测试技术传感器第四章题型小结
一、选择题
1. 电涡流式传感器是利用什么材料的电涡流效应工作的。（ A ）
PVF
A. 金属导电
B. 半导体
C. 非金属
D.
2
2. 为消除压电传感器电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响，可采用（B ）。
A. 电压放大器
B. 电荷放大器
C. 前置放大器
D. 电容放大器
3. 磁电式绝对振动速度传感器的数学模型是一个（B ）。
A. 一阶环节
B. 二阶环节
C. 比例环节
D. 高阶环节
4. 磁电式绝对振动速度传感器的测振频率应（A ）其固有频率。
A. 远高于
B. 远低于
C. 等于
D. 不一定
5. 随着电缆电容的增加，压电式加速度计的输出电荷灵敏度将（C ）。
A. 相应减小
B. 比例增加
C. 保持不变
D. 不确定
6. 压电式加速度计，其压电片并联时可提高（B ）。
A. 电压灵敏度
B. 电荷灵敏度
C. 电压和电荷灵敏度
D. 保持不变
7. 调频式电涡流传感器的解调电路是（C ）。
A. 整流电路
B. 相敏检波电路
C. 鉴频器
D. 包络检波电路
8. 压电式加速度传感器的工作频率应该（C ）其固有频率。
A. 远高于
B. 等于
C. 远低于
D. 没有要求
9. 下列传感器中哪个是基于压阻效应的？（ B ）
A. 金属应变片
B. 半导体应变片
C. 压敏电阻
D. 磁敏电阻
10. 压电式振动传感器输出电压信号与输入振动的（B ）成正比。
A. 位移
B. 速度
C. 加速度
D. 频率
11. 石英晶体沿机械轴受到正应力时，则会在垂直于（B ）的表面上产生电荷量。
A. 机械轴
B. 电轴
C. 光轴
D. 晶体表面
12. 石英晶体的压电系数比压电陶瓷的（C ）。
A. 大得多
B. 相接近
C. 小得多
D. 不确定
13. 光敏晶体管的工作原理是基于（ B ）效应。
A. 外光电
B. 内光电
C. 光生电动势
D. 光热效应
14. 一般来说，物性型的传感器，其工作频率范围（A ）。
A. 较宽
B. 较窄
C. 较高
D. 不确定
15. 金属丝应变片在测量构件的应变时，电阻的相对变化主要由（B ）来决定的。
A. 贴片位置的温度变化
B. 电阻丝几何尺寸的变化
C. 电阻丝材料的电阻率变化
D. 电阻丝材料长度的变化
16. 电容式传感器中，灵敏度最高的是（C ）。
A. 面积变化型
B. 介质变化型
C. 极距变化型
D. 不确定
17. 极距变化型电容传感器适宜于测量微小位移量是因为（B ）
A. 电容量微小影响灵敏度
B. 灵敏度与极距的平方成反比，间距变化大则产生非线性误差
C. 非接触测量
D. 两电容极板之间距离变化小
18. 高频反射式涡流传感器是基于（A ）和集肤效应来实现信号的感受和变化的。
A. 涡电流
B. 纵向
C. 横向
D. 压电
19. 压电材料按一定方向放置在交变电场中，其几何尺寸将随之发生变化，这称为（D ）效应。
A. 压电
B. 压阻
C. 压磁
D. 逆压电
20. 下列传感器中，能量转换型传感器是（A ）
A. 光电式
B. 应变片
C. 电容式
D. 电感式
21.测试工作的任务主要是从复杂的信号中提取（C ）
A. 干扰噪声信号
B. 正弦信号
C. 有用信息
D. 频域信号
22.压电式传感器是属于（B ）型传感器
A. 参量型
B. 发电型
C. 电感型
D. 电容型
23.莫尔条纹光栅传感器是（B ）的
A. 数字脉冲式
B. 直接数字编码式
C. 调幅式
D. 调频式
24.磁电式绝对振动速度传感器的动态数学模型是（C ）
A. 一阶环节
B. 二阶环节
C. 比例环节
D. 积分环节
25.电涡流传感器是利用被测（A ）的电涡流效应
A. 金属导电材料
B. 非金属材料
C. PVF2
D. 陶瓷材料
26. 当电阻应变片式传感器拉伸时，该传感器电阻（A ）
A. 变大
B. 变小
C. 不变
D. 不定
27. 极距变化型电容传感器的灵敏度与（D ）
A. 极距成正比
B. 极距成反比
C. 极距的平方成正比
D. 极距的平方成反比
28.压电式加速度传感器的工作频率应（C ）其固有频率
A. 远高于
B. 等于
C. 远低于
D. 不确定
29.调频式电涡流传感器的解调电路是（C ）
A. 电荷放大器
B. 相敏检波器
C. 鉴频器
D. 鉴相器
30.高频反射式电涡流传感器，其等效阻抗分为等效电阻R和等效电感L两部分，M为互
感系数。当线圈与金属板之间距离δ减少时，上述等效参数变化为（B ）
A. R减小，L不变，M增大
B. R增大，L减小，M增大
C. R减小，L增大，M减小
D. R增大，L增大，M增大
31.为消除压电传感器联接电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响，可采用（B ）
A. 电压放大器
B. 电荷放大器
C. 相敏检波器
D. 鉴相器
32.在测量位移的传感器中，符合非接触式测量且不受油污等介质影响的是（D ）传感器
A. 电容式
B. 压电式
C. 电阻式
D. 电涡流式
33. 半导体热敏电阻随温度上升，其阻值（B ）
A. 上升
B. 下降
C. 保持不变
D. 变为0
34. 为使电缆的长短不影响压电式传感器的灵敏度，应选用（B ）放大器
A. 电压
B. 电荷
C. 微分
D. 积分
35. 涡流式位移传感器的输出与被测对象的材料（C ）
A. 无关
B. 不确定
C. 有关
D. 只限于测铜
37.自感型传感器的两线圈接于电桥的相邻桥臂时，其输出灵敏度（B ）
A. 提高很多倍
B. 提高一倍
C. 降低一倍
D. 降低很多倍
38. 变间隙式电容传感器测量位移量时，传感器的灵敏度随（A ）而增大
A. 间隙的减小
B. 间隙的增大
C. 电流的增大
D. 电压的增大
40.压电式振动传感器输出电压信号与输入振动的（C ）成正比
A. 位移
B. 速度
C. 加速度
D. 时间
41.压电式传感器是高阻抗传感器，要求前置放大器的输入阻抗（A ）
A. 很大
B. 很低
C. 不变
D. 随意
42. 半导体应变片的灵敏度和电阻应变片的灵敏度相比（A ）
A. 半导体应变片的灵敏度高
B. 二者相等
C. 电阻应变片的灵敏试验高
D. 不能确定
43.若石英晶体沿机轴受到正应力，则会在垂直于（C ）的面上产生电荷
A. 机轴
B. 电轴
C. 光轴
D. 都不
44. 压电式传感器是个高内阻传感器，因此要求前置放大器的输入阻抗（B ）
A. 很低
B. 很高
C. 较低
D. 较高
45. 极距变化型电容式传感器，其灵敏度与极距（D ）
A. 成正比
B. 平方成正比
C. 成反比
D. 平方成反比
46. 随电缆电容的增加，压电式加速度计的输出电荷灵敏度（A ）
A 相应减小
B 比例增加
C 保持不变D不确定
47. 压电式加速度计，其压电片并联可提高（B ）
A. 电压灵敏度
B. 电荷灵敏度
C. 电压和电荷灵敏度
D. 电流灵敏度
48.（B ）的基本工作原理是基于压阻效应
A. 金属应变片
B. 半导体应变片
C. 压敏电阻
D. 压电陶瓷
49. 可变磁阻式电感传感器，当线圈匝数N及铁芯截面积Ａ0确定后，原始气隙δ0越小，则
电感L（ B ）
A. 越小
B. 满足不失真条件
C. 阻抗匹配
D. 越大
50. 压电晶体式传感器其测量电路常采用（B ）
A. 电压放大器
B. 电荷放大器
C. 电流放大器
D. 功率放大器
二、填空题
1.涡流式传感器的变换原理是利用金属导体在交流磁场中的。感应电动
势
2.磁电式传感器是把被测物理量转换为的一种传感器。涡电流效应
3.将压电晶体置于外电场中，其几何尺寸也会发生变化，这种效应称之为。
逆压电效应
4.利用电阻随温度变化的特点制成的传感器叫。热电阻传感器
5.可用于实现非接触式测量的传感器有和等。涡流式；电容式
6.电阻应变片的灵敏度表达式为
/
12
/
dR R
S E
dl l
υλ
==++，对于金属应变片来说：
S= ，而对于半导体应变片来说S= 。12;S S E υλ=+=
7. 当测量较小应变值时应选用 效应工作的应变片，而测量大应变值时应选
用 效应工作的应变片。压阻效应；应变效应
8. 电容器的电容量0A C εεδ
=，极距变化型的电容传感器其灵敏度表达式为 。 20
δ
εεδA d dC S -== 9. 差动变压器式传感器的两个次级线圈在连接时应 。反相串接
10. 光电元件中常用的有 、 和 。光敏电阻；光敏晶体管；
光电池
11. 压电传感器在使用 放大器时，其输出电压几乎不手电缆长度变化的影响。电
