传感器作业答案
-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
第二章 测量误差与数据处理
1、测量数据中包含哪三种误差它们各自的含义是什么
系统误差：对同一被测量进行多次重复测量时（等精度测量），绝对值和符号保持不变，或
在条件改变时，按一定规律变化的误差称为系统误差。
随机误差：对同一被测量进行多次重复测量时（等精度测量），绝对值和符号不可预知的随
机变化，但就误差的总体而言，具有一定的统计规律性的误差称为随机误差。
粗大误差：明显偏离测量结果的误差称为粗大误差，又称疏忽误差。这类误差是由于测量者
疏忽大意或环境条件的突然变化产生的。对于粗大误差，首先应设法判断是
否存在，然后将其剔除。
2、对某轴直径d 的尺寸进行了15次测量，测得数据如下（单位mm ）：120.42, 120.43, 120.40, 120.42, 120.43, 120.39, 120.30, 120.40,120.43, 120.41, 120.43, 120.42, 120.39,120.39,120.40。试用格罗布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差，并写出测量结果。
解：1）求算术平均值
2）求单次测量值的标准差估计值
3）按格罗布斯准则判别是否存在粗大误差（查书P61 表3－2）
经检查，存在 ， 故剔除
120.30mm 。 mm x x i i 404.12015151==∑=-∧σ
mm 033.01)(12＝--=∑=∧n x x n i i σmm
g n g K G 080.0033.041.2)05.0,15(),(00≈?===∧∧σσα)15,...,2,1(=>i K v G i
4）重新求解上述各值，得：
；
经检查所有的 ，故无粗大误差。
5）按照马利科夫准则，判断有无系统误差
因n ＝14，故mm v v M i i i i 02.0002.014
871=-=-=∑∑==，M 值较小，故可判断测量列中无系统误差。
6）求算术平均值的标准差的估计值
7）P ＝0.95 时，查t 分布表，v ＝n －1＝14－1＝13，查表得t α＝2.16，最后的测量结果： 3、一台精度等级为0.5，量程范围为600～1200℃的温度传感器，其最大允许绝对误差是多少？检验时某点最大绝对误差是3.5 ℃，问此表是否合格？
解： 即此传感器的最大允许绝对误差为3℃，检验时某点最大绝对误差是3.5 ℃，大于3 ℃，则此传感器不合格？
第三章 信号分析与处理
1.对余弦信号分别推导出傅里叶级数的
1）三角函数展开式的幅频谱和相频谱；
mm x 41.120=-mm 016.0＝∧
σmm g n g K G 038.0016.037.2)05.0,14(),(00≈?===∧
∧σσα)14,...,2,1(=
∧σ0.0043mm 14016.0＝==∧∧n x σσm m
0086.041.1200043.016.241.120lim ±=?±=+=±=∧x x t x x x σδαC
X X m m m m
?=?-=?≤??≤??3%5)6001200(%%100αα％
2）复指数展开式并画出其实频谱和虚频谱图以及幅频谱、相频谱。
解：
2）余弦信号的傅里叶级数复指数展开式为
在－w 0处，C nR ＝1/2 C nI =0 在w 0处， C nR ＝1/2 C nI
=0
1）三角函数展开式的幅频谱和相频谱
2. 画出信号t t t t x 112
13cos 21)3(sin 2)4sin(22)(ωπ
ωπω++-++= 的双边幅频谱和双边相频谱。
t
jw t jw e e t w t x 002
121cos )(0+=-＝0,21==n n C ?0,2
1==n n C ?
t t t t t t t t t t t t t x 111111112111213cos 21)3
22cos()4cos(213cos 2
1)3(2cos )4cos(213cos 21)3(sin 21)24cos(213cos 2
1)3(sin 2)4sin(22)(ωπωπωωπωπωωπωππωωπ
ωπω+++-+=+++-+=++-+-++=++-++=
则：10
=c 00＝? 414.121＝=c 41π?-=
12=c 322
π?= 5.0213==c 03
=?
