1、传感器与检测技术自测试题传感器与检测技术自测试题1一、填空题：（每空1分，满分20分）1. 传感器是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 和 组成。10mm差动变压器式位移传感器的转换原理是 。2. 传感器的静态特性是指 ；其主要技术指标有线性度、 、 、 等。3. 电感式传感器的基本变换原理是 _；压电式传感器是将压力参量转变为 。4. 光电式传感器是基于光电效应的原理而工作的，其光电效应有 和 。基于前者的光电元件是光电管，基于后者的光电元件是 。5. 非电量测量方法按照测量手段可分为 、 和联立测量。6. 常见的记录仪器有 、光线示波器和 、计算机记录仪
2、。7. 测试误差的主要类型有随机误差、 和 。8. 描述随机过程的特征量有概率密度函数、 、 和谱密度函数。二、简述题：（每小题6分，满分24分）1. 试简述电阻应变片测试系统中温度对测试结果的影响及基本的消除方法。2. 试简述传感器静态标定的方法。3. 试简述电荷放大器的电路构成及基本作用。4. 试简述测量精度的含义及测量误差对其的影响程度。三、分析题（第1小题，满分12分；第2小题，满分10分）1如图1所示电容式传感器测试位移的系统结构组成框图，试说明其测量的原理；并指出各个单元电路的功能。图12试分析图2所示相敏检波器的工作原理。图2四、计算题（满分10分）试分析图3所示一阶传感器系统的
3、传递函数，并分析其动态频率特性（幅频、相频）。图3五、应用题（每小题12分，共24分）1已知某圆轴受到的纯扭矩如图4所示，试选择电阻应变片的贴片方法及接桥电路，并导出Mn与电桥输出电压U0的关系式。图42试用热电偶测量某点的温度，画出该测试系统的电路原理图，并说明其测量的原理。传感器与检测技术自测试题1参考答案一、填空题：（每空1分，满分20分）错填、漏填均得0分。1. 敏感元件、 转换元件 、 差动变压器式 2. 传感器输入为静态量时输出与输入之间的关系特性、灵敏度、迟滞、准确度3. 将非电参量转换为自感量或互感量的变化、电荷量4. 外光电效应、内光电效应、 光电池 光敏二极管 三极管 光敏
4、电阻5. 直接测量、 间接测量 6. 笔式记录仪、 磁带记录仪7. 系统误差、过失误差8. 均值、方差和均方值二、简述题：（每小题6分，满分24分）1. 温度的影响主要表现在电阻应变片的温度系数t和被测试件的线膨胀系数对电阻应变片产生温度变化电阻值为Rt = Rott + Rot （3分）常用的消除方法是单丝自补偿、双丝补偿法、电桥补偿法。 （3分）2. （1）将传感器全量程（测量范围）分成若干等间距点； （1分）（2）根据传感器量程分点情况，由小到大逐渐一点一点的输入标准量值，并记录下与各输入值相对的输出值； （1分）（3）将输入值由大到小一点一点的减少下来，同时记录下与各输入值相对应的输出
5、值； （1分）（4）按（2）、（3）所述过程，对传感器进行正、反行程往复循环多次测试，将得到的输出输入测试数据同表格列出或画成曲线； （1分）（5）对测试数据进行必要的处理，根据处理结果就可以确定传感器的线性度、灵敏度、滞后和重复性等静态特性指标。 （2分）3. 电荷放大器的电路是由连接电缆的分布电容、放大器的输入电容和具有电容负反馈的集成运放等构成。电路图见下图： （3分）其作用是：将压电传感器的电荷输出转变为电压输出，且具有放大作用。其次是将输入的高阻抗变换成输出的低阻抗。 （3分）4. 测量精度的含义是反映测量值与真实值的接近程度的量。 （3分）准确度：反映系统误差的影响程度；精密度：反
6、映随机误差的影响程度；精确度：反映系统误差和随机误差综合的影响程度。 （3分）三、分析题（第1小题，满分12分；第2小题，满分10分）1答：位移参量经过电容式传感器构成的电容电桥变换后获得AM信号，此信号再经过交流放大器放大后，通过相敏检波器进行解调，后又经过低通滤波器后滤除高频成分后，送到显示仪表显示位移值。 （5分）各个单元电路的功能：电容式传感器：用来检测位移信号，借助与电桥电路将位移信号转换为输出的AM信号。交流放大器：将输入的AM信号进行幅值放大。相敏检波器：将输入的AM信号进行解调，用来判别位移的大小和方向。低通滤波器：将相敏检波器解调后的混合信号进行滤波，从而获得位移参量的信号。
