B，由B=W/q知，B对光栅副的位移有放大作用，
因此，利用Moire条纹可以测微小位移。
二、填空题（20分）
1．10(s)，0.05（mV//℃），37.7﹪，－51.47°。
2．降低；减小；升高。
3．121Ω，28.6ºC。
4．热电效应，温差电势，接触电势。
5．固有频率，阻尼比；正弦信号，阶跃信号。
三、（15分）如图1所示柱式力传感器，实心圆柱体钢试件直径d=10mm，材料的弹性模量E=2×1011N/m2，
泊松比m=0.285。试件上贴四片相同的电阻应变片，其灵敏系数K=2.0，并采用直流电桥线路进行测量。
为了提高测量精度和灵敏度，这四片电阻应变片应如何粘贴和怎样接入电桥线路，请画出相应的粘贴
方式图和电桥电路图；若所受力F=3×104N，供桥电压Ui=6V，此时电
桥的输出电压Uo为多少?
解：（1）粘贴方式图如下图（a），电桥电路图如下图（b）。
（a）（b）
（2）解法如下：
四、（15分）一台变间隙式平板电容传感器，其极板直径D=8mm，极板间初始间距d0=1mm.，
极板间介质为空气，其介电常数ε0=8.85×10-12F/m。试求：
（1）初始电容C0；
（2）当传感器工作时，间隙减小Dd=10µm，则其电容量变化DC；
（3）如果测量电路的灵敏Ku=100mV/pF，则在Dd=±1µm时的输出电压U0。
解：由题意可求
（1）初始电容：
(2)由，则当Δd=±10um时，有
如果考虑d1=1mm+10µm与d2=1mm﹣10µm之间的电容变化量ΔC′，则应为
ΔC′=2|ΔC|=2×4.45×10-3=8.9×10-3pF
(3) 当Δd=±1µm时，有
由Ku=100mV/pF=U0/ΔC，则
U0=KuΔC=100mV/pF×(±0.445×10-3pF)=±0.0445(mV)
五、（10分）三段式螺管差动变压器电感液位传感器测量系统的结构和电气线路图如图2所示。
请简要说明其测液位的工作原理和及其测量过程。
解：差动变压器的两个次级线圈反相串接。
其差动变压器式传感器的工作原理正是建立在互感变化的基础上。
当某一设定液位使铁心处于中心位置时，差动变压器输出信号Es=0；当液位上升或下降时，
Es≠0。通过相应的测量电路便能确定液位的高低。
六、（10分）请设计一数字转速计，画出其结构示意图并说明其工作原理和工作过程。
（传感器和方法不限）
解：结构示意图如下：
在转轴（或
飞轮）上开一键槽，靠近轴表面安装电涡流传感器，轴转动时便能检出传感器与轴表面
的间隙变化，从而得到相对于键槽的脉冲信号，经放大、整形后，获得相对于键槽的脉冲方波信号，
然后可由频率计计数并指示频率值即转速（其脉冲信号频率与轴的转速成正比）。
一、单项选择题(本大题共12小题，每小题2分，共24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。
1.属于传感器动态特性指标的是( )
A.迟滞
B.过冲量
C.稳定性
D.线性度
2.传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的( )
A.线性度越好
B.迟滞越小
C.重复性越好
D.分辨力越高
3.我国省、部一级计量站使用的一等标准测力机所允许的测量误差为( )
A.±0.1%
B.±0.01%
C.±0.001%
D.±0.0001%
4.感应同步器的作用是测量( )
A.电压
B.电流
C.位移
D.相位差
5.下列测力传感器中，属于发电型测力传感器的是( )
A.自感式传感器
B.磁电感应式传感器
C.电容式传感器
D.应变式传感器
6.极对数为4的永磁式交流测速发电机，当其轴与转速为600(转/分)的被测轴相连接时，则其输出交变电动势的频率为( )
A.40Hz
B.300Hz
C.600Hz
D.2400Hz
7.视觉传感器的扫描部的主作用是( )
A.聚成光学图像信号
B.将光学图像信号转换成电信号
C.将二维图像信号转换为时间序列一维信号
D.抽出有效信号
8.热敏电阻式湿敏元件能够直接检测( )
A.温度
B.温度差
C.相对湿度
D.绝对湿度
9.在采样保持环节中，采样开关被断开的时间称为( )
A.采样时间
B.保持时间
C.采样周期
D.缓冲时间
10.封装在光电隔离耦合器内部的是( )
A.一个发光二极管和一个发光三极管
B.一个光敏二极管和一个光敏三极管
C.两个发光二极管或两个光敏三极管
D.一个发光二极管和一个光敏三极管
11.若周期信号x(t)的周期为T ，则其基波角频率为( )
A.T 2π
B.T
π C.
T 2π D.T 1
12.已知信号x(t)与信号y(t)完全不相关，则该二信号的互相关系数满足( )
A.ρxy (τ)>1
B.ρxy (τ)=1
C.0<ρxy (τ)<1
D.ρxy (τ)=0
二、填空题(本大题共12小题，每小题1分，共12分)
13.运算?-?=δmin max max
L y y L 100%是计算传感器________的公式。
14.传感器的________能力是指传感器在不致引起规定性能指标永久改变的条件下，允许超
过测量范围的能力。
15.当环境湿度改变时，必须对电容式传感器重新进行静态________。
16.要使直流电桥平衡，必须使电桥相对臂电阻值的________相等。
17.电容式扭矩测量仪是将轴受扭矩作用后的两端面相对________的变化量变换成电容器两极板之间的相对有效面积的变化量，从而引起电容量的变化来测量扭短的。
18.脉冲式测速发电机输出电压的________和被测轴转速之间保持严格的比例关系。
19.红外图像传感器通常由红外敏感元件和电子________电路组成。
20.在热电偶中，当引入第三个导体时，只要保持其两端的温度相同，则对总热电动势无影
响。这一结论被称为热电偶的________定律。
21.数据处理中使用的温度补偿方法有公式法和________。
22.两个电路之间存在的寄生电容使用一个电路的________变化影响到另一个电路。
23.周期信号频谱的特点是离散性、谐波性和________。
24.当信号的方差变为原来的4倍时，该信号的标准差将变为原来的________倍。
三、问答题(本大题共6小题，每小题4分，共24分)
25.压电式传感器往往采用多片压电晶片串联或并联方式，当采用多片压电晶片并联方式时，
适合于测量何种信号?
