2015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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2015 年浙江省中国计量大学传感器技术考研真题 30=30 分） 10=20 分）传感器技术 1 一、填空（每空 1 分，共 1 1、传感器的标定是，根据输入量的不同，分为和两种。 2、半导体应变片的工作原理是基于效应，受外力作用后，电阻的变化主要由变化引起的。 3、按传感器构成原理，传感器可分为结构型与物性型两大类，结构型传感器是基于构成的，物性型传感器是基于构成的。压电传感器是上述两类中的型传感器。 4、电感传感器的零点残余电压过大，会使传感器下降，增大，造成零点残余电压的原因是。 5、电容传感器在结构上增设等位环是为减小引起的误差，采用“驱动电缆”技术是为减小引起的误差。 6、霍尔元件灵敏度系数 kH 与和有关。霍尔元件的零位误差包括和。 7、计量光栅测量时按光线走向可以分为和两类。 8、热电偶的接触电动势主要与和有关。 9、谐振式传感器是直接将被测量转换为的装置。机械式谐振传感器是利用振子的和变化进行测量的。 10、电阻型气敏器件按结构，可以分为、和三种。 11、传感器的分辨力是，分辨率是，阈值是。二、选择题（每题 2 分，共 2 1、为提高电阻应变片测量动态应变的最高工作频率，可以。 A.增加应变片基长 B.减小应变片基长 C.增加电阻应变片初始电阻 D.采用差动结构 2、对互感式电感传感器而言，要使非线性误差减小，应该使两个副线圈。 A.正向串联 B.反向串联 C.正向并联 D.反向并联 3、电容传感器的转换电路电源采用直流电源的是。 A.二极管双 T 形电路 B.差动脉冲调宽电路 C.运算放大器式电路 D.调频电路 4、磁电感应式传感器和压电传感器都可用于振动测量，一般要求振动频率磁电感应式传感器固有频率，压电传感器固有频率。 A.高于，高于 B.高于，低于 C.低于，高于 D.低于，低于 5、光子的能量大小与光的有关。 A．波长 B．光速 C．光强 D．相位 6、在下列传感器中，属于有源传感器的是传感器。 A．容栅式 B．电感式 C．磁栅式 D．感应同步器 7、当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时，照射在光电阴极上光通量与光电流之间的关系称为光电管的。 A.伏安特性 B.光电特性 C.光谱特性 D.频率特性 8、热电偶冷端补偿可采用的补偿方法有。 A.电位补偿法 B.差动放大法 C.相敏检波电路 D.采用恒流源供电 9.光源是光电传感器重要组成部分，卤钨灯属于。 A.热辐射光源 B.气体放电光源 C.电致发光光源 D.激光光源

10、压电传感器前置放大器采用电荷放大器，为降低测量频率下限，可采取方法。 A.增加系统固有频率 B.减小电路时间常数 C.增加反馈电容 D.增加反馈电导三、简答题（每题 6 分，共 6 1、非线性误差大小与拟合直线位置有关，说明最小二乘拟合与端点连线平移拟合确定拟合直线的方法。 2、低频透射涡流传感器基于什么效应测量的，作图说明测量金属厚度工作原理。 3、电容传感器的运算放大器式电路如图所示，Cx 是传感器电容，C 是固定电容，计算输出电压 U0，并说明该电路如何克服变极距型电容传感器的非线性。 5=30 分） 4、说明引起电阻应变片温度误差的原因，可采用哪些方法补偿温度误差。 5、说明图示光电池的工作原理。四、综合题（共 70 分） 1、（15 分）某压力测量系统，动态微分方程为 30dy/dt+3y=0.15x，x 为输入压力（Pa），y 为输出电压（V）。（1）当输入恒定压力为 0.05Pa，求输出电压和静态灵敏度；（2）当输入压力为一阶跃信号，幅值为 0.05Pa，请画出输出电压响应示意曲线，计算输出电压达到稳态值 95%所需要的响应时间；（3）当输入压力为一周期信号，x=2sin(2t)，求输出电压数学表达式。 2、（10 分）电容传感器在实际测量中并非一纯电容，画出电容传感器完整等效电路图及高频和低频时简化等效电路图，说明电路中元器件来源。 3、（15 分）压电传感器电压放大器等效电路如图所示，设压电元件受到交变力 Fmsinωt 作用，所用压电元件材料为压电陶瓷，压电系数为 d33。（1）求放大器输入端电压 Ui 的幅值及与输入作用力的相位差。（2）分析作用力为静态、低频及高频时放大器输入端电压 Ui 的幅值特性。

4、（15 分）如图所示变气隙型电感传感器，衔铁断面积 S=4×4mm2，初始位置气隙δ=0.6mm，激励线圈匝数 N=2000 匝，真空磁导率μ0=4π×10-7H/m，忽略铁心磁阻。若测量位移量远小于气隙，传感器近似线性特性。（1）求线圈初始电感值及传感器结构灵敏度；（2）当衔铁位移 x=-0.04~+0.04mm，求电感的变化范围及最大非线性误差；（3）若要减小上述非线性误差，可采取什么措施。 5、（15 分）测量微小位移可用哪些传感器，取其中一种传感器说明其测量原理、转换电路，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.传递函数 2.静态测量不确定度 3.光电效应 4.感应同步器 5.零点残余电压 6.逆压电效应 7.梯度光纤 8.半导瓷 9.光电池 10.温差电动势二、填空题（每空 0.5 分，共 0.5x40=20 分） 1.现代信息技术的三大支柱是___________、___________和___________，其中是信息技术的源头。 2.压电式传感器的工作原理是基于压电效应，压电效应有___________和___________，压电效应是可逆的，因此压电式传感器是一种典型的___________。压电元件的输出信号很弱，