荷
12. 超声波探头是利用压电片的 效应工作的。逆压电
13. 压电传感器中的压电片并联时可提高 灵敏度，后接 放大器。而串
联时可提高 灵敏度，应后接 放大器。电荷；电压；电压；电压
14. 电阻应变片的电阻相对变化率是与 成正比的。应变值ε
15. 电容式传感器有 、 和 3种类型，其中 型
的灵敏度最高。面积变化型；极距变化型；介质变化型；极距变化型
16. 霍尔元件是利用半导体元件的 特性工作的。霍尔效应
17. 按光纤的作用不同，光纤传感器可分为 和 两种类型。功能型；传
光型
三、名词解释
1. 一块金属板置于一只线圈附近，相互间距为δ，当线圈中有一高频交变电流i 通过时，
便产生磁通φ。此交变磁通通过邻近金属板，金属板表层上产生感应电流即涡电流，涡电流产生的磁场会影响原线圈的磁通，使线圈的阻抗发送变化，这种现象称为涡流效应。
2. 某些物质在受到外力作用时，不仅几何尺寸发生变化，而且内部极化，表面上有电荷出
现，出现电场，当外力去除后，有重新恢复到原来状态，这种现象成为压电效应。
3. 金属材料在发生机械变形时，其阻值发生变化的现象成为电阻应变效应。
4. 将霍尔元件置于磁场中，当相对的两端通上电流时，在另相对的两端将出现电位差，称
为霍尔电势，此现象称为霍尔效应。
5. 当激光照射到运动物体时，被物体反射或散射的光频率即多普勒频率发生变化，且多普
勒频率与物体运动速度成比例，这种现象称为多普勒效应。
6. 某些半导体元件，当在相对的两端通上电流时，将引起沿电流方向电阻的变化，此现象
称为磁阻效应。
7. 传感器是直接作用于被测量，并能按一定规律将被测量转换成同种或别种量值输出的器
件。
8. 半导体材料受到光照时，电阻值减小的现象称为内光电效应。
9. 压阻效应是指单晶半导体材料在沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现
象。
10. 在光照作用下，物体内的电子从物体表面逸出的现象称为外光电效应。
11. 在光的照射下使物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏打效应。
四、计算题
3. 一电容测微仪，其传感器的圆形极板半径r ＝4mm ，工作初始00.03mm δ=，如果间隙变化量1m δμ?=±时，电容变化量是多少（真空中介电常数为ε0=-8.85×10-12F/m ）。
解：
电容传感器的灵敏度
021
S A εεδ=-
1232
328.8510 3.14(410)(0.0310)
----????=? F/m 9109.4-?-=F/m
∴6910109.4--??±=??=?δS C F/m 3109.4-?=pF
4. 一电容测微仪，其传感器的圆形极板的半径r=4mm ，工作初始间隙00.3d mm =，空气介质，试求：（已知空气介电常数128.8510/F m ε-=?）
（1）通过测量得到的电容变化量为3
310C pF -?=±?，则传感器与工件之间由初始间隙变化的距离?=?δ
（2）如果测量电路的放大倍数pF mV K /1001=，读数仪表的灵敏度25S =格/mV ，则
此时仪表指示值变化多少格？
解：（1），极距变化型电容传感器灵敏度为：
20δ
εεδA C S -=??=
则 C A
??-=?εεδδ02
2
1212323004.011085.8)10103()103.0(??????±??-=----π )(61.0m μ±=
（2）设读数仪表指示值变化格数为m ，则
3121005(310) 1.5m S S C -=???=??±?=±（格）
4. 有一电阻应变片其灵敏度S=2，R ＝120Ω，设工作时其应变为1000με，问ΔR ＝？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。
解： ∵l
l R R S //??=
∴R l l S R ???=? 12010100026???=-
Ω=24.0
1）mA R U I 5.12120
5.11=== 2）mA R R U I 475.1224
.1205.12≈=?+= 3）mA I I I 025.021=-=?
5. 有一钢板，原长1l m =，钢板弹性模量11210E Pa =?，使用BP-3箔式应变片R=120Ω，
灵敏度系数S=2，测出的拉伸应变值为300με。求：钢板伸长量l ?，应力,/R R σ?及R ?。应变片 mA 5V
如果要测出1με应变值则相应的/R R ?是多少？
解：因为/l l ε?=，则有
()64611764
421300103100.3()
30010210610()
2300106101206107.210()
l l m mm E Pa R S R
R R S εσεεε------?=?=??=?==?=???=??=?=??=??=??=??=?Ω
如果要测出1με应变值，则 662110210R S R
ε-?=?=??=? 五、综合题
1． 设计一台检测钢丝绳断丝的仪器（用原理图表示），并简述其原理。
答：
利用霍尔元件来检测钢丝绳的断丝情况，其原理图如下图所示：
其工作原理为：铁心对钢丝绳局部磁化，当有断丝时，在断口处出现漏磁场，霍尔元件经过此磁场时，将其转换为一个脉动的电压信号。对此信号作滤波、A/D 转换后，进入计算机分析，识别出断丝根数及位置。
2． 请画出动态电阻应变仪的原理框图，简述其工作原理，并绘出出图中各点波形。 答：
动态电阻应变仪的工作原理为：试件在外力)(t x
作用下变形，贴在它上面的电阻应变
片产生相应的电阻变化。振荡器产生高频正弦信号z (t )，作为电桥的工作电压，电桥输出为信号x (t )与载波信号z (t )的乘积，即调制信号x m (t )，此信号经交流放大后进行相敏检波，由振荡器供给的检波信号与电桥工作电压同频、同相位。相敏检波的结果再进行低通滤波，得到与原信号极性相同、但经放大了的信号)(t x
。最后，该信号被显示或输入后续设备。
3． 欲测量液体的静压，拟采用电容式传感器，试绘出可行方案的原理图，并简述其测量原
理。
答：
弹性膜片与另一金属板组成一电容，如图所
示，在压力的作用下，弹性膜片发生变形，使电
容的极距发生变化，从而引起电容量的变化。电
容器接于具有直流极化电压的电路中，电容的变
化有高阻值电阻R 转换为电压变化。电压输出与
膜片位移速度成正比，从而可测量液体压力。
4． 欲测量液体的动压，拟采用电感式传感器，试
绘出可行方案的原理图，并简述其测量原理。
答：
采样差动变压器式传感器，如图所示。弹性体在压力作用下发生变形，推动与之相连的差动变压器的衔铁在线圈内运动，由于引起线圈互感的变化而产生感应电动势差，此电势差经交流放大、相敏检波、滤波等处理后输出，输出量反映压力的大小。
5． 欲测量液体的动压，拟采用电阻应变式传感器，试绘出可行方案的原理图，并简述其测
量原理。
答：
系统的原理框图如图所示。电阻应变片贴于平膜片上，在压力P 的作用下，膜片发生变形，致使应变片也发生相应的变形从而引起电阻变化，应变片置于电桥中，作为电桥的桥臂，从而带来电桥输出电压的变化。振荡器产生高频正弦信号，作为电桥的工作电压，电桥P
弹性体
P 电桥 放大 相敏检波 低通 显示记录
振荡器
2 1
1． 应变片 2． 膜片
输出为信号与载波信号的乘积，即调制信号，此信号经交流放大后进行相敏检波，由振荡器供给的检波信号与电桥工作电压同频、同相位。相敏检波的结果再进行低通滤波，得到与原信号极性相同、但经放大了的信号p (t )。最后，该信号被显示或输入后续设备。
6． 欲测量液体的动压，拟采用压电式传感器，试绘出可行方案的原理图，并简述其测量原
理。
答：
压电晶体在压力P 作用下，由于发生机械变形而使两金属膜极板上集聚数量相等、极性相反的电荷，形成电势差。由于该输出电压很微弱，且压电传感器本身内阻很大，因此将此输出电压信号先经过高输入阻抗低输出阻抗的前置放大器放大，再经过一般放大器放大和相敏检波后，输入显示仪表或记录器进行显示或记录。
7． 欲测量液体的静压，拟采用机械式传感器，试绘出可行方案的原理图，并简述其测量原
理。
答：
利用波登管的弹性来测量液体的静压力，其原理框图如图所示。液体从波登管的受压端进入管内，使波登管在压力P 的作用下发生变形，并在其末端产生与被测压力P 呈近似线性关系的位移x ，此位移量被与波登管末端相连的曲柄连杆机构转换成角度，并被与之相连的齿轮副放大，最后由与齿轮副相连的指针指示出压力的大小。
8． 有一批涡轮机叶片，需要检测是否有裂纹，试绘出可行方案的原理图，并简述其测量原
理。
答：