26.就某一确定的差动变压器式位移传感器而言，当激励电压的幅值恒定时，其输出电压的
幅值和相位分别取决于被测位移的哪些信息?
27.简述半导体P-N 结温度传感器的工作机理。
28.热电型红外光导摄像管与可见光光导摄像管在电路中所采用的前置放大器有何差别?为
什么?
29.有源滤波器与无源滤波器相比有哪些优点?
30.分别说明信号x(t)的均值μx 、方差σ2x 、均方值Ψ2x 的含义并写出三者间的联系式。
四、计算题(本大题共3小题，每小题8分，共24分)
31.已知：输入应变仪的应变为286με，应变仪的灵敏度为31μA/με，记录仪的灵敏度
为5mm/mA,求记录仪输出的偏移量。(注：με代表一个应变单位)
32.某位移传感器在校准时测得的数据如下表，若该传感器的线性表达式为x=a 0+a 1n ，试用
最小二乘法(∑=-+=σN 1i 2i i 10)x n a a
()计算a 0和a 1。 脉冲数n i
10 20 30 40 50 位移值x i (mm)
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
33.图示串联式测温电路，其中R t =R 0[1+α(t-t 0)]为感温热电阻，R s 为常值电阻，E 为工作电压，U 0为输出电压，α=0.02/℃.当给定温度为0℃，R t 的电阻值为10k Ω，若测温范围为 0℃~400℃，输出电压U 0的范围是1V~5V ，试计算工作电压E 和常值电阻R s 各取多少?(s
t t 0R R ER U +=)
五、应用题(本大题共2小题，每小题8分，共16分)
34.用微型计算机、模/数转换(A/D)板、滤波器、电荷放大器、压电式力传感器和打印机组成
一个测力系统，试画出该测力系统的方框图。
35.图1所示矩形函数x(t)的频谱为X(ω)=A τsinc(2 )，求图2所示信号y(t)的频谱，并画
出其幅值谱图。(sincx=x x
sin )
一、名词解释：（5分*4=20分）
1、传感器：
2、传感器的误差：
3、应变效应：
4、压电效应：
二、填空题：（5分*3=15分）
1、传感器通常由------------、传感元件和测量转换电路组成。
2、电感式传感器是利用线圈的----------、互感或阻抗的变化来实现非电量检测的一种装置。
3、电容式传感器可分为三种：变间隙式（即改变极板距离d）、-----------------和变介电常数式。
4、以导体和磁场发生相对运动而产生电动势的原理制作的传感器称为-------------
5、光电效应有三种类型，即外光电效应、内光电效应和----------。
三、选择题（3分*5=15分）
1、传感器的输出量通常为（）
A 非电量信号
B 电量信号
C 位移信号
D 光信号
2、下列物理量中可以用气敏传感器来测量的是（）
A 位移量
B 湿度
C 烟雾浓度
D 速度
3、不能实现非接触式测量的传感器是（）
A 压电式传感器
B 电涡流式传感器
C 光电式传感器D超声波传感器
4、常用于制作霍尔元件的材料是（）
A 铁
B 铜
C 铝
D 砷化铟
5、在下面抗干扰技术中，不属于破坏“路”的干扰技术的是（）
A 提高绝缘性能B静电屏蔽 C 电磁屏蔽 D 低频磁屏蔽
四、简答题（10分*4=40分）
1、电阻应变式传感器主要由哪些部分组成？利用它可以测量哪些参数？
2、常见的热电偶有哪些种类？
3、超声波探伤方法多种多样，最常用的是脉冲反射法，而脉冲反射法根据波形不同又可分为哪几种方法？
4、干扰的三要素是什么？抑制干扰通常采取的措施有哪些？
五、读图解答题（3+4+3=10分）
如上A、B、C、D四图所示，1表示被测物、2表示敏感元件、3表示光源，它们表示了一种传感器的四种基本应用类型。请问：
1、这种传感器是什么传感器？
2、图A的应用属于------------；图B的应用属于------------；
图C的应用属于------------；图D的应用属于------------；
3、这种传感器有什么优点？
压电式传感器 一、选择填空题： 1、压电式加速度传感器是（D ）传感器。 A、结构型 B、适于测量直流信号 C、适于测量缓变信号 D、适于测量动态信号 2、沿石英晶体的光轴z的方向施加作用力时，（A ）。 A、晶体不产生压电效应 B、在晶体的电轴x方向产生电荷 C、在晶体的机械轴y方向产生电荷 D、在晶体的光轴z方向产生电荷 3、在电介质极化方向施加电场，电介质产生变形的现象称为（B ）。 A、正压电效应 B、逆压电效应 C、横向压电效应 D、纵向压电效应 4、天然石英晶体与压电陶瓷比，石英晶体压电常数（C），压电陶瓷的稳定性（C ）。 A、高，差 B、高，好 C、低，差 D、低，好 5、沿石英晶体的电轴x的方向施加作用力产生电荷的压电效应称为（D）。 A、正压电效应 B、逆压电效应 C、横向压电效应 D、纵向压电效应 6、压电式传感器可等效为一个电荷源和一个电容并联，也可等效为一个与电容相串联的电压源。 7、压电式传感器的输出须先经过前置放大器处理，此放大电路有电压放大器和电荷放大器两种形式。 二、简答题 1、什么是压电效应？纵向压电效应与横向压电效应有什么区别？ 答：某些电介质，当沿着一定方向对其施加外力而使它变形时，内部就产生极化现象，相应地会在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。通常把沿电轴X－X方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”；而把沿机械轴Y－Y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”；所以纵向压电效应与横向压电效应的主要区别在于施力方向不同，电荷产生方向也不同。 2、压电式传感器为何不能测量静态信号？ 答：因为压电传感元件是力敏感元件，压电式传感器是利用所测的物体的运动产生的相应的电信号，而静态的不能产生相应的电信号。所以压电式传感器不能测量静态信号。
一：填空题（每空1分） 1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元件， 测量电路三个部分组成。 2.半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。 3.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，根据光电效应可以分为 外光电效应，内光电效应，热释电效应三种。 4.光电流与暗电流之差称为光电流。 5.光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域内。 6.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可采用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 7.反射式光纤位移传感器在位移-输出曲线的前坡区呈线性关系，在后坡区与 距离的平方成反比关系。 8.根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温度传感 器。 9.画出达林顿光电三极管内部接线方式： ＋U C E R L 10.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为：传 感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公式表示k（x）=Δy/Δx 。 11.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一 种度量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最小二乘法线性度。 12.根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体式两大 类。 13.利用热效应的光电传感器包含光---热、热---电两个阶段的信息变换过 程。 14.应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法电桥补偿
