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传感器技术与应用第3版习题答案

《传感器技术与应用第3版》习题参考答案

习题1

1.什么叫传感器？它由哪几部分组成？

答：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器通常由敏感元件和转换元件组成。其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。

2. 传感器在自动测控系统中起什么作用？

答：自动检测和自动控制技术是人们对事物的规律定性了解、定量分析预期效果所从事的一系列技术措施。自动测控系统是完成这一系列技术措施之一的装置。一个完整的自动测控系统，一般由传感器、测量电路、显示记录装置或调节执行装置、电源四部分组成。传感器的作用是对通常是非电量的原始信息进行精确可靠的捕获和转换为电量，提供给测量电路处理。

3. 传感器分类有哪几种？各有什么优、缺点？

答：传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测输入量来分，如温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等；另一种是按传感器的工作原理来分，如电学式传感器、磁学式传感器、光电式传感器、电势型传感器、电荷传感器、半导体传感器、谐振式传感器、电化学式传感器等。还有按能量的关系分类，即将传感器分为有源传感器和无源传感器；按输出信号的性质分类，即将传感器分为模拟式传感器和数字式传感器。

按被测输入量分类的优点是比较明确地表达了传感器的用途，便于使用者根据其用途选用；缺点是没有区分每种传感器在转换机理上有何共性和差异，不便使用者掌握其基本原理及分析方法。

按工作原理分类的优点是对传感器的工作原理比较清楚，有利于专业人员对传感器的深入研究分析；缺点是不便于使用者根据用途选用。

4. 什么是传感器的静态特性？它由哪些技术指标描述？

答：传感器测量静态量时表现的输入、输出量的对应关系为静态特性。它有线性度、灵敏度、重复性、迟滞现象、分辨力、稳定性、漂移等技术指标。

5. 为什么传感器要有良好的动态特性？什么是阶跃响应法和频率响应法？

答：在动态（快速变化）的输入信号情况下，要求传感器能迅速准确地响应和再现被测信号的变化。因此，需要传感器具有良好的动态特性。

测试和检验传感器的动态特性有瞬态响应法和频率响应法。阶跃响应法即瞬态响应法，是给传感器输入一个单位阶跃函数的被测量，测量其输出特性。动态特性优良的传感器的输出特性应该上升沿陡，顶部平直。

频率响应法是给传感器输入各种频率不同而幅值相同，初相位为零的正弦函数的被测量，测量其输出的正弦函数输出量的幅值和相位与频率的关系。动态特性优良的传感器，输出的正弦函数输出量的幅值对于各频率是相同的，相位与各频率成线性关系。

6. 传感器的性能指标有哪些？设计、制造传感器时应如何考虑？试举例说明？

答：传感器有基本参数指标，例如量程、灵敏度、精度以及动态特性的频率特性、上升时间、过冲量等；有环境参数指标，例如温度、气压、湿度等；有可靠性指标，例如寿命、平均无故障时间、绝缘电阻、耐压等；还有供电方式、外形尺寸、重量、安装方式等性能指标。

在设计、制造传感器时应根据实际的需要与可能，在确保主要性能指标实现的基础上，放宽对次要性能指标的要求，以求得高的性能价格比。例如：测量体温的温度表用的是水银材料（精度高，水银低温时要冻结），而家庭使用测量室内温度的温度计用的是染色酒精（低温时不冻结，价格便宜）。

习题2

1. 用K型（镍铬—镍硅）热电偶测量炉温时，自由端温度t0=30℃，由电子电位差计测得热电势E(t,30℃)=37.724mV，求炉温t。

答：参考端（自由端）温度t0=30℃，由分度表2-1可查得E(30℃,0℃)=1.203mv，若测得热电势

E(t,30℃)=37.724mv，则可得

E(t,0℃)=E(t,30℃+E(30℃,0℃)=37.724+1.203=38.927mv

再查分度表可知炉温t=940℃。

2. 热电偶主要分几种类型，各有何特点。我国统一设计型热电偶有哪几种？

答：热电偶主要分普通型热电偶、铠装热电偶和薄膜热电偶。普通型热电偶由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成，是工业测量上应用最多的热电偶；铠装热电偶耐高压、反应时间短、坚固耐用；薄膜热电偶适用于各种表面温度的测量。

我国指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。

3. 利用分度号Pt100铂电阻测温，求测量温度分别为t1=-100℃和t2=650℃的铂电阻Rt1、Rt2值。

答：在-100℃铂电阻的电阻—温度特性方程为：

R t=R O[1+At+Bt2+Ct3(t-100)]

将R0=100Ω、t1=-100℃、A=3.9684×10-3/℃、B=-5.847×10-7/℃2、C=-4.22×10-12/℃4代入，可计算得到

R t=100［1＋3.9684×10-3×（-100）＋（-5.847×10-7）×（-100）2＋（-4.22×10-12）×（-100）3×（-100－100）］＝59.6Ω

在+650℃铂电阻的电阻—温度特性方程为：

R t=R O(1+At+Bt2)

将R0=100Ω、t2=650℃、A=3.9684×10-3/℃、B=-5.847×10-7/℃2代入，可计算得到

R t=100（1＋3.9684×10-3×650＋-5.847×10-7×6502）＝333Ω

4. 利用分度号Cu100的铜电阻测温，当被测温度为50℃时,问此时铜电阻Rt值为多大？

答：R t≈R0(1+αt)

R0为温度为0℃时铜电阻值，Cu100为100Ω，α1为常数；α1=4.28×10-3 ℃-1。

代入算得

R t≈100×（1＋4.28×10-3×50）＝121.4Ω

5. 画出用四个热电偶共用一台仪表分别测量T1、T2、T3和T4的测温电路。若用四个热电偶共用一台仪表测量T1、T2、T3和T4的平均温度，电路又应怎样连接？

答：

（1）四个热电偶分别接电子开关，再接同一台测量仪表，通过选通电子开关的办法，实现分别测量T1、T2、T3和T4的温度。（电子开关可以采用DG801／802超导通电阻（最大导通电阻为0.4Ω）电子开关，S端输入，D端输出，C端高电平时选通。）

（2）四个热电偶并联再接测量仪表，可以实现共用一台仪表测量T1、T2、T3和T4的平均温度。

图略，可参照图2－12。

6. 硅二极管测温电路，如图2-25所示。当被测温度t为30℃时，输出电压为5V，当输出电压为10V时，问被测温度为多大？

答：温度每变化1℃，输出电压变化量为0.1V。输出电压为10V时，被测温度为80℃。

7. 利用如图2-28所示集成温度传感器测量温度，如果被测温度为30℃时，输出电压为303mV，问被测温度为120℃时，输出电压U R为多大？

答：温度每变化1℃，输出电压变化量为1mV（每1度K与每1℃相同）。被测温度为120℃时，输出电压U R为303mV＋90mV，即393mV。

8. 分析图2-29所示热电偶参考端温度补偿电路工作原理。

答：集成温度传感器AD590应紧贴热电偶参考端，处于同一温度下。

AD580是一个三端稳压器，提供稳定输出电压U0=2.5V。电路工作时，调整电阻R2使得集成温度传感器AD590的随温度变化的输出电流的I1分量为

I1=t0×10-3

I1的单位是mA，即1μA／K的电流。这样在电阻R1上产生一个随参考端温度t0变化的补偿电压U1=I1R1。

选择R1使U1与E AB（t0,0℃）近似相等。U1与热电偶输出电压E AB（t,t0）串联相加后输入测量仪表，起参考端温度补偿作用，测量仪表显示的为实际测量温度值。

9. 正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻各有什么特性？各有哪些用途？哪一种

热敏电阻可以做“可恢复熔丝”？

答：正温度系数热敏电阻随温度升高阻值增大，阻值随温度的变化有线性型和突变型。负温度系数热敏电阻随温度升高阻值降低，，阻值随温度的变化有突变型和负指数型。

线性型正温度系数热敏电阻和负指数型负温度系数热敏电阻适用于温度测量。突变型正温度系数热敏电阻和突变型负温度系数热敏电阻适用于温控开关和温度保护电路。

突变型正温度系数热敏电阻可以做“可恢复熔丝”。温度升高到突变值，电阻陡然升高，相当于保险丝熔断。当温度降低时，电阻陡然变小，相当于保险丝又恢复接通了。

10. 参照冰箱热敏电阻温控电路，用热水器专用温度传感器设计热水器温度控制电路？

答：如图，温度降低到一定值，继电器K接通，电加热器加热。温度升高到一定值，继电器K断开，电加热器停止加热。

习题3

1. 弹性敏感元件的作用是什么？有哪些弹性敏感元件？如何使用？

答：弹性敏感元件把力或压力转换成了应变或位移，然后再由传感器将应变或位移转换成电信号。

有变换力的弹性敏感元件，例如等截面柱式、圆环式、等截面薄板、悬臂梁及轴状等结构。有变换压力的弹性敏感元件，例如弹簧管、波纹管、波纹膜片、膜盒和薄壁圆筒等，它可以把流体产生的压力变换成位移量输出。

应仔细分清不同弹性敏感元件的性能，根据测量物理量的性质、大小、测量条件和测量精度，选用合适的弹性敏感元件。

2. 电阻应变片是根据什么基本原理来测量应力的？简述图3-9所示不同类型应变片传感器的特点。

答：电阻应变片是把导体的机械应变转换成电阻应变，通过电阻测量来测量所受的应力。

金属电阻应变片分体型和薄膜型。属于体型的有电阻丝栅应变片、箔式应变片、应变花

等。图3-9所示丝绕式应变片粘贴性能好，能保证有效地传递变形，性能稳定，且可制成满足高温、强磁场、核辐射等特殊条件使用的应变片。缺点是U 型应变片的圆弧型弯曲段呈现横向效应，H 型应变片因焊点过多，可靠性下降。

箔式应变片优点是粘合情况好、散热能力较强、输出功率较大、灵敏度高等。在工艺上可按需要制成任意形状，易于大量生产，成本低廉。

半导体应变片灵敏系数大、机械滞后小、频率响应快、阻值范围宽（可从几欧～几十千欧），易于做成小型和超小型；但热稳定性差，测量误差较大。

3. 图3-11（d ）为应变片全桥测量电路，试推导其输出电压U 0表达式。

答：图3-11（d ）是四个桥臂均为测量片的电路，且互为补偿，有应变时，必须使相邻两个桥臂上的应变片一个受拉，另一个受压。

43344221111)()(R R R R R R u R R R R R R u u i i o ?-+?+?--?-+?+?+= 可以计算输出电压为 R R u u i o 1??

