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1、三、传感器与检测技术试卷班级： 学号： 姓名： 成绩： 一、测得某检测装置的一组输入输出数据如下：X0.92.53.34.55.76.7Y1.11.62.63.24.05.0试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度（10分）解: 代入数据求得 拟合直线灵敏度,线性度7%二、如图所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中R2=R3=R是固定电阻，R1与R4是电阻应变片，工作时R1受拉，R4受压，R=0，桥路处于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥路失去平衡，这时，就用桥路输出电压Ucd表示应变片变后电阻值的变化量。试证明：Ucd=-（E/2）(R/R)。（10分）证明： 略去的二次
2、项,即可得三、什么叫做热电动势、接触电动势和温差电动势？说明势电偶测温原理及其工作定律的应用。分析热电偶测温的误差因素，并说明减小误差的方法（10分）答：热电动势：两种不同材料的导体（或半导体）A、B串接成一个闭合回路，并使两个结点处于不同的温度下，那么回路中就会存在热电势。因而有电流产生相应的热电势称为温差电势或塞贝克电势，通称热电势。 接触电动势：接触电势是由两种不同导体的自由电子，其密度不同而在接触处形成的热电势。它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度，而与导体的形状和尺寸无关。温差电动势：是在同一根导体中，由于两端温度不同而产生的一种电势。热电偶测温原理：热电偶的测温原理基于物理的“
3、热电效应”。所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。热电偶三定律a中间导体定律热电偶测温时，若在回路中插入中间导体，只要中间导体两端的温度相同，则对热电偶回路总的热电势不产生影响。在用热电偶测温时，连接导线及显示一起等均可看成中间导体。b中间温度定律任何两种均匀材料组成的热电偶，热端为T，冷端为时的热电势等于该热电偶热端为T冷端为时的热电势与同一热电偶热端为，冷端为时热电势的代数和。应用：对热电偶冷端不为时，可用中间温度定律加以修正
4、。热电偶的长度不够时，可根据中间温度定律选用适当的补偿线路。c参考电极定律如果A、B两种导体（热电极）分别与第三种导体C（参考电极）组成的热电偶在结点温度为（T，）时分别为，那么爱相同温度下，又A、B两热电极配对后的热电势为实用价值：可大大简化热电偶的选配工作。在实际工作中，只要获得有关热电极与标准铂电极配对的热电势，那么由这两种热电极配对组成热电偶的热电势便可由上式求得，而不需逐个进行测定。误差因素：参考端温度受周围环境的影响措施：a 恒温法b计算修正法（冷端温度修正法）c仪表机械零点调整法d热电偶补偿法e电桥补偿法f冷端延长线法四、霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件的不等位电势的概念是
5、什么？温度补偿的方法有哪几种？请详细推导分流法。（10分）答：霍尔组件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。 霍尔组件的不等位电势是霍尔组件在额定控制电流作用下，在无外加磁场时，两输出电极之间的空载电势，可用输出的电压表示。 温度补偿方法： a 分流电阻法：适用于恒流源供给控制电流的情况。 b 电桥补偿法五、论述CCD的工作原理，如何用设计一台摄像机。7.4（6分）答：CCD是一种半导体器件，在N型或P型硅衬底上生长一层很薄的SiO2，再在SiO2薄层上依次序沉积金属电极，这种规则排列的MOS电容数组再加上两端的输入及输出二极管就构成了CCD芯片。CCD可以把光信号转换成电脉冲信号。每一
6、个脉冲只反映一个光敏元的受光情况，脉冲幅度的高低反映该光敏元受光的强弱，输出脉冲的顺序可以反映光敏元的位置，这就起到图像传感器的作用。六、人们说，SMART传感器代表着今后传感器发展的总趋势，为什么？（6分）答：从SMART传感器的功能和优点两方面来看功能a) 自补偿功能：如非线性、温度误差响应时间等的补偿b) 自诊断功能：如在接通电源时自检c) 微处理器和基本传感器之间具有双向通信功能，构成一死循环工作系统d) 信息存储和记忆功能e) 数字量输出和显示优点：a) 精度高，可通过软件来修正非线性，补偿温度等系统误差，还可补偿随机误差，从而使精度大为提高b) 有一定的可编程自动化能力。包括指令和
7、数据存储、自动调零、自检等c) 功能广。智能传感器可以有多种形式输出，通过串口、并口、面板数字控制数或CRT显示，并配打印机保存资料d) 功能价格比大。在相同精度条件下，多功能智能传感器比一功能普通的传感器性能价格比大可见，SMART传感器代表着今后传感器发展的总趋势。七、什么是系统误差？系统误差产生的原因是什么？如何减小系统误差？（8分）答：当我们对同一物理量进行多次重复测量时，如果误差按照一定的规律性出现，则把这种误差称为系统误差。系统误差出现的原因有：工具误差：指由于测量仪表或仪表组成组件本身不完善所引起的误差。方法误差：指由于对测量方法研究不够而引起的误差。定义误差：是由于对被测量的定