7、显示仪表：用来指示位移的大小值和方向。振荡器：给测量电桥和相敏检波器提供电源。 （7分）2答：解：（1）. 当被测非电信号的极性是正极性时，调幅波的相位与载波的相位相同。由于参考的电压信号远大于调幅波的幅值，不管是在调幅波的正半周还是负半周，经过二极管检波后，在负载RL上获得的电压信号始终是正极性。 （5分）（2）. 当被测非电信号的极性是负极性时，调幅波的相位与载波的相位相反。由于参考的电压信号远大于调幅波的幅值，不管是在调幅波的正半周还是负半周，经过二极管检波后，在负载RL上获得的电压信号始终是负极性。 （5分）四、计算题（满分10分）解：输入力参量与输出位移的函数关系是：x(t) = k
8、y(t ) + c （2分）则，X(s) = kY(s) + csY(s) 传递函数为 H（S）= = （2分）则其频响函数为 H（j）= = 幅频特性：= （2分）相频特性：（）= -arctan(C/k) （2分）幅频特性和相频特性图见下图： （2分）五、应用题（每小题12分，共24分）1 解：1. 沿圆轴的表面粘贴2个电阻应变片，每个电阻应变片与水平方向成450角。见下图。 （4分）2. 这2个电阻应变片连接成半桥测量电路。见下图。 （4分） 3. 电阻应变片R1产生的应变为1 = （1+）电阻应变片R2产生的应变为2 = -（1+）则，电桥的输出为 UO = K（1 -2）U = K（
9、1+）U （4分）2解：热电偶测量点温的电路原理图见下图： （5分）测量原理：当热电偶的热端t为被测点温时，冷端to为恒定的0时，热电偶将产生热电动势，此电动势经过差动放大器放大后，送到直流电压表显示。用显示的电压值除以放大器的放大倍数，获得热电偶的热电动势值。此值再通过查热电偶的若电势表，即可获得该点的温度值。 （7分）传感器与检测技术自测试题2一、单项选择题：（共12小题，每小题2分，共24分）1. 在下列模块中，不属于机械非电量电子测试系统的是（ ）。A. 传感器 B. 测量电路 C. 加速度 D.显示装置2.在下列非电参量中，不属于机械类非电参量的是（ ）。A.发酵酶 B.弯矩 C.转
10、速 D. 位移3.若传感器的名称为“10mm差动变压器式位移传感器”，则可知其测量对象是（ ）。A. 10mm B. 差动变压器式 C. 位移 D. 传感器4.下列传感器中，不属于电阻应变片式传感器一类的是（ ）。A. 金属丝式 B. 金属铂式C. 半导体式 D. 固态压阻式5. 下列不属于光生伏特效应的光电传感器是（ ）。A. 光敏二极管 B. 光电池 C. 光敏电阻 D. 光敏三极管6. 下列传感器中，不属于热电式传感器一类的是( )。A. 热电偶 B. 热敏电阻 C. 热释电传感器 D. 电涡流传感器7.下列不属于测试干扰源的是（ ）。A. 测试人员 B. 电磁场 C. 电源 D. 信道
11、8.下列属于隐性记录方式的记录仪器是 （ ）。A. 电子示波器 B. 光线示波器 C. 光盘刻录机 D. 笔式记录仪9. 在无限次重复测量中，会形成异常数据的误差是（ ）。A. 相对误差 B. 过失误差 C. 随机误差 D. 系统误差 10.下列参数中，不属于随机信号统计特征参数的是（ ）。A. 均方值 B. 概率密度函数 C. 自相关函数 D. 线性度11.下列信号不属于调制波的是（ ）。A. AM B. FM C. PM D. WM12.将压电式传感器输出电荷转换成电压信号的电路是（ ）。A. 电荷放大器 B. 直流电桥 C. 交流电桥 D. A/D转换器二、判断题：（共5小题，每小题2分
12、，正确的请在括号内打“”，错误的打“”，共10分）1. 对于检测位移的值达到米级以上的可以通过电容式传感器来检测。 （ ）2. 电感式传感器可以用来测量温度参量。 （ ）3. 直流电桥可以接电容式传感器。 （ ）4. 相敏检波器可以用来解调调频波。 （ ）5. 测试系统中的干扰信号可通过硬件和软件方法消除。 （ ）三、简答题：（共4小题，每小题6分，共24分）1.试简述测试系统的静态特性和动态特性的含义，并写出静态特性的主要性能指标。2.试简述电容传感器的基本原理和常用的几种类型。3.试简述模拟信号输入到计算机的通道结构。4.试画出热电偶测量某点温度的原理图并说明测量原理。四、分析题：（共1小
