（6）--2012年本科生“传感器技术及应用”试题（A-参考答案）

2012年本科生“传感器技术及应用”试题（A卷）
一、灵敏度是传感器的一个重要指标，利用图和公式解释灵敏度，简要说明其物理意义。

（本题共10分）
二、下图为某传感器的工作原理结构示意图和转换电路原理图，请简要回答以下问题：（1）该传感器的工作原理；（2）以图（b）所示的四臂受感电桥为参考瞬时，说明这时被测量的方向；（3）从敏感结构方面考虑，提高动态测
三、设计一体现：电容式、压力、差动检测三个关键词的传感器，试给出原理结构示意图，并对其工作原理和优点进行必要的说明。

（本题共15分）
四、环境温度变化会对传感器特性产生一定影响，请举例说明在温度测量过程中也会受到环境温度影响的实例，并说明这样的实例如何减少温度误差？（本题共15分）
五、讨论谐振式传感器闭环自激系统在时域和复频域的实现条件（要求结合图进行讨论），并说明它们在实际应用中的特点。

（本题共15分）
六、下图为一传感器的工作原理结构示意图，请简要回答：（1）该传感器的工作原理；（2）影响其输入输出特性的关键参数；（3）应用特点。

（本题共15分）
题六图 某传感器的工作原理结构示意图
七、建立集合（加速度、集中力、气体压力、液体质量流量）与集合（薄壁圆柱壳体、U型弯管、悬臂梁、S型梁）的映射关系。

从中挑选任意一种映射关系说明其应用特点。

（本题15分）
2012年本科生“传感器技术及应用”试题（A 卷－参考答案）
一、灵敏度是传感器的一个重要指标，利用图和公式解释灵敏度，简要说明其物理意义。

（本题共10分）
回答要点：
（1）正确画出图3分，正确写出公式3分。

0d lim d x y y S x x
∆ﾮ∆��==��∆��（2）可以从测量范围，抗干扰性等方面说明其物理意义。

（4分）
二、下图为某传感器的工作原理结构示意图和转换电路原理图，请简要回答以下问题：（1）该传感器的工作原理；（2）以图（b ）所示的四臂受感电桥为参考瞬时，说明这时被测量的方向；（3）从敏感结构方面考虑，提高动态测量性能的可能方案。

（本题共15分）
回答要点：
（1）这是应变式加速度传感器，正确说明其工作原理；（6分）
（2）根据应变式传感器的工作原理，悬臂梁上表面两个电阻R1，R4增加，说明悬臂梁向下弯曲，加速度向上；（3分）
（3）从敏感结构方面考虑，提高动态测量性能的可能方案有：提高悬臂梁的弯曲刚度（增加厚度、宽度，减小长度），适当减小敏感质量块的质量。

（6分）
三、设计一体现：电容式、压力、差动检测三个关键词的传感器，试给出原理结构示意图，并对其工作原理和优点进行必要的说明。

（本题共15分）
回答要点：
（1）正确画出差动检测的电容式压力传感器原理结构示意图。

具体的形式可以多样，但应符合传感器的设计思路，特别应包括差动敏感结构、两个电容的结构形式，并对有关结构参数进行简要说明。

（7分）
（2）说明传感器的工作原理时，压力作用到电容的活动极板，与两个固定极板形成一对差动电容，并指出要通过一定的电路来转换。

（4分）
（3）优点：可以消除共模干扰，如温度、横向随机振动等干扰因素的影响。

（4分）
四、环境温度变化会对传感器特性产生一定影响，请举例说明在温度测量过程中也会受到环境温度影响的实例，并说明这样的实例如何减少温度误差？（本题共15分）
回答要点：
（1）如热电偶温度传感器。

（6分）
（2）主要是进行冷端补偿，可以采用保持冷端0℃，实测冷端温度，利用热电偶的分度表进行补偿。

（9分）
五、讨论谐振式传感器闭环自激系统在时域和复频域的实现条件（要求结合图进行讨论），并说明它们在实际应用中的特点。

（本题共15分）
回答要点：
（1）正确画出谐振式传感器闭环自激系统在时域和复频域的结构图。

（6分）
（2）正确给出谐振式传感器闭环自激系统在时域和复频域的幅值、相位条件。

（5分）
（3）时域主要是调试传感器，复频域主要是设计传感器闭环系统。

（4分）
六、下图为一传感器的工作原理结构示意图，请简要回答：（1）该传感器的工作原理；（2）影响其输入输出特性的关键参数；（3）应用特点。

（本题共15分）
题六图 某传感器的工作原理结构示意图
回答要点：
（1）该传感器为一种硅谐振式压力传感器。

（2分）
其工作原理：被测压力——膜片应力——谐振梁的等效刚度——谐振梁的固有频率；（6分）
（2）影响其输入输出特性的关键参数有：膜片厚度H、边长；双端梁谐振子的几何参数，长度、厚度与宽度，梁谐振子在膜片上的位置等（要有膜片与双端固支梁）；（4分）
（3）应用特点为：谐振式传感器（数字式、高性能）、体积小、质量小、功耗低、品质因数高（答出3点即可）。

（3分）
七、建立集合（加速度、集中力、气体压力、液体质量流量）与集合（薄壁圆柱壳
体、U型弯管、悬臂梁、S型梁）的映射关系。

从中挑选任意一种映射关系说明其应用特点。

（本题15分）
回答要点：
（1）对应关系（12分，每正确一个给3分）：
加速度→悬臂梁；
集中力→S型梁；
气体压力→薄壁圆柱壳体；
液体质量流量→U型弯管；
（2）挑选任意一种映射关系，正确说明其应用特点的给3分。