4. 利用图3-12分析石英晶体的压电效应。

答：当在X 轴向施加压力时，如图3-12（b ）所示，各晶格上的带电粒子均产生相对位移，正电荷中心向B 面移动，负电荷中心向A 面移动，因而B 面呈现正电荷，A 面呈现负电荷。当在X 轴向施加拉伸力时，如图3-12(c)所示，晶格上的粒子均沿X 轴向外产生位移，但硅离子和氧离子向外位移大，正负电荷中心拉开，B 面呈现负电荷，A 面呈现正电荷。在Y 方向施加压力时，如图3-12（d ）所示，晶格离子沿Y 轴被向内压缩， A 面呈现正电荷，B 面呈现负电荷。沿Y 轴施加拉伸力时，如图3-12（e ）所示,晶格离子在Y 向被拉长，X 向缩短，B 面呈现正电荷，A 面呈现负电荷。

5. MPX4100A 型集成硅压力传感器由哪几部分电路组成？单晶硅压电传感器单元是如何工作的？为什么需要加温度补偿和放大电路？

答：MPX4100A 型集成硅压力传感器由3部分电路组成，它们是单晶硅压电传感器单元，薄膜温度补偿器和第一级放大器，第二级放大器和模拟电压输出电路。

单晶硅压电传感器单元受到垂直方向上的压力p 时，该压力进入热塑壳体，作用于单晶硅压电传感器管芯，与密封真空室的参考压力相比较，使输出电压大小与压力p 成正比。该电压经A/D 转换成数字量后，可由微处理器计算出被测压力值。

单晶硅压电传感器本身的内阻比较大，而输出能量又比较小，且随温度的变化比较大，所以，通常需要加温度补偿和放大电路。

6. 压电元件在使用时常采用多片串联或并联的结构形式。试问不同接法输出电压、电流或电荷有什么不同？它们分别适合哪一种应用场合？

答：以2片压电元件串、并联为例。压电元件2片串联时，输出电容为单片的一半，输出电压为单片的一倍，极板上电荷量不变。压电元件2片并联时，输出电容为单片的一倍，输出电压与单片相同，极板上电荷量增加一倍。

串联接法输出电压高，适用于以电压作为输出量，测量电路输入阻抗大的场合。并联接法输出电荷量大，输出电容大，时间常数大，适用于测量缓变信号和以电荷作为输出量，以及测量电路输入阻抗较小的场合。

7. 电容式传感器分几种类型？各有什么特点？适用于什么场合？

答：平行板电容器的ε和S 不变，只改变电容器两极板间距离d ，为变极距型电容传感器，电容变化与Δd 的关系是线性的，常用于压力、加速度、振动的测量。改变电容器极板面积S ，为变面积型电容传感器，电容变化是线性的，灵敏度为常数，常用于作用力、角度、长度位移的测量。改变电容器的ε，为变介电常数型电容传感器，电容变化与介质进入电容器的长度x 的关系是线性的，常用于作用力、位移、成分含量的测量。

8. 已知变面积型电容式传感器两极板间距离为10mm ，介电常数ε＝50μF ／m ，两极板几何尺寸一样，为30mm ×20mm ×5mm ，在外力作用下，动极板向外移动了10mm ，试求电容量变化ΔC 和灵敏度K x 。

答：a ＝30mm ，b ＝20mm ，d ＝10mm ，x ＝10mm ，ε＝50μF ／m 。可以计算

C 0＝εab ／d ＝3000μF ／1000＝3μF ，

电容量变化ΔC ＝－xC 0／a ＝－1μF ，

灵敏度K x ＝－εb ／d ＝－100μF ／m 。

9. 利用图3-22分析差动式电容传感器提高灵敏度的原理。

答：差动式电容传感器中间电极不受外力作用时，由于d 1=d 2=d 0,所以C 1=C 2，则两电容差值C 1-C 2=0。中间电极若受力向上位移Δd ，则C 1容量增加，C 2容量减小，两电容差值为

00000Δ2Δ0Δ021=+-+=-=Δd d C d d C d d C C C C C C

00Δ2Δ=d d C C

可见，电容传感器做成差动型后之后，灵敏度提高一倍。

10. 如图3-29所示交流电桥测量电路，静态时，Z 1=Z 2，电感量都是100mH ，u 0=0V ；动态时，电感最大变化量ΔL=10mH ，若u AC =2sin ωt(V)时，求动态最大输出电压Uo 。

答：L 0＝100mH ，ΔL=10mH ，U AC ＝2V ，

动态最大输出电压U O ＝ΔLU AC ／L 0＝0.2 （V ）

瞬时量u 0=0.2sin ωt(V)

11. 差动变隙式电感传感器是如何工作的？差动变压器式传感器又是如何工作的？两种电感传感器工作原理有什么异同？答：闭磁路式自感传感器电感量L 为：当衔铁受外力作用使气隙厚度减小，则线圈电感变化为：

电感的相对变化为：

差动变隙式电感传感器由两个相同的电感线圈和磁路组成，当衔铁受外力作用使气隙厚度减小，使两个磁回路中磁阻发生大小相等，方向相反的变化，导致一个线圈的电感量增加，一个线圈的电感量减小，形成差动工作形式，使灵敏度提高一倍。

差动变压器式传感器有多种型式，螺线管式差动变压器由初级线圈、两个次级线圈和插入线圈中央的圆柱形铁芯等组成。初级线圈输入激励电压，两个次级线圈感应的输出电压反相串联后输出。圆柱形铁芯受外力移动时，输出电压变化，可测位移方向和距离。

差动变隙式电感传感器是位移产生磁阻变化，造成自感量的变化，差动变压器式传感器是位移产生磁阻变化，造成互感量的变化。最后都要转换为电压输出进行测量。

12.如何用两个测力单元（重力传感器）组成加速度传感器？如何用加速度传感器测物体的垂直运动加速度和水平运动加速度？

答：测力单元为差动式结构的变极距电容传感器。上下两块极板a 、b 为固定极板，与加速度传感器壳体固定成一体。中间极板c 是活动的，与活动框连成一体，经弹簧锚定在壳体上，组成加速度传感器。加速度会使中间极板c 向一个固定极板运动，从而使电容变化。测出变化量，即可测出加速度。

加速度传感器壳体可以水平方向固定在被测设备上，测被测设备的水平方向加速度；也可以竖直方向固定在被测设备上，测被测设备的竖直方向加速度（重力加速度以外）或静止时受到地球引力（重力）。

单轴加速度传感器的两个测力单元是同方向的，两个测力单元电容变化相叠加，可增加输出信号强度。

双轴加速度传感器的两个测力单元分别为X 和Y 方向，两个测力单元电容变化量相减，不仅可以测出加速度或静止时地球引力的大小，还可以测出方向。

13. 试用ADXL320双轴加速度传感器设计一个手机跌落关机保护电路。

00022δμS N L =)-(20002δδμ?=S N x L 0δδ??=

L L

答：跌落（失重）状态，ADXL320双轴加速度传感器的Xout和Yout输出端的输出都是1.500V，送入运算放大器比较器进行比较，输出为0V。将其作为触发信号，送入微处理器，触发运行关机程序，进行关机。

14. 手机和平板电脑的重力感应屏幕横竖显示方向转换是如何实现的？

答：采用ADXL320双轴加速度传感器。当人们纵向（X方向）拿着手机或平板电脑时，X OUT端口和Y OUT端口输出电压为X OUT＝1.500V， Y OUT＝1.326V。分别接比较器A的正相输入端和反相输入端。比较器A输出高电平，送入微处理器，控制扫描电路进行X方向扫描和信号显示。

当人们将拿着的手机或平板电脑转为横向（Y方向）时，X OUT端口和Y OUT端口输出电压变为X OUT＝1.326V， Y OUT＝1.500V。比较器A输出变为低电平，送入微处理器。微处理器控制扫描电路改为Y方向扫描和信号显示。

习题4

1. 光电效应有哪几种？与之对应的光电元件有哪些？请简述其特点。

答：通常把光电效应分为三类：外光电效应，内光电效应和光生伏特效应。根据这些光电效应可制成不同的光电转换器件（光电元件），如：光电管，光电倍增管，光敏电阻，光敏晶体管，光电池等。

光电管的金属阳极A和阴极K封装在一个玻璃壳内，当入射光照射在阴极上时，从阴极表面溢出的电子被具有正向电压的阳极所吸引，在光电管中形成电流，称为光电流。光电流Iφ正比于光电子数，而光电子数又正比于光通量。

光电倍增管的阴极和阳极间设置许多二次发射电极D1、D2、D3、…，光电倍增管阳极

倍，因此光电倍增管灵敏度极高。

得到的光电流比普通光电管大n

光敏电阻受到光照时，电阻率变小。光照愈强，阻值愈低。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电子也逐渐恢复原值。

光敏晶体管有两个PN结，从而可以获得电流增益。光线通过透明窗口落在集电结上，在集电结附近产生电子-空穴对，大部分的电子穿越基区流向集电区，集电极电流I C是原始光电流的β倍，灵敏度高。

