傳感器與自動檢測技術(shù) 試卷及答案 試題三

第5頁共5頁傳感器與自動檢測技術(shù)仿真試題三試卷一（閉卷）（考試時間90分鐘，總分80分） 題號一二三總分分數(shù)評卷人單項選擇題（本大題共10小題，每小題2分，共20分）在每小題列出的四個選項中只有一個選項是符合題目要求的，請將正確選項前的字母填在題后的括號內(nèi)。錯選、多選和未選均不得分。1、傳感技術(shù)與信息學(xué)科緊密相連，是（）和自動轉(zhuǎn)換技術(shù)的總稱。A.自動調(diào)節(jié)B.自動測量C.自動檢測D.信息獲取2、下列測量方法屬于組合測量的是（）。A.用電流表測量電路的電流B.用彈簧管壓力表測量壓力C.用電壓表和電流表測量功率D.用電阻值與溫度關(guān)系測量電阻溫度系數(shù)3、傳感器的靜態(tài)特性，是指當(dāng)傳感器輸入、輸出不隨()變化時，其輸出-輸入的特性。A.時間B.被測量C.環(huán)境D.地理位置4、已知某溫度傳感器為時間常數(shù)秒的一階系統(tǒng)，當(dāng)受到突變溫度作用后，傳感器輸出指示溫差的三分之一所需的時間為（）秒A．3B．1C．1.2D．1/35、利用相鄰雙臂橋檢測的應(yīng)變式傳感器，為使其靈敏度高、非線性誤差小（）。A．兩個橋臂都應(yīng)當(dāng)用大電阻值工作應(yīng)變片B．兩個橋臂都應(yīng)當(dāng)用兩個工作應(yīng)變片串聯(lián)C．兩個橋臂應(yīng)當(dāng)分別用應(yīng)變量變化相反的工作應(yīng)變片D．兩個橋臂應(yīng)當(dāng)分別用應(yīng)變量變化相同的工作應(yīng)變片6、下列說法正確的是（）。A.差動整流電路可以消除零點殘余電壓，但不能判斷銜鐵的位置。B.差動整流電路可以判斷銜鐵的位置，但不能判斷運動的方向。C.相敏檢波電路可以判斷位移的大小，但不能判斷位移的方向。D.相敏檢波電路可以判斷位移的大小，也可以判斷位移的方向。7、下列對紅外傳感器的描述錯誤的是（）。A.紅外輻射是一種人眼不可見的光線B.紅外線的波長范圍大致在0.76~1000μm之間C.紅外線是電磁波的一種形式，但不具備反射、折射特性D.紅外傳感器是利用紅外輻射實現(xiàn)相關(guān)物理量測量的一種傳感器。8、微波傳感器測量物體含水量主要利用下述微波的哪一個特點（）A.微波波長很短，頻率很高B.水對微波的反射作用很強C.微波的傳輸特性很好D.水對微波的吸收作用很強9、在理想介質(zhì)中，超聲波的衰減來自于超聲波的（）。A.擴散B.散射C.吸收D.投射10、半導(dǎo)體氣體傳感器，是利用半導(dǎo)體氣敏元件同氣體接觸，造成（）發(fā)生變化，借此檢測特定氣體的成分及其濃度。A.半導(dǎo)體電阻B.半導(dǎo)體上電流C.半導(dǎo)體上電壓D.半導(dǎo)體性質(zhì)二、簡答題（本大題共5小題，每小題6分，共30分）1、解釋什么是傳感器？傳感器的基本組成包括哪兩大部分？這兩大部分各自起什么作用？2、什么叫正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)？什么叫縱向壓電效應(yīng)和橫向壓電效應(yīng)？3、霍爾元件能夠測量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電勢的概念是什么？溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？4、試述熱電偶與熱電阻的基本測溫原理。5、簡述什么是光電導(dǎo)效應(yīng)？光生伏特效應(yīng)？外光電效應(yīng)？這些光電效應(yīng)的典型光電器件各自有哪些？三、分析計算題（本大題共3小題，每小題10分，共30分）注意：自動化、電氣專業(yè)的學(xué)生第1小題必做，并從第2－4小題中選做兩個小題；測控專業(yè)的學(xué)生在4個小題中任選3個小題。1、試求下列一組數(shù)據(jù)的各種線性度：端點線性度；最小二乘線性度。x12345y2.204.005.987.9010.102、如下圖所示為一簡單電感式傳感器。尺寸已示于圖中。磁路取為中心磁路，不計漏磁，設(shè)鐵心及銜鐵的相對磁導(dǎo)率為104，空氣的相對磁導(dǎo)率為1，真空的磁導(dǎo)率為4л×10－7H·m-1，試計算氣隙長度為零及為2mm時的電感量。（圖中所注尺寸單位均為mm）3030302200匝152010603、一個用于位移測量的電容式傳感器，兩個極板是邊長為5cm的正方形，間距為1mm，氣隙中恰好放置一個邊長5cm、厚度1mm、相對介電常數(shù)為4的正方形介質(zhì)板，該介質(zhì)板可在氣隙中自由滑動。