机械工程领域传感器的发展史
1 传感器发展历史
传感器是一种物理装置，能够探测、感受外界的信号、物理条件(如光、热、湿度)或化学组成(如烟雾)，并将探知的信息传递给其他装置。传感器国家标准GB7665—87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。”
对于传感器的从什么时候发展起来的至今没有一个确切的时间，但是温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。从1593年伽利略发明了第一支空气温度计开始，人们开始利用温度进行测量。真正把温度变成电信号的传感器是1821年由德国物理学家赛贝发明的，这就是后来的热电偶传感器。五十年以后，另一位德国人西门子发明了铂电阻温度计。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。所以我们可以说传感器在世界历史上的发展经历了将近400多年的历程。
传感器不像计算机那样复杂多样，美国一份数据显示，1990年，温度传感器的市场需求量远远高于其他类型的传感器。17世纪初伽利略发明了温度计，人们就开始依靠温度来测量一些数据。是1821年德国物理学家赛贝在真正意义上实现了把温度变成电信号的传感器技术，随后诞生的就是热电偶传感器。铂电阻温度计在50年之后被另一个德国人创造。科学家在半导体技术的支持下发明了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，声学温度传感器、红外传感器和微波传感器也都被发明出来。未来传感器的会变得更小，更集成，功能更多，更智能。总而言之人们对于微传感器、微执行器及信号和数据处理器总装集成的系统的关注度正在不断提升。
2 传感器研究现状
我国传感器行业虽起步较早,但直到1986年“七五”开始才正式将传感器技术列入国家重点攻关项目,展开以机械敏、力敏、气敏、温敏、生物敏为主的5大敏研究。经过十几年的发展,现已形成了一定规模的产业格局。
2.1光纤传感器
传光型传感器和传感型传感器是传感器家族重的两大分类，它们是依据传感原理进行划分的。在传光型光纤传感器中，光钎就是光进行传播媒介，它的各个功能原件用于对外界信息的捕捉。光纤在传光型传感器中是断断续续的，有敏感
原件镶嵌在其中；传感型光纤传感器是把对外界信息捕获能力极强的光纤做为敏感元件，是一种把“传”和“感”很好的融为一体的传感器。在这类传感器中，光纤即传递了光还被做为调制器使用。因此，传感器中光纤是连续的，目前传光型光纤传感器在医学上用的比较广泛。传感型传感器主要又分为：强度调制型传感器和相位调制型传感器。
2.2温度传感器
温度传感器指的是接收温度信息并转化为可用的输出信号的传感器。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类。这两类传感器都已经在煤矿业得到了广泛使用，在锅炉加热上，接触式温度计就使用的很多，为了监控和保护设备，一些高速运行的设备上已经安装了各种类型的温度传感器，为的是在机械加工过程中保持合适的环境温度，以确保工件加工所需要的温度和时间。
2.3集成化多功能传感器
传感器的集成化指的是相同功能的多元件并列还有功能上的一体化。前一种集成化使传感器能实现对“点、线、面、体”的多维检测，甚至能够附加上时序控制等软件，使检测由单参数到多参数变化；后一种集成化使传感器具有了放大、运算、补偿等多功能的传感器。在实际运用中，常把硬件与软件两者相结合比如传感系统硬件的集成；硬件与软件的集成；数据集成与融合等。而多功能就体现在一个“多”，即一个传感器可以检测多个参数。这不仅节约了成本还大大提高了工作效率降低了工作难度。
2.4 压力传感器国内外研究现状
从世界范围看压力传感器的发展动向主要有以下几个方向。（1）光纤压力传感器。这是一类研究成果较多的传感器，但投入实际领域的并不是太多。它的工作原理是利用敏感元件受压力作用时的形变与反射光强度相关的特性，由硅框和金铬薄膜组成的膜片结构中间夹了一个硅光纤挡板，在有压力的情况下，光线通过挡板的过程中会发生强度的改变，通过检测这个微小的改变量，我们就能测得压力的大小。这种敏感元件已被应用与临床医学，用来测扩张冠状动脉导管气球内的压力。可预见这种压力传感器在显微外科方面一定会有良好的发展前景。同时，在加工与健康保健方面，光纤传感器也在快速发展。（2）电容式真空压力传感器。（3）耐高温压力传感器新型半导体材料碳化硅的出现使得单晶体的高温传感器的制作成为可能。（4）硅微机械加工传感器。（5）具有自测试功能的压力传感器。（6）多维力传感器。
2.5脉冲传感器
脉冲传感器主要有光栅传感器、磁栅传感器、韦根传感器、旋转变压器等。当圆光栅和圆光栅一起转动，光线透过这两个光栅的线纹部分，从而形成明暗相间的条纹。光电元件可以接受这些明暗相间的光信号，并由此转换为不断改变的
电信号。该电信号由两组近似于正弦波的电流信号A和B组成，A和B信号的相位差为90°，可以经放大和整形转换成方形波。在通过这两个光栅的信号中，存在一个“每转脉冲”，称为Z相脉冲，经由上述处理可以得来此脉冲。Z脉冲在产生机床方面有作为基准点的作用。此后的脉冲被送到计数器，通过脉冲的数目和频率可测出工作轴的转角及转速。其分辨率基于圆光栅的圈数和测量线路的细分倍数。正是由于脉冲传感器在这方面有及其广泛的应用，所以在近几年有极大的发展。
2.6 图像传感器
图像传感器的视讯比现在是给定的，使用高清(HD)分辨率1080p，摄像机设计正朝使用更小的光学格式发展，导致需要更小的像素结构，以降低整体系统成本，同时不影响图像性能或光灵敏度。CCD图像传感器由于灵敏度高、噪声低，逐步成为图像传感器的主流。但由于工艺上的原因，敏感元件和信号处理电路不能集成在同一芯片上，造成由CCD图像传感器组装的摄像机体积大、功耗大。CMOS图像传感器以其体积小、功耗低在图像传感器市场上独树一帜。但最初市场上的CMOS图像传感器，一直没有摆脱光照灵敏度低和图像分辨率低的缺点，图像质量还无法与CCD图像传感器相比。
3 未来传感器的发展趋势
目前，全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。未来传感器的发展主要呈现以下趋势。
3.1 智能化
