1、传感器技术 1试卷第 1 页共 6 页中国计量大学中国计量大学20212021 年硕士研究生招生考试试题年硕士研究生招生考试试题考试科目代码：考试科目代码：803考试科目名称：考试科目名称：传感器技术传感器技术 1所有答案必须写在所有答案必须写在报考点提供的答题纸上报考点提供的答题纸上，做在试卷或草做在试卷或草稿纸上无效。稿纸上无效。一、填空（每空一、填空（每空 1 分，共分，共 1 30=30 分）分）1.GB/T 7665-2005 传感器通用术语对传感器的定义为：能感受并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由和转换元件组成。利用材料的物理特性及效应感受信号的传感器，称为，例
2、如压电传感器。压电传感器是利用压电材料制成的，除压电晶体、压电陶瓷外，还有一种有机高分子压电材料，为，其密度约为 PZT 压电陶瓷的 1/4。2.目前国际上用宏观物理现象建立电阻、电容及电感单位的途径有和，前者比后者更具优点。3.某力传感器的动态特性表征为 2dy/dt+0.2y=0.8x，其中 y 为输出电压（mV），x 为输入的力值（N），则该力传感器的时间常数为，静态灵敏度为。4.尽管应变片很难控制其电阻与温度和时间的变化关系，但它能有效克服横向效应。利用阻值均为 120的应变片测量应变，电桥电源电压为 5V，如果电桥灵敏度为 2.5V，当被测应变引起了 1的电阻变化量时，四个应变片的阻
3、值各为。当需要进行温度补偿时，应使粘贴补偿应变片的补偿块材料和粘贴工作应变片的被测试件材料，且应使补偿应变片和工作应变片处于中。5.变极距型电容传感器存在原理上的非线性，可以通过改善非线性；也可以采用电路，从原理上克服非线性。6.光电池的工作原理是基于，光电池的光生电流和光生电压与光照度的关系曲线是光电池的特性。当作为测量元件时，应将光电池当作源来使用。常用的硅光电池和硒光电池中，的光谱响应波长范围更大。传感器技术 1试卷第 2 页共 6 页7.0CCD 全称为，基本单元是。当 CCD 作为图像传感器时，该基本单元通常称为。为保证 CCD 上信号的准确转移，需要提供脉冲控制电压，以四相脉冲为例
4、，各脉冲间的相位差为。8.表征光纤集光能力的重要参数是，当纤芯和包层的折射率分别为 1.2和 1.1 时，该参数值为（保留 2 位小数）。利用光纤弯曲形变实现的光纤位移传感器，应为调制型光纤传感器，一般由纤芯直径约为（2-12）m的光纤构成。9.声波的波型主要有横波、纵波和。频率为 20kHz1GHz 的声波称为。声音在空气中传播时，温度越高，声速。声功率和都是表示声音强弱的物理量。二、单项选择题（每小题二、单项选择题（每小题 2 分，共分，共 2 10=20 分）分）1.某一位移传感器，最小可以测量 50mm，最大可以测量 500mm，则该传感器的测量范围和量程分别为（）。A.50mm-50
5、0mm，500mmB.50mm-500mm，450mmC.500mm，500mmD.500mm，450mm2.线性电位器式传感器存在阶梯特性，已知电位器线圈匝数为 100，加在电位器两端之间的电压为 10V，则阶梯误差应为多少？（）A.5%B.0.5%C.0.1%D.1%3.下列哪种传感器最不适用于最不适用于静态测量？（）A.电位器式传感器B.电容式传感器C.霍尔式传感器D.压电式传感器4.下列哪种传感器的测量电路直接输出数字信号？（）A.光电编码器B.感应同步器C.容栅式传感器D.光栅式传感器5.关于调频电路，下列哪项是错误错误的？（）A.适用于自感式、电涡流式传感器B.适用于电容式传感器C
6、.输入输出特性曲线呈非线性D.连接电缆分布电容影响可忽视传感器技术 1试卷第 3 页共 6 页6.电容式传感器的电桥电路，不具备不具备下列哪个特点？（）A.高频交流正弦波供电B.电桥输出调幅波C.必须工作在平衡位置附近D.输出阻抗低，必须接高放大倍数的处理电路7.关于压电元件及其测量电路，下列哪项是正确正确的？（）A.当两压电元件串联连接，则总电容为单个压电元件电容的一半B.当两压电元件并联连接，则总电荷与单个压电元件电荷相等C.电压放大器的电缆长度对传感器的测量精度影响比较小D.电荷放大器的高频响应比电压放大器好得多8.关于声传感器，下列哪项是错误错误的？（）A.可分为超声波传感器、声表面波
