传感器技术答案传感器原理及应用试题库

发布时间：2024-11-24 03:11:29

传感器原理及应用试题库

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. 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。

3. 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。

4. 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 。

5. 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。

6. 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。

7. 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。

8. 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。

9. 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。

10. 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。

11. 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

12. 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

13. 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。

14. 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。

15. 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

16. 长为l、截面积为A、电阻率为ρ的金属或半导体丝，其电阻为：

。

17. 应变测力传感器由弹性体、应变计和外壳组成。

18. 电阻应变计，也称应变计或应变力，是一种能将机械构件上的应变的变化转换成电阻变化的传感元件。

19. 一个高阶系统的传感器总可以看成是由若干个零阶系统、一阶和二阶系统组合而成的。

20. 敏感光栅越窄，基长越长的应变计，其横向效应引起的误差越小 (大/小)。

21. 应变式传感器的基本结构通常可以分为两部分，弹性敏感元件和应变计。

22. 应变计自补偿方法包括：选择式自补偿应变计和双金属敏感栅自补偿应变计。

23. 依据传感器的输出信号形式，传感器可分为模拟式传感器，数字式传感器。

24. 传感器线性度公式

，其中，YFS表示的是传感器满量程输出平均值。

25. 两个各有G1(s)和G2(s)传递函数的系统串联后，如果其阻抗匹配合适，相互之间不影响彼此的工作状态，那么其传递函数为 G(s)= G1(s)• G2(s) 。

26. 实验表明，金属线材的应变计实际灵敏度k恒（＞、＜或＝）理论灵敏度系数k0 , 其原因除了粘合剂、基片传递变形失真外，主要原因是存在横向效应。

27. 输入逐渐增加到某一值，与输入逐渐减小到同一入值时的输出值不相等，叫做迟滞现象。迟滞差表示这种不相等的程度。其值以满量程的输出ＹFS的百分数表示。

28. 由于环境改变而带来的温度误差，称为应变计的温度误差，又称热输出

29. 悬臂梁作为弹性敏感原件，根据其界面形状不同，一般可分为等截面梁和等强度梁。

30. 线性度和灵敏度是传感器的静态指标，而频率响应特性是传感器的动态指标。

31. 金属电阻的应变效应是金属电阻应变片工作的物理基础。半导体电阻应变片是基于压阻效应。

32. 测量加速度的传感器种类很多，目前使用最广泛、最普遍的是压电加速度传感器

33. 热敏电阻有三种类型，即正温度系数型、负温度系数型、临界温度系数型

34. 传感器按工作原理分为：应变式，电容式，电感式等。

35. 传感器灵敏度定义为：

36. 光电二极管是利用PN结单向导电性的结构光电器件

37. 当某些晶体沿一定方向伸长或者压缩是，在其表面上会产生电荷，这种效应称为压电效应＿＿。

38. 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。

39. 变磁阻式传器是利用被测量调制磁路的磁阻,导致线圈电感量改变,实现对被测量测量的。

40. 半导体传感器大致可分为接触型和非接触型，前者是让温度传感器直接与待测对象接触，后者是使温度传感器与待测对象离开一定距离，检测从待测对象放射出的红外线，从而达到测温的目的。

