传感器原理试题及答案

一、是非题１．动态特性好的传感器应具有很短的瞬态响应时间和很窄的频率响应特性。（×）２．幅频特性是指响应与激励信号的振幅比与频率的关系。（√）３．一阶系统的时间常数越小越好。（√）４．二阶系统固有频率ωn越小越好。（×）５．二阶系数的固有频率ωn越大，可测量的信号频率范围就越宽。（√）６．信号通过一阶系统后的幅值减小，相位滞后。（√）７．传感器的相频特性φ(jω)表示了信号各频率分量的初相位和频率间的函数关系。（×）８．能完成参量感受和转换的装置称之为传感器。（√）９．传感器的灵敏度与量程呈反比。（√）１０．为提高测试精度，传感器的灵敏度越高越好。（×）１１．传感器的线性范围越宽，表明其工作量程越大。（√）１２．测量小应变时，应选用灵敏度高的金属丝应变片，测量大应变时，应选用灵敏度低的半导体应变片。（×）１３．根据压电效应，在压电材料的任何一个表面施加力，均会在相应的表面产生电荷。（×）１４．压电式加速度传感器由于产生的是静电荷，且本身内阻很大，故不能用普通电表测量。（√）１５．用差动变压器式电感传感器作位移测量时，根据其输出就能辨别被测位移的方向的正负极性。（√）１６．变间隙式电容或电感传感器，只要满足△dd0的条件，则灵敏度均可视为常数。（√）１７．由同一材料构成的热电偶，即使两端点温度不等，也不会形成热电势。（√）１８．用热电偶测温时，冷端温度的改变对测量结果是有影响的。（√）１９．直流电桥的平衡条件是R1R3＝R2R4。其电桥灵敏度是供桥电源的函数。（√）２０．交流电桥达到平衡时条件必须满足4321zzzz，4321。（×）２１．交流电桥可测静态应变，也可测动态应变。（√）２２．调频波是频率不变，幅值也不变的已调波。（×）２３．电压放大器的连接电缆长度发生变化时，仪器的灵敏度不发生变化。（×）２４．压电式传感器利用电荷放大器或电压放大器，其测量效果相同。（×）２５．磁电式传感器是发电型传感器，其输出为电压信号。（√）２６．霍尔传感器中的霍尔元件采用金属材料，而不采用半导体材料，是因为金属材料所产生的霍尔电势比半导体材料大。(×)２７．光敏电阻是基于内光电效应工作的，主要由半导体材料制成的。（√）２８．光在光纤中传输所利用的原理是光的全反射。（√）２９．光栅传感器属于模拟式传感器。(×)３０．光电编码器只能用于测位移不能用于测转速。(×)二、选择题1.能完成接受和实现信号转换的装置称__A___。Ａ．传感器Ｂ．记录仪器Ｃ．试验装置Ｄ．数据处理装置2.参数型传感器有BDEFGI；发电型传感器有ACHJ。Ａ．光电式Ｂ．电感式Ｃ．压电式Ｄ．电阻应变式Ｅ．变阻器式Ｆ．涡电流式Ｇ．电容式Ｈ．热电式Ｉ．压阻式Ｊ．磁电式3.灵敏度始终为常数的传感器是_C____和__D___。Ａ．电容式传感器Ｂ．电感式传感器Ｃ．电阻应变片Ｄ．变面积型电容传感器4.金属丝应变片在测量某一构件的应变时，其电阻的相对变化主要由_B__来决定。Ａ．贴片位置的温度变化Ｂ．电阻丝几何尺寸的变化Ｃ．电阻材料电阻率的变化5.半导体应变片是根据_B__原理工作的。Ａ．电阻应变效应Ｂ．压阻效应Ｃ．热阻效应6.半导体应变片的电阻应变片主要是利用半导体材料的__B__。Ａ．形变Ｂ．电阻率的变化Ｃ．弹性模量的变化Ｄ．泊松比的变化7.电阻应变片的灵敏度为_B_。Ａ．应变片电阻丝的电阻变化率与应变值之比Ｂ．应变片电阻丝的电阻变化率与被测件的应变值之比Ｃ．应变片输出电压与应变值之比8.电容式传感器灵敏度最高的是__A__。Ａ．极矩变化型Ｂ．面积变化型Ｃ．介质变化型9.变间距式电容传感器适用于测量微小位移是因为_B___。Ａ．电容量微弱、灵敏度太低Ｂ．传感器灵敏度与间距平方成反比，间距变化大则非线性误差大Ｃ．需要做非接触测量10.差动变压器式传感器是将被测量变换成_B__，以实现信号变换的。Ａ．线圈自感的变化Ｂ．线圈互感的变化Ｃ．线圈匝比的变化11.压电材料按一定方向置放在电场中，其几何尺寸随之发生变化，称为_C__效应。Ａ．压电Ｂ．压阻Ｃ．逆压电Ｄ．压磁12.压电式加速度计的工作原理是基于_C__。