法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 15. 应变式传感器一般是由 电阻应变片 和 测量电路 两部分组成。 16. 传感器的静态特性有 灵敏度 、线性度、灵敏度界限、迟滞差 和稳定性。 17. 在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为 外光电效应 ，入 射光强改变物质导电率的物理现象称为 内光电效应 。 18. 光电管是一个装有光电 阴极 和 阳极 的真空玻璃管。 19. 光电管的频率响应是指一定频率的调制光照射时光电输出的电流随频率变化的关系，与其物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有关。多数光电器件灵敏度与调制频率的关系为Sr （f ）=Sr 。/(1+4π2f 2τ2) 20. 内光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。 21. 国家标准GB 7665--87对传感器下的定义是：能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 22. 传感器按输出量是模拟量还是数字量，可分为模拟量传感器和数字量传感器 23. 传感器静态特性的灵敏度用公式表示为：k (x)=输出量的变化值/输入量的变化 值=△y/△x 24. 应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有：有一定的粘贴强度；能准确传递应变；蠕变小；机械滞后小；耐疲劳性好；具有足够的稳定性能；对弹性元件和应变计不产生化学腐蚀作用；有适当的储存期；应有较大的温度适用范围。 25. 根据传感器感知外界信息所依据的基本校园，可以将传感器分成三大类： 物理传感器 ，化学传感器 ，生物传感器。 P3 26. 应变式测力与称重传感器根据弹性体的的结构形式的不同可分为 柱式传感 器 、 轮辐式传感器 、 悬梁式传感器 和 环式传感器 27. 大多数接收器对所感受的波长是有选择性的，接受器对不同波长光的反应程度称为光谱灵敏度，其表达式为：) ()()(λφλλU S = 28.应变式传感器一般是由 电阻应变片 和 测量电阻 两部分组成。 29. 应变式传感器的基本构成通常可分为两部分：弹性敏感元件、应变计 30. 传感器种类繁多，根据传感器感知外界信息的基本效应，可将传感器分为
1、已知一等强度梁测力系统， R x 为电阻应变片，应变片灵敏系数 K=2，未 受应变时，R ＜ = 100 ?。当试件受力 F 时，应变片承受平均应变 ￡ = 1000卩m/m , 求： (1) 应变片电阻变化量 ？ R ＜和电阻相对变化量？ R x /R x 。 (2) 将电阻应变片 R ＜置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流 3V, 求电桥输出电压及电桥非线性误差。 (3) 若要使电桥电压灵敏度分别为单臂工作时的两倍和四倍，应采取 解: (1) RX K R X R X K R X 2 1000 100 0.2() 化时，电桥输出电压为 U O (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 。 1 R X 此时，U o — E - 0.003(V)，r L 0 2 R X 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。 2、有一个以空气为介质的变面积型平板电容传感器(见下图) 。其中 a=16mm,b=24mm,两极板间距为4mm 。一块极板分别沿长度和宽度方向在原始位置 上平移了 5mm ，求： R X R X 0.2 100 0.2% (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Rx 有？ Rx 的变 R X R X U O (云r i )E 3 (100 0.2 丄) 200 0.2 2 0.0015(V) 非线性误差: r L R X /2R X 1 R X /2R X 100% 0.1% 此时，U o R X R X 0.006(V)，r L 0
《检测与转换技术》试卷 一、单项选择题（每题3分，共30分） 1、1、以下哪一种情况可能产生随机误差 A 测量人员的粗心大意 B 检测装置的指示刻度不准 C 许多因素微小变化的总和 D 传感器的不稳定 2、2、下列四个选项中，关于相对误差特征正确的是 A 大小与所取单位有关 B 量纲与被测量有关 C 不能反映误差的大小和方向 D 能反映测量工作的精细程度 3、3、某量程为1000Kg的秤，相对误差是1%，则测量10Kg重物的绝对误差是 A 1Kg B 10％ C D 10Kg 4、下列传感器的应用中哪个适合高频反射式涡流传感器 A 金属材料内部缺陷的检测B金属工件表面光洁度的测定 C 金属材料厚度测量 D 金属材料内部杂质的检测 5、下列温度传感器中，测量温度范围较大的是 A 热电偶 B 铜热电阻 C 半导体热敏电阻 D 铂热电阻 6、下列哪一种传感器的输入输出特性是非线性的 A 变面积式电容传感器B变极距式电容传感器 C 变介质式电容传感器D螺管式自感传感器 7.下列温度测量中哪一种热惯性小，适合温度的快速测量 A 用热电偶测量温度 B 用温度计测量温度 C 用铜热电阻测量温度 D 用铂热电阻测量温度 8、用下哪一种检测方法的灵敏度高 A 采用差动电桥 B 采用电流源供电 C 采用有源电路 D 采用双差电桥 9、以下哪种方法不适合消除或减小系统误差 A 代替方法 B 交换方法 C 采用温度补偿方法 D 采用频率电压转换电路 10、影响检测系统稳定性的因素有 A 使用寿命 B 标定测值的变化 C 反应时间 D 分辨率 二、创新思考问题（每题10分，共20分）
1. 设计一种肺活量测量装置，并简述原理。（试考虑2种以上的传感器） 2. 检测液位一般可以采用哪几种方法（试考虑2种以上方法） 三、某全对称电桥接有阻值为100Ω、灵敏度为2的电阻应变片，若电桥工作电压为6伏，应变片承受2000×10－6的微应变力，试求：（15分） 1、单臂电桥的开路输出电压U0的大小 2、单臂电桥的非线性误差δf的大小 3、要进一步减小非线性误差，应采取什么措施 四、对容器中一溶液的浓度共测量15次，结果为： ，，，，，，，， ，，，，，，% 试判断并剔除异常值。（15分） 五、试用所学的传感器知识设计一家庭防盗报警装置。（画出示意图并说明工作原理）（20分）
