《传感器与检测技术》题库参考答案

《传感器与检测技术》题库参考答案一、选择题001~005:CBBCA006~010:DABBB011~015:DACAC016~020:BBCDD021~025:BCBCB026~030:DBCBB031~035:DBCDD036~040:CBCBA041~045:ABBDB046~050:ACBAB051~055:CBACC056~060:ABCCC061~065:CDADE066~070:CABCC071~075:AACBC076~080:BCCAC081~085:DDBAB086~090:BDCDD091~095:BCBCB096~100:ABCBC101~105:BDDAD二、填空题1、（稳定性）2、（薄膜）3、（单点接地）、（屏蔽隔离）、（滤波）4、（压电式）和、（应变式）5、（电子一空穴）6、（灵敏度）、（非线性误差）。7、（通过）8、（多路切换）9、（动态特性）10、（校准）.11、（阻抗Z）12、（逆压电）13、（零）14、（比较法）15、（差动）16、（正压电效应）17、（静态力）18、（电信号）19、（临界）20、（RC网络）21、（RC吸收电路）22、（非线性）23、（大）24、（静态）25、（并联）26、（完全跟随）27、（敏感元件）、（转换元件）、（基本转换电路）28、（热电）29、（下降）30、（位数）。31、（采样定理）32、（屏蔽）33、（智能化）34、（金属）35、（50～70）36、（温差）、（接触）37、（对地低阻抗端）38、（变极距）39、（中间导体）40、（不平衡）41、（逐次逼近）42（乘积（或积））43、（敏感）44、（力（或惯性力））45、能够感觉外界信息并能按一定规律将这些信息转换层可用的输出信号、敏感元件、转换元件、转换电路46、金属导体、半导体47、系统误差、随机误差、粗大误差、随机误差、平均值48、温差、接触49、测量值与真值之差、绝对误差与示值之比乘以100%、绝对误差与满量程之比乘以100%50、静态输入、输出51、内光电效应、光生伏特效应52、电涡流传感器53、热电效应54、接触电势、温差电势55、变间隙式电容传感器56、基底、敏感栅（或电阻丝）、引线、覆盖层三、简答题1、答：（1）与测量条件有关的因素：测量的目的；被测量的选择；测量范围；被测量的幅值和频率；精度要求；时间要求（2）与传感器有关的指标：选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题（3）与使用环境有关的因素：安装现场条件；环境条件；信号传输距离；测试现场的功率容量（4）与采购和维修有关的因素：价格；零配件的储备；售后服务；交货日期。2、答：采用差动式结构可以改善非线性、提高灵敏度，对电源电压、频率的波动及温度变化等外界影响也有补偿作用；作用在衔铁上的电磁力，由于是两个线圈磁通产生的电磁力之差，所以对电磁吸力有一定的补偿作用，从而提高了测量的准确性。如差动变间隙式电感传感器、差动变面积式电感传感器等。3、答：由温度引起应变片电阻变化的原因主要有两个：一是敏感栅的电阻值随温度的变化而改变，即电阻的温度效应；二是由于敏感栅和试件线膨胀系数不同而产生的电阻变化。进行温度补偿，消除误差的方式主要有三种：温度自补偿法、桥路补偿法和热敏电阻补偿法。温度自补偿法是通过精心选配敏感栅材料与结构参数来实现温度补偿；桥路补偿法是利用电桥的和差特性来达到补偿的目的；热敏电阻补偿法是使电桥的输入电压随温度升高而增加，从而提高电桥的输出电压。4、答：电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压，电桥供电电压越高，电桥电压灵敏度越高。但是供桥电压的提高，受到应变片允许功耗的限制，所以一般供桥电压应适当选择；电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数，因此应当恰当选择桥臂比n的值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。减少非线性误差的办法是采用半桥双臂和全桥接法。