由于集成电路和芯片技术的发展．传感器装有微处理器。除执行信息处理和信息存储．还能够进行逻辑思考和对特殊情况作出判断并进行处理。当前的智能化传感器通常是融入一个或多个敏感元件、精密模拟电路、数字电路、微处理器(MCU)、通讯接口、智能软件。并将这一系列的硬件集成在一个封装组件内。智能化传感器在传输接口上满足IEEEl45协议．这使得传感器具备数据采集、数据处理、数据存储、自诊断、自补偿、在线校准、逻辑判断、双向通讯、数字输出／模拟输出等功能，极大地提高了传感器的准确度、稳定性和可靠性。由于采用标准的数字接口．智能化传感器有着很强的互换性和兼容性。
3.2 多功能化
传感器伊始只是对单一量的测量，在众多领域中单一的量不能准确客观地反映客观事物和环境。这就要求传感器对多种量进行测量。由若干种敏感元件组成的多功能传感器兼具新一代的探测功能．它可以同时测量多种数值，从而对被测量体变化的测量更加精准。这种多功能的传感器应用范围更广泛。
3.3 无线网络化
随着通讯技术的发展、无线技术的广泛应用，无线技术也应用到传感器技术中来。比如水文观测中通过传感器收集到水文的信息，然后通过无线技术发送到集中控制平台，这样我们就可以在控制平台上监测到各个点的水文信息。在航天技术中我们通过卫星把传感器的采集数据发回地面。从而了解到到太空中的各种情况。
3.4 微型化
由于计算机技术的发展，辅助设计(CAD)技术和集成电路技术迅速发展，微机电系统(MEMS)技术应用于传感器技术。从而引发r传感器微型化。目前，几乎所有的传感器都在脱离传统的结构化生产设计。向基于计算机辅助设计(CAD)的模拟式工程化设计转变，从而体积越来越小．功能越来越强大。这种设计手段的巨大转变在很大程度上推动着传感器系统以更快的速度向着能够满足科技发展需求的微型化的方向发展。
4 参考文献
[1]孙千伟.现代传感器发展的方向和趋势[J]. 数字通信世界，2016，4
[2]徐开先.敏感元件和传感器发展建言[J]. 仪表技术与传感器，2009，z1
[3]傅建红，胡绍忠. 浅析传感器发展的新趋势[J]. 科技广场，2009，3
[4]李京生. 机载传感器发展与展望[J]. 航空精密制造技术，2006，3
[5]魏後奇. 传感器发展的新趋势[J]. 半导体技术，2001，5
[6]胡兴军. 汽车传感器发展综述[J]. 重型汽车，2004，2
[7]刘恩朋，杨占才. 欧美传感器发展趋势[J]. 测控技术，2004, 11
[8]许松南. 传感器发展趋势概述[J]. 数字通信世界，2015, 10
[9]詹建徽，张代远. 传感器应用、挑战与发展[J]. 计算机技术与发展，2013, 8
[10]孙圣和. 现代传感器发展方向[J]. 电子测量与仪器学报，2009，1
机械工程领域常测物理量有哪些？如何测量？测量这些物理量有什么作用？常测物理量有力和压力、温度、位移、线速度、转速、加速度、扭矩、应力、应变
1、力和压力常用的测量力和压力的传感器有应变式、压电式和压阻式
力可以改变物体的形状和运动状态，还会影响到物体的机械性能。准确测量力和压力的大小，可以防止零件和机器发生破坏，减轻疲劳损伤。
2、温度液体温度计（玻璃水银温度计、液体压力式温度计）、电阻式温度传感器、热电偶式温度传感器热辐射是温度传感器、数字式温度传感器
材料处于不同的温度环境时，其性能将发生一系列的变化。当温度过高时，金属
材料会发生蠕变和应力松弛，球化和石漠化，以及高温氧化。因此，使机械零部件处于一个合适的工作温度环境具有重要意义。
3、转速手持式转速表、光电式测速、磁电式测速
转速很多时候会转化为位移，为了保证位移的精确度，转速的控制就显得十分重要。而且，零件的额定转速需要监测。
4、扭矩应变式扭矩仪、磁致伸缩式扭矩仪、相位差式扭矩仪
当零部件加工形成之后，其扭矩是一定的，超过其扭矩的最大限度，零部件会产生塑料变形甚至破坏，扭矩的测量可以确定当前零部件是否满足使用的要求，同时也可以确定输出扭矩的零部件的工况。
5、位移位移传感器
位移反映了物体的位置状态的改变，监测物体的位移，可以确定物体是否精确到底所需要的位置。
6、加速度加速度传感器（压电式、压阻式、电容式）
加速度反映出物体受力的情况，以及速度变化的情况。
7、应力应变片式测量仪
因为应力的存在，在受到外界作用后（如移印时接触到化学溶剂或者烤漆后端时高温烘烤），会诱使应力释放而在应力残留位置开裂。开裂主要集中在浇口处或过度填充处。因为残留应力的存在，因此产品在室温时会有较长时间的内应力释放或者高温时出现短时间内残留应力释放的过程，同时产品局部存在位置强度差，产品就会在应力残留位置产生翘曲或者变形问题。因为应力的存在，在产品放置后或处理的过程中，如果环境达到一定的温度，产品就会因应力释放而发生变化。
8、应变应变片式测量仪
应变指在外力和非均匀温度场等因素作用下物体局部的相对变形，产品会产生翘曲或者变形问题。
《机械工程测试技术基础》试题1 一、 填空题（20分，每空1分） 1.测试技术是测量和实验技术的统称。工程测量可分为 静态测量 和 动态测量 。 2.测量结果与 被测真值 之差称为 测量误差 。 3.将电桥接成差动方式习以提高 ，改善非线性，进行 补偿。 4.为了 温度变化给应变测量带来的误差，工作应变片与温度补偿应变片应接在 桥臂上。 5．调幅信号由载波的 携带信号的信息，而调频信号则由载波的 携带信号的信息。 6．绘制周期信号()x t 的单边频谱图，依据的数学表达式是 ，而双边频谱图的依据数学表达式是 。 7．信号的有效值又称为 ，有效值的平方称为 ，它描述测试信号的强度(信号的平均功率)。 8．确定性信号可分为周期信号和非周期信号两类，前者频谱特点是 ，后者频谱特点是 。 9.为了求取测试装置本身的动态特性，常用的实验方法是 和 。 10.连续信号()x t 与0()t t δ-进行卷积其结果是：0()()x t t t δ*-= 。其几何意义是 。 二、 选择题（20分，每题2分） 1．直流电桥同一桥臂增加应变片数时，电桥灵敏度将( )。 A ．增大 B ．减少 C.不变 D.变化不定
2．调制可以看成是调制信号与载波信号( )。 A 相乘 B ．相加 C ．相减 D.相除 3．描述周期信号的数学工具是( )。 A ．相关函数 B ．拉氏变换 C ．傅氏变换 D.傅氏级数 4．下列函数表达式中，( )是周期信号。 A ．5cos100()0 t t x t t π? ≥?=? ?