第一章检测技术的基本概念 一、填空题： 1、传感器有、、组成 2、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出与输入的比值。 3、从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度。 4、下面公式是计算传感器的。 5、某位移传感器的输入变化量为5mm，输出变化量为800mv，其灵敏度为。 二、选择题： 1、标准表的指示值100KPa，甲乙两表的读书各为 KPa和 KPa。它们的绝对误差为。 A 和 B 和 C 和 2、下列哪种误差不属于按误差数值表示。 A绝对误差 B相对误差 C随机误差 D引用误差 3、有一台测量仪表，其标尺范围0—500 KPa，已知绝对误差最大值 P max=4 KPa，则该仪表的精度等级。 A 级 B 级 C 1级 D 级 4、选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。应选购的仪表量程为测量值的 倍。 A3倍 B10倍 C 倍 D 倍 5、电工实验中，常用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于测量， 而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于测量。 A偏位式 B零位式 C 微差式 6、因精神不集中写错数据属于。 系统误差 B随机误差 C粗大误差 7、有一台精度级，测量范围0—100 KPa，则仪表的最小分格。 A45 B40 C30 D 20 8、重要场合使用的元件或仪表，购入后进行高、低温循环老化试验，目的是为了。 A提高精度 B加速其衰老 C测试其各项性能指标 D 提高可靠性 9、传感器能感知的输入量越小，说明越高。 A线性度好 B迟滞小 C重复性好 D 分辨率高 三、判断题 1、回差在数值上等于不灵敏度 ( ) 2、灵敏度越大，仪表越灵敏（） 3、同一台仪表，不同的输入输出段灵敏度不同（） 4、灵敏度其实就是放大倍数（） 5、测量值小数点后位数越多，说明数据越准确（） 6、测量数据中所有的非零数字都是有效数字（） 7、测量结果中小数点后最末位的零数字为无效数字（） 四、问答题 1、什么是传感器的静态特性，有哪些指标。 答：指传感器的静态输入、输出特性。有灵敏度、分辨力、线性度、迟滞、稳定性、电磁兼容性、可靠性。
无线传感器网络试题 一填空题 1、传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，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。 2、感知目标、网络节点、用户构成了无线传感器网络的三个要素。 3、无线传感器网络的通信协议栈包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层与互联网协议栈的五层协议相对应 4、无线传感器网络的产业化障碍包括四个方面。它们分别是：大规模组网问题、大规模组网问题实用化低功耗技术、微型化加剧信号串扰、可靠性提高资源需求 二、判断题 1、无线通信是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式（对） 2、SINK节点：亦称网关节点，与簇头结点的功能完全相同。（错） 3、通过拓扑控制自动生成的良好的网络拓扑结构，能够提高路由协议和MAC协议的效率，可为数据融合、时间同步和目标定位等很多方面奠定基础，有利于节省节点的能量来延长网络的生存期。（对） 4、美国军方最先开始无线传感器网络技术的研究。（对） 三、选择题
1、最先开始无线传感器网络技术的研究的国家是（B） A中国B美国C日本D韩国 2、无线传感器网络的特点包括（C） （1）可快速部署 （2）可自组织 （3）隐蔽性强和高容错性 （4）成本高，代价大 A （1）（2）（4） B （2）（3）（4） C （1）（2）（3） D（1）（3）（4） 3、将“信息社会技术”作为优先发展领域之一。其中多处涉及对WSN 的研究，启动了EYES 等研究计划的组织是（D） A日本总务省 B韩国信息通信部 C美国国防部 D欧盟 4、与无线传感器网络的兴起无关的技术是（A） A虚拟运营技术 B无线通信 C片上系统（SOC） D低功耗嵌入式技术
一、填空题(20分) 1.传感器由（敏感元件，转换元件，基本转换电路）三部分组成。 2.在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的（1.5 ） 倍左右为宜。 3.灵敏度的物理意义是（达到稳定工作状态时输出变化量与引起此变化的输入变化量之比。） 4. 精确度是指（测量结果中各种误差的综合，表示测量结果与被测量的真值之间的一致程度。） 5．为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用（细分）技术。 6.热电阻主要是利用电阻随温度升高而（增大）这一特性来测量温度的。 7.传感器静态特性主要有（线性度，迟滞，重复性，灵敏度）性能指标来描述。 8.电容传感器有三种基本类型，即(变极距型电容传感器、变面积型电容传感器, 变介电常数型电容传感器) 型。 9.压电材料在使用中一般是两片以上在,以电荷作为输出的地方一般是把压电元件（并联）起来，而当以电压作为输出的时候则一般是把压电元件（串联)起来 10.压电式传感器的工作原理是：某些物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为（顺压电效应）。相反，某些物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为（逆压电效应）。 11. 压力传感器有三种基本类型，即（电容式，电感式，霍尔式）型. 12.抑制干扰的基本原则有（消除干扰源，远离干扰源，防止干扰窜入）. 二、选择题（30分,每题3分）1、下列( )不能用做加速度检测传感器。D.热电偶 2、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的( ).C．压电效应 3、下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（）. C．温度 4、属于传感器动态特性指标的是（）.D．固有频率 5、对压电式加速度传感器，希望其固有频率( ).C.尽量高些 6、信号传输过程中，产生干扰的原因是( )C.干扰的耦合通道 7、在以下几种传感器当中( )属于自发电型传感器.C、热电偶 8、莫尔条纹光栅传感器的输出是( ).A.数字脉冲式 9、半导体应变片具有( )等优点.A.灵敏度高 10、将电阻应变片贴在( )上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器. C.弹性元件 11、半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率( ).B.迅速下降 12、在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是( ). C、将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 13、在以下几种传感器当中( ABD 随便选一个)不属于自发电型传感器. A、电容式 B、电阻式 C、热电偶 D、电感式 14、( )的数值越大,热电偶的输出热电势就越大.D、热端和冷端的温差 15、热电阻测量转换电路采用三线制是为了( B、减小引线电阻的影响). 16、下列( )不能用做加速度检测传感器.B.压电式 三、简答题（30分） 1.传感器的定义和组成框图？画出自动控制系统原理框图并指明传感器在系统中的位置和
