(整理)传感器试卷和答案

浙江工业大学成教学院试卷B（答案）课程传感器与测试技术姓名______________________________供参考，如有疏忽，请指正______题序一二三四五六七八九十总评计分命题：一、单项选择题（将答案号写在括号内,每题1分,共10分）1莫尔条纹的宽度是由光栅常数和光栅的夹角决定的( A )A 光栅常数越大，光栅的夹角越小, 莫尔条纹的宽度越宽B 光栅常数越大，光栅的夹角越小, 莫尔条纹的宽度越宽C 光栅常数越小，光栅的夹角越小, 莫尔条纹的宽度越宽D 光栅常数越小，光栅的夹角越大, 莫尔条纹的宽度越宽2 一阶传感器的时间常数τ越小,（A ）频率响应特性越好。

A频率响应特性越好B频率响应特性越差 C 灵敏度越大 D 灵敏度越小3二阶传感器中，如输入为一正弦信号，一般来说,输出信号的（B ）A 频率变化，幅值和相位不变化B 频率不变化, 幅值和相位变化C 频率不变化，幅值和相位不变化D 频率相位不变化，幅值变化4光栅式传感器中，如横向莫尔条文之间的距离为4mm, 则辩向电路的两个光电元件的距离应为（ A ）A. 1mm B 2mm C 4mm D 8mm5单晶硅材料受到应力作用后，其（ D ）发生明显变化，这种现象称为压阻效应。

A 面积B 长度C 体积D 电阻率6 热敏电阻的标称电阻是指温度在（A ）的电阻值A 25 ºCB 0 ºC C 100 ºCD 273 ºC7．光电池的工作原理是基于_________： CA．光电发射效应B．光电导效应C．光伏效应D．热敏效应8．下列关于光电耦合器的叙述中，不正确的是_________：DA．光电耦合器实现了信号的光耦合和电隔离。

B．光电耦合器可以实现脉冲转换与直流电平转换，作为不同逻辑电路的接口。

C．光电耦合器的响应快、寿命长。

D．光电耦合器可以实现电→光→电双向信号传输。

9．下列关于磁阻元件的叙述中，不正确的是_________：BA．在弱磁场中，电阻与磁场呈平方特性；在强磁场中，电阻与磁场呈线性特性。

B．在弱磁场中，电阻与磁场呈线性特性；在强磁场中，电阻与磁场呈平方特性。

C．为了提高灵敏度，磁阻元件通常都做的很薄。

D．磁阻元件的工作基础是磁阻效应。

10．磁敏二极管与在其上施加的偏压和磁场的关系是_________：AA．在正向偏压、正向磁场作用下，随着磁场的增大，磁敏二极管的电阻增大。

B．在正向偏压、反向磁场作用下，随着磁场的增大，磁敏二极管的电阻增大。

C．在反向偏压、正向磁场作用下，随着磁场的增大，磁敏二极管的电阻增大。

D．在反向偏压、反向磁场作用下，随着磁场的增大，磁敏二极管的电阻增大。

二、填空题（每空1分，共10分）：1、电涡流传感器中线圈的激励频率越高，电涡流的贯穿深度越浅,导体的电阻率越大，电涡流的贯穿深度越____深______。

2、金属电阻应变片温度误差的产生主要是由电阻温度系数的影响和试件、电阻丝材料的线膨胀系数不同引起的。

3．压电式传感器的放大电路主要有电压放大和电荷放大两种。

4．霍尔传感器的厚度越小，灵敏度越大，输入输出电阻越大。

5、电涡流传感器根据激励的频率不同，分为高频反射式和低频透射式。

三、是非题（每题1分，共10分）1、任何周期信号都是由多个简谐信号合成的（）对2、信号的时域描述和频域描述只是同一个信号在不同域中的两种表示方法。

（）对3、差动变压器中提高初级线圈的电压，则灵敏度增加，漂移增大（）对4、信号的时域描述和频域描述只是同一个信号在不同域中的两种表示方法。

（对）5、自相关函数是奇函数，其图形对称于原点。

（错）6、金属导体内产生的涡流由于趋肤效应，随着频率的增大，其贯穿深度也随之增大。

（错）7、对于金属导体和半导体材料而言，都能产生霍尔效应，只不过，半导体材料的灵敏度要大一些，适合于作霍尔元件。

（对）8、差动变压器是利用线圈间自感的变化来实现非电量测量的。

（错）9、常系数线性系统稳定输出信号的频率与输入信号的频率相同。

（对）10、绝对式码盘一般采用格雷码，而不是二进制码。

（对）四、简答题（每题5分共20分）1 漂移输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化的现象称为飘移。

产生飘移的主要原因有两个方面：一是传感器自身结构参数；二是周围环境的变化。

最常见的飘移是温度飘移。

2 应变片绝缘电阻应变片绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测件之间的电阻值。

通常要求应变片绝缘电阻在50-100M Ω。

3、频谱的收敛性信号的各谐波振幅总的趋势是随着谐波次数的增高而逐渐减小，当谐波次数无限增高时，谐波分量的振幅也就无限地趋小，这称为频谱的收敛性4 应变效应半导体或导体在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值发生变化，这种现象称为“应变效应”。

五、计算及应用题（共50分）：1、应变片称重传感器，其弹性体为圆柱体，直径D ＝10cm ，材料的弹性模量E ＝205×109N/m 2，用它来称50吨的物体，若用电阻丝式应变片，变变片的灵敏度S ＝2，R ＝120Ω，问电阻变化是多少？ （10）2、用一缓变信号t B t A t u ππ100cos 10cos )(+=调制一载波t E t u c π2000sin )(=，试画出调幅波的幅频图并计算调幅波的频带宽度。