41. 热敏电阻主要有哪三种类型：正温度系数型（PTC）、临界温度系数型（CTR）、负温度系数型（NTC）。

单项选择题（每题2分）

1、下列哪一项是金属式应变计的主要缺点（ A ）

A：非线性明显

B：灵敏度低

C：准确度低

D：响应时间慢

2、螺管型差动变压器的衔铁和铁芯用同种材料制成，通常选（ A ）

A：电阻率大，导磁率高，饱和磁感应大的材料

B：电阻率大，导磁率高，饱和磁感应小的材料

C：电阻率大，导磁率底，饱和磁感应大的材料

D：电阻率小，导磁率高，饱和磁感应大的材料

3、属于传感器动态特性指标的是（ D ）

A、重复性

B、线性度

C、灵敏度

D、固有频率

4、应变式传感器的温度误差产生的主要原因：（ E ）

A：应变式温度传感器件的温度系数变化。

B：应变式温度传感器件的测量部分引起的。

D：应变式温度传感器件对温度应变不敏感引起的。

E：试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一, 使应变丝产生附加变形而造成的电阻变化。

5、下面的哪个温度补偿方法是不存在的（ C ）

A:电桥补偿法

B:辅助测温元件微型计算机补偿法

C:电阻补偿法

D:热敏电阻补偿法

6、下列哪一项是半导体式应变计的主要优点（ B ）

A：非线性明显

B：灵敏度高

C：准确度高

D：横向效应小

7、电桥测量电路的作用是把传感器的参数转换为（B）的输出

A：电阻

B：电压

C：电容

D：电荷2

8、传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的（D）

A：线性度越好。

B：迟滞越小。

C:重复性越好。

D:分辨力越高。

9、传感器的输出量通常为（B ）

A 非电量信号

B 电量信号

C 位移信号

D 光信号

10、按照依据的基准线不同，下面那种线性度是最常用的（D）

A：理论线性度 B：端基线性度

C：独立线性度 D：最小二乘法线性度

11、输入逐渐增加到某一值，与输入逐渐减小刀同一输入值时的输出值不相等是属于传感器静态特性的哪一种（ D ）

A:灵敏度

B:线性度

C:灵敏度界限

D:迟滞性

12、以下属于应变计温度误差产生的原因是：（ D ）

A：应变式温度传感器件的温度系数变化。

B：应变式温度传感器件的测量部分引起的。

C：应变式温度传感器件对温度应变不敏感引起的。

D：敏感栅金属丝电阻本身随温度发生变化。

13、符合对粘合剂的要求是：A

A机械滞后小B蠕变大 C温度使用范围小 D存储期大

14、组合式压力传感器用于测量B

A大压力 B小压力 C 高速 D低速

15、下列哪种温度补偿方法是常用和效果较好的补偿方法：（A）

A：电桥补偿法

B：辅助测温元件微型计算机补偿法

C：应变计自补偿法

D：热敏电阻补偿法

16、下列哪一项不是金属式应变计的主要缺点（ D）

A：非线性明显

B：输出信号微弱

C：抗干扰能力差

D：响应时间慢

17、以下那个质量是直接影响传感器的性能和精度（ B ）

A：应变计。

B：弹性敏感元件。

C：敏感栅。

D：电路电阻。

E：暗视场光纤微变传感器信号不易受到温度影响。

18、为了减小热电偶测温时的测量误差，需要进行的温度补偿方法不包括（ D ）。

A. 补偿导线法 B. 电桥补偿法

C. 冷端恒温法 D. 差动放大法

D可用于恶劣环境

E可根据需要做成各种形状

19、电阻应变片的线路温度补偿方法有( A.B.D ).A.差动电桥补偿法B.补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法C.补偿线圈补偿法D.恒流源温度补偿电路法

20、通常用应变式传感器测量(BCD).A.温度 B.速度 C.加速度 D.压力

21、压电式加速度传感器是（ D ）传感器。

A、结构性 B 、适于测量直流信号的

C、适于测量缓变信号的 D、适于测量动态信号的

22、石英晶体测量加速度基于哪个物理效应（ B ）

A 、热电效应 B、压电效应 C 、横向效应 D 、霍尔效应

23、属于传感器动态特性指标的是（ D ）

A、重复性 B、线性度 C、灵敏度 D、固有频率

24、传感器一般包括敏感元件，还包括（ A ）

A、转换元件 B、敏感头 C、压敏器件 D、温敏器件

25、电阻应变计的电阻相对变化ΔR/R与应变ΔL/L=ε之间在很大范围内是线性的则k=（A）

A. ΔR/R/ε

B. ΔR/R/L

C. ΔR/R/ΔL

D. ΔL/L/R

26、应变式传感器的温度误差产生的主要原因D

A.应变式温度传感器件的温度系数变化。

B.应变式温度传感器件的测量部分引起的。

C.应变式温度传感器件对温度应变不敏感引起的。

D.试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一, 使应变丝产生附加变形而造成的电阻变化。

27、下列传感器不属于按基本效应分类的是D

A．半导体传感器

B．磁传感器

C．物理传感器

D．真空传感器

简答题

1、什么是压电效应？压电传感器有哪些？

答：当某些晶体沿一定方向伸长或压缩时，在其表面上会产生电荷，这种效应成为压电效应。压电传感器有压电加速度传感器、压电谐振式传感器、声表面波传感器。

2、电阻应变计产生温度误差的原因是？

答：（1）敏感栅金属丝电阻本身随温度发生变化。

（2）试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一，使应变丝产生附加变形而造成的电阻变化。

3、什么叫线性度？

其定义为: 传感器的输出—输入校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程输出之比, 称为该传感器的“非线性误差”或称“线性度”, 也称“非线性度”。通常用相对误差表示其大小:

4、简述温度补偿方法有哪些？:

(1)电桥补偿法。

(2)辅助测温元件微型计算机补偿法。

(3)应变计自补偿法。

(4)热敏电阻补偿法。

5、应变式传感器与其他类型传感器相比具有如下特点:

(1)测量范围广、精度高。

(2)性能稳定可靠,使用寿命长。

(3)频率响应特性较好。

(4)能在恶劣的环境条件下工作。

(5)易于实现小型化、整体化

6、应变计的零漂的定义以及产生零漂的原因？

答：恒定温度下，粘贴在试件上的应变计，在不承受载荷的条件下，电阻随时间变化的特性称为应变计的零漂。零漂的主要原因是，敏感栅通过工作电流后的温度效应，应变计的内应力逐渐变化，粘接剂固化不充分等。

7、什么是传感器的灵敏度

灵敏度是描述传感器的输入量（一般为电学量）对输入量（一般为非电学量）敏感程度的特性参数。其定义为：传感器的变化值和相应的被测量（输入量）的变化值之比，用公式表示为：

K（x）=输出量的变化值/输入量的变化值=△y/△x

8、应变式传感器与其他类型传感器相比具有如下特点:

(1)测量范围广、精度高。

(2)性能稳定可靠,使用寿命长。

(3)频率响应特性较好。

(4)能在恶劣的环境条件下工作。

(5)易于实现小型化、整体化

9、金属式应变片和半导体式应变片在工作原理上有什么不同？

答：金属应变片是通过变形改变丝栅的几何尺寸，而它的电阻率一般不变，半导体应变片是基于压阻效应而工作的，就是说沿半导体晶轴的应变，使它的电阻率有很大的变化，从而产生电阻变化。