8、义不够明确而形成的误差。理论误差：是由于测量理论本身不够完善而只能进行近似的测量所引起的误差。环境误差：是由于测量仪表工作的环境（温度、气压、湿度等）不是仪表校验时的标准状态，而是随时间在变化，从而引起的误差。安装误差：是由于测量仪表的安装或放置不正确所引起的误差。个人误差：是指由于测量者本人不良习惯或操作不熟练所引起的误差。减小系统误差的方法：引入更正值法：若通过对测量仪表的校准，知道了仪表的更正值，则将测量结果的指示值加上更正值，就可得到被测量的实际值。替换法：是用可调的标准量具代替被测量接入测量仪表，然后调整标准量具，使测量仪表的指针与被测量接入时相同，则此时的标准量具的数值即等于被测量
9、。 差值法：是将标准量与被测量相减，然后测量二者的差值。正负误差相消法：是当测量仪表内部存在着固定方向的误差因素时可以改变被测量的极性，作两次测量，然后取二者的平均值，以消除固定方向的误差因素。选择最佳测量方案：是指总误差为最小的测量方案，而多数情况下是指选择合适的函数形式及在函数形式确定之后，选择合适的测量点。八、什么是传感器的可靠性？可靠性设计程序和原则是什么？什么是传感器的失效？失效有哪几种？失效分析方法有哪几种？（10分）答：传感器的可靠性是指传感器在规定条件、规定时间，完成规定功能的能力。可靠性设计程序：建立系统可靠性模型可靠性分配可靠性分析可靠性预测可靠性设计评审试制品的可靠性试验
10、最终的改进设计可靠性设计原则：尽量简单、组件少、结构简单工艺简单使用简单维修简单技术上成熟选用合乎标准的原材料和组件采用保守的设计方案产品丧失完成规定功能能力所有状态及事件的总和叫失效。失效的分类：按失效发生场合分：试验失效、现场失效按失效的程度分：完全失效、局部失效按失效前功能或参数变化的性质分：突然失效、退化失效按失效排除的性质分：稳定性失效、间歇失效按失效的外部表现分：明显失效、隐蔽失效按失效发生的原因分：设计上的失效、工艺上的失效、使用上的失效按失效的起源分：自然失效、人为失效按与其它失效的关系分：独立失效、从属失效按失效浴盆曲线上不同阶段分：早期失效、偶然失效、耗损失效等失效分析的方
11、法：失效模式、效应及危害度分析工艺过程FMMEA及质量反馈分析失效树分析方法九、利用所学知识，设计一套湿度传感器（包括敏感元件的选择、测量电路的设计、采用温度补偿及抗干扰措施）。（15分）十、设计一套智能测温传感器。要求：测温范围-10-40，A/D转换为10位数字（包括硬件和软件）。（15分）四、传感器与检测技术试卷班级： 学号： 姓名： 成绩： 一、填空题：（40分）1、传感器是 能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件 以及相应的 信号调节转换电路 组成。2、电阻应变片式传感器按制造材料可分为 _金属
12、_ 材料和_半导体_体材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中的电阻变化主要是由 _电阻应变效应_ 形成的，而的电阻变化主要是由 _ 造成的。 材料传感器的灵敏度较大。3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M的大小与 绕组匝数 成正比，与 穿过线圈的磁通_成正比，与磁回路中 磁阻_ 成反比，而单个空气隙磁阻的大小可用公式 _ 表示。4、测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为 _绝对误差_ 、 相对误差 _ 、和 引用误差 _ 三类，其中 _绝对误差_ 可以通过对多次测量结果求 平均 _ 的方法来减小它对测量结果的影响。5、光电传感器的工作原理是基于物质的光电效应，目前所利用的光电效应大致
13、有三大类：第一类是利用在光线作用下 _材料中电子溢出表面的_现象，即 外光电 效应， _光电管以及光电倍增管_ 传感器属于这一类；第二类是利用在光线作用下 材料电阻率发生改变的 _ 现象，即 内光电 效应。 光敏电阻 传感器属于这一类。第三类是利用在光线作用下 光势垒 现象，即 _光生伏特_ 效应， 光敏二极管及光敏三极管_ 传感器属于这一类。6、热电偶所产生的热电势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab（T,To）=。在热电偶温度补偿中，补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线 和热电偶之间，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
14、方，以减小冷端温度变化的影响。7、偏差式测量是指测量过程中，用仪表指针的位移（即偏差）决定被测量的测量方法；零位测量是指测量过程中，用指零仪表的零位指示，检测测量系统的平衡状态；在测量系统达到平衡时用已知的基准量决定被测未知量的测量方法；微差式测量是指将被测的未知量与已知的标准量进行比较，并取得差值，然后用偏差法测得此差值的 方法。二、问答题：（25分）1、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？（10分）答：传感器的特性是指传感器所特有性质的总称。而传感器的输入输出特性是其基本特性，一般把传感器作为二端网络研究时，输入输出特性是二端网络的外部特性，即输入量和输出量的对应关系。由于输入量的状态（静态、动态）不同分静态特性和动态特性。静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入-输出特性。动态特性指当输入量随时间变化时传感器的输入-输出特性。可以从时域和频域来研究动态特性2、简述霍尔电动热产生的原理。（5分）答：一块半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场(磁场方向垂直于薄片)中，当有电流I流过时，电子受到洛仑兹力作用而发生偏转。结果在半导体的后端面上电子有所积累。而前端面缺少电子，因此后端面带负电，前端面带正电，在前