（10）3、压电式加速度的电压前置放大器的总电容C=1000pf, 总电阻 R=500M Ω,传感器的机械系统固有频率为 f0 = 30 khz, 相对阻尼系数 ζ = 0.5 。

求幅值误差下于 2 % 时，其使用的频率范围。

（15）4、画出电容式传感器的差动脉冲调制测量电路，并说明其原理。

（15）答案：1〉应变ε= F /（SE ）= 50*9.8*1000/（ 3.1416* 0.052* 205* 109） = 304 μεΔR= R*S*ε= 120*2*304*10-6 = 0.07296 Ω 电阻的变化为 0.07296Ω2〉调幅波的幅频图如下f幅值f1 f2 f3 f4 f5EMEA/2MEB/2图中 M 为调幅系数，f1= 950 hz f2 =995 hz f3 =1000 hz f4 =1005hz f5 =1050hz 频带宽度为：f5-f1 = 100hz3> 根据压电加速度计频率响应特性可知，下限截至频率取决于前置放大器的参数， 对电压前置放大器而言，实际输入电压与理想输入电压之比的相对幅频特性为： K =2)(1τωτωL L +L L f πω2= ，RC =τ= 5*9810*10-=0.5s 有题意可知：K = 1-0.02=0.98 根据公式计算可得：10=l ωHZ f Ll 6.12==πω 频率的下限为：1.6HZ传感器的上限频率由传感器本身频率特性决定 实际输入电压与理想输入电压之比为：202211⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛-ωωξωωHH0ω为系统的固有频率，=ξ0.5 根据题意：202211⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛-ωωξωωHH=1.02解上述方程可得：96.020=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ωωh 或 0.042 上述方程中应取的答案为：0.042传感器的上限频率为 042.0 *0f = 0.205*30=6.25 Khz 所以传感器的使用频率为：1.6 HZ -- 6.25 Khz 4〉Ur++--A1A2Q /QR S 双稳态触发器ABFGCx1Cx2D1R1R2D2ABU脉冲宽度调制电路如图所示。

图中Cx1,Cx2为差动式电容式传感器，电阻R1= R2,A1,A2 为比较器。

当双稳态触发器处于某一状态，Q=1,/Q=0 , /Q=0,电容 器Cx2上已冲电压通过D2迅速放电至零电平，与此同时，A 点高电位通过R1对Cx1 充电，时间常数 τ1=R1Cx1,直至F 点电位高于参考电压Ur,比较器A1输出正跳变信号。

A1输出正跳变信号，激励触发器翻转，使Q=0,/Q=1；于是A 点为低电位， Cx1上已冲电压通过D1迅速放电至零电平，而B 点高电位通过R2对Cx2充电, 时 间常数 τ2=R2Cx2 ,直至G 点电位高于参考电压Ur,。

比较器A2输出正跳变信号， 使触发器翻转，重复前述过程。

设 Cx1= C0+∆C , Cx2= C0-∆CT1，T2为Cx1，Cx2充电至Ur 时所需时间，U1为触发器输出的高电平值， 根据电路知识可知： Ur U U Cx R T -=11ln111UrU U Cx R T -=11ln222AB U =21211T T T T U U U B A +-=-=2121Cx Cx Cx Cx +-=0C C∆所以输出电压与电容的变化呈正比，通过电压的测量可得到电容的变化值。

传感器原理与应用试题答案（一）一填空（在下列括号中填入实适当的词汇，使其原理成立5分）1．用石英晶体制作的压电式传感器中，晶面上产生的电荷与作用在晶面上的压强成正比，而与晶片几何尺寸和面积无关。

2．把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据变压器的基本原理制成的，其次级绕组都用同名端反向形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。

3．闭磁路变隙式电感传感器工作时，衔铁与被测物体连接。

当被测物体移动时，引起磁路中气隙尺寸发生相对变化，从而导致圈磁阻的变化。

4．电阻应变片是将被测试件上的应变转换成电阻的传感元件。

5．影响金属导电材料应变灵敏系数K。

的主要因素是导电材料几何尺寸的变化。

评分标准：每填一个空，2.5分，意思相近2分。

二选择题（在选择中挑选合适的答案，使其题意完善每题4分）1．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2．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．60ΩB．120ΩC．200ΩD．350Ω3．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4．当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的（B,D）。

A．灵敏度增加B．灵敏度减小C．非统性误差增加D．非线性误差减小5．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．光导效应评分标准：3\4\5题回答对一个2分，1题（A.B.D）回答对一个2分，两个3分，2题（B）不对没有得分。

三、回答下列问题（每题5分，答出原理3分，说明2分）1．什么1/2桥能提高灵敏度，减小非线性；利用桥路中相邻臂电阻变化相反，对邻臂电阻变化相同的特点，将两个工作应变片接入电桥的相邻臂，并使它们一个受拉，另一个受压，如图所示，称为半桥差动电桥，半桥差动电桥电路的输出电压为评分标准：说明出划线部分的重点意思得1.5分，回答完整2分E 433221111L U R R R R R R R R R U ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-∆-+∆+∆+=写出平衡条件：1分设平衡时R 1=R 2=R 3=R 4=R ， 又ΔR 1=ΔR 2 =ΔR 则得证结论：2分RRU U ∆=2EL可知半桥差动电路不仅没有非线性误差，而且电压灵敏度也比单一应变片工作时提高了一倍。