传感器原理与检测技术复习题.docx
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传感器原理与检测技术复习题
《传感器原理及检测技术》复习题
一、选择题
1、传感器中直接感受被测量的部分是（B）
A.转换元件B.敏感元件C.转换电路D.调理电路
2、属于传感器静态特性指标的是（D）
A.幅频特性B.阻尼比C.相频特性D.灵敏度
3、属于传感器时域动态特性指标的是（A）
A.阶跃响应B.固有频率C.临界频率D.阻尼比
4、属于传感器动态特性指标的是（C）
A.量程B.灵敏度C.阻尼比D.重复性
5、传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的（D）
A.线性度越好B.迟滞越小C.重复性越好D.分辨力越高
6、衡量在同一工作条件下，对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的不一致程度的指标是（A）
A.重复性B.稳定性C.线性度D.灵敏度
7、一般以室温条件下经过一定的时间间隔后，传感器的输出与起始标定时输出的差异来表示传感器的（C）
A.灵敏度B.线性度C.稳定性D.重复性
8、传感器的线性范围愈宽，表明传感器工作在线性区域内且传感器的（A）
A.工作量程愈大B.工作量程愈小C.精确度愈高D.精确度愈低
9、表示传感器或传感检测系统对被测物理量变化的反应能力的量为（B）
A.线性度B.灵敏度C.重复性D.稳定性
10、在明确传感器输入/输出变换关系的前提下，利用某种标准器具产生已知的标准非电量输入，确定其输出电量与输入量之间关系的过程，称为（C）
A.校准B.测量C.标定D.审核
11、按传感器能量源分类，以下传感器不属于能量转换型的是（D）
A.压电式传感器B.热电式传感器C.光电式传感器D.压阻式传感器
12、某温度计测量范围是－20℃～+200℃，其量程为（B）
A.200℃B.220℃C.180℃D.240℃
13、某温度测量仪的输入—输出特性为线性，被测温度为20℃时，输出电压为10mV，被测温度为25℃时，输出电压为15mV，则该传感器的灵敏度为（D）
A.5mv/℃B.10mv/℃C.2mv/℃D.1mv考端B.自由端C.工作端D.冷端
15、随着温度的升高，NTC型热敏电阻的电阻率会（B）
A.迅速增加B.迅速减小C.缓慢增加D.缓慢减小
16、有一温度计，测量范围为0~200oC，精度为级，该表可能出现的最大绝对误差为（A）
oCoCoCoC
17、热电偶式温度传感器的工作原理是基于（B）
A.压电效应B.热电效应C.应变效应D.光电效应
18、热电偶的热电动势包括（A）
A.接触电动势和温差电动势B.接触电动势和非接触电动势
C.非接触电动势和温差电动势C.温差电动势和汤姆逊电动势
19、将毫伏表接入热电偶回路中，只要保证两个结点温度一致，就能正确测出热电动势而不影响热电偶的输出，这一现象利用了热电偶的（C）
A.中间温度定律B.参考电极定律C.中间导体定律D.中间介质定律
20、金属导体的电阻随温度的升高而（A）
A.变大B.变小C.不变D.无法确定
21、适合于使用红外传感器进行测量的被测物理量是（B）
A.转速B.温度C.厚度D.加速度
22、电阻应变片配用的测量电路中，为了克服分布电容的影响，多采用（D）。
A．直流平衡电桥B．直流不平衡电桥C．交流平衡电桥D．交流不平衡电桥
23、电阻应变式扭矩传感器在测量时会引起应变片的哪个物理量发生变化（C）
A.磁导率B.热导率C.电阻率D.介电常数
24、若单臂电桥的灵敏度为1/4，在相同情况下，双臂电桥的灵敏度为（B）
A.1/4B.1/2C.2D.4
25、金属电阻应变片受力会产生电阻值的变化，其主要原因是（D）
A.压阻效应B.压磁效应C.压电效应D.电阻丝的几何尺寸变化
26、半导体应变片的工作原理是基于（A）
A.压阻效应B.热电效应C.压电效应D.压磁效应
27、对于金属丝式应变片，灵敏系数K等于（B）
A.