第五章电感式传感器 思考题： 1、说明变气隙型电感传感器、差动变压器式传感器和涡流传感器的主要组成、工作原理和基本特性。 答： a)变气隙型电感传感器主要由线圈、铁心、衔铁三部分组成的。线圈是套在铁心上的，在铁心与衔铁之间有一个空气隙，空气隙厚度为δ。传感器的运动部分与衔铁相连。当外部作用力作用在传感器的运动部分时，衔铁将产生位移，使空气隙δ发生变化，磁路磁阻R m发生变化，从而引起线圈电感的变化。线圈电感L的变化与空气隙δ的变化相对应，这样只要测出线圈的电感就能判定空气隙的大小，也就是衔铁的位移。 b)差动变压器式传感器主要由铁心、衔铁和线圈组成。线圈又分为初级线圈（也称激励线圈）和次级线圈（也称输出线圈）。上下两个铁心及初级、次级线圈是对称的。衔铁位于两个铁心中间。上下两个初级线圈串联后接交流激磁电压1，两个次级线圈按电势反相串联。它的优点是灵敏度高，一般用于测量几微米至几百微米的机械位移。缺点是示值范围小，非线性严重。 c)涡流传感器的结构很简单，有一个扁平线圈固定在框架上构成。线圈用高强度漆包线或银线绕制而成，用粘合剂站在框架端部，也可以在框架上开一条槽，将导线绕在槽内形成一个线圈。涡流传感器的工作原理是涡流效应，当一块金属导体放置在一变化的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中漩涡那样在导体内转圈，所以称之为电涡流或涡流。这种现象就称为涡流效应。涡流传感器最大的特点是可以实现非接触式测量，可以测量振动、位移、厚度、转速、温度和硬度等参数，还可以进行无损探伤，并且具有结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量线性范围大、体积小等优点。 2、为什么螺管型电感传感器比变气隙型电感传感器有更大的测位移范围？ 答：变气隙型灵敏度高，因为原始气隙δ0一般取得很小（0.1~0.5mm），当气隙变化为△δ=1μm时，电感的相对变化量△L/L0可达0.01~0.002，因而它对处理电路的放大倍数要求低。它的主要缺点是非线性严重，为了减小非线性，量程就必须限制在较小范围内，通常为气隙δ0的1/5以下，同时，这种传感器制造装
《传感器与测试技术》作业（1）和（2）答案 按照《传感器与测试技术》课程教学设计方案的要求，本课程的平时作业共布置4次记分作业，每次作业满分2.5分，共10分。 在完成记分作业的前提下，辅导教师还可根据学生学习的实际情况，再布置一些有针对性的作业，作为对记分作业的补充，供学生更好地掌握学习内容。 前2次的记分作业如下： 第1次记分作业：第5周前完成 ．画出测试系统的组成框图，并说明各组成部分的作用。 答： 传感器做为测试系统的第一环节，将被测系统或测试过程中需要
观测的信息转化为人们所熟悉的各种信号。通常，传感器将被测物理量转换成以电量为主要形式的电信号。 信号变换部分是对传感器所送出的信号进行加工，对信号进行放大等。 显示与记录部分将所测信号变为一种能为人们所理解的形式，以供人们观测和分析。 ．为满足测试需要，对传感器的一般要求有哪些？ 答：（1）灵敏度高，线性度好； （2）输出信号信噪比高，这要求其内噪声低，同时不应引入外噪声；（3）滞后、漂移小； （4）特性的复现性好，具有互换性； （5）动态性好； （6）对测量对象的影响小，即“负载效应”较低。 ．传感器的动态特性的评价指标有哪些？ 答：（1）时间常数τ （2）上升时间 t r （3）稳定时间（或响应时间） t W （4）超调量δ ．提高传感器性能的方法有哪些？ 答：（1）非线性校正 （2）温度补偿 （3）零位法、微差法
（4 ）闭环技术 （5 ）平均技术 （6 ）差动技术 （7）采用屏蔽、隔离与抑制干扰措施 ．简述应变式电阻传感器的工作原理。 答：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化， 这一现象就是电阻丝的应变效应。 设有一段长为 ，截面为 ，电阻率为 的金属丝，则它的电阻为 当它受到轴向力F 而被拉伸(或压缩)时，其 、 、 均发生变化，因应变而导致金属电阻值的变化，即是应变式电阻传感器的工作原理。 ．《传感器与测试技术》教材P80 第5题。 答： (1) 0/R k R ε?= 021*******R k R εμ?∴=?=?= 200012020000.24R R μμ?==?=Ω (2) 00120005522 R U U mV R ?==??= ．简述压阻式传感器电桥采用恒压源供电和恒流源供电各自的特点。 答：（1）恒压源式供电：电桥输出与电压U 成正比，电桥的输出
《机械工程测试技术基础》课程教学大纲 课程代码： 课程英文名称：Foundation of Mechanical Measure Engineering 课程总学时：40 讲课：32 实验：8 上机：0 适用专业：机械设计制造及其自动化，机械电子工程 大纲编写（修订）时间：2016 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 1．《机械工程测试技术基础》课程适用于机械设计制造及自动化专业本科（四年学制），是学生的专业基础必修课。在机械制造领域，无论是在机械系统研究过程分析还是机械自动加工控制系统中，工程测试技术应用及其普遍，所以掌握必要的测试技术基础知识和技术基础，对做好机械制造专业的工作尤为重要。 2．课程教学内容方面侧重于测试技术基本知识、基本理论和基本方法，着重培养学生运用所学知识解决实际测量问题的实践能力。因此，本门课程的教学目标是：掌握非电量电测法的基本原理和测试技术；常用的传感器、中间变换电路及记录仪器的工作原理及其静、动态特性的评价方法；测试信号的分析、处理方法。培养学生能够根据测试目的选用合适的仪器组建测试系统及装置，使学生初步掌握进行动态测试所需的基本知识和技能；掌握位移、振动、温度、力、压力、噪声等常见物理量的测量和应用方法；掌握计算机测量系统、虚拟仪器等方面的基础知识；并能了解掌握新时期测试技术的更新内容及发展动向，为进一步研究和处理机械工程技术问题打好基础。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1．要求掌握物理学上的电磁学理论知识、控制工程基础中的系统分析方法、电工学的电路分析理论。 2．要求掌握电工实验独立动手能力和仪器的操作能力。 3．掌握测试技术基本知识、基本技能，具备检测技术工程师的基本素质与能力，能应对生产和科研中遇到的测试系统设计以及传感器的选型、调试、数据处理等方面的问题，初步形成解决科研、生产实际问题的能力。 （三）实施说明 本课程是一门技术基础课，研究对象为机械工程中常见动态机械参数，主要讲授有关动态测试与信号分析处理的基本理论方法；测试装置的工作原理、选择与使用。为后续专业课、选修课有关动态量的实验研究打基础，并直接应用于生产实践、科学研究与日常生活有关振动噪声、力、温度等参量的测试中。 1．从进行动态测试工作所必备的基本知识出发，学生学完本课程后应具备下列几方面的知识： （1）掌握信号的时域和频域的描述方法，重点阐述建立明确的频谱概念，掌握信号强度的表达式、频谱分析和相关分析的基本原理和方法，了解功率谱密度函数及应用和数字信号分析的一些基本概念。明白波形图、频谱图的含义，具备从示波器、频谱分析仪中读取解读测量信息的能力。 （2）测试装置的基本特性部分:掌握系统传递函数、频响函数以及一、二阶系统的静动态特性的描述及测试方法，掌握测试装置的基本特性评价方法和不失真条件，并能正确运用于测试装置分析和选择。