利用涡流传感器来检测叶片裂纹，其原理框图如图所示。将涡轮机叶片放置在由涡流传感器和电容C 组成的谐振回路中，则谐振回路的频率f 将随间隙δ的变化而改变，让涡轮机叶片沿与传感器线圈垂直的方向（一般为水平方向，如图所示）通过传感器磁场，当裂纹处经过时，谐振频率将发生变化。振荡器提供稳定的高频信号电源，当谐振回路的谐振频率与该频率相同时，输出电压最大，当谐振频率因裂纹而变化时，与电源频率失谐，输出信号的幅值也随δ的变化而变化，相当于一个被δ调制的调幅波，经放大、检波和滤波后，就可以P 放大 相敏检波 显示记录 2 1 1. 压电晶体
2. 金属膜
前置
放大
P
P 波登管 连杆机构 齿轮 指针
x φ
得知涡轮机叶片的裂纹信息。
9． 在轧钢过程中，需检测薄板的厚度，可采样何种传感器？试简述其工作原理。
答：
可采样涡流传感器，原理图如图所示，系统的工作原理为：差动式测厚，将两涡流传感器分别置于被测钢板的上下两边，位置固定，间隔为H ，设被测钢板厚度为h ，两涡流传感器与被测钢板距离分别为x 1和x 2，涡流传感器和电容C 组成谐振回路，则回路频率f 将随间隙的变化而改变，使其输出电压幅值也随之变化，经放大、检波和滤波后，可得被测距离x 1和x 2，将它们输入运算器中进行如下运算，即可实时监测钢板厚度：
)(21x x H h +-=
10． 如何利用光纤来测量声压？绘出可行方案的压力图，并简述其测量原理。 答：
利用马赫曾德尔干涉仪原理检测
光纤内发生的声-光相位调制，如图所
示，激光源光束经过分光镜以后，其
一通过长螺卷状的检测光纤。检测光
纤在外界声压作用下，使经过其中的
光束产生相位变化、随后当它与另一
路经过参考光纤(亦呈螺卷状)的参考
光束进行叠加，并由光电管转换为电
信号，经适当的处理，便可获得光相
位变化和相应的声压值。
11． 如何利用电容式传感器来测量微小振动物体的振幅？绘出可行方案的压力图，并简
述其测量原理。
答：
H h
x 1
x 2
运算器 LC 谐
振回路
振荡器 放大 检波 滤波 LC 谐
振回路 振荡器
放大 检波 滤波
R 输出 R
可利用极距变化型电容传感器的原理来测量振动物体的振幅，其原理框图如图所示。传感器电容是振动器谐振回路的一部分，当被测物发生振动时，传感器的电容也随之改变，从而使振动频率发生变化，频率的变化经鉴频器变为电压变化，再经过放大后即可输出或显示被测振幅的大小。
12． 有多种传感器均可进行转速测量，试举出其中的两种，并分别简述其测量原理。 答：
（1）涡流传感器，其工作原理为（如图a 所示）：将
带有凹口或突起的旋转体与被测件同轴安装，涡流传
感器置于一边，传感器线圈接入LC 振荡回路，以回
路的振荡频率f 作为输出量。当凹口或突起转至涡流传感器处时，由于间距δ的变化，引起线圈电感变化，
从而使振荡频率f 发生变化，相当于原振荡频率f 经
被测频率f x 调制，通过鉴频器后即可得被测频率，从
而得到被测转速。
（2）磁阻式传感器，其工作原理为（如图b 所示）：将将带有凹口或突起的旋转体与被测件同轴安装，磁
阻式传感器置于旋转体一边，当凹口或突起转至传感
器处时，改变磁路的磁阻，引起磁力线减弱或增强，
使线圈产生感应电动势，其频率即为被测件的频率，
从而可得其转速。
（3）霍尔传感器，其工作原理为（如图c 所示）：将
将带有凹口或突起的旋转体与被测件同轴安装，霍尔
元件和旋转体同置于磁场中，当凹口或突起转至霍尔
元件处时，引起磁场变化，霍尔元件将其转换为一个
脉动电压信号，此脉动信号的频率即为被测件的转动频率，从而可得被测件的转速。
13． 要测量一钢板的厚度，可用哪些传感器？试举出其中的两种，并分别简述其测量原
理。
答：
（1）涡流传感器，其工作原理为（如图a 所示）：差动
式测厚，将两涡流传感器分别置于被测钢板的上下两边，位置固定，间隔为H ，设被测钢板厚度为h ，两涡流传感器测得其与被测钢板距离分别为x 1和x 2，则被测
钢板的厚度为为：
)(21x x H h +-=
（2）气动式传感器，其工作原理与涡流传感器类似（如图b 所示），也可用差动式测厚：将气动量仪的两个测头分别置于被测件的上下两边，设
两测头之间的间隔为H ，被测件厚度为h ，两气动测
头测得其与被测件之间距离分别为x 1和x 2，则被测钢
板的厚度为为：
)(21x x H h +-= H h x 1
x 2 （a ）
（a ） （b ） （c ） （b ）
14． 设计利用霍尔元件测量转速的装置，并说明其原理。
答：系统原理图如图所示，其工作原理为：将带有凹口或突起的旋转体与被测件同轴安装，霍尔元件和旋转体同置于磁场中，当凹口或突起转至霍尔元件处时，引起磁场变化，霍尔元件将其转换为一个脉动电压信号，此脉动信号的频率即为被测件的转动频率，用调频振荡器输出的频率作为调制信号对其进行调制，再经鉴频和放大后，可得被测件的频率，从而可得其转速。
15． 设计用电涡流传感器实时监测扎制铝板厚度的装置，试画出装置的框图，简要说明
工作原理。
答：利用差动式测厚原理，系统原理图如图所示，其工作原理为：将两涡流传感器分别置于被测钢板的上下两边，位置固定，间隔为H ，设被测钢板厚度为h ，两涡流传感器与被测钢板距离分别为x 1和x 2，涡流传感器和电容C 组成谐振回路，则回路频率f 将随间隙的变化而改变，使其输出电压幅值也随之变化，经放大、检波和滤波后，可得被测距离x 1和x 2，将它们输入运算器中进行如下运算，即可实时监测钢板厚度：
)(21x x H h +-=
16． 为什么电容式传感器易受干扰？如何减小干扰？
答：
(1) 传感器两极板之间的电容很小，仅几十个μμF ，小的甚至只有几个μμF 。
(2) 而传感器与电子仪器之间的连接电缆却具有很大的电容，如屏蔽线的电容最小的l 米也有几个μμF ，最大的可达上百个μμF 。这不仅使传感器的电容相对变化大大降低，灵敏度也降低，更严重的是电缆本身放置的位置和形状不同，或因振动等原因，都会引起电缆本身电容的较大变化，使输出不真实，给测量带来误差。
(3) 解决的办法，一种方法是利用集成电路，使放大测量电路小型化，把它放在传感器内部，这样传输导线输出是直流电压信号，不受分布电容的影响; H h
x 1
x 2
运算器 LC 谐
振回路
振荡器 放大 检波 滤波 LC 谐
振回路 振荡器
放大 检波 滤波
R 输出 R
调频
振荡器 限幅 鉴频 放大
输出
(4) 另一种方法是采用双屏蔽传输电缆，适当降低分布电容的影响。由于电缆分布电容对传感器的影响，使电容式传感器的应用受到一定的限制。
1?传感器的特性一般指输入、输出特性，有动、静之分。静态特性指标的 有____ 、____ 、—、—、等。P18— P20 2. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照测量结果的显示方式，可以分为—和_。P7 3. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照是否在工位上测量可以 分为_和________ 。P7 4. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照测量的具体手段，可以 分为_、_和________ 。P7 5. 某0.1级电流表满度值X m = 100mA，测量60mA的绝对误差为—。 &服从正态分布的随机误差具有如下性质 ______ 、—、____ 。P13 7. ____________________________ 硅光电池的光电特性中，当___________ 时，光电流在很大范围内与照度呈__________ 。 P230 8、把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据 的基本原理制成的，其次级绕组都用______ 形式连接，所以又叫差动变压器式传感 器。P67 9、霍尔传感器的霍尔电势U H为_若改变—或 _就能得到变化的霍尔电势。 P183 10、电容式传感器中，变极距式一般用来测量—的位移。 11、压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不适宜测量________ 的被测量，特别是不能测量_________ 。 12、差动电感式传感器与单线圈电感式传感器相比,线性 _____ 灵感度提高倍、测量精度高。 13、热电偶冷端温度有如下补偿方法：、、、仪表机械零点调整法。 P210 14. 空气介质变间隙式电容传感器中，提高其灵敏度和减少非线性误差是矛盾 的，为此实际中大都采用_______式电容传感器。
