傳感器與測(cè)試技術(shù) 簡(jiǎn)答題

1、C傳感器無(wú)失真檢測(cè)的條件是什么？答：傳感器無(wú)失真檢測(cè)條件是：幅頻特性應(yīng)當(dāng)是常數(shù)（即水平直線）；相頻特性應(yīng)該是線性關(guān)系。傳感器是由哪幾部分組成？各有何功能？答：傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路三部分組成。敏感元件是直接感受被測(cè)物理量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某一種量。轉(zhuǎn)換元件接收敏感元件的輸出并把輸入轉(zhuǎn)換成電路的參量。轉(zhuǎn)換電路把轉(zhuǎn)換元件輸出電路參數(shù)轉(zhuǎn)換成電量輸出。測(cè)定頻響函數(shù)的方法是什么？常用輸入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)有哪幾種？（測(cè)定頻響函數(shù)的方法有哪幾種？）答：確定頻響函數(shù)的方法是以標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸入，測(cè)出其輸山信號(hào)，從而求得需要的特性。輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)有正弦信號(hào)、脈沖信號(hào)和階躍信號(hào)。磁電式傳感器有何優(yōu)點(diǎn)

2、？答：磁電式傳感器直接從被測(cè)物體吸收機(jī)械能并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，且輸出功率大，性能穩(wěn)定，它的工作不需要電源，調(diào)理電路簡(jiǎn)單，由于磁電式傳感器通常具有較高的靈敏度，所以一般不需要高增益放大器。超聲波的波型有幾種？是根據(jù)什么來(lái)分類的？答：超聲波的波型有縱波、橫波、表面波（亦稱瑞利波）、蘭姆波依據(jù)超聲場(chǎng)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)與聲能量傳播方向之間的關(guān)系來(lái)分。常用的超聲波探傷方法有哪些？各有什么特點(diǎn)？答：常用的超聲波探傷法有共振法、穿透法、脈沖反射法等。共振法的特點(diǎn)是：（1）可精確的測(cè)厚，特別適宜測(cè)量薄板及薄壁管；（2）工件表面光潔度要求高，否則不能進(jìn)行測(cè)量。 穿透法具有以下特點(diǎn)：（1）探測(cè)靈敏度較低，不易發(fā)現(xiàn)小缺陷

3、；（2）根據(jù)能量的變化即可判斷有無(wú)缺陷，但不能定位；（3）適宜探測(cè)超聲波衰減大的材料；（4）可避免盲區(qū)，適宜探測(cè)薄板；（5）指示簡(jiǎn)單，便于自動(dòng)探傷；（6）對(duì)兩探頭的相對(duì)距離和位置要求較高。 脈沖反射法的特點(diǎn)是：（1）探測(cè)靈敏度高；（2）能準(zhǔn)確地確定缺陷的位置和深度；（3）可用不同波型探測(cè)，應(yīng)用范圍廣。D電橋是傳感器的常用變換電路，請(qǐng)畫直流電橋與交流電橋的電路圖，并列出各自的平衡條件。答：（1）直流電橋的平衡條件是：R1R3=R2R4（2）交流電橋的平衡條件是：Z1Z3=Z2Z4，Zi=zieji；也可表達(dá)為z1ej1z3ej3=z2ej2z4ej4；即Z1Z3=Z2Z4，1+3=2+4電容傳感

4、器分為變間距型、變面積型和變介電常數(shù)型三種形式，比較這三種傳感器側(cè)位移時(shí)的量程、靈敏度和線性度。答：變間距型電容傳感器的量程小，靈敏度高，輸入被測(cè)量與輸出電容之間的關(guān)系為非線性；變面積型和變介電常數(shù)型量程大，靈敏度低，傳感器的輸入被測(cè)量與輸出電容之間的關(guān)系為線性。G光電傳感器的光譜特性和頻譜特性有何區(qū)別？選用光電元件時(shí)考慮這兩種特性有何意義？答：當(dāng)光敏元件加一定電壓時(shí)，如果照射在光敏元件上的是一單色光，當(dāng)入射光功率不變時(shí)，光電流隨入射光波長(zhǎng)變化而變化的關(guān)系I=f()，稱為光譜特性。光譜特性對(duì)選擇光電器件和光源有重要意義，當(dāng)光電器件的光譜特性與光源的光譜分布協(xié)調(diào)一致時(shí)，光電傳感器的性能較好，效率