Ａ．电阻应变效应Ｂ．压阻效应Ｃ．压电效应Ｄ．电磁效应13.磁电式及压电式传感器特别适合测量_B__。Ａ．静态量Ｂ．动态量Ｃ．两者均可14.可直接用于测量物体角速度的传感器D。Ａ．压电式B．电阻应变式C．涡电流式D．磁电式15.CCD图像传感器的基本单元是D。Ａ．压电晶体B．半导体应变片C．热敏电阻D．MOS光敏元16.下列哪种材料可以用于湿度测量C。Ａ．SIO2B．CdSC．LiClD．Pt17.数控机床上位置测量所用的传感器主要有D。Ａ．变间隙电容传感器B．电阻应变式传感器C．超声波传感器D．光栅尺18.红外温度传感器的测温利用的原理是C。Ａ．热平衡B．热电效应C．热辐射D．光电效应19.可用于温度测试的传感器有BE。Ａ．电感传感器B．热电偶C．气敏传感器D．光电开关E铂电阻20.可实现非接触式测试的传感器有DE。Ａ．电阻应变式传感器B．热电偶C．智能传感器D．涡流传感器E红外温度传感器三、填空题1.传感器一般由敏感元件与转换元件组成，其中敏感元件是传感器的核心。2.接触式传感器有压电传感器、电阻应变片、及电感式传感器等。3.可用于非接触式测量的传感器有红外传感器和涡流式传感器等。4.发电式传感器有压电式传感器、热电式传感器、磁电式传感器等，参数电式传感常用的应变片有金属应变片与半导体应变片两大类，前一种应变片的灵敏度比后一种小。5.用应变片测量应变，当应变较小时，可选用根据压阻效应工作的半导体应变片，当应变较大时，可选用根据压电效应工作的金属应变片。6.半导体应变片是根据压阻效应工作的，适用于测量小应变场合，这是因为它灵敏度高。7.具有压电效应的材料称之为压电材料，常见的压电材料有石英晶体和压电陶瓷两类。8.改变间隙的电感（容）式传感器常做成差动式的，其目的是提高灵敏度和线性度。9.根据电容传感器的工作原理，通过改变它的极距、面积或介电质，就可以将被测物理量转换为电容量的变化。因此电容传感器可分为变极距型、变面积型和变介电质型等三类。10.涡流式传感器的主要优点是非接触测量、动态特性好和结构简单等。11.自感式传感器通过改变气隙厚度、正对面积和衔铁位置，从而改变线圈的自感量，可将该类传感器分变气隙传感器、变面积传感器和螺线管传感器。12.差动变压器式位移传感器是将被测位移量的变化转换成线圈互感系数的变化，两个次级线圈要求反向串接。13.动圈磁电式传感器，其输出感应电动势ｅ与线圈相对磁场运动的速度成正比，如在测量电路中接入积分电路和微分电路，还可用来测量振动位移和加速度。14.基于内光电效应的器件有光敏电阻、光电池、光敏二极管、光敏晶体管。15.半导体NTC热敏电阻阻值随着温度的升高而变小；光敏电阻阻值随着光强的增加而减小；LiCl湿敏电阻阻值随湿度的减小而增大。16.根据光纤在传感器中的作用可分为功能型、传输型两种。17.超声波传感器需要有发射探头和接收探头，它们的作用是用于发射和接收超声波。18.将温度变化转换为热电势的传感器是热电偶。将将温度变化转换为电阻的变化的传感器是铂热电阻（金属材料）和热敏电阻（半导体材料）。19.气敏传感器是用来检测气体的类别、成分、浓度的传感器。四、简答题1.一阶和二阶系统的动态特性指标是什么及它的合理取值范围？对系统有何影响？一答：（1）一阶系统中τ值越小其频带越宽，频率响应特性越好。（2）二阶系统中阻尼比ξ如果太大则反应过于慢，太小则又会引起震荡，一般取0.6～0.8；固有频率ωn越高，传感器响应越快，实际中一般至少取被测信号频率的3～5倍。2.什么是传感器的静态特性，其主要参数有哪些？五答：传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出与输入的关系。主要参数有灵敏度、线性度、迟滞、重复性、漂移。3.霍尔式传感器工作原理是什么？有哪些特点？二答：将半导体薄片置于垂直于磁感应强度为B的磁场中。