1、热电偶测温的原理、基本定律及应用、热电偶测温冷端温度补偿方法 （温差电动势可以忽略不计，在热电偶回路中起主要作用的是接触电动势） 热电偶回路的热电动势只与组成热电偶的材料及两端接点的温度有关；与热电偶的长度、粗细、形状无关。导体材料确定后，热电动势的大小只与热电偶两端的温度有关，而且是T的单值函数，这就是利用热电偶测温的基本原理。 (1) 均质导体定律 如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，热电动势均为零；反之，如果有热电动势产生，两个热电极的材料则一定是不同的。根据这一定律，可以检验两个热电极材料的成分是否相同(称为同名极检验法)，也可以检查热电极材料的均匀性。 (2) 中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种导体C，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。 (3) 标准电极定律
如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就可知。为分度表的制作提供理论基础 (4) 中间温度定律 热电偶在两接点温度分别为T、T0时的热电动势等于该热电偶在接点温度分别为T、Tn和接点温度分别为Tn、T0时的相应热电动势的代数和。为分度表的应用提供理论基础 由于热电偶产生的电势与两端温度有关，只有将冷端温度保持恒定才能使热电势正确反映热端的被测温度。由于有时很难保证冷端温度在恒定0℃，故常采取一些冷端补偿措施。 1.冷端恒温法 (1) 冰点槽法 (2) 其它恒温器 2.补偿导线法：将冷端延伸到温度恒定的场所 3.计算修正法 4.电桥补偿法
5.显示仪表零位调整法 6.软件处理法 2、霍耳传感器的工作原理、特点 原理：半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I 流过薄片时，在垂直 于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，这种现象称为霍尔效应。作用在半导体薄片上的磁场强度B越 强，霍尔电势也就越高。霍尔电势用下式表示： 特点： 1、为提高灵敏度, 霍尔元件常制成薄片形状。 2、要求霍尔片材料有较大的电阻率和载流子迁移率。 3、只有半导体材料适于制造霍尔片。 4、霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。 5、霍尔传感器广泛用于电磁测量、压力、加速度、振动等方面的测量。
第一章课后习题答案 1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？ 解：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？ 解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。 （2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统 ①MEMS技术要求研制微型传感器。如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。 ②研制仿生传感器 ③研制海洋探测用传感器 ④研制成分分析用传感器 ⑤研制微弱信号检测传感器 （3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。系统功能最大程度地用软件实现。 （4）传感器发展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。 （5）多功能与多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。 3．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？ 解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。 1）传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度； 2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx 的比值； 3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；
Chapter 1 1、信号的三种分类方法及其定义 （1）确定性信号与随机信号。若信号可表示为一个确定的时间函数，因而可确定其任何时刻的量值，这种信号称为确定性信号（分为周期信号，非周期信号）；随机信号是一种不能准确预测未来瞬时值，也无法用数学关系式来描述的信号。 （2）连续信号和离散信号。若信号数学表示式中的独立变量取值是连续的，为连续信号；若独立变量取离散值，为离散信号。 （3）能量信号和功率信号。电压信号x（t）加到电阻R上，其瞬时功率P（t）=x2（t）/R。把信号x（t）的平方x2（t）及其对时间的积分分别称为信号的功率和能量。 2、周期信号频谱的三个特点 （1）周期信号的频谱是离散的（2）每条谱线只出现在基波频率的整数倍上，基波频率是诸分量频率的公约数（3）各频率分量的谱线高度表示该谐波的幅值或相位角。 3、傅里叶变换的性质（P30 表1-3） 时域 频域 δ（t）? 1 （单位瞬时脉冲）（均匀频谱密度函数） 1 ?δ（f）（幅值为1的直流量）在（f=0处有脉冲谱线） δ（t-t0）?e-j2πfto δ函数时移t0 （各频率成分分别相移2πfto 角） ej2πfot ?δ （f-f0） （复指数函数）（将δ（f）频移到f0） 正、余弦函数的频谱密度函数： 由sin2πf0t=j（e-j2πfot-ej2πfot）/2，cos2πf0t=（e-j2πfot+ej2πfot）/2，变换为sin2πf0t?j[δ（f+f0）-δ（f-f0）]/2,cos2πf0t? [δ（f+f0）+δ（f-f0）]/2
第 2 页 共 7 页 5、各态历经平稳随机过程定义及其性质 定义：平稳随机过程是指其统计特征参数不随时间而变化的随机过程。 性质：当取样在时间轴上作任意平移时，随即过程的所有有限维分布函数是不变的。 6、随机信号的主要特征参数及其含义 参数：（1）均值、方差和均方值（2）概率密度函数（3）自相关函数（4）功率谱密度函数。 含义：均值μx 表示信号的常值分量，方差σx2描述随机信号的波动分量，均方值φ2描述随机信号的强度。概率密度函数表示信号幅值落在指定区间的概率。自相关函数，假如x(t)是某各态历经随机过程的一个样本记录，x （t+τ）是时移的样本，在任何t=ti 时刻，从两个样本上可以分别得到两个值x(ti ）和x （ti +τ），而且x(t) 和x （t+τ）具有相同的均值和标准差。功率谱密度函数，.对于具有连续频谱和有限平均功率的信号或噪声，表示其频谱分量的单位带宽功率的频率函数。 习题1-3求指函数x （t ）=Ae-at （a>0,t ≥0）的频谱。 解：指函数的频谱 x （t ）=X （f ）? ∞∞ -x （t ）e-j2πftdt=? ∞ Ae-ate-j2π ftdt=A/(a+j2πf) 习题1-6求指数衰减振荡函数x （t ）=e -at sinw 0t 的频谱。 解：指数衰减振荡函数的频谱x （t ）=X （f ）?∞ ∞-x （t ）e -j2πft dt=?∞ （e -at sin2πf 0t ）e -j2πft dt=?∞0 e -at 2j （e -j2πfot - e j2πfot ）e -j2π ft dt=2 j ( ） π（）π（fo -f j2a 1-fo f 2j a 1+++) Chapter 2 1、测试装置的静态特性参数有哪几个？各自的含义？ 参数及含义：(1)线性度，测量装置输入、输出之间的关系与理想比例关系（即理想直线关系）的偏离程度(2)灵敏度，单位输入变化引起的输出变化，通常使用理想直线的斜率作为测量装置的灵敏度值(3)回程误差（迟滞），描述测量装置同输入变化方向有关的输出特性(4)分辨力， 引起测量装置的输出值产生一颗可察觉变化的最小输入量（被测量）变化值称为分辨力(5)零点漂移和灵敏度漂移，零点漂移是测量装置的输出零点偏离原始零点的距离；灵敏度漂移则是由于材料性质的变化引起的输入与输出的关系（斜率）的变化。总误差是零点漂移与灵敏度漂移只和。 2、传递函数的分母由什么决定？分子由什么决定？ 传递函数H （s ）=Y （s ）/X （s ），分母X （s ）取决于系统的结构。分母中s 的最高次幂n 代表系统微分方程的阶数。分子Y （s ）则和系统同外界之间的关系。如输入（激励）点的位置、输入方式、被测量及测点布置情况有关。 3、一阶系统的传递函数、频率响应函数、幅频特性和相频特性 传递函数：H （s ）=1/（τs+1），频响函数：H （w ）=1/（j τw+1），幅频特 性：A （w ）= 2 w 11 ） （τ+，ψ（w ）=-arctan （τw ），负号表 示输出信号滞后于输入信号。 4、二阶系统的传递函数、频率响应函数、幅频特性和相频特性 传递函数：2 n n 2 2 n s 2s s H ωξωω++=）（，频响函 数： n 2n j 2]- 1[1 H ωωξωωω+= ）（）（，幅频 特性： 2 n 222n 4]1[1 A ）（）（ ）（ωωξωωω++= ，相频特性： 2 n n -12-arctan ） （）（ ）（ωωωω ξωψ= 5、实现不失真测试的条件 设有一个测量装置，其输出y （t ）和输入x （t ）满足y （t ）=A0x （t-t0），
