传感器原理与技术(A卷带答案的)-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII厦门大学《传感器原理与技术》课程试卷物理与机电工程学院机电系12年级测控技术与仪器专业主考教师：王凌云试卷类型：（A卷）一、填空题（本大题共12小题，共20个填空，每空1分，共20分，请在每小题的横线上填上正确答案，填错或不填均不得分。
）1.传感器一般由敏感元件、转换元件和基本转换电路三部分组成。
2.要实现不失真测量，检测系统的幅频特性应为常数，相频特性应为线性。
3.某传感器为一阶系统，当受阶跃信号作用时，在t=0时，输出为10mV；t→∞时，输出为100mV；在t=5s时，输出为50mV，则该传感器的时间常数为： 8.5s。
4.产生电阻应变片温度误差的主要因素有电阻温度系数的影响和试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。
5.应变式传感器是由弹性元件和电阻应变片及一些附件组成的。
6.直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度K下降了，这种现象称为横向效应。
7.电感式传感器是利用线圈自感系数或互感系数的变化实现测量的一种装置。
8.电容式传感器从原理上可分为变极距型、变面积型和变介质型三种基本类型。
9.霍尔元件的零位误差主要包括不等位电势及寄生直流电动势。
10.按照工作原理的不同，可将光电式传感器分为光电效应传感器、红外热释电探测器、固体图像传感器、光纤传感器等四大类。
11.光电式传感器由光路及电路两部分组成。
二、选择题（本大题共12小题，每小题1.5分，共18分，在每小题列出的答案中有一个或多个选项符合题目要求，请将正确地字母填在题后的括号内，错选、多选和未选均不得分。
）1.传感器按其敏感的工作原理，可以分为物理型、化学型和（ A ）三大类。
A. 生物型B. 电子型C. 材料型D. 薄膜型2.传感技术的地位和作用主要体现在：( ABCD )A．传感技术是产品检验和质量控制的重要手段B. 传感技术在系统安全经济运行监测中得到广泛应用C．传感技术及装置是自动化系统不可缺少的组成部分D. 传感技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步3.传感技术的发展趋势主要表现在以下哪几个方面：( ABCD )A．提高与改善传感器的技术性能B．开展基础理论研究C．传感器的集成化 D．传感器的智能化4.传感器的下列指标全部属于其静态特性的是（ C ）。
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5.根据传感器的构成分类，下列属于物性传感器的有：（ ABD ）A.水银温度计B.电阻应变式力传感器C、变介质型电容式传感器 D.压电式加速度传感器6.无论二阶系统的阻尼比如何变化，当它受到的激振力频率等于系统固有频率时，该系统的位移与激振力之间的相位差必为（ B ）A. 0°B. 90°C. 180°D. 在0°和90°之间反复变化的值7.影响金属导电材料应变灵敏系数K的主要因素是（ A ）。
A．导电材料电阻率的变化 B．导电材料几何尺寸的变化C．导电材料物理性质的变化 D．导电材料化学性质的变化8.直流电桥平衡的条件是（ AC ）。
A．相邻两臂电阻的比值相等 B.相对两臂电阻的比值相等C．相对桥臂阻值乘积相等 D.相邻桥臂阻值乘积相等9.当变隙式电容传感器的两极板极间的初始距离d0增加时，将引起传感器的（ BD ）。
A．灵敏度K0增加 B．灵敏度会减小C．非线性误差增加 D．非线性误差减小10.两个压电元件相并联与单片时相比说法正确的是（ BD ）。
A. 并联时输出电压不变，输出电容是单片时的一半B. 并联时输出电压不变，电荷量增加了一倍C. 并联时电荷量增加了2倍，输出电容为单片时2倍D. 并联时电荷量增加了一倍，输出电容为单片时的2倍11.霍尔元件不等位电势产生的主要原因包括（ ABD ）A．霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位上B．半导体材料不均匀造成电阻率不均匀或几何尺寸不均匀C．周围环境温度变化D．激励电极接触不良造成激励电流不均匀分配12.以下属于内光电效应的光电器件是（A B C D）。
A.光敏电阻B.光电池C.光敏二极管D.光敏三极管E.光电管F.光电倍增管三、名词解释（本大题共4小题，每小题3分，共12分）1、热释电效应由于温度的变化,热释电晶体和压电陶瓷等会出现结构上的电荷中心相对位移,使它们的自发极化强度发生变化,从而在它们的两端产生异号的束缚电荷,这种现象称为热释电效应。
具有这种性质的材料称为热释电体。
2、热电效应所谓的热电效应，是当受热物体中的电子(洞)，因随着温度梯度由高温区往低温区移动时，所产生电流或电荷堆积的一种现象。
半导体或连接起来的两种不同的金属，当两端保持不同的温度时就产生电流，反之，当电流通过两端时，一端吸热，另一端放热。
这种现象叫热电效应。