B.
C.
D.
28、应变仪电桥的四臂工作方式中，其输出电压U0为（D）
A.
B.
C.
D.
29、差动电桥由环境温度变化引起的误差为（D）
A.
B.
C.
30、将电阻应变片贴在上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。
（C）
A.质量块B.导体C.弹性元件D.机器组件
31、霍尔元件是由何种材料制成的（B）
A.导体B.半导体C.绝缘体D.以上三种均可
32、霍尔元件体积小，结构简单，可以测量（C）
A.湿度B.酒精浓度C.转速D.温度
33、霍尔元件采用恒流源激励是为了（B）
A.提高灵敏度B.克服温漂C.减少不等位电势
34、霍尔电势公式中的角θ是指（C）
A、磁力线与霍尔薄片平面之间的夹角
B、磁力线与霍尔元件内部电流方向的夹角
C、磁力线与霍尔薄片垂线之间的夹角
35、差动变压器式位移传感器属于（A）
A.电感式传感器B.电容式传感器C.光电式传感器D.电阻式传感器
36、自感式位移传感器
为常数，如果保持
不变，则可构成何种类型的位移传感器（C）
A.变气隙型B.螺管型C.变面积型D.变极距型
37、自感式位移传感器是将被测物理量位移转化为（B）
A.电阻R的变化B.自感L的变化C.互感M的变化D.电容C的变化
38、用电涡流式速度传感器测量轴的转速，当轴的转速为50r/min，时，输出感应电动势的频率为50Hz，则测量齿轮的齿数为（A）
A.60B.120C.180D.240
39、当某些晶体沿一定方向受外力作用而变形时.其相应的两个相对表面产生极性相反的电荷，去掉外力时电荷消失，这种现象称为（B）
A.压阻效应B.压电效应C.应变效应D.霍尔效应
40、压电式压力传感器不适于测量（D）
A.爆炸力B.冲击力C.动态力D.静态力
41、在压电式力与压力传感器中，压电元件能将被测量转换成（A）
A.电荷或电压输出B.电压或电流输出
C.电容或电压输出D.电感或电压输出
42、在压电式加速度传感器中，将被测加速度转变为力的是（B）
A.压电元件B.质量块C.弹性元件D.基体
43、在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于（B）
A、外光电效应B、内光电效应C、光电发射D、光导效应
44、当一定波长入射光照射物体时，反映该物体光电灵敏度的是（C）
A、红限B、量子效率C、逸出功D、普朗克常数
45、单色光的波长越短，它的（A）
A.频率越高，其光子能量越大B.频率越高，其光子能量越大
C.频率越高，其光子能量越小D.频率越高，其光子能量越小
46、光电管和光电倍增管的特性主要取决于（A）
A.阴极材料B.阳极材料C.纯金属阴极材料D.玻璃壳材料
47、封装在光电隔离耦合器内部的可能是（D）
A.一个发光二极管和一个发光三极管B.一个光敏二极管和一个光敏三极管
C.两个发光二极管或两个光敏三极管D.一个发光二极管和一个光敏三极管
48、光敏三极管的结构可以看成，用光敏二极管替代普通三极管中的（ D ）
A.集电极 B.发射极 C.集电结 D.发射结
49、在四倍细分的光栅位移传感器中，根据两路信号的相位差辨别方向时，相位差值不能是（D）
A.45°B.90°C.135°D.180°
50、固体半导体摄像元件CCD是一种（C）
A.PN结光电二极管电路B.PNP型晶体管集成电路
C.MOS型晶体管开关集成电路D.NPN型晶体管集成电路
51、固体半导体摄像机所使用的固体摄像元件为（D）
A.LCDB.LEDC.CBD
52、矿灯瓦斯报警器的瓦斯探头属于（A）
A.气敏传感器B.水份传感器C.湿度传感器D.温度传感器
53、高分子膜湿度传感器用于检测（D）
A.温度B.温度差C.绝对湿度D.相对湿度