《传感器与检测技术》试题1 班级_______ 姓名学号成绩 一、填空:(20分) １、测量系统得静态特性指标主要有 。(2分) 2、霍尔元件灵敏度得物理意义就就是 。（2分) ３、光电传感器得理论基础就就是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生得光电效应分为三类。第一类就就是利用在光线作用下 效应,这类元件有；第二类就就是利用在光线作用下效应，这类元件有;第三类就就是利用在光线作用下效应，这类元件有。 4、热电偶所产生得热电动势就就是电动势与电动势组成得,其表达式为E ab(T，Ｔ0）= 。在热电偶温度补偿中补偿导线法(即冷端延长线法)就就是在与之间,接入，它得作用。 5、压磁式传感器得工作原理就就是:某些铁磁物质在外界机械力作用
下,其内部产生机械压力,从而引起,这种现象称为。相反,某些铁磁物质在外界磁场得作用下会产生，这种现象称为。(2分) 6、变气隙式自感法感器,当街铁移动靠近铁心时,铁心上得线圈电感量(①增加②减小③不变)（2分) 7、仪表得精度等级就就是用仪表得(①相对误差②绝对误差 ③引用误差)来表示得。(2分) 8、电容传感器得输入被测量与输出被测量间得关系,除（①变面积型②变极距型③变介电常数型）外就就是线性得。（２分) 9、电位器传器得（线性)，假定电位器全长为Ｘｍax, 其总电阻为R max，它得滑臂间得阻值可以用Ｒｘ＝(①Ｘｍax／x R max,②x/X max R mａx,③X maｘ/ＸＲmaｘ④X/X maxＲmaｘ)来计算,其中阻灵敏度Ｒr=(①２p（ｂ+h）/Ａt, ② 2pＡt/b+h, ③ 2Ａ(ｂ+b)／pt，④２Atp(b＋ｈ)）。(４分) 二、用镍铬━镍硅热电偶测量某低温箱温度，把热电偶直接与电位差计相连接。在某时刻,从电位差计测得热电动势为－1、19ｍV,此时电位差计所处得环境温度为15℃,试求该时刻温箱得温度就就是多少摄氏度?(20分) 镍铬-镍硅热电偶分度表
《传感器与检测技术》课程复习题库 第一章 传感器的基本概念 （P1-16) 1、什么叫传感器？它由哪几部分组成？它们的作用及相互关系如何？P1—2（P16习题1） 答：传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检测功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的有用输出信号的元器件或装置。 传感器由敏感元件、转换元件和其他辅助部件组成。 敏感元件是指传感器中能直接感受（或响应）与被检出被测对象的待测信息（非电量）的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件所感受（或响应）出的信息直接转换成电信号的部分；信号调节电路是能把转换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，即交、直流供电系统。但并不是所有的传感器都必须包括敏感元件和转换元件，如果敏感元件直接输出的是电量，它就同时兼为转换元件。 加附图1-1。 2、什么叫做传感的静态特性？（笔记） 答：传感的静态特性是传感器在静态信号的作用下所表现出来的特性。主要体现在如下几个方面： （1）线性度。就是指传感器的输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度。 （2）灵敏度。是指传感器在稳态下输出增量与输入增量的比值。 （3）重复性。表示传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试时，所得其输出特性曲线不一致性的程度。 （4）迟滞现象。表明传感器在正向行程和反向行程期间，输出输入特性曲线不重合的程度。 （5）分辨率。是在规定测量范围内所能检测输入量的最小变化量。 （6）稳定性。 （7）漂移。是指在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。 3、什么叫传感器的动态特性？（笔记） 传感器在动态信号的作用下所表现出来的特性。 4、传感器的静态特性有哪些性能指标？它们各自公式是什么？(P10-12、P16习题3） 答：线性度：%100max ??±=ES Y E 灵敏度：x y S n ??= 重复性：%100max ??±=Es x Y E 迟滞现象：%100max ??=FS m Y E 分辨率：传感器的分辨率是在规定测量范围内所能检测输入量的最小变化量min x ?，有时也用该值相对满量程输入值的百分数??? ? ????%100min FS X x 表示。 以及稳定性和漂移。 5、传感器数学模型的一般描述方法有哪些？（P16习题5） 答：传感器数学模型可分为静态和动态数学模型。其中，传感器静态数学模型一般多用多项式来描述，而动态数学模型通常采用微分方程和传递函数等来描述。
第一章 检测技术的基本概念 一、填空题： 1、 传感器有 ____________ 、 、 __________ 组成 2、 传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出 _______________ 与输入 _________ 的比值。 3、 从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度 ______________ 。 4、 下面公式是计算传感器的 ____________ 。 y max y min 5、某位移传感器的输入变化量为 5mm ，输出变化量为800mv ,其灵敏度为 _________________ 。 、 选择题: 1、 标准表的指示值 100KPa ，甲乙两表的读书各为 101.0 KPa 和99.5 KPa 。它们的绝对误差 为 ______________ 。 A 1.0KPa 禾口 -0.5KPa B 1.0KPa 禾口 0.5KPa C 1.00KPa 禾口 0.5KPa 2、 下列哪种误差不属于按误差数值表示 _____________________ 。 A 绝对误差 B 相对误差 C 随机误差 D 引用误差 3、 有一台测量仪表，其标尺范围 0— 500 KPa ，已知绝对误差最大值 Pmax=4 KPa ，则该仪表的精度等级 __________________ 。 A 0.5 级 B 0.8 级 C 1 级 D 1.5 级 4、 选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。应选购的仪表量程为测量 值的 _______________ 倍。 A3 倍 B10 倍 C 1.5 倍 D 0.75 倍 5、 电工实验中，常用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于 ___________________ 测量， 而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于 ___________________ 测量。 A 偏位式 B 零位式 C 微差式 6、 因精神不集中写错数据属于 。 系统误差 B 随机误差 C 粗大误差 7、 有一台精度2.5级，测量范围0—100 KPa ,则仪表的最小分 _______________ 格。 A45 B40 C30 D 20 8、重要场合使用的元件或仪表，购入后进行高、低温循环老化试验，目的是为 了 。 9、传感器能感知的输入量越小，说明 _________________ 越高。 三、判断题 1、 回差在数值上等于不灵敏度 （ ） 2、 灵敏度越大，仪表越灵敏 （ 3、 同一台仪表，不同的输入输出段灵敏度不同 （ ） 4、 灵敏度其实就是放大倍数 （ ） 5、 测量值小数点后位数越多，说明数据越准确 （ ） A max 100% (1-9) A 提高精度 B 加速其衰老 C 测试其各项性能指标 D 提高可靠性 A 线性度好 B 迟滞小 C 重复性好 D 分辨率高
