传感器与测试技术综合复习题

一、填空题

1.涡流的大小与导体的电阻率、导磁率、导体厚度t，以及线圈与导体之间的距离x，线圈激磁频率等参数有关。改变　导体的电阻率　，可以做成测量表面温度、检测材质的传感器；改变　线圈和导体之间的距离x，可以做成测量位移、厚度、振动的传感器；同时改变x，和，可以对导体进行探伤。

2.机械干扰是指测试系统受到一定程度的振动或冲击时带来的干扰，对于这种干扰应采取减振措施，一般可设置　减震弹簧　或减振橡胶。

3.光敏元件在无光照时，两端加电压后产生的电流称为　暗电流。

4. 激光器的种类很多，根据工作物质不同，可以分为固体激光器、    气体激光器、液体激光器和　半导体　激光器等。

5.大气压力一般在960hPa~1060hPa范围内变化，要测量其精确值，选用的传感器的测量范围应为960hPa~1060 hPa　，量程为　100hPa　。

6. 力传感器的测量范围为0～＋10N，量程为10N，满量程输出为5V，正行程最大重复性偏差为0.03V，反行程最大重复性偏差为0.026V，则其重复性误差为　0.6%　　。

7.屏蔽是常用的抗干扰技术，可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和　　电磁屏蔽。

8.为使测试工作正常进行，必须采用抗干扰技术抑制电路中的噪声，常见的方法有屏蔽、接地和　滤波　　等。

9光敏元件的两端加一定偏置电压后，在某种光源的特定照度下产生或增加的电流称为　　

　光电流　。

10.沿应变片轴向的应变x必然引起应变片电阻的相对变化，而垂直于应变片轴向的横向应变y也会引起其电阻的相对变化，这种现象称为　横向灵敏度　　。

11.当有电流流过两个不同导体的连接处时，此处便吸收或放出热量（取决于电流的方向），这种现象叫做　.帕尔贴效应　。

12.由于受到　电阻丝直径　的，绕线式电位计分辨力不高。

13.将栅距相同的两块光栅的刻线面相对重叠在一起，并且使二者栅线有很小的交角，这样就可以看到在近似垂直栅线方向上出现明暗相间的条纹，称为　莫尔条纹　　。这些条纹是基于光的　干涉　　效应产生的。

14. 利用导电材料的  电阻率  随本身温度而变化的温度电阻效应制成的传感器，称为热电阻式传感器。

15.  .传感器     是测试系统的第一环节，将被测系统或过程中需要观测的信息转化为人们所熟悉的各种信号。

16.绝对误差是指测量结果   与  被测参量真值之间所存在的差值的绝对值。

17.测试技术包含   .测量   和试验 两方面，凡需要考查事物的状态、变化和特征等，并对它进行  定量的描述时，都离不开测试工作。

18.传感器所能测量的最大被测量（即输入量的数值）称为   测量上限   ，最小的被测量称为  测量下限  ，用这两个数值表示的测量区间，称为  测量范围。

19.沿应变片轴向的应变x必然引起应变片电阻的相对变化，而垂直于应变片轴向的横向应变y也会引起其电阻的相对变化，这种现象称为横向效应 。这种现象的产生和影响与   应变片结构有关。为了减小由此产生的测量误差，现在一般多采用   箔式应变片 应变片。

20.电容式传感器是将被测量的变化转换成  .电容量  变化的一种传感器。

二、选择题

1.金属应变片的灵敏度系数比应变电阻材料本身的灵敏系数（　.小　　）。

2．在光的作用下，能够使物体内部产生一定方向的电动势的现象叫（  .光生伏特效应  ）。

3.应变片绝缘电阻是指已粘贴的应变片的（　引线与被测试件　　）之间的电阻值。

4.将电容量转换成电量的电路称作电容式传感器的转换电路，它们的种类很多，目前较常采用的有  电桥电路   、调频电路、脉冲调宽电路和运算放大器式电路等。

5.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、（　光电式　　）和（　电磁式　　）三种。

6.磁头的作用是读取磁栅上记录信号，按读取信号方式的不同，磁头可分为（　鉴幅　）磁头和（　　静态　）磁头。.