10、什么是电桥补偿法？

在被测试件上安装一工作应变计，在另外一个于被测试件的材料相同，但不受力的补偿件上安装一补偿应变计。补偿件于被测试件处于完全相同的温度场内。测量时，使两者接入电桥的相邻臂上，由于补偿片RB是与工作片R1完全相同的，且都贴在相同的试件上，并处于相同的温度下，这样，由于温度变化使工作片产生的电阻变化ΔR1t与补偿片的电阻变化RBt相等，因此，电桥输出Usc与温度无关，从而补偿了应变计的温度误差。

11、什么是传感器？

答：传感器是与人的感觉器官相对应的元件。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。

12、什么是零漂和蠕变？

答：（1）恒定温度下，粘贴在试件上的应变计，在不承受载荷的条件下，电阻随时间变化的特性称为应变计的零漂。零漂的主要原因是，敏感栅通过工作电流后的温度效应,应变计的内应力逐渐变化，粘接剂固化不充分等。

（2）粘贴在试件上的应变计，保持温度恒定，在某一恒定机械应变长期作用下，指示应变随时间变化的特性，称为应变计的蠕变。粘合剂的选用和使用不当，应变计在制造过程中产生的内应力等，是造成应变计产生蠕变的主要原因。

13、简述应变计对粘贴剂的要求。

答：有一定的粘结强度。能准确传递应变。蠕变小。机械滞后小。耐疲劳性能好。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。应有较大的温度使用范围。

14、传感器技术发展迅速的原因

答：（1）电子工业和信息技术促进了传感器产业的相应发展

（2）政府对传感器产业发展提供资助并大力扶植

（3）国防、空间技术和民用产品有广大的传感器市场

（4）在许多高新技术领域可获得用于开发传感器的理论和工艺

15、什么是电阻应变效应？

是指金属导体的电阻在导体受力产生变形（伸长或缩短）时发生变化的物理现象。当金属电阻丝受到轴向拉力时，其长度增加而横截面变小，引起电阻增加。反之，当它受到轴向压力时则导致电阻减小

16、什么是传感器？传感器由哪三个部分组成？

答：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的便于应用的某种物理量的测量装置。

传感器的组成：

敏感元件——直接感受被测量(非电量)能产生有确定关系的输出量

传感元件——又称为变换器，一般情况它不直接感受被测量，而是将敏感元件的输出量转换为电量输出的元件。

变换电路——能把传感元件输出的电量转换为便于处理、传输、记录、显示和控制的有用电信号的电路。

17、什么是晶体压电效应？请举例说明。

答：当某些晶体沿一定方向伸长或压缩时，在其表面上会产生电荷，这种效应称为压电效应。一些晶体当不受外力作用时，晶体的正负电荷中心相重合，单位体积中的电距等于零，晶体对外不呈现极性，而在外力作用下晶体形变时，正负电荷的中心发生分离，这是单位体积的电锯不再等于零，晶体表现出极性。另外一些晶体由于具有中心对称的结构，无论外力如何作用，晶体正负电荷的中心总是重合在一起，因此这些晶体不会出现压电效应。

设计题（20分，每个10分）

1．依据已学知识设计一光纤位移传感器（要求画出框架图，并解释位移与输出信号的关系）

2．依据已学知识设计一种加速度传感器（要求画出结构图并注明所用的敏感元件）

3．用所学知识设计出一种压力传感器，说明他的工作原理？

P103 图4.10 光纤测压传感器或者P151 图6.26

4．光纤干涉仪有较高的灵敏度，具有非常大的动态范围等优势。利用集成电路技术和目前的电光技术起来，请画出集成的迈克尔逊(Michelson)干涉仪，并写出具体部件。

5．依据已学知识设计一硒蒸发膜湿度传感器（标明电极）

图见书本P187 页

6．用热释电传感器设计一个热释电报警器?

7． CCD图像传感器的工作原理？

8．依据已学知识设计一容器内液体重量传感器

9．依据已学知识设计一种热释电传感器（要求画出结构图并注明所用的敏感元件）

10．画出你所认知的一种光电式传感器，要求注明结构

如图是光电管

11．设计微弯光纤传感器104页

12．依据已学知识设计一种筒式压力传感器（要求画出结构图并注明所用的敏感元件）

13．依据已学知识设计一应变式感器（要求画出结构图并注明所用的敏感元件）

应变电阻1和4沉积在杆的凹面处

应变电阻2和3沉积在杆的凸面处

14．依据已学知识，设计一个用差动变压式加速度传感器来测量某测试台平台振动的加速度（只画出原理图）

15．依据所学知识，设计一种实现自相关检测传感器（只画出原理图）

16．依据已学知识设计一种零差法检测的光纤相位传感器（要求只画出框架图）

17．依据已学知识设计一光纤磁传感器（要求画出框架图，并解释位移与输出信号的关系）

答：书本P121，图4.38

18．依据已学知识设计一种位移传感器（要求画出结构图并注明所用的敏感元件）（5分）

P101图4.7（a）所示

计算题（10分）

1. 对于钢材v=5000m/s,若要e=1％时，对L=1mm的应变计，其允许的最高工作频率多大？

答： f=v（6e）1/2/πl =5×106×（6×0.01）1/2/（π×1）=390kHz

2. 某温度传感器特性方程为20dy/dt+5y=0.15x，其中y为输出电压（mV），x为输入温度（℃），求该传感器的时间常数τ和静态灵敏度k。

用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器的振动，已知：加速度计的灵敏度为5pC/g，电荷放大灵敏度为50mV/pC，当机器达到最大加速度值时相应的输出电压幅值为2V，试求机器的振动加速度。（g为重力加速度）