309题图：电容式差压传感器的结构与测量电路 309、左图是电容式差压传感器，金属膜片与两盘构成差动电容C 1、C 2，两边压力分别为F 1、F 2。图2－5右为二极管双T 型电路，电路中电容是左图中差动电容，电源、E 是占空比为50%的方波。试分析：(1)当两边压力相等F 1＝F 2时负载电阻R L 上的电压U o 值； 2)当F 1＞F 2时负载电阻R L 上的电压U o 的大小和方向(正负)。 309、解： 310、试分析圆筒型电容式传感器测量液面高度的基本原理。 310答：当初始状态时，液面高度h=0,则 1 2ln l R r C π ε= ，当液面高度为h 时，则 由此可见，电容变化量ΔC 与液面高度h 成正比，只要将电容的变化量测出发出来，就可间接获得被测液面高度。 311、根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型?每种类型各有什么特点?各适用于什么场合? 311、答：根据电容式传感器的工作原理，可将其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。 变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比，适合测量位移量。 变极板覆盖面积型电容传感器的特点是电容量与面积改变量成正比，适合测量线位移和角位移。 变介质型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同，通过改变介质的介电常数实现对被测量的检测，并通过电容式传感器的电容量的变化反映出来。适合于介质的介 电常数发生改变的场合。
336题图差动脉冲宽度调制线路 314题图 差动变压器式加速度传感器 (a) 结构示意图 （b ）测量电路方框图l 一弹性支承2一差动变压器 2 D t 1 2 x 1 312、试说明由比较器A 1、A 2、双稳态触发器及电容充、放电回路组成差动脉冲宽度调制电路工作原理。 312答：设电源接通时，双稳态触发器的A 端为高电位，B 端为低电位，因此A 点通过R 1 对C 1充电，直至M 点的电位等于参考电压U F 时，比较器A l 产生一脉冲，触发双稳态触发器翻转，则A 点呈低电位，B 点呈高电位。此时M 点电位经二级管D 1迅速放电至零。而同时B 点的高电位经R 2向C 2充电，当N 点电位等于U F 时，比较器A 2产生一脉冲。使触发器发器又翻转一次，则A 点呈高电位，B 点呈低电位，重复上述过程。如此周而复始，在 双 稳态触发器的两输出端各自产生一宽度受C 1 、C 2调制的方波脉冲。 313、试说明什么电容电场的边缘效应？如何消除？313答：理想条件下，平行板电容器的电场均匀分布于两极板所围成的空间，这仅是简化电容量计算的一种假定。当考虑电场的边缘效应时，情况要复杂得多，边缘效应的影响相当于传感器并联一个附加电容，引起了传感器的灵敏度下降和非线性增加。为了克服边缘效应，首先应增大初始电容量C o 。即增大极板面积，减小极板间距。此外，加装等位环是消除边缘效应的有效方法。 14、试说明图示的差动变压器式加速度传感器的工作原理。答：在被测加速度为零时，衔铁在初始位置状态，此时衔铁位于差动变压器线圈的中间位置，因而输出电压为零。当被测体有加速度时，由于弹性支承1受惯性力作用相对差动变压器2有位移，即带动衔铁相对被测体有相反方向的位移，从而使差动变压器输出电压。经检波、滤波后，其输出电压可反映被测加速度的数值。 315、电涡流式传感器有何特点？答：特点：涡流式传感器测量范围大，灵敏度高，结构简单，抗干扰能力强以及可以非接触测量等特点；示意图：被测板1的上，下各装一个传感器探头2，其间距为D 。而他们与板的上，下表面分 别相距X 1和X 2，这样板厚t=D －(X 1+X 2),当两个传感器在工作时分别测得X 1和X 2，转换成电压值后相加。相加后的电压值与两传感器距离D 对应的设定电压再相减，
测验1 一、单项选择题 1、传感器的线性范围愈宽，表明传感器工作在线性区域内且传感器的（分数：2分） A. 工作量程愈大 B. 工作量程愈小 C. 精确度愈高 D. 精确度愈低 标准答案是：A。您的答案是：A 2、属于传感器静态特性指标的是（分数：2分） A. 固有频率 B. 灵敏度 C. 阻尼比 D. 临界频率 标准答案是：B。您的答案是：B 3、封装在光电隔离耦合器内部的是 （分数：2分） A. 两个发光二极管 B. 两个光敏二极管 C. 一个光敏二极管和一个光敏三极管 D. 一个发光二极管和一个光敏二极管 标准答案是：D。您的答案是：D 4、适合在爆炸等极其恶劣的条件下工作的压力传感器是（分数：2分） A. 霍尔式 B. 涡流式 C. 电感式 D. 电容式 标准答案是：B。您的答案是：B 5、当某晶体沿一定方向受外力作用而变形时，其相应的两个相对表面产生极性相反的电荷，去掉外力时电荷消失，这种现象称为 （分数：2分） A. 压阻效应 B. 应变效应 C. 霍尔效应 D. 压电效应 标准答案是：D。您的答案是：D 6、热电偶式温度传感器的工作原理是基于（分数：2分） A. 压电效应 B. 热电效应 C. 应变效应 D. 光电效应 标准答案是：B。您的答案是：B
7、矿灯瓦斯报警器的瓦斯探头属于（分数：2分） 气敏传感器A. 水份传感器B. 湿度传感器C. 温度传感器D. AA。您的答案是：标准答案是：分）（分数：28、高分子膜湿度传感器用于检测 温度A. 温度差B. C. 绝对湿度 D. 相对湿度 标准答案是：D。您的答案是：D 9、下列线位移传感器中，测量范围最大的类型是（分数：2分） A. 自感式 B. 差动变压器式 C. 电涡流式 D. 变极距电容式 标准答案是：B。您的答案是：B 10、 ADC0804是八位逐次逼近型的（分数：2分） A. 数/模转换器 B. 模/数转换器 C. 调制解调器 D. 低通滤波器 标准答案是：B。您的答案是：B 11、热电偶的热电动势包括（分数：2分） A. 接触电势和温差电势 B. 接触电势和非接触电势 C. 非接触电势和温差电势 D. 温差电势和汤姆逊电势 标准答案是：A。您的答案是：A 12、为了进行图像处理，应当先消除图像中的噪声和不必要的像素，这一过程称为（分数：2分） A. 编码 B. 压缩 C. 前处理 D. 后处理 标准答案是：C。您的答案是：C 测验2 一、单项选择题 1、热敏电阻式湿敏元件能够直接检测（分数：2分） A. 相对湿度
