第一章习题1.测试技术的静态特性是什么?其用哪些性能指标来描述?它们一般用哪些公式表示?①测试技术的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时，测试技术的输入与输出之间的关系。

②衡量测试技术静态特性的主要指标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率、阈值、稳定性、漂移和静态误差。

③线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率、阈值、稳定性、漂移和静态误差。

2.测试技术的动态特性是什么?其分析方法有哪几种①测试技术的动态特性是指测试技术的输出对随时间变化的输入量的响应特性，它反映了输出值真实再现变化着的输入量的能力。

②阶跃响应、频率响应3.测试技术数学模型的一般描述方法有哪些?传感器数学模型可分为静态和动态数学模型。

其中传感器静态数学模型一般多用多项式来描述，而动态数学模型通常采用微分方程和传递函数等来描述。

4.测试技术系统有哪些典型环节?写出不同环节的微分方程。

输入，输出方程、传递函数、频率响应和单位阶跃5.为什么说零阶测试技术的动态特性是最理想的?因为零阶没有滞后6.简述系统误差和随机误差出现的原因及特点。

系统误差：系统误差是由固定不变的或按确定规律变化的因素所造成的。

系统误差的特征是：在同一条件下多次测量同一量值时，绝对值和符号保持不变；或当条件改变时，按一定规律变化。

系统误差在某些情况下对测量结果的影响还比较大，因此，研究系统误差产生的原因，发现、减小或消除系统误差，使测量结果更加趋于正确和可靠，是误差理论的重要课题之一，是数据处理中的一个重要的内容。

随机误差：随机误差是由于感官灵敏度和仪器精密程度的限制、周围环境的干扰及伴随着测量而来的不可预料的随机因素的影响而造成的。

它的特点是大小无定值，一切都是随机发生的，因而又把它称为偶然误差7.标准误差的意义是什么?标准误越小，抽样误差越小，样本对总体的代表性越好8.有效数字的运算原则和规则是什么?有效数字的确定方法是什么? 一般规定，数值中的可靠数字与所保留的1位(或2位)可疑数字统称为有效数字。

加减运算、乘除运算、第二章习题1.简述传感器的定义及主要分类。

传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件或装置，在有些国家或科学领域，也将传感器称为变换器、检测器或探测器等。

机械类、电阻类、电感类、电容类、压电类、光电类、磁电类、霍尔效应类、辐射类、流体类。

2.试绘出典型传感器的构成框图。

3.应从哪些方面评价或选用传感器？（1）传感器要有足够的容量：传感器的工作范围或量程足够大，具有一定的过载能力。

（2）传感器要与系统匹配性好：灵敏度高。

输出量与被测量之间具有确定的线性关系。

（3）传感器的实用性和适应性强：对被测对象影响小，内部噪声小且不受干扰。

（4）传感器的反应速度快，工作可靠性好。

（5）传感器的精度适当，稳定性好：静态响应和动态响应要满足要求。

4.在选用传感器时应该遵循什么原则？1.测量对象与测量环境2.灵敏度3.频率响应特性4.线性范围5.稳定性5.传感器的技术性能包括哪些？①差动技术②平均技术③补偿与修正技术④屏蔽、隔离与干扰技术⑤稳定性处理第三章1.什么是电阻应变效应？一根金属导线受拉时电阻增大受压时电阻减小，这种现象称为金属材料的电阻应变效应2.什么是金属丝材料的应变灵敏系数?金属丝的应变灵敏系数的物理意义是什么？金属应变片的灵敏系数就是指输出电压变化与应力变化的比值。

应变片的灵敏系数K是指在应变片灵敏轴线方向的单一应力作用下，应变片的电阻相对变化dR/R与应变片试件表面上的轴向应变εx 的比值。

3.什么是半导体的压阻效应？它与金属的电阻应变效应有什么本质区别？所谓半导体的压阻效应，是指当半导体受到应力作用时，由于载流子迁移率的变化，使其电阻率发生变化的现象。

从原理上讲，应变式压力传感器，是外界的压力（或拉力）引起应变材料的几何形状（长度或宽度）发生改变，进而导致材料的电阻发生变化。

检测这个电阻变化量可以测得外力的大小。

压阻式压力传感器通常是半导体压敏材料。

半导体压阻式传感器在受到外力后，自身的几何形状几乎没有什么改变，而是其晶格参数发生改变，影响到禁带宽度。

禁带宽度哪怕是非常微小的改变，都会引起载流子密度很大的改变，这最终引起材料的电阻率发生改变。

4.电阻应变片的基本测量电路有哪些？它们各有何特点？桥式电路，调频电路，运算放大器式电路桥式电路是将电容式传感器接入交流电桥作为电桥的一个臂或两个相邻臂，另两个臂可以是电阻、电容或电感，也可以是变压器的两个二次线圈在调频电路中，电容式传感器被接在谐振回路中，当传感器电容Cx发生改变时，其振荡频率f也发生相应变化，实现由电路到频率的转换。

由于振荡器的频率受电容式传感器电容的调制，这样就实现了C—f的转换，因而被称为调频电路。

将电容式传感器接入运算放大器式电路中作为电路的反馈元件。

该电路的最大特点是能够克服变极距式电容传感器的非线性。

5.电阻应变片与半导体应变片的工作原理有何区别?它们各有何特点?电阻应变片的工作原理是利用导体形变引起阻值的变化；而半导体应变片是利用半导体电阻率变化引起电阻的变化。

金属应变片的优点包括：制作方便，温度稳定性和可重复性好等；主要缺点：灵敏度低，横向效应等；半导体应变片的优点包括：灵敏度高，机械滞后小，横向效应小和体积小等；主要缺点：温度稳定性差、灵敏度系数非线性大。