一，简答题 1?什么叫测试系统的频率响应函数？它和系统的传递函数有何关系？答：测试装置输出信号的傅里叶变换和输入信号的傅里叶变换之比称为装置的频率响应函数，若在系统中的传递函数 H（s）已知的情况下，令H（s）中的s=jw便可求得频率响应函数。 2. 测试装置的静态特性和动态特性各包括那些？答：静态特性：（1）线性度，（2）灵敏度，（3）回程误差，（4）分辨率，（5）零点漂移和灵敏度漂移。动态特性：（1）传递函数，（2）频率响应函数，（3）脉冲响应函数，（4）环节的串联和并联。 3. 在什么信号作用下，系统输出的拉斯变换就是系统的传递函数。答：在单位脉冲信号作用下，（单位脉冲函数3（t） =1）。 4. 为什么电感式传感器一般都米用差动形式？答：差动式电感器具有高精度、线性范围大、稳定性好和使用方便的特点。 5. 测试装置实现不失真测试的条件是什么？答：幅频和相频分别满足 A（w）=A 0=常数，①（w） =-t o w ; 6. 对于有时延t o的S函数（t-t °）,它与连续函数f （t）乘积的积分 （t 1 ）f（t）dt将是什么？答：对于有时延t o的S函数（t-t o），它与连续函数f （t ）0 乘积只有在t=t 0时刻不等于零，而等于强度为f （t o）的S函数，在（- X，+X）区间中积分则（t Gf（t）dt= （t o）f（t）dt=f （ t o） 8. 巴塞伐尔定即的物理意义是什么？在时域中计算总的 信息量等于在频域中计算总的信息量。 9?试说明动态电阻应变仪除需电阻平衡外，还需电容平衡的原因？答：由于 纯电阻交流电桥即使各桥臂均为电阻，但由于导线间存在分布电容，相当于在各桥臂上并联了一个电容，因此，除了有电阻平衡外，必须有电容平衡。 10.说明测量装置的幅频特性A（CD ）和相频特性?（CD ）的物理意义。答：测量装置的幅频特性A（D ）是指定常线性系统在简谐信号的激励下，其稳态输出信号和输入信号的幅值比。相频特性是指稳态输出对输入的相位差。11.差动型变磁阻式电感传感器在使用时，常把两个线圈接在一个电桥中，这样做有什么优点？答：这样做使得灵敏度和线性度都提高。 12. 用一阶系统作测量装置，为了获得较佳的工作性能，对其时间常数T应提出什么要求？指出一种测量一阶系统的时间常数T的方式。答：时间常数T 应越小越好，测量方法：频率响应法、阶跃响应法。 13. 线性系统有哪些主要特性（最少指出3个）？答：（1）叠加性，（2）比例性，（3）微分性，（4）积分性，（5）频率保持性。 14. 对于有时延t o的S函数（t t o），它与连续函数f （t）乘积的积分 （t t0）f（t）dt将是什么？答：对于有时延t o的S函数（t t o）,它与连续函数f （t ）的积分只有在t=-t 0时不等于零，而等于强度f （-t 0）的函数，在（- X，+X）区间内， 15. 一阶、二阶测试系统的动态特性是什么？答：一阶系统特性：（1）当激励频
5.有一电阻应变片，其灵敏度 ， ，设工作时其应变为1000με，问ΔR 为多少？设将此应变片接成如图所示的电路，试求：(1).无应变时电流表示值；(2).有应变时电流表示值；(3).电流表指示值相对变化量；(4).试分析这个变量能否从表中读出。 解：(1).无应变时，电流的表示值为 (2).根据d =R R x S ε，可得621201000100.24x R SR -?=ε=???Ω=Ω； 则有应变时电流表示值 1.5=12.475120+0.24U V I mA R ==ΩΩ ； (3).电流表指示值相对变化量12.512.475δ1000.212.5I I ?-= =?=％％； (4).电流变化量太小，很难从电流表中读出。如果采用高灵敏度小量程的微安表，则量程不够，无法测量12.5mA 的电流；如果采用毫安表，无法分辨0.025mA 的电流变化。一般需要电桥来测量，将无应变时的零位电流平衡掉，只取有应变时的微小输出量，可根据需要采用放大器放大。 6.以阻值 ，灵敏度 的电阻丝应变片与阻值为120 的固定电阻组成电桥，供桥电压为3V ，并假定负载电阻为无穷大，当应变片为2με和2000με时，分别求出单臂、双臂电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。 解：(1).当应变片为2με时，单臂电桥的输出电压为 双臂电桥的输出电压为 (2).当应变片为2000με时，单臂电桥的输出电压为 双臂电桥的输出电压为 根据电桥的灵敏度0/U S R R = ?可知，单臂电桥的灵敏度是双臂电桥的灵敏度的一半。 7.有人在使用电阻应变仪时，发现灵敏度不够，于是试图在工作电桥上增加电阻应变片以提高灵敏度。试问，在下列情况下，是否可提高灵敏度？说明为什么。(1)半桥双臂各串联一片；(2)半桥双臂各并联一片。
《机械工程测试技术基础》课程试题A 一、填空题（20分，每空1分） 1.测试技术是测量和实验技术的统称。工程测量可分为静态测量和动态测量。 2.测量结果与被测真值之差称为绝对误差。 3.将电桥接成差动方式习以提高灵敏度，改善非线性，进行温度补偿。 4.为了补偿温度变化给应变测量带来的误差，工作应变片与温度补偿应变片应接在相邻。 5．调幅信号由载波的幅值携带信号的信息，而调频信号则由载波的频率携带信号的信息。 6．绘制周期信号()x t 的单边频谱图，依据的数学表达式是傅式三角级数的各项系数，而双边频谱图的依据数学表达式是傅式复指数级数中的各项级数。 7．信号的有效值又称为均方根值，有效值的平方称为均方值，它描述测试信号的强度(信号的平均功率)。 8．确定性信号可分为周期信号和非周期信号两类，前者频谱特点是离散的，后者频谱特点是连续的。 9.为了求取测试装置本身的动态特性，常用的实验方法是频率响应法和阶跃响应法。 10.连续信号()x t 与0()t t δ-进行卷积其结果是：0()()x t t t δ*-= X(t-t0)。其几何意义是把原函数图像平移至t0的位置处。 二、选择题（20分，每题2分） 1．直流电桥同一桥臂增加应变片数时，电桥灵敏度将(C)。 A ．增大 B ．减少 C.不变 D.变化不定 2．调制可以看成是调制信号与载波信号(A)。 A 相乘 B ．相加 C ．相减 D.相除 3．描述周期信号的数学工具是(D)。 A ．相关函数 B ．拉氏变换 C ．傅氏变换 D.傅氏级数 4．下列函数表达式中，(C)是周期信号。 A ．5cos100()00t t x t t π?≥?=??
