【综合文库】
十位A/D
根据模/数转换器分辨率的定义可知，位数越多，分辨率越高。 1.10 5.0
若单臂电桥的灵敏度为14，在相同情况下，双臂电桥的灵敏度为( ) 您答错了
?
ADC0804是八位逐次逼近型的( ) 您答对了
?
a
数/模转换器
a
? b
14
? b
?12
? c
?2
? d
4
双臂电桥的灵敏度为单臂电桥的灵敏度的2倍。 1.11 5.0
?利用光电耦合器抑制干扰的方法属于( ) 您答对了
? a
?接地
? b
?隔离
? c
?屏蔽
? d
滤波
隔离的两种方式为变压器和光耦。 1.12 5.0
?模/数转换器
c
调制解调器
d
低通滤波器
ADC0804是八位逐次逼近型的模/数转换器。 1.13 5.0
差动电桥由环境温度变化引起的误差为( ) 您答错了
a
12ΔR1R1
b
14ΔR1R1
c
12ΔR1R1E
d
0
差动电桥可消除由环境温度变化引起的误差。 1.14 5.0
采用直流放大器对微弱的、变化缓慢的信号进行放大时，影响测量精度的主要原因是( ) 您答错了
a
零点漂移
?
电容
?
b
信号微弱
c
电压
? c
? d
放大倍数不够
? d
噪声干扰
因直流放大有零点漂移，才引出调制的概念。 1.15 5.0
DAC0832是一个具有两个输入数据缓冲器的8位( ) ?您答对了
? a
?模/数转换器
?
b
?双向模拟开关
?
c
?数/模转换器
?
d
采样保持器
DAC0832是一个具有两个输入数据缓冲器的8位数/模转换器。 1.16 5.0
电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化转为何种物理量的输出( ) ?您答对了
? a
?电阻
?
b
?电荷
电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化转为电压的输出。 1.17 5.0
模/数转换器的分辨率以输出二进制数的位数表示，如模/数转换器的输出为十位，最大输入信号为5V，则转换器的输出能分辨出输入的电压信号为( ) 您答错了
a
2/510v
b
510/2v
c
5/210v
d
210/5v
根据模/数转换器分辨率的定义可知，A/D转换器的输出能分辨出输入的电压信号为5/210v。 1.18 5.0
由RLC串联网络组成的带通滤波器的中心频率为500Hz，带宽为200Hz，则品质因数为( ) 您答对了
a
0.4
b
0.8
c
2.5
?
d
5
品质因数的定义，即：Q=fB=500200=2.5。 1.19 5.0
欲将一光栅式位移传感器的四细分电路进行改造，获得一组八个相位差相等的相位信号，起码要把( ) 您答错了
?
a
光栅副夹角增大一倍
?
b
光电元件个数增大一倍
? c
栅距增大一倍
? d
莫尔条纹亮度增强一倍
光栅式位移传感器的细分是通过增加光电元件的个数实现的。 1.20 5.0
变压器隔离电路中实现信号传递的途径是( ) 您答错了
? a
漏电耦合
? b
电容耦合
? c
磁通耦合
? d
光电耦合
变压器耦合方式为磁通耦合。
传感器与检测技术--综合测评
题目一 二三四五六七分数 得分
一、单选题（每题4分，共100分）
1．传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的() A．线性度越好 B．迟滞越小 C．重复性越好 D．分辨力越高
2．传感器的线性范围愈宽，表明传感器工作在线性区域内且传感器的() A．工作量程愈大 B．工作量程愈小 C．精确度愈高 D．精确度愈低
3．当压磁元件受外力作用时，磁力线分布呈() A．轴对称分布 B．原形 C．椭圆形 D．方形
4．半导体应变片的工作原理是基于() A．压阻效应 B．热电效应 C．压电效应 D．压磁效应
5．属于传感器动态特性指标的是() A．量程 B．灵敏度 C．阻尼比 D．重复性
6．传感器的组成部分中，直接感受被测物理量的是() A．转换元件 B．敏感元件 C．转换电路
D．放大元件
7．气敏传感器检测气体的() A．温度和浓度 B．温度和成份 C．成份和湿度 D．成份和浓度
8．压电式加速度传感器的类型不包括() A．平衡型 B．弯曲型 C．剪切型 D．压缩型
9．人工视觉系统图像处理中，对像素信息进行编码的作用是() A．滤去噪声
B．传输和存储信息 C．图像增强 D．图像分割
10．适用于测量狭小弯曲管道内温度的传感器是() A．普通热电偶 B．铠装热电偶 C．比色温度传感器 D．薄膜热电偶
11．通常用于精密恒湿槽的湿敏元件是() A．氯化锂湿敏元件 B．半导体陶瓷湿敏元件 C．高分子膜湿敏元件 D．热电阻式湿敏元件
12．下列温度传感器不属于非接触式温度传感器的是() A．亮度式温度传感器 B．全辐射式温度传感器 C．P-N结温度传感器 D．比色式温度传感器
13．通常在微机控制的检测系统中，完成多路切换的器件是() A．采样保持器 B．多路模拟开关 C．集成运放 D．滤波器
14．在光栅位移传感器的辨别方向电路中，采用的信号相位差可取( A．0° B．90° C．180° D．360°
15．无源RC低通滤波器从哪两端引出输出电压() A．电阻R B．电容C ) C．运算放大器 D．电感L
16．将微弱的、变化缓慢的直流信号变换成某种频率、以便于放大和传输的交流信号的过程称为() A．调制 B．解调 C．滤波 D．整流
17．莫尔条纹光栅传感器的输出是() A．数字脉冲式 B．调幅式 C．正弦波 D．调频式
18．变压器隔离电路中实现信号传递的途径是() A．漏电耦合 B．电容耦合 C．磁通耦合 D．光电耦合
19．已知一信号的直流分量为0，交流分量的幅值不为0，则该信号的() A．方差等于均方值 B．方差等于0
C．均值等于均方值 D．均方值等于0
20．由RC网络与集成运算放大器组成的带通滤波器需要的电容元件个数至少为() A．1 B．2 C．3 D．4
21．发光二极管显示器的英文缩写为() A．LCD B．LED C．BCD D．CRT
22．在典型噪声干扰抑制方法中，差分放大器的作用是() A．克服串扰 B．抑制共模噪声 C．抑制差模噪声 D．消除电火花干扰
23．已知信号x(t)与y(t)互相关函数$R_(xy)(tau)$，当$tau=0$时相关程度最高，则y(t)与x(t)的互相关函数$R_(xy)(tau)$相关程度最高时，应满足() A．$tau0$ D．$tau=1$
24．LCD显示器最大的优点是()
A．低功耗器件 B．高能耗器件系 C．主动发光器件 D．被动发光器件
25．已知信号x(t)与信号y(t)完全不相关，则这两个信号的互相关系数满足() A．$rho_(xy)(tau) > 1$ B．$rho_(xy)(tau)=1$ C．$rho_(xy)(tau)=0$ D．$0 < rho_(xy)(tau) < 1$
一、填空（30分，每空1.5分） 1、有一温度计，它的量程范围为0∽200℃，精度等级为0.5级。该表可能出现的最大误差为 ，当测量100℃ 时的示值相对误差为 。
