传感器原理及工程应用考试试题及答案

传感器原理及工程应用考试试题及答案
一、选择题
1、下列关于压电传感器的说法正确的是C
C 可以等效为一个与电容串联的电压源2、半导体应变片与金属丝型比较C
C 应变时非线性比较严重
3、变磁阻式传感器中下面哪项会导致电感的减小C
C 增大气隙的厚度
4、两压电片不同极性端黏结在一起 A
A 总电容量为单片的一半，输出电压增大了1倍 5、质点振动方向与波的传播方向一致的波是B
B 纵波
6、下列描述错误的是B
B 微波的频率比红外线高
7、为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用B
B 差动变隙式
8、电磁式的动圈仪表属于C
C 二阶系统
9、以下关于线圈—导体系统产生的电涡流密度正确的是B
B 电涡流密度是沿线圈半径r 的函数
10、输入量与输出电容量为非线性关系的是B
B 变极距式电容传感器 11、磁电感应式传感器B
B 不需要外接辅助电源，是一个有源传感器12、下面描述正确的是A
A 光敏二极管基于内光电效应 13、光敏电阻D
D 阻值只与入射光量有关，与电压电流无关
14、关于超声波从一种介质入射到另一种介质时，不正确的是D
D 当超声波垂直入社界面时就会出现透射 15、关于变极距型电容式传感器正确的是D
D 采用差动式结构可以提高灵敏度及减小非线性误差 16、半导体气敏传感器由于加热方式不同，可分为
直热式和旁热式 17、磁电传感器A
A 是速度传感器，直接测的的值只能速度18、半导体气敏传感器D
D 需加热，加热的目地是提高器件的灵敏度和响应速度二、填空题
⑴一个测量系统是传感器、变送器和其他变换装置的有机组合⑵传感器的分类方法：一是按被测参数分类，另一种是按传感器的工作原理分类
⑶电阻应变片的补偿方法有线路补偿和应变片自补偿。

⑷压电片的两种不同接法，并联接法适宜用于以电荷作输出信号，串联接法适宜用于以电压作输出信号
⑸光电耦合器件是由发光元件和光电接收元件合并使用的电器件。

⑹半导体气敏传感器由敏感元件加热器和外壳三部分组成⑺磁电式传感器分为磁电感应式传感器和霍尔式传感式，磁电感应式传感器有2种结构：变磁通式和恒磁通式三、简答
1.直接测量、间接测量、组合测量的概念？
——在使用仪表或传感器进行测量时，测得值直接与标准量进行比较，不需要经过任何运算，直接得到被测量的数值，这种测量方法称为直接测量。

在使用仪表或传感器进行测量时，首先对与被测量有确定函数关系的几个量进行直接测量，将直接测得的值带入函数关系式，经过计算得到所需要的结果，这种测量称为间接测量。

若被测量必须经过求解联立方程组求得，用最小二乘法求出被测量的数值，这种测量方法称之为组合测量。

2.偏差式测量、零位式测量与微差式测量的特点与区别？
——用仪表指针的位移（即偏差）决定被测量的量值，这种测量方法称之为偏差式测量。

过程简单迅速，但测量结果的精确度较低。

在测量系统平衡时，用已知的标准量决定被测量的量值，这种测量方法称为零位式测量。

优点是可以获得比较高的测量精度，但测量过程
比较复杂，耗时较长，不适用于测量变化迅速的信号。

微差式测量是综合了偏差式测量与零位式测量的优点而提出的一种测量方法。

不需要调整标准量，而只需要测得两者的差值。

优点是反映快，而且测量精度高，特别适用于在线控制参数的测量。

3.什么是正压电效应、逆压电效应、纵向压电效应、横向压电效应？
——某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在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的状态。

这种现象称压电效应。

当作用力方向改变时，电荷的极性也随之改变。

有时人们把这种机械能转换为电能的现象，称为“正压电效应”。

相反，当在电介质极化方向施加电场，这些电介质也会产生几何变化，这种现象称为“逆压电效应”。

沿电轴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”，沿机械轴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”。

4.光纤传光原理是什么？
——光纤的传输是基于光的全内反射。

当入射角小于临街入射角时，光线就不会透射出界面，而全部被反射，光在纤芯和包层的界面上反复逐次全反射，呈锯齿波形状在纤芯内先前传播，最后从光纤的另一端面射出，这就是光纤的传光原理。