試計算當(dāng)輸入位移（即介質(zhì)板向某一方向移出極板相互覆蓋部分的距離）分別為0.0cm、2.5cm、5.0cm時，該傳感器的輸出電容值各為多少？4、若某光柵的柵線密度為50線/mm，主光柵與指標光柵之間夾角。求：(1)求其形成的莫爾條紋間距是多少?(2)若采用四只光敏二極管接收莫爾條紋信號，并且光敏二極管響應(yīng)時間為，問此時光柵允許最快的運動速度是多少?試卷二（開卷）（考試時間30分鐘，總分20分）題號評卷人得分綜合設(shè)計分析題綜合設(shè)計分析題（本大題共20分）ttR2,R4R1,R3Flx如上圖所示為一懸臂梁式測力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，在其中部的上、下兩面各貼兩片電阻應(yīng)變片。已知彈性元件各參數(shù)分別為：；；；；；電阻應(yīng)變片靈敏度系數(shù)，且初始電阻阻值（在外力為0時）均為。（1）設(shè)計適當(dāng)?shù)臏y量電路，畫出相應(yīng)電路圖；（2）分析說明該傳感器測力的工作原理（配合所設(shè)計的測量電路）；（3）當(dāng)懸臂梁一端受一向下的外力作用時，試求此時四個應(yīng)變片的電阻值（提示：）；（4）若橋路供電電壓為直流10v時，計算傳感器的輸出電壓及其非線性誤差。傳感器與自動檢測技術(shù)仿真試題三參考答案試卷一一、單項選擇題（本大題共10小題，每小題2分，共20分）在每小題列出的四個選項中只有一個選項是符合題目要求的，請將正確選項前的字母填在題后的括號內(nèi)。錯選、多選和未選均不得分。1、C2、D3、A4、C5、C6、D7、C8、D9、A10、D二、簡答題（本大題共5小題，每小題6分，共30分）1、解釋什么是傳感器？傳感器的基本組成包括哪兩大部分？這兩大部分各自起什么作用？答：傳感器是能感受被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。傳感器的基本組成包括敏感元件和轉(zhuǎn)換元件兩部分。敏感元件是傳感器中能直接感受（或響應(yīng)）被測信息（非電量）的元件，起檢測作用。轉(zhuǎn)換元件則是指傳感器中能將敏感元件的感受（或響應(yīng)）信息轉(zhuǎn)換為電信號的部分，起轉(zhuǎn)換作用。2、什么叫正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)？什么叫縱向壓電效應(yīng)和橫向壓電效應(yīng)？答：正壓電效益就是對某些電介質(zhì)沿一定方向施以外力使其變形時，其內(nèi)部將產(chǎn)生極化現(xiàn)象而使其出現(xiàn)電荷集聚的現(xiàn)象。當(dāng)在片狀壓電材料的兩個電極面上加上交流電壓，那么壓電片將產(chǎn)生機械振動，即壓電片在電極方向上產(chǎn)生伸縮變形，壓電材料的這種現(xiàn)象稱為電致伸縮效應(yīng)，也稱為逆壓電效應(yīng)。沿石英晶體的x軸（電軸）方向受力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”。沿石英晶體的y軸（機械軸）方向受力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”。3、霍爾元件能夠測量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電勢的概念是什么？溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？答：a.霍爾元件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動、轉(zhuǎn)速等。b.霍爾組件的不等位電勢是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無外加磁場時，兩輸出電極之間的空載電勢，可用輸出的電壓表示。c.溫度補償方法：分流電阻法：適用于恒流源供給控制電流的情況。電橋補償法。4、試述熱電偶與熱電阻的基本測溫原理。答：熱電偶測溫基本原理：熱電偶測溫是基于熱電效應(yīng)的基本原理。根據(jù)熱電效應(yīng)，任何兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路，如果將它們的兩個接點分別置于溫度不同的熱源中，則在該回路中會產(chǎn)生熱電動勢，在一定條件下，產(chǎn)生的熱電動勢與被測溫度成單值函數(shù)關(guān)系。