2、在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的倍左右为宜。
3、传感器由、、三部分组成。4、利用热敏电阻对电动机实施过热保护，应选择 型热敏电阻。 5、已知某铜热电阻在0℃时的阻值为50Ω，则其分度号是 ，对 于镍铬-镍硅热电偶其正极是。
6、霍尔元件采用恒流源激励是为了 。
7、用水银温度计测量水温,如从测量的具体手段来看它属于测量。 二、选择题(30分，每题2分)
1、在以下几种传感器当中 属于自发电型传感器。 A、电容式 B、电阻式C、压电式D、电感式 2、 的数值越大,热电偶的输出热电势就越大。 A、热端直径 B、热端和冷端的温度 C、热端和冷端的温差 D、热电极的电导率
3、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的。 A、应变效应B、电涡流效应C、压电效应D、逆压电效应 4、在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中。 A、电容和电感均为变量 B、电容是变量，电感保持不变 C、电感是变量，电容保持不变 D、电容和电感均保持不变
5、在两片间隙为1mm的两块平行极板的间隙中插入 ，可测得最大的容量。 A、塑料薄膜B、干的纸C、湿的纸D、玻璃薄片 6、热电阻测量转换电路采用三线制是为了A、提高测量灵敏度 B、减小非线性误差C、提高电磁兼容性 D、减小引线电阻的影响 7、当石英晶体受压时，电荷产生在。
A、Z面上 B、X面上 C、Y面上 D、X、Y、Z面上 8、汽车衡所用的测力弹性敏感元件是。
A、悬臂梁B、弹簧管C、实心轴 D、圆环
9、在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是。 A、补偿热电偶冷端热电势的损失 B、起冷端温度补偿作用 C、将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 D、提高灵敏度 10、减小霍尔元件的输出不等位电势的办法是。
A、减小激励电流 B、减小磁感应强度C、使用电桥调零电位器
11、测得某检测仪表的输入信号中,有用信号为20毫伏,干扰电压也为20毫伏, 则此时的信噪比为。
A、20dBB、1 dB C、0 dB
12、发现某检测仪表机箱有麻电感,必须采取 措施。 A、接地保护环B、将机箱接大地C、抗电磁干扰
13、在仿型机床当中利用电感式传感器来检测工件尺寸，该加工检测装置是采了测量方法。
A、微差式B、零位式 C、偏差式 15、在实验室中测量金属的熔点时,冷端温度补偿采用。 A、计算修正法 B、仪表机械零点调整法C、冰浴法
三、证明热电偶的参考电极定律：EAB（t,t0）= EAC（t,t0）- EBC（t,t0）,并画出原理图（本题10分）
四、有一额定荷重为20×103N的等截面空心圆柱式荷重传感器，其灵敏度KF为2mV/V。激励源电压为12V，求：
1、在额定荷重时的输出电压Uom,
2、当承载为5×103N时的输出电压Uo。(本题10分）
六、已知待测拉力约为70N左右，现有两只测力仪表，一只为0.5级，测量范围为0∽500N；另一只为1.0级，测量范围为0∽100N。问选用哪一只测力仪表较好?为什么?(写出计算过程)(本题10分）
参考答案一、填空题： 1、±1℃，±1% 2、1．5倍 3、敏感元件、传感元件、测量转换电路
4、NTC突变5、CU50，镍铬 6、减小温漂 7、偏位式 8、干扰源，干扰途径，敏感接收器9、屏蔽，浮置，接地，滤波，光电隔离10、X面 二、选择题
1、C2、C 3、C4、B 5、D6、D7、B 8、C9、C10、C 11、C12、B13、B14、C15、C 四、24 mV，6 mV
五、K拨至1位，反复调节R0，使仪表指示为0，K拨至3位，反复调节RF，使仪表指示为满偏，K拨至2位，进行测量。
六、选用1.0级，测量范围为0∽100N的测力仪表。 一、填空（本题共39分，每空1.5分）
1、传感器由、、三部分组成。
2、在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的倍左右为宜。 3、有一温度计，它的量程范围为0∽200℃，精度等级为0.5级。该表可能出现的最大误差为 ，当测量100℃ 时的示值相对误差为 。
4、利用热敏电阻对电动机实施过热保护，应选择型热敏电阻。 5、在压电晶片的机械轴上施加力,其电荷产生在。 6、霍尔元件采用恒流源激励是为了 。
7、用水银温度计测量水温,如从测量的具体手段来看它属于测量。
8、已知某铜热电阻在0℃时的阻值为50Ω，则其分度号是 ，对于镍铬-镍硅热电偶其正极是。
9、压电材料在使用中一般是两片以上，在以电荷作为输出的地方一般是把压电元件起来，而当以电压作为输出的时候则一般是把压电元件起来。
10、热电阻主要是利用电阻随温度升高而 这一特性来测量温度的。 12、金属电阻的是金属电阻应变片工作的物理基础。
14、在动圈式表头中的动圈回路中串入由NTC组成的电阻补偿网络，其目 的是为了。
二、选择题（本题共30分，每题2分）
3、在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中。 A、电容和电感均为变量 B、电容是变量，电感保持不变 C、电感是变量，电容保持不变 D、电容和电感均保持不变
4、在仿型机床当中利用电感式传感器来检测工件尺寸，该加工检测装置是采用了 测量方法。
A、微差式B、零位式 C、偏差式 5、热电阻测量转换电路采用三线制是为了A、提高测量灵敏度 B、减小引线电阻的影响C、减小非线性误差 D、提高电磁兼容性 10、在实验室中测量金属的熔点时,冷端温度补偿采用。 A、冰浴法B、仪表机械零点调整法 C、计算修正法 11、自感传感器或差动变压器采用相敏检波电路最重要的目的是为了 。 A、提高灵敏度B、将输出的交流信号转换为直流信号 C、使检波后的直流电压能反映检波前交流信号的幅度和相位 12、要测量微小的气体压力之差，最好选用 变换压力的敏感元件。 A、悬臂梁 B、平膜片 C、弹簧管D、膜盒 13、以下四种传感器中，属于四端元件的是 。 A、霍尔元件 B、压电晶体 C、应变片 D、热敏电阻14、下列 不能用做加速度检测传感器。 A、电容式 B、压电式 C、电感式 D、热电偶 15、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的。 A、应变效应B、电涡流效应C、压电效应D、逆压电效应 三、我国的模拟仪表有哪些精度等级？现欲测量240V左右的电压，要求测量示值相对误差的绝对值不大于0.6%，问：若选用量程为250V的电压表，其精度应选哪一级？若选用量程为500V的电压表，其精度又应选哪一级？（本题10分） 四、热电偶参考电极定律有何实际意义？以知在某特定条件下材料A与铂配对的 热电动势为13.967mv, 材料B与铂配对的热电动势为8.345mv,求出在此特定条 件下材料A与B配对后的热电动势？此时哪种材料为正极？（本题10分） 五、根据你所学的传感器相关知识，请分别列出下列物理量可以使用什么传感器来测量？