7.当声波传播至两介质的分界面时，一部分能量返回原介质，称为反射波；另一部分能量透过介质面，到另一介质内继续传播，称为  折射波   。

8.为了消除应变片的温度误差，可采用的温度补偿措施包括：  双丝自补偿法、   单丝自补偿法和  桥路补偿法   。

9.超声波的频率高(可达109Hz)，因而波长短，绕射现象小，方向性好，能够成为射线而定向传播。

10.在相同的电压和相同幅值的光强度下，当入射光以不同的正弦交变频率调制时，光敏元件输出的光电流I和灵敏度S随调制频率f变化的关系：I＝f1(f)、S＝f2(f)称为  频率特性   。

11.粘贴应变片做好准备工作后要进行的工作是：涂胶一贴片一复查一接线一防护 。

12.当光敏元件加一定电压时，光电流I与光敏元件上光照度E之间的关系，称为光照特性。

13.压电材料开始丧失压电特性时的温度叫   居里点  。

14. 改变电感传感器的引线电缆后，  必须对整个仪器重新标定 。

15.超声波的频率高（可达109Hz），因而 波长短   ，绕射现象小，方向性好，能够成为射线而定向传播。

三、简答题

1.线性度：实际测试获得传感器静特性曲线后，采用直线拟合的方法来线性化，输出输入的校正曲线与其拟合直线之间的最大偏差，就称为线性度（或非线性误差）。

2.多普勒效应：当声源和工件之间有相对运动时，反射回来的超声波的频率将与声源发射超声波的频率有所不同，这种现象即为多普勒效应。

3.光栅：在玻璃尺或玻璃盘上类似于刻线标尺或度盘那样，进行长刻线（一般为10-12mm）的密集刻划，得到黑白相同/间隔相同的细小条纹，没有刻划的白的地方透光，刻划的发黑，不透光。这就是光栅。

4.稳定性：又称长期稳定性，即传感器在相当长时间内保持其原性能的能力。一般以室温条件下经过一规定时间间隔后，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异来表示，有时也用标定的有效期表示。

5.传感器：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换成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。

6.塞贝克效应：两种不同的导体或半导体组成一个回路，其两端相互连接，只要两结点处的温度不同，则回路中就有电流产生，即回路中存在电动势，称为热电势，这种现象称为塞贝克效应。

7.标定：在明确传感器的输出与输入关系的前提下，利用某种标准器具对传感器进行标度。

8. 什么是莫尔条纹？将栅距相同的两块光栅的刻线面相对重叠在一起，并且使二者栅线有很小的交角，这样就可以看到在近似垂直栅线方向上出现明暗相间的条纹，称为莫尔条纹。莫尔条纹是基于光的干涉效应产生的。

9. 热电阻式传感器有哪些类型？热电阻式传感器的类型包括铂热电阻、铜热电阻、铟电阻、锰电阻等。

10. .声波形成干涉的条件是什么？声波形成干涉的条件是频率相同、振动方向相同、相位相同或相位差恒定的两个波在空间相遇。

11. .测定频响函数的方法有哪几种？测定频响函数的方法是以标准信号输入，测出其输出信号，从而求得需要的特性。输入的标准信号有正弦信号、脉冲信号和阶跃信号。

12金属应变片有哪些类型？.①电阻丝应变片；②金属箔式应变片。

13. .简述电容式传感器的优点。①温度稳定性好；②结构简单，适应性强；③动态响应好；④可以实现非接触测量，具有平均效应；⑤灵敏度/分辨力高。

14. 什么叫涡流效应？当一块金属导体放置在一变化的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中旋涡那样在导体内转圈，所以称之为电涡流或涡流。这种现象就称为涡流效应。

15.磁电式传感器有何优点？.磁电式传感器直接从被测物体吸收机械能并转换成电信号输出，输出功率大，性能稳定，工作不需要电源，调理电路简单，灵敏度较高，一般不需要高效益放大器。

四、综合题

１.螺管型电感传感器与变气隙型电感传感器各有何优缺点？

变气隙型电感传感器灵敏度高，因而它对电路的放大倍数要求低。它的主要缺点是非线性严重，为了减少非线性，量程就必须在较小范围内，通常为气隙0的1/5以下，同时，这种传感器制造装配困难。螺管型电感传感器的灵敏度低，但量程大，线性度较好，制造装配方便，批量生产的互换性强。