解：由题意知，振动测量系统（压电式加速度计加上电荷放大器）的总灵敏度

K=K1*K2=5pC/g*50mV/pC=250mV/g=U/a

式中U为输出电压，a为振动系数的加速度。

当输出电压为2V时，振动加速度为

a=U/K=2*10^3/250=8(g)

3. 已知均匀光纤的折射率为

=1.50，相对折射率差为⊿=0.01，纤芯半径为a=25

，试求：该光纤LP01模的截止波长。若

，试计算光纤的归一化截止频率V及其中传输的模数量N各等于多少。(8％)

由，⊿=

=0.01，可得

=1.485 (3分)

=11.28

(3分)

=27.14Hz (3分)

=368 (3分)

4. 已知某二阶系统传器的自振频率f0=10kHz，阻尼比ξ=0.5，若要求传感器的输出幅值误差小于5%，试确定该传感器的工作频率范围。

5. 某压电加速度传感器的电容为Cs=100pF，电荷灵敏度Kq=2.5pC/g，①求压电加速度传感器的电压灵敏度；②外接电缆和示波器组成一个测量系统，电缆电容Cc=100pF，示波器的输入阻抗为Ri=100MΩ和并联电容为Ci=50pF，如测量系统允许的幅值误差为5%，最低可测频率是多少？

6. 根据一阶(惯性)系统的传递函数：

，求冲激响应。

7. 答：设输入信号为δ函数, 即：

且

根据拉普拉斯变化：

所以：

8. 6.

9. 7.频率响应特性可由频率响应函数表示。设输出信号x（t）=sinωt

L{x（t）}=ω/s²+ω²求稳态响应。

Y（s）=kω/[τ(s+1/τ) (s²+ω²)]

求变换其中Φ=-arctanωπ

稳定响应y（t）=ksin（ωt+φ）/（1+ω²τ²）

10. 1，如图

所示，设R1为电桥工作臂，受应变时，其电阻变化为△R1，R2，R3，R4均为固定桥臂。在起始时，电桥处于平衡状态，此时Usc=0.当有△R1时，求电桥输出电压？

答：因为，

设n= ，起始电桥处于平衡状态，所以，略去分母中的项，得

根据上图所示，已知此电路为直流电桥，R1=1，R2=2，R3=3，求R4？

根据R1R4=R2R3，得 R4=R2R3/R1=6

11. 对于钢材应变波速是5000

，若要相对误差是1%。对L=1mm的应变计，其允许的最高工作的频率是？

12. 已知Pmax=IU为常数的图形，求极限情况下的电导和电压变化。

如图已知

故可求得

如果照度变化足够大，既从

零变至Ev，则电压变化为

式中，IO为A点的暗电流。将GL代入上式得到的电压变化为

13. 在某二阶传感器的频率特性测试中发现，谐振发生在频率为216HZ处，并得到最大幅值比为1.4:1,试估该传感器的阻尼比和有角频率的大小。

答：二阶系统

ｐ７６页　例题的　电路分析计算

有一直流电桥，如图，桥臂由R1，R2,R3,R4组成。求a,b两端开路电压和内阻

答：

14. 直流电桥的特性方程的推导

答P27 10

15. 设E=18V,光电三极管采用3DU13，他在照度100LX时的电流IL=0.7MA.晶体管采用3DG6B, β=30求RL,RC

答p78，10

16. 求一阶系统的频率响应的求导。幅频特性，相频特性

答P11，11

不定项选择

1、反射式光纤位移传感器属于振幅型光纤传感器的一种，其测量位移与输出有如下关系（）

A.位移与输出信号成线性关系。

B.在一定范围内位移与输出信号成线性关系。

C.位移与输出信号成反比关系。

D.在一定范围内位移与输出信号成反比关系

E.输出信号存在一种峰值。

2、下列哪些是半导体应变计的优点（ABD）

A、灵敏度高

B、体积小、耗电省

C、横向效应小

D、机械滞后小，可测量静态应变、低频应变等。

3、因环境温度改变而引起的附加电阻变化或者造成的视应变，与下列哪些因素有关（ABC）

A、环境温度变化

B、应变计本身的性能参数κ、α、β

C、被测构件的线膨胀系数βg

D、应变丝的长度l

4、在应变式传感器应用中，温度的补偿方法主要有（ABCD）

A、应变计自补偿法

B、电桥补偿法

C、辅助测温元件微型计算机补偿法

D、热敏电阻补偿法

5、光电器件的温度特性可以是下列哪些元素与温度的关系（BCD）

A、入射辐射通量

B、灵敏度

C、暗电流

D、光电流

6、半导体式应变计的主要特征有哪些（A B D ）

A:测量应变的灵敏度和精度高

B:测量范围大

C:尺寸大

D:能适应各种环境

E:价格高

7、金属式应变计的主要缺点有哪些（A D ）

A：非线性明显

B：灵敏度低

C：准确度低

D：抗干扰能力差

E：响应时间慢

8、应变式传感器的温度误差产生的主要原因：（C E）

A：应变式温度传感器件的温度系数变化。

B：应变式温度传感器件的测量部分引起的。

C：敏感栅金属丝电阻本身随温度发生变化。

D：应变式温度传感器件对温度应变不敏感引起的。

E：试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一, 使应变丝产生附加变形而造成的电阻变化。

9、设计光纤微弯传感器时，下面说法正确的是（ A D ）

A：在光纤微变传感器中的变形器前后一定要有模式除去器。

B：暗视场光纤传感器比明视场的灵敏度高。

C：暗视场光纤微弯传感器的背景光噪声大。

D：暗视场信号放大倍数比亮视场的放大倍数大。

E：暗视场光纤微变传感器信号不易受到温度影响。

10、下面的哪些传感器属于内光电传感器（C D E）

A:光电管;