（本题11分） 1、加速度：2、温度： 3、工件尺寸：4、压力： 参考答案一、填空题： 1、敏感元件、传感元件、测量转换电路 2、1．5倍 3、±1℃，±1% 4、NTC突变5、X面 6、减小温漂 7、偏位式 8、CU50，镍铬 9、并联，串联 10、增大11、屏蔽，浮置，接地，滤波，光电隔离 12、应变效应13、干扰源，干扰途径，敏感接收器14、温度补偿 二、选择题 1、C2、D 3、B 4、B 5、B6、A7、C8、C9、A10、C 11、D12、A13、D14、C15、C 三、0．10．20．51．01．52．55．0 选用量程为250V的电压表，其精度应选0．5级， 选用量程为500V的电压表，其精度应选0．2级 四、大大简化了热电偶的选配工作，5．622 mv，A为正极 五、1、电阻应变片，电容等 2、热电偶，热电阻等 3、电感，电容等 4、压电，霍尔等 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，ΔR=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）(ΔR/R)。（10分） 证明： 略去 的二次项,即可得一、简答题（每小题5分，共20分） 1．传感器： 2 ．静特性：3．超声波的波型有几种？是根据什么来分类的？ 4.简述电容式传感器的工作原理。 二、选择题（每空3分，共27分） 1．码盘式传感器是建立在编码器的基础上的，它能够将角度转换为数字编码，是一种数字式的传感器。码盘按结构可以分为接触式、________和________三种。 a.光电式 b.磁电式 c.电磁式 d.感应同步器 2．当超声波在一种介质中传播到界面或遇到另一种介质，其方向不垂直于界面时，将产生声波的反射、折射及________现象。 a.表面波 b.兰姆波 c.驻波 d.波型转换 3. 改变电感传感器的引线电缆后，________。 a.不必对整个仪器重新标定 b. 必须对整个仪器重新调零 c. 必须对整个仪器重新标定 d. 不必对整个仪器重新调零 4．应变片的选择包括类型的选择、材料的选用、________、________等。 a.测量范围的选择 b.电源的选择 c. 阻值的选择 d. 尺寸的选择 e.精度的选择 f.结构的选择 5．应变片绝缘电阻是指已粘贴的________应变片的之间的电阻值。 a.覆盖片与被测试件 b.引线与被测试件 c.基片与被测试件 d.敏感栅与被测试件 6．在光的作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，引起物体电阻率的变化，这种现象称为________。 a.磁电效应 b.声光效应 c.光生伏特效应 d.光电导效应 7. 如图所示的结构由线圈、铁芯、衔铁三部分组成的。线圈套在铁芯上的，在铁芯与衔铁之间有一个空气隙，空气隙厚度为 。传感器的运动部分与衔铁相连。当外部作用力作用在传感器的运动部分时，衔铁将会运动而产生位移，使空气隙 发生变化 ??这种结构可作为传感器用于________。
a. 静态测量 b. 动态测量 c. 静态测量和动态测量
d. 既不能用于静态测量，也不能用于动态测量
三、激光干涉传感器的作用是测量长度，其基本原理就是光的干涉原理，测量精度高、分辨力高。如图所示是迈克尔逊双光束干涉系统，图中S是光源，B是分光镜，M1是固定反射镜，M2是可动反射镜，P是观察屏处，试介绍其工作原理。（14分）
四．画出测试系统的组成框图，并说明各组成部分的作用。（12分）
五．粘贴到试件上的电阻应变片，环境温度变化会引起电阻的相对变化，产生虚假应变，这种现象称为温度效应，简述产生这种现象的原因。（12分）
六．如图所示是电容式差压传感器结构示意图及其转换电路，图中1为玻璃盘，2为镀金层，3为金属膜片，介绍其工作原理。（15分）
《传感器与测试技术》参考答案
一、简答题（每小题5分，共20分）
1．传感器：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于精确处理和应用的另一种量的测量装置或系统。
2．静特性：指传感器在输入量的各个值处于稳定状态时的输出与输入关系，即当输入量是常量或变化极慢时，输出与输入的关系。
3．超声波的波型有几种？是根据什么来分类的？
超声波的波型有纵波、横波、表面波（亦称瑞利波）、兰姆波。 依据超声场中质点的振动与声能量传播方向之间的关系来分。
4.简述电容式传感器的工作原理。
两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为式中: ——极板间介质的介电常数，——极板的遮盖面积；——极板间的距离。
当被测量的变化使式中的 、 或 任一参数发生变化时，电容量C也就随之变化。
二、选择题（每空3分，共27分） 1．a；c2．d3. c4．c；d5．b6．d7. c
三、激光干涉传感器的作用是测量长度，其基本原理就是光的干涉原理，测量精度高、分辨力高。如图所示是迈克尔逊双光束干涉系统，图中S是光源，B是分光镜，M1是固定反射镜，M2是可动反射镜，P是观察屏处，试介绍其工作原理。（14分） 答案要点：
来自光源S的光经半反半透分光镜B后分成两路，一路由固定反射镜M1反射，另一路经可动反射镜M2和B反射，在观察屏P处相遇产生干涉。当M2每移动半个光波波长时，干涉条纹亮暗变化一次，因此被测长度为式中，x—被测长度；
N—干涉条纹亮暗变化次数；—真空中光波波长； n—空气折射率。
四．画出测试系统的组成框图，并说明各组成部分的作用。（12分） 答案要点：
传感器作为测试系统的第一环节，将被测量转化为人们所熟悉的各种信号，通常传感器将被测量转换成电信号；信号变换部分是对传感器所送出的信号进行加工，如信号的放大、滤波、补偿、校正、模数转换、数模转换等，经过处理使传感器输出的信号便于传输、显示或记录；显示与记录部分将所测信号变为便于人们理解的形式，以供人们观测和分析。
五．粘贴到试件上的电阻应变片，环境温度变化会引起电阻的相对变化，产生虚假应变，这种现象称为温度效应，简述产生这种现象的原因。（12分） 答案要点：
①环境温度变化时，由于敏感栅材料的电阻温度系数的存在，引起应变片电阻相对变化；
②环境温度变化时，敏感栅材料和试件材料的膨胀系数不同，应变片产生附加的拉长(或压缩)，引起电阻的相对变化。
六．如图所示是电容式差压传感器结构示意图及其转换电路，图中1为玻璃盘，2为镀金层，3为金属膜片，介绍其工作原理。（15分） 答案要点：
电容式差压传感器由两个玻璃圆盘和一个金属膜片组成。两玻璃圆盘上的凹面上各镀以金作为电容传感器的两个固定电极，夹在两凹圆盘中的膜片则为传感器的可动电极。当两边压力相等时，膜片处在中间位置与左、右固定电极间距相等，转换电路输出U0＝0；当P1＞P2(或P2＞P1)时，膜片弯向右侧(或左侧)，Cdb＜Cab(或Cab＞Cdb)，U0输出与｜P1-P2｜成比例的信号。
传感器与检测技术-阶段测评3
1.单选题
1.1 5.0
能够用数学计算的方法增强信号，降低干扰的滤波器是( ) 您答错了
?
