2016年浙江省中国计量大学传感器技术考研真题.doc-资料库

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2016 年浙江省中国计量大学传感器技术考研真题传感器技术 1 一、填空（每空 1 分，共 130=30 分） 1、静态灵敏度定义为传感器与相应的之比。 2、压阻式传感器有两种类型，一种是，另一种是。 3、采用金属应变片进行测量时产生温度误差的来源是和。 4 、造成电感式传感器零点残余电压的原因是，常采用电路来抑制。 5、消除或减小电容式传感器的边缘效应可采用和。 6、霍尔元件通常由制成，但其电阻率、、等会随温度而变化，致使霍尔电动势变化，产生温度误差。 7、磁栅式传感器主要由和组成。 8 、压电式传感器可等效为一个和一个电容并联，也可等效为一个与电容串联。 9、光子探测器是基于一些物质的，可分为以下四种类型：光电发射型、、、。 10、光纤中反映光纤耦合效率的参数称为，按折射率的分布，光纤传感器可分为和两大类。 11、热电动势来源于两个方面，一部分由构成，另一部分是。 12、磁阻效应指的是当载流导体置于磁场中除了产生外，其也会随磁场而变化。 13、根据声源在介质中施力方向与波在介质中传播方向的不同，声波可分为，和表面波。二、选择题（每题 2 分，共 210=20 分） 1、传感器的下列指标全部属于静态特性的是。 A. 线性度、灵敏度、阻尼系数 B. 幅频特性、相频特性、稳态误差 C. 迟滞、重复性、漂移 D. 精度、时间常数、重复性

2、己知某温度传感器为时间常数 T =3s 的一阶系统，当受到突变温度作用后，传感器输出指示温差的二分之一所需的时间为 s。 A. 3 B. 1 C. 1.2 D. 2.1 3、为了测量金属内部裂纹，我们可以采用传感器。 A．涡流式；B. 压电式；C. 光电式；D. 压阻式。 4、以下光电器件基于外光电效应工作的是。 A．光敏电阻 B．光电池 C．光电管 D．光电二极管 5、当还原型气体吸附到 N 型气敏半导体上时，将发生。 A．材料电阻率增大 B．材料电阻率下降 C．载流子减少 D．气体向材料释放电子 6、振弦式谐振式传感器用于压力测量，主要是通过变化实现测量的。 A. 振弦质量 B. 振弦弯曲 C.振弦刚度 D. 振弦泊松比 7、光子探测器的红限频率与相关。 A. 入射光角度 B. 入射光颜色 C. 光强大小 D. 材料逸出功 8、电容式传感器的差动脉冲调宽电路的供电电压采用。 A．占空比为 50%的方波 B．直流电源 C．高频交流电源 D．低频交流电源 9、感应同步器是基于变化进行测量的。 A. 互感 B. 自感 C. 励磁电压频率 D. 励磁电压幅值 10、莫尔条纹具有位移放大作用，放大倍数与相关。 A. 两光栅常数 B. 光栅长度 C. 透镜焦距 D. 两光栅栅线夹角三、简答题（每题 6 分，共 65=30 分） 1、简述磁电感应式传感器的工作原理；某些磁电式速度传感器线圈骨架为什么采用铝骨架？ 2、试述光栅式传感器的基本工作原理。 3、为什么 PN 结会产生光伏特效应？ 4、什么是涡流效应？涡流式传感器有何特点？它有哪些应用？ 5、压电式传感器的前置放大器起什么作用？如何扩展电压放大器的低频？

四、综合题（共 70 分） 1、（12 分）测得某检测装置的一组输入输出数据如下： X Y 0.9 1.1 2.5 1.6 3.3 2.6 4.5 3.2 5.7 4.0 6.7 5.0 试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度。 2、（10 分）激光三角法测头可以实现位移测量，请画出其原理图，并说明其测量原理。 3、（13 分）有一变间隙式差动电容传感器，其结构如图 1 所示。选用变压器交流电桥作测量电路。差动电容器参数： 12mm r  d ， 1  d 2  0.6mm ；介电常数   8.85 10   12 F/m 。测量电路输入电压： U sr   U sr 3sin 2 t (V)  。试求：1）初始电容值；2）当动极板向上位移 x  0.05mm 时，电桥输出端电压 scU 。图 1. 变间隙式差动电容传感器结构图及测量电路 4、（15 分）一个量程为 10 kN 的测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径为 20mm，内径为 18mm，在其表面粘贴 8 个应变片，4 个沿轴向粘贴，4 个沿周向粘贴，应变片的电阻值为 120  ，灵敏系数为 2，泊松比为 0.3，材料弹性模量 E= （1）绘出 8 个应变片贴片位置及全桥电路；（2）计算传感器在满量程时，各应变片的电阻值； 2.1 10 Pa  11 。要求：（3）若电桥电源电压 U=10V，计算电桥负载开路时的输出电压。

5、（10 分）试说明如图 3 所示的热电阻三线制测温时，是如何消除连接导线电阻 r带来的图 2. 薄壁圆筒示意图测温误差的。图 3. 三线制接线图 6、（10 分）试设计一种加速度传感器来测量某测试平台的振动加速度，要求画出结构图并注明所用的敏感元件，说明测量原理，简要分析误差来源。传感器技术 2 一、物理概念或名词解释（每题 3 分，共 3x10=30 分） 1. 外光电效应 2. 灵敏度 3. 霍尔效应 4. MEMS 5. 磁畴