光电池基于光生伏特效应。当光照射在光电池上时，可以直接输出电动势及光电流。

2. 光电传感器可分为那几类，请分别举出几个例子加以说明。

答：利用光电效应可制成了各种光电转换器件，即光电式传感器。

众多的光电传感器中，最为成熟且应用最广的是可见光和近红外光传感器，热释电传感器属于中、远红外线传感器，光纤传感器属于传光型传感器。

光电传感器的应用类型有两类。一类是模拟量光电传感器，一类是开关量光电传感器。模拟量光电传感器有光辐射检测型，例如光电比色高温计；光透射检测型，例如液体、气体浑浊度计；光反射检测型，例如物体表面光洁度计。开关量光电传感器有稳定的“通”、“断”状态，例如长度、厚度测量仪，转速表，继电器开关等。

3. 某光电开关电路如图4-40（a ）所示，施密特触发反相器CD40106的输出特性如图4-40（b ）所示。

1）请分析该电路的工作原理；

答：无光照时，光敏二极管VD1不导通，IC1的1端低电平， 2端输出高电平，晶体管VT1导通，继电器得电流吸合，将外接电路接通。有光照时，光敏二极管导通，IC1的1端高电平， 2端输出低电平，晶体管VT1截止，继电器无电流释放，将外接电路断开。

2）列表说明各元件的作用；

3）光照从小到大逐渐增加时，继电器K 的状态如何改变？反之当光照由大变小时继电器的状态如何改变？

答：光照从小到大逐渐增加时，继电器由吸合状态滞后一段时间再变化到释放状态；当光照由大逐渐变小时，继电器由释放状态滞后一段时间再变化到吸合状态。滞后状态形成回差，保证了继电器不会在光照阈值点来回反复吸合和释放。

（a ）（b ）

图4 –40光电开关电路及特性

（a ）电路；（b)CD40106的输出特性

4. 某光敏晶体管在强光照时的光电流为2.5mA，选用的继电器吸合电流为50mA，直流电阻为200Ω。现欲设计两个简单的光电开关，其中一个是有强光照时继电器吸合，另一个相反，是有强光照时继电器释放。请分别画出两个光电开关的电路图（只允许采用普通晶体管放大光电流），并标出电源极性及选用的电压值。

答：

（a）强光照时继电器吸合（b）强光照时继电器释放

图（a）R1和RP共约300Ω，图（b）R1约5kΩ，R2和RP共约1kΩ。

5. 造纸工业中经常需要测量纸张的“白度”以提高产品质量，请你设计一个自动检测纸张“白度”的测量仪，要求：

（1）画出传感器简图；

（2）画出测量电路简图；

（3）简要说明其工作原理。

答：如图所示，光源照射白纸，反射光照射到光电池上，产生光生电动势输出，光生电动势大小与白纸反射光强度有关，反射光强度又与白纸的白度有关。该光生电动势经运算放大器放大后输出到测量仪表，或再经A／D转换后输入计算机，测出白纸的白度。其测量的精度需用精确的白度仪进行校准。

6. 在物理学中，与重力加速度g有关的公式为s=υ0t+gt2/2，式中υ0为落体初速度，t为落体经设定距离s所花的时间。请根据上式，设计一台测量重力加速度g的教学仪器，要求同第5题（提示：υ0可用落体通过一小段路程s0的平均速度υ0’代替）。

答：如图所示。

图中1、5为RS触发器，2、6为高频脉冲发生器，3、7为计数器，4、8为计算显示器。当物体自上向下自由落体时，首先遮断光源LEDA的光线，光敏二极管VDA输出低电平，触发RS触发器，使其Q端置“1”，与非门打开，高频脉冲可以通过，计数器3开始计数。当物体经过已知高度h1而遮挡光源LEDB时，光敏二极管VDB输出低电平，RS触发器Q端置“0”，与非门关闭，高频脉冲不能通过，计数器3停止计数。设高频脉冲的频率f =1MHz，周期T=1μs，若计数器所计脉冲数为n，则可计算出物体通过已知高度h1所经历的时间为t1=nT=nμs ，则物体下落的平均速度为

V=h1/nT

该平均速度近似作为自由落体的初速，由计算显示器4计算后输入计算显示器8备用。

物体继续向下自由落体，计数器7以同样的办法所计脉冲数为m, 可计算出物体通过已知高度h2所经历的时间为t2 =mT =mμs。

计算显示器8根据h2、t2、V和公式

h2＝Vt2＋gt22/2

可计算得到重力加速度g。

7. 标准化考试，学生用2B铅笔填涂答题卡，由机器阅卷评分。答题卡机器光电头首先将正确答题卡填涂信息录入到答题卡机器软件系统，然后将需要阅读的答题卡用光电头录入，与正确答题卡填涂信息对比，给出得分。试用学过的光电式传感器知识，设计一答题卡机器方案，画出框图。

答：OMR 光标阅读器，如图。

光标阅读器由机械传动部分、光电传感器部分和微处理器部分组成。一般可阅读16开、32开和64开信息卡（答题卡）。信息卡边缘有定位同步带线。阅读速度一般2张／秒。

机械传动部分包括电动机、电机驱动、分纸机构和变速机构。

光电传感器部分包括多个（例如43个）红外发光二极管和同样数量的光敏二极管，组成一个线型陈列。

微处理器包括A/D转换器、CPU、RAM、EPROM、键盘和显示器，通过USB接口与PC机通信。

光标阅读器组成框图如图所示。

8. 光耦合器有哪几种结构？能做哪些用途？光耦合器在插卡式电源开关中起什么作用？

答：光耦合器有窄缝透射式，可用于片状遮挡物体的位置检测，或码盘阅读、转速测量中；有反射式，可用于反光体的位置检测，对被测物不限制厚度；有全封闭式，用于前后级电路的隔离。

插卡式电源开关中，光耦合器由发光二极管和光敏晶体管组成。住宿卡插入光断路器的凹槽内，正好挡住光线，光敏晶体管截止，光断路器输出高电平，使VT1和VT2导通，继电器K工作，接通房间内的总电源。

住宿人员外出，取走住宿卡，光线无阻挡，光敏晶体管导通，光断路器输出低电平，使VT1截止。C3起延时作用，其充的电放完后，VT2截止，继电器K断开，切断房间总电源。

习题5

1. CCD的MOS电容器阵列是如何将光照射转换为电信号并转移输出的？

答：每一个MOS电容器实际上就是一个光敏元件，假定半导体衬底是P型硅，当光照射到MOS电容器的P型硅衬底上时，会产生电子空穴对（光生电荷），电子被栅极吸引存储在陷阱中。入射光强，则光生电荷多，入射光弱，则光生电荷少。无光照的MOS电容器则无光生电荷。这样把光的强弱变成与其成比例的电荷的多少，实现了光电转换。若停止光照，由于陷阱的作用，电荷在一定时间内也不会消失，可实现对光照的记忆。一个个的MOS电容器可以被设计排列成一条直线，称为线阵；也可以排列成二维平面，称为面阵。

每一个光敏元件（像素）对应有三个相邻的栅电极1、2、3，在时序脉冲的作用下，三个相邻的栅电极依此为高电平，将电极1下的电荷依此吸引转移到电极3下。再从电极3下吸引转移到下一组栅电极的电极1。到整个一行的各像素都传送完，在CCD的末端就能依次接收到原存储在各个MOS电容器中的电荷。完成一行像素传送后，再进行第二行像素的传送，直到传送完整个面阵上所有行的MOS电容器中的电荷为止，完成一帧像素的传送。

2. CCD图像传感器上使用光敏元件与移位寄存器分离式的结构有什么优点？

答：合而为一的结构，称为光积蓄式结构。这种结构最简单，但是因光生电荷的积蓄时间比转移时间长得多，所以再生图像往往产生“拖尾”，图像容易模糊不清。

分离式结构采用光敏二极管阵列作为感光元件，光敏二极管在受到光照时，便产生相应于入射光量的电荷，再经过电注入法将这些电荷引入CCD 电容器阵列的陷阱中，便成为用光敏二极管感光的CCD 图像传感器。它的灵敏度极高，在低照度下也能获得清晰的图像，在强光下也不会烧伤感光面。

3. 举例说明CCD 图像传感器的用途。

答：摄像机、照相机、监视器、图像分析仪、物体形状检测仪、扫描仪、肠胃镜、液体浓度分析仪等。

4.CMOS 图像传感器与CCD 图像传感器有什么不同？各有什么优缺点？

答：CCD 图像传感器是MOS 电容器组成的阵列，CMOS 图像传感器是按一定规律排列的互补型金属—氧化物—半导体场效应管（MOSFET ）组成的阵列。

互补型金属—氧化物—半导体场效应管（MOSFET ）如下图所示。

它是把与CMOS 型放大器源极相连的P 型半导体衬底充当光电变换器的感光部分。当CMOS 型放大器的栅源电压0=GS u 时，CMOS 型放大器处于关闭状态，即0=D i ，CMOS 型放大器的P 型衬底受光信号照射产生并积蓄光生电荷，当积蓄过程结束，栅源之间加上开启电压时，源极通过漏极负载电阻对外接电容充电形成电流即为光信号转换为电信号的输出。

5. CCD 彩色图像传感器在数码相机中起什么作用？数码相机存储卡上存储的是什么信号？

答：变化的外界景物通过镜头照射到CCD 彩色图像传感器上，当感觉满意的图像出现时，可由取景器电路发出信号锁定，再由CCD 彩色图像传感器转换为串行模拟脉冲信号输出。该串行模拟脉冲信号由放大器放大，再由A/D 转换器转换为数字信号，经ASIC 集成电路压缩后，存储在PCMCIA 卡（个人电脑存储卡国际接口标准）上。

数码相机存储卡上存储的是经ASIC 集成电路压缩后的外界景物的数字信号。

6. 平板电脑和手机的摄像头为什么一般都采用CMOS 彩色图像传感器？CMOS 图像传感器采用什么方法提高低光照环境下的清晰度？

答：CMOS 针对CCD 最主要的优势就是非常省电。CMOS 的耗电量只有普通CCD 的1/3左右。平板电脑和手机要延长电池充电后的使用时间，必须要尽可能省电。所以其摄像头一般都采用CMOS 彩色图像传感器。