?
LCD
b
LED
a
一阶低通滤波器
?
c
? b
二阶低通滤波器
?? c
数字滤波器
? d
一阶高通滤波器
数字滤波器的定义。 ?1.2 5.0
莫尔条纹光栅传感器的输出是( ) 您答错了
?? a
数字脉冲式
?? b
调幅式
?? c
正弦波
? d
调频式
莫尔条纹光栅传感器的输出是数字脉冲式，而非其他方式。 ?1.3 5.0
液晶显示器的英文缩写为( ) 您答错了
?? a
BCD
d
CRT
考察液晶显示器的英文缩写。 1.4 5.0
直流电桥的平衡条件为( ) 您答对了
a
Z1Z4=Z2Z3
b
|Z1||Z4|=|Z2||Z3|
c
R1R4=R2R3
d
R1=R2=R3=R4
直流电桥的平衡条件为R1R4=R2R3。 1.5 5.0
在采样保持环节中，采样开关被断开的时间称为( ) 您答错了
a
采样时间
b
保持时间
?
运算放大器
?
c
d
采样周期
? d
缓冲时间
在采样保持环节中，采样开关被断开时，此时输入信号无法进入采保电路，因此该时间称为保持时间。 1.6 5.0
?静电屏蔽的作用在于消除静电荷对测量仪器产生的( ) 您答对了
? a
?高次谐波干扰
? b
?放电干扰
? c
?静电场干扰
? d
漏电流干扰
静电屏蔽的作用在于消除静电场干扰。 1.7 5.0
无源RC低通滤波器从哪两端引出输出电压( ) ?您答错了
? a
?电阻R
?
b
?电容C
?
c
?电感L
无源RC低通滤波器从电容两端引出输出电压。 1.8 5.0
由RC串联电路组成的一阶低通滤波器属于( ) 您答错了
a
数字滤波器
b
放大滤波器
c
有源滤波器
d
无源滤波器
数字滤波为软件滤波，而放大滤波、有源滤波均需有放大器件，但本题中仅有RC串联电路，因此属于无源低通滤波器。 1.9 5.0
模数转换器的分辨率以输出二进制的位数表示，下列模/数(A/D)转换器分辨率最高的是（ ） 您答错了
a
四位A/D
b
六位A/D
c
八位A/D
d
试卷答案
一、单选题
1．传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的() A．线性度越好 B．迟滞越小 C．重复性越好 D．分辨力越高 答案： d
答案要点： 传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的分辨力越高。
2．传感器的线性范围愈宽，表明传感器工作在线性区域内且传感器的() A．工作量程愈大 B．工作量程愈小 C．精确度愈高 D．精确度愈低 答案： a
答案要点： 考察传感器量程的定义。
3．当压磁元件受外力作用时，磁力线分布呈() A．轴对称分布 B．原形 C．椭圆形 D．方形 答案： c
答案要点： 当压磁元件受外力作用时，磁力线呈椭圆形分布。
4．半导体应变片的工作原理是基于() A．压阻效应 B．热电效应 C．压电效应 D．压磁效应 答案： a
答案要点： 半导体应变片的工作原理是基于压阻效应。即，被测力的变化引起半导体应变片电阻率的变化。
5．属于传感器动态特性指标的是() A．量程 B．灵敏度 C．阻尼比
D．重复性 答案： c
答案要点： 传感器动态特性指标是阻尼比，其它为静态特性指标。
6．传感器的组成部分中，直接感受被测物理量的是() A．转换元件 B．敏感元件 C．转换电路 D．放大元件 答案： b
答案要点： 传感器由敏感元件、转换元件、转换电路组成，其中，直接感受被测物理量的是敏感元件。
7．气敏传感器检测气体的() A．温度和浓度 B．温度和成份 C．成份和湿度 D．成份和浓度 答案： d
答案要点： 气敏传感器检测气体的成份和浓度。
8．压电式加速度传感器的类型不包括() A．平衡型 B．弯曲型 C．剪切型 D．压缩型 答案： a
答案要点： 压电式加速度传感器的类型包括：弯曲型、剪切型、压缩型。
9．人工视觉系统图像处理中，对像素信息进行编码的作用是() A．滤去噪声
B．传输和存储信息 C．图像增强 D．图像分割 答案： b
答案要点： 人工视觉系统图像处理中，通过对像素信息进行编码以完成传输和存储信息。
10．适用于测量狭小弯曲管道内温度的传感器是() A．普通热电偶
B．铠装热电偶 C．比色温度传感器 D．薄膜热电偶 答案： b
答案要点： 适用于测量狭小弯曲管道内温度的传感器是铠装热电偶，其他热电偶不能弯曲。
11．通常用于精密恒湿槽的湿敏元件是() A．氯化锂湿敏元件 B．半导体陶瓷湿敏元件 C．高分子膜湿敏元件 D．热电阻式湿敏元件 答案： d
答案要点： 通常用于精密恒湿槽的湿敏元件是热电阻式湿敏元件，其测量精度高，并可测量绝对湿度。
12．下列温度传感器不属于非接触式温度传感器的是() A．亮度式温度传感器 B．全辐射式温度传感器 C．P-N结温度传感器 D．比色式温度传感器 答案： c
答案要点： 非接触式温度传感器主要包括：全辐射式、亮度式、比色式。
13．通常在微机控制的检测系统中，完成多路切换的器件是() A．采样保持器 B．多路模拟开关 C．集成运放 D．滤波器 答案： b
答案要点： 完成多路切换的器件一般为多路模拟开关。
14．在光栅位移传感器的辨别方向电路中，采用的信号相位差可取() A．0° B．90° C．180° D．360° 答案： b
答案要点： 在光栅位移传感器的辨别方向电路中，采用的两信号相位差一般多取为90°，而不能为0°或180°。
15．无源RC低通滤波器从哪两端引出输出电压() A．电阻R B．电容C
C．运算放大器 D．电感L 答案： b
答案要点： 无源RC低通滤波器从电容两端引出输出电压。
16．将微弱的、变化缓慢的直流信号变换成某种频率、以便于放大和传输的交流信号的过程称为() A．调制 B．解调 C．滤波 D．整流 答案： a
答案要点： 调制的定义。
17．莫尔条纹光栅传感器的输出是() A．数字脉冲式 B．调幅式 C．正弦波 D．调频式 答案： a
答案要点： 莫尔条纹光栅传感器的输出是数字脉冲式，而非其他方式。
18．变压器隔离电路中实现信号传递的途径是() A．漏电耦合 B．电容耦合 C．磁通耦合 D．光电耦合 答案： c
答案要点： 变压器耦合方式为磁通耦合。
19．已知一信号的直流分量为0，交流分量的幅值不为0，则该信号的() A．方差等于均方值 B．方差等于0
C．均值等于均方值 D．均方值等于0 答案： a
答案要点： 考察方差、均方值的定义。
20．由RC网络与集成运算放大器组成的带通滤波器需要的电容元件个数至少为() A．1 B．2 C．3 D．4 答案： b
答案要点： 带通滤波器中既存在低通，又存在高通，因此至少需要两个电容元件。
21．发光二极管显示器的英文缩写为() A．LCD B．LED C．BCD D．CRT 答案： b
答案要点： 考察发光二极管显示器的英文缩写。
22．在典型噪声干扰抑制方法中，差分放大器的作用是() A．克服串扰 B．抑制共模噪声 C．抑制差模噪声 D．消除电火花干扰 答案： b
答案要点： 典型噪声的抑制方法。
23．已知信号x(t)与y(t)互相关函数$R_(xy)(tau)$，当$tau=0$时相关程度最高，则y(t)与x(t)的互相关函数$R_(xy)(tau)$相关程度最高时，应满足() A．$tau0$ D．$tau=1$ 答案： b
答案要点： 互相关系数的性质。
24．LCD显示器最大的优点是() A．低功耗器件 B．高能耗器件系 C．主动发光器件
D．被动发光器件 答案： a
答案要点： LCD显示器最大的优点就是低功耗。
25．已知信号x(t)与信号y(t)完全不相关，则这两个信号的互相关系数满足() A．$rho_(xy)(tau) > 1$ B．$rho_(xy)(tau)=1$ C．$rho_(xy)(tau)=0$
