桂林理工大學(xué)傳感器考試試題

1、1.1 什么是傳感器答：一種能把特定的信息（物理、化學(xué)、生物）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)輸出的器件和裝置。從狹義角度對(duì)傳感器定義是：能把外界非電信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出的器件。1.2 傳感器由哪幾部分組成？試述它們的作用及相互關(guān)系。答：組成由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本電路組成；作用與關(guān)系：敏感元件：感知被測(cè)量，并將其傳送給轉(zhuǎn)換元件；轉(zhuǎn)換元件：將這個(gè)被感知的量轉(zhuǎn)換為電參數(shù)；基本電路：將感知元件感知的電參數(shù)轉(zhuǎn)換為易測(cè)量的電信號(hào)；3對(duì)于傳感器的靜態(tài)特性。傳感器的靜態(tài)特性是：當(dāng)輸入信號(hào)穩(wěn)定，或輸入量為常數(shù)，或變化極慢且傳感器已處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，傳感器的輸入輸出特性。傳感器輸入量X、輸出量Y、則靜態(tài)靈敏度：S

2、n=yx ；若傳感器是線性的，則Sn為一個(gè)常數(shù)4.霍爾傳感器：利用霍爾效應(yīng)制作的傳感器，可以用于檢測(cè)磁場B、電流I， 或者B×I。5.差動(dòng)電壓傳感器：是互感型傳感器，通過將被測(cè)量的位移量轉(zhuǎn)換為傳感器線圈互感的變化來實(shí)現(xiàn)非電量點(diǎn)的電測(cè)量。6.磁阻效應(yīng)：某些金屬和半導(dǎo)體材料的電阻，在外磁場作用下其阻值隨磁場強(qiáng)度的變化而變化的現(xiàn)象。7.壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)材料，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┘恿Χ蛊渥冃?，在介質(zhì)的內(nèi)部將產(chǎn)生極化現(xiàn)象，從而在介質(zhì)的兩個(gè)表面會(huì)產(chǎn)生數(shù)量相等、符號(hào)相反的電荷，形成電場；當(dāng)歪理去掉后，又重新回到不帶電狀態(tài)；當(dāng)外力方向改變時(shí)，電場的極性也隨著改變8.相敏檢波電路的作用：輸出信號(hào)

3、的幅值與交流信號(hào)幅值相關(guān)聯(lián)，輸出信號(hào)的極性反映交流信號(hào)的相位。注：當(dāng)參考電壓與輸入電壓相位差位00或1800具有最高靈敏度。9.電渦流效應(yīng)的概念：塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中做切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流（電渦流）的現(xiàn)象10.磁電感應(yīng)概念：線圈與磁場相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或者通過線圈的磁通發(fā)生變化，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。11.磁電傳感器的工作原理：線圈與磁場相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或者通過線圈的磁通發(fā)生變化，將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，將運(yùn)動(dòng)速度、位移轉(zhuǎn)換為線圈中的感應(yīng)電勢(shì)輸出。12.差動(dòng)變壓器的殘余電壓產(chǎn)生的原因，消除辦法。原因：兩個(gè)次級(jí)線圈繞組電氣系數(shù)（互感 M 、電感L、內(nèi)阻R）不完全相同，幾何尺

4、寸也不完全相同，工藝上很難保證完全一致。消除方法：（一）提高差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性和電磁特性的對(duì)稱性 （二）電路進(jìn)行補(bǔ)償： 串聯(lián)電阻； 并聯(lián)電阻、電容，消除基波分量的相位差異，減小諧波分量； 加反饋支路，初、次級(jí)間加入反饋，減小諧波分量； 相敏檢波電路對(duì)零點(diǎn)殘余誤差有很好的抑制作用。13.壓電陶瓷壓電晶體的異同點(diǎn)，壓電陶瓷的縱向壓電系數(shù)、壓電晶體的壓電系數(shù)？（1）石英晶體是中性的，受外力作用而變形時(shí)沒有體積變形壓電效應(yīng)，但它具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應(yīng)壓電陶瓷的壓電系數(shù)比壓電晶體的大。壓電陶瓷和石英晶體不同，前者是人工制造的多晶體壓電材料，而后者是單晶體。壓電陶瓷在未進(jìn)行極化處理時(shí)，不

5、具有壓電效應(yīng)；經(jīng)過極化處理后，它的壓電效應(yīng)非常明顯，具有很高的壓電系數(shù)，為石英晶體的幾百倍。因此，壓電陶瓷比石英晶體的壓電靈敏度高得多。14.能簡述霍爾效應(yīng)的概念、掌握霍爾傳感器的輸出電壓計(jì)算公式答：是指被約束在霍爾元件中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子(電子或空穴),在磁場中因受洛倫茲力作用產(chǎn)生偏轉(zhuǎn),在霍爾元件兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差的現(xiàn)象輸出電壓公式：15.簡述熱電偶的工作原理，冷端補(bǔ)償公式和補(bǔ)償方法原理：兩種不同類型的金屬導(dǎo)體兩端分別接在一起組成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相等時(shí)，導(dǎo)體回路里有電路流動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)的現(xiàn)象。ET，T0=ET，T1+E（T1，T0)熱電偶的冷端補(bǔ)償通常采用在冷端串聯(lián)一個(gè)由熱電阻構(gòu)成的電