新型背照式CMOS 是将传统CMOS 表面的电子电路布线层移到感光面的背部，使感光面前移接近微型透镜，能获得约两倍于传统正照式CMOS 的光通量，从而使CMOS 传感器可在低光

照环境下、夜视环境下使用，低光照对焦能力也大大提高。

习题6

1. 什么是霍尔效应？霍尔电压与哪些因素有关？

答：在置于磁场中的导体或半导体内通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象称为霍尔效应。利用霍尔效应制成的元件称为霍尔传感器。

1）霍尔电压U H 大小与材料的性质有关。

2）霍尔电压U H 与元件的尺寸关系很大，生产元件时要考虑到：

3）霍尔电压U H 与控制电流及磁场强度有关。

2. 霍尔器件由什么材料构成？为什么用这些材料？

答：由霍尔电压公式

H IB R nqH IB

U H H == 设H R K H

H =，得 IB K U H H =

式中，R H 为霍尔系数，反映材料霍尔效应的强弱；K H 为霍尔灵敏度，表示一个霍尔元件在单位控制电流和单位磁感应强度时产生的霍尔电压的大小。

一般来说，金属材料电子浓度n 较大，导致H R 和H K 变小，故不宜做霍尔元件。霍尔元件一般采用N 型半导体材料。

3. 霍尔器件有哪些指标？使用时应注意什么？

答：输入电阻R IN 和输出电阻R OUT ，要与电路匹配。

额定控制电流I C ，不能超过。

不等位电势U 0，要注意消除测量误差。

霍尔电压U H ，要符合测量要求。

霍尔电压的温度特性，注意消除温度造成的测量误差。

4. 什么是磁阻效应，产生的原因是什么？

答：当霍尔元件受到与电流方向垂直的磁场作用时，会出现半导体电阻率增大的现象，这种现象称为磁阻效应。利用磁阻效应做成的电路元件，叫做磁阻元件。

产生的原因是当磁场垂直作用在磁阻元件表面上时，由于霍尔效应，使得电流密度矢量偏移电场方向某个霍尔角θ，这使电流流通的途径变长，导致磁阻元件两端金属电极间的电阻值增大。

5. 阐述磁敏二极管的工作原理。

答：磁敏二极管是平面P +-i-N +型结构的二极管。在电路连接时，P +区接正电压，N +区接

负电压， P +区向i 区注入空穴，N +区向i 区注入电子。在没有外加磁场情况下，大部分的

空穴和电子分别流入N区和P区而产生电流，只有很少部分载流子在r区复合。

若给磁敏二极管上加一个正向磁场，空穴和电子受洛仑兹力的作用偏向r区，由于空穴和电子在r区的复合速率大，载流子数量减少，使i区的电阻增大，压降也增大，正向电流减小。

若给磁敏二极管上加一个反向磁场，载流子在洛仑磁力的作用力下，均偏离复合区r，结果与加正向磁场时的情况恰好相反，载流子数量增加，正向电流增大，电阻减小。

6. 新型的磁传感器有哪些？工作原理如何？

答：磁阻元件将磁信息转换成电阻变化，具有阻抗低、阻值随磁场变化率大、非接触式测量、频率响应好、动态范围广及噪声小等特点，可广泛应用于无触点开关、压力开关、旋转编码器、角度传感器、转速传感器等场合。

磁敏二极管、磁敏晶体管可以将磁信息转换成电信号，具有体积小、灵敏度高、响应快、无触点、输出功率大及性能稳定等特点。它可广泛应用于磁场的检测、磁力探伤、转速测量、位移测量、电流测量、无触点开关、无刷直流电机等许多领域。

7. 分析图6-16所示霍尔计数装置的工作原理。

答：钢球为铁磁性材料，钢球到达，磁场增强，霍尔开关集成传感器UGN3020在增强磁场的作用下，输出霍尔电压增大为高电平，加在运算放大器的反向输入端，输出为低电平，晶体管截止，集电极输出高电平。

钢球离开，磁场减弱，霍尔开关集成传感器在减弱磁场的作用下，输出霍尔电压减小为低电平，加在运算放大器的反向输入端，输出为高电平，晶体管导通，集电极输出低电平。

高、低电平变化为一个脉冲信号，输入到计数器进行计数。

8. 霍尔元器件在地磁场中会产生霍尔电压，其大小正比于霍尔元器件正面法线与磁子午线所成角度的余弦值，连接指示仪表后可做成航海罗盘。试画出航海罗盘的组成框图，解释罗盘的使用方法。

答：霍尔元件在地磁场内旋转到不同的方位，可以得到霍尔电压输出为

U H=K H IBcosθf(L/W)

式中：K H为霍尔灵敏度，

I为输入霍尔元件电流值，

B为地磁场的水平分量，

θ为霍尔元件正面法线与地磁子午线的夹角，

f(L/W)为霍尔元件形状效应系数。

航海罗盘的组成框图如下：

将霍尔线性集成传感器SL3501的霍尔电压输出同指示仪表相连，就可以从仪表上读出方位角来。

9. 简单叙述磁卡结构和磁卡阅读器的工作过程。为什么说磁卡是识别卡？

答：磁条贴在磁卡的背面，磁条中有3条编码磁道，磁道之间有间隔。离磁卡边最近的是1磁道。各磁道的编码信息有主帐号、国家、持卡人姓名、失效日期、服务范围、货币类型、可用金额指数、允许输错次数、校验码等。

刷卡速度为10～120cm／s，在刷卡的过程中，阅读器通过电感线圈感应磁条上磁性（磁阻）的变化来读取数据，相当灵敏，准确度很高。阅读器读取的数据送入ATM机专用计算机。

专用计算机通过网络交换中心与发卡银行主机联系，检查帐号的合法性，通过专用计算机接口驱动点钞机、打印机进行点钞输出和打印输出。

所谓识别卡，是指一种标识其持卡人和发行者的卡，卡上载有进行该卡预期应用所要求输入的数据。磁卡就是这种识别卡，卡上并没有用户所具有的资源信息，资源信息保存在发卡单位主机中。

习题7

1. 用作位移测量的电位器传感器的主要作用有哪些？

答：用作位移测量的电位器传感器由电阻体、电刷、转轴、滑动臂、焊片等组成，用机械运动调节电位器的转轴，将机械位移或其它能转换为位移的非电量，转换为与其有一定函数关系的电阻值的变化，从而引起电路中输出电压的变化。

2. 画图分析光栅位移传感器莫尔条纹放大作用原理，并讨论数量关系。

答：莫尔条纹是光栅非重合部分光线透过而形成的亮带，当指示光栅不动，主光栅左右平移时，莫尔条纹将沿着指示栅线的方向上下移动，查看莫尔条纹的上下移动方向，即可确定主光栅左右移动方向。

莫尔条纹有位移的放大作用。当主光栅沿与刻线垂直方向移动一个栅距W时，莫尔条纹移动一个条纹间距B。当两个等距光栅的栅间夹角θ较小时，主光栅移动一个栅距W，

莫尔条纹移动KW 距离，K 为莫尔条纹的放大系数，可由下式确定，即

θ1sin 1/≈==W B K 当θ角较小时，例如θ=30′，用弧度表示为1／115，则K=115，表明莫尔条纹的放大倍数相当大。这样，就可把肉眼看不见的光栅位移变成为清晰可见的莫尔条纹移动，可以用测量条纹的移动来检测光栅的位移,从而实现高灵敏的位移测量。

3. 简单分析磁电式转速传感器工作原理。

答：磁电式转速传感器由永久磁铁、感应线圈、磁盘等组成。在磁盘上加工有齿形凸起，磁盘装在被测转轴上，与转轴一起旋转。当转轴旋转时，磁盘的凸凹齿形将引起磁盘与永久磁铁间气隙大小变化，从而使永久磁铁组成的磁路中磁通量随之发生变化。磁路通过感应线圈，当磁通量发生突变时，感应线圈会感应出一定幅度的脉冲电势，其频率为

f=Z·n

式中：Z ——磁轮的齿数；

n ——磁轮的转数。

测出脉冲频率，即可得知被测物体的转速。如果磁电式转速传感器配接上数字电路，便可组成数字式转速测量仪，可直接读出被测物体的转速。

4. 导电式液位传感器可以在哪些工程和设备中获得应用？

答：导电式液位传感器在日常工作和生活中应用很广泛，在抽水及储水设备、工业水箱、汽车水箱等方面均被采用。

5. 什么是多普勒效应？举例说明其原理和用途。

答：假若发射机与接收机之间的距离发生变化，则接收机收到信号的频率与发射机发射信号的频率就不同。发射机与接收机之间的距离增大，接收机收到信号的频率变低；发射机与接收机之间的距离减小，接收机收到信号的频率变高。此现象是由多普勒发现的，所以称为多普勒效应。高速公路测速雷达；地面雷达测量飞机的速度和方向；液体流量计等等。

6. 试设计一个多电极、多水位的水位控制系统。

答：如图

低水位时，VT3基极无电压，处于截止状态，VT2基极低电平导通，集电极高电平加到晶体管VT4基极，VT4导通，继电器得电吸合，继电器接点接单稳态触发电路，单稳态触发开关打开，给水箱加水。

中水位时，VT3基极得电压导通，VT2基极高电平截止，集电极低电平加到晶体管VT4

基极，VT4截止，继电器无电释放。由于单稳态触发电路未获得新触发信号，单稳态触发开关维持打开状态，继续给水箱加水。

高水位时，VT1基极得电压导通，集电极高电平加到晶体管VT4基极，VT4导通，继电器得电吸合，单稳态触发开关再次触发关闭，停止给水箱加水。

到下一次低水位时重复以上加水过程。

7. 电磁式流量计有哪些优点？使用时要注意哪些事项？

答：

1) 没有机械可动部分，安装使用简单可靠;

2) 电极的距离正好为导管的内径，因此没有妨碍流体流动的障碍，压力损失极小；

3) 能够得到与容积流量成正比的输出信号;