5、也高。在檢測(cè)中，應(yīng)選擇最大靈敏度在需要測(cè)量的光譜范圍內(nèi)的光敏元件，才有可能獲得最高靈敏度。在相同的電壓和相同幅值的光強(qiáng)度下，當(dāng)入射光以不同的正弦交變頻率調(diào)，光敏元件輸出的光電流I和靈敏度S隨調(diào)制頻率f 變化的關(guān)系I=f1(f)、S=f2(f)稱為頻率特性。選擇光電器件時(shí)應(yīng)選用響應(yīng)頻率高的元件，以保證測(cè)量時(shí)對(duì)傳感器響應(yīng)時(shí)間的要求。H畫出霍爾鉗形電流表的工作原理圖，并簡(jiǎn)述其工作原理。答：（1）霍爾鉗形電流表的探頭是用環(huán)形鐵芯做的集束器，霍爾器件放在空隙中，由安培定律可知，在載流導(dǎo)體周圍會(huì)產(chǎn)生一正比于該電流的磁場(chǎng)。（2）霍爾元件在磁場(chǎng)中產(chǎn)生的霍爾電勢(shì)：UH=KHIB。電路表中霍爾元件的靈敏度KH、控

6、制電路I為定值?；魻栐敵龅幕魻栯妱?dòng)勢(shì)與磁場(chǎng)成正比，通過對(duì)磁場(chǎng)的測(cè)量可間接測(cè)得電流的大小。畫出測(cè)試系統(tǒng)的組成框圖并說(shuō)明各組成部分的作用。答：傳感器作為測(cè)試系統(tǒng)的第環(huán)節(jié)，將被測(cè)量轉(zhuǎn)化為人們所熟悉的各種信號(hào)，通常傳感器將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；信號(hào)變換部分是對(duì)傳感器所送出的信號(hào)進(jìn)行加于，如信號(hào)的放大、濾波、補(bǔ)償、校正、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換等，經(jīng)過處理使傳感器輸出的信號(hào)便于傳輸、佩示或記錄：顯示與記錄部分將所測(cè)信號(hào)變?yōu)楸阌谌藗兝斫獾男问?，以供人們觀測(cè)和分析。何謂熱電阻式傳感器？常用的熱電阻類型有哪些？答：利用導(dǎo)電材料的電阻率隨本身溫度而變化的溫度電阻效應(yīng)制成的傳感器，稱為熱電阻式傳感器。熱電阻式傳感器的

7、類型包括：鉑熱電阻、銅熱電阻、錳電阻、銦電阻等。何為傳感器的分辨力和閥值？答：分辨力是指?jìng)鞲衅髟谝?guī)定測(cè)量范圍內(nèi)所能檢測(cè)出的被測(cè)輸入量的最小變化量。閥值是能使傳感器輸出端產(chǎn)生可測(cè)變化量的最小被測(cè)輸入量值，即零位附近的分辨力。J簡(jiǎn)述電容式傳感器的工作原理。根據(jù)工作原理，電容式傳感器可分為哪幾種類型？答：兩平行極板組成的電容器，如果不考慮邊緣效應(yīng)，其電容量為C=S/。當(dāng)被測(cè)量的變換使（電容極板間距）、S（電容極板有效面積）或（電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)）任一參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，電容量C也就隨之變化，這就是電容式傳感器的工作原理。電容式傳感器分為三類：變極距（或變間隙型）、變面積型和變介電常數(shù)型。簡(jiǎn)述傳感器