B:光电倍增管

C:光敏电阻

D:光电二/三极管

E:光电池

11、下列属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（ ACD）

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

12、传感技术的研究内容主要包括（ABC）

A、信息获取 B、信息转换

C、信息处理 D、信息传输

13、影响金属导电材料应变灵敏系数K的主要因素是（B）

A、导电材料电阻率的变化 B、导电材料几何尺寸的变化

C、导电材料物理性质的变化 D、导电材料化学性质的变化

14、电感式传感器可以对（ABCD）等物理量进行测量

A、位移 B、振动 C、压力 D、流量

15、光纤传感器中常用的光探测器有以下哪几种（ABC）

A、光敏二极管 B、光电倍增管

C、光敏晶体管 D、固体激光器

16、下面基于外光电效应的光电器件有（ＡＢ）

A:光电管;

B:光电倍增管

C:光敏电阻

D:光电二/三极管

E:光电池

17、下列不属于传感器静态特性的是（ C ）

A、灵敏度

B、线性度

C、频率响应

D、迟滞性

18、制作应变计敏感元件的金属材料应有如下要求（A D E）

A、k0大，并在尽可能大的范围内保持常数。

B、灵敏度高

C、机械滞后小

D、电阻率ρ大

E、电阻温度系数小

19、应变式传感器与其他类型传感器相比有以下特点（B C E）

A、受温度影响不大。

B、测量范围广、精度高。

C、频率响应特性较好。

D、结构相对较复杂，体积大。

E、能在恶劣的环境条件下工作。

20、下列关于热释电效应说法正确的是（ A B C）

A、利用热释电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。

B、热-电阶段是利用某种效应将热转变为电信号。

C、光-热阶段是吸收了光以后温度升高。

D、热释电材料有晶体、陶瓷、塑料和金属等。

21、对于光电管的基本特性，下面说法正确的是（ A D ）

A、当入射光的波长增加时，相对灵敏度要下降。

B、三极管的光照特性曲线有良好的线性。

C、在零偏压时，二极管和三极管都没有光电流输出。

D、温度变化对光电管的光电流影响很小，而对暗电流影响很大。

E、锗光电二极管的温度特性比硅光电二极管好。

22、在光的作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，引起物体电阻率的变化，这种现象称为（D ）。

A.磁电效应 B.声光效应 C.光生伏特效应 D.光电导效应

23、应变片绝缘电阻是指已粘贴的（ B ）应变片的之间的电阻值。

A.覆盖片与被测试件 B.引线与被测试件 C.基片与被测试件 D.敏感栅与被测试件

24、电阻应变片的线路温度补偿方法有( A.B.D ).

A.差动电桥补偿法B.补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法C.补偿线圈补偿法D.恒流源温度补偿电路法

25、通常用应变式传感器测量(BCD).A.温度 B.速度 C.加速度 D.压力

26、在光线作用下,半导体的电导率增加的现象属于(BD).A.外光电效应

B.内光电效应C.光电发射

D.光导效应

27、发射光纤和传送光纤的分布有哪几种（A B C D）

A、随机分布

B、半球形对开分布

C、共轴内发射分布

D、共轴外发射分布

E、圆形对开分布

28、存在灵敏度界限的原因是（A C）

A、输入的变化量通过传感器内部被吸收，因而反映不到输出端上

B、弹性材料变形

C、传感器输出存在噪声

D、有外加磁场

E、材料的本证特性

29、应变计的型号命名规则的基底材料类别中，F指的是( D )、H指的是( B )、A指的是( A )、B指的是( C )等。（注意：每选对一个1分）

A：聚酰亚胺

B：环氧类

C：玻璃纤维浸胶

D：酚醛类

传感器与检测技术试卷及答案

1．属于传感器动态特性指标的是（D ）

A 重复性 B 线性度 C 灵敏度 D 固有频率

2 误差分类，下列不属于的是（B ）

A 系统误差 B 绝对误差 C 随机误差 D粗大误差

3、非线性度是表示校准（B ）的程度。

A、接近真值 B、偏离拟合直线 C、正反行程不重合 D、重复性

4、传感器的组成成分中，直接感受被侧物理量的是（B ）

A、转换元件 B、敏感元件 C、转换电路 D、放大电路

5、传感器的灵敏度高，表示该传感器（C）

A 工作频率宽 B 线性范围宽 C 单位输入量引起的输出量大 D 允许输入量大

6 下列不属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（B）

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

7 传感器主要完成两个方面的功能：检测和（D）

A 测量 B感知 C 信号调节 D 转换

8 回程误差表明的是在（C）期间输出输入特性曲线不重合的程度

A 多次测量 B 同次测量 C 正反行程 D 不同测量

9、仪表的精度等级是用仪表的（C）来表示的。

A 相对误差 B 绝对误差 C 引用误差 D粗大误差

二、判断

1.在同一测量条件下，多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在改变条件时，按

一定规律变化的误差称为系统误差。（√）

2 系统误差可消除，那么随机误差也可消除。（×）

3 对于具体的测量，精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，所以精确度高的准确度不一定高（×）

