测试技术综合试题二

一、单项选择题 (本大题共l0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、以下传感器中属于按传感器的工作原理命名的是 (  )。

A  应变式传感器 B  速度传感器  C  化学型传感器 D  能量控制型传感器

2、对于传感器的动态特性，下面哪种说法不正确 (  )。

A  液注式水银温度计可看作一个-阶系统

B  动态误差反映的是慢性延迟所引起的附加误差

C  时间常数越大，一阶传感器的频率响应越好

D  提高二阶传感器的固有频率，可减小动态误差并扩大频率响应的范围

3、直流电桥的平衡条件为 (  )。

A  相邻桥臂阻值乘积相等   B  相对桥臂阻值乘积相等

C  相对桥臂阻值比值相等   D  相邻桥臂阻值之和相等

4、霍尔元件不等电位电动势产生的主要原因不包括 (  )。

A  霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位上

B  半导体材料不均匀造成电阻率不均匀或儿何尺寸不均匀

C  周围环境温度变化

D  激励电极接触不良造成激励电流不均匀分配

5、数值孔径NA是光纤的一个重要参数，以下说法不正确的是 (  )

A  数值孔径反映了光纤的集光能力

B  光纤的数值孔径与其几何尺寸有关

C  数值孔径越大，光纤与光源的隅合越容易

D  数值孔径越大，光信号的畸变也越大

6、关于红外传感器，下述说法不正确的是 (  )。

A  红外传感器是利用红外辐射实现相关物理量测量的一种传感器

B  红外传感器的核心器件是红外探测器

C  光子探测器吸收红外能量后将直接产生电效应

D  为保持高灵敏度，热探测器一般需要低温冷却

7、微波传感器测量物体含水量主要利用下述微波的哪一个特点?(  ) 

A  微波波长很短，频率很高  B  水对微波的反射作用很强

C  微波的传输特性很好      D 水对微波的吸收作用很强

8、采用图三所示的超声波传感器安装位置测量管道中流体的流量，图中v代表被测流体的流速，若己知超声波在静止流体中的传播速度为c，以下说法不正确的是 (  )。

图三 超声波传感器测量流量原理图

A  若测得流体流速v后，根据管道流体的截面积，可求得被测流体流量

B  若1为发生器，2为接收器，则超声波在流体中传播速度为c+vcos

C  若1为接收器，2为发生器，则超声波在流体中传播速度为c-vcos

D  若采用时差法测流量，则测量精度主耍取决于t测量精度

9、采用50线/mm的计量光栅测量线位移，若指示光栅上的莫尔条纹移动了12 条，则被测线位移为 (      ) mm。

A. 0.02  B. 0.12  C. 0.24  D. 0.48 

10、当氧化型气体吸附到p型半导体材料上时，将导致半导体材料 (      )。 A A  载流子数增加，电阻减小  B   载流子数减少，电阻减小

C  载流子数增加，电阻增大  D  载流子数减少，电阻增大

1. A  2. C  3. B  4. C  5. B  6. D  7. D  8. B  9. C  10.A

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一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。

传感器的共性就是利用物理定律或物质的物理、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（如电压、电流、电容、电阻等）。

2、试分析图四所示差动整流电路的整流原理，若将其作为螺线管式差动变压器的测量电路，如何根据输出电压来判断衔铁的位置?

图四 差动整流电路原理图

答：该差动整流电路是把差动变压器的两个二次输出电压分别整流，然后再将整流后的差值作为输出，具体整流原理如下：

A. 当Ui上正下负时，上线圈a正b负，下线圈c正d负。

上线圈：电流从a1243b，流过电容C1的电流由2到4，电容C1上的电压为U24；

下线圈：电流从c5687d，流过电容C2的电流由6到8，电容C2上的电压为U68；

A. 当Ui上负下正时，上线圈a负b正，下线圈c负d正。

上线圈：电流从b3241a，流过电容C1的电流由2到4，电容C1上的电压为U24；

下线圈：电流从d7685c，流过电容C2的电流由6到8，电容C2上的电压为U68；

由此可知，不论两个二次绕组的输出电压极性如何,流经电容C1的电流方向总是从2到4, 流经电容C2的电流方向总是从6到8。

当衔铁位于中间位置时，U24=U68，所以Uo=0。

当衔铁位于中间位置以上时，U24>U68，所以Uo>0。

当衔铁位于中间位置以下时，U24如此输出电压Uo是极性反映了衔铁的位置，实现了整流的目的。

3、什么是正压电效应？什么是逆压电效应？什么是纵向压电效应？什么是横向压电效应？

答:正压电效应就是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时，其内部将产生极化现象而使其出现电荷集聚的现象。