因此，我們只需測得熱電動勢值，就可間接獲得被測溫度。熱電阻測溫基本原理：熱電阻測溫是基于熱效應(yīng)的基本原理。所謂熱效應(yīng)，就是金屬導(dǎo)體的阻值會隨溫度的升高而增加或減小的現(xiàn)象。因此，我們只需測得金屬導(dǎo)體電阻的變化就可間接獲得被測溫度。5、簡述什么是光電導(dǎo)效應(yīng)？光生伏特效應(yīng)？外光電效應(yīng)？這些光電效應(yīng)的典型光電器件各自有哪些？答：光電導(dǎo)效應(yīng)是指在光線作用下，半導(dǎo)體材料吸收入射光子的能量，如果入射光子的能量大于或等于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，將激發(fā)出電子－空穴對，使載流子濃度增加，導(dǎo)電性增加，阻值降低的現(xiàn)象，如光敏電阻。光生伏特效應(yīng)是指在光線作用下，能使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象，如光電池。外光電效應(yīng)是指在光線作用下，能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象，如光電管（光電二極管、光電晶體管）、倍增管。三、分析計算題（本大題共3小題，每小題10分，共30分）注意：自動化、電氣專業(yè)的學(xué)生第1小題必做，并從第2－4小題中選做兩個小題；測控專業(yè)的學(xué)生在4個小題中任選3個小題。1、試求下列一組數(shù)據(jù)的各種線性度：端點線性度；最小二乘線性度。x12345y2.204.005.987.9010.10解：①端點線性度：設(shè)擬合直線為：，根據(jù)兩個端點(1,2.20)和(5,10.10)，則擬合直線斜率∴∴∴端點擬合直線為x12345y實際2.204.005.987.9010.10y理論2.204.1756.158.12510.10Δ=y實際-y理論0-0.175-0.17-0.2250∴∴②最小二乘線性度：設(shè)擬合直線方程為由已知輸入輸出數(shù)據(jù)，根據(jù)最小二乘法，有：，，∴∵∴方程有解∴∴，∴擬合直線為∴輸入:12345輸出:2.204.005.987.9010.10理論值:2.0964.0666.0368.0069.976:0.1040.0660.0560.1060.124∴∴非線性誤差為：2、如下圖所示為一簡單電感式傳感器。尺寸已示于圖中。磁路取為中心磁路，不計漏磁，設(shè)鐵心及銜鐵的相對磁導(dǎo)率為104，空氣的相對磁導(dǎo)率為1，真空的磁導(dǎo)率為4л×10－7H·m-1，試計算氣隙長度為零及為2mm時的電感量。（圖中所注尺寸單位均為mm）3030302200匝15201060解：∵，∴又∵，，∴當(dāng)時，當(dāng)時，3、一個用于位移測量的電容式傳感器，兩個極板是邊長為5cm的正方形，間距為1mm，氣隙中恰好放置一個邊長5cm、厚度1mm、相對介電常數(shù)為4的正方形介質(zhì)板，該介質(zhì)板可在氣隙中自由滑動。試計算當(dāng)輸入位移（即介質(zhì)板向某一方向移出極板相互覆蓋部分的距離）分別為0.0cm、2.5cm、5.0cm時，該傳感器的輸出電容值各為多少？解：（1）0.0cm時：（2）2.5cm時：（3）5.0cm時：4、若某光柵的柵線密度為50線/mm，主光柵與指標光柵之間夾角。求：(1)求其形成的莫爾條紋間距是多少?(2)若采用四只光敏二極管接收莫爾條紋信號，并且光敏二極管響應(yīng)時間為，問此時光柵允許最快的運動速度是多少?解：(1)由光柵密度50線/mm，可知其光柵柵距根據(jù)公式可求莫爾條紋間距，式中為主光柵與指標光柵夾角，得(2)光柵運動速度與光敏二極管響應(yīng)時間成反比，即所以最大允許速度為。試卷二綜合設(shè)計分析題（本大題共20分）。ttR2,R4R1,R3Flx如上圖所示為一懸臂梁式測力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，在其中部的上、下兩面各貼兩片電阻應(yīng)變片。已知彈性元件各參數(shù)分別為：；；；；；電阻應(yīng)變片靈敏度系數(shù)，且初始電阻阻值（在外力為0時）均為。（1）設(shè)計適當(dāng)?shù)臏y量電路，畫出相應(yīng)電路圖；（2）分析說明該傳感器測力的工作原理（配合所設(shè)計的測量電路）；（3）當(dāng)懸臂梁一端受一向下的外力作用時，試求此時四個應(yīng)變片的電阻值（提示：）；（4）若橋路供電電壓為直流10v時，計算傳感器的輸出電壓及其非線性誤差。