当沿导线方向通过控制电流I时，则载流子受垂直于I和B的洛伦兹力的作用而向半导体两侧偏转，从而在垂直于I和B的方向产生电动势U，这种物理现象称为霍尔效应，利用半导体器件制作的霍尔传感器，具有结构简单，体积小、坚固、频带宽、动态特性好、寿命长的特点，主要用于一些特殊场合，如测振动位移及接近开关等。4.金属电阻应变片与半导体应变片的工作原理有何区别？各有何优缺点？十答：（1）金属应变片基于压电效应工作，而半导体应变片是基于压阻效应工作的；（2）金属应变片灵敏度低，而半导体应变片灵敏度高；（3）金属应变片受温度影响小，而半导体应变片则受温度影响大。5.差动式传感器的优点是什么？十一答：（1）可以提高传感器的灵敏度；（2）能有效抑制共模干扰；（3）明显改善系统线性度。6.简述涡流效应及涡流传感器的工作原理。用涡流传感器测位移，如果被测物体是塑料材料制成，此时位移测量是否可行？为什么？七答：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，导体中将产生呈旋涡状的感应电流，此电流叫电涡流，这现象叫做涡流效应。当传感器线圈中通以交变电流时，由于电流的变化，在线圈周围产生交变磁场，使被测导体中产生感应电流，出现新的交变磁场，最终导致传感器线圈的电感量、阻抗发生变化。不行，因为非金属材料不会产生新的交变磁场。7.简述热电偶产生热电势的条件及其四个基本定律。十二答。：条件是两接点的温度不等。基本定律有：（1）均质导体定律：热电偶必须由两种不同性质的均质导体组成；（2）中间导体定律：在热电偶测温回路中，接入第三种导体时，只要第三种导体的两端温度相同，则对回路的总热电势没有影响；（3）中间温度定律；（4）标准电极定律。8.什么是莫尔条纹，其有何特点？十三答：把两块栅距相等的光栅面向叠合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线之间形成一个很小的夹角θ，这样就可以看到在近于垂直栅线方向上出现明暗相间的条纹，叫做莫尔条纹。特点有：（1）位移的放大作用；（2）莫尔条纹的移动方向与光栅移动方向相对应；（3）误差的平均效应。9.按工作原理电容式传感器可分为哪几种？哪种适合测微小位移？十四答：电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介电质型三类。其中变极距型传感器适合测微小位移。10.简述压电效应、逆压电效应及压电式传感器需要配置前置放大器的原因。常用的前置放大器有哪两种？各有何特点？九答：某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，有重复恢复到不带电状态叫做压电效应。当在电介质极化方向施加电场，这些电介质产生几何变形的现象叫做逆压电效应。因为压电式传感器本身的内阻很高，而输出能量很小。常见的前置放大器有电压放大器和电荷放大器两种。电压放大器受电缆长度影响，而电荷放大器不受电缆长度影响。11.参量式传感器与发电式传感器有何主要不同？各举一例。八答：参数式传感器被测量是参数量，如电阻应变片传感器；而发电式传感器的被测量是其它形式的量，磁电式传感器。12.你知道的可用于测力的传感器有哪些？三答：电阻应变式传感器、压电式传感器、电感式传感器。13.可用于转速测量的传感器有哪些？简要说明其工作原理。十五答：磁电式传感器---在旋转的物体上均匀安装几个小磁铁，然后在附近安装霍尔传感器，随着物体旋转则传感器在小磁铁经过处产生脉冲信号，单位时间内的脉冲个数就可以确定转速。涡流式传感器---在软磁材料上加工一个小槽，旁边安装一个电涡流传感器，根据小槽和其他部位的距离不等可以产生脉冲，从而测出转速。14.可用于温度测量的传感器有哪些？简要说明其工作原理。十六答：热电偶、热敏电阻15.可用于振动测量的传感器有哪些？简要说明其工作原理。四答：压电式传感器---玻璃破碎报警器。涡流式传感器---电机座的振动测量。16、简述什么是直流电桥和交流电桥极其平衡条件？直流电桥是一种利用比较法精确测量电阻的方法,也是电学中一种很基本的电路连接方式。交流电桥是由电阻,电容或电感等元件组成的桥式电路,交流电桥