传感器与检测技术(知识点总结) 一、传感器的组成2：传感器一般由敏感元件，转换元件及基本转换电路三部分组成。①敏感元件是直接感受被测物理量，并以确定关系输出另一物理量的元件（如弹性敏感元件将力，力矩转换为位移或应变输出）。②转换元件是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数（电阻，电感，电容）及电流或电压等电信号。③基本转换电路是将该电信号转换成便于传输，处理的电量。 二、传感器的分类 1、按被测量对象分类（1）内部信息传感器主要检测系统内部的位置，速度，力，力矩，温度以及异常变化。（2）外部信息传感器主要检测系统的外部环境状态，它有相对应的接触式（触觉传感器、滑动觉传感器、压觉传感器）和非接触式（视觉传感器、超声测距、激光测距）。 2、传感器按工作机理（1）物性型传感器是利用某种性质随被测参数的变化而变化的原理制成的（主要有：光电式传感器、压电式传感器）。（2）结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律等构成的（主要有①电感式传感器；②电容式传感器； ③光栅式传感器）。 3、按被测物理量分类如位移传感器用于测量位移，温度传感器用于测量温度。
4、按工作原理分类主要是有利于传感器的设计和应用。 5、按传感器能量源分类（1）无源型：不需外加电源。而是将被测量的相关能量转换成电量输出（主要有：压电式、磁电感应式、热电式、光电式）又称能量转化型；（2）有原型：需要外加电源才能输出电量，又称能量控制型（主要有：电阻式、电容式、电感式、霍尔式）。 6、按输出信号的性质分类（1）开关型（二值型）：是“1”和“0”或开(ON)和关（OFF）；（2）模拟型：输出是与输入物理量变换相对应的连续变化的电量，其输入/输出可线性，也可非线性；（3）数字型：①计数型：又称脉冲数字型，它可以是任何一种脉冲发生器所发出的脉冲数与输入量成正比；②代码型（又称编码型）：输出的信号是数字代码，各码道的状态随输入量变化。其代码“1”为高电平，“0”为低电平。 三、传感器的特性及主要性能指标 1、传感器的特性主要是指输出与输入之间的关系，有静态特性和动态特性。 2、传感器的静态特性是当传感器的输入量为常量或随时间作缓慢变化时，传感器的输出与输入之间的关系，叫静态特性，简称静特性。表征传感器静态特性的指标有线性度，敏感度，重复性等。 3、传感器的动态特性是指传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特性称为动态特性，简称动特性。传感器的动态特
第一章基础知识 1.1、软件 1)、软件=程序+文档 2)、分类 功能：系统+应用 架构：单机+C/S+B/S 用户：产品+项目 规模：小型+中型+大型 1.2、Bug 1)、类型一(广义上，软件生命周期，与用户需求不符的问题)： 完全没有实现的功能 基本实现功能，但有功能上或性能上的问题 实现了用户不需要的功能 2)、类型二(测试执行阶段的问题) Defect---------Requirements&Design Error-----------Development Bug------------Testing Failure---------Post production 1.3、测试 1)、概念： 测试是为了检验实际的软件是否符合用户需求，所以不能为了发现错误而发现错误。使用人工或自动手段，来运行或测试某个系统的过程。 2)、测试环境：硬件+软件+网络 要求：真实(项目、产品)+干净+无毒+独立(测试与开发) 1.4、测试用例 测试用例=输入+输出+测试环境 便于团队交流，便于重复测试，便于跟踪统计，比纳与用户自测 开发生命周期 需求分析→概要设计→详细设计→编码→维护 测试生命周期 测试计划→测试设计→测试执行→测试评估 需求分析和测试计划完成后，根据《系统需求规格说明书》和软件原型(DEMO)写测试用例 1.5 其他 1)、测试人员素质要求：细心、耐心、信心、服务意识、团队合作意识、沟通能力 2)、如何成为优秀的测试工程师：1、不断学习充电2、阅读原版书籍3、阅读缺陷管理系 统中的缺陷报告4、阅读高手写的测试用例5、学习产品相关 的业务知识
1.6 软件测试的基本规则 1) Zero Bug 与Good Enough Good Enough原则：不充分测试是不负责任，过分的测试是一种资源浪费。 参考：*遗留bug不超过10个，严重的不超过5个 *测试用例执行率为100%，通过率为95% *单元测试，关键模块语句覆盖率达到100%，分支覆盖率达到85% 2) 不要视图穷举法 3) 开发人员不能既是运动员又是裁判员 4) 软件测试要尽早执行 一般情况下，软件80%的缺陷集中在20%的模块中。 7) 缺陷具有免疫性 缺陷具有免疫性，需要根据新版本修改维护测试用例，另外，有一个值得注意的经验：没修复3-4个bug，可能会产生一个新bug。 第二章测试分类 2.1、是否运行程序 Static Testing------------代码规范、界面、文档 Dynamic Testing--------运行程序 2.2、根据阶段分类 Unit Testing(单元测试)----------10% 最小模块，依据源程序和《详细设计》 白盒测试人员||开发人员 编译代码→静态测试→动态测试 桩模块(Stub)、驱动模块(Driver) Integration Testing(集成测试)----------20% 模块间的接口，依据单元测试的模块和《概要设计》 白盒测试人员||开发人员 一般单元和集成同步进行 System Testing(系统测试)----------40% 整个系统(功能、性能、软硬件环境)，依据《需求规格说明书》 黑盒测试工程师 Acceptance Testing(验收测试)----------20% 整个系统(功能、性能、软硬件环境)，依据《需求规格说明书》和验收标准
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第一章 by YYZ 都是老师上课给的应该全都有了。 1.传感器是一种以一定精确度把被测量（主要是非电量）转换为与之有确定 关系、便与应用的某种物理量（主要是电量）的测量装置。 2.传感器的组成：信号从敏感元件到转换元件转换电路。 3.敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理 量的元件。 4.转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成为电路参数。 5.转换电路：将电路参数接入转换电路，便可转换为电量输出。 6.误差的分类：系统误差（测量设备的缺陷），随机误差（满足正态分 布），粗大误差。 7.系统误差：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， 按一定规律变化的误差称为系统误差。材料、零部件及工艺的缺陷，标准测量值，仪器刻度的标准，温度，压力会引起系统误差。 8.随机误差：绝对值和符号以不可预定的变化方式的误差。仪表中的转动部 件的间隙和摩擦，连接件的弹性形变可引起随机误差，随机误具有随机变量的一切特点。 9.粗大误差：超出规定条件下的预期的误差。粗大误差明显歪曲测量结果， 应该舍去不用。 10.精度：反映测量结果与真值接近度的值。 11.精度可分为准确度、精密度、精确度。 12.准确度：反映测量结果中系统误差的影响程度。 13.精密度：反映测量结果中随机误差的影响程度。 14.精确度：反映测量结果中系统误差和随机误差综合的影响程度，其定量特 征可以用测量的不确定度（或极限误差）表示。 15.精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，但精确度高， 则精密度和准确度都高。