5、答：因为简单的二极管检波电路只能利用二极管的单向导电性从调幅波中分离出正电压信号，如果调制波带有极性（即有正也有负），那么解调后得到的信号会产生失真；而相敏检波器既能反映输入信号的幅值，也能反映输入信号的极性，所以用相敏检波器来解调可以较好的还原输入信号，达到解调的效果。6、答：因压电式传感器的输出电阻很大、电荷量很小，信号微弱；电荷放大器具有输入阻抗高，输出电压与压电式传感器电荷成正比、与反馈电容成反比；与电缆分布电容无关；电压放大器具有电路简单，成本低，压电式传感器须与电缆配套使用。不适宜低频振动信号测量，其传感器低频特性差，电荷积累不易。8、答：a.霍尔元件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。b.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。c.温度补偿方法：分流电阻法：适用于恒流源供给控制电流的情况。电桥补偿法9、答：传感器与电压放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电压成正比,但容易受电缆电容的影响。传感器与电荷放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电荷成正比,电缆电容的影响小。10、答：压电式传感器只有在负载阻抗无穷大、内部也无漏电时，受力后产生的电压（电荷）才能长期保存下来，否则电路将以某时间常数按指数规律放电。这对于测量缓变信号极为不利，必将造成测量误差。（而在动态测量时，电荷量可以不断得到补充，）因此压电式传感器适于动态测量，而不能用来测量变化比较缓慢的信号。12、答：压电式加速度传感器的灵敏度取决于压电元件的压电系数和惯性质量块的质量大小。为了提高灵敏度，应当选用压电系数大的压电材料做压电元件，在一般精度要求的测量中，大多采用压电陶瓷作为压电敏感元件。还可以采用增加压电晶片数目和合理的连接方法来提高灵敏度。13、解：.电阻丝应变片利用导体形变引起电阻变化，半导体应变片利用半导体电阻率变化引起电阻变化。14、答：不能。（1）当静态力作用到压电元件上时，对应电荷一次性产生（Q=d*F），因存在一定的电荷泄放回路，无法保持电荷量始终恒定（U=Q/Ca）（2）实际上传感器的漏电阻存在，且负载放大器输入阻抗存在（非∞），构成电荷泄放回路（T=RC）15、答：（1）可以将许多不同的非电量转换成电量加以测量，从而可以使用相同的测量和记录显示仪器。（2）输出的电量信号可以作远距离传输，有利于远距离操作和自动控制。（3）采用电测法可以对变化中的参数进行动态测量，可以自动对测量结果进行修正、积分、微分等操作，可以测量和记录其瞬时值及变化过程。（4）易于用许多后续的数据处理分析仪器，特别是与电子计算机连接。从而能够对复杂的测量结果进行快速的运算分析处理，以及提供反馈控制。（5）便于在输出端得到大功率信号和实现多量程测量以及可以获得很高的灵敏度与精度。16、解答：多采用双绞线或屏蔽线，前者单点接地，后者屏蔽层良好接地。这在通信工程和网络布线、中比较多见。避免两条线长距离的平行布置。传感器的抗干扰，电容式传感器输出抗阻高而输入信号弱，要危及的问题较多。传感器自身须屏蔽，必要时应考虑分布电容的影响；要求良好的绝缘，前置电路必须与传感器相匹配，信噪比尽量较高。传感器结构改进有利于抗干扰：将处理元件与传感器做成一个整体（一体化），直到集成为IC芯片。集成化有利于软件抗干扰。17、解答：a)对差模信号为主的干扰，如干扰严重可采用双积分式ADC，它以定值积分加反相积分对信号进行转换，虽然速度慢，但度高抗干能力也强对低频差模干扰亦采用低通滤波，并同步采样（以二倍干扰频率采样的频率，抵消干扰信号）远距离传输时可用电流信号代替电压信号。b)对共模信号，采用三线采样，双层屏蔽，复置，隔离等措施。c)对其它信号亦可采用软件方法，如采取软件，程序判断排除，对脉冲干扰可采用算术平均或加权平均，对工频信号可采用算术平均值或双倍频采样。18、答：抑制电路的措施：（1）接地。低频路一点接地，高频电路多点接地；强电与信号线分开接地。模拟电路与数字电路分开接地。（2）隔离。对多点接地系统，强电与弱电之间可以增加电磁隔离。光电隔离或隔离放大器。（3）屏蔽。根据干扰耦合的不同可分别采取静电驱动屏蔽。电磁屏蔽，低频磁屏蔽。（4）滤波。如程控，中值法，平均值法，加权平均法，软件滤波，低通高通等滤波。