检测传感技术期末复习题参考问题详解

中国石油大学（北京）远程教育学院

《检测传感技术》期末复习题参考答案

一、填空题（本题共计40分，每一填空计2分）

1. 一个完整的测试系统由激励装置、传感器、信号调理、信号处理、显示记录等五个基本环节组成。

2. 在测试系统中，激励装置的功能是激发隐含的被测信息；传感器的功能是将被测信息转换成其他信息；信号调理环节的功能是将传感器获得的信息转换成更适合于进一步传输和处理的形式；信号处理环节的功能是对来自信号调理环节的信息进行各种处理和分析；显示记录环节的功能是显示或存储测试的结果。

3. 不失真测试即测试系统的输出要真实地反映其输入的变化。为实现不失真测试，系统频率响应需要满足的条件是：幅频特性为常数；相频特性呈线性。对系统瞬态响应的要求是：瞬态误差小；调整时间短。

4. 测试信号的时域特征参数主要有均值、方差和均方值。

5. 信号的均值反映随机信号变化的中心趋势；信号的方差反映随机信号在均值附近的分布状况；信号的均方值反映随机信号的强度。

6. 任何周期信号均可分解为一系列频率比为有理数的简谐信号, 其频谱特性包括离散性、谐波性、收敛性。

7. 频率单一的正弦或余弦信号称为谐波信号。一般周期信号由一系列频率比为有理数的谐波信号叠加而成。

8. 周期信号的频谱特性：离散性即各次谐波分量在频率轴上取离散值；谐波性即各次谐波分量的频率为基频的整倍数；收敛性即各次谐波分量随频率的增加而衰减。

9. 瞬态信号是在有限时间段存在，属于能量有限信号。

10. 瞬态信号的频谱为连续谱,其幅值频谱的量纲为单位频宽上的幅值，即幅值频谱密度函数。

11. 一阶测试系统的基本参数是时间常数。根据对测试系统的基本要求及一阶测试系统的频率响应和单位阶跃响应，一阶测试系统的基本参数的选取原则是时间常数小。

12. 二阶测试系统的基本参数是固有频率和阻尼比。

13. 金属丝应变片依据应变效应工作；半导体应变片依据压阻效应工作。

14. 压力传感器由弹性敏感元件和机电转换元件两部分组成。

15. 测量传感器的动态特性的实验方法包括频率响应法和时间响应法。

16. 基于弹性元件受力产生变形实现检测的力传感器为二阶测试系统。为保证不失真测试，要求传感器的固有频率远大于被测力参数的工作频率。

17. 线性系统的频率保持性即若对线性系统的输入为某一频率的简谐信号，则其稳态响应必是同一频率的简谐信号。

18. 系统频率响应函数测试中，稳态正弦激励方式的依据是线性系统的频率保持性，其特点是测试周期长，其原因在于在每个测试频率处，只有当系统达到稳定状态才能进行测试。

二、解释题（本题共计12分，每小题4分）

1. 物性型传感器

答：依靠敏感元件材料本身物理性质在被测量作用下的变化来实现信号转换的传感器，如应变式、压电式、压阻式传感器。

2. 结构型传感器

答：依靠传感器结构参数在被测量作用下的变化而实现信号转换，如变间隙电感式传感器、变面积电容式传感器、动圈式磁电速度传感器。

3. 能量转换型传感器

答：直接由被测对象输入能量使其工作的传感器。如：热电偶传感器测温、磁电式速度传感器测速。

4. 能量控制型传感器

答：从外部供给辅助能量使其工作，并由被测量来控制外部供给能量的变化。如：应变、电容、电感式传感器测试中采用电桥测试电路。

5. 应变效应

答：金属材料受载变形，轴向伸长，截面缩小，使其电阻值发生变化。

6. 压阻效应

答：半导体材料在受载变形的同时，应力引起晶格变化使电阻率变化，从而使其电阻值发生变化。

7. 压电效应

答：压电材料如石英、钛酸钡等，受力变形，内部极化，表面上有电荷出现，形成电场。

8. 相关滤波

答：当对一个线性系统施加激励时，响应信号往往含有大量的噪声干扰；根据线性系统的频率保持性，只有和激励力频率相同的成分才是由激励引起的响应。因此将激励信号与包含噪声的被测响应信号做互相关分析，依据周期信号的互相关的同频相关不同频不相关的性质，可从噪声背景下提取由激励引起的响应信号，所提取的信号具有包括频率、相位的完整信息。

9. 线性系统的频率保持性

答：若线性系统的输入为某一频率的简谐信号，则其稳态响应必是同一频率的简谐信号，即：

输入：

t

j

e

x

t

xω

)(=

稳态响应：

)

(

0 )(ϕ

ω+

=t j e

y

t

y

三、简答题（本题共计18分，每小题6分）

1. 一阶测试系统的基本参数是什么？根据对测试系统的基本要求及一阶测试系统的频率响应和时间响应说明一阶测试系统的基本参数的选取原则。 答：一阶测试系统的基本参数为时间常数τ。

满足不失真测试的频率响应条件：幅频特性为常数，相频特性呈线性；满足不失真测试的时间响应的要求是：瞬态误差小，调整时间短。

一阶测试系统当τ小时，通频带宽，（转折频率

τω1

=

）； 响应快（4τ时瞬态误差2%）

因而，一阶测试系统的基本参数的选取原则是时间常数小。

2. 二阶测试系统的基本参数是什么？根据对测试系统的基本要求及二阶测试系统的频率响应和时间响应特征说明为何称7.0≈ζ为二阶测试系统的最佳阻尼比？ 答：二阶测试系统的基本参数为固有频率、阻尼比。

满足不失真测试的频率响应条件：幅频特性为常数，相频特性呈线性；满足不失真测试的时间响应的要求是：瞬态误差小，调整时间短。

二阶测试系统当7.0≈ζ时，通频带宽，在n 58.0~0ωω=的带宽内，幅频特性基本为常数，相频特性基本呈线性；同时，时间响应的最大超调量小且调整时间短。 因而，二阶测试系统当7.0≈ζ时具有较好的综合特性。

3. 为保证霍尔式位移传感器的输出电动势与位移成正比关系，其设计关键是什么？

答：霍尔式位移传感器基于磁场强度变化引起霍尔电势变化工作。要保证霍尔式位移传感器的输出电动势与被测位移成正比（线性）关系，其关键在于建立一个梯度磁场。磁场梯度均匀，输出线性度就好；磁场梯度越大，则灵敏度越高。

4. 从工作原理上说明：为何动圈式磁电传感器只能用于动态测试？

答：动圈式磁电传感器的工作原理是依靠线圈与磁铁间的相对运动，使线圈切割磁力线，产生感应电动势；即在线圈两端输出与相对运动速度成正比的感应电动势实现转换。因而需线圈与磁铁间的相对运动，只能用于动态测试。