13、题，每小题12分，共12分）1. 如图1所示光电式传感器测试电动机转速的系统结构组成框图，试说明其测量的原理；并指出各个单元电路的功能。图1五、计算题：（共2小题，每小题10分，共20分）1. 试计算图2所示一阶有源低通滤波器电路的幅频特性、相频特性。图22. 对某一静态参量转矩在等精密度测量下进行了9次测量，得到测量序列为：10.5N.m，10.6 N.m，10.5 N.m，10.4N.m，10.2 N.m，10.4 N.m，10.7 N.m，10.5 N.m，10.6 N.m，试求出测量结果的表达式。（选定置信概率为p=0.95,查t分布表得t0.95(9)=2.2622）六、应用题：（共
14、1小题，每小题10分，共10分）1. 已知某等强度悬臂梁受力如图3所示，试选择电阻应变片的贴片方法及画出接桥电路，并计算出P与电桥输出电压U0的关系式。图3传感器与检测技术自测试题2参考答案及评分标准一、单项选择题：（共12小题，每小题2分，共24分）1、C； 2、A； 3、C； 4、D； 5、C； 6、D； 7、A； 8、C； 9、B；10、D； 11、D； 12、A；二、判断题：（共5小题，每小题2分，正确的请在括号内打“”，错误的打“”，共10分）1、（ ）； 2、（ ）；3、（ ）；4、（ ）；5、（ ）；学院： 专业班级： 姓名： 学号： 装 订 线 三、简答题：（共4小题，每小题6
15、分，共24分）1、测试系统的静态特性是指测试系统的输入量为静态量时，系统的输出与输入之间的关系特性；（2分）测试系统的动态特性是指测试系统的输入量为动态量时，系统的输出与输入之间的关系特性；（2分）静态特性的主要技术指标有线性度、灵敏度、滞差。（2分）2、电容传感器是将非电参量转换成电容容值的变化。即忽略边缘效应，C值为，外界的非电参量可以改变、s、d，从而可以改变C值。（3分）常见的类型有变极距型、变面积型、变介质型等三种。（3分）3、模拟信号输入到计算机的通道结构有：多通道共享采样保持器和A/D转换器；多通道同步型数据采集系统；（3分）多通道并行数据采集系统；主计算机管理的各通道独立变换和
16、预处理的数据采集系统。（3分）4、热电偶测量点温的原理图见下图所示。（3分）测量点温的原理是：热电偶的热端为待测点温，冷端为设定温度0度。输出为热电势值，利用毫伏表测定出热电势值。然后查热电偶表得出被测端的温度值。（3分）四、分析题：（共1小题，每小题12分，共12分）【解：】恒光源发出的光线经光学系统投射到电动机的转轴上，由于在转轴上粘贴一个锡箔纸，转轴每转动一圈光线被反射一次，反射后的光线被光电元件接收，即一个脉冲，此脉冲信号经过交流放大后，再经过整形，送到闸门电路中，时基脉冲电路产生控制闸门开启时间，在闸门开启时间内，计数器记下光电脉冲的个数，然后送到译码显示电路处理，进行显示转速值。（
17、6分）各个单元电路的功能：光电式传感器：将电动机的转速信号变换为电脉冲信号。放大器：将输入的电脉冲信号进行幅值放大。整形器：将放大后的电脉冲信号边沿变换成陡直的边沿。闸门：在时基的正脉冲信号内输出转速的电脉冲信号。时基：产生计数器计数的脉宽。计数器：在一定的时基脉宽内对转速的电脉冲信号进行计数。译码显示：将计数值转换成七段显示代码，显示转速。（6分）五、计算题：（共2小题，每小题10分，共20分）1、【解：】H(j) = = = = -arctanRC （4分）幅频特性：= （2分）相频特性：（）= -arctanRC （2分）幅频特性和相频特性图见下图： （2分）2、【解：】1. 求平均值：
18、L =（10.5+10.6+10.5+10.4+10.2+10.4+10.7+10.5+10.6）=10.49 （1分）2. 求残差：i = li L ，则1 = 0.01、2 = 0.11、3 = 0.01、4 = - 0.09、5 = -0.29、6= - 0.09、7 = 0.21、8 = 0.01、9 = 0.11。 （2分）3. 求标准差的估计值：= = 0.145 （2分）4. 判断是否存在异常数据：根据来伊达法则i 3，则不存在异常数据。该数据中符合上述条件，故不存在异常数据。 （2分）5. 求平均值的标准差估计值：=/= 0.048 （1分）6. 表达测量结果：L0 = L tp(f) = 10.492.26220.048 =10.49 0.11 N.m （2分）六、应用题：（共1小题，每小题10分，共10分）【解：】1、使用两个电阻应变片，贴在上表面，距离相距a； （3分）2、接成半桥电路，两个电阻应变片构成相邻臂如下图所示： （3分）3. （4分）
