传感器课程试题一及参考答案.docx

传感器与自动检测技术仿真试题一试卷一（闭卷）（考试时间90分钟，总分80分）题号二总分分数评卷人一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分、共20分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。错选、多选和未选均不得分。1、下列不属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（）。A.应变式传感器B.化学型传感器C.压电式传感器D.热电式传感器2、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（）A.线性度、灵敏度、阻尼系数B幅频特性、相频特性、稳态误差C.迟滞、重复性、漂移D.精度、时间常数、重复性3、测量者在处理误差时，下列哪一种做法是无法实现的（）A.消除随机误差B.减小或消除系统误差C.修正系统误差D,剔除粗大误差4、电感式传感器采用变压器式交流电桥测量电路时，下列说法不正确的是OoA.衔铁上、下移动时，输出电压相位相反B.衔铁上、下移动时，输出电压随衔铁的位移而变化C.根据输出的指示可以判断位移的方向D.当衔铁位于中间位置时，电桥处于平衡状态5、关于压电式传感器中压电元件的连接，以下说法正确的是（）A.与单片相比，并联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电压不变B.与单片相比，串联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电压增大1倍C.与单片相比，并联时电荷量不变、电容量减半、输出电压增大1倍D.与单片相比，串联时电荷量不变、电容量减半、输出电压不变6、在红外技术中，一般将红外辐射分为四个区域，即近红外区、中红外区、远红外区和（）。这里所说的“远近”是相对红外辐射在电磁波谱中与可见光的距离而言。A.微波区B.微红外区CX射线区D.极远红外区7、下列关于微波传感器的说法中错误的是（）A.可用普通电子管与晶体管构成微波振荡器B.天线具有特殊结构使发射的微波具有尖锐的方向性C.用电流一电压特性呈非线性的电子元件做探测微波的敏感探头D.可分为反射式和遮断式两类8、若已知超声波传感器垂直安装在被测介质底部，超声波在被测介质中的传播速度为1480ms,测量时间间隔为200us,则物位高度为（）A.296mmB.148mmC.74mmD.条件不足，无法求出9、现有一个采用4位循环码码盘的光电式编码器，码盘的起始位置对应的编码是0011,终止位置对应的编码是0101,则该码盘转动的角度可能会是（）A.45oB.60oC.90oD.120oB.电阻值变大10、用N型材料Sno2制成的气敏电阻在空气中经加热处于稳定状态后，与氧气接触后（）A.电阻值变小C.电阻值不变二、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分）1、什么是传感器？传感器的共性是什么？2、试推导差动变隙式电感传感器的灵敏度，并与单极式相比较。3、结合下图说明霍尔式微位移传感器是如何实现微位移测量的？霍尔元件-ZZ4、光在光纤中是怎样传输的？对光纤及入射光的入射角有什么要求？5、简述计量光栅的结构和基本原理。三、分析计算题（本大题共3小题，每小题10分，共30分）注意：自动化、电气专业的学生第1小题必做，并从第2-4小题中选做两个小题；测控专业的学生在4个小题中任选3个小题。1、铜电阻的电阻值R与温度/之间的关系为凡M）（l0.在不同温度下，测得铜电阻的电阻值如下表所示。请用最小二乘法求0时的铜电阻的电阻值RO和铜电阻的电阻温度系数。til20.030.040.050.0C-rh-76.580.0825-85.02、试计算某压力传感器的迟滞误差和重复性误差（一组测试数据如下表示）。行程输入压力(×105Pa)输出电压(mV)O)(2)(3)正行程2.0190.9191.1191.34.0382.8383.2383.56.0575.8576.1576.68.0769.4769.8770.410.0963.9964.6965.2反行程10.0964.4965.1965.78.0770.6771.0771.46.0577.3577.4578.44.0384.1384.2384.72.0191.6191.6192.03、电阻应变片阻值为1201灵敏系数K2,沿纵向粘贴于直径为005m的圆形钢柱表面，钢材的弹性模量E2IO1WZw210.3,(1)求钢柱受9.8IO,N拉力作用时应变片电阻的变化量R和相对变R化量；¢)又若应变片沿钢柱圆周方向粘贴，问受同样拉力作用时应R变片电阻的相对变化量为多少？