传感器期末考试试题及答案

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、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；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；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；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)01.02345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；3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：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?解：①气敏传感器；利用半导体表面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和浓度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：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？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）答：根据平衡条件，C4=C2R1/R3=1*1000/1500≈0.667μF。2．作为光波5μm红外线的传感器材料有哪些？（5分）答：有InSb,Hg0.8Cd0.2Te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）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l/N。假设N为200，则分辨率最高只能使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：与温度相对应，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则求得。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0.6μm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．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）答：dy/dx=1-0.00014x。微分值在x7143Pa时为正，x7143Pa时为负，故不能使用。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。答：20。C时，0～100ppm对应得电阻变化为250～350kΩ。oV0在48.78～67.63mV之间变化。o如果R2=10MΩ，R3=250kΩ，20。C时，V0在0～18.85mV之间变化。30。C时V0在46.46mV（0ppm）～64.43mV（100ppm）之间变化。o20。C时，V0为0～18.85mV，30。C时V0为0～17.79mV，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）答：感应电压=2πfCRSVN,以f=50/60Hz,RS=1kΩ,VN=100代入，并保证单位一致，得：感应电压=2π*60*500*10-12*1000*100[V]=1.8*10-2V10．（1）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行距离检测，空气中的音速为340m/s，软钢中纵波的因素为5900m/s，光的速度为3*108m/s，求这三种情况下1ms的往复时间对应得距离。根据计算结果，比较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，采用超声波和光波各有什么特点。（10分）答：（1）1ms的时间内超声波在空气和软钢中的传播距离分别为0.17m和3.0m，而光的传播距离为1.5*105m，故要求有105倍高的处理速度。（2）采用光时，1μm的处理速度只能测量100m以上的距离，不能进行近距离测量。如果要求分辨力为1m，则要求10ns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、带通和带阻滤波中选择最合适的一种：（10分）除去麦克风中混入的广播电波信号；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50Hz）干扰。答：（1）因为要除去高频成分，故选用低通滤波器。（2）要消除第二通道以下和第三通道以上的频率成分，故选用带通滤波器。（3）要消除特定成分的频率成分，故选用带阻滤波器。成都理工大学《传感器原理与应用》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．光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面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表面的外光电效应,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。2.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（①增加②减小③不变）8．仪表的精度等级是用仪表的（①相对误差②绝对误差③引用误差）来表示的。9.电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（①变面积型②变极距型③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。二、用镍铬-镍硅势电偶测量某低温箱温度，把热电偶直接与电位差计相连接。在某时刻，从电位差计