《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》習(xí)題集7及答案

傳感器與檢測(cè)技術(shù)習(xí)題7

一、簡(jiǎn)答題（30分，6分/題）

1、傳感器的定義和組成框圖？畫出自動(dòng)控制系統(tǒng)原理框圖

并指明傳感器在系統(tǒng)中的位置和作用。

2、從傳感器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性考慮，詳述如何選用傳

感器。

3、直流電橋和交流電橋有何區(qū)別？直流電橋的平衡條件是

什么？應(yīng)變片式電阻傳感器、自感式、互感式、渦流式、電容式、

熱電阻式傳感器分別可采用哪種電橋作為測(cè)量電路？

4、光電效應(yīng)可分為哪三種類型，簡(jiǎn)單說(shuō)明其原理并分別列

出以之為基礎(chǔ)的光電傳感器。

5、光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的原理是什么？按其傳輸模式分為哪兩種

類型？并分別指出對(duì)應(yīng)類型光纖傳感器的典型光源。

二、計(jì)算題（20分，10分/題）

1、設(shè)6次測(cè)量某物體的長(zhǎng)度，其測(cè)量的結(jié)果分別為：9.8

10.010.19.910.215厘米，若忽略粗大誤差和系統(tǒng)誤差，

試求在99.73%的置信概率下，對(duì)被測(cè)物體長(zhǎng)度的最小估計(jì)區(qū)間。

2、測(cè)得某檢測(cè)裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下:

X0.92.53.34.55.76.7

y1.11.62.63.24.05.0

試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度。

三、分析/證明題（32分，8分/題）

1、壓電式傳感器更適用于靜態(tài)測(cè)量，此觀點(diǎn)是否正確，分

析原因。

2、熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)由哪幾種電勢(shì)組成，試證明熱電偶

的標(biāo)準(zhǔn)電極定律。

3、固態(tài)圖象傳感器的分辨率由什么因素決定？某海關(guān)欲采

用固態(tài)圖象傳感器為核心的圖象識(shí)別系統(tǒng)，但是安裝適用后發(fā)現(xiàn)

顯示的圖象清晰度和準(zhǔn)確度不能令人滿意，請(qǐng)從固態(tài)圖象傳感器

的原理進(jìn)行分析，從哪幾方面考慮重新選型？

4、為什么要對(duì)應(yīng)變片式電阻傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，分析說(shuō)

明該類型傳感器溫度誤差補(bǔ)償方法。

四、設(shè)計(jì)/綜述題（18分）

根據(jù)你所掌握的智能傳感器的相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)一套測(cè)溫智能

傳感器，測(cè)溫范圍為-10—40℃,要求精度達(dá)到0.05℃,寫出詳

細(xì)設(shè)計(jì)步驟：具備的功能；選用的器件和硬件電路，并用原理框

圖表示（器件型號(hào)不明，說(shuō)明其須具有的功能）；相應(yīng)的數(shù)據(jù)處

理過程和軟件功能；你所設(shè)計(jì)的智能傳感器還有哪些尚可完善的

功能。

傳感器與檢測(cè)技術(shù)習(xí)題7答案

一、簡(jiǎn)答題（30分，6分/題）

1、傳感器的定義和組成框圖？畫出自動(dòng)控制系統(tǒng)原理框圖

并指明傳感器在系統(tǒng)中的位置和作用。

答：傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可

用輸出信號(hào)的器件或裝置傳感器。通常由直接響應(yīng)于被測(cè)量的敏

感元件和產(chǎn)生可用信號(hào)輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)

換電路組成。

傳感器處于研究對(duì)象與測(cè)試系統(tǒng)的接口位置，即檢測(cè)與控制

之首。傳感器是感知、獲取與檢測(cè)信息的窗口，一切科學(xué)研究與

自動(dòng)化生產(chǎn)過程要獲取的信息都要通過傳感器獲取并通過它轉(zhuǎn)

換成容易傳輸與處理的電信號(hào)，其作用與地位特別重要。

2、從傳感器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性考慮，詳述如何選用傳

感器。

答：考慮傳感器的靜態(tài)特性的主要指標(biāo)，選用線性度大、遲

滯小、重復(fù)性好、分辨力強(qiáng)、穩(wěn)定性高、抗干擾穩(wěn)定性高的傳感

器?？紤]動(dòng)態(tài)特性，所選的傳感器應(yīng)能很好的追隨輸入量的快速

變化，即具有很短的暫態(tài)響應(yīng)時(shí)間或者應(yīng)具有很寬的頻率響應(yīng)特

性。

3、直流電橋和交流電橋有何區(qū)別？直流電橋的平衡條件是

什么？應(yīng)變片式電阻傳感器、自感式、互感式、渦流式、電容式、

熱電阻式傳感器分別可采用哪種電橋作為測(cè)量電路？

答：根據(jù)電源不同分為直流和交流電橋。直流電橋優(yōu)點(diǎn)：高

穩(wěn)定度直流電源容易獲得，電橋平衡電路簡(jiǎn)單，傳感器至測(cè)量?jī)x

表的連接導(dǎo)線分布參數(shù)影響小。但是后續(xù)要采用直流放大器，容

易產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，線路也較復(fù)雜。交流電橋在這些方面都有改進(jìn)。