4 平均值就是真值。（×）

5 在n次等精度测量中，算术平均值的标准差为单次测量的1/n。（×）

6.线性度就是非线性误差.（×）

7.传感器由被测量，敏感元件，转换元件，信号调理转换电路，输出电源组成.（√）

8.传感器的被测量一定就是非电量（×）

9.测量不确定度是随机误差与系统误差的综合。（√）

10传感器（或测试仪表）在第一次使用前和长时间使用后需要进行标定工作，是为了确定传感器静态特性指标和动态特性参数（√）

二、简答题：（50分）

1、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？

答：传感器的动态特性是指当输入量随时间变化时传感器的输入—输出特性。静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。在时域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在频域条件下一般要研究传感器的动态特性。

2、绘图并说明在使用传感器进行测量时，相对真值、测量值、测量误差、传感器输入、输出特性的概念以及它们之间的关系。

答：框图如下：

测量值是通过直接或间接通过仪表测量出来的数值。

测量误差是指测量结果的测量值与被测量的真实值之间的差值。

当测量误差很小时，可以忽略，此时测量值可称为相对真值。

3、从传感器的静态特性和动态特性考虑，详述如何选用传感器。

答：考虑传感器的静态特性的主要指标，选用线性度大、迟滞小、重复性好、分辨力强、稳定性高、抗干扰稳定性高的传感器。考虑动态特性，所选的传感器应能很好的追随输入量的快速变化，即具有很短的暂态响应时间或者应具有很宽的频率响应特性。

4、什么是系统误差？系统误差产生的原因是什么？如何减小系统误差？

答：当我们对同一物理量进行多次重复测量时，如果误差按照一定的规律性出现，则把这种误差称为系统误差。

系统误差出现的原因有：

①工具误差：指由于测量仪表或仪表组成组件本身不完善所引起的误差。

②方法误差：指由于对测量方法研究不够而引起的误差。

③定义误差：是由于对被测量的定义不够明确而形成的误差。

④理论误差：是由于测量理论本身不够完善而只能进行近似的测量所引起的误差。

⑤环境误差：是由于测量仪表工作的环境（温度、气压、湿度等）不是仪表校验时的标准状态，而是随时间在变化，从而引起的误差。

⑥安装误差：是由于测量仪表的安装或放置不正确所引起的误差。

⑦个人误差：是指由于测量者本人不良习惯或操作不熟练所引起的误差。

三．计算

一、测得某检测装置的一组输入输出数据如下：

0.9

2.5

3.3

4.5

5.7

6.7

1.1

1.6

2.6

3.2

4.0

5.0

试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度(15分)

答：

带入数据得：

，

拟合直线灵敏度 0.68,线性度 ±7%

2、设6次测量某物体的长度，其测量的结果分别为：9.8 10.0 10.1 9.9 10.2 15厘米，若忽略粗大误差和系统误差，试求在99.73%的置信概率下，对被测物体长度的最小估计区间。

解：

分别为-0.2 0 0.1 -0.1 0.2

3、等精度测量某电阻10次，得到的测量如下：

R1—167.95Ω R2—167.45Ω R3—167.60Ω R4—167.60Ω R5—167.87Ω

R6—167.88Ω R7—168.00Ω R8—167.85Ω R9—167.82Ω R10—167.61Ω

求：10次测量的算术平均值，测量的标准误差和算术平均值的标准误差

解：

=167.76Ω σ=

=0.18

=0.06

1、电阻式传感器是将被测量的变化转换成（D）变化的传感器。

　　A.电子　　　　B.电压　　C.电感　　　　D.电阻

2、电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化为（ C ）的输出。

A．电阻 B．电容 C．电压 D．电荷

3、半导体应变片具有（ A ）等优点。

A．灵敏度高 B．温度稳定性好 C．参数一致性高 D．接口电路简单

4、当半导体材料某一轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象，称（ B ）

A.光电效应 B.压阻效应 C.压电效应 D.霍尔效应

5、导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值发生相应变化的现象，称（ A ） A. 应变效应 B.光电效应 C.压电效应 D.霍尔效应

6、温度误差的线路补偿法是利用电桥( B )实现的。

A.相邻桥臂同变输入电压相加 B.相邻桥臂差变输入电压相减

C.相对桥臂同变输入电压相加 D.相对桥臂差变输入电压相加

7、利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小(C )

A.两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片 B.两个桥臂都应当用两个工作应变片串联　　C.两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片　　D.两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片

8、按输出信号的性质分类，应变式位移传感器是一种（A）

A．模拟量传感器 B 计数型传感器 C 代码型传感器 D 开关型传感器

9、下列传感器，不适合于静态位移测量的是（D）

A 压阻式位移传感器 B电感式位移传感器

C电涡流式位移传感器 D压电式位移传感器

10、半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率( B )

A.上升 B.迅速下降 C.保持不变 D.归零

二判断题

1、采用几个热电偶串联的方法测量多点的平均温度，当有一只热电偶烧断时，不能够很快地觉察出来。（×）

2、在固态压阻传感器测量电路中恒压源和恒流源供电均与电流大小、精度及温度有关。（×）

3、热回路的热电动势的大小不仅与热端温度有关，而且与冷端温度有关。（√）

4、在典型噪声干扰抑制方法中，差分放大器的作用是抑制共模噪声。(√ )