3、霍尔效应霍尔效应是电磁效应的一种，当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象就是霍尔效应。
4、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。
四、简答题（本大题共4小题，每小题5分，共20分）1.电阻应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏度系数小吗为什么2.答：应变片的灵敏度系数k是指应变片的阻值相对变化与试件表面上安装应变片区域的轴向应变之比，而应变电阻材料的应变灵敏度系数k0是指应变电阻材料的阻值的相对变化与应变电阻材料的应变之比。
实验表明：k<k0，原因是粘结层传递应变有损失外，另一个原因是存在横向效应的缘故，应变片的敏感栅通常由多条纵栅和圆弧的横栅组成。
纵栅承受应变时电阻增大，而横栅电阻减小，结果导致总电阻变化减小。
3.当采用涡流传感器测量金属板厚度时，需不需要恒温？为什么答：温度变化时，金属的电阻率会发生变化，将使得涡流的渗透深度随之变化，这将使得透射式涡流传感器接收线圈中的感应电压随温度变化。
为了防止温度变化产生的电压变化同金属板厚度变化的电压变化相混淆，采用涡流传感器测量金属板厚度时，需要采用恒温措施或考虑温度变化的影响。
4.磁电式传感器与变磁阻式传感器（自感式）有哪些异同为什么后者可测量静位移或距离而前者却不能5.答：相同点：都有线圈和活动衔铁不同点：磁电式传感器的线圈是绕在永久磁钢上，而自感式传感器的线圈是绕在不带磁性的铁心上。
自感式传感器的线圈的自感取决于活动衔铁与铁心的距离，磁电式传感器线圈的感应电压取决于活动衔铁的运动速度。
当衔铁不动时，气隙磁阻不变化，线圈磁通不变化，线圈就没有感应电压，因此后者可测量静位移或距离而前者却不能。
6.光电器件的光谱特性和频率特性的意义有什么区别在选用光电器件时应怎样考虑光电器件的这两个特性7.答：光电器件输出的光电流与入射光波长的关系为光谱特性。
在同样的电压和同样辐照的光强度下，当以不同的正弦交变频率调制时，光电器件输出的光电流或灵敏度与入射光强度变化频率的关系称为频率特性。
光谱特性对选择光电器件或辐照能源有重要意义。
当光电器件的光谱特性与光源辐照能量的光谱分布协调一致时，光电传感器的性能较好，效率较高，在检测时，光电器件的最佳灵敏度最好在需要测量的波长处。
选用光电器件时，应考虑其频率特性是否能适应于入射光强度变化的情况。
也就是说，光电元件的频率响应特性的上限频率应高于入射光强度变化的频率。
五、计算分析题（本大题共4小题，共30分）1. 用一个时间常数4510τ-=⨯s 的一阶传感器测量正弦信号。
问：（1）如果要求限制振幅误差在5%以内，则被测正弦信号的频率为多少此时的振幅误差是多少（4分）（2）若用具有该时间常数的同一系统作50Hz 信号的测试，此时的振幅误差又是多少？（3分）解：（1）因为1()A δω=-，故当5%δ≤时，即要求1()0.05A ω-≤，所以2110.051-≤+，固有：221()10.1080.95ωτ≤-=411042510f Hz Hz π-==⨯⨯即被测正弦信号的频率不能大于104Hz 。
此时产生的幅值误差为：110.9506 4.94%δ==-=（2）当作50Hz 信号测试时，有110.9878 1.21%δ==-=2. 如果将120Ω的应变片贴在柱形弹性试件上，该试件的截面积40.510S -=⨯m 2，材料弹性模量11210E =⨯N/m 2。
若由4510⨯N 的拉力引起应变片电阻变化为1.2Ω，求该应变片的灵敏度系数K 。
（7分）解： 应变片电阻的相对变化为：1.210.01120100R R ∆=== 柱状弹性试件的应变为：44115100.0050.510210F E AE σε-⨯====⨯⨯⨯ 应变片的灵敏度系数为：0.0120.005R R k ε∆===3. 一只x 切型的石英晶体压电元件，其1211 2.3110d -=⨯C/N ，相对介电常数4.5r ε=，横截面积5A =cm 2，厚度0.5h =cm ，真空中的介电常数1208.8510ε-=⨯。
求：（1）纵向受9.8x F =N 的压力作用时，压电片两电极间输出电压值为多大？（3分）（2）若此器件与高输入阻抗运放连接时，连接电缆的电容为4p C =pF ，该压电元件的输出电压值为多大？（4分）解： （1）在x 方向产生的电荷量为：121211 2.31109.822.610x x Q d F --==⨯⨯=⨯（C ） 压电元件的电容量为：12412024.58.8510510 3.98100.510r a AC h εε----⨯⨯⨯⨯===⨯⨯ 所以两电极间的输出电压为：1201222.610 5.683.9810x a Q U C --⨯===⨯V (2)此器件与高输入阻抗运放连接时，连接电缆的电容与压电元件本身的电容相并联，输出电压将改变为：12'121222.610 2.833.9810410x a c Q U C C ---⨯===+⨯+⨯V 4. 试证明下图所示电容式传感器两电极板之间的电容与介质块位移x 成线性关系。
（9分）。