3.接近开关有哪些？选择接近开关应考虑哪些因素？

接近开关有涡流式，电容式、霍尔式，光电式、热释电式，以及利用多普勒效应制成的超声波、微波接近开关。

选择接近开关应考虑应用对象、重复定位精度、开关频率、负载接法、动作差程、以及工作电压范围、负载电流大小、工作温度范围、动作距离、通态压降、以及断态漏流等。

4.两金属应变片R1和R2阻值均为120，灵敏系数k＝2；两应变片一受拉，另一受压，应变均为1000。两者接入直流电桥组成半桥双臂工作电桥，电源电压U＝5V。求：（１）R和R/R；（2）电桥的输出电压U0　。

.答：灵敏系数k=R/（R）＝2

应变为1000，即＝0.001

则 R/R=2=0.002，R=0.002R＝0.002×120=0.24

电桥的输出电压

5.如图所示结构可用于转速测量，由导磁材料制成的齿轮安装在被测转轴上，与转轴一起旋转。简述其工作原理。

转速传感器的结构

1－齿轮　　2－感应线圈　　3－软铁　　　永久磁铁

如图所示是一种开磁路变磁通式传感器的结构，齿轮安装在被测转轴上，与转轴一起旋转。当齿轮转动时，每转过一个齿，磁路的磁阻就变化一次，因此磁通量也变化一次，线圈中产生感应电动势，线圈中产生的感应电动势的变化频率等于齿轮的齿数和转速的乘积，由此可求得转轴的转速。

6.如图所示是带有等位环的平板电容器结构原理图，请介绍等位环的作用。

答：使电极2的边缘电力线平直，两电极间的电场基本均匀，消除和减小边缘效应，提高电容式传感器的灵敏度和线性度。

7.图2是一个悬臂梁，现用电阻应变片测量作用力F。若考虑电阻应变片的温度线路补偿，请画图表示应变片粘贴的位置和测量线路的接法。

7.应变片粘贴的位置见图3。测量线路的接法见图4。

8.

1）．图1是  差动  式   电容   加速度传感器结构示意图。

2）．图1中各编号名称：①是质量块；②是   固定极板   。

9.如图所示是超声波液位计的原理图，简述其工作原理。

9.答：如图所示是自发自收单换能器方式，换能器安装在最高液位之上的空气或气体中，超声换能器发出的超声脉冲在气体中从换能器传至液面，反射后再从液面返回同一换能器而被接收。如换能器至液面的垂直距离为L，从发到收经过的时间为t，超声波在气体中的传播速度为c，则。

2.请画出两种霍尔元件的驱动电路，简述其优缺点。

对霍尔元件可采用恒流驱动或恒压驱动。恒压驱动电路简单，但性能较差，随着磁感应强度增加，线性变坏，仅用于精度要求不太高的场合；恒流驱动线性度高，精度高，受温度影响小。两种驱动方式各有优缺点，应根据工作要求确定驱动方式。

传感器与测试技术往届试题选登

一、简答题（每小题5分，共20分）

 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:Ɛ——极板间介质的介电常数，

S——极板的遮盖面积； d——极板间的距离。

当被测量的变化使式中的Ɛ、s或d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．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、____光电式____和___电磁式_____三种。

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____波型转换____现象。

3. 改变电感传感器的引线电缆后，____必须对整个仪器重新标定____。

4．应变片的选择包括类型的选择、材料的选用、_阻值的选择_______、_尺寸的选择_______等。

5．应变片绝缘电阻是指已粘贴的____引线与被测试件____应变片的之间的电阻值。

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__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_静态测量和动态测量_______。

8.当光敏元件加一定电压时，光电流I与光敏元件上光照度E之间的关系，称为　光照特性 

9. 在检测技术中，主要采用的是压电型换能器，发射超声波利用压电材料的，而接收信号则用　　c.逆压电效应 d.正压电效应

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。

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。

测定频响函数的方法有哪几种? 答：确定频响函数的方法是以标准信号输入，测出其输出信号，从而求得需要的特性。输入的标准信号有正弦信号、脉冲信号和阶跃信号。