《机械工程测试技术基础》课后答案 章节测试题 第一章 信号及其描述 （一）填空题 1、 测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来 传输的。这些物理量就是 ，其中目前应用最广泛的是电信号。 2、 信号的时域描述，以 为独立变量；而信号的频域描述，以 为独立变量。 3、 周期信号的频谱具有三个特 点： ， ， 。 4、 非周期信号包括 信号和 信号。 5、 描述随机信号的时域特征参数有 、 、 。 6、 对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是 对称，虚频谱（相频谱）总是 对 称。 （二）判断对错题（用√或×表示） 1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。（ ） 2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。（ ） 3、 非周期信号的频谱一定是连续的。（ ） 4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。（ ） 5、 随机信号的频域描述为功率谱。（ ） （三）简答和计算题 1、 求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值μ|x|和均方根值x rms 。 2、 求正弦信号)sin()(0?ω+=t x t x 的均值x μ，均方值2x ψ，和概率密度函数p(x)。 3、 求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。 4、 求被截断的余弦函数???≥<=T t T t t t x ||0 ||cos )(0ω的傅立叶变换。 5、 求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t e t x at ω的频谱。 第二章 测试装置的基本特性 （一）填空题 1、 某一阶系统的频率响应函数为121 )(+=ωωj j H ，输入信号2 sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω ，幅值=y ，相位=φ 。 2、 试求传递函数分别为5.05.35.1+s 和222 4.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的 总灵敏度。 3、 为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有 、 和 。 4、 当测试系统的输出)(t y 与输入)(t x 之间的关系为)()(00t t x A t y -=时，该系统能实现 测试。此时，系统的频率特性为=)(ωj H 。 5、 传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的 越小。 6、 一个理想的测试装置，其输入和输出之间应该具有 关系为最佳。 （二）选择题 1、 不属于测试系统的静特性。 （1）灵敏度 （2）线性度 （3）回程误差 （4）阻尼系数 2、 从时域上看，系统的输出是输入与该系统 响应的卷积。 （1）正弦 （2）阶跃 （3）脉冲 （4）斜坡
传感器与检测技术知识总结 1：传感器是能感受规定的被检测量并按照一定规律转换成可输出信号的器件或装置。 一、传感器的组成 2：传感器一般由敏感元件，转换元件及基本转换电路三部分组成。①敏感元件是直接感受被测物理量，并以确定关系输出另一物理量的元件（如弹性敏感元件将力，力矩转换为位移或应变输出）。②转换元件是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数（电阻，电感，电容）及电流或电压等电信号。 ③基本转换电路是将该电信号转换成便于传输，处理的电量。 二、传感器的分类 1、按被测量对象分类 （1）内部信息传感器主要检测系统内部的位置，速度，力，力矩，温度以及异常变化。（2）外部信息传感器主要检测系统的外部环境状态，它有相对应的接触式（触觉传感器、滑动觉传感器、压觉传感器）和非接触式（视觉传感器、超声测距、激光测距）。 2、传感器按工作机理 （1）物性型传感器是利用某种性质随被测参数的变化而变化的原理制成的（主要有：光电式传感器、压电式传感器）。 （2）结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律等构成的（主要有①电感式传感器；②电容式传感器；③光栅式传感器）。 3、按被测物理量分类 如位移传感器用于测量位移，温度传感器用于测量温度。 4、按工作原理分类主要是有利于传感器的设计和应用。 5、按传感器能量源分类 （1）无源型：不需外加电源。而是将被测量的相关能量转换成电量输出（主要有：压电式、磁电感应式、热电式、光电式）又称能量转化型； （2）有原型：需要外加电源才能输出电量，又称能量控制型（主要有：电阻式、电容式、电感式、霍尔式）。 6、按输出信号的性质分类 （1）开关型（二值型）：是“1”和“0”或开(ON)和关（OFF）； （2）模拟型：输出是与输入物理量变换相对应的连续变化的电量，其输入/输出可线性，也可非线性； （3）数字型：①计数型：又称脉冲数字型，它可以是任何一种脉冲发生器所发出的脉冲数与输入量成正比；②代码型（又称编码型）：输出的信号是数字代码，各码道的状态随输入量变化。其代码“1”为高电平，“0”为低电平。 三、传感器的特性及主要性能指标 1、传感器的特性主要是指输出与输入之间的关系，有静态特性和动态特性。 2、传感器的静态特性是当传感器的输入量为常量或随时间作缓慢变化时，传感器的输出与输入之间的关系，叫静态特性，简称静特性。 表征传感器静态特性的指标有线性度，敏感度，重复性等。 3、传感器的动态特性是指传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特性称为动态特性，简称动特性。传感器的动态特性取决于传感器的本身及输入信号的形式。传感器按其传递，转换信息的形式可分为①接触式环节；②模拟环节； ③数字环节。评定其动态特性：正弦周期信号、阶跃信号。 4、传感器的主要性能要求是：1）高精度、低成本。2）高灵敏度。3）工作可靠。4）稳定性好，应长期工作稳定，抗腐蚀性好；5）抗干扰能力强；6）动态性能良好。7）结构简单、小巧，使用维护方便等； 四、传感检测技术的地位和作用 1、地位：传感检测技术是一种随着现代科学技术的发展而迅猛发展的技术，是机电一体化系统不可缺少的关键技术之一。 2、作用：能够进行信息获取、信息转换、信息传递及信息处理等功能。应用：计算机集成制造系统（CIMS）、柔性制造系统（FMS）、加工中心（MC）、计算机辅助制造系统（CAM）。 五、基本特性的评价 1、测量范围：是指传感器在允许误差限内，其被测量值的范围； 量程：则是指传感器在测量范围内上限值和下限值之差。2、过载能力：一般情况下，在不引起传感器的规定性能指标永久改变条件下，传感器允许超过其测量范围的能力。过载能力通常用允许超过测量上限或下限的被测量值与量程的百分比表示。 3、灵敏度：是指传感器输出量Y与引起此变化的输入量的变化X之比。 4、灵敏度表示传感器或传感检测系统对被测物理量变化的反应能力。灵敏度越高越好，因为灵敏度越高，传感器所能感知的变化量越小，即被测量稍有微小变化，传感器就有较大输出。K值越大，对外界反应越强。 5、反映非线性误差的程度是线性度。线性度是以一定的拟合直线作基准与校准曲线作比较，用其不一致的最大偏差△Lmax与理论量程输出值Y（=ymax—ymin）的百分比进行计算。 6、稳定性在相同条件，相当长时间内，其输入/输出特性不发生变化的能力，影响传感器稳定性的因素是时间和环境。 7、温度影响其零漂，零漂是指还没输入时，输出值随时间变化而变化。长期使用会产生蠕变现象。 8、重复性：是衡量在同一工作条件下，对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的不一致程度的指标；（分散范围