54、适合在爆炸等极其恶劣的条件下工作的压力传感器是（B）
A.霍尔式B.光纤式C.电感式D.电容式
55、由于所用波登管的频响较低，所以适用于静态或变化缓慢压力测量的压力传感器为（B）
A.涡流式B.霍尔式C.电感式D.压阻式
56、模/数转换器的分辨率以输出二进制数的位数表示，如模/数转换器的输出为十位，最大输入信号为5V，则转换器的输出能分辨出输入的电压信号为（C）
A.2/510VB.510/2VC.5/210VD.210/5V
57、将微弱的、变化缓慢的直流信号变换成某种频率、以便于放大和传输的交流信号的过程称为（A）
A.调制B.解调C.滤波D.整流
58、利用光电耦合电路抑制干扰的方法属于（B）
A.接地B.隔离C.屏蔽D.滤波
59、属于发电型位移传感器的是（D）
A.磁栅式位移传感器B.光栅式位移传感器C.感应同步器D.压电式位移传感器
60、电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化转为何种物理量的输出（C）
A.电阻B.电容C.电压D.电荷
61、若模/数转换器输出二进制数的位数为10，最大输入信号为2.5V，则该转换器能分辨出的最小输入电压信号为（B）
A.1.22mVB.2.44mVC.3.66mVD.4.88mV
62、机械阻抗的振动测试中，阻抗头的输出是（B）
A.激振力和振动位移B.激振力和振动加速度
C.振动位移和振动加速度D.振动速度和振动加速度
63、在下述位移传感器中，既适宜于测量大的线位移，又适宜于测量大的角位移的是（C）
A.电容式传感器B.电感式传感器
C.光栅式传感器D.电阻应变式传感器
64、在典型噪声干扰抑制方法中，差分放大器的作用是（B）
A.克服串扰B.抑制共模噪声C.抑制差模噪声D.消除电火花干扰
二、填空题
1、传感器是能够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。
通常由敏感元件、转换元件、基本转换电路组成。
2、传感器的标定分为静态标定、动态标定两种。
确定静态标定系统的关键是选用被测非电量（或电量）的标准信号发生器和标准测试系统。
动态标定的目的，是检验测试传感器的动态性能指标。
工业上通常采用比较法进行传感器的标定，俗称背靠背法。
3、所谓静态特性，是指当被测量的各个值处于稳定状态（静态测量之下）时，传感器的输出值与输入值之间关系。
传感器的静态特性主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、阀值与分辨力、稳定性等。
4、传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特性称为传感器的动态特性。
5、传感器在使用前或使用过程中或搁置一段时间再使用时，必须对其性能参数进行复测或作必要的调整与修正，以确保传感器的测量精度。
这个复测调整过程称为校准。
6、在机电一体化系统中，往往要求传感器能长期使用而不需经常更换或校准。
在这种情况下应对传感器的稳定性有严格要求。
影响传感器稳定性的因素是时间和环境（或环境因素）。
传感器在同一工作条件下，对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间不一致程度的指标，称为重复性。
7、设某传感器的理论满量程输出值为Y，其校准曲线与拟合直线相比的最大偏差为△Lmax,则该传感器线性度的计算公式为
。
8、传感器的响应特性应在所测频率范围内保持不失真。
9、在测量某一通入量的变化量时，输出量的变化量较小的传感器其灵敏度较低。
10、传感检测系统目前正迅速地由模拟式、数字式向智能化方向发展。