6、橋16.簡述什么是光電效應(yīng)？答：光射在某種物質(zhì)上，使該物質(zhì)吸收光能后，電子的能量和電特性發(fā)生變化的現(xiàn)象。17.簡述傳感器的定義和傳感器在電子信息系統(tǒng)中的作用，舉出35個(gè)例子定義：將非電信號(hào)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件或裝置。作用：自然領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段 例子：1自動(dòng)化系統(tǒng)2機(jī)器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件3.光控開關(guān)4.報(bào)警裝置中的紅外傳感器5.全自動(dòng)照相機(jī)中的光電傳感器保證在不同的光線下適度曝光18.變氣隙型自感傳感器進(jìn)行位移量測(cè)量的原理答：鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為，傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連。當(dāng)銜鐵移動(dòng)時(shí)，氣隙厚度發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從

7、而導(dǎo)致電感線圈的電感值變化，因此只要能測(cè)出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。19.變面積型自感傳感器進(jìn)行位移量測(cè)量的原理答：L1、L2結(jié)構(gòu)對(duì)稱，變化絕對(duì)值相同符號(hào)相反，電感變化的絕對(duì)值也相同符號(hào)相反,導(dǎo)致I1，I2變化的絕對(duì)值相同符號(hào)相反19.溫度誤差影響傳感器對(duì)被測(cè)信號(hào)的檢測(cè)，對(duì)于電阻應(yīng)變傳感器的溫度誤差，你認(rèn)為一下四個(gè)描述最合理的是（ ）A. 使用差動(dòng)半橋和差動(dòng)全橋電路可以消除溫度誤差；B. 金屬應(yīng)變電阻傳感器不受溫度影響，半導(dǎo)體應(yīng)變片溫度影響C. 使用單臂橋、差動(dòng)半橋、差動(dòng)全橋等橋式電路都可以消除溫度誤差D. 只有差動(dòng)全橋測(cè)量電路可以消除溫度誤差，差動(dòng)半橋電路不能消除誤差

8、1.一平板式電容位移傳感器如圖4-5所示，已知：極板尺寸，極板間隙，極板間介質(zhì)為空氣。求該傳感器靜態(tài)靈敏度；若極板沿方向移動(dòng)，求此時(shí)電容量。圖4-5 平板電容器基本原理解：對(duì)于平板式變面積型電容傳感器，它的靜態(tài)靈敏度為： 極板沿x方向相對(duì)移動(dòng)2mm后的電容量為： 2.已知：圓盤形電容極板直徑，間距，在電極間置一塊厚的云母片（），空氣（）。求：（1）無云母片及有云母片兩種情況下電容值及是多少？（2）當(dāng)間距變化時(shí)，電容相對(duì)變化量及是多少？解：（1） （2） 3.某霍爾元件用于測(cè)量電流值(霍爾電流傳感器)，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2.0×10-4T，霍爾傳感器的靈敏度KB=20V/(A·

9、;T),被測(cè)電流的取值范圍，被測(cè)電流的取值范圍I=1A50A。（1） 請(qǐng)確定該霍爾傳感器給出的霍爾電勢(shì)范圍。（2） 需要將霍爾傳感器的輸出電壓由電壓放大電路放大后送到滿量程輸入電壓為2.5V的AD轉(zhuǎn)換電路，試確定電壓放大電路的放大倍數(shù)。(1) 霍爾輸出電勢(shì)： UH=KH ·I·B=20×2.0×10-4 ·I=4.0×10-3 I （ V）因 I：1A50A ; 根據(jù)上式求得：UH：4mV200mV (2) UH最多大時(shí)，打到AD的滿量程值;K=2500/200=12.54.某霍爾元件用于測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度B，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化范圍是0

10、.5×10-4 T4.0×10-4T，霍爾傳感器的靈敏度KH =25V、(A·T)，控制電流I=10mA 。（1） 請(qǐng)確定該霍爾傳感器給出的霍爾電勢(shì)范圍。（2） 需要將霍爾傳感器的輸出電壓由電壓放大電路放大后送到滿量程輸入電壓為2.5V的AD轉(zhuǎn)換電路，試確定電壓放大電路的放大倍數(shù)。（1）霍爾輸出電勢(shì)： UH=KH ·I·B=25×10×10-3 ·B=0.25B（ V） 因?yàn)椋築：0.5×10-4 T4.0×10-4T，求得： UH=1.25×10-5 V2.0×10-4 V