又可软硬复合滤波。复合滤波可采用中值平均法（即常用的去掉最高，最低在求平均法）或者双重低通滤波，或者高通加低通滤波（带通或电阻）在电源进入电路板时，要注意几时微法和零点几微法的电容网滤波，以消除板间窜扰。（5）浮置。既不接地也不接高电位。共模抑制比CMRR极大。（6）对称。即采用双端输入，元件及其参数对称电路。CMRR很大。19、答：霍尔组件的不等位电势是指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。产生不等位电势的原因主要有：霍尔电极安装位置不正确（不对称或不在同一等电位面上）；半导体材料的不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不均匀；激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等。能够使电桥达到平衡的措施均可以用于补偿不等位电势。20、答：霍尔式传感器转换效率较低，受温度影响大，但其结构简单、体积小、坚固、频率响应宽、动态范围（输出电势变化）大、无触点，使用寿命长、可靠性高、易微型化和集成电路化，因此在测量技术、自动控制、电磁测量、计算装置以及现代军事技术等领域中得到广泛应用。21、答：置于磁场中的通电半导体，在垂直于电场和磁场的方向产生电动势的现象称为霍尔效应。霍尔元件的材料要求有高的电阻率和载流子迁移率。通常金属材料具有很高的载流子迁移率，但其电阻率很小；绝缘材料的电阻率极高，但是其载流子迁移率极低；因此，金属材料和绝缘材料均不适合作霍尔元件，只有半导体材料最适合制造霍尔元件。22、答：系统误差：在相同情况下对给定量的相同值进行多次测量的过程中，若误差的绝对值和符号维持不变，或者当测量条件改变时按确定规律变化，将这样的系统误差看作是系统误差。引起系统误差的因素：仪器本身的误差，测量方法和所依据的理论固有的误差以及使用者因素都可引起系统误差。23、答：常见的A/D转换器的类型有：双积分式、逐次比较式（或称逐次逼近式）、二进制斜坡式和量化反馈式。（应至少举出三种）如果要有较高的采样速率，一般应选择逐次比较式A/D转换器。26、答：置于磁场中的通电半导体，在垂直于电场和磁场的方向产生电动势的现象称为霍尔效应。霍尔元件的材料要求有高的电阻率和载流子迁移率。通常金属材料具有很高的载流子迁移率，但其电阻率很小；绝缘材料的电阻率极高，但是其载流子迁移率极低；因此，金属材料和绝缘材料均不适合作霍尔元件，只有半导体材料最适合制造霍尔元件。27、答：霍尔组件的不等位电势是指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。产生不等位电势的原因主要有：霍尔电极安装位置不正确（不对称或不在同一等电位面上）；半导体材料的不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不均匀；激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等。能够使电桥达到平衡的措施均可以用于补偿不等位电势。29、答：电涡流传感器的工作原理是电涡流效应。即块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中做切割磁力线运动时，导体内将产生感应电流，这种电流的流线在金属体内自行闭合，类似于水中的漩涡，所以称为电涡流。电涡流的存在必然要消耗一部分磁场的能量，从而使激励线圈的阻抗发生变化，这种现象称为电涡流效应。根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流传感器。要形成电涡流必须具备两个条件：（1）存在交变磁场；（2）导体处于交变磁场中。30、答：光电式传感器由光源、光学元器件和光电元器件组成光路系统，结合相应的测量转换电路而构成。被测量主要影响光电传感器的敏感原件。31、答：光电倍增管由真空管壳内的光电阴极、阳极以及位于其间的若干个倍增电极构成。工作时在各电极之间加上规定的电压。当光或辐射照射阴极时，阴极发射光电子，光电子在电场的作用下加速逐级轰击发射倍增电极，在末级倍增电极形成数量为光电子的681010倍的次级电子。众