5、将电阻应变片贴在弹性元件上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。(√ ) 6、在电阻应变片公式，dR/R=(1+2μ)ε+λEε中，λ代表电阻率。（× ）

7、结构型传感器是依靠传感器材料物理特性的变化实现信号变换的。（×）

8、信号传输过程中，产生干扰的原因是.干扰的耦合通道 (√ )

9 、常用于测量大位移的传感器有应变电阻式。( × )

10、差动电桥由环境温度变化引起的误差为0。(√ )

三简答题

1.简述应变片在弹性元件上的布置原则，及哪几种电桥接法具有温度补偿作用。

答原则有：(1)贴在应变最敏感部位，使其灵敏度最佳；

(2)在复合载荷下测量，能消除相互干扰； (3)考虑温度补偿作用；

单臂电桥无温度补偿作用，差动和全桥方式具有温度补偿作用。

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。

3.为什么要对应变片式电阻传感器进行温度补偿，分析说明该类型传感器温度误差补偿方法。 答：①在外界温度变化的条件下，由于敏感栅温度系数

及栅丝与试件膨胀系数（

）之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与真实应变同数量级的误差。

②方法：自补偿法线路补偿法

四计算题

1、如图所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中R2=R3=R是固定电阻，R1与R4是电阻应变片，工作时R1受拉，R4受压，ΔR=0，桥路处于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥路失去平衡，这时，就用桥路输出电压Ucd表示应变片变后电阻值的变化量。试证明：Ucd=-（E/2）(ΔR/R)。

证明：

略去

的二次项,即可得

2、图为一直流应变电桥，E = 4V，R1=R2=R3=R4=350Ω，求：①R1为应变片其余为外接电阻，R1增量为△R1=3.5Ω时输出U0=?。 ②R1、R2是应变片，感受应变极性大小相同

其余为电阻，电压输出U0=?。 ③R1、R2感受应变极性相反,输出U0=?。

④R1、R2、R3、R4都是应变片,对臂同性，邻臂异性，电压输出U0=?。

解：①

②

③

④

一、判断（20分）

1.差动变间隙式自感传感器的灵敏度是单线圈式自感传感器的4倍。（×）

2.差动变压器是把被测的非电量变化转换成线圈互感量的变化。（√）

3.改变电感传感器的引线电缆后，不必对整个仪器重新调零。（×）

4.电涡流式传感器可以用来测量各种形式的位移量。（√）

5.自感式传感器实现了把被测量的变化转变为电容量的变化。（×）

6.边缘效应不仅使电容传感器灵敏度降低，而且会产生非线性。（√）

7.电容传感器不能承受很大的温度变化。（×）

8.差动变压器式传感器可以测量与位移有关的任何机械量。（√）

9.电涡流式传感器可以无接触地测量各种振动的幅值（√）

10.电涡流式传感器常用于测量压力、加速度、微小位移、液位等。（×）

二．单选题（20分）

1.由两块平行板组成一个电容器，若忽略其边缘效应，其电容量为（ A ）。

A. C=εS/d B.C=εd/S C. C=ε/Sd D.C=Sd/ε

2.在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中 ( B ) 。

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

3.不能用涡流式传感器进行测量的是 ( D ) 。A.位移 B.材质鉴别 C.探伤 D.非金属材料

4.在实际应用中，为了改善非线性、提高灵敏度和减少外界干扰的影响，电容传感器常做成（ B ）。

A.自感形式 B.差动形式 C.电涡流形式 D.电容形式

5.以下哪种途径不能提高差动变压器的灵敏度（ C ）。

A.增大铁芯直径 B.选择较高的激磁电压频率

C.降低线圈的Q值 D.提高激磁电源电压

6.为了使传感器具有较好的线性度，一般取测量量范围为线圈骨架长度的（ D ）。

A.1/8～1/4 B.1/10～1/2 C.1/4～1/2 D.1/10～1/4

7.以下哪种传感器可以用来检测金属的表面裂纹和焊接部位的探伤（ C ）。

A.自感式传感器 B.差动变压器 C.电涡流式传感器 D.电容式传感器

8.测量范围大的电容式位移传感器类型为（ D ）。

A.变极板面积型 B.变极距型 C.变介质型 D.容栅型

9. 在非电量测量中，应用最多的差动变压器是哪种结构形式（ A ）。

A.螺线管式 B.变隙式 C.变面积式 D.变体积式

10.变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（ A ）。

A.增大 B.不变 C.减少 D.变为零

三．简答题（30分）

1.试比较自感式传感器与差动变压器式传感器的异同？

答：自感式传感器与差动变压器式传感器相同点：工作原理都是建立在电磁感应的基础上，都可以分为变气隙式、变面积式和螺旋式等。不同点：结构上，自感式传感器是将被测量的变化转化为电感线圈的电感值变化。差动变压器式电感式传感器是把被测量的变化转换为传感器互感的变化，传感器本身是互感系数可变的变压器。