4) 测量结果不受流体粘度的影响；

5) 由于电动势是包含电机的导管的断面处作为平均流速测得的，因此受流速分布影响较小；

6) 测量范围宽，可以从0.005～190000m3/h；

7) 测量的精度高，可达±0.5%。

使用电磁式流量传感器时应注意以下几点：

1) 由于管道是绝缘体，电流在流体中流动很容易受杂波的干扰，因此必须在安装流量传感器的管道两端设置接地环接地。

2) 虽然流速的分布对精度的影响不大，但为了消除这种影响，应保证液体流动管道有足够的直线长度。

3) 使用电磁式流量计时，必须使管道内充满液体。最好是把管道垂直设置，让被测液体从上至下流动。

4) 测定电导率较小的液体时，由于两电极间的内部阻抗比较高，故所接信号放大器要有100MΩ左右的输入阻抗。为保证传感器正常的工作，液体的速率必须保证在5cm/s以上。

电磁式流量计可以广泛应用于自来水、工业用水、农业用水、海水、污水、污泥、化学药品、食品、矿浆等流量的检测。

8. 什么是热释电效应？热释电红外报警器是如何工作的？若将该报警器改为自动门开关，则在电路上应作哪些改动？

答：当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化产生的电极化现象，称为热释电效应。能产生热释电效应的晶体称为热释电体，又称热释电元件。

热释电红外报警器是用热释电元件的热释电效应探测人体发出的红外线的一种传感器。它用于防盗、报警、来客告之及非接触开关等设备中。

人向热释电传感器TTS—2120前移动时，人体所释放出的红外线被热释电传感器接收，产生脉动电压信号。该电压信号通过电容器C1耦合输入由运算放大器IC1TL082构成的低噪声、高增益放大器放大。放大后的信号点亮发光二极管和驱动电表指示，也可以触发蜂鸣器或语音集成电路，告知有人员接近。

若将该报警器改为自动门开关，则在电路上将TL082输出信号放大后去接通继电器，从而接通自动门电源把门打开，如图所示。

9. 接近传感器有哪几种类型？各种类型接近传感器的工作原理有什么不同？哪一种接近传感器工作最稳定可靠？

答：接近传感器是一种具有感知物体接近能力的器件，又称为接近开关。

常见的接近传感器有电容式、涡流式、霍尔效应式、光电式、热释电式、多普勒式、电磁感应式、微波式、超声波式等类型。

各种类型的工作原理都是取自各自的传感特性，例如，电容式是一个以电容的一个电极

为检测端的静电电容接近传感器，人体接近，电容值变化，其组成的振荡电路振荡频率变化，从而获得人体接近的信号。

电磁感应式的敏感元件是电感线圈，人体接近，电感组成的振荡电路的振荡频率变化或停振，从而检测出人体接近信号。

热释电式接近传感器是用热释电元件的热释电效应探测人体接近时发出的红外线。热释电式接近传感器工作最稳定可靠。

10. 可否用电磁式流量计测量自来水的流量？如何用电磁式流量计测量自来水的流量？电磁式流量计有哪些优点？

答：电磁式流量计使用条件是所测流体是导电性的，自来水是导电性的，所以可以用电磁式流量计测量。

将电磁式流量计串接在自来水管道中，通过对电磁式流量计输出电压（电动势）的测量，可以由下式计算出自来水的流量：

电磁式流量计的优点是：

1）安装方便；1）不影响流体流动；3）受流体粘度影响小；4）受流速分布影响小；5）测量范围宽；6）测量误差小。

习题8

1.简要说明气体传感器有哪些种类，并说明它们各自的工作原理和特点。

答：

半导体气体传感器是利用半导体气敏元件同气体接触，造成半导体性质变化，来检测气体的成分或浓度的气体传感器。半导体气体传感器大体可分为电阻式和非电阻式两大类。

固体电解质式气体传感器这类传感器内部不是依赖电子传导，而是靠阴离子或阳离子进行传导，因此，把利用这种传导性能好的材料制成的传感器称为固体电解质传感器。

接触燃烧式气体传感器是将白金等金属线圈埋设在氧化催化剂中构成。使用时对金属线

圈通以电流，使之保持在300～600οC 的高温状态，同时将元件接入电桥电路中的一个桥臂，

调节桥路使其平衡。一旦有可燃性气体与传感器表面接触，燃烧热量进一步使金属丝升温，造成器件阻值增大，从而破坏了电桥的平衡。其输出的不平衡电流或电压与可燃烧气体浓度成比例，检测出这种电流和电压就可测得可燃性气体的浓度。

电化学式气体传感器包括离子电极型、定电位型、加伐尼电池型等种类。

集成型传感器有两类：一类是把敏感部分、加热部分和控制部分集成在同一基底上，以提高器件的性能；另一类是把多个具有选择性的元件，用厚膜或薄膜的方法制在一个衬底上，用微机处理和信号识别的方法对被测气体进行有选择性的测定，这样既可以对气体进行识别又可以提高检测灵敏度。

2. 简要说明在不同场合分别应选用哪种气体传感器较适宜。

答：

为防止常用气体燃料如煤气（H 2、CO 等），天然气（CH 4等）、液化石油气（C 3H 8、C 4H 10等）及CO 等气体泄漏引起中毒、燃烧或爆炸，可以应用可燃性气体传感器配上适当电路制

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传感器技术与应用第3版习题答案

《传感器技术与应用第3版》习题参考答案习题1 1.什么叫传感器？它由哪几部分组成？答：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器通常由敏感元件和转换元件组成。其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。 2. 传感器在自动测控系统中起什么作用？答：自动检测和自动控制技术是人们对事物的规律定性了解、定量分析预期效果所从事的一系列技术措施。自动测控系统是完成这一系列技术措施之一的装置。一个完整的自动测控系统，一般由传感器、测量电路、显示记录装置或调节执行装置、电源四部分组成。传感器的作用是对通常是非电量的原始信息进行精确可靠的捕获和转换为电量，提供给测量电路处理。 3. 传感器分类有哪几种？各有什么优、缺点？答：传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测输入量来分，如温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等；另一种是按传感器的工作原理来分，如电学式传感器、磁学式传感器、光电式传感器、电势型传感器、电荷传感器、半导体传感器、谐振式传感器、电化学式传感器等。还有按能量的关系分类，即将传感器分为有源传感器和无源传感器；按输出信号的性质分类，即将传感器分为模拟式传感器和数字式传感器。按被测输入量分类的优点是比较明确地表达了传感器的用途，便于使用者根据其用途选用；缺点是没有区分每种传感器在转换机理上有何共性和差异，不便使用者掌握其基本原理及分析方法。按工作原理分类的优点是对传感器的工作原理比较清楚，有利于专业人员对传感器的深入研究分析；缺点是不便于使用者根据用途选用。 4. 什么是传感器的静态特性？它由哪些技术指标描述？答：传感器测量静态量时表现的输入、输出量的对应关系为静态特性。它有线性度、灵敏度、重复性、迟滞现象、分辨力、稳定性、漂移等技术指标。 5. 为什么传感器要有良好的动态特性？什么是阶跃响应法和频率响应法？答：在动态（快速变化）的输入信号情况下，要求传感器能迅速准确地响应和再现被测信号的变化。因此，需要传感器具有良好的动态特性。测试和检验传感器的动态特性有瞬态响应法和频率响应法。阶跃响应法即瞬态响应法，是给传感器输入一个单位阶跃函数的被测量，测量其输出特性。动态特性优良的传感器的输出特性应该上升沿陡，顶部平直。频率响应法是给传感器输入各种频率不同而幅值相同，初相位为零的正弦函数的被测量，测量其输出的正弦函数输出量的幅值和相位与频率的关系。动态特性优良的传感器，输出的正弦函数输出量的幅值对于各频率是相同的，相位与各频率成线性关系。

传感器题库及答案

压电式传感器一、选择填空题： 1、压电式加速度传感器是（D ）传感器。 A、结构型 B、适于测量直流信号 C、适于测量缓变信号 D、适于测量动态信号 2、沿石英晶体的光轴z的方向施加作用力时，（A ）。 A、晶体不产生压电效应 B、在晶体的电轴x方向产生电荷 C、在晶体的机械轴y方向产生电荷 D、在晶体的光轴z方向产生电荷 3、在电介质极化方向施加电场，电介质产生变形的现象称为（B ）。 A、正压电效应 B、逆压电效应 C、横向压电效应 D、纵向压电效应 4、天然石英晶体与压电陶瓷比，石英晶体压电常数（C），压电陶瓷的稳定性（C ）。 A、高，差 B、高，好 C、低，差 D、低，好 5、沿石英晶体的电轴x的方向施加作用力产生电荷的压电效应称为（D）。 A、正压电效应 B、逆压电效应 C、横向压电效应 D、纵向压电效应 6、压电式传感器可等效为一个电荷源和一个电容并联，也可等效为一个与电容相串联的电压源。 7、压电式传感器的输出须先经过前置放大器处理，此放大电路有电压放大器和电荷放大器两种形式。二、简答题 1、什么是压电效应？纵向压电效应与横向压电效应有什么区别？答：某些电介质，当沿着一定方向对其施加外力而使它变形时，内部就产生极化现象，相应地会在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。通常把沿电轴X－X方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”；而把沿机械轴Y－Y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”；所以纵向压电效应与横向压电效应的主要区别在于施力方向不同，电荷产生方向也不同。 2、压电式传感器为何不能测量静态信号？答：因为压电传感元件是力敏感元件，压电式传感器是利用所测的物体的运动产生的相应的电信号，而静态的不能产生相应的电信号。所以压电式传感器不能测量静态信号。