第一次作业 1、P126 3-3 试举出你所熟悉的5种传感器，并说明它们的变换原理。 2、下图是使用三根引线引入应变片，从而消除引线的影响。分析原理。 解： 3、讨论下图电路采用差动结构后如何： 改善系统的线性；减轻温度等干扰的影响；提高检测系统的灵敏度。 r e应变带来的电阻变化
r t温度带来的电阻变化 解： 第二次作业 1、举例说明传感器采用差动式结构的优点。 解：要举例说明 2、试述电涡流传感器的工作原理。说明如何使用相敏检波电路进行检测及使用相敏检波的优缺点。 解：电涡流传感器是利用电涡流效应原理，将位移等非电量转换为阻抗的变化（或电感的变化，或Q值的变化），从而进行非电量电测的。一个通有交变电流的线圈，由于电流的变化，在线圈周围就产生一个交变磁场H1，当被测导体置于该磁场范围之内，被测导体内便产生
电涡流，电涡流也将产生一个新磁场H2，H2与H1方向相反，因而抵消部分原磁场，从而导致线圈的电感量、阻抗和品质因数发生改变。 3、电容传感器有哪些优缺点？ 答： 电容式传感器的优点： （1）输入能量小而灵敏度高 （2）精度高达0.01%。 （3）动态特性好，适合测量动态参数。 （4）能量损耗小。 （5）结构简单，环境适应性好（高温、辐射等） 缺点：电缆分布电容影响大，集成电路、双屏蔽传输电缆等——降低分布电容的影响。 第三次作业 1、什么是压电效应？什么是逆压电效应？ 答：某些物质，如石英，受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部会被极化，表面产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。 压电效应是可逆的，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。 2、什么是电荷放大器？它有哪些特点？ 答： 电荷放大器是一个带电容负反馈的高输入阻抗，高增益的放大器，是压电式传感器的一种专
1 请给出3种家用电器中的传感器及其功能。 洗衣机：水位传感器 冰箱：温度传感器 彩电：亮度传感器 热水器：温度传感器 空调：温度传感器 2 请给出智能手机中用到的测试传感器。 重力传感器、三维陀螺仪、GPS 、温度传感器、亮度传感器、摄像头等。 3 系统地提出（或介绍）你了解的（或设想的）与工程测试相关的某一（小）问题。考虑通过本门课程的学习，你如何来解决这一问题。（注意：本题的给出的答案将于课程最后的综合作业相关联，即通过本课程的学习，给出详细具体可行的解决方案） 第二章 普通作业1 请写出信号的类型 1) 简单周期信号 2) 复杂周期信号 3) 瞬态信号 准周期信号 4) 平稳噪声信号 5) 非平稳噪声信号 第二章 信号分析基础 测试题 1. 设时域信号x(t)的频谱为X(f)，则时域信号（C ）的频谱为X(f ＋fo ）。 A . B. C. D. 2. 周期信号截断后的频谱必是（A ）的。 A. 连续 B. 离散 C. 连续非周期 D. 离散周期 3. 不能用确定的数学公式表达的信号是 (D) 信号。 A 复杂周期 B 非周期 C 瞬态 D 随机 4. 信号的时域描述与频域描述通过 (C) 来建立关联。 A 拉氏变换 B 卷积 C 傅立叶变换 D 相乘 5. 以下 (B) 的频谱为连续频谱。 A 周期矩形脉冲 B 矩形窗函数 C 正弦函数 D 周期方波 6. 单位脉冲函数的采样特性表达式为（A ） 。 A )(d )()(00t x t t t t x =-?∞ ∞-δ B )()(*)(00t t x t t t x -=-δ C )()(*)(t x t t x =δ D 1)(?t δ 思考题 1) 从下面的信号波形图中读出其主要参数。
关于机械工程测试技术的 发展及其应用领地的探索 1、引言21世纪是一个伟大的世纪，对于一个学习机械工程类的学生而言，要想在这个充满魔力的世纪里大放光彩，为祖国的繁荣发展贡献出自己的一份力量，在市场逐渐趋于饱和状态的同时能够独立创新，迎合时代的发展，这就对我们当代大学生就提出了一个空前的挑战和机遇。 2，关于我国机械制造业的现状目前，我国机械制造业远远落后于世界发达国家，特别在高技术含量，大型高效或精密、复杂的机电新产品开发方面，缺乏现代设计理论和知识的积累，实验研究和开发能力较弱，停留在引进与仿制国外同类产品阶段，大部分关键机电产品不能自主开发和独立设计，仍然需要依靠进口或引进技术。造成这种情况的重要原因之一就是缺乏掌握现代设计理论知识，具有实验研究和创新开发能力的人才 工业设备在制造过程及整机性能测试中离不开各种机械量和几何量，有些工业设备在运行中还要经常对多种物量进行检测或监视，包括位移、速度、加速度、力、力矩、功率、压力、流量、温度、硬度、密度、湿度、比重、黏度、长度、角度、形状、位置、表面粗糙度、表面波形等，这些均属于物理量。实际生产、生活和科学实验中还会遇到化学量、生物量（包括医学），而所有这一切，从信号工程的角度来看，都需要通过传感器，将其转换成电信号（近代还可以转换成光信号），而后再进行信号的传输、处理、存储、显示、控制……，
从信息的角度看，这些信号连同声音和图象信息都是信息的源头，所以传感器和检测仪表、测量仪表是信息科学技术的三部分（信息获取、信息传输、信息处理）中的重要部分 为有效控制机电一体化系统的运作提供必须的相关信息。随着人类探知领域和空间的拓展，电子信息种类日益繁多，信息传递速度日益加快，信息处理能力日益增强，相应的信息采集——传感技术也将日益发展，传感器也将无所不在。逐步在世界范围内掀起一股“检测传感器热”，各先进工业国都极为重视传感技术和传感器研究、开发和生产，检测传感器及其系统生产已成为重要的新兴行业。传感器技术包括敏感机理，敏感材料，工艺设备和计测技术四个方面约有30多种技术。随着微电子技术的发展，传感器技术发展很快，我国研发的力量尚需大量投入，特别要加强具存自主知识产权的传感器的创新开发。科研成果的转化及传感器生产产业化问题，在我国更是迫在眉睫的问题，在批量生产情况下，控制传感器产品性能（主要是稳定性、可靠性），使之合格率达到商业化产业要求，就需要有先进的制造工艺和自动化水平很高的工艺设备，因此应在开发专用工艺设备上下功夫，解决传感器生产产业化的“瓶颈”问题。在传感器的应用上，特别是新型传感器的应用上，还得大力推广，改革开放创造了市场经济条件，各种工业设备应用了先进的传感器，这扩大了传感器市场，也使我国新型传感器生产产业化有了动力。 在传感器生产产业化过程中，应该在引进国际技术和自主创新两方面都不放松。在引进国外先进技术中，可以提高自己的技术，
机械工程测试技术■课后作业第一次作业 1、P126 3-3试举出你所熟悉的5种传感器, 并说明它们的变换原理。
2、下图是使用三根引线引入应变片，从而消除引线的影响。分析原理。 RL 解:
HMX用三弓【戏述?氓桥的醫逮定后是黑定的*即樹始梟件刘 弘罠=叭（在制作时是不考电引蛛电阻的） 便用三引怨时* 血+尽 % 它_竝 + 心再左=%（耐丰尺*）- &陰+ %）￡ _ 吗凡-耳％ + 禺-&）% % —门+&±&_”1 +禺1 -卩尽十屁*凡X咼十尺）-（2瓦十&十局XR严尽）°血讥小尽） 廿f nj（Jt -耳）血反应|引钱电RL时电桥输出的吧响?电桥平输时通帚R2与肌捲近（最好 足郴等人111此可以減删引战电R1的E喇； 便用两引*tBh E e= 2% + %姙￡ = 耳民—此（2耐4&）童=用凡二耐氏~~2尽垃 ° +& ”] +&_）（2垃★ R；十R* ）（& 十尽）（2 & ★仏十RJg + 尽）巩+ R&為 叶「顶-2R*R丄废应引険电眠对电桥卷出的妙响，直系散2旳圧佃述的?用此引线电齟的嚮响费尙得到减舸. 対比灿上两武町厠2 采用丄引纯减巔r引魏电阳对灵墩度的彤*暮当扬=岛时&果量缶 忸是氏押万法申十瓏完仝涓瞭引堆业阻村灵嫩醴的礬“h升样项训百魁. 3、讨论下图电路采用差动结构后如何： 改善系统的线性；减轻温度等干扰的影响；提高检测系统的灵敏度。 r e 应变带来的电阻变化 r t温度带来的电阻变化
解 : 将诩电桥2串臂岂桥逹疔比池1 首先不巷虑匡厦变化引起旳电凰论 对于单誓电携； 考虚淳度变化岭世的电阻氐： 苛于隼督电樽！ =冬心 ° 4幕+乂?和 邛曲墓芯结构厨： 程 _________ AR _________ T 冲4疋& ■用-ZF R* ----- * -- 5 ----- - 斗R 疔比上両式可心逐氏潼衣洁问不図銭性耘灵敏度都得到了摄硏H1且法宴等共模干扰的 帮吨也漣鐵了幢轻 采用盖动皓构启; 厅尤上商式虹,采月差动结喝目.
第一章 测试技术基础 1. 用测量范围为-50～150kPa 的压力传感器测量140kPa 压力时，传感器测得示值为+142kPa ，试求该示值的绝对误差、相对误差、标称相对误差和引用误差。 解：绝对误差 2kPa 140142=-=?p 相对误差 1.43%100%140 140 1420=?-=?= p p p δ 标称相对误差 1.41%100%142 140142=?-=?= 'p p p δ 引用误差 1%100%50 150140142m =?+-=?= p p p γ 2．某压力传感器静态标定的结果如下表所示。试求用端点连线拟合法拟合的该传感器输出与输入关系的直线方程，并试计算其非线性误差、灵敏度和迟滞误差。 解： 端点连线拟合法拟合的直线方程 p p U 450 == 非线性误差 0.1%100%200 0.2 100%=?=??= FS Y L max γ 灵敏度 4mV /Pa =??= p U S 迟滞误差 0.3%100%2001.2 21100%21=??=??= FS H Y H max γ 或 0.6%100%200 1.2 100%max =?=??= FS H Y H γ 3. 玻璃水银温度计的热量是通过玻璃温包传导给水银的，其特性可用微分方程 x y dt dy 310123 -?=+表示（式中y 为水银柱高度，单位m ；x 为输入温度，单位℃）。试确定温度计的时间常数τ、静态灵敏度k 和传递函数及其频率响应函数。
解：x y dt dy 310123 -?=+ x y D 3101)23(-?=+ x y D 31021 )123(-?=+ 时间常数 s 51.=τ 静态灵敏度 C m/1050o 3-?=.k 传递函数 1 511050(s)3 +?=-s H .. 频率响应函数 15.1105.0)(j 3+?=-ωωj H 4. 某热电偶测温系统可看作一阶系统，已知其时间常数为0.5s ，静态灵敏度1=k 。试计算其幅频特性误差不大于5%的最高工作频率。(幅频特性误差为A -=1η) 解： 5%1≤-=A η 95%≥A 95%) (1)(2 =+= ωτωk A 而 1=k 0.5s =τ 0.33=ωτ 0.66rad/s =ω 0.10Hz 2π == ω f 5. 某测力传感器可作为二阶振荡系统处理，其传递函数为2 o o 22 o 2)(ωξωω++=s s s H 。已知其固有频率为Hz 1000o =f ，阻尼率7.0=ξ，试问用它测量频率为600Hz 的正弦交变力时，其输出与输入幅值比A(ω)和相位差Ψ(ω)是多少？（注意系统1=k ） 解： 7.0=ξ 1=k 002f πω= Hz 1000o =f f πω2= 600Hz =f 20 2220)(4])( [1)(ωωξωωω+-= k A 0.950.6 0.74](0.6)[11 2 2 2 2=??+-= 2 0)(-1)( 2arctan )(ωωωω ξω-=ψ02 52.70.6-10.6 0.72arctan -=??-= 第二章 工程参数的检测技术（略） 1. 接触式与非接触式测温装置主要有哪些？试比较接触式测温与非接触式测温的优缺点。 2. 试简述光学高温计的原理、电测系统图和使用方法。 3. 试说明真空区域的划分和其物理特征。测量低真空与高真空的真空计主要有哪些？
机械工程测试技术基础(第三版)试卷集. 一、填空题 １、周期信号的频谱是离散的，而非周期信号的频谱是连续的。 ２、均方值Ψx2表示的是信号的强度，它与均值μx、方差ζx2的关系是￠x2=H x2+óx2。 ３、测试信号调理电路主要有电桥、放大、调制解调电路。 ４、测试系统的静态特性指标有、、。 ５、灵敏度表示系统输出与输入之间的比值，是定度曲线的。 ６、传感器按信号变换特性可分为、。 ７、当时，可变磁阻式电感传感器的输出和输入成近似线性关系，其灵敏度S趋于。 ８、和差特性的主要内容是相临、相反两臂间阻值的变化量符合、的变化，才能使输出有最大值。 ９、信号分析的过程主要包括：、。 10、系统动态特性在时域可用来描述，在复数域可用来描述，在频域可用来描述。 11、高输入阻抗测量放大电路具有高的共模抑制比，即对共模信号有抑制作用，对信号有放大作用。 12、动态应变仪上同时设有电阻和电容平衡旋钮，原因是导线间存在。 13、压控振荡器的输出电压是方波信号，其与输入的控制电压成线性关系。 14、调频波的解调又称，其解调电路称为。 15、滤波器的通频带宽和响应时间成关系。 16、滤波器的频率分辨力主要由其决定。 17、对于理想滤波器，滤波器因数λ＝。 18、带通滤波器可由低通滤波器（f c2）和高通滤波器（f c1）而成（f c2> f c1）。 19、测试系统的线性度和滞后度是由误差引起的；而重复性误差是 由误差引起的。 二、问答题（共30分） １、什么是测试？说明测试系统的构成及各组成部分的作用。（10分） ２、说明电阻丝应变片和半导体应变片的异同点，各有何优点？（10分） ３、选用传感器的原则是什么？（10分） 三、计算题（共55分） １、已知信号x(t)=e-t (t≥0)， (1) 求x(t)的频谱函数X(f)，并绘制幅频谱、相频谱。 (2) 求x(t)的自相关函数R x (η) 。（15分） ２、二阶系统的阻尼比ξ=0.2，求ω=ωn时的幅值误差和相位误差，如果使幅值误差不大于10％，应取多大阻尼比？。（10分）３、一电容传感器，其圆形极板r = 4mm，工作初始间隙δ0 =0.3mm， （1）工作时如果传感器的工作间隙变化Δδ=±2μm，求电容的变化量。 （2）如果测量电路灵敏度S1=100mv/pF，读数仪表灵敏度S2=5格/mv，在 Δδ=±2μm时，读数仪表的指示值变化多少格？ （ε0 = 8.85×10-12 F/m）(8分) ４、已知RC低通滤波器的R=1KΩ，C=1MF，当输入信号μx= 100sin1000t时， 求输出信号μy 。（7分） ５、（1）在下图中写出动态应变仪所包含的各个电路环节。 （2）如被测量x(t) = sinωt，载波y(t)=sin6ωt，画出各环节信号的波形图。 (15分 一、填空题： 1、连续 2、￠x2=H x2+óx2 3、电桥、放大、调制解调电路 4、非线性度、灵敏度、回程误差 5、斜率 6、组合型、一体化型 7、Δó〈〈ó0定位 8、相邻相反相对相同 9、信号分析、信号处理 10、传递函数、频率函数、脉冲响应函数11、差模12、分布电容 13、频率 14、鉴频、鉴频器 15、反比 16、带宽B 17、1 18、串联19、系统、随机 一、问答题 1、答：测试是测量和试验的综合，是一种研究型的探索型的、论证型的测量过程，也是获取信息的过程。 （1）测量对象
传感器与检测技术试卷及答案 （（（（试卷一试卷一试卷一试卷一）））） 第一部分选择题（共24 分） 一、单项选择题（本大题共12小题，每小题2 分，共24分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项 是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。错选、多选和未选均无分。 1．下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（C）A．压力B．力矩C．温度D．厚度 2．属于传感器动态特性指标的是（ D ） A．重复性B．线性度C．灵敏度D．固有频率 3．按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（ A ）A．光电式传感器B．电容式传感器C．压电式传感器D．磁电式传感器4．测量范围大的电容式位移传感器的类型为（D ） A．变极板面积型B．变极距型 C．变介质型D．容栅型 5．利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（ C ） A．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片 B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联 C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片 D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片 6．影响压电式加速度传感器低频响应能力的是（ D ）A．电缆的安装与固定方式B．电缆的长度 C．前置放大器的输出阻抗D．前置放大器的输入阻抗 7．固体半导体摄像元件CCD 是一种（） A．PN结光电二极管电路B．PNP 型晶体管集成电路 C．MOS型晶体管开关集成电路D．NPN型晶体管集成电路 8．将电阻R 和电容C 串联后再并联到继电器或电源开关两端所构成的RC吸收电路，其作用是 （） A．抑制共模噪声B．抑制差模噪声C．克服串扰D．消除电火花干扰 9．在采用限定最大偏差法进行数字滤波时，若限定偏差△Y≤0.01，本次采样值为0.315，上次 采样值为0.301，则本次采样值Yn应选为（） A．0.301 B．0.303 C．0.308 D．0.315 10．若模/数转换器输出二进制数的位数为10，最大输入信号为2.5V，则该转换器能分辨出的最 小输入电压信号为（） A．1.22mV B．2.44mV C．3.66mV D．4.88mV 11．周期信号的自相关函数必为（） A．周期偶函数B．非周期偶函数C．周期奇函数D．非周期奇函数12．已知函数x(t)的傅里叶变换为X（f），则函数y(t)=2x(3t)的傅里叶变换为（） 第二部分非选择题（共76分） 二、填空题（本大题共12小题，每小题1分，共12分）不写解答过程，将正确的答案写在每小 题的空格内。错填或不填均无分。 13．对传感器进行动态的主要目的是检测传感器的动态性能指标。 14．传感器的过载能力是指传感器在不致引起规定性能指标永久改变的条件下，允许超过 的能力。 15．传感检测系统目前正迅速地由模拟式、数字式，向方向发展。 16．已知某传感器的灵敏度为K0，且灵敏度变化量为△K0，则该传感器的灵敏度误差计算公式为rs= 。 17．为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用技术。 18．在用带孔圆盘所做的光电扭矩测量仪中，利用孔的透光面积表示扭矩大小，透光面积减小，则表明扭矩。19．电容式压力传感器是变型的。 20．一个半导体应变片的灵敏系数为180，半导体材料的弹性模量为1.8×105Mpa,其中压阻系数πL为Pa-1。 21．图像处理过程中直接检测图像灰度变化点的处理方法称为。 22．热敏电阻常数B 大于零的是温度系数的热敏电阻。 23．若测量系统无接地点时，屏蔽导体应连接到信号源的。 24．交流电桥各桥臂的复阻抗分别为Z1，Z2，Z3，Z4，各阻抗的相位角分别为?1? 2? 3 ?4，若电桥平衡条件为Z1/Z4=Z2/Z3，那么相位平衡条件应为。 三、问答题（本大题共6小题，每小题4分，共24分） 25．简述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点。 26．回答与直线式感应同步器有关的下列问题： （1）它由哪两个绕组组成？ （2）鉴相式测量电路的作用是什么？ 27．简述压磁式扭矩仪的工作原理。 28．说明薄膜热电偶式温度传感器的主要特点。 29．简述激光视觉传感器将条形码的信息传输的信号处理装置的工作过程。 30．采用逐次逼近法的模/数转换器主要由哪几部分组成？ （（（（答案一答案一答案一答案一）））） 一、单项选择题（本大题共12小题，每小题2分，共24分） 1.C 2.D 3.A 4.D 5.C 6.D 7.C 8.D 9.A 10.B 11.A 12.B 二、填空题（本大题共12小题，每小题1分，共12 分） 三、问答题（本大题共6小题，每小题4分，共24 分） 25．传感器与电压放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电压成正比,但容易受电 缆电容的影响。 传感器与电荷放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电荷成正比,电缆电容的影响小。 26．（1）由固定绕组和滑动绕组组成。 （2）检测感应电动势的相位，从而根据相位确定位移量的大小和方向。 27．压磁式扭矩仪的轴是强导磁材料。根据磁弹效应，当轴受扭矩作用时，轴的磁导率发生 变化，从而引起线圈感抗变化，通过测量电路即可确定被测扭矩大小。