2018电大本科《传感器与测试技术》形考1-4 形考作业一 一、判断题（Y对/N错） 1．测试技术在自动控制系统中也是一个十分重要的环节。Y 2．金属应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏系数小。Y 3．热敏电阻传感器的应用范围很广，但是不能应用于宇宙飞船、医学、工业及家用电器等方面用作测温使用。N 4．电容式传感器的结构简单，分辨率高，但是工作可靠性差。N 5．电容式传感器可进行非接触测量，并能在高温、辐射、强烈振动等恶劣条件下工作。Y 6．电容式传感器不能用于力、压力、压差、振动、位移、加速度、液位的测量。Y 7．电感传感器的基本原理不是电磁感应原理。N 8．电感式传感器可以将被测非电量转换成线圈自感系数L或互感系数M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。Y 9．互感传感器本身是变压器，有一次绕组圈和二次绕组。Y 10．差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等，但其工作原理基本一样。Y 11．传感器通常由敏感器件、转换器件和基本转换电路三部分组成。Y 12．电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的一种传感器。Y 13．电阻应变片的绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测试件之间的电阻值。Y 14．线性度是指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。Y 15．测量误差越小，传感器的精度越高。Y 16．传感器的灵敏度k等于传感器输出增量与被测量增量之比。N 17．传感器能检测到输入量最小变化量的能力称为分辨力，当分辨力以满量程输出的百分数表示时则称为分辨率。Y 18．测量转换电路首先要具有高精度，这是进行精确控制的基础。N 19．电桥是将电阻、电容、电感等参数的变化转换成电压或者电流输出的一种测量电路。Y
机械工程测试技术期末 考试试题A Document number【AA80KGB-AA98YT-AAT8CB-2A6UT-A18GG】
《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_____和_____ 。 2.测量结果与_____ 之差称为_____ 。 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 _____。 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()00t t x t t π?≥?=??
d .尺寸的选择 e.精度的选择 、简答题（每小题 5 分，共 20分） 1．传感器： 2．静特性： 3．超声波的波型有几种？是根据什么来分类的？ 4．简述电容式传感器的工作原理。 二、选择题（每空 3分，共 27 分） 1．码盘式传感器是建立在编码器的基础上的，它能够将角度转换为数字编码，是一种数字式的传感器。码盘 按结构可以分为接触式、 __________________________________ 和 __________ 三种。 a. 光电式 b .磁电式 c .电磁式 d.感应同步器 2．当超声波在一种介质中传播到界面或遇到另一种介质，其方向不垂直于界面时，将产生声波的反射、折射 及 现象。 a .表面波 b .兰姆波 c .驻波 d .波型转换 3. 改变电感传感器的引线电缆后， ________________ 。 a. 不必对整个仪器重新标定 b. 必须对整个仪器重新调零 c. 必须对整个仪器重新标定 d. 不必对整个仪器重新调零 4. ____________________________________________________ 应变片的选择包括类型的选择、材料的选用、 、 等。 a .测量范围的选择 b.电源的选择 c .阻值的选择 f .结构的选择 5. ____________________________________ 应变片绝缘电阻是指已粘贴的 应变片的之间的电阻值。
a.覆盖片与被测试件 b.引线与被测试件c基片与被测试件d.敏感栅与被测试件 6.在光的作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，引起物体电阻率的变化，这种现象称为 a.磁电效应 b .声光效应c.光生伏特效应d.光电导效应 7?如图所示的结构由线圈、铁芯、衔铁三部分组成的。线圈套在铁芯上的，在铁芯与衔铁之间有一个空气隙， 空气隙厚度为'o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，衔铁将会运动而产生 位移，使空气隙15发生变化。这种结构可作为传感器用于_____________________ o a.静态测量 b .动态测量c.静态测量和动态测量 d.既不能用于静态测量，也不能用于动态测量三、综合题（共53 分） 1.激光干涉传感器的作用是测量长度，其基本原理就是光的干涉原理，测量精度高、分辨力高。如图所示是 迈克尔逊双光束干涉系统，图中S是光源，B是分光镜，M1是固定反射镜，M2是可动反射镜，P是观察屏处，试介绍其工作原理。（15分）
第1章软件测试概述 1.简述软件测试的意义。 解：随着计算机技术的迅速发展和广泛深入的应用，软件质量问题已成为开发和使用软件人员关注的焦点。而由于软件本身的特性，软件中的错误是不开避免的。不断改进的开发技术和工具只能减少错误的发生，但是却不可能完全避免错误。因此为了保证软件质量，必须对软件进行测试。软件测试是软件开发中必不可少的环节，是最有效的排除和防治软件缺陷的手段，是保证软件质量、提高软件可靠性的最重要手段。 2.什么是软件缺陷？它的表现形式有哪些？ 解：从产品内部看，软件缺陷是软件产品开发或维护过程中所存在的错误、毛病等各种问题；从外部看，软件缺陷是系统所需实现的某种功能的失效或违背。 它的表现形式主要有以下几种：（1）软件未达到产品说明书中已经标明的功能；（2）软件出现了产品说明书中指明不会出现的错误；（3）软件未达到产品说明书中虽未指出但应当达到的目标；（4）软件功能超出了产品说明书中指出的范围；（5）软件测试人员认为软件难以理解、不易使用，或者最终用户认为该软件使用效果不良。 3.简单分析软件缺陷产生的原因，其中那个阶段引入的缺陷最多，修复成本又最低？ 解：软件缺陷产生的主要原因有：需求规格说明错误；设计错误；程序代码有误；其他。其中在需求分析阶段引入的缺陷最多，修复的成本又最低。 4.当用户登录某网站购物完毕并退出后，忽然想查查购物时付账的总金额，于是按了浏览器左上角的“退回”按钮， 就又回到了退出前的网页，你认为该购物软件有缺陷吗？如果有，属于哪一类？ 解：有缺陷。其所属类别与软件产品说明书的要求有关。 5.什么是软件测试？简述其目的与原则。 解：软件测试是为了尽快尽早地发现在软件产品中所存在的各种软件缺陷而展开的贯穿整个软件开发生命周期，对软件产品（包括阶段性产品）进行验证和确认的活动过程。 测试目的：（1）证明：获取系统在可接受风险范围内可用的信心；尝试在非正常情况和条件下的功能和特性；保证一个工作产品是完整的并且可用或可被集成。（2）检测：发现缺陷、错误和系统不足；定义系统的能力和局限性；提供组件、工作产品和系统的质量信息。（3）预防：澄清系统的规格和性能；提供预防或减少可能制造错误的信息；在过程中尽早检测错误；确认问题和风险，并且提前确认解决这些问题和风险的途径。 测试过程中应注意和遵循的原则：（1）测试不是为了证明程序的正确性，而是为了证明程序不能工作。（2）测试应当有重点。（3）事先定义好产品的质量标准。（4）软件项目一启动，软件测试也就开始，而不是等到程序写完才开始进行测试。（5）穷举测试是不可能的。（6）第三方进行测试会更客观，更有效。（7）软件测试计划是做好软件测试工作的前提。（8）测试用例是设计出来的，不是写出来的。（9）对发现错误较多的程序段，应进行更深入的测试。（10）重视文档，妥善保存一切测试过程文档。 6.件测试阶段是如何划分的？ 解：软件测试的阶段划分为：规格说明书审查；系统和程序设计审查；单元测试；集成测试；确认测试；系统测试；验