传感器与检测技术试卷及答案

1．属于传感器动态特性指标的是（D ） A 重复性 B 线性度 C 灵敏度 D 固有频率 2 误差分类，下列不属于的是（B ） A 系统误差 B 绝对误差 C 随机误差 D 粗大误差 3、非线性度是表示校准（B ）的程度。 A 、接近真值 B 、偏离拟合直线 C 、正反行程不重合 D 、重复性 4、传感器的组成成分中，直接感受被侧物理量的是（B ） A 、转换元件 B 、敏感元件 C 、转换电路 D 、放大电路 5、传感器的灵敏度高，表示该传感器（C ） A 工作频率宽 B 线性范围宽 C 单位输入量引起的输出量大 D 允许输入量大 6 下列不属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（B ） A 应变式传感器 B 化学型传感器 C 压电式传感器 D 热电式传感器 7 传感器主要完成两个方面的功能：检测和（D ） A 测量 B 感知 C 信号调节 D 转换 8 回程误差表明的是在（C ）期间输出输入特性曲线不重合的程度 A 多次测量 B 同次测量 C 正反行程 D 不同测量 9、仪表的精度等级是用仪表的（C ）来表示的。 A 相对误差 B 绝对误差 C 引用误差 D 粗大误差二、判断 1.在同一测量条件下，多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在改变条件时，按一定规律变化的误差称为系统误差。（√） 2 系统误差可消除，那么随机误差也可消除。（×） 3 对于具体的测量，精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，所以精确度高的准确度不一定高（×） 4 平均值就是真值。（×） 5 在n 次等精度测量中，算术平均值的标准差为单次测量的1/n 。（×） 6.线性度就是非线性误差.（×） 7.传感器由被测量，敏感元件，转换元件，信号调理转换电路，输出电源组成.（√） 8.传感器的被测量一定就是非电量（×） 9.测量不确定度是随机误差与系统误差的综合。（√） 10传感器（或测试仪表）在第一次使用前和长时间使用后需要进行标定工作，是为了确定传感器静态特性指标和动态特性参数（√）二、简答题：（50分） 1、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？答：传感器的动态特性是指当输入量随时间变化时传感器的输入—输出特性。静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。在时域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在频域条件下一般要研究传感器的动态特性。 2、绘图并说明在使用传感器进行测量时，相对真值、测量值、测量误差、传感器输入、输出特性的概念以及它们之间的关系。答：框图如下：测量值是通过直接或间接通过仪表测量出来的数值。测量误差是指测量结果的测量值与被测量的真实值之间的差值。当测量误差很小时，可以忽略，此时测量值可称为相对真值。输入输出相对真值测量误差测量值

传感器原理及应用期末考试试卷(含答案)

传感器原理及应用一、单项选择题(每题2分．共40分) 1、热电偶的最基本组成部分是()。 A、热电极 B、保护管 C、绝缘管 D、接线盒 2、为了减小热电偶测温时的测量误差，需要进行的温度补偿方法不包括( )。 A、补偿导线法 B、电桥补偿法 C、冷端恒温法 D、差动放大法 3、热电偶测量温度时( )。 A、需加正向电压 B、需加反向电压 C、加正向、反向电压都可以 D、不需加电压 4、在实际的热电偶测温应用中，引用测量仪表而不影响测量结果是利用了热电偶的哪个基本定律( )。 A、中间导体定律 B、中间温度定律 C、标准电极定律 D、均质导体定律 5、要形成测温热电偶的下列哪个条件可以不要（）。 A、必须使用两种不同的金属材料； B、热电偶的两端温度必须不同； C、热电偶的冷端温度一定要是零； D、热电偶的冷端温度没有固定要求。 6、下列关于测温传感器的选择中合适的是（）。 A、要想快速测温，应该选用利用PN结形成的集成温度传感器； B、要想快速测温，应该选用热电偶温度传感器； C、要想快速测温，应该选用热电阻式温度传感器； D、没有固定要求。 7、用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是( )。 A、接线方便 B、减小引线电阻变化产生的测量误差 C、减小桥路中其他电阻对热电阻的影响 D、减小桥路中电源对热电阻的影响 8、在分析热电偶直接插入热水中测温过程中，我们得出一阶传感器的实例，其中用到了（）。 A、动量守恒； B、能量守恒； C、机械能守恒； D、电荷量守恒； 9、下列光电器件中，基于光电导效应工作的是( )。 A、光电管 B、光敏电阻 C、光电倍增管 D、光电池

《传感器原理及应用》课后答案

第1章传感器基础理论思考题与习题答案 1.1什么是传感器？（传感器定义）解：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路组成。 1.2传感器特性在检测系统中起到什么作用？解：传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系，所以它在检测系统中的作用非常重要。通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态特性。静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 1.3传感器由哪几部分组成？说明各部分的作用。解：传感器通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路三部分组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分，转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成电信号的部分，调节转换电路是指将非适合电量进一步转换成适合电量的部分，如书中图1.1所示。 1.4传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。意义略（见书中）。动态参数有最大超调量、延迟时间、上升时间、响应时间等，应根据被测非电量的测量要求进行选择。 1.5某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为300mV，求其灵敏度。解：其灵敏度 3 3 30010 60 510 U k X - - ?? === ?? 1.6某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃、

传感器题库及答案

第一章检测技术的基本概念一、填空题： 1、传感器有、、组成 2、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出与输入的比值。 3、从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度。 4、下面公式是计算传感器的。 5、某位移传感器的输入变化量为5mm，输出变化量为800mv，其灵敏度为。二、选择题： 1、标准表的指示值100KPa，甲乙两表的读书各为 KPa和 KPa。它们的绝对误差为。 A 和 B 和 C 和 2、下列哪种误差不属于按误差数值表示。 A绝对误差 B相对误差 C随机误差 D引用误差 3、有一台测量仪表，其标尺范围0—500 KPa，已知绝对误差最大值 P max=4 KPa，则该仪表的精度等级。 A 级 B 级 C 1级 D 级 4、选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。应选购的仪表量程为测量值的倍。 A3倍 B10倍 C 倍 D 倍 5、电工实验中，常用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于测量，而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于测量。 A偏位式 B零位式 C 微差式 6、因精神不集中写错数据属于。系统误差 B随机误差 C粗大误差 7、有一台精度级，测量范围0—100 KPa，则仪表的最小分格。 A45 B40 C30 D 20 8、重要场合使用的元件或仪表，购入后进行高、低温循环老化试验，目的是为了。 A提高精度 B加速其衰老 C测试其各项性能指标 D 提高可靠性 9、传感器能感知的输入量越小，说明越高。 A线性度好 B迟滞小 C重复性好 D 分辨率高三、判断题 1、回差在数值上等于不灵敏度 ( ) 2、灵敏度越大，仪表越灵敏（） 3、同一台仪表，不同的输入输出段灵敏度不同（） 4、灵敏度其实就是放大倍数（） 5、测量值小数点后位数越多，说明数据越准确（） 6、测量数据中所有的非零数字都是有效数字（） 7、测量结果中小数点后最末位的零数字为无效数字（）四、问答题 1、什么是传感器的静态特性，有哪些指标。答：指传感器的静态输入、输出特性。有灵敏度、分辨力、线性度、迟滞、稳定性、电磁兼容性、可靠性。

《传感器技术与应用》期中考试题(含答案)

一、填空题：（每空2分，共20分） 1、传感器的动态特性越好，则能测的信号频率越宽（宽、窄）。 2、已知一米尺的修正值为-2mm，现用该米尺测得某物体长度为32.5cm，则该物体长度为 32.3 。 3、测50mm的物体，测得结果为50.02mm，则相对误差为 0.04% 。 4、相敏检波电路与差动变压器配合使用是为了辨别方向。 5、电阻式传感器是将被测非电量转换为电阻的变化的装置。 6、在差动变压器的实验中，观察到的现象是在一定范围内呈线性。 7、在某些晶体物质的极化方向上施加电场时，这些晶体物质会产生变形，这种现象称为逆压电效应。 8、电容式传感器存在的边缘效应可以通过初始电容量c0 或加装等位环来减小。 9、差动变压器是属于信号调制中的调幅类型（调幅、调频、调相）。二、判断题（正确的打√，错误的打×。每小题1分，共10分） 1、差动结构从根本上解决了非线性误差的问题。（ x ） 2、为了使压电陶瓷具有压电效应，必须在一定温度下通过强电场作用对其作极化处理。（ Y ） 3、变间隙型的电感式传感器初始间隙越大，灵敏度越低，非线性误差越小，量程越大。（ Y ） 4、变面积型的电容式传感器输出与输入之间的关系是线性的。（ Y ） 5、压电式传感器只能进行动态测量。（ Y ） 6、随机误差可以通过系统校正来减小或消除。（ X ） 7、求和取平均是为了减小系统误差。（ X ）

8、电涡流式传感器不仅可以用于测量金属，还可以测量非金属。（ X ） 9、石英晶体沿任意方向施加力的作用都会产生压电效应。（ X ） 10、电容传感器采用运算放大器测量电路则从原理上解决了单个变间隙型电容传感器输出特性非线性问题。（ Y ）三、计算题（每小题10分，共50分） 1、将一电阻应变片接入电桥电路中，已知电阻应变片在无应变时的电阻值为80欧，R3=40欧，R4=100欧。运算放大器的电压增益为20。问R2选取多大合适？如果该电阻应变片的灵敏度为4，受力的作用后发生变形其应变为2×10-3，电阻值变化为多少？受到该力的作用后输出电压U为多少？ U