6. 位置敏感器件（PSD） 7. 热敏电阻 8. 横向压电效应 9. 莫尔条纹 10. 敏感元件二、填空题（每空 0.5 分，共 0.5x40=20 分） 1. 通过给传感器输入适当的信号观察其特性参数的方式是获得其输出响应的常规方法。当输入量为性的参数有或、的信号时，输入与输出的关系称为静态特性。描述静态特、、等；当输入量为信号时，输入与输出的关系表现为动态特性。描述动态特性的参数有、、等。为保证传感器的量值准确，需要对传感器进行标定。标定就是通过建立传感器与之间的关系。传感器的标定分为与两种。 2. 电感式传感器是利用线圈的或的变化实现测量的一种装置。这类传感器的主要特征是具有。差动变压器式电感传感器按结构可分为、和三类，它们在输入为零时有一个最小的输出电压，称为。 3. 石英是一种重要的压电材料。石英晶体有和两种。石英晶体属于晶系，有分别称为和、石英晶体之分。石英的三个晶轴（x 轴、y 轴和 z 轴）和。当温度达到 573℃，石英晶体就失去，该温度是其。 4. 金属导体置于变化着的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中旋涡一样在导体转圈，这种现象称为。这时，线圈的阻抗与被测金属导体的、、线圈与金属导体的以及的角频率有关，通过把这些参数的变化变换为电压或频率的变化，即可实现对被测导体的测量。可以用三种类型的测量电路：、和。三、选择题（每题 2 分，共 2x10=20 分） 1. 在理想介质中，超声波的衰减来自于超声波的（）。

A．散射 B．扩散 C．吸收 D．全反射 2. 单色光的波长越短，它的（）。 A．频率越高，其光子能量越大 B．频率越低，其光子能量越大 C．频率越高，其光子能量越小 D．频率越低，其光子能量越小 3. 在以下传感器中，实现三维动态力测量的最佳方法，是采用（）。 A．应变式感应器 B．压阻式传感器 C．压电式传感器 D．CCD 4. 在运算放大器放大倍数很大时，压电传感器测量电路中的电荷放大器的输出电压正比于（）。 A．输入电荷 B．反馈电容 C．电缆电容 D．放大倍数 5. 下列光电器件中，基于光生伏特效应工作的是（）。 A．光电管 C．光电倍增管 B．光电池 D．光敏电阻 6. 变极距型电容传感器的灵敏度随（）而减小。 A．电流的增大 B．间隙的增大 C．间隙的减小 D．电压的增大 7. 磁电式传感器测量电路中引入积分电路是为了测量（）。 A．位移 B．速度 C．加速度 D．频率 8. 光栅常数为 0.05mm，表明其每毫米的刻线数为（）。 A．5 B．100 C．500 D．20 9. 小型光学仪器中用于控制光斑二维位置变化（x-y）的传感器可采用（）。 A．硅光电池 B．线阵 CCD 传感器 C．面阵 CCD 传感器 D．光敏电阻 10. 传感器工作时，在同一测量条件下，多次测量被测量时，其绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差，称为（）。 A．系统误差 B．随机误差 C．粗大误差 D．固有误差四、（15 分）图 1 为一直流应变电桥。其中，E = 4V，R1 = R2 = R3 = R4 = 120。 1）R1 为金属应变片，其余为外接电阻，当 R1 的增量为R1 = 1.2时，电桥输出电压 Uo 为多少？（5 分） 2）R1、R2 都是应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥输出电压 Uo 为多少？（5 分） 3）使用直流应变电桥输出的应变式传感器使用时需要注意哪些问题？（5 分）

五、（10 分）图 1 题四图 1）简述动圈式恒磁通磁电传感器的工作原理，要求画出其结构原理图。（5 分） 2）某动圈式速度传感器弹簧系统的刚度 k=3200N/m，测得其固有频率为 20Hz，今欲将其固有频率减小为 10Hz，问弹簧刚度应为多大? （5 分）六、（15 分）已知电容式位移传感器的两个极板均为正方形，边长为 5cm，极板间距为 1mm，气隙中放置一个边长为 5cm、厚度为 1mm、相对介电常数为 4 的正方形介质板，该介质板可在气隙中自由滑动。空气的相对介电常数εr=1，真空时的介电常数ε0=8.854×10-12F/m。 1）如果初始位置为电容器极板与介质板完全覆盖，请计算传感器的初始输出电容值。（5 分） 2）试计算当介质板的移出位移分别为 2.5cm、5.0cm 时，该传感器的输出电容值。（10 分）七、(15 分) 1.简述热电偶冷端修正和补偿导线使用的物理原理；（7 分） 2.已知一分度号为 K 的热电偶在某温区的 t-E关系如下： t（℃） 25 …… 920 921 922 923 924 E（mV） 1.00 …… 38.124 38.164 38.204 38.243 38.283 用该热电偶测温，测得热电势为 37.240mV，冷端温度为 25℃，则实际温度为多少？（8 分）八、（15 分） 1．简述光纤的传光原理。（4 分） 2．已知某一光纤的 n1=1.544，n2=1.512，其 NA值是多少？若外部的 n0=1，则最大入射角是多少？（6 分） 3．为了减小光纤传输损耗，应从哪些方面进行考虑？（5 分）

九、（10 分）家居安全是民生大事，小区中经常有小偷从阳台翻入居民家中行窃的实例。选择合适的传感器，设计一可用于阳台防盗的自动报警系统。要求画出其结构原理图（4 分），说明其工作原理（4 分），说明在设计和制作时应注意哪些事项（2 分）。

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