28．主要特点是：热容量小（或热惯性小），时间常数小，反应速度快。29．（1）多面棱镜高速旋转，将激光器发出的激光束反射到条形码上作一维扫描。 （2）条形码反射的光束经光电转换及放大元件接收并放大后再传输给信号处理装置。 30．由电压比较器、数/模转换器、顺序脉冲发生器、数码寄存器和逐次逼近寄存器组成。 四、计算题（本大题共3小题，每小题8分，共24 分） （（（（试卷二试卷二试卷二试卷二）））） 一、填空题(每空1分，共15分) 1.如果仅仅检测是否与对象物体接触，可使用_______作为传感器。 2.红外图像传感器由红外敏感元件和_______电路组成。 3.在电阻应变片公式，dR/R=(1+2μ)ε+λEε中，λ代表_______。 4.利用电涡流位移传感器测量转速时，被测轴齿盘的材料必须是_______。 5.当磁头相对于磁尺不动时，仍有感应电动势输出的是静态磁头，且输出电势的幅值由_______所决定。 6.动态标定的目的，是检验测试传感器的_______指标。 7.确定静态标定系统的关键是选用被测非电量(或电量)的标准信号发生器和_______。 8.传感器的频率响应特性，必须在所测信号频率范围内，保持_______条件。 9.热电偶电动势由_______电动势和接触电动势两部分组成。 10.SnO2型半导体气敏器件非常适宜检测浓度较_______的微量气体。 11.有源滤波器由集成运放和_______组成。 12.采用_______电源供电的电桥称为交流电桥。 13.多路模拟开关由_______和多路双向模拟开关组成。 14.为了提高检测系统的分辨率，需要对磁栅、容栅等大位移测量传感器输出信号进行_______。 15.若随机信号x(t)、y(t)的均值都为零，当τ→∞时，它们的互相关函数Rxy(τ)=_______。 二、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题 干的括号内。每小题1分，共15 分) 1.对压电式加速度传感器，希望其固有频率( ) A.接近零 B.尽量低些 C.尽量高些 D.任意 2.( )传感器可用于医疗上-50℃～150℃之间的温度测量。
学习中心：院校学号：姓名 东北大学继续教育学院 传感器与测试技术试卷（作业考核线上2） A 卷（共 5 页） 1.1 按照不确定度从好到差，测量标准的分级层次为（ C ）。 (A) 二级标准，一级标准，工作标准 (B) 原始标准，一级标准，二级标准 (C) 一级标准，二级标准，工作标准 (D) 国际标准，国家标准，地方标准 1.2 周期信号的频谱是（ A ）。 (A) 离散的，只发生在基频整数倍的频率 (B) 连续的，随着频率的增大而减小 (C) 连续的，只在有限区间有非零值 (D) 离散的，取值随着频率的增加而增大 1.3 在测试工作中，通常用（ C ）分别描述系统误差、随机误差以及两者的综合。 (A) 正确度、准确度和精密度(B) 正确度、精密度和准确度 (C) 精密度、正确度和准确度(D) 正确度、准确度和精密度 1.4传感器的线性度表示校准曲线（ B ）的程度。 (A) 接近真值(B) 偏离其拟合直线 (C) 加载和卸载时不重合(D) 在多次测量时的重复 1.5关于测量系统的静态特性，下列描述中只有（C ）是正确的。 (A) 漂移是在不同输入条件下，测量系统的输出随时间变化的现象 (B) 单位输入变化所引起的输出变化称为该装置的分辨力 (C) 关于校准曲线不重合的测量系统静态特性有回差和重复性 (D) 能够引起输出量可测量变化的最小输入量称为该装置的灵敏度 1.6二阶测试装置，其阻尼比ζ为（ A ）左右时，可以获得较好的综合特性。 (A) 0.7 (B) 1.0 (C) 0.1 (D) 0.5 1.7关于随机测量误差的统计分析，（ A ）是错误的说法。 (A) 中位数是测量序列中间的值 (B) 中位数是被测量按升序或降序排列的序列中间的值 (C) 众数是对应于事件发生概率峰值的随机变量的值 (D) 中位数和众数描述测量数据的中心趋势 1.8 关于测量电桥的构成，（ C ）的说法是正确的。 (A) 采用桥臂串联或并联的方法，可以增加电桥的输出 (B) 采用电桥的单臂工作方式，可以消除电桥输出的非线性 (C) 采用桥臂串联或并联的方法，可以在一个桥臂上得到加减特性 (D) 采用半桥接法不能消除电桥输出的非线性 1.9有一1/2倍频程滤波器，其低端、高端截止频率和中心频率分别为f c1、f c2、f n，带宽为B、下面的表述正确的是（ D ）。 课程名称：传感器与测试技术X 1
机械工程测试技术课后 习题答案 集团标准化小组：[VVOPPT-JOPP28-JPPTL98-LOPPNN]
第三章：常用传感器技术 3-1 传感器主要包括哪几部分？试举例说明。 传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成。 如图所示的气体压力传感器。其内部的膜盒就是敏感元件，它的外部与大气压力相通，内部感受被测压力p ，当p 发生变化时，引起膜盒上半部分移动，可变线圈是传感器的转换元件，它把输入的位移量转换成电感的变化。基本电路则是完成上述电感变化量接入基本转换电路，便可转换成电量输出。 3-2 请举例说明结构型传感器与物性型传感器的区别。 答：结构型传感器主要是通过传感器结构参量的变化实现信号变换的。例如，电容式传感器依靠极板间距离变化引起电容量的变化；电感式传感器依靠衔铁位移引起自感或互感的变化。 物性型传感器则是利用敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换。例如，水银温度计是利用水银的热胀冷缩性质；压电式传感器是利用石英晶体的压电效应等。 3-3 金属电阻应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？ 答： （1）金属电阻应变片是基于金属导体的“电阻应变效应”， 即电阻材料在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化的现象，其电阻的相对变化为()12dR R με=+； （2）半导体应变片是基于半导体材料的“压阻效应”，即电阻材料受到载荷作用而产生应力时，其电阻率发生变化的现象，其电阻的相对变化为dR d E R ρλερ == 。 3-4 有一电阻应变片（见图3-105），其灵敏度S 0=2，R =120Ω，设工作时其 应变为1000με，问ΔR =？设将此应变片接成图中所示的电路，试求：1）无应变时电流指示值；2）有应变时电流指示值；3）试分析这个变量能否从表中读出？ 解：根据应变效应表达式R /R =S g 得 R =S g R =2100010-6120=0.24 1）I 1=1.5/R =1.5/120=0.0125A=12.5mA 2）I 2=1.5/(R +R )=1.5/(120+0.24)0.012475A=12.475mA 图3-105 题3-4图