测试与传感器技术试题库及答案

测试与传感器技术试题(1) 一、判断题(判断下列各题，正确的在题干后面的括号内打A“√”，错误的打B“×”。每小题2分，共10分) 1.X-Y记录仪可记录任何频率的信号。( B ) 2.分析周期信号的频谱的工具是傅立叶级数。( A ) 3.阻抗变换器的作用是将传感器的高输出阻抗变为低阻抗输出。( A ) 4.瞬态信号的频谱一定是连续的。( A ) 5.系统的不失真测试条件要求测试系统的幅频特性和相频特性均保持恒定。( B ) 二、单项选择题(在每小题的四个备选答案中选出一个正确答案，并将其号码填在题干的括号内。每小题2分，共10分) 1.信号x(t)=sin(2t+1)+cos(t/3)是( A ) A.周期信号 B.非周期信号 C.瞬态信号 D.随机信号 *2.用共振法确定系统的固有频率时，在有阻尼条件下，( )频率与系统固有频率一致。 A.加速度共振 B.速度共振 C.位移共振 D.自由振动 3.压电式加速度计与测振仪之间可以串接的是( A ) A.电荷放大器 B.A/D转换器 C.相敏检波器 D.滤波器 4.温度误差的线路补偿法是利用电桥( C )实现的。 A.相邻桥臂同变输入电压相加 B.相邻桥臂差变输入电压相减 C.相对桥臂同变输入电压相加 D.相对桥臂差变输入电压相加 5.差动变压器式位移传感器中线圈之间的互感M( B ) A.始终保持不变 B.随被测位移的变化而变化 C.不随被测位移的变化而变化 D.随线圈电流的变化而变化三、填空题(每空1分，共30分) 1.若位移信号x(t)=Acos(ωt+ψ),则其速度信号的振幅为___AW_____，加速度信号的振幅为 ______AW2__。 2.利用数字频率计测量振动频率时，一般对低频信号测________，高频信号测________。 3.信号的频谱函数可表示为__幅值______频谱和___相位_____频谱。 4.用共振法确定系统的固有频率时，由于测量的振动参数不同，存在着________共振频率， ________共振频率，________共振频率。 5.高频情况下，多采用___压电式____测力传感器来测量激振力，而且在实验前需对测力系统进行____标定____。 6.当压电式加速度计固定在试件上而承受振动时，质量块产生一可变力作用在压电晶片上，由于___压电_____效应，在压电晶片两表面上就有___电荷_____产生。 7.阻抗头由两部分组成，一部分是___力_____传感器，一部分是_加速度_______传感器。它是用来测量驱动点__阻抗______的。 8.阻容式积分电路中，输出电压从_电容C_______两端取出，RC称为__积分______时间常数， RC值越大，积分结果越__准确______，但输出信号___越小_____。 9.光线示波器的关键部件是________，通过它，可将按一定规律变化的________信号，转换成按同样规律变化的________摆动信号，从而记录测量结果。 10.热电偶的热电势由________和________两部分组成。 @@@11.测试装置所能检测到的输入信号的最小变化量称为_分辨率_______。 12.具有质量为M，刚度为K的振动体的固有频率为________。

传感器技术与应用试题及答案(二)

传感器技术与应用试题及答案（二）传感器技术与应用试题及答案(二) 题号一、选择题(本大题共20小题，每小题2分，共40分) 1、以下不属于我国电工仪表中常用的模拟仪表精度等级的是( ) A 0.1 B 0.2 C 5 D 2 2、( )又可分为累进性的、周期性的和按复杂规律变化的几种类型。 A 系统误差 B 变值系统误差 C 恒值系统误差 D 随机误差 3、改变电感传感器的引线电缆后，( ) A不必对整个仪器重新标定 B 必须对整个仪器重新调零 C 必须对整个仪器重新标定 D不必对整个仪器重新调零 4、在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中( )。 A、电容和电感均为变量 B、电容是变量，电感保持不变 C、电感是变量，电容保持不变 D、电容和电感均保持

不变 5、在两片间隙为1mm的两块平行极板的间隙中插入( )，可测得最大的容量。 A、塑料薄膜 B、干的纸 C、湿的纸 D、玻璃薄片 6、热电阻测量转换电路采用三线制是为了( ) 。 A、提高测量灵敏度 B、减小非线性误差 C、提高电磁兼容性 D、减小引线电阻的影响 7、当石英晶体受压时，电荷产生在( ) 。 A、Z面上 B、X面上 C、Y面上 D、X、Y、Z面上 8、汽车衡所用的测力弹性敏感元件是( )。 A、悬臂梁 B、弹簧管 C、实心轴 D、圆环 9、在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是( )。 A、补偿热电偶冷端热电势的损失 B、起冷端温度补偿作用 C、将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 D、提高灵敏度 10、在仿型机床当中利用电感式传感器来检测工件尺寸，该加工检测装置是采了( )测量方法。 A、微差式 B、零位式 C、偏差式 D、零点式 11、测得某检测仪表的输入信号中,有用信号为20毫伏,干扰电压也为20毫伏, 则此时的信噪比为( )。

传感器题库及答案

第一章检测技术的基本概念一、填空题： 1、传感器有 ____________ 、、 __________ 组成 2、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出 _______________ 与输入 _________ 的比值。 3、从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度 ______________ 。 4、下面公式是计算传感器的 ____________ 。 y max y min 5、某位移传感器的输入变化量为 5mm ，输出变化量为800mv ,其灵敏度为 _________________ 。、选择题: 1、标准表的指示值 100KPa ，甲乙两表的读书各为 101.0 KPa 和99.5 KPa 。它们的绝对误差为 ______________ 。 A 1.0KPa 禾口 -0.5KPa B 1.0KPa 禾口 0.5KPa C 1.00KPa 禾口 0.5KPa 2、下列哪种误差不属于按误差数值表示 _____________________ 。 A 绝对误差 B 相对误差 C 随机误差 D 引用误差 3、有一台测量仪表，其标尺范围 0— 500 KPa ，已知绝对误差最大值 Pmax=4 KPa ，则该仪表的精度等级 __________________ 。 A 0.5 级 B 0.8 级 C 1 级 D 1.5 级 4、选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。应选购的仪表量程为测量值的 _______________ 倍。 A3 倍 B10 倍 C 1.5 倍 D 0.75 倍 5、电工实验中，常用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于 ___________________ 测量，而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于 ___________________ 测量。 A 偏位式 B 零位式 C 微差式 6、因精神不集中写错数据属于。系统误差 B 随机误差 C 粗大误差 7、有一台精度2.5级，测量范围0—100 KPa ,则仪表的最小分 _______________ 格。 A45 B40 C30 D 20 8、重要场合使用的元件或仪表，购入后进行高、低温循环老化试验，目的是为了。 9、传感器能感知的输入量越小，说明 _________________ 越高。三、判断题 1、回差在数值上等于不灵敏度（） 2、灵敏度越大，仪表越灵敏（ 3、同一台仪表，不同的输入输出段灵敏度不同（） 4、灵敏度其实就是放大倍数（） 5、测量值小数点后位数越多，说明数据越准确（） A max 100% (1-9) A 提高精度 B 加速其衰老 C 测试其各项性能指标 D 提高可靠性 A 线性度好 B 迟滞小 C 重复性好 D 分辨率高

《传感器与检测技术》试题及答案

《传感器与检测技术》试题一、填空:(２0分) 1,测量系统得静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。(２分) 2、霍尔元件灵敏度得物理意义就是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时得霍尔电势大小。 3、光电传感器得理论基础就是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生得光电效应分为三类。第一类就是利用在光线作用下光电子逸出物体表面得外光电效应,这类元件有光电管、光电倍增管;第二类就是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变得内光电效应，这类元件有光敏电阻;第三类就是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势得光生伏特效应,这类元件有光电池、光电仪表。 4、热电偶所产生得热电势就是两种导体得接触电势与单一导体得温差电势组成得,其表达式为Eab（T,To）=。在热电偶温度补偿中补偿导线法(即冷端延长线法)就是在连接导线与热电偶之间,接入延长线，它得作用就是将热电偶得参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定得地方,以减小冷端温度变化得影响。 5、压磁式传感器得工作原理就是：某些铁磁物质在外界机械力作用下,其内部产生机械压力,从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反,某些铁磁物质在外界磁场得作用下会产生机械变形,这种现象称为负压电效应。(2分) 6、变气隙式自感传感器,当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上得线圈电感量(①增加②减小③不变)(2分) 7、仪表得精度等级就是用仪表得(①相对误差②绝对误差③引用误差)来表示得(２分) 8、电容传感器得输入被测量与输出被测量间得关系,除(①变面积型②变极距型③变介电常数型)外就是线性得。(2分） 9、电位器传器得(线性)，假定电位器全长为Xｍaｘ, 其总电阻为Rｍａx,它得滑臂间得阻值可以用Rx = （① Xmax/ｘ Rｍａx,②ｘ／Xmａx Ｒｍａx,③ Xmaｘ/XＲmaｘ④Ｘ/Xma ｘＲｍaｘ)来计算，其中电阻灵敏度Rr=（① 2p(b+h)/At, ② 2ｐAt／b+ｈ，③2A(b+b)/pt，④ 2Ａtp(ｂ＋ｈ）) 1、变面积式自感传感器,当衔铁移动使磁路中空气缝隙得面积增大时,铁心上线圈得电感量(①增大，②减小，③不变)。２、在平行极板电容传感器得输入被测量与输出电容值之间得关系中,(①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）就是线性得关系。３、在变压器式传感器中,原方与副方互感Ｍ得大小与原方线圈得匝数成（①正比,②反比,③不成比例),与副方线圈得匝数成(①正比,②反比,③不成比例)，与回路中磁阻成(①正比,②反比，③不成比例)。 4、传感器就是能感受规定得被测量并按照一定规律转换成可用输出信号得器件或装置,传感器通常由直接响应于被测量得敏感元件与产生可用信号输出得转换元件以及相应得信号调节转换电路组成。５、热电偶所产生得热电热就是由两种导体得接触电热与单一导体得温差电热组成。２、电阻应变片式传感器按制造材料可分为①_金属＿材料与②__＿_半导体__体材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化,其中①得电阻变化主要就是由 _电阻应变效应形成得,而②得电阻变化主要就是由温度效应造成得。半导体材料传感器得灵敏度较大。 3、在变压器式传感器中，原方与副方互感M得大小与绕组匝数成正比,与穿过线圈得磁通＿成正比,与磁回路中磁阻成反比，而单个空气隙磁阻得大小可用公式 _＿表示。 1、热电偶所产生得热电势就是由两种导体得接触电势与单一导体得温差电势组成得,其表达式为E ab(T,T o)=。在热电偶温度补偿中，补偿导线法(即冷端延长线法)就是在连接导线与热电偶之间，接入延长线它得作用就是将热电偶得参考端移至离热源较远并且环境温度较稳

