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1、成都理工大学传感器原理及应用试题1一 填空每空1分，共20分传感器由敏感元件、转换元件、根本转换电路三局部组成， 是能把外界非电量转换成电量的器件与装置。丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称应变效应；半导体或固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称压阻效应。直线的电阻丝绕成敏感栅后长度一样但应变不同，圆弧局部使灵敏度K下降了，这种现象称为横向效应。线管式差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上差动变压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为零点剩余电压；利用差动变压器测量位移时如果要求区别位移方向或正负可采用相敏检波电路。导体或半导体
2、两端通以控制电流I，在垂直方向施加磁场B，在另外两侧会产生一个及控制电流与磁场成比例的电动势，这种现象称霍尔效应，这个电动势称为霍尔电势。外加磁场使半导体导体的电阻值随磁场变化的现象成磁阻效应。电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象，同时在它的外表产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称为正压电效应；在介质极化方向施加电场时电介质会产生形变，这种效应又称逆压电效应。线作用下电子逸出物体外表向外发射称外光电效应；入射光强改变物质导电率的现象称光电导效应；半导体材料吸收光能后在结上产生电动式的效应称光生伏特效应。7、块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力
3、线运动时，导体内部会产生一圈圈闭合的电流，利用该原理制作的传感器称电涡流传感器；这种传感器只能测量金属物体。8、不同的金属两端分别连在一起构成闭合回路，如果两端温度不同，电路中会产生电动势，这种现象称热电效应；假设两金属类型一样两端温度不同，加热一端时电路中电动势E =0。二 选择题每空1分，共20分电阻应变片 磁敏电阻 霍尔元件 气敏传感器 湿敏传感器光电耦合器 压电传感器 电容传感器 热敏电阻 电荷耦合器压阻式传感器 光纤传感器 磁电传感器 光电二极管 差动变压器热释电器件 磁敏晶体管 电涡流传感器 光电池 超声波传感器热电偶 红外传感器 色敏传感器正确选择以上传感器填入以下空内：1可以进
4、展位移测量的传感器有光纤传感器、差动变压器、电阻传感器；2可以完成温度测量的有热电偶、热敏电阻；热释电；3半导体式传感器是磁敏、霍尔元件、气敏传感器、压阻传感器；4光电传感器有光电耦合器、色敏传感器、光纤传感器、光电二极管；5用于磁场测量的传感器霍尔器件、磁敏晶体管；6进展振动或加速度测量的传感器磁电传感器、压电传感器；7利用物体反射进展非电量检测的传感器超声波传感器、红外传感器；三 计算 (每题5分，共10分)1、图为一直流应变电桥，E = 4V，R1234=350，求：R1为应变片其余为外接电阻，R1增量为时输出U0=。R1、R2是应变片，感受应变极性大小一样其余为电阻，电压输出U0=。R
5、1、R2感受应变极性相反,输出U0=。R1、R2、R3、R4都是应变片,对臂同性，邻臂异性，电压输出U0=。解：2 石英晶体加速计及电荷放大器测量机械振动，加速度计灵敏度为5，电荷放大器灵敏度为50，当机器到达最大加速度时的相应输出电压幅值为2V，试求机械的振动加速度(单位g)。解：四 问答题每题5分，共10分1压力传感器测量砝码数据如下，试解释这是一种什么误差，产生这种误差的原因是什么。N(g) 0 1.0 2 3 4 5正行程(反行程(解：迟滞误差；静态误差；传感器本身材料的缺陷造成。2解释以下磁敏传感器：磁敏电阻及磁敏晶体管有哪些不同？磁敏晶体管及普通晶体管的不同之处是什么？磁敏电阻及霍
6、尔元件属同一类磁电转换元件，在本质上有什么不同？解：磁敏晶体管有放大作用； 普通晶体管无磁灵敏度；3磁敏电阻不能区别磁极性。五 电路分析每题5分，共20分。以下图左是电容式差压传感器，金属膜片及两盘构成差动电容C1、C2 ,两边压力分别为P1、P2。以下图右为二极管双T型电路，电路中电容是左图中差动电容，电源是占空比为50%的方波。试分析： 当两边压力相等P12时负载电阻上的电压U0值； 当P1P2时负载电阻上电压U0大小与方向正负。 解：U0=0 U0C12因为 C1 C2所以 U0 0 ，输出负电压。图为酒精测试仪电路，A是显示驱动器。问：812是什么传感器？2、5脚是传感器哪个局部，有什
7、么作用？分析电路工作原理，调节电位器有什么意义解：气敏传感器；利用半导体外表因吸附气体引起半导体元件电阻值变化，根据这一特性，从阻值的变化检测出气体的种类与浓度加热电极，可加速复原反响提高气敏传感器灵敏度；调节测量系统的测量范围与满度值。图为光电传感器电路，01是光电断路器。分析电路工作原理：当用物体遮挡光路时晶体三极管状态是导通还是截止？二极管是一个什么器件，在电路中起到什么作用？如果二极管反相连接晶体管状态如何？解：截止； 红外发射管，起控制作用； 截止。以下图是电阻应变仪电路框图，电桥采用交流供电，应变信号为一正弦变化的信号频率为20，振荡频率4。请画出放大器、相敏检波器、低通滤波器的输
8、出波形示意图。成都理工大学传感器原理及应用试题280分1在右以下图所示的电桥中，R1=1000，R3=1500，C2=1F时电桥平衡。电容C4是多少？5分 答：根据平衡条件，C4= C2 R1/ R3=1*1000/15000.667F。2作为光波5m红外线的传感器材料有哪些？5分答：有等材料。3在用光开关检测物体的系统中，指出输出电压的时间波形。5分答：光进入受光器输出电压为0V，光不进入，输出6V，所以右图为所示波形。4由光电二极管二维阵列组成面型传感器进展图像检测，对图像的分辨率由光电二极管的个数决定，试说明理由。5分答：面型传感器由许多销的单元构成二维平面，其中每一个小单元都是一个光电