第一次作业答案 1√2√3×4×5×6×7×8√9√10√ 1、敏感元件、转换元件 2、电容式 3、被测构件 4、线性度 5、高 6、输出、输入 7、传感器的分辨率、分辨率 8、高精度 9、电压、电流 10、直流电桥和交流电桥 三、 1.模拟信号和数字信号，模拟信号的如电阻式传感器、电容式传感器等，数字信号的如光电式编码器 2.p41页，常用的分类方法有按选频作用进行分类（低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器）、根据构成滤波器的元器件类型进行分类（CR、LC或晶体谐振滤波器）、根据构成滤波器的电路性质进行分类（有源滤波器、无源滤波器）、根据滤波器所处理信号的性质进行分类（模拟滤波器和数字滤波器） 3.电阻应变片的工作原理是基于应变—电阻效应制作的，即导体或半导体材料在外力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，这种现象称为应变电阻效应。 电阻应变片的工作原理是基于应变效应。电阻应变片的测量原理为：金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之外，还与金属丝的长度，横截面积有关。将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。dR/R=Ks*ε 其中，Ks为材料的灵敏系数，其物理意义是单位应变的电阻变化率，标志着该类丝材电阻应变片效应显着与否。ε为测点处应变，为无量纲的量，但习惯上仍给以单位微应变，常用符号με表示。由此可知，金属丝在产生应变效应时，应变ε与电阻变化率dR/R成线性关系，这就是利用金属应变片来测量构件应变的理论基础。 4.课本74页
5.课本71页 6.当金属线材受到单位拉力时，由于整根金属线的每段都受到同样大小的拉力，其应变也是相同的，故线材总电阻的增加值为各微段电阻增加之和。但整根金属线材弯折成栅状，制成应变片后，在应变片的灵敏轴向施以拉力，则直线段部分的电阻丝仍产生沿轴向的拉伸应变，其电阻式增加的，而各圆弧段，除了有沿轴向产生的应变外，还有在与轴向垂直的方向上产生的压缩应变，使得圆弧段截面积增大，电阻值减小。虽然金属丝敏感栅的电阻总的变现为增加，但是，由于各圆弧段电阻减小的影响，使得应变片的灵敏系数要比同样长度单纯受轴向力的金属丝的灵敏系数小，这种由弯折处应变的变化使灵敏系数减小的现象称为应变片的 横向效应。
第1章 信号分析基础 ⒈信息：描述事物运动的状态和方式 ⒉信号：信息是客观存在或运动状态的特征，它总是通过某些物理量的形式表现出来，这些物 理量就是信号 ⒊信息与信号之间的关系：信号时信息的载体，是物质，具备能量；信息是信号所载的内容，不等于物质，不具 备能量。同一个信息，可以用不同的信号来运载；同一种信号，也可以运载不同的信息 ⒋谐波信号：在周期信号中，按正弦或余弦规律变化的信号。表达式为)cos(x )(?+=wt t x 圆频率T 2π= w ，频率为π2w f =，周期w f π21T == ⒌周期信号的频谱特性：①周期信号各谐波频率必定是几波平率的整数倍频率分量（谐波性） ②频谱是离散的（离散性） ③有幅频谱线看出，谐波复制总的趋势是随谐波次数增多而减小（收敛性） 6.傅里叶级数定理：以T 为周期的函数)(t x ，如果在[2,2T T - ]上满足狄利克雷条件，即)(t x 在[2 ,2T T -]上满足：①连续或只有有限个第一类间断点 ②只有有限个极值点。则在[2 ,2T T -]上可展开成傅里叶级数。 0w 为基频。连续点处： ∑∞=++=1 000)sin cos (2)(n n n t nw b t nw a a t x =∑∞ =++100)cos(2n n n t nw A a ? = ) cos(][0) (1 00000n n c t nw j n t jnw n n n t jnw n t jnw n c t nw c e c e c e c e c c n ∠+===++∑∑∑∑∞ ∞ -∠+∞ ∞ -∞ -∞ =∞ =- dt nw t x T b dt nw t x T a dt t x T a T w T T n T T n T T ???---====22 002 22200sin )(2,cos )(2,)(2,2π n n n n n n a b b a A arctan ,22-=+= ?， 2 sin ,2cos ? ?????j j j j je je e e --+-= += n n n n n n n n n n a b arc c c A b a c c ?==-=-∠∠=+==,2 222 的傅里叶逆变换 的傅里叶变换和这种变换称为构成了一种变换，既与傅里叶变换：)()(),()()()()()(,)()(.722f X t x f X t x f X t x dt e t x f X df e f X t x ft j ft j ?==??∞ ∞ --∞ ∞ -ππ其中为频谱函数的傅里叶像函数。为的傅里叶原函数，为)()()()()(f X t x f X f X t x 。 ⒏傅里叶变换的主要性质：①奇偶虚实性质 ②线性叠加性质 ③对称性质 ④时间 尺度改变性质 ⑤时移性质 ⑥频移性质 ⑦卷积定理 ⑧微分性质 ⑨积分性质
0.1传感器：处于检测与控制系统之首，是感知、获取与检测信息的窗口 0.2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，通常敏感元件和转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。 1.1输入量为常量或变化极慢时传感器输入-输出特性。指标：线性度（大）、迟滞（小）、重复性（好）、分辨力（强）、稳定性（高）、温度稳定性（高）、各种抗干扰稳定性（高）。传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。 测量系统的静态特性指标通常用输入量与输出量的对应关系 来表征。 人们根据传感器的静态特性来选择合适的传感器 1.2最小二乘法准则的几何意义在于拟和直线精密度高即误差小。相关公式： 1.3非接触式测量：1热电式传感器：测量温度 2光纤传感器：测量光信号3电容式传感器：测量位移 接触式测量：1电位器式压力传感器：测量压力 2 应变片式电阻传感器：测量电阻值 3应变式扭矩传感器：测量扭矩 二应变式 2.1电阻应变片式传感器按制造材料可分为①金属 材料和②半导体 材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由 电阻压阻效应_ 形成的，而②的电阻变化主要是由 电阻率变化 造成的。 半导体 材料传感器的灵敏度较大。 2.2简述电阻应变片式传感器的工作原理。（压阻效应）（4分） 答：电阻应变片的工作原理是基于电阻压阻效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。 2.3 金属电阻应变片由四部分组成：敏感栅、基底、盖层、黏结剂、引线。②其主要特性参数：灵敏系数、横向效应、机械滞后、零漂及蠕变、温度效应、应变极限、疲劳寿命、绝缘电阻、最大工作电流、动态响应特性。 2.4温差①在外界温度变化的条件下，由于敏感栅温度系数 及栅丝与试件膨胀系数（）之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与真实应变同数量级的误差，所以必须补偿温度误差的措施。②方法：1自补偿法：包括单丝自补偿法和组合式自补偿法 2线路补偿法 （平衡条件：电桥相邻两臂电阻的比值相等。） 三 电感式 利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置。 3.1变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁心时，铁心上的线圈电感量 增加 .变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量增大 3.2 在变压器式传感器中，一次侧和二次侧互感M 的大小与 绕组匝数 成正比，与 穿过线圈的磁通成正比，与磁回路中磁阻成反比。为反映差值互感，应将两个一次绕组的同名端顺向串联，将两个两次绕组的同名端反向串联 3.3以自感式传感器为例说明差分式传感器可以提高灵敏度的原理。 差分式灵敏度 t αs g ββ与000202l S W L μ=??? ? ??-?+=-?+=-=?122)(2000002000200020l l l l S W l S W l l S W L L L μμμ????????+???? ???+?--=...1220000l l l l l L S