PAGE5第頁共5頁線訂裝線訂裝班級：姓名：學號：專業：密封線試卷一（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。錯選、多選和未選均不得分。1、在整個測量過程中，如果影響和決定誤差大小的全部因素（條件）始終保持不變，對同一被測量進行多次重復測量，這樣的測量稱為（）A．組合測量B．靜態測量C．等精度測量D．零位式測量2、屬于傳感器動態特性指標的是（）A．重復性B．固有頻率C．靈敏度D．漂移3、在金屬箔式應變片差動單橋測力實驗中不需要的實驗設備是（）A．直流穩壓電源B．低通濾波器姓名姓名：4、關于壓電式傳感器中壓電元件的連接，以下說法正確的是（）A．與單片相比，并聯時電荷量增加1倍、電容量增加1倍、輸出電壓不變B.與單片相比，串聯時電荷量增加1倍、電容量增加1倍、輸出電壓增大1倍C．與單片相比，并聯時電荷量不變、電容量減半、輸出電壓增大1倍D.與單片相比，串聯時電荷量不變、電容量減半、輸出電壓不變5、下列光電器件中，基于光電導效應工作的是（）A．光電管B．光敏電阻C．光電倍增管D．光電池6、構成CCD的基本單元是（）A.P型硅B.PN結C．光電二極管D.MOS電容器7、下列關于微波傳感器的說法中正確的是（）A.不能用普通電子管與晶體管構成微波振蕩器B.不能用特殊結構的天線發射微波C.用電流——電壓特性呈線性的電子元件做探測微波的敏感探頭D.分為反射式、遮斷式和繞射式三類8、對于工業上用的紅外線氣體分析儀，下面說法中錯誤的是（）A．參比氣室內可裝N2B.紅外探測器工作在“大氣窗口”之內C．測量氣室內裝被分析氣體D.參比氣室中的氣體要吸收紅外線9、現有一個采用4位循環碼碼盤的光電式編碼器，碼盤的起始位置對應的編碼是0011，終止位置對應的編碼是1111，則該碼盤轉動的角度可能會是（）A．60°B.90°C.180°D.270°10、用熱電阻測溫時，熱電阻在電橋中采用三線制接法的目的是（）接線方便減小引線電阻變化產生的測量誤差減小橋路中其他電阻對熱電阻的影響減小橋路中電源對熱電阻的影響二、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？簡述變極距型電容傳感器的工作原理（要求給出必要的公式推導過程）。什么是霍爾效應？為什么說只有半導體材料才適于制造霍爾片？簡述光纖傳感器的組成和工作原理。簡述光柵莫爾條紋測量位移的三個主要特點。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、電氣專業的學生第1小題必做，并從第2－4小題中選做兩個小題；測控專業的學生做第2－4小題，第1小題不做。1、某電路的電壓數值方程為當電流A,A時，測得電壓為50v；當電流A，A時，測得電壓為80v；當電流A，A時，測得電壓為120v；試用最小二乘法求兩只電阻、的值。2、當被測介質溫度為,測溫傳感器示值溫度為時，有下列方程式成立：當被測介質溫度從25℃突然變化到300℃時，測溫傳感器時間常數s，試確定經過480s后的動態誤差。3、試分析半橋差動交流電橋的平衡條件，并給出電橋的輸出電壓表達式。4、某測量者想用兩只K型熱電偶測量兩點溫度，其連接線路如圖一所示，已知=420℃,=30℃，測得兩點的溫度電勢為15.132mv。但后來經檢查發現溫度下的那只熱電偶錯用E型熱電偶，其他都正確，試求兩點實際溫差？(可能用到的熱電偶分度表數據見表一和表二，最后結果可以只保留到整數位)圖一表一K型熱電偶分度表（部分）分度號：K（參考端溫度為0℃）測量端溫度/℃30506070熱電動勢/mv+01.2032.0222.4362.85030013.45614.29214.71215.132表二E型熱電偶分度表（部分）分度號：E（參考端溫度為0℃）測量端溫度/℃203040熱電動勢/mv+01.1921.8012.41940030.54631.35032.155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計分析題綜合設計分析題（本大題共20分）若需要你用差動變壓器式加速度傳感器來測量某測試平臺振動的加速度。請你：（1）設計出該測量系統的框圖，并作必要的標注或說明；（2）畫出你所選用的差動變壓器式加速度傳感器的原理圖，并簡述其基本工作原理；（3）給出差動變壓器式加速度的測量電路圖，并從工作原理上詳細闡明它是如何實現既能測量加速度的大小，又能辨別加速度的方向的。傳感器與自動檢測技術模擬試卷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。錯選、多選和未選均不得分。1、C2、B3、B4、A5、B6、D7、A8、D9、C10、B二、簡答題（本大題共5小題，每小題6分，共30分）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律轉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換元件兩部分。敏感元件是傳感器中能直接感受（或響應）被測信息（非電量）的元件，起檢測作用。轉換元件則是指傳感器中能將敏感元件的感受（或響應）信息轉換為電信號的部分，起轉換作用。簡述變極距型電容傳感器的工作原理（要求給出必要的公式推導過程）。答：當傳感器的εr和S為常數，初始極距為d0時，其初始電容量C0為：（1）若電容器極板間距離由初始值d0縮小了Δd，電容量增大了ΔC，則有（2）由（2）式可知，傳感器的輸出是非線性的。