11、（2 UH最多大時(shí)，打到AD的滿量程值; K=2.5/2.0×10-4 =1.25×104 5.自感傳感器的應(yīng)用自感傳感器電感量計(jì)算公式：L=N202S5.半橋測(cè)量將R2換成應(yīng)變片，且與R1工作在差動(dòng)狀態(tài)，即在應(yīng)力作用下，R1增加為： R1+RR2減小為： R2-R 輸出電壓：按前述原則，選擇R1=R2=R3=R4=R靈敏度提高了1倍，且消除了非線性誤差，也消除了溫度誤差結(jié)論：1）半橋差動(dòng)測(cè)量電路的輸出電壓UO與電阻變化率R/R呈線性變化關(guān)系，無非線性誤差；2）靈敏度Ku是單臂橋測(cè)量電路的兩倍；3）半橋差動(dòng)測(cè)量電路具有溫度補(bǔ)償作用6.全橋測(cè)量電路同樣選擇 R1=R2=R3=

12、R4=RR1=R2=R3=R4=R全橋差動(dòng)測(cè)量電路的靈敏度比半橋差動(dòng)電路有提高了1倍，且沒有非線性誤差，消除了溫度造成的誤差7.用分度號(hào)為K型的熱電測(cè)量溫度，熱電偶分度如下表，在環(huán)境溫度（冷端）為35時(shí)，在未進(jìn)行冷端補(bǔ)償?shù)挠H情況下熱電偶輸出電勢(shì)為9.153mV 35時(shí)對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì) EAB35.0=E40.0-E30.010×5+E30.0=1.612-1.20310×5+1.2031.408補(bǔ)償方法： EABT,0=EABT,Tn+EABTn,0=9.153+1.408=10.56mV查表得溫度為：260 如果EABT,Tn=8.153； EABT,0=EABT,Tn+EA

13、BTn,0=8.153+14.08=9.56mV 溫度：230240 8. 己知電壓前置放大器輸人電阻及總電容分別為，求與壓電加速度計(jì)相配，測(cè)振動(dòng)時(shí)幅值誤差是多少？解：幅值誤差為：相對(duì)誤差為： 9. 一應(yīng)變片的電阻R=120，靈敏系數(shù)k=2.05，用作應(yīng)變?yōu)榈膫鞲性?。求：和?若電源電壓U=3V，初始平衡時(shí)電橋的輸出電壓U0。解： 10. 在以鋼為材料的實(shí)心圓柱形試件上，沿軸線和圓周方向各貼一片電阻為120的金屬應(yīng)變片R1和R2（如圖3-28a所示），把這兩應(yīng)變片接入電橋（見圖3-28b）。若鋼的泊松系數(shù)，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)k =2，電橋電源電壓U=2V，當(dāng)試件受軸向拉伸時(shí)，測(cè)得應(yīng)變片R1的電

14、阻變化值。試求：軸向應(yīng)變；電橋的輸出電壓。圖3-28解：該題條件給的有冗余，利用不同的條件可有兩種解法。從題目已知：=0.285，k=2,R=120,R=0.48,U=2V第一種解法： 依據(jù)公式可得到： 則軸向應(yīng)變?yōu)椋弘姌虻妮敵鲭妷簽椋?.7 一測(cè)量吊車起吊重物的拉力傳感器如圖3-29a所示。R1、R2、R3、R4按要求貼在等截面軸上。已知:等截面軸的截面積為0.00196m2，彈性模量E=2×1011N/m2，泊松比，且R1=R2=R3=R4=120, 所組成的全橋型電路如題圖3-29b所示，供橋電壓U=2V?，F(xiàn)測(cè)得輸出電壓U0=2.6mV。求：等截面軸的縱向應(yīng)變及橫向應(yīng)變?yōu)槎嗌伲?/p>

15、力F為多少？圖3-29解：2.5有一溫度傳感器，微分方程為，其中為輸出電壓（mV) , 為輸入溫度（）。試求該傳感器的時(shí)間常數(shù)和靜態(tài)靈敏度。解：傳遞函數(shù)是輸出輸入函數(shù)在S域（拉普拉斯變換域的比值）對(duì)微分方程兩邊進(jìn)行拉氏變換，得到：傳遞函數(shù)為： 由該傳遞函數(shù)可得出：時(shí)間常數(shù)=10，靈敏度k=0.053.8 已知：有四個(gè)性能完全相同的金屬絲應(yīng)變片（應(yīng)變靈敏系數(shù)）, 將其粘貼在梁式測(cè)力彈性元件上，如圖3-30所示。在距梁端處應(yīng)變計(jì)算公式為設(shè)力，。求：說明是一種什么形式的梁。在梁式測(cè)力彈性元件距梁端處畫出四個(gè)應(yīng)變片粘貼位置，并畫出相應(yīng)的測(cè)量橋路原理圖；求出各應(yīng)變片電阻相對(duì)變化量；當(dāng)橋路電源電壓為6V時(shí)，負(fù)載電阻為無窮大，求橋路輸出電壓