需要放大，常用的前置放大器有___________和___________。 3.热电偶是基于其输出电动势随温度变化的关系而工作，它由两种不同的导体构成一闭合回路，回路电动势由两种导体的___________和单一导体的___________所组成。回路的两个结点，一个称为，另一个称为。热敏电阻传感器是利用半导体电阻随温度变化的特性而工作的传感器，按不同的电阻温度特性可分为___________、___________和___________的热敏电阻。 4.光纤传感器是 20 世纪 70 年代发展起来的新型传感器，光纤按其传输模式可分为 ___________和___________两类。衡量光纤耦合效率的参数称为___________。功能型光纤传感器一般通过调制光的___________、___________或___________来实现其他物理量的传感测量。 5.谐振式传感器按谐振原理可分为___________、___________和___________三类。谐振式传感器需要激振环节，按信号产生方式有开环激振和闭环激振，闭环激振也称连续激振，其按激振环节不同可分为___________、___________和___________三种。 6.霍尔式传感器为了获得较高的霍尔电势，霍尔元件通常做成___________片状，材料多用 ___________半导体。霍尔元件有___________引线，其中一对为___________、_另一对为 ___________，引线与霍尔元件的焊接要求。 7.光电器件是光电式传感器的重要组成部分，有热探测型和光子探测型两类。热探测型对光的___________没有选择，而光子探测型则有一定的___________。真空光电管是利用制成的光电器件，光敏电阻是利用___________制成的光电器件。真空光电管在没有光照时仍然会有输出，它是由___________产生的噪声，称为___________。三、选择题（每题 2 分，共 2x10=20 分） 1．传感器在正、反行程中输出输入曲线不重合称为（）。 A．非线性 B.灵敏度误差．C．重复性误差 D．迟滞 2．应变式传感器是一种（）的测量装置。 A．只能测量电阻的相对变化 B．只能测量应变 C．可以测量所有的被测量 D．可以测量可以转化为应变的被测量 3．磁电感应式传感器将永久磁铁工作在最大磁能积上的目的是为了（）。 A．使传感器的体积最小 B．可以直接测量角速度信号 C．保证恒定磁通 D．可以直接测量速度信号 4．栅线密度为 50 线/mm 的光栅，其栅线间距为（）。 A.50mmB.2mmC.0.02mmD．0.05mm 5.用于厚度测量的压电陶瓷传感器利用了（）原理。 A.逆压电效应 B.磁阻效应 C.压阻效应 D．正压电效应 6.气敏传感器中的加热器是为了。 A．去除吸附在表面的气体 B.起温度补偿作用 C．增加传感器中的电阻 D.去除吸附在表面的油污和灰尘 7.光电式传感器用斩光器调制光信号是为了（）。 A.提高光电转换效率 B.扩展探测器的光谱响应范围 C.消除背景杂散光 D.消除探测器的热噪声 D 电机轴上安装一个 10 个齿的调制盘，当电机以 60 的角速度转动时，光电二极管的输出信号频率是。 A．10HzB.300HzC.180HzD.600Hz 9．磁弹性传感器利用了（）原理。 A.磁阻效应 B.压磁效应 C.磁致伸缩效应 D.磁电感应效应 xi 为获得较好的动态特性，在二

阶传感器设计时，一般选择ξ。 A.ξ=0.6～0.7B.ξ>1C.ξ=1D.ξ=0 四、（15 分） 1.什么是应变片的温度误差？（3 分） 2.产生温度误差的原因是什么？（4 分） 3.分别就图 4-1 上下两个筒式压力传感器中的应变片 R2 为什么能起温度补偿作用进行分析与说明。（8 分） 0 8.85 10 12F/m) 12F，问动极板移动了多少位移（4 分）？图 4-1 筒式压力传感器五、（10 分）一变间隙型位移电容传感器，两极板原始间隙为 1mm，极板半径为 10mm，极板间介质为空气，试求传感器静态灵敏度(6 分)?当动极板移动时，测量电路测得电容变化量为 2.8 10 ( 六、（15 分） 1.压电式传感器为什么要接入前置放大器？（5 分） 2.为什么用电压放大器时，连接电缆不能太长，而用电荷放大器时，则可以不受电缆长短的限制？（5 分） 3.将一压电式传感器接入电压放大电路，其等效电阻 R 测信号的下限截止频率？（5 分）七、（15 分） 1.叙述莫尔条纹形成的原理。（6 分） 2.简述莫尔条纹的 3 个特性。（9 分）八、（15 分） 1.何谓热电偶的中间温度定律？（5 分） 2.用一灵敏度为 0.08mV/℃的线性热电偶测量某一炉子的温度，经冷端修正后测得的实际温度为 1000℃。若用电压表直接连接热电偶测量，读数为 76mV,问冷端温度应为多少？（10 分） 106 ,总电容 C 1000pF,求被 1

九、（10 分）设计一电子称，要求：1）说明其工作原理（4 分）；2）画出其结构原理图（3 分）；3）设计要点（3 分）。

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