D．$0 < rho_(xy)(tau) < 1$ 答案： c
答案要点： 互相关系数的性质。
《传感器与检测技术》试题
一、填空：（20分）
1，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。（2分）
2.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大小。 3、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。
4.热电偶所产生的热电势是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）=
Nk在热电偶温度补偿中补偿导线法（即(T?T0)lnA??TT0(?A??B)dT。
eNB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。
5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。（2分）
6. 变气隙式自感传感器，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）（2分）
7. 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（2分） 8. 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。（2分） 9. 电位器传器的（线性），假定电位器全长为Xmax, 其总电阻为Rmax，它的滑臂间的阻值可以用Rx = （① Xmax/x Rmax,②x/Xmax Rmax,③ Xmax/XRmax ④X/XmaxRmax）来计算，其中电阻灵敏度Rr=（① 2p(b+h)/At, ② 2pAt/b+h, ③ 2A(b+b)/pt, ④ 2Atp(b+h)）
1、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）。
2、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。
3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M的大小与原方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。
4、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。
5、热电偶所产生的热电热是由两种导体的接触电热和单一导体的温差电热组成。 2、电阻应变片式传感器按制造材料可分为① _金属_ 材料和②____半导体__体材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由 _电阻应变效应 形成的，而②的电阻变化主要是由 温度效应造成的。 半导体 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。 1.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）=
Nk(T?T0)lnA??TT0(?A??B)dT。在热电偶温度补偿中，补偿导线法eNB（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分）
3.电位器或电阻传感器按特性不同，可分为线性电位器和非线性电位器。线性电位器的理想空载特性曲线具有严格的线性关系。假定电位器全长为Xmax，其总电阻为Rmax，它
X?Rmax来计算。假定加在电位器A、B之间的电压为
XmaxX2?(b?h)?Vmax。其电阻灵敏度RI=Vmax，则输出电压为Vx=。电压灵敏度
XmaxAt2?(b?h)RU=I?。（7分）
At的滑臂间的阻值可以用Rx=
5.磁电式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端产生感应电势的。而霍尔式传感器为霍尔元件在磁场中有电磁效应（霍尔效应）而输出电势的。霍尔式传感器可用来测量电流，磁场，位移，压力。（6分）
8.测量系统的静态特性指标通常用输入量与输出量的对应关系来表征（5分）
1、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（①增大②减小③不变）。
2、平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型②变极距型③变介电常数型）是线性的关系。
3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M的大小与原方线圈的匝数成（①正比②反比③不成比例） 简答题
二、用镍铬-镍硅热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，从电位差计测得热电势为-1.19mv，此时电位差计所处的环境温度为15℃，试求该时刻温箱的温度是多少度？（20分）
镍铬-镍硅热电偶分度表 1 2 3 4 5 6 7 8 9 测量端温0 (mv)热 电 动 势 度℃ -20 -0.77 -0.81 -0.84 -0.88 -0.92 -0.96 -0.99 -1.03 -1.07 -1.10 -10 -0.39 -0.43 -0.47 -0.51 -0.55 -0.59 -0.62 -0.66 -0.70 -0.74 -0 -0.00 -0.04 -0.08 -0.12 -0.16 -0.20 -0.23 -0.27 -0.31 -0.35 +0 0.00 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.28 0.32 0.36 +10 0.40 0.44 0.48 0.52 0.56 0.60 0.64 0.68 0.72 0.76 +20 0.80 0.84 0.88 0.92 0.96 1.00 1.04 1.08 1.12 1.162 简述热电偶的工作原理。（6分）
答：热电偶的测温原理基于物理的“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。
3以石英晶体为例简述压电效应产生的原理。（6分）
答：石英晶体在沿一定的方向受到外力的作用变形时，由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状态；而当作用力方向改变时，电荷的极性随着改变。晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象称为正压电效应。反之，如对石英晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随之消失，称为逆压电效应。
石英晶体整个晶体是中性的，受外力作用而变形时，没有体积变形压电效应，但它具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。
4 简述电阻应变片式传感器的工作原理（6分）
答：电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。