第三部分安全技术理论知识 单选题一、 1．按《煤矿安全规程》规定，矿井安全监控设备必须定期进行调试、校正，每月至少（A）次。甲烷传感器、便携式甲烷检测报警仪寄采用载体催化元件的甲烷检测设备，每（A）天必须使用校准气样和空气样调校1次。每（）天必须对甲烷超限断电功能进行测试。A．1，7，7B．2，7，10C．1，10，7D．1，7，10 2．必须每天检查矿井安全监控设备及电缆是否正常。使用便携式甲烷检测报警仪或便携式光学甲烷检测仪与甲烷传感器进行对照，并将记录和检查结果报监测值班员；当两者读数误差大于允许误差时，先以读数较大者为依据，采取安全措施并必须在（D）内对2种设备调校完毕。 A．14hB．48hC．2hD．8h 3．矿井安全监控系统配制甲烷校准气样的相对误差必须小于（C）。制备所用的原料气应选用浓度不低于（C）的高纯度甲烷气体。A．10%，99.9%B．10%，90% C．5%，99.9%D．5%，90% 4．采煤工作面甲烷传感器报警浓度、断电浓度、复电浓度分别是（A）。A．≥1.0%CH，≥1.5%CH，＜1.0%CH 444B．≥1.5%CH，≥1.5%CH，＜1.0%CH 444C．≥0.5%CH，≥1.0%CH，＜0.5%CH 444D．≥1.5%CH，≥2.0%CH，＜1.5%CH 4445．采煤工作面回风巷甲烷传感器报警浓度、断电浓度、复
电浓度分别是（B）。 A．≥1.0%CH，≥1.5%CH，＜1.0%CH 444B．≥1.0%CH，≥1.0%CH，＜1.0%CH 444C．≥1.0%CH，≥1.5%CH，＜1.5%CH 444D．≥1.5%CH，≥2.0%CH，＜1.5%CH 4446．专用排瓦斯巷甲烷传感器报警浓度、断电浓度、复电浓度分别是（C）。 A．≥1.0%CH，≥1.5%CH，＜1.0%CH 444B．≥1.5%CH，≥1.5%CH，＜1.5%CH 444C．≥2.5%CH，≥2.5%CH，＜2.5%CH 444D．≥1.5%CH，≥2.0%CH，＜1.5%CH 4447．煤与瓦斯突出矿井采煤工作面进风巷，甲烷传感器报警浓度、断电浓度、。）D复电浓度分别是（． A．≥2.0%CH，≥2.5%CH，＜2.0%CH 444B．≥1.5%CH，≥1.5%CH，＜1.5%CH 444C．≥1.0%CH，≥1.5%CH，＜1.0%CH 444D．≥0.5%CH，≥0.5%CH，＜0.5%CH 4448．采用串联通风的被串采煤工作面进风巷，甲烷传感器报警浓度、断电浓度、复电浓度分别是（A）。 A．≥0.5%CH，≥0.5%CH，＜0.5%CH 444B．≥1.5%CH，≥1.5%CH，＜1.5%CH 444C．≥1.0%CH，≥1.5%CH，＜1.0%CH 444D．≥1.5%CH，≥2.0%CH，＜1.5%CH 4449．采煤机的甲烷传感器报警浓度、断电浓度、复电浓度（A）。A．≥1.0%CH，≥1.5%CH，＜1.0%CH 444B．≥1.5%CH，≥1.5%CH，＜1.5%CH 444C．≥0.5%CH，≥1.0%CH，＜0.5%CH 444D．≥1.5%CH，≥2.0%CH，＜1.5%CH 44410．煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面，甲烷传感器报警浓度、断电浓度、复电浓度分别是（A）。 A．≥1.0%CH，≥1.5%CH，＜1.0%CH 444B．≥1.5%CH，≥1.5%CH，＜1.5%CH 444C．≥0.5%CH，≥1.0%CH，＜0.5%CH 444D．≥1.5%CH，≥2.0%CH，＜
传感器原理及其应用习题 第1章传感器的一般特性 一、选择、填空题 1、衡量传感器静态特性的重要指标是_灵敏度______、__线性度_____、____迟滞___、___重复性_____ 等。 2、通常传感器由＿＿敏感元件＿＿、＿＿转换元件＿＿＿＿、＿转换电路＿＿＿＿三部分组成，是能把外界＿非电量＿转换成＿＿＿电量＿＿＿的器件和装置。 3、传感器的＿＿标定＿＿＿是通过实验建立传感器起输入量与输出量之间的关系，并确定不同使用条件下的误差关系。 4、测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为粗大、系统和随机误差三类，其中随机误差可以通过对多次测量结果求平均的方法来减小它对测量结果的影响。 5、一阶传感器的时间常数τ越__________, 其响应速度越慢;二阶传感器的固有频率ω0越_________, 其工作频带越宽。 6、按所依据的基准直线的不同，传感器的线性度可分为、、、。 7、非线性电位器包括和两种。 8、通常意义上的传感器包含了敏感元件和（ C ）两个组成部分。 A. 放大电路 B. 数据采集电路 C. 转换元件 D. 滤波元件 9、若将计算机比喻成人的大脑，那么传感器则可以比喻为(B )。 A．眼睛 B. 感觉器官 C. 手 D. 皮肤 10、属于传感器静态特性指标的是（D ） A.固有频率 B.临界频率 C.阻尼比 D.重复性 11、衡量传感器静态特性的指标不包括（ C ）。 A. 线性度 B. 灵敏度 C. 频域响应 D. 重复性 12、下列对传感器动态特性的描述正确的是（） A 一阶传感器的时间常数τ越大, 其响应速度越快 B 二阶传感器的固有频率ω0越小, 其工作频带越宽 C 一阶传感器的时间常数τ越小, 其响应速度越快。 D 二阶传感器的固有频率ω0越小, 其响应速度越快。 二、计算分析题 1、什么是传感器？由几部分组成？试画出传感器组成方块图。 2、传感器的静态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义。 作业3、传感器的动态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义 第2章电阻应变式传感器 一、填空题 1、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称__应变_____效应；半导体或固体受到作用力后_电阻率______要发生变化，这种现象称__压阻_____效应。直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度下降了，这种现象称为____横向___效应。 2、产生应变片温度误差的主要因素有＿电阻温度系数的影响、＿试验材料和电阻丝材料的线性膨胀系数的影响＿。 3、应变片温度补偿的措施有＿＿＿电桥补偿法＿、＿应变片的自补偿法、＿、。 4. 在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，_全桥__接法可以得到最大灵敏度输出。 5. 半导体应变片工作原理是基于压阻效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数大十倍
《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案 教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书 第2章 电阻式传感器 2-1 金属应变计与半导体应变计在工作机理上有何异同？试比较应变计各种灵敏系数概念的不同物理意义。 答：（1）相同点：它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化所；不同点：金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。 （2）对于金属材料，灵敏系数K0=Km=(1+2μ)+C(1-2μ)。前部分为受力后金属几何尺寸变化，一般μ≈0.3，因此（1+2μ）=1.6；后部分为电阻率随应变而变的部分。金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。 对于半导体材料，灵敏系数K0=Ks=(1+2μ)+πE 。前部分同样为尺寸变化，后部分为半导体材料的压阻效应所致，而πE>>(1+2μ)，因此K0=Ks=πE 。半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。 2-2 从丝绕式应变计的横向效应考虑，应该如何正确选择和使用应变计？