第四章 测试系统的特性分析
1、某玻璃水银温度计的微分方程为：
式中 为水银柱的高度（m ）； 为被测温度（℃）。 i
Q Q dt dQ 30010224-?=+0
Q i Q
求：该温度计的时间常数
和静态灵敏度k 解：该玻璃水银温度计为一阶微分方程，其基本形式为：
则该温度计的时间常数 ＝a 1/a 0=4/2=2s
静态灵敏度k =b 0/a 0=2×10－3/2=10-3 m/℃
2、某测量系统的动态微分方程为： 式中 Y 为输出电压（V ）；X 为输入压力（Pa ）。 求：该系统的时间常数
和静态灵敏度k
解：该测量系统为一阶微分方程，其基本形式为：
则该系统的时间常数 ＝a 1/a 0=30/3=10s
静态灵敏度k ＝b 0/a 0=1.5×10－
5/3=5×10-6 V/Pa 第五章 电阻应变式传感器
1.如果将100欧姆的电阻应变片粘贴在弹性试件上，若试件受力的横截面积S ＝0.5×10－4m 2，弹性模量E ＝2×1011N/m 2，若有F ＝50KN 的拉力引起应变电阻的变化为1欧姆，求该应变片的灵敏系数K
解：应变片的电阻相对变化量为： τX Y dt
dY 5105.1330-?=+τX b Y a dt
dY a 001=+τX b Y a dt
dY a 001=+τ100
1=?R R 21001105102101,/101105.010503311
92943==?=?=??=?=??=---σεσR R K E m N S F 应变片的灵敏度系数＝应变＝试件所受的应力
第一章 ３.r m ＝2/5０×100%＝4% , 因为 r ｍ=Δx ｍ/ｘ≤a ％*x ｎ/x=5% 所以，合格 5. =１68．4８8mA =0.0８2 ６. =１.5６ σ＝０．1０46 x=x ±3σ=１.56±0.3138 1.24６2<ｘ<１．873８ , 无坏值 9.拟合后:ｙ＝０.49９x+１．０2 =0．04／30×1０0%=0．133% K ＝0.499 第二章 传感器第二章习题参考答案 3. 金属电阻应变片，其灵敏度Ｓ=2.5，R =12０Ω，设工作时其应变为１２０0μe,问ΔR 是多少?若将此应变片与2V 直流电源组成回路,试求无应变时和有应变时回路的电流各是多少? 解: 无应变时 Ｉ=E/R=2／12０=１６．7mA ∑==+?++=n i i n n x n x x x x 1211 1 1 2222 2 1 -= -+?++= ∑=n v n v v v n i i n σ∑==+?++=n i i n n x n x x x x 121%100 )(M ??±=FS ax L L y γ
有应变时: I＝E/（R+ΔＲ)=２/(120+0.3６)=16.6mA 4应变片称重传感器，其弹性体为圆柱体,直径D=10０ｍm,材料弹性模量Ｅ＝２05*10^９N／Ｍ^2,用它称5０0KN的物体，若用电阻丝式应变片,应变片的灵敏系数K=2,R=1２０欧姆,问电阻变化多少? 7 拟在等截面的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片，并组成差动全桥电路,试问: （ 1 ）四个应变片应怎样粘贴在悬臂梁上？ (2）画出相应的电桥电路图。 答： ①如题图所示等截面悬梁臂,在外力F作用下，悬梁臂产生变形,梁的上表面受到拉应变,而 梁的下表面受压应变。当选用四个完全相同的电阻应变片组成差动全桥电路，则应变片如题图(b)所示粘贴。 图（a) ? ??? 图（b) ②电阻应变片所构成的差动全桥电路接线如图﹙ｃ﹚所示,R1、R4所受应变方向相同,R2、R3 、R4所受应变方向相反。 所受应变方向相同,但与Ｒ １
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
《传感器原理与应用》作业参考答案 作业一 1.传感器有哪些组成部分在检测过程中各起什么作用 答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。 各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 2.传感器有哪些分类方法各有哪些传感器 答：按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器；按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等；按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式；按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。 3.测量误差是如何分类的 答：按表示方法分有绝对误差和相对误差；按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。 4.弹性敏感元件在传感器中起什么作用 答：弹性敏感元件在传感器技术中占有很重要的地位，是检测系统的基本元件，它能直接感受被测物理量（如力、位移、速度、压力等）的变化，进而将其转化为本身的应变或位移，然后再由各种不同形式的传感元件将这些量变换成电量。 5.弹性敏感元件有哪几种基本形式各有什么用途和特点 答：弹性敏感元件形式上基本分成两大类，即将力变换成应变或位移的变换力的弹性敏感元件和将压力变换成应变或位移的变换压力的弹性敏感元件。 变换力的弹性敏感元件通常有等截面轴、环状弹性敏感元件、悬臂梁和扭转轴等。实心等截面轴在力的作用下其位移很小，因此常用它的应变作为输出量。它的主要优点是结构简单、加工方便、测量范围宽、可承受极大的载荷、缺点是灵敏度低。