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、简述霍尔电动势产生的原理。（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，在前后端面形成电场，该电场产生的力阻止电子继续偏转当两力相平衡时，电子积累也平衡，这时在垂直于电流和磁场的方向上将产生电场，相应的电势称为霍尔电势UH。
3、分析应变片式传感器在使用单臂电桥测量电路时由于温度变化而产生测量误差的过程。（10分）
答：在外界温度变化的条件下，由于敏感栅温度系数?t及栅丝与试件膨胀系数（?g与?s）之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与真实应变同数量级的误差。 二、寄生电容与电容传感器相关联影响传感器的灵敏度，它的变化为虚假信号影响传感器的精度。试阐述消除和减小寄生电容影响的几种方法和原理。（15分）
三、在生产过程中测量金属板的厚度，非金属板材的镀层厚度时常用涡流传感器。试简要叙述说明利用涡流传感器测量金属板厚度的工作原理及实现工艺。（15） 1光纤传感器的工作原理。（4分） 答：光导纤维工作的基础是光的全内反射，当射入的光线的入射角大于纤维包层间的临界角时，就会在光纤的接口上产生全内反射，并在光纤内部以后的角度反复逐次反射，直至传递到另一端面。
光纤传感器利用光导纤维，按其工作原理来分有功能型（或称物性型、传感型）与非功能型（或称结构型、传光型）两大类。功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的的波导，而且具有测量的功能。非功能型光纤传感器其光纤只是作为传光的媒介，还需加上其他敏感元件才能组成传感器。
5、什么是传感器静态特性。（4分）
答：传感器的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。 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：①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。
②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。
③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。 ④热电偶测温原理：热电偶的测温原理基于物理的“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。
⑤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T0时的热电势等于该热电偶热端为T冷端为Tn时的热电势与同一热电偶热端为Tn，冷端为T0时热电势的代数和。
应用：对热电偶冷端不为0C时，可用中间温度定律加以修正。
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，T0）时分别为EAC?T,T0?，EBC?T,T0?，那么爱相同温度下，又A、B两热电极配对后的热电势为
0EAB?T,T0??EAC?T,T0??EBC?T,T0?
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。
⑥误差因素：参考端温度受周围环境的影响 措施：a 0C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
0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。 一、简答题（30分，6分/题）
1、 从传感器的静态特性和动态特性考虑，详述如何选用传感器。
答：考虑传感器的静态特性的主要指标，选用线性度大、迟滞小、重复性好、分辨力强、稳定性高、抗干扰稳定性高的传感器。考虑动态特性，所选的传感器应能很好的追随输入量的快速变化，即具有很短的暂态响应时间或者应具有很宽的频率响应特性。
2、 直流电桥和交流电桥有何区别？直流电桥的平衡条件是什么？应变片式电阻传感
器、自感式、互感式、涡流式、电容式、热电阻式传感器分别可采用哪种电桥作为测量电路？
答：根据电源不同分为直流和交流电桥。直流电桥优点：高稳定度直流电源容易获得，电桥平衡电路简单，传感器至测量仪表的连接导线分布参数影响小。但是后续要采用直流放大器，容易产生零点漂移，线路也较复杂。交流电桥在这些方面都有改进。直流电桥平衡条件：R1/R2=R3/R4 ，R1R4=R2R3。
3、 以自感式传感器为例说明差动式传感器可以提高灵敏度的原理。
W2?0S0解：L0?
2l0?W2?0S0W2?0S0W2?0S0?l0???L?L?L0????1 ??2(l0??l)2l02l0?l0??l?2?2L0??l??l???1?差动式灵敏度:S?????...? ??l0?l0?l0????2????L0?l?l??1?与单极式传感器灵敏度S?????...?比较 ??l0?l0?l0????灵敏度提高一倍，非线性大大减少。
4、 光电池的工作原理，指出它应工作在电流源还是电压源状态。
答：光电池是基于光生伏特效应制成的，是自发电式；是有源器件。它有较大面积的P一N结，当光照射在P一N结上时则在结的两端出现电动势。它应工作在电压源状态。
5、 按照传感型（功能型）和传输型光纤传感器的特点应该选用哪种光纤（单模/多模），
为什么？
答：功能型(或称物性型、传感型)光纤不仅作为光传播的波导而且具有测量的功能。它可以利用外界物理因素改变光纤中光的强度、相位、偏振态或波长，从而对外界因素进行测量和数据传输。可分为振幅调制型、相位调制型及偏振态调制型。多模单模皆可非功能型(或称结构型、传光型) 其光纤只是作为传光的媒介，还需加上其它敏感元件才能组成传感器。多模。
6、 传感器的定义和组成框图？画出自动控制系统原理框图并指明传感器在系统中的位
置和作用。 答：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，通常由敏感元件和转换元件组成。
传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、
获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。
组成框图：自动控制系统原理框图：被测量 敏感元件 传感元件 信号调节转换电路 辅助电源 传感器的作用：感受被测量并转换成可用输出信号传送给控制对象。 扰动 给定 + e传感器 对象﹣反馈装置7、 试列出你所学过的不同工作原理传感器哪些可用于非接触式测量，哪些用于接触式测量，测量何种物理量？（各≥3种） 答：非接触式测量： a) 热电式传感器：测量温度 b) 光纤传感器：测量光信号
c) 核辐射传感器：测量核辐射粒子 接触式测量：
a) 电位器式压力传感器：测量压力 b) 应变片式电阻传感器：测量电阻值 c) 应变式扭矩传感器：测量扭矩
8、 光电效应可分为哪三种类型，简单说明传感器的原理并分别列出以之为基础的光电
传感器。
答：光电效应可分为：
a) 外光电效应：指在光的照射下，材料中的电子逸出表面的现象。光电管及光电
倍增管均属这一类。它们的光电发射极，即光明极就是用具有这种特性的材料制造的。
b) 内光电效应：指在光的照射下，材料的电阻率发生改变的现象。光敏电阻即属
此类。
c) 光生伏特效应：利用光势垒效应，光势垒效应指在光的照射下，物体内部产生
一定方向的电势。光电池是基于光生伏特效应制成的，是自发电式有源器件。
9、 光导纤维导光的原理是什么？按其传输模式分为哪两种类型？传感型（功能型）和