若Δd/d0<<1時，1-(Δd/d0)2≈1，則式（2）可簡化為此時C與Δd近似呈線性關系。所以，在Δd/d0很小時，變極距型電容式傳感器的輸出（電容）與輸入（位移）有近似的線性關系。3、什么是霍爾效應？為什么說只有半導體材料才適于制造霍爾片？答：置于磁場中的靜止載流導體，當它的電流方向與磁場方向不一致時，載流導體上平行于電流和磁場方向上的兩個面之間產生電動勢，這種現象稱霍爾效應。霍爾常數RH等于霍爾片材料的電阻率ρ與電子遷移率μ的乘積，即RH=μρ。若要霍爾效應強，則希望有較大的霍爾系數RH，因此要求霍爾片材料有較大的電阻率和載流子遷移率。一般金屬材料載流子遷移率很高，但電阻率很小；而絕緣材料電阻率極高，但載流子遷移率極低，故只有半導體材料才適于制造霍爾片。簡述光纖傳感器的組成和工作原理。答：光纖傳感器由光源、（光纖或非光纖的）敏感元件、光纖、光探測器、信號處理系統等組成。其工作原理：由光源發出的光通過源光纖引到敏感元件，被測參數（溫度、壓力、應變、振動等）作用于敏感元件，在光的調制區內，使光的某一性質（光強、波長/頻率、相位、偏振態）受到被測量的調制，調制后的光信號經過接收光纖耦合到光探測器，將光信號轉換為電信號，最后經過信號處理得到所需要的被測量。簡述光柵莫爾條紋測量位移的三個主要特點。答：光柵莫爾條紋測位移的三個主要特點：（1）位移的放大作用光柵每移動一個柵距W時，莫爾條紋移動一個寬度，莫爾條紋的間距與兩光柵夾角的關系為：由此可見，越小，越大，相當于把W放大了1/倍。即光柵具有位移放大作用，從而可提高測量的靈敏度。（2）莫爾條紋移動方向當固定一個光柵時，另一個光柵向右移動時，則莫爾條紋將向上移動；反之，如果另一個光柵向左移動，則莫爾條紋將向下移動。因此，莫爾條紋的移動方向有助于判別光柵的運動方向。（3）誤差的平均效應莫爾條紋是由光柵的大量刻線形成的，對線紋的刻劃誤差有平均抵消作用。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、電氣專業的學生第1小題必做，并從第2－4小題中選做兩個小題；測控專業的學生做第2－4小題，第1小題不做。1、某電路的電壓數值方程為當電流,時，測得電壓為50v；當電流，時，測得電壓為80v；當電流，時，測得電壓為120v；試用最小二乘法求兩只電阻、的值。解：令，系數矩陣,直接測得值矩陣,被測量估計矩陣由最小二乘法：，則2、當被測介質溫度為,測溫傳感器示值溫度為時，有下列方程式成立：當被測介質溫度從25℃突然變化到300℃時，測溫傳感器時間常數，試確定經過480s后的動態誤差。解：把輸入看作從0到275的階躍輸入信號，則；輸入信號的拉氏變換為:又即進行拉氏反變換后，有動態誤差（℃）3、試分析半橋差動交流電橋的平衡條件，并給出電橋的輸出電壓表達式。解：交流電橋如上圖所示。工作應變片和補償應變片分別加在橋臂Z1和Z2上。由于電源為交流，應變片引線分布電容使得橋臂呈現復阻抗特性，相當于兩只應變片各并聯了一個電容（C1，C2），每個橋臂的復阻抗為：（1）交流電橋的開路輸出電壓為：要滿足電橋平衡條件，則有：將（1）式代入可得：整理可得：令其實部、虛部分別相等，就可得到交流電橋的平衡條件：4、某測量者想用兩只K型熱電偶測量兩點溫度，其連接線路如圖一所示，已知=420℃,=30℃，測得兩點的溫度電勢為15.132mv。但后來經檢查發現溫度下的那只熱電偶錯用E型熱電偶，其他都正確，試求兩點實際溫差？(可能用到的熱電偶分度表數據見表一和表二，最后結果可以只保留到整數位)圖一表一K型熱電偶分度表（部分）分度號：K（參考端溫度為0℃）測量端溫度/℃30506070熱電動勢/mv+01.2032.0222.4362.85030013.45614.29214.71215.132表二E型熱電偶分度表（部分）分度號：E（參考端溫度為0℃）測量端溫度/℃203040熱電動勢/mv+01.1921.8012.41940030.54631.35032.155解：所以，查表一、表二得：℃（℃）試卷二綜合設計分析題（本大題共20分）。若要你需要用差動變壓器式加速度傳感器來測量某測試平臺振動的加速度。請你：（1）設計出該測量系統的框圖，并作必要的標注或說明；（2）畫出你所選用的差動變壓器式加速度傳感器的原理圖，并簡述其基本工作原理；（3）給出差動變壓器式加速度的測量電路圖，并從工作原理上詳細闡明它是如何實現既能測量加速度的大小，又能辨別加速度的方向的。解：（1）測試平臺振動加速度的測量系統框圖（2）差動變壓器式加速度傳感器的原理圖（3）差動變壓器式加速度的測量電路圖為了達到能辨別移動方向和消除零點殘余電壓的目的，實際測量時，常常采用差動整流電路或相敏檢波電路。法一：差動整流電路把差動變壓器的兩個次級輸出電壓分別整流，然后將整流的電壓或電流的差值作為輸出。下面給出全波電壓輸出的差動整流電路：全波電壓輸出的差動整流電路圖從上圖電路結構可知，不論兩個次級線圈的輸出瞬時電壓極性如何，流經電容C1的電流方向總是從2到4，流經電容C2的電流方向總是從6到8，故整流電路的輸出電壓為當銜鐵在零位時，因為U24=U68，所以U2=0；當銜鐵在零位以上時，因為U24>U68，則U2>0；而當銜鐵在零位以下時，則有U24<U68，則U2<0。U2的有效值大小反映了位移的大小，從而利用①式可以反求加速度的大小；U2正負表示銜鐵位移的方向，即振動的加速度方向。法二：相敏檢波電路輸