《传感器原理与应用》综合练习答案(期末考试)

《传感器原理与应用》综合练习一、填空题 1．热电偶中热电势的大小仅与金属的性质、接触点温度有关，而与热电极尺寸、形状及温度分布无关。 2．按热电偶本身结构划分，有普通热电偶、铠装热电偶、微型热电偶。3．热电偶冷端电桥补偿电路中，当冷端温度变化时，由不平衡电桥提供一个电位差随冷端温度变化的附加电势，使热电偶回路的输出不随冷端温度的变化而改变，达到自动补偿的目的。 4．硒光电池的光谱峰值与人类相近，它的入射光波长与人类正常视觉的也相近，因而应用较广。 5．硅光电池的光电特性中，光照度与其短路电流呈线性关系。 6．压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应。 7．压电陶瓷是人工制造的多晶体，是由无数细微的电畴组成。电畴具有自己极化方向。经过极化过的压电陶瓷才具有压电效应。 8．压电陶瓷的压电常数比石英晶体大得多。但石英晶体具有很多优点，尤其是其它压电材料无法比的。 9．压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不能测量频率小的被测量。特别不能测量静态量。 10．霍尔效应是导体中的载流子在磁场中受洛伦茨力作用发生位移的结果。 11．霍尔元件是N型半导体制成扁平长方体，扁平边缘的两对侧面各引出一对电极。一对叫激励电极用于引入激励电流；另一对叫霍尔电极，用于引出霍尔电势。 12．减小霍尔元件温度误差的措施有：（1）利用输入回路的串联电阻减小由输入电阻随温度变化；引起的误差。（2）激励电极采用恒流源，减小由于灵敏度随温度变化引起的误差。 13．霍尔式传感器基本上包括两部分：一部分是弹性元件，将感受的非电量转换成磁物理量的变化；另一部分是霍尔元件和测量电路。 14．磁电式传感器是利用霍尔效应原理将磁参量转换成感应电动势信号输出。 15．变磁通磁电式传感器，通常将齿轮的齿（槽）作为磁路的一部分。当齿轮转动时，引起磁路中，线圈感应电动势输出。 16．热敏电阻正是利用半导体的数目随着温度变化而变化的特性制成的热敏感元件。 17．热敏电阻与金属热电阻的差别在于，它是利用半导体的电阻随温度变化阻值变化的特点制成的一种热敏元件。 18．热敏电阻的阻值与温度之间的关系称为热敏电阻的。它是热敏电阻测温的基础。 19．热敏电阻的基本类型有：负温度系数缓变型、正温度系数剧变型、临界温度型。 20．正温度系数剧变型和临界温度型热敏电阻不能用于温度范围的温度控制，而在某一温度范围内的温度控制中却是十分优良的。 21．正温度系数剧变型和临界温度型热敏电阻属于型，适用于温度监测和温度控制。

传感器技术与应用考题及部分答案

一、填空题（每空1分，共30分） 1、声波是一定频率范围内可以在弹性介质中传播的波，低于16 Hz的声波称为次声波，高于20k Hz的声波称为超声波。 2、超声波可分为纵波、横波、表面波。 3、超声波中的纵波能在固体、液体、气体中传播；横波只能在固体中传播。 4、在空气中传播的超声波，其频率应选得较低；在固体、液体中传播的超声波，其频率应选得较高。 5、光电元件的工作原理是基于不同形式的光电效应。 6、光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射光波长的关系称为光谱特性，亦称为光谱响应。 7、光敏电阻的阻值与入射光量有关，而与电压、电流无关。 8、光敏晶体管的光电特性是指外加偏置电压一定时，光敏晶体管的输出电流与光照度之间的关系。 9、光电检测必须具备光源、被测物、和光敏元件。 10、光电开关可分为直射（透射）型和反射型两种。 11、光纤传感器主要由光导纤维、光源和光探测器组成。 12、光纤是利用光的完全内反射原理传输光波的一种媒质。 13、接触式码盘的码道数n越大，所能分辨的角度α越小，测量精度越高。

14、感应同步器利用定尺和滑尺的两个平面印刷电路绕组的互感随其相对位置变化的原理，将位移转换为电信号。二、选择题（每小题2分，共30分） 1、直探头可发射和接收 A 波，斜探头可发射和接收 B 波。 A 纵B横C表面 2、超声波测厚常用C 法。 A穿透B反射C脉冲回波 3、光敏二极管在测光电路中应处于 B 偏置状态；而光电池通常处于 A 偏置状态。 A 正向B反向C零 4、温度上升，光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管的暗电流 A 。 A上升B下降C不变 5、普通型硅光电池的峰值波长为 B 。 A 0.8mm B 0.8μm C 0.8nm 6、下列传感器中，不能直接用于直线位移测量的传感器是 C 。 A 长光栅 B 感应同步器 C 角编码器 7、增量式位置传感器输出的信号是 C 。 A 电压信号 B 电流信号 C 脉冲信号 8、某直线光栅每毫米刻线数为50线，采用四细分技术，则该光栅的分辨力为 A μm。 A 5 B 20 C 50 9、光栅中采用sin和cos两套光电元件是为了 B 。 A 抗干扰 B 辨向 C 进行三角函数运算 10、增量式编码器通常为 B 码盘。 A 接触式 B 光电式 C 电磁式 11、有一只1024位增量式角编码器，光敏元件在30秒内连续输出了102400个脉冲，则该编码器测得的转速为 A r/min。 A 200 B 1024 C 3000 12、感应同步器的输出电压 C 励磁电压。

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传感器原理及其应用习题第1章传感器的一般特性一、选择、填空题 1、衡量传感器静态特性的重要指标是_灵敏度______、__线性度_____、____迟滞___、___重复性_____ 等。 2、通常传感器由＿＿敏感元件＿＿、＿＿转换元件＿＿＿＿、＿转换电路＿＿＿＿三部分组成，是能把外界＿非电量＿转换成＿＿＿电量＿＿＿的器件和装置。 3、传感器的＿＿标定＿＿＿是通过实验建立传感器起输入量与输出量之间的关系，并确定不同使用条件下的误差关系。 4、测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为粗大、系统和随机误差三类，其中随机误差可以通过对多次测量结果求平均的方法来减小它对测量结果的影响。 5、一阶传感器的时间常数τ越__________, 其响应速度越慢;二阶传感器的固有频率ω0越_________, 其工作频带越宽。 6、按所依据的基准直线的不同，传感器的线性度可分为、、、。 7、非线性电位器包括和两种。 8、通常意义上的传感器包含了敏感元件和（ C ）两个组成部分。 A. 放大电路 B. 数据采集电路 C. 转换元件 D. 滤波元件 9、若将计算机比喻成人的大脑，那么传感器则可以比喻为(B )。 A．眼睛 B. 感觉器官 C. 手 D. 皮肤 10、属于传感器静态特性指标的是（D ） A.固有频率 B.临界频率 C.阻尼比 D.重复性 11、衡量传感器静态特性的指标不包括（ C ）。 A. 线性度 B. 灵敏度 C. 频域响应 D. 重复性 12、下列对传感器动态特性的描述正确的是（） A 一阶传感器的时间常数τ越大, 其响应速度越快 B 二阶传感器的固有频率ω0越小, 其工作频带越宽 C 一阶传感器的时间常数τ越小, 其响应速度越快。 D 二阶传感器的固有频率ω0越小, 其响应速度越快。二、计算分析题 1、什么是传感器？由几部分组成？试画出传感器组成方块图。 2、传感器的静态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义。作业3、传感器的动态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义第2章电阻应变式传感器一、填空题 1、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称__应变_____效应；半导体或固体受到作用力后_电阻率______要发生变化，这种现象称__压阻_____效应。直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度下降了，这种现象称为____横向___效应。 2、产生应变片温度误差的主要因素有＿电阻温度系数的影响、＿试验材料和电阻丝材料的线性膨胀系数的影响＿。 3、应变片温度补偿的措施有＿＿＿电桥补偿法＿、＿应变片的自补偿法、＿、。 4. 在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，_全桥__接法可以得到最大灵敏度输出。 5. 半导体应变片工作原理是基于压阻效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数大十倍

传感器与检测技术试题及答案

传感器与检测技术试题及答案 The document was prepared on January 2, 2021

《传感器与检测技术》试题一、填空：（20分） 1，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。（2分） 2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。 3、光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有光电管、光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电效应，这类元件有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表。 4.热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab （T ，To ）=T B A T T B A 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ?+-。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。 5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。（2分） 6. 变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③不变）（2分） 7. 仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的（2分） 8. 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（① 变面积型 ② 变极距型 ③ 变介电常数型）外是线性的。（2分） 1、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）。 2、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。 3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与原方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。

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习题集及答案第1章概述 1.1 什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？ 1.2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。 1.3 简述传感器主要发展趋势，并说明现代检测系统的特征。 1.4 传感器如何分类？按传感器检测的范畴可分为哪几种？ 1.5 传感器的图形符号如何表示？它们各部分代表什么含义？应注意哪些问题？ 1.6 用图形符号表示一电阻式温度传感器。 1.7 请例举出两个你用到或看到的传感器，并说明其作用。如果没有传感器，应该出现哪种状况。 1.8 空调和电冰箱中采用了哪些传感器？它们分别起到什么作用？答案 1.1答：从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。我们对传感器定义是：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。我国国家标准（GB7665—87）对传感器（Sensor/transducer）的定义是：“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置”。定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。 1.2答：组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成；关系，作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。 1.3答：（略）答：按照我国制定的传感器分类体系表，传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器三大类，含12个小类。按传感器的检测对象可分为：力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。 1.5 答：图形符号（略），各部分含义如下： ①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。 ②传感器：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。 ③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的装置。 ④变送器：能输出标准信号的传感器答：（略）答：（略）答：（略）第2章传感器的基本特性 2.1传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标描述？它们一般可用哪些公式表示？表征了2.2传感器的线性度是如何确定的？确定拟合直线有哪些方法？传感器的线性度 L

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