传输型光纤传感器按照其特点应该选用哪种光纤？ 答：光导纤维工作的基础是光的全内反射，当射入的光线的入射角大于纤维包层间的临界角时，就会在光纤的接口上产生全内反射，并在光纤内部以后的角度反复逐次反射，直至传递到另一端面。
按其传输模式可分为单模和多模两种。
传感型（功能型）光纤传感器应该选用单模光纤，传输型光纤传感器应选用多模光纤。
10、 传感器（或测试仪表）在第一次使用前和长时间使用后需要进行标定工作，请问标
定的意义？
答：传感器的标定分为静态标定和动态标定两种。静态标定的目的是确定传感器静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。动态标定的目的是确定传感器的动态特性参数，如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。
11、 压电式传感器的前置放大器的作用是什么？电压式与电荷式前置放大器各有何特
点？
答：作用是将输出电压放大，并与输入电压或输入电流成正比。
电压放大器将压电式传感器的高输出阻抗经放大器变换为低阻抗输出，并将微弱的电压信号进行适当放大，但其所接配的压电式传感器的电压灵敏度将随电缆分布电容及传感器自身电容的变化而变化，而且电缆的的更换得引起重新标定的麻烦。
电荷放大器是一种具有深度电容负反馈的高增益运算放大器，其虽然允许使用很长的电缆，并且电容Ce变化不影响灵敏度，但它比电压放大器价格高，电路较复杂，调整也比较困难。
12、 什么是金属应变片的灵敏系数？请解释它与金属丝灵敏系数的区别。
答： 应变片一般做成丝栅状，测量应变时，将应变片贴在试件表面上，试件的变形很容易传到应变片上。金属应变片的灵敏系数与金属丝灵敏系数是不同的。第一，零件的变形是通过剪力传到金属丝上的。第二，丝沿长度方向承受应变时，应变片弯角部分也承受应变，其截面积变大，则应变片直线部分电阻增加时，弯角部分的电阻值减少，也使变化的灵敏度下降。因此，应变片的灵敏系数比金属丝灵敏系数低。 二、分析/证明题（32分，8分/题）
1、 压电式传感器更适用于静态测量，此观点是否正确，分析原因。 答不正确。其工作原理是基于压电材料的压电效应，具有使用频率宽，灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠、测量范围广等优点，因此在压力冲击和震动等动态参数测试中是主要的传感器品种，它可以把加速度、位移、压力、温度、湿度等许多非电量转换为电量。
2、 固态图象传感器的分辨率由什么因素决定？某海关欲采用固态图象传感器为核心的
图象识别系统，但是安装适用后发现显示的图象清晰度和准确度不能令人满意，请从固态图象传感器的原理进行分析，从哪几方面考虑重新选型？
3、 为什么要对应变片式电阻传感器进行温度补偿，分析说明该类型传感器温度误差补
偿方法。 答：①在外界温度变化的条件下，由于敏感栅温度系数?t及栅丝与试件膨胀系数（?g与?s）之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与真实应变同数量级的误差。 ②方法：自补偿法 线路补偿法
4、 系统的系统响应带宽与传感器的响应带宽无关，请问这种说法正确吗？试述理由。 答：不完全正确。
5、 Pt100和Cu50各代表什么传感器？分析热电阻传感器测量电桥之三线、四线连接法
的主要作用。
分别代表铂电阻热电式传感器（100Ω），铜电阻热电式传感器(50Ω). 热电阻传感器测量电桥之三线、四线连接法的主要作用是消除在热电阻安装的地方与仪表相距远时，环境温度变化时其连接导线电阻也变化所造成的测量误差。
6、 用镍铬-镍硅热电偶测量炉温，其仪表示值为600℃，而冷端温度t0为65℃，则实际
温度为665℃，对不对？为什么？应如何计算？
答：对。查表知镍铬-镍硅热电偶K=1，T=Tz+KTn=600+1×65=665
7、 自动控制系统的系统响应带宽与传感器的响应带宽有何关系？如果选用传感器的动
态特性达不到要求怎么办？
8、 制作霍尔元件应采用什么材料，为什么？为何霍尔元件都比较薄，而且长宽比一般
为2 ：1？答：制作霍尔元件应采用半导体材料。如果磁场与薄片法线有?夹角，那么UH=kHIBcos?,霍尔元件越薄（即d越小），kH就越大，所以一般霍尔元件都很薄。又因为实际测量中UH=(kHIB/d)×f(l/b) 当l/b=2时，f(l/b)=0.93为最大值，这时UH也可取到最大值，所以长宽比l/b一般为2：1
12系统的系统响应带宽与传感器的响应带宽无关，请问这种说法正确吗？试述理由。
答：不正确。传感器的响应带宽会限制系统的系统响应带宽。
14温度对光电流影响不大，所以光电传感器在使用中不需要进行温度补偿，此观点正确否，为什么？答：不正确。因为半导体材料容易受温度影响，而其直接影响光电流的值，所以还需要温度补偿装置。
15 智能传感器只是将被测信号数字化，意义不大，你同意此观点否？分析说明你的理由。
答：不同意。智能传感器具有一定的人工智能，可使用电路代替一部分脑力劳动。和微机的结合使智能传感器不仅有视嗅味和听觉功能，还具有存储，思维和逻辑判断，数据处理，自适应能力等功能，从而使传感器技术提高到一个新水平。
计算题
四、下面是热电阻测量电路，试说明电路工作原理并计算（5分）
1. 已知Rt是Pt100铂电阻，且其测量温度为T=50℃，试计算出Rt的值和Ra的值（10分）
Rt?R0(1?At?Bt2)?100[1?3.940?10?3?50?(?5.802?10?7)?502]?119.552. 电路中已知R1、R2、R3和E，试计算电桥的输出电压VAB。（5分） 其中（R1=10KΩ，R2=5KΩ，R3=10KΩ，E=5伏）
答：该热电阻测量温度电路由热敏电阻、测量电阻和显示电表组成。
图中G为指示电表，R1、R2、R3为固定电阻，Ra为零位调节电阻。热电阻都通过电阻分别为r2、r3、Rg的三个导线和电桥连接，r2和r3分别接在相邻的两臂，当温度变化时，只要它们的Rg分别接在指示电表和电源的回路中，其电阻变化也不会影响电桥的平衡状态，电桥在零位调整时，应使R4=Ra+Rt0为电阻在参考温度（如0?C）时的电阻值。三线连接法的缺点之一是可调电阻的接触电阻和电桥臂的电阻相连，可能导致电桥的零点不稳。 三、分析、计算题：（20分）
1、分析（线性）电位器式传感器由于测量线的线路中的负载电阻RL带来的负载误差，并计算它与位移x之间的关系；（10分） 一、测得某检测装置的一组输入输出数据如下：
X Y 0.9 1.1 2.5 1.6 3.3 2.6 4.5 3.2 5.7 4.0 26.7 5.0 试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度（10分）
(?xi?yi??xi?xiyi)n?xiyi??xi?yi解: y?kx?b ?i?yi?(kxi?b) k?b?2222n?xi?(?xi)n?xi?(?xi)代入数据求得k?0.68 b?0.25
∴y?0.68x?0.25 ?1?0.238 ?2??0.35?3??0.16
?L0.35?4??0.11 ?5??0.126 ?6??0.194 ?L??max?100%????7%
yFS5拟合直线灵敏度k?0.68,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，ΔR=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）(ΔR/R)。（10分） 证明：R1?R??R R4?R??R
R2 a R3 d R4 c R1 b Ucd RR2R?RE?E??2E
R??R?RR??R?R4R??R2E?R略去?R的二次项,即可得Ucd???