6.某截面积为5 cm2的试件，已知材料的弹性模量为2.0×1011 N/m2，沿轴向受到105 N的拉力，若沿受力方向粘贴一阻值为120 Ω、灵敏系数为2的应变片，试求出其ΔR7.试说明差动式电容传感器与差动变压器式传感器工作原理的区别。

1.相同点：自感式传感器与差动变压器式传感器相同点：工作原理都是建立在电磁感应的基础上，都可以分为变气隙式、变面积式和螺旋式等。

2.不同点：结构上，自感式传感器是将被测量的变化转化为电感线圈的电感值变化。

差动变压器式电感式传感器是把被测量的变化转换为传感器互感的变化，传感器本身是互感系数可变的变压器8.差动变压器和普通变压器的工作原理有何区别？如何提高差动变压器的灵敏度？差动变压器的灵敏度一般可达0.5~5V/mm，行程越小，灵敏度越高。

为了提高灵敏度，励磁电压在10V左右为宜。

电源频率以1~10kHz为好。

差动变压器线性范围约为线圈骨架长度的1/10左右。

9.试说明电涡流式传感器的工作原理和特点。

10.电容式传感器分为几种类型？各有什么特点？各适用于什么场合？分为三种类，变极距式电容传感器、变面积式电容传感器和变介电常数式电容传感器。

11.什么是压电效应？压电材料有哪些？压电式传感器的结构和应用特点是什么？能否用压电式传感器测量静态压力？压电式传感器是以某些物质的压电效应为基础的一种发电式传感器。

压电效应是可逆的，即存在逆压电效应，因此，压电式传感器是一种双向传感器。

石英晶体、钛酸钡和锆钛酸钡（1）基座和外壳。

（2）压电元件。

（3）敏感元件。

（4）预载件。

（5）引线及接插件。

具有刚度大、测量范围宽、线性及稳定性高、动态特性好等优点。

不能。

12.为什么压电式传感器通常被用来测量动态参数或瞬态参数？压电式传感器是通过压电晶体受压产生电荷移动产生测量数值，如果达到稳态没有电荷移动就没有数据了，所以压电不能测量从0开始的状态，需要用压阻式。

13.用压电式加速度计及电荷放大器测量振动加速度，若传感器的灵敏度为70 pC/g （g为重力加速度），电荷放大器的灵敏度为10 mV/pC，试确定输入3g（平均值）加速度时电荷放大器的输出电压UO（平均值，不考虑正负号），并计算此时该电荷放大器的反馈电容Cf。

14.用压电式单向脉动力传感器测量一正弦变化的力，压电元件用两片压电陶瓷并联，压电常数为200×10-12 C/N，电荷放大器的反馈电容Cf=2 000 pF，测得输出电压UO=5sin ωt （V）。

求：（1）该压电式传感器产生的总电荷Q（峰值）为多少pC？（2）此时作用在其上的正弦脉动力（瞬时值）为多少？15.试说明磁电感应式速度传感器非线性误差产生的原因及补偿办法(画图说明)。

16.试证明霍尔式位移传感器的霍尔电压与位移成正比关系。

第四章1.什么是激光、激光器和激光传感器？试述激光产生的机理。

激光与普通光不同，需要用激光器产生。

激光器的工作物质，在正常状态下，多数原子处于稳定的低能级E1，在适当频率的外界光线的作用下，处于低能级的原子吸收光子能量受激发而跃迁到高能级E2。

光子能量E=E2-E1=hv，式中，h为普朗克常数；v为光子频率。

反之，在频率为v的光的诱发下，处于能级 E2的原子会跃迁到低能级释放能量而发光，称为受激辐射。

激光器首先使工作物质的原子反常地多数处于高能级（粒子数反转分布），就能使受激辐射过程占优势，从而使频率为v的诱发光得到增强，并可通过平行的反射镜形成雪崩式的放大作用而产生强大的受激辐射光，简称激光。

2.试述光纤的结构和传光原理。

光纤由纤芯、包层、涂敷层和护套组成。

光的全反射现象是研究光纤传光原理的基础。

3.什么是智能传感器？应从哪些方面研究和开发智能传感器？智能传感器（intelligent sensor）是具有信息处理功能的传感器。

智能传感器带有微处理机，具有采集、处理、交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。

①微电子学②微结构③纳米科学④智能器件原理和智能材料的设计方法4.智能传感器的实现主要有哪些途径？非集成化实现和集成化实现5.什么是MEMS传感器？MEMS是指集微型传感器、执行器及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。

第五章1.什么是虚拟仪器？虚拟仪器相对于传统仪器有哪些优势？虚拟仪器是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通信及图形用户界面的软件组成的测控系统，是一种由计算机操纵的模块化仪器系统。

功能软件化、功能软件模块化、模块控件化、仪器控件模块化、硬件接口标准化、系统集成化、程序设计图形化、计算可视化、硬件接口软件驱动化。

2.什么是VISA库?它有什么特点？虚拟仪器软件体系结构（virtual instrumentation software architecture，VISA）是标准的I/O函数库及其相关规范的总称。

一般称这个I/O函数库为VISA库。

它驻留于计算机系统中，执行仪器总线的特殊功能，是计算机与仪器之间的软件层连接，以实现对仪器的程序控制，它对于仪器驱动程序开发者来说是一个个可调用的操作函数集。

bVIEW有哪几种结构类型？一类是图形化的编程语言，其中较具代表性的有HPVEE、LabVIEW （laboratory virtual instrument engineering）等；另一类是文本式的编程语言，如C、Visual C++、LabWindows/CVI等。