当在片状压电材料的两个电极面上加上交流电压，那么压电片将产生机械振动，即压电片在电极方向上产生伸缩变形，压电材料的这种现象称为电致伸缩效应，也称为逆压电效应。

沿石英晶体的x轴（电轴）方向受力产生的压电效应称为“纵向压电效应”。

沿石英晶体的y轴 （机械轴）方向受力产生的压电效应称为“横向压电效应”。

4、采用热电阻测量温度时，常用的引线方式主要有哪儿种？试述这几种引线方式各自的特点及适用场合。

答:热电阻常用的引线方式主要有:两线制、三线制和四线制两线制的特点是结构简单、费用低，但是引线电阻及其变化会带来附加误差。主要适用于引线不长、测温精度要求较低的场合。三线制的特点是可较好地减小引线电阻的影响，主要适用于大多数工业测量场合。四线制的特点是精度高，能完全消除引线电阻对测量的影响，主要适用于实验室等高精度测量场合。

5、什么是光电效应和光电器件？常用的光电器件有哪几大类？试解释这几类光电器件各自的工作基础并举例。

答:所谓光电效应，是指物体吸收了具有一定能量的光子后所产生的电效应。根据光电效应原理工作的光电转换器件称为光电器件。

常用的光电器件主要有外光电效应器件和内光电效应器件两大类。

外光电效应器件的工作基础基于外光电效应。所谓外光电效应，是指在光线作用下，电子逸出物体表面的现象。相应光电器件主要有光电管和光电倍增管。

内光电效应器件的1作基础是基于内光电效应。所渭内光电效应，是指在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的现象，它可分为光导效应和光生伏特效应。内光电效应器件主要有光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏晶体管。

三、分析计算题 (本大题共3小题，每小题10分，共30分)

1、一个以空气为介质的平板电容式传感器结构如图五所示，其中=10mm，b= 16mm，两极板间距d=1mm。测量时，若上极板在原始位置 (x=0mm) 上向左平移了2mm (x=2mm)，求该传感器的电容变化量、电容相对变化量和位移相对灵敏度K0。（已知空气的相对介电常数r=1F/m，真空时的介电常数r=8.854x10-12F/m)

答：电容的变化量为

即大容量减小了。

电容相对变化量为

位移相对灵敏度为

2、镍铬-镍硅热电偶，工作时冷端温度为30C，测得热电动势E(t,t0)=38.560mV，求被测介质实际温度。（E(30,0)=1.203mV，该型热电偶的分度表见表4）

答：由已知条件可知 t0=30C，E(t,t0)=38.560mV。

根据中间温度定律

E(t,t0)=E(t,0)-E(t0,0)= E(t,0)-E(30C,0)= 38.560mV

     E(t,0)=38.560+1.203mV=39.763mV

由分度表查得E(960C,0C)=39.703mV, E(970C,0C)=40.096mV

由插值法得

3、利用一个六位循环码盘测量角位移，其最小分辨率是多少？如果要求每个最小分辨率对应的码盘圆弧长度最大为0.01mm，则码盘半径应有多大？若码盘输出数码为“101101”，初始位置对应数码为“110100”，则码盘实际转过的角度是多少？

答：该循环码盘为六位循环码盘

最小分辨率为

设码盘半径为r，因为5.625的角度对应圆弧长度为0.01mm，所以有

又由于码盘输出循环码为101101，将其转换为二进制码为110110,对应十进制为54。同理，由于初始位置对循环码为110100，将其转换为二进制码为100111,对应十进制为39。

码盘转过的角度为

四、综合设计分析题 (本大题共20分) 

图六为一圆柱形弹性元件的应变式测力传感器结构示意图。己知弹性元件横截面积为S，弹性模量为E，应变片初始电阻值(在外力F=0时)均相等，电阻丝灵敏系数为KO，泊松比为。

图六 圆柱形的应变式测力传感器结构示意图

1、设计适当的测量电路 (要求采用全桥电路)，画出相应电路图，并推导桥路输出电压U0和外力F之间的函数关系式。(提示:R<2、分析说明该传感器测力的工作原理 (配合所设计的测量电路)。

答：1、全桥电路如图所示。

电桥输出电压为

初始状态（F=0）时，R1=R2=R3=R4=R0

当F0时，R1=R0+R1，R2=R0+R2，R3=R0+R3，R4=R0+R4

对上式作近似处理，略去分母中项及分子中高次项，则

设轴向应变，则径向应变为，

由传感器结构示意图可知，当传感器受力F时，应变片R1和R3产生的应变为。而应变片R2和R4产生的应变为。

由因为应力

所以

因为 

代入Uo计算公式中可得

2、工作原理:当传感器弹性元件受到沿轴向的外力F作用时，将产生一定形变从而引起粘贴在弹性元件上的四个应变片 (两个沿轴向粘贴，另两个沿径向粘贴)发生相应应变，致使其中两个应变片阻值增加，另两个应变片阻值减小。将四个应变片接入所设计的全桥电路中，经推导，测量电路输出电压

由上式可见，当、、、及桥路电源电压一定时，输出电压与外力F 成正比，即输出电压的大小反映了被测力F的大小，如此实现了对外力F的测量。