2RUcd?Ucb?Udb?三、分析、计算题：（35分） E 1、分析如图1所示自感传感器当动铁心左右移动（x1,x2发生变化时自感L变化情况。已知空气隙的长度为x1和x2，空气隙的面积为S，磁导率为μ，线圈匝数W不变）。（10分）
解：
IW?W?W2， L?????RmIIRm又
nlilx1lx2llRm??????i?0
?0S0?0S0i?1?iSi?0S0i?1?iSin空气隙的长度x1和x2各自变，而其和不变，另其他变量都不变故L不变
2、分析如图2所示变介质平板电容传感器，电容（C）变化对液位变化（x）的灵敏度。已知长方形极板的长为l，高为h，极板间距离为d，容器内下面介质的高度为x(x h)，介电常数为ε2，容器内上面介质的介电常数为ε1。（10分）
3、设5次测量某物体的长度，其测量的结果分别为：9.810.010.19.910.2厘米，若忽略粗大误差和系统误差，试求在99.73％的置信概率下，对被测物体的最小估计区间。（5分）
1n(9.8?10.0?10.1?9.9?10.2)x??xi??10vi?x1?x 分别为-0.200.1
ni?15-0.10.2??1n2vi?0.16 ??[x?3?,x?3?]?[9.52,10.48] ?n?1i?14、在对量程为10MPa的压力传感器进行标定时，传感器输出电压值与压力值之间的
关系如下表所示，简述最小二乘法准则的几何意义，并讨论下列电压-压力直线中哪一条最符合最小二乘法准则？（10分） 1 2 3 4 5 测量次数I 2 4 5 8 10 压力xi（MPa） 10.043 20.093 30.153 40.128 50.072 电压yi（V） （1）y=5.00x-1.05（2）y=7.00x+0.09（3）y=50.00x-10.50（4）y=-5.00x-1.05（5）y=5.00x+0.07 答：最小二乘法准则的几何意义在于拟和直线精密度高即误差小。
将几组x分别带入以上五式，与y值相差最小的就是所求，很明显（5）为所求。 三、计算题（20分，10分/题）
设6次测量某物体的长度，其测量的结果分别为：9.810.010.19.910.215厘米，若忽略粗大误差和系统误差，试求在99.73%的置信概率下，对被测物体长度的最小估计区间。
1n(9.8?10.0?10.1?9.9?10.2)解：x??xi??10
ni?15vi?x1?x 分别为-0.200.1-0.10.2 ??1n2vi?0.16??[x?3?,x?3?]?[9.52,10.48] ?n?1i?11、 设7次测量某物体的长度，其测量的结果分别为：9.810.010.19.910.210.1
15厘米，若忽略粗大误差和系统误差，试求在99.73%的置信概率下，对被测物体长度的最小估计区间。
答：忽略最后一个值，平均值x?9.8?10?10.1?9.9?10.3?10.1?10.03，
6p1?9.8?10.03??0.23,p2??0.03,p3?0.07,p4??0.13,p5?0.27,p6?0.07?0.18， 1n?2则最小估计区间x?x?3??10.03?3?0.18?9.49~10.57。
2、 将一只灵敏度为0.08mv/℃ 的热电偶与毫伏表相连,已知接线端温度为50℃,毫伏表
的输出为60 mv, 求热电偶热端的温度为多少?答：?T?5??4?pi?1ni60?50?2022℃ 0.081) 用石英晶体加速度计测量机器的振动，已知加速度计的灵敏度为5 PC/g（g为重力加速
度），电荷放大器的灵敏度为50 mv/PC，当机器振动达到最大加速度时，相应的输出幅值为2V，求机器的振动加速度。（1PC=10-12库仑）
答：
2V40PC?40PC a=?8g?88.2m/s2
50mv/PC5PC/g2) 图示电荷放大器中Ca=100 PF，Ra=∞，RF= ∞，CF=10 PF。若考虑引线电容CC 影响，当A0=104时，要求输出信号衰减小于1%，求使用90 PF/m的电缆，其最大允许长度为
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：①②
③
④
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)。
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)0 1.522.5 3 3.5
反行程
(mv)0 0.5 122.5 3.5 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P1>P2时负载电阻RL上电压U0大小和方向（正负）。
解： ①U0=0
②U0=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。
（试卷四）
一、填空（每空1分，共30分）
1、根据测量数据中误差所呈现的规律，误差可分为三种，即 、 和。
2、传感器的作用包含的收集、的转换和的采集。 3、描述传感器静态特性的技术指标是： 、 、 和。 4、频率响应特性是指将频率不同而幅值相等的信号输入传感器，求其输出正弦信号的 、 与 之间的相互关系。
5、光电器件主要包括： 、 、 、 和 。
6、按照光纤在传感器中的作用，通常可将光纤传感器分为两种类型：一类是 ，另一类是。
7、直接式测量质量流量的克里奥利力质量流量计是根据 建立的 、 、三者的关系，实现对质量流量的测量。 8、根据热电偶测温系统示意图（右图）表示： ① ；②；③ ； T0 ；T。
二、名词解释（每题3分，共21分）
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