空心圆柱体的灵敏度相对实心轴要高许多，在同样的截面积下，轴的直径可加大数倍，这样可提高轴的抗弯能力，但其过载能力相对弱，载荷较大时会产生较明显的桶形形变，使输出应变复杂而影响精度。环状敏感元件一般为等截面圆环结构，圆环受力后容易变形，所以它的灵敏度较高，多用于测量较小的力，缺点是圆环加工困难，环的各个部位的应变及应力都不相等。悬臂梁的特点是结构简单，易于加工，输出位移(或应变)大，灵敏度高，所以常用于较小力的测量。扭转轴式弹性敏感元件用于测量力矩和转矩。 变换压力的弹性敏感元件通常有弹簧管、波纹管、等截面薄板、波纹膜片和膜盒、薄壁圆筒和薄壁半球等。弹簧管可以把压力变换成位移，且弹簧管的自由端的位移量、中心角的变化量与压力p成正比，其刚度较大，灵敏度较小，但过载能力强，常用于测量较大压力。波纹管的线性特性易被破坏，因此它主要用于测量较小压力或压差测量中。 作业二 1.何谓电阻式传感器它主要分成哪几种 答：电阻式传感器是将被测量转换成电阻值，再经相应测量电路处理后，在显示器记录仪上显示或记
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。
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。
第2.1章 思考题与习题 1、何为金属的电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？ 答：（1）当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。（2）应变片是利用金属的电阻应变效应，将金属丝绕成栅形，称为敏感栅。并将其粘贴在绝缘基片上制成。把金属丝绕成栅形相当于多段金属丝的串联是为增大应变片电阻，提高灵敏度， 2、什么是应变片的灵敏系数？它与电阻丝的灵敏系数有何不同？为什么？ 答：（1）应变片的灵敏系数是指应变片安装于试件表面，在其轴线方向的单向应力作用下，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。 ε R R k /?= （2）实验表明，电阻应变片的灵敏系数恒小于电阻丝的灵敏系数其原因除了粘贴层传递变形失真外，还存在有恒向效应。 3、对于箔式应变片，为什么增加两端各电阻条的截面积便能减小横向灵敏度？ 答：对于箔式应变片，增加两端圆弧部分尺寸较栅丝尺寸大得多（圆弧部分截面积大），其电阻值较小，因而电阻变化量也较小。所以其横向灵敏度便减小。 4、用应变片测量时，为什么必须采用温度补偿措施？ 答：用应变片测量时，由于环境温度变化所引起的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎有相同的数量级，从而产生很大的测量误差，所以必须采用温度补偿措施。 5、一应变片的电阻 R=120Ω， k=2.05。用作应变为800μm/m 的传感元件。 ①求△R 和△R/R ；②若电源电压U=3V ，求初始平衡时惠斯登电桥的输出电压U 0。 已知：R=120Ω， k =2.05，ε=800μm/m ； 求：①△R=？，△R/R=？②U=3V 时，U 0=？ 解①： ∵ ε R R k /?= ∴ Ω =??==??=?==?-1968.012080005.21064.180005.2/3 R k R k R R εε 解②：初始时电桥平衡（等臂电桥） ∵ U R R U ???= 410 ∴ mV U R R U 23.131064.14 14130=???=???= - 6、在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120Ω的金属应变 片R 1和R 2，把这两应变片接入差动电桥（参看图2-9a ）。若钢的泊松系数μ=0.285，应变片的灵敏系数k =2，电桥电源电压U=2V ，当试件受轴向拉伸时，测得应变片R 1的电阻变化值△R =0.48Ω,试求电桥的输出电压U 0。
霍尔传感器 1．填空题 （1）霍尔传感器是利用霍尔效应来进行测量的。通过该效应可测量电流的变化、磁感应强度的变化和电流、磁感应强度的变化。 （2）霍尔传感器由半导体材料制成，金属和绝缘体不能用作霍尔传感器。 （3）当一块半导体薄片置于磁场中有电流流过时，电子将受到洛伦兹力的作用而发生偏转，在半导体薄片的另外两端将产生霍尔电动势。 2．选择题 （1）常用（ b ）制作霍尔传感器的敏感材料。 a．金属b．半导体c．塑料 （2）下列物理量中可以用霍尔传感器来测量的是（ a ）。 a．位移量b．湿度c．烟雾浓度 （3）霍尔传感器基于（ a ）。 a．霍尔效应b．热电效应c．压电效应d．电磁感应 （4）霍尔电动势与（a,d ）。 a．激励电流成正比b．激励电流成反比 c．磁感应强度成反比d．磁感应强度成正比 3．问答题 （1）什么是霍尔效应？霍尔电动势与哪些因素有关? 答：在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，那么，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电势UH(称为霍尔电势电压),这种现象称为霍尔效应。 霍尔电动势的大小正比于控制电流和磁感应强度。如果流过的电流越大，则电荷量就越多，霍尔电动势越高；如果磁感应强度越强，电子受到的洛仑兹力也越大，电子参与偏转的数量就越多，霍尔电动势也越高。此外，薄片的厚度、半导体材料中的电子浓度对霍尔电动势的大小也会有影响。 （2）如图7-15所示，简述液位控制系统的工作原理。 图7-15液位控制系统的工作原理 答：根据图7-15可以看出，储存罐的液体由液体源通过电磁阀向罐内提供，储存罐的液位增加，与之相通的偏管液位也升高，磁铁也随之升高，液位越高，磁铁越靠近霍尔传感器，磁铁作用于霍尔传感器的磁感应强度就越强，霍尔集成电路输出的电压就越大，当储液罐的额液位达到最高液位时，电压将达到设定值，电磁阀关闭，使液体无法流入储液罐。 如果液位没有达到最高位，开关型霍尔集成电路输出的电压无法达到系统所设定的电压值，电磁阀不关闭，液体源继续输送液体，直到达到最高液位为止。