8、的選用原則與設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮的因素。答：傳感器選用原則和應(yīng)考慮的因素：（1）仔細(xì)研究所測(cè)試的信號(hào)，分析測(cè)試環(huán)境和干擾因素。根據(jù)測(cè)試范圍確定選用什么樣的傳感器、確定測(cè)試方法、考慮傳感器的體積被測(cè)位置是否能安下，研究傳感器的來(lái)源、價(jià)格等因素。（2）傳感器的靈敏度、頻率響應(yīng)特性、穩(wěn)定性、精度。設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮的因素：靈敏度、精準(zhǔn)度、響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性、測(cè)量方式、各環(huán)節(jié)之間的配合、并盡量兼顧體積下、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于維修、價(jià)格便宜、便于攜帶、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化等一系列因素。簡(jiǎn)述電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)。答：電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性好；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)；動(dòng)態(tài)響應(yīng)好；町以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，

9、具有平均效應(yīng)；靈敏度、分辨力高。接近開關(guān)有哪些？選擇接近開關(guān)應(yīng)考慮哪些因素？答：（1）接近開關(guān)有渦流式、電容式、霍爾式、光電式、熱釋電，以及利用多普勒效應(yīng)制成的超聲波、微波接近開關(guān)。（2）選擇接近開關(guān)應(yīng)考慮應(yīng)用對(duì)象、重復(fù)定位精度、開關(guān)頻率、負(fù)載接法、動(dòng)作差程、以及工作電壓范圍、負(fù)載電流大小、工作溫度范圍、動(dòng)作距離、通態(tài)壓降、以及斷態(tài)漏流等。 金屬應(yīng)變片有哪些類型？答：電阻絲應(yīng)變片和金屬箔式應(yīng)變片。激光干涉?zhèn)鞲衅鞯淖饔檬菧y(cè)量長(zhǎng)度，其基本原理就是光的干涉原理，測(cè)量精度高、分辨力高。如圖所示是邁克爾遜雙光束干涉系統(tǒng)，圖中S是光源，B是分光鏡，M1是固定反射鏡，M2是可動(dòng)反射鏡，P是觀察屏處，試介紹其

10、工作原理。答：來(lái)自光源S的光經(jīng)半反半透分光鏡B后分成兩路，一路由固定反射鏡M1反射，另一路經(jīng)可動(dòng)反射鏡M2和B反射，在觀察屏P處相遇產(chǎn)生干涉。當(dāng)M2每移動(dòng)半個(gè)光波波長(zhǎng)時(shí)，干涉條紋亮暗變化一次，因此被測(cè)長(zhǎng)度為x=N 0/2n。式中，x-被測(cè)長(zhǎng)度；N干涉條紋亮暗變化次數(shù)；0真空中光波波長(zhǎng)；n空氣折射率。 L兩金屬應(yīng)變片R1和R2阻值均為120，靈敏度系數(shù)k=2；兩應(yīng)變片一受拉，另一受壓，應(yīng)變均為1000。兩者接入直流電橋組成半橋雙臂工作電橋，電源電壓U=5V。求1) R和R/R；2) 電橋的輸出電壓Uo。答：靈敏度系數(shù)k=R/（R）=2應(yīng)變均為1000，即=0.001則R/R=2=0.002，R=

11、0.002R=0.002×120=0.24電橋輸出電壓U0=U（R1+R)/(R1+R+R2+R)+U/2=0.005V螺管型電感傳感器與變氣隙型電感傳感器各有何優(yōu)點(diǎn)？答：（1）變氣隙型電感傳感器靈敏度高，因而它對(duì)電路的放大倍數(shù)要求低。它的主要缺點(diǎn)是非線性嚴(yán)重，為了減少非線性，量程就必須限制在較小范圍內(nèi)，通常為氣隙0的1/5以下，同時(shí)，這種傳感器裝配制造困難。（2）螺管型電感傳感器靈敏度低，但量程大，線性度較好，制造裝配方便，批量生產(chǎn)的互換性強(qiáng)。N粘貼到試件上的電阻應(yīng)變片，環(huán)境溫度變化會(huì)引起電阻的相對(duì)變化，產(chǎn)生虛假應(yīng)變，這種現(xiàn)象稱為溫度效應(yīng)，簡(jiǎn)述產(chǎn)生這種效應(yīng)的原因。答：環(huán)境溫度變化時(shí)