2.自感式传感器测量电路的主要任务是什么？变压器式电桥和带相敏检波的交流电桥，哪个能更好地完成这一任务？为什么？

主要任务：把被测量变化转换成自感L的变化，通过一定的转换电路转换成电压或者电流输出。

带相敏检波的交流电桥能更好的完成这一任务。使用相敏整流电路，输出电压不仅能反映衔铁位移的大小和方向，而且还消除了零点残余电压的影响。

3. 以自感式传感器为例说明差动式传感器可以提高其灵敏度的原理。

答：单极式自感传感器的灵敏度为：

差动式传感器的灵敏度为：

由此可见，与单极式比较其灵敏度提高一倍，非线性大大减小。

四．计算题

1. 分析下图所示自感传感器当动铁心左右移动（x1,x2发生变化时自感L变化情况。已知空气隙的长度为x1和x2，空气隙的面积为S，磁导率为μ，线圈匝数W不变）。

解：

，

又

空气隙的长度x1和x2各自变，而其和不变，另其他变量都不变故L不变

2．下图为变极距型平板电容传感器的一种测量电路，其中CX为传感器电容，C为固定电容，假设运放增益A=∞，输入阻抗Z=∞；试推导输出电压U0与极板间距的关系，并分析其工作特点。

解：

式中负号表示输出电压

的相位与电源电压反相。上式说明运算放大器的输出电压与极板间距离d线性关系。运算放大器电路解决了单个变极板间距离式电容传感器的非线性问题。但要求Zi及放大倍数K足够大。为保证仪器精度，还要求电源电压

的幅值和固定电容C值稳定。

一．选择题。

1.将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的（C）

A应变效应B电涡流效应C压电效应D逆压电效应

2 . 在光线作用下，半导体电导率增加的现象（B）

A外光电效应B内光电效应C光电发射D都不是

3.使用压电陶瓷制作的力或压力传感器可测（C）

A人体体重B车道的压紧力C车刀在切削时感受的切削力的变化量D自来水管压力

4.光纤传感器的工作原理是基于（ B ）。

A、入射光的频谱与光电流的关系； B、光的折射定律；

C、光的衍射； D、光的强度与光电流的关系

5 . 在下述位移传感器中，既适宜于测量大的线位移，又适宜于测量大的角位移的是（C）

A．电容式传感器 B．电感式传感器 C光栅式传感器 D电阻式传感器

6.对石英晶体，下列说法正确的是( A)。

A、沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，也没有电荷产生

B、沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，但会有电荷产生

C、沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，但没有电荷产

D沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，也会有电荷产生

7.人造卫星的光电池板利用（A）

A光电效应 B光化学效应 C光热效应 D感光效应

8.光电池属于（C)

A外光电效应 B内光电效应 C光生伏特效应 D不知道

9.固体半导体摄像元件CCD是一种（C ）

A．PN结光电二极管电路 B．PNP型晶体管集成电路

C．MOS型晶体管开关集成电路 D．NPN型晶体管集成电路

10.减小霍尔元件的输出不等位电势的办法是( C )

A、减小激励电流 B、减小磁感应强度 C、使用电桥调零电位器

一．判断题。

1.磁电式传感器不需要辅助电源,就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号,是一种无源传感器.（错）

2.编码器以其高精度高分辨率和高可靠性而被广泛应用于各种位移的测量.（对）

3..在光纤传感器中，数值孔径NA其实就是临界角，反映光纤接受光亮的多少.。（对）

4.在光电式传感器中，光电流和亮电流都有很多，但暗电流只有一个；.暗电流大，光电流小的光敏电阻灵敏度越高。（错）

5.压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应,是一种典型的无源传感器（对）

6.压电式传感器适用于动态测量和静态测量（错）

7.光电效应可分为内光电效应，外光电效应和光生伏特效应三种类型。（对）

8.根据光受被测对象的调制形式，将光纤传感器分为强度调制型，偏振调制型，频率调制型，相位调制型。（对）

9.光敏二极管在测光电路中应处于反向偏置状态。（对）

10.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。（对）

1请解释何为莫尔条纹？

答：把两块光栅距相等的光栅面向对叠合在一起，中间留有很小的间隙。并使两者的栅线之间形成一个很小的夹角Q，这样就可以看到在近于垂直栅线方向上出现明暗相间的条纹，这些条纹叫莫尔条纹。

2.何为光电效应？

答：通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。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,这类元件有光电管、光电倍增管；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，这类元件有光敏电阻；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，这类元件有光电池、光电仪表。

四．应用题。

1.压电传感器应用最多的是测力，凡是能转换成力的机械量，如位移，压力速度等，都可以用压电传感器测量，尤其是振动加速度的测量，下面请分析压电式加速度传感器在现实中的应用。

压缩式压电加速度传感器的结构原理图

1.答：压电效应：某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使其变形时，内部就产生极化现象，同时再它的两个表面上便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，这种现象称为正压电效应.反过来，当在电介质的极化方向上外加电场时，它就会产生变形，这种现象称为逆压电效应.压电加速度计是利用正压电效应工作的.

如图，在测量时传感器底座与试件刚性固定，当感受振动时，质量块惯性很小，因此质量块与传感器基座同样振动，由于产生压电效应压电片产生电荷，当振动频率远小于传感器固有频率时，传感器输出电荷与作用力成正比，即与试件的加速度成正比，然后经放大器接测试仪器检测试件加速度。

2.某一转速测量装置由—个霍尔传感器和一个带齿圆盘组成。其输出信号经放大器放大后由记录仪记录，记录纸记录的信号如图所示。

（1）简述霍尔效应

（2）当带齿圆盘的齿数为z=12，求被测转速为每分钟多少转?

（3）带齿回盘的材料采用铜材是否可行?为什么?

答：（1）置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应。

（2）由图可知：标线之间脉冲数15个，则f=150HZ n=60f/Z=750(n/min)

（3）不可以用铜材做带齿圆盘，铜为非导磁金属

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