四、计算题
1-11、对光速进行测量，得到如下四组测量结果：s m C /10)01000.098000.2(81?±= s m C /10)01000
.098500.2(82?±= s m C /10)02000.099990.2(83?±=s m C /10)001000
.0989930.2(84?±=求光速的加权算术平均值及其标准差。

解：由四组测量结果知: s m C /1098000.281?= s m C /1001000.081?=σ s m C /1098500.282?= s
m C /1001000.082?=σ
s
m C /1099990.283?=
m /1002000.083?=σ
s
m C /10989930.284?=
s
m C /10001000.084
=σ
令p1=P2=1，则p1:p2:p3:p4=4
131211122
22
22
22
c c c c c c c c σσ
σσ
σσ
σσ
=22
22)001.001.0()002.001.0()01.001.0()01.001.0( =1:1:25:100
则测量数据的加权算术平均值为：
s m P
P
c C i i
i i
i P /1099915.210127
8925
.3801010025119993.21009999.225985.2198.218884 4
4
1?=?=?+++?+?+?+?=
∑∑==
则其标准差为：
()()()()()()
s m p p v i i
i i
i C p /1000122.010381
0005673.01010025113100
9993.299915.2259999.299915.21985.299915.2198.299915.2 1488
822224
1
4
1
2?=?=
+++??-+?-+?-+?-=
-=
∑∑==σ
1-14、交流电路的电抗数值方程为C
L X ωω1
-
=当角频率Hz 51=ω，测得电抗1X 为0.8Ω;当角频率Hz 21=ω，测得电抗2
X 为0.2Ω;当角频率Hz 11=ω，测得电抗3X 为-0.3Ω。

试用最小二乘法求电感L 、电容C 的值。

解： wC L X 1-=ω ,设x=L,
C y 1-=，写出残余误差。

则：
+=-+=+=y x y x y x 3.02122.05158.0所以，系数矩阵为
=11
212515A ，
直接测得值矩阵为
-=3.02.08.0L ，最小二乘法的最佳估计值矩阵为L A A A y x X ''==-1)(? 其中，15552130
3123 1.29211
1115
2A A ??
'==?
=??
='29.133301121251512151125A A 00.293329.13029.13330≠=?-?=='A A 所以，--='='-303329.17.2911)(221221111A A A A A A A A ,??
-=
-='04.01.43.02.08.012151125L A 所以??
-=---=
=455.0182.004.01.4303329.17.291?y x X 所以， L=x=0.182H, )(2.2455.011F y C =--=-=
8－8当光纤的46.11=n ，45.12=n ，如光纤外部介质的10＝n ，
求光在光纤内产生全反射时入射光的最大入射角c θ。

解：若光在纤芯和电层的界面上发生反射，则界面上的光线临界折射角?=D C ρρ，即?=≥'D C ρρρ。

而1n sin θ'=1n
sin )2
(
i ρπ
-=1n cos i P =ρ'-21sin 1n =n
n 212
)sin (
1ρ'-n n 。

当?=='D C C ρρρ时，有1n
sin θ'
2
221n n -=，所以为满足光在光纤内的纳反射光入射到光纤端面的入射角θ应该满足=
≤c i θθ)1
(arcsin
2
2210
n n n -由题意知：1n =1.46，2n =1.45，0n =1。

所以最大入射角 8.91706.0arcsin 45.146.1arcsin 1
arcsin
2222210
==-=-=n n n c
θ
电容的相对变化量为)135(10
00
-?-?=?d d d d
C C 化量为10<
可得[)145]()()(130
20000-+?+?+?+?=?d d
d d d d d d C C 由式（5-14）可见，输出电容的相对变化量0C C ?与输入位移d ?之间成非线性
关系，当10<
0d d C C ?≈?（5-15）电容传感器的灵敏度为
001d d C C K =??=
（5-16）它说明了单位输入位移所引起的输出电容相对变化的大小与0d 呈反比关系。

如果考虑式（5-14）中的线性项与二次项，则)175)(1(0
00-?+?=?d d d d C C 由此可得出传感器的相对非线性误差L r 为)185%(100%100)(0
020-??==d d d d d d r L 传感器由式（5-16）与式（5-18）可以看出；要提高灵敏度，应减小起始间隙0d ，
但非线性误差却随着0d 的减小而增大。