12、，由于敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)的存在，引起應(yīng)變片電阻相對(duì)變化；環(huán)境溫度變化時(shí)，敏感柵材料和試件材料的膨脹系數(shù)不同，應(yīng)變片產(chǎn)生附加的拉長(zhǎng)(或壓縮)，引起電阻的相對(duì)變化。Q請(qǐng)畫出兩種霍爾元件的驅(qū)動(dòng)電路，簡(jiǎn)述其優(yōu)缺點(diǎn)。答： 對(duì)霍爾元件可采用恒流驅(qū)動(dòng)或恒壓驅(qū)動(dòng)，恒壓驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，但性能較差，隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度增加，線性變化壞，僅用于精度要求不太高的場(chǎng)合；恒流驅(qū)動(dòng)線性度高，精度高，受溫度影響小。兩種驅(qū)動(dòng)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)工作要求確定驅(qū)動(dòng)方式。R如圖所示是兩種光電轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理，試介紹其工作原理。答： 反射型光電轉(zhuǎn)速傳感器在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上沿軸向均勻涂上黑白相間條紋。光源發(fā)出的光照在電機(jī)軸上再反射到光敏

13、元件上。由于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電機(jī)軸上反光面和不反光面交替出現(xiàn)所以光敏元件間斷地接收光的反射信號(hào)輸出相應(yīng)的電脈沖。電脈沖經(jīng)放大整形電路變換為方波根據(jù)方波的頻率就可測(cè)得電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 直射型光電轉(zhuǎn)速傳感器在電機(jī)軸上裝有帶孔的圓盤，圓盤的一邊設(shè)置光源，另一邊放置光電元件。當(dāng)光線通過圓盤上的孔時(shí)，光電元件產(chǎn)生一個(gè)電脈沖。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓盤隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，光電元件就產(chǎn)生一列與轉(zhuǎn)速及圓盤上的孔數(shù)成正比的電脈沖數(shù)，由此可測(cè)得電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 電機(jī)的轉(zhuǎn)速n為 n60fN，式中，N圓盤的孔數(shù)或白條紋的條數(shù)；F電脈沖的頻率。如圖所示是電容式差壓傳感器結(jié)構(gòu)示意圖及其轉(zhuǎn)換電路，圖中1為玻璃盤，2為鍍金層，3為金屬膜片，試介紹其工作原理

14、。答：電容式差壓傳感器由兩個(gè)玻璃盤和一個(gè)金屬膜片組成。兩個(gè)玻璃圓盤上凹盤上面各鍍以金作為電容傳感器的兩個(gè)固定電極，夾在兩凹盤中的膜片則為傳感器的可動(dòng)電極。當(dāng)兩邊壓力相等時(shí)，膜片處在中間位置與左、右固定電極間距相等，轉(zhuǎn)換電路輸出U0=0；當(dāng)P1>P2（或P2>P1）時(shí)，膜片彎向右側(cè)（或左側(cè))，Cdb<Cab（或Cab<Cdb），U0輸出與|P1-P2|成比例的信號(hào)。如圖所示結(jié)構(gòu)可用于轉(zhuǎn)速測(cè)量,由導(dǎo)磁材料制成的齒輪安裝在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上，與轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)。簡(jiǎn)述其工作原理。答：如圖所示是一種開磁路變磁通式傳感器的結(jié)構(gòu)，齒輪安裝在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上，與轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每轉(zhuǎn)過一個(gè)齒，

15、磁路的磁阻就變化一次，因而磁通量也變化一次，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化頻率等于齒輪和轉(zhuǎn)速的乘積，由此可求得轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。如圖所示是帶有等位環(huán)的平板電容器結(jié)構(gòu)原理圖，請(qǐng)介紹等位環(huán)的作用。答：使電極2的邊緣電力線平直，兩電極間的電場(chǎng)基本均勻，消除和減少邊緣效應(yīng)，提高電容式傳感器的靈敏度和線性度。如圖所示是超聲波液位計(jì)的原理圖，簡(jiǎn)述其工作原理。答：如圖所示是自發(fā)自收單換能器方式，換能器安裝在最高液位之上的空氣或氣體中，超聲換能器發(fā)出的超聲脈沖在氣體中從換能器傳至液面，反射后再?gòu)囊好娣祷赝粨Q能器而被接收。如換能器至液面的垂直距離為L(zhǎng)，從發(fā)到收經(jīng)過的時(shí)間為t，超聲波在氣體中的傳播速