11、热电偶的四个基本定律为均匀导体定律、中间导体定律、标准导体定律、中间温度定律。
12、热电偶热电动势由温差电动势和接触电动势两部分组成。
热电动势的大小主要与两种导体材料的热端和冷端的温差（温度差）有关。
13、并联热电偶可用于测量平均温度。
14、按热电阻材料的不同，热电阻传感器分为金属热电阻、半导体热敏电阻。
15、负温度系数热敏电阻，其阻值随温度增加而呈下降趋势。
16、临界温度系数热敏电阻的特点是在临界温度附近电阻有急剧变化，因此不适于较，温度范围内的测量。
17、衡量电桥工作特性质量的两项指标是电桥灵敏度及电桥的非线性误差。
18、采用交流电源供电的电桥称为交流电桥。
19、电桥在测量时，由于是利用了电桥的不平衡输出反映被测量的变化情况，因此，测量前电桥的输出应调为零。
20、金属导体的电阻值随着机械变形而变化的物理现象，称为金属的电阻应变效应。
21、半导体应变片以压阻效应为主，它的灵敏度系数为金属应变片的50～70倍，因而适用于需要大信号输出的场合。
22、电阻应变片的温度补偿中，若采用电桥补偿法测量应变时，工作应变片粘贴在被测试件表面上，补偿应变片粘贴在与被测试件完全相同的补偿块上，且补偿应变片不承受应变。
23、应变式加速度传感器直接测得的物理量是敏感质量块在运动中所受到的力（或惯性力）。
24、磁敏二极管工作时加正向电压。
由于它的磁灵敏度很高，特别适合测量弱磁场。
25、基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等，基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等。
26、光纤的传输是基于光的全内反射。
光纤传感器所用光纤有单模光纤和多模光纤。
27、有一光纤纤芯折射率为，包层折射率为，当光从空气中射入时数值孔径为
（
）
28、光栅位移传感器无细分时，分辨率为，在四细分后，其分辨率为。
29、计量光栅传感器中，当指示光栅不动，主光栅左右移动时，查看莫尔条纹的移动方向，即可确定主光栅的运动方向。
30、光栅位移传感器的辨向电路中，用于辨向的两路信号其相位差多取为90°。
31、当某些晶体沿一定方向受外力作用而变形时，在其相应的两个相对表面产生极性相反的电荷，当外力去掉后，又恢复到不带电状态，这种物理现象称为正压电效应。
32、在某些晶体的极化方向施加外电场，晶体本身将产生机械变形，当外电场撤去后，变形也随之消失，这种物理现象称逆压电效应。
33、常用压电材料有石英晶体、压电陶瓷、高分子压电材料等。
34、压电式压力传感器适于测动态力和冲击力，但不适于测静态力。
35、压电式传感器中的压电晶片既是传感器的敏感元件，又是传感器的转换元件。
36、气敏电阻元件种类很多，按制造工艺分为烧结型、薄膜型、厚膜型。
37、所谓电阻式半导体气敏传感器，是利用半导体气敏元件同气体接触造成半导体电阻值变化，借此来检测特定气体的成分或者浓度的传感器的总称。
38、气敏传感器是一种将检测到的气体成份和浓度转换为电信号的传感器。
39、电阻式湿敏元件利用湿敏材料吸收空气中的水份而导致本身电阻值发生变化的原理而制成。
氯化锂湿敏电阻是利用吸湿性盐类潮解，离子导电率发生变化而制成的测湿元件，该元件由引线、基片、感湿层与电极组成。
40、对于电阻率随湿度的增加而下降的半导体陶瓷湿敏元件称为负特性湿敏半导瓷。
电阻率随着湿度的增加而增大的半导体陶瓷湿敏元件，称为正特性湿敏半导瓷。
41、互感式位移传感器是将被测位移量的变化转换成互感系数的变化，其基本结构原理与常用变压器类似，故称其为变压器式位移传感器。
42、为了提高自感位移传感器的精度和灵敏度，增大特性的线性度，实际用的传感器大部分都做成差动式。
43、电感式压力传感器类型较多，其特点是频响低，适用于静态或变化缓慢压力的测试。
