现代传感技术试题

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Q4
激光是很多用于工业制造和实验室研究的测量系统的手段。 如图给出了一种用来测量圆柱形工件直径的系统示意图， 其中用单个窄 helium-neonlaser 激光器激光光束通过一个以 1800r/min 旋转的五边棱镜扫描工作区，给出一个 xHz 的测量扫描。请对照该系统图回答： a) 测量扫描频率 x=？ b) 解释放大器输出波形中，哪些参数与待测工件直径 y 直接相关？方波周期脉冲的周期是多少？（请在答题纸上重 画该波形，并在其上标注 y 大小） 。 c) 画出双重积分器输出波形。 d) 工件在光区中的位置对测量是否有影响（忽略系统器件对称性误差等非理想因素）？工件若振动，其影响误差应 如何消除？
e) 高速公路路面裂纹检测系统的关键技术包括裂纹检测、裂纹（
⑨
）和裂纹（
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⑩ ）等。
Q2 简答题 （每小题 2 分，请简明解答；赘述不得分）
a) 某具有线性、时不变特性的传感器，系统函数为 H(jω)。如输入信号为 x(t)=sinωt，给出传感器输出信号表达 式。 b) 汽车上对前后障碍物测量的“雷达”工作原理。 c) 请给出一个视觉测量的工程实例。 d) 比较说明 Pt 电阻、热敏电阻在测温时的不同特点。 e) 光速测量方法曾经是百年前的诺贝尔奖，请简明指出其原理。
(
)
请解答： a)一个一阶压力传感器必须满足下列动态响应的要求： 1) 在阶跃输入后，在 0.05s 时刻至少保持 90%的精度； 2) 对于 200.0psi/s 的斜坡输入稳态误差不超过 2psi。 求出这种传感器的最大允许时间常数τ b)一个无外壳的温度传感器(一阶动态响应)用于测量起伏达 100Hz 的湍流。若动态误差要维持小于 10%，试问 传感器的时间常数应多大？
（考试答案必须写在答题纸上，写在本处无效）
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Q6 如图所示为检测应变的一种电路设计。请回答： a) b) c) d) 电桥采用恒流源供电的优点是什么？电流值 I 大约是多少？三极管 2N2907A 在电路中的作用是什么？ 电路示意图中，虚线椭圆表示什么装置？接地的目的是什么？ AD620 是什么类型的放大器？输入端并联的 0.1µF 电容起什么作用？其数值大小对系统有什么影响？ 若应变电桥的测量灵敏度为 10mV/1000µε，试推算 AD620 的增益大小。
Q1 填空题 （每空 1 分）
2013年秋季试题
）年的诺贝尔
a) 近代诺贝尔奖很多与传感技术相关。如光电效应导致了 ( ① )的发明；而（ ② 奖则授予了 CCD 发明者韦拉德·博伊尔(Willard S.Boyle)和乔治·史密斯（George E.Smith） 。
b) 物联网技术将是 21 世纪网络技术与传感技术的重要应用，其英文缩写 IOT 的英文意思是 Internet of Things， 在技术结构的层次上，它可分为（ ③ ）层、网络层、和（ ④ ）等。 c) 激光在传感技术中有重要应用，它具有（ ⑤ ）等特点，可以用来测量距离。由于光速很快，可达到 3×10-8m/s，因此测量装置需要精确地测量时间。例如要达到 1mm 的测量分辨率，则要求时间分辨率至少达 到（ ⑥ ）ps。 d) 系统的阶数主要取决于系统中（ 做具有（ ⑧ ）阶特性。 ⑦ ）的个数；传感器同样具有阶数概念，例如 Pt 电阻温度传感器一般看
激光器 幅值 电压 光电探测放大器 t
透镜
透镜
工件 光区 电机 驱动器 系统 震荡器 计数器 闸门 双重微分器
显示器
Q5
光电传感器可以检测从毫米到几十米尺寸的物体，并且可以在恶劣环境中可靠工作。如图所示为应用于汽车自动闸 口的光电系统示意图，道路两侧分别设置光发射器和接收器。请回答： a) 简要说明工作原理。 b) 如果把光束发射器和接收器放置在道路同一侧，另一侧用反射器；请问，这种方式的优缺点是什么？反射器采用 何种结构的反射镜为好？ c) 如需考虑抑制环境光的影响，应当怎样做相应的系统设计？
Q3
一个一阶系统的系统函数，可由下式描述：
H ( s) =
K 1 + τs
式中，K 为增益，τ为时间延迟常数。该系统对单位阶跃 u(t)的零状态响应 y(t)为
y (t ) = Ku (t ) 1 − e − t /τ
该系统对斜坡函数 slope(t ) =
(
)
0, t < 0 （m 为常实数）的状态响应 y(t)为 mt , t ≥ 0 y (t ) = Km τe − t /τ + t − τ