16、度為c，則L=（1/2）ct。如圖所示是PSD光學(xué)三角法測(cè)距系統(tǒng)的工作原理圖，光源發(fā)出的光經(jīng)過凸鏡L1聚焦后投向待測(cè)物體的表面。反射光由透鏡L2聚焦到一維PSD上，形成一個(gè)光點(diǎn)。令透鏡L1與L2間的中心距離為b，透鏡L2到PSD表面之間的距離（即透鏡L2的焦距）為f，聚焦在PSD表面的光點(diǎn)距離透鏡L2中心的距離為x，求待測(cè)距離D的值。答：光源發(fā)出的光經(jīng)透鏡L1聚焦后投向待側(cè)體的表面，反射光由透鏡L2聚焦到一維PSD上，形成一個(gè)光點(diǎn)。只要測(cè)出PSD的光點(diǎn)位置坐標(biāo)x的值，即可測(cè)出待側(cè)體的距離。若透鏡L1與L2間的中心距離為b，透鏡L2到PSD表面之間的距離為f，聚焦在PSD表面的光點(diǎn)距離透鏡L2中

17、心的距離為x，則根據(jù)相似三角形的性質(zhì)，可得出待測(cè)距離D為：D=bf/x。如何用磁電式傳感器測(cè)量位移和加速度？答：當(dāng)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)和磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度確定后，磁電式傳感器的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e與線圈相對(duì)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)速度v或w成正比，可通過磁電式傳感器感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e求得線速度和角速度，再對(duì)測(cè)得的速度進(jìn)行積分或微分就可求出位移和加速度。S什么是金屬應(yīng)變片的橫向效應(yīng)？答：沿應(yīng)變片軸向的應(yīng)變X，必然引起應(yīng)變片電阻的相對(duì)變化，而沿垂直于應(yīng)變片軸向的橫向應(yīng)變X也會(huì)引起其電阻的相對(duì)變化，這種現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)。什么是傳感器？畫出其組成框圖并介紹各個(gè)環(huán)節(jié)的功能。答：傳感器是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系，以

18、便于精確處理的另外一種量的測(cè)量裝置或系統(tǒng)。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路三部分組成。敏感元件直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量構(gòu)成有確定關(guān)系的某一種量；轉(zhuǎn)換元件把敏感元件的輸出量轉(zhuǎn)換成電路參量（電阻、電容、電感）；轉(zhuǎn)換電路將轉(zhuǎn)換元件輸出的電路參數(shù)轉(zhuǎn)換成電量輸出。什么是傳感器的動(dòng)態(tài)特性？答：傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。什么叫渦流效應(yīng)？答：當(dāng)一塊金屬導(dǎo)體放置在一變化的磁場(chǎng)小，導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流像水中旋渦那樣在導(dǎo)體內(nèi)轉(zhuǎn)囤，所以稱之為電渦流或渦流。這種現(xiàn)象就稱為渦流效應(yīng)。T圖示是BYM型壓力傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖。彈簧管1的自由端與差動(dòng)式電感傳感器銜鐵2相連，銜鐵2位于傳感器兩差動(dòng)線圈5和6的中間位置。試介紹其工作原理。答：（1）線圈和銜鐵構(gòu)成差動(dòng)變氣隙自感式電感傳感器，當(dāng)壓力P發(fā)生變化時(shí)，彈簧管1的自由端產(chǎn)生位移，使銜鐵2產(chǎn)生移動(dòng)，使兩差動(dòng)線圈5和6的電感值一個(gè)增加，一個(gè)減少。 （2）銜鐵位移的大小決定傳感器輸出信號(hào)的大小，銜鐵