直流電橋平衡條件：R/R2=R3/R4,R）R4=R2R3O

4、光電效應(yīng)可分為哪三種類型，簡(jiǎn)單說(shuō)明其原理并分別列

出以之為基礎(chǔ)的光電傳感器。

答：當(dāng)用光照射物體時(shí)，物體受到一連串具有能量的光子的

轟擊，于是物體材料中的電子吸收光子能量而發(fā)生相應(yīng)的電效應(yīng)

（如電阻率變化、發(fā)射電子或產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)等）。這種現(xiàn)象稱為光

電效應(yīng)。光電傳感器的工作原理是基于物質(zhì)的光電效應(yīng)，目前所

利用的光電效應(yīng)大致有三大類：第一類是利用在光線作用下材料

中電子溢出表面的現(xiàn)象，即外光電效應(yīng)，光電管以及光電倍增管

傳感器屬于這一類；第二類是利用在光線作用下材料電阻率發(fā)生

改變的現(xiàn)象，即內(nèi)光電效應(yīng)。光敏電阻傳感器屬于這一類。第三

類是利用在光線作用下光勢(shì)壘現(xiàn)象，即光生伏特效應(yīng)，光敏二極

管及光敏三極管傳感器屬于這一類。

5、光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的原理是什么？按其傳輸模式分為哪兩種

類型？并分別指出對(duì)應(yīng)類型光纖傳感器的典型光源。

答：光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射，當(dāng)射入的光線的

入射角大于纖維包層間的臨界角時(shí)，就會(huì)在光纖的接口上產(chǎn)生全

內(nèi)反射，并在光纖內(nèi)部以后的角度反復(fù)逐次反射，直至傳遞到另

一端面。按其傳輸模式分為單模和多模

二、計(jì)算題（20分，10分/題）

1、設(shè)6次測(cè)量某物體的長(zhǎng)度，其測(cè)量的結(jié)果分別為：9.8

10.010.19.910.215厘米，若忽略粗大誤差和系統(tǒng)誤差，

試求在99.73%的置信概率下，對(duì)被測(cè)物體長(zhǎng)度的最小估計(jì)區(qū)間。

解：《」”9.8+10.0+KM+9.9+。%。

〃占'5

分別為-0.200.1-0.10.2

G[x-3dx+3Q]=[9.52,10.48]

2、測(cè)得某檢測(cè)裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下:

X0.92.53.34.55.76.7

Y1.11.62.63.24.05.0

試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度。

解：y=kx+h

△t=y「（kxt+b）

上二期M-Zr陽(yáng)

一位:再2Ts^）2

力_上一斗冽州）

〃當(dāng)2_（當(dāng)）2

代入數(shù)據(jù)求得k=0.688=0.25

**?y=0.68x+0.25

A,=0.238A2=-0.35A.=-0.16

A4=—0.11A5=—0.126A6=—0.194

=±^=^xl00%=±—=±7%

yps5

擬合直線靈敏度k=0.68,線性度土7%

三、分析/證明題（32分，8分/題）

1、壓電式傳感器更適用于靜態(tài)測(cè)量，此觀點(diǎn)是否正確，分

析原因。

答：不正確。其工作原理是基于壓電材料的壓電效應(yīng)，具有

使用頻率寬，靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、測(cè)量

范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，因此在壓力沖擊和震動(dòng)等動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試中是主要

的傳感器品種，它可以把加速度、位移、壓力、溫度、濕度等許

多非電量轉(zhuǎn)換為電量。

2、熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)由哪幾種電勢(shì)組成，試證明熱電偶

的標(biāo)準(zhǔn)電極定律。

答：①熱電動(dòng)勢(shì)：兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A、B

串接成一個(gè)閉合回路，并使兩個(gè)結(jié)點(diǎn)處于不同的溫度下，那么回

路中就會(huì)存在熱電勢(shì)。因而有電流產(chǎn)生相應(yīng)的熱電勢(shì)稱為溫差電

勢(shì)或塞貝克電勢(shì)，通稱熱電勢(shì)。

②接觸電動(dòng)勢(shì)：接觸電勢(shì)是由兩種不同導(dǎo)體的自由電子，

其密度不同而在接觸處形成的熱電勢(shì)。它的大小取決于兩導(dǎo)體的

性質(zhì)及接觸點(diǎn)的溫度，而與導(dǎo)體的形狀和尺寸無(wú)關(guān)。

③溫差電動(dòng)勢(shì)：是在同一根導(dǎo)體中，由于兩端溫度不同而產(chǎn)

生的一種電勢(shì)。

3、固態(tài)圖象傳感器的分辨率由什么因素決定？某海關(guān)欲采

用固態(tài)圖象傳感器為核心的圖象識(shí)別系統(tǒng)，但是安裝適用后發(fā)現(xiàn)

顯示的圖