44、电涡流式传感器的测量系统由传感器和被测体两部分组成，利用两者之间的磁性耦合来完成测量任务。
45、涡流式位移传感器是利用电涡流效应将被测量变换为传感器线圈变化阻抗Z的一种装置。
46、利用电涡流位移传感器测量转速时，被测轴齿盘的材料必须是金属。
47、涡流式压力传感器具有良好的动态（或动）特性，适合于测量爆炸时产生的压力。
48、在理想情况下，采样保持器在采样期间的输出完全跟随输入的变化，而保持期间的输出保持不变。
49、采样保持电路在采样过程中，必须遵循采样定理，否则会出现信息丢失或信号失真。
50、防止电场或磁场干扰的有效方法是屏蔽。
51、为了提高检测系统的分辨率，需要对磁栅、光栅等大位移测量传感器输出信号进行细分。
52、几个传感器串联组成的检测系统的总灵敏度等于各传感器的灵敏度之乘积（或积）
53、检测系统中，模拟式显示在读数时易引起主观误差。
54、数据处理中使用的温度补偿方法有表格法和公式法（或曲线拟合法）。
55、抑制干扰的方法主要是采取单点接地、屏蔽隔离和滤波。
三、简答题
1、什么是热电效应？
热电偶测温回路的热电动势由哪两部分组成？
由同一种导体组成的闭合回路能产生热电势吗？
答：
1）两种不同类型的金属导体两端分别接在一起构成闭合回路，当两个结点有温差时，导体回路里有电流流动会产生热电势，这种现象称为热电效应。
2）热电偶测温回路中热电势主要是由接触电势和温差电势两部分组成。
3）热电偶两个电极材料相同时，无论两端点温度如何变化无热电势产生。
2、试比较热电偶、热电阻、热敏电阻三种热电式传感器的特点
答：
（1）热电偶可以测量上千度高温，并且精度高、性能好，这是其它温度传感器无法替代。
（2）热电阻结构很简单，金属热电阻材料多为纯铂金属丝，也有铜、镍金属。
金属热电阻广泛用于测量-200～+850℃温度范围，少数可以测量1000℃。
（3）热敏电阻由半导体材料制成，外形大小与电阻的功率有关，差别较大。
热敏电阻用途很广，几乎所有家用电器产品都装有微处理器，这些温度传感器多使用热敏电阻。
3、为什么说差动电桥具有温度补偿作用？
答：
由于当测量桥路处于双臂半桥和全桥工作方式时，电桥相邻两臂受温度影响，同时产生大小相等符号相同的电阻增量而相互抵消，从而达到电桥温度自补偿的目的。
4、试述应变片温度误差的概念，产生原因和补偿办法。
答：
（1）由于测量现场环境温度偏离应变片标定温度而给测量带来的附加误差，称为应变片温度误差。
（2）产生应变片温度误差的主要原因有：
1）由于电阻丝温度系数的存在，当温度改变时，应变片的标称电阻值发生变化。
2）当试件与与电阻丝材料的线膨胀系数不同时，由于温度的变化而引起的附加变形，使应变片产生附加电阻。
电阻应变片的温度补偿方法有线路补偿法和应变片自补偿法两大类。
5、简述应变式测力感器的工作原理。
答：
电阻应变式测力传感器是将力作用在弹性元件上，弹性元件在力作用下产生应变，利用贴在弹性元件上的应变片将应变转换成电阻的变化，然后利用电桥将电阻变化转换成电压（或电流）的变化，再送入测量放大电路测量。
最后利用标定的电压（或电流）和力之间的对应关系，可测出力的大小或经换算得到被测力。
6、试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。
答：
应变电桥产生非线性的原因：
制作应变计时内部产生的内应力和工作中出现的剪应力，使丝栅、基底，尤其是胶层之间产生的“滑移”所致。
消减非线性误差的措施：
选用弹性模量较大的粘结剂和基底材料，适当减薄胶层和基底，并使之充分固化，有利于非线性误差的改善。
7、比较霍尔元件、磁敏电阻、磁敏晶体管，它们有哪些相同之处和不同之处？
简述其各自的特点。
答：