9、二极管，称为像素。用面型传感器测量物体的形状所得的图像的分辨率最高只能是一个像素。如果所测得图像长为l ，对应N个像素，分辨率为。假设N为200，那么分辨率最高只能使1/200。5高温加热的钢板为红色，当温度继续升高时变为白色，试说明原因。5分答：及温度相对应，物体放射出具有一定波长分布的光，高温时，所有波长的能量增大，波长分布的峰值向短波长方向移动。对应于黑体的波长分布可由普朗克分布规那么求得。1000。C的钢板，波长分布的峰值在近红外区域，发出的光波长在0.6m以上，属于可视光的红光区域，因此看到的光呈现红色。温度升高使得波长分布的峰值向短波方向移动。可视光的短波成分增加，可视光所有波长成
10、分混合使钢板颜色接近白色。6试举坑内甲烷气体量传感器的例子。5分试举工厂排水污浊监视用传感器的例子。试举汽车排气成分调整用传感器的例子。答：接触燃烧式气体传感器。氧气传感器。氧气气体传感器。7某压力传感器的测定范围为010000，输入特性表示为10(0.00007x2+2000)请问这种传感器能使用吗？5分答：1-0.00014x。微分值在x7143时为负，故不能使用。8某2气体传感器在20。C，浓度范围为0100时的输入特性表示为250(k),用差动法答复以下问题其中R1=10M2V: 15分 利用最简单的电阻-电压变换电路，绘出X，V0的关系图。 利用电桥进展电阻-电压变换电路，绘出20
11、。C时X，V0的关系图。另外，当30。C时，500(k)，在同一张图上再加上X，V0的关系图，然后进展比拟。 采用两个差动法的传感器电路绘出20。C，30。C时X，V0的关系，然后及2中的图形进展比拟。 答：20。C时，0100对应得电阻变化为250350 k。o之间变化。 o0100之间变化。 o，如果零点不随温度变化，灵敏度约降低4.9%。但相对2得情况来说有很大的改善。9设阻抗为1k俄信号源及100V的动力线有50m的并行走线距离，静电感应所产生的噪声电压为多少？分布电容设为10。10分答：感应电压=2,以50/60, 1k, 100代入，并保证单位一致，得：感应电压=2*60*500*
12、10-12*1000*100V=1.8*10-2V101采用超声波或光脉冲信号，由从对象反射回来的脉冲的时间进展距离检测，空气中的音速为340，软钢中纵波的因素为5900 ，光的速度为3*108 ，求这三种情况下1 的往复时间对应得距离。根据计算结果，比拟采用光脉冲所需要系统得信号处理速度要比采用超声波脉冲时的系统速度快几倍？2根据1的结果，讨论利用脉冲往复时间测距，采用超声波与光波各有什么特点。10分答：11 的时间内超声波在空气与软钢中的传播距离分别为0.17m与3.0m，而光的传播距离为1.5*105 m，故要求有105倍高的处理速度。2采用光时，1m的处理速度只能测量100m以上的距离
13、，不能进展近距离测量。如果要求分辨力为1m，那么要求10的处理速度。所以光脉冲法用于远距离分辨率要求不高的场合，而超声波用于近距离测量。11为了实现以下目的，试从低通、高通、带通与带阻滤波中选择最适宜的一种：10分 除去麦克风中混入的播送电波信号； 从天线接收的电视波中仅选择第三频道； 除去混入所取出的脑电波信号中的电力线频率频率为50干扰。 答：1因为要除去高频成分，应选用低通滤波器。2要消除第二通道以下与第三通道以上的频率成分，应选用带通滤波器。3要消除特定成分的频率成分，应选用带阻滤波器。成都理工大学传感器原理及应用试题3一、填空：20分每题2分2测量系统的静态特性指标主要有。线性度、迟
14、滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等3霍尔元件灵敏度的物理意义是。表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势的大小。4光电传感器的理论根底是光电效应。通常把光线照射到物体外表后产生的光电效应分为三类。第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体外表的外光电效应,这类元件有光电管、光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电效应，这类元件有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表。两种导体的接触电势与单一导体的温差电势组成的，其表达式为=。在热电偶温度补偿中，补偿导线法即冷端延长线法是在连接导
15、线与热电偶之间，接入延长线它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。7变气隙式自感法感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量增加减小不变8仪表的精度等级是用仪表的 相对误差 绝对误差 引用误差来表示的。9. 电容传感器的输入被测量及输出被测量间的关系，除 变面积型 变极距型 变介电常数型外是线性的。10差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上差动变压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为零点剩余电压；利用差动变压器测量位移时如果要求区别位移方向或正负可采用相敏检波电路。二、用镍铬-镍硅势电偶测量某低温箱温度，把热电偶直接及电位差计相连接。在某时刻，从电位差计测得热电热为，此时电位差计所处的环境温度为15，试求该时刻温箱的温度是多