4、已知分度号为S的热电偶冷端温度为to=200C,现测得热电势为f71(工作端洱府)mV,求单测温度才多少度？(E(20,0)nAO_I4I-D.113rv)7QqnU)100II夕弹七r三W刃V11O754-1包99111.22911.467-44587-1-44707-44.827试卷二（开卷）（考试时间30分钟，总分20分）题号评卷人得分综合设计分析题综合设计分析题（本大题共20分）C和C为差动式电容传感器，C为如图为二极管环形检波测量电路。123滤波电容，R很R为负载电阻，R为限流电阻，U为正弦波信号源。设tLQPC,3C3CCo大，并且12（1）试分廊:电路工作原理；2第5页共5页传感器与自动检测技术仿真试题一参考答案试卷一一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。错选、多选和未选均不得分。1、B2、C3、A4、C5sA6、D7、A8、B9、C10、B二、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分）1、什么是传感器？传感器的共性是什么？答：传感器是能够感受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。传感器是实现传感功能的基本部件。传感器的共性就是利用物理定律和物质的物理、化学或生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）转换成电量（电压、电流、电容、电阻等）。2、试推导差动变隙式电感传感器的灵敏度，并与单极式相比较。为答：设两差动线圈初始气隙厚度均为0W21.02当衔铁向上移动时，则W A )2L L L0 0 2022(WA21.1.1.O02(L1L22L2()O)2(时，1.L2当OO，灵敏度为：“L由此可见，与单极式相比，其灵敏度提高了一倍（单极式为zSNNS-zz答：霍尔元件处于中间位置时，同时受到大小相等、方向相反的磁通作用，磁感应强度B=O,因此霍尔元件输出的霍尔电势UH=O,位移Z=0。若霍尔元件沿Z向移动，在两磁铁中产生相对位移，霍尔元件感受到的磁感应强度B0,UKIBKz0，其量值大小反映出霍尔元件与磁H铁之间相对位置的变化量。所以，霍尔电势UH与位移量AZ成线性关系，且霍尔电势的极性反映了霍尔片的移动方向（位移方向）。磁场变化率越大，灵敏度越高，可测12mm的小位移，动态范围达5mm04、光在光纤中是怎样传输的？对光纤及入射光的入射角有什么要求？答：光在同一种介质中是直线传播的，当光线以不同的角度入射到光纤端面时，在端面发生折射进入光纤后，又入射到折射率较大的光密介质（纤芯）与折射率较小的光疏介质（包层）的交界面，光线在该处有一部分投射到光疏介质，一部分反射回光密介质。对光纤的要求是包层和纤芯的折射率不同，且纤芯的折射率大于包层的折射率。对入射角的要求是入射角小于临界角。5、简述计量光栅的结构和基本原理。答：计量光栅传感器的结构包括两个部分：光电转换装置和光栅数显表，其中前者又包括以下四个部分：主光栅（又称标尺光栅），均匀地刻划有透光和不透光的线条；指示光栅，刻有与主光栅同样刻线密度的条纹；光路系统，包括光源和透镜；光电元件。计量光栅主要利用了莫尔条纹现象.主光栅与指示光栅的栅线叠合在一起，中间保持很小的夹角，在大致垂直于栅线的方向上会出现明暗相间的条纹，称为莫尔条纹。光栅测量原理就是以移动的莫尔条纹的数量来确定位移量，其分辨率为光栅栅距。三、分析计算题（本大题共3小题，每小题10分，共30分）注意：自动化、电气专业的学生第1小题必做，并从第2-4小题中选做两个小题；测控专业的学生在4个小题中任选3个小题。1、铜电阻的电阻值R与温度，之间的关系为RR）（I0,在不同温度下，测得铜电阻的电阻值如下表所示。