（1）霍尔元件具有体积小、外围电路简单、动态特性好、灵敏度高、频带宽等许多优点，在霍尔元件确定后，可以通过测量电压、电流、磁场来检测非电量，如力、压力、应变、振动、加速度等等，所以霍尔元件应用有三种方式：
①激励电流不变，霍尔电势正比于磁场强度，可进行位移、加速度、转速测量。
②激励电流与磁场强度都为变量，传感器输出与两者乘积成正比，可测量乘法运算的物理量，如功率。
③磁场强度不变时，传感器输出正比于激励电流，可检测与电流有关的物理量，并可直接测量电流。
（2）磁敏电阻与霍尔元件属同一类，都是磁电转换元件，两者本质不同是磁敏电阻没有判断极性的能力，只有与辅助材料（磁钢）并用才具有识别磁极的能力。
（3）磁敏二极管可用来检测交直流磁场，特别是弱磁场。
可用作无触点开关、作箱位电流计、对高压线不断线测电流、小量程高斯计、漏磁仪、磁力探伤仪等设备装置。
磁敏三极管具有较好的磁灵敏度，主要应用于①磁场测量，特别适于10-6T以下的弱磁场测量，不仅可测量磁场的大小，还可测出磁场方向；②电流测量。
特别是大电流不断线地检测和保护；③制作无触点开关和电位器，如计算机无触点电键、机床接近开关等；④漏磁探伤及位移、转速、流量、压力、速度等各种工业控制中参数测量。
8、压电式传感器的前置放大器有何作用？
说明压电加速度传感器要使用高输入阻抗电荷放大器的原因。
答：
一是把传感器的高阻抗输出变为低阻抗输出；二是把传感器的微弱信号进行放大。
压电传感器本身的内阻抗很高，而输出的能量又非常微弱，因此在使用时，必须接高通入阻抗的前置放大器。
电荷放大器即可，且其输出电压与电缆分布电容无关。
因此，连接电缆即使长达几百米以上，电荷放大器的灵敏度也无明显变化，这是电荷放大器的突出优点。
9、何谓零点残余电压？
说明该电压产生的原因和消除的方法。
答：
零点残余电压：
差动变压器在零位移时的输出电压。
零点残余电压产生的主要原因：
1.由于两个二次测量线圈的等效参数不对称时输出地基波感应电动势的幅值和相位不同，调整磁芯位置时，也不能达到幅值和相位同时相同。
2.由于铁芯的特性非线性，产生高次谐波不同，不能互相抵消。
为了减小差动变压器的零点残余电压可以采用的方式：
1.尽可能保证传感器尺寸线圈电气参数和磁路对称2.选用合理的测量电路3.采用补偿线路减小零点残余电压
10、按在传感器中的作用，光纤传感器常分为哪两大类型？
它们之间有何区别？
答：
光纤传感器大致可分为功能型和非功能型两大类，它们的基本组成相似，由光源、入射光纤、调制器、出射光纤、光敏器件等组成。
功能型又称传感型，这类传感器利用光纤本身对外界被测对象具有敏感能力和检测功能，光纤不仅起到传光作用，而且在被测对象作用下使光强、相位、偏振态等光学特性得到调制，调制后的信号携带了被测信息。
如果外界作用时光纤传播的光信号发生变化，使光的路程改变，相位改变，将这种信号接收处理后，可以得到与被测信号相关的变化电信号。
非功能型又称传光型，这时光纤只作传播光媒介，待测对象的调制功能是由其它转换元件实现的，光纤的状态是不连续的，光纤只起传光作用。
11、光纤可以通过哪些光的调制技术进行非电量的检测，简要说明原理。
答：
光纤可以通过光强、相位、频率等的调制技术进行非电量的检测，
光强度调制：
利用外界物理量改变光纤中的光强度，通过测量光强的变化测量被测信息。
根据光纤传感器探头结构形式可分为透射、反射、折射等方式调制。
相位调制：
一般压力、张力、温度可以改变光纤的几何尺寸（长度），同时由于光弹效应光纤折射率也会由于应变而改变，这些物理量可以使光纤输出端产生相位变化，借助干涉仪可将相位变化转换为光强的变化。
干涉系统的种类很多，可根据具体情况采用不同的干
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