在测量应力梯度较大或应力集中的静态应力和动态应力时，还需考虑什么因素？ 2-3 简述电阻应变计产生热输出（温度误差）的原因及其补偿办法。 答：电阻应变计的温度效应及其热输出由两部分组成：前部分为热阻效应所造成；后部分为敏感栅与试件热膨胀失配所引起。在工作温度变化较大时，会产生温度误差。 补偿办法：1、温度自补偿法 （1）单丝自补偿应变计；(2) 双丝自补偿应变计 2、桥路补偿法 （1）双丝半桥式；（2）补偿块法 2-4 试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。 答：原因：)(211)(44 433221144332211R R R R R R R R R R R R R R R R U U ?+?+?+?+?-?+?-?=? 上式分母中含ΔRi/Ri ，是造成输出量的非线性因素。无论是输出电压还是电流，实际上都与ΔRi/Ri 呈非线性关系。 措施：(1) 差动电桥补偿法：差动电桥呈现相对臂“和”，相邻臂“差”的特征，通过应变计合理布片达到补偿目的。常用的有半桥差动电路和全桥差动电路。 (2) 恒流源补偿法：误差主要由于应变电阻ΔRi 的变化引起工作臂电流的变化所致。采用恒流源，可减小误差。 2-5 如何用电阻应变计构成应变式传感器？对其各组成部分有何要求？ 答：一是作为敏感元件，直接用于被测试件的应变测量；另一是作为转换元件，通过弹性敏感元件构成传感器，用以对任何能转变成弹性元件应变的其他物理量作间接测量。 要求：非线性误差要小（<0.05%~0.1%F.S ），力学性能参数受环境温度影响小，并与弹性元件匹配。
习题集及答案 第1章概述 1.1 什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？ 1.2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。 1.3 简述传感器主要发展趋势，并说明现代检测系统的特征。 1.4 传感器如何分类？按传感器检测的范畴可分为哪几种？ 1.5 传感器的图形符号如何表示？它们各部分代表什么含义？应注意哪些问题？ 1.6 用图形符号表示一电阻式温度传感器。 1.7 请例举出两个你用到或看到的传感器，并说明其作用。如果没有传感器，应该出现哪种 状况。 1.8 空调和电冰箱中采用了哪些传感器？它们分别起到什么作用？ 答案 1.1答： 从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。我们对传感器定义是：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 我国国家标准（GB7665—87）对传感器（Sensor/transducer）的定义是：“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置”。定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。 1.2答： 组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成； 关系，作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。 1.3答：（略）答： 按照我国制定的传感器分类体系表，传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器三大类，含12个小类。按传感器的检测对象可分为：力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。 1.5 答： 图形符号（略），各部分含义如下： ①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。 ②传感器：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,通 常由敏感元件和转换元件组成。 ③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的装置。 ④变送器：能输出标准信号的传感器答：（略）答：（略）答：（略） 第2章传感器的基本特性 2.1传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标描述？它们一般可用哪些公式表示？ 表征了2.2传感器的线性度是如何确定的？确定拟合直线有哪些方法？传感器的线性度 L
试题A 一、填空（本题共39分，每空分） 1、传感器由、、三部分组成。 2、在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量 的倍左右为宜。 3、有一温度计，它的量程范围为0∽200℃，精度等级为级。该表可能出现的最 大误差为，当测量100℃时的示值相对误差为。 4、利用热敏电阻对电动机实施过热保护，应选择型热敏电阻。 5、在压电晶片的机械轴上施加力,其电荷产生在。 6、霍尔元件采用恒流源激励是为了。 7、用水银温度计测量水温,如从测量的具体手段来看它属于测量。 8、已知某铜热电阻在0℃时的阻值为50Ω，则其分度号是，对于镍铬- 镍硅热电偶其正极是。 9、压电材料在使用中一般是两片以上，在以电荷作为输出的地方一般是把压电 元件起来，而当以电压作为输出的时候则一般是把压电元件 起来。 10、热电阻主要是利用电阻随温度升高而这一特性来测量温度的。 11、自动检测系统中常用的抗电磁干扰技术有、、 、、等。 12、金属电阻的是金属电阻应变片工作的物理基础。 13、电磁干扰的形成必须同时具备的三项因素是、、。 14、在动圈式表头中的动圈回路中串入由NTC组成的电阻补偿 网络，其目 的是为了。 二、选择题（本题共30分，每题2分） 1、在以下几种传感器当中属于自发电型传感器。 A、电容式 B、电阻式 C、热电偶 D、电感式 2、的数值越大,热电偶的输出热电势就越大。 A、热端直径 B、热电极的电导率 C、热端和冷端的温度 D、热端和冷端的温差 3、在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中。 A、电容和电感均为变量 B、电容是变量，电感保持不变 C、电感是变量，电容保持不变 D、电容和电感均保持不变 4、在仿型机床当中利用电感式传感器来检测工件尺寸，该加工检测装置是采用 了 测量方法。 A、微差式 B、零位式 C、偏差式 5、热电阻测量转换电路采用三线制是为了 A、提高测量灵敏度 B、减小引线电阻的影响 C、减小非线性误差 D、提高电磁兼容性 6、汽车衡所用的测力弹性敏感元件是。 A、实心轴 B、弹簧管 C、悬臂梁 D、圆环 7、在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是。 A、补偿热电偶冷端热电势的损失 B、起冷端温度补偿作用 C、将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 D、提高灵敏度 8、考核计算机的电磁兼容是否达标是指。 A、计算机能在规定的电磁干扰环境中正常工作的能力 B、该计算机不产生超出规定数值的电磁干扰 C、两者必须同时具备 10、在实验室中测量金属的熔点时,冷端温度补偿采用。 A、冰浴法 B、仪表机械零点调整法 C、计算修正法 11、自感传感器或差动变压器采用相敏检波电路最重要的目的是为了。 A、提高灵敏度 B、将输出的交流信号转换为直流信号