请用最小二乘法求0时的铜电阻1的电阻温度系数Oti!C20.030.040.050.0解：误差方程小/（1力）Mi1,2,3,4令用H）,X2H）120.076.5系数矩阵130.0A,140.0150.01被测量估计矩阵XX2由最小二乘法：AAX'II1A，I20.080.0直接测得值矩阵L,82.585.0AL,则120.01130.030.040.01150.0140.050.0176.5AL111180.030.040.020.050.082.5A085.020(X)A(AA)11AAH12AAAA21221540200014(AAALX1200054(X)14014032471.2().28411480lbX71.2()O3.282393CIO(/)r71.22、试计算某压力传感器的迟滞误差和重复性误差（一组测试数据如下表示）。行程输入压力(×105Pa)输出电压(mV)(1)(2)O)正行程2.0190.9191.1191.34.0382.8383.2383.56.0575.8576.1576.68.0769.4769.8770.410.0963.9964.6965.2反行程10.0964.4965.1965.78.0770.6771.0771.46.05773577.4578.44.0384.1384.2384.72.0191.6191.6192.0解：迟滞误差：HI迟滞误差max100%Hy2FSA第一次测量：由所给数据可得Hmax1.5ly964.4.FS1 H11.51100%0.08%max100Hy2 2964.4FSB第二次测量：由所给数据可得"max1.3,y965.1,FS1H11.3100%0.07%2%max100Hy22965.1FSC第三次测量：由所给数据可得Hmax1.8,y965.7,FS1 H11.83100%100%0.09%maxHy2 2965.7FS重复性误差：由所给数据可得,正行程：1.3RR,反行程：21.3naxmaxmax(,)1.3RnaXRR1max2max又y965.7FS，重复性误差R13max100%100%0.13%Ry965.7FS3、电阻应变片阻值为120,灵敏系数K2,沿纵向粘贴于直径为0.05？的圆形钢柱表面，钢材的弹性模量E2IouN/而,0.3,(1)求钢柱受9.8I(TN拉力作用时应变片电阻的变化量R和相对变R化量；2)又若应变片沿钢柱圆周方向粘贴，问受同样拉力作用时应R变片电阻的相对变化量为多少？R且产KxX解：(1)SERRF29.810K40.05%RrE23.14Il2R0.05%R1200.05%0.06()R(2)0.30.05%0.015%yyXR4、已知分度号为S的热电偶冷端温度为t0=20oC,现测得热电势为11710mVl求被测温度为多少度？(E(20Q)=0113mv)工作端温度()0204060708090热电动势(mv)110010.75410.99111.22911.46711.58711.70711.827解:E(U)=11.710E(t,0)=E(t,to)+E(to,O°C)11.710=E(t,0oC)-E(20oC,0)=E(t,0oC)-0.113所以E(t,0)=11.823mV查表:E(1180oC,0oC)=11.707mV,E(1190oC,0oC)=11.827mVE-E=1180oC+11.82311.707所以t=t÷ML(tt)E-E11.82711.823MLHLHL试卷二综合设计分析题(本大题共20分)。如图为二极管环形检波测量电路。和C为差动式电容传感器，CI23为滤波电容，RR为负载电阻，R为限流电阻，U为正弦波信号源。设LLOPC3CClCO很大，并且I2(1)试分析此电路工作原理；(2)画出输出端电压U在ICCCCC尹情况C、下波AB21'2I形；(3)推导U/(,C)ABC的数学表达式。2解：(1)工作原理：U为交流信号源，在正、负半周内电流的流程如下正半周：F点CDC、R（A点）B点、（1）II13LFCDEER8点占23O/IW负半周：B氨C、RA点3LB点RE点DO4DC/点（/）222C尸点1由以上分析可知：在一个周期内，流经负载R的电流/与C有关，/与-LIl2C有关。因此每个周期内流过负载电流是III的平均值，并随CC和2212U可以反映C和。的大小。而变化。输出电压AB12(2)输出端电压U在GC、CCsCC三种情况下波形如AB21212下图所示。3C、3CC,C阻抗可忽略因123则12jCU2PUAB(/1I)Z2AB1R1./Tc(CC)UjC3R很大，所以分母.可忽略LJC3R.1(CC)Upj输出电压平均值UABK为滤波系数