《传感器原理与应用》考试复习资料

成都理工大学《传感器原理与应用》试题1一填空（每空1分，共20分）1.通常传感器由＿敏感元件、检测器、转换器＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿部分组成，是能把外界＿物理信号＿＿＿＿＿＿＿转换成＿＿＿电信号＿＿＿＿＿器件和装置。2.金属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相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度K下降了，这种现象称为＿＿＿横向＿＿＿＿效应。3.螺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＿＿零点残余电压＿＿＿＿＿＿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。4.把一导体（或半导体）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与控制电流和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＿＿＿＿＿＿＿＿效应。5.某些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，同时在它的表面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＿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。6.在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称外光电＿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PN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＿＿＿＿＿＿＿传感器；这种传感器只能测量＿＿＿＿＿＿＿＿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＿＿＿＿＿＿＿效应；若两金属类型相同两端温度不同，加热一端时电路中电动势E=＿＿＿。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CCD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可以进行位移测量的传感器有＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿；2可以完成温度测量的有＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿；3半导体式传感器是＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿；4光电传感器有＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿；5用于磁场测量的传感器＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、；6进行振动（或加速度）测量的传感器＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿；7利用物体反射进行非电量检测的传感器＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿；三计算(每题5分，共10分)1、图为一直流应变电桥，E=4V，R1=R2=R3=R4=350Ω，求：①R1为应变片其余为外接电阻，R1增量为△R1=3.5Ω时输出U0=?。②R1、R2是应变片，感受应变极性大小相同其余为电阻，电压输出U0=?。③R1、R2感受应变极性相反,输出U0=?。④R1、R2、R3、R4都是应变片,对臂同性，邻臂异性，电压输出U0=?。2石英晶体加速计及电荷放大器测量机械振动，已知加速度计灵敏度为5pc/g，电荷放大器灵敏度为50mv/pc，当机器达到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)。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)01.02345正行程(mv)01.522.533.5反行程(mv)00.5122.53.52解释下列磁敏传感器：①磁敏电阻与磁敏晶体管有哪些不同？②磁敏晶体管与普通晶体管的不同之处是什么？③磁敏电阻与霍尔元件属同一类磁电转换元件，在本质上有什么不同？五电路分析（每题5分，共20分）１。下图左是电容式差压传感器，金属膜片与两盘构成差动电容C1、C2,两边压力分别为P1、P2。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，UE电源是占空比为50%的方波。试分析：当两边压力相等P1=P2时负载电阻RL上的电压U0值；当P1P2时负载电阻RL上电压U0大小和方向（正负）。２。图为酒精测试仪电路，A是显示驱动器。问：①TGS—812是什么传感器？②2、5脚是传感器哪个部分，有什么作用？③分析电路工作原理，调节电位器RP有什么意义?３。图为光电传感器电路，GP—IS01是光电断路器。分析电路工作原理：①当用物体遮挡光路时晶体三极管VT状态是导通还是截止？②二极管是一个什么器件，在电路中起到什么作用？③如果二极管反相连接晶体管VT状态如何？４。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20Hz，振荡频率4KHz。请画出放大器、相敏检波器、低通滤波器的输出波形示意图。成都理工大学《传感器原理与应用》试题1（答案）一.填空（每空1分，共20分）1.通常传感器由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成，是能把外界非电量转换成电量的器件和装置。2.金属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；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相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度K下降了，这种现象称为横向效应。3.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残余电压；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。4.把一导体（或半导体）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与控制电流和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。5.某些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，同时在它的表面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。6.在光线作用下电子逸出物体表面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PN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效应；若两金属类型相同两端温度不同，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CCD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.可以进行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.进行振动（或加速度）测量的传感器磁电传感器、压电传感器；7.利用物体反射进行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，R1=R2=R3=R4=350Ω，求：①R1为应变片其余为外接电阻，R1增量为△R1=3.5Ω时输出U0=?。②R1、R2是应变片，感受应变极性大小相同其余为电阻，电压输出U0=?。③R1、R2感受应变极性相反,输出U0=?。④R1、R2、R3、R4都是应变片,对臂同性，邻臂异性，电压输出U0=?。解：①②③④2.石英晶体加速计及电荷放大器测量机械振动，已知加速度计灵敏度为5pc/g，电荷放大器灵敏度为50mv/pc，当机器达到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)012345正行程(mv)01.522.533.5反行程(mv)00.5122.53.5解：迟滞误差；静态误差；传感器本身材料的缺陷造成。2.解释下列磁敏传感器：①磁敏电阻与磁敏晶体管有哪些不同？②磁敏晶体管与普通晶体管的不同之处是什么？③磁敏电阻与霍尔元件属同一类磁电转换元件，在本质上有什么不同？解：①磁敏晶体管有放大作用；②普通晶体管无磁灵敏度；磁敏电阻不能区别磁极性。五.电路分析（每题5分，共20分）1.下图左是电容式差压传感器，金属膜片与两盘构成差动电容C1、C2,两边压力分别为P1、P2。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，UE电源是占空比为50%的方波。试分析：当两边压力相等P1=P2时负载电阻RL上的电压U0值；当P1P2时负载电阻RL上电压U0大小和方向（正负）。解：①U0=0②U0=UfM（C1-C2）因为C1〈C2所以U0〈0，输出负电压。2.图为酒精测试仪电路，A是显示驱动器。问：TGS—812是什么传感器？2、5脚是传感器哪个部分，有什么作用？分析电路工作原理，调节电位器RP有什么意义?解：①气敏传感器；②加热电极，可加速还原反应提高气敏传感器灵敏度；③调节测量系统的测量范围和满度值。3.图为光电传感器电路，GP—IS01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VT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VT状态如何？解：①截止；②红外发射管，起控制作用；③截止。4.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20Hz，振荡频率4KHz。请画出放大器、相敏检波器、低通滤波器的输出波形示意图。成都理工大学《传感器原理与应用》试题2（80分）1．在右下图所示的电桥中，R1=1000Ω，R3=1500Ω，C2=1μF时电桥平衡。电容C4是多少？（5分）2．作为光波5μm红外线的传感器材料有哪些？（5分）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）4．由光电二极管二维阵列组成面型传感器进行图像检测，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）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）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。7．已知某压力传感器的测定范围为0～10000Pa，输入特性表示为y=10(x-0.00007x2+2000)请问这种传感器能使用吗？（5分）8．某CO2气体传感器在20。C，浓度范围为0～100ppm时的输入特性表示为Rx=x+250(kΩ),用差动法回答以下问题（其中R1=10MΩ,E=2V）:（15分）利用最简单的电阻-电压变换电路，绘出X，V0的关系图。利用电桥进行电阻-电压变换电路，绘出20。C时X，V0的关系图。另外，当30。C时，Rx=x+500(kΩ)，在同一张图上再加上X，V0的关系图，然后进行比较。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，然后与（2）中的图形进行比较。9．设阻抗Rs为1kΩ俄信号源与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10pF/m。（10分）10．（