7、传感器和声发射传感器B.声表面波传感器可以用来测量应变、温度、压力、加速度、气体等C.超声物位计测量大量程，其测量范围一般达到 50m 以上D.为了减少干扰，超声波传感器大多采用连续超声波形式9.关于热电阻传感器，下列哪项是错误错误的？（）A.一般来说，它的准确度高于热电偶传感器B.无需参考温度C.抗机械冲击和振动性能好D.响应时间长10.在陆地上的无线传感器网络，下列哪一项不是不是其主要传输介质？（）A.无线电波B.声波C.微波D.红外线三、简答题（每小题三、简答题（每小题 6 分，共分，共 6 5=30 分）分）1.请说明校准的目的。（3 分）请说出至少两种传感器动态标定的方法（从原理上分
8、）。（3 分）2.请说明霍尔元件零位误差的两个来源。（3 分）请画出霍尔元件的恒流源温度补偿电路（需对电路中元件进行说明）。（3 分）3.列举至少两种半导体传感器，并简要介绍其测量原理和应用。（6 分）4.结合图 1 说明电涡流式传感器工作原理。（3 分）从电涡流式传感器的线圈阻抗的影响因素出发，说明可以实现的测量对象。（3 分）传感器技术 1试卷第 4 页共 6 页图15.简述热电偶的四个热电定律（如采用公式表达，公式符号需说明）。（4 分）列举至少两种标准化热电偶。（2 分）四、综合题（四、综合题（共共 6 6 小题，小题，共共 7070 分）分）1.（15 分）室温 20环境下，一标称电
9、阻值为 100（20时）的合金应变片，其灵敏系数k 2，弹性模量E 100 GN/m2，粘接在钢制工件上。（1）当所受应力为 40 MN/m2、直流电桥供电电压为 5V 时，输出电压 U0是多少？（电桥电路中其它电阻标称值均为 100。）（3 分）（2）当应变片不受应力时，由电桥电路的输出电压计算得知该应变片的电阻变化量为72m，试计算此时应变片的温度值。（钢和合金的线膨胀系数分别为 1210-6、1010-6，应变片电阻温度系数为 2010-6/C，其余电阻仍处于室温中。）（3 分）（3）该温度如采用一灵敏度为 0.05mV/C 的热电偶进行测量，电压表所处温度为 12C，则电压表输出的电动
10、势 E0为多少？（3 分）（4）如要补偿温度引起的应变片阻值的变化，通常采用哪几种温度补偿方法？（3 分）（5）如将应变片粘贴在弹性元件上构成应变式力传感器，有哪些具体的弹性元件结构？（3 分）传感器技术 1试卷第 5 页共 6 页2.（15 分）图 2 为基于 PSD 和半导体激光器的距离测量实例。（1）结合图 2 阐明其工作原理。（4 分）（2）如图 2 所示，AI和BI进入计算机后进行数据处理，输出待测距离z，请给出z与AI、BI之间的关系式，并进行说明。（4 分）（3）说明 PSD 测量的特点。（4 分）（4）如该系统不采用 PSD 做位置探测器件，还可以采用哪些光电探测器件？列举至少
11、三种。（3 分）图 23.（10 分）某石英压电晶片的截面积 S=6cm2，厚度 h=1cm，相对介电常数r=4（真空介电常数0=8.8510-12F/m）。（1）若该石英压电晶片受到 F=10N 的垂直作用力，且受力方向上的压电系数d=2.510-12C/N，则最大输出电压为多少？最小输出电压为多少？（4 分）（2）若该石英压电晶片受到msinfFwt的正弦作用力，且通过电压放大器进行测量。请结合压电元件等效电路（图 3）推导压电元件输出电压iU的幅值im()U，以及当 时的电压幅值im()U。（4 分）传感器技术 1试卷第 6 页共 6 页图 3（3）若要求该压电晶片能测量最低信号频率 f
12、=10 Hz，且此时灵敏度下降不超过(10.9)5%，已知aC=20 pF、C=30 pF，则等效电阻 R 该怎么取值？（2 分）4.（10 分）对某一力传感器进行标定，输入的标准力值 F 为 0N、20N、40N、60N、80N、100N，输出的电压 U 如表 1 所示。请根据表 1 中数据进行以下计算。（1）在两端点直线拟合情况下该传感器的线性度。（保留 2 位小数）（4 分）（2）在两端点直线拟合情况下该传感器的迟滞。（保留 3 位有效数字）（4 分）（3）在两端点直线拟合情况下该传感器的灵敏度。（2 分）表 1标准力值 F0N20N40N60N80N100N输出电压值 U正行程（mV）052.492.1132.3172.6210反行程（mV）036.175.2118.2160.12105.（10 分）设计一种差动结构的电容式转角测量装置。（1）画出基本结构，说明工作原理，给出转角测量公式，给出传感器灵敏度公式。（4 分）（2）给出测量电路，并对电路主要特点进行说明。（4 分）（3）分析转角的误差来源。（2 分）6.（10 分）设计一种基于光纤传感技术的力传感器。（1）画出该力传感器完整的组成结构图（最后输出信号为电压）。（4 分）（2）说明其基本工作原理。（4 分）（3）分析误差来源。（2 分）【完】