【最新整理，下载后即可编辑】 第1章概述 1.什么是传感器？ 传感器定义为能够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和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 1.2传感器的共性是什么？ 传感器的共性就是利用物理规律或物质的物理、化学、生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。 1.3传感器由哪几部分组成的？ 由敏感元件和转换元件组成基本组成部分，另外还有信号调理电路和辅助电源电路。 1.4传感器如何进行分类？ （1）按传感器的输入量分类，分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。（2）按传感器的输出量进行分类，分为模拟式和数字式传感器两类。（3）按传感器工作原理分类，可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。（4）按传感器的基本效应分类，可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。（5）按传感器的能量关系进行分类，分为能量变换型和能量控制型传感器。（6）按传感器所蕴含的技术特征进行分类，可分为普通型和新型传感器。 1.5传感器技术的发展趋势有哪些？ （1）开展基础理论研究（2）传感器的集成化（3）传感器的智能化（4）传感器的网络化（5）传感器的微型化 1.6改善传感器性能的技术途径有哪些？ （1）差动技术（2）平均技术（3）补偿与修正技术(4)屏蔽、隔离与干扰抑制(5)稳定性处理 第2章传感器的基本特性 2.1什么是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？
答：传感器的静态特性是指在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系。主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、温度漂移。 2.2传感器输入-输出特性的线性化有什么意义？如何实现其线性化？ 答：传感器的线性化有助于简化传感器的理论分析、数据处理、制作标定和测试。常用的线性化方法是：切线或割线拟合，过零旋转拟合，端点平移来近似，多数情况下用最小二乘法来求出拟合直线。 2.3利用压力传感器所得测试数据如下表所示，计算其非线性误差、迟滞和重复性误差。设压力为0MPa时输出为0mV,压力为0.12MPa时输出最大且为16.50mV. 非线性误差略 正反行程最大偏差?Hmax=0.1mV，所以γH=±? Hmax0.1100%=±%=±0.6%YFS16.50 重复性最大偏差为?Rmax=0.08，所以γR=±?Rmax0.08=±%=±0.48%YFS16.5 2.4什么是传感器的动态特性？如何分析传感器的动态特性？ 传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即输出对随时间变化的输入量的响应特性。 传感器的动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来分析。瞬态响应常采用阶跃信号作为输入，频率响应常采用正弦函数作为输入。 2.5描述传感器动态特性的主要指标有哪些？ 零阶系统常采用灵敏度K，一阶系统常采用时间常数τ、灵敏度K，二阶系统常采用固有频率ω0、阻尼比ζ、灵敏度K来描述。 2.6试解释线性时不变系统的叠加性和频率保持特性的含义及其意义。
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？
《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案 教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书 第2章 电阻式传感器 2-1 金属应变计与半导体应变计在工作机理上有何异同？试比较应变计各种灵敏系数概念的不同物理意义。 答：（1）相同点：它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化所；不同点：金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。 （2）对于金属材料，灵敏系数K0=Km=(1+2μ)+C(1-2μ)。前部分为受力后金属几何尺寸变化，一般μ≈0.3，因此（1+2μ）=1.6；后部分为电阻率随应变而变的部分。金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。 对于半导体材料，灵敏系数K0=Ks=(1+2μ)+πE 。前部分同样为尺寸变化，后部分为半导体材料的压阻效应所致，而πE>>(1+2μ)，因此K0=Ks=πE 。半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。 2-2 从丝绕式应变计的横向效应考虑，应该如何正确选择和使用应变计？在测量应力梯度较大或应力集中的静态应力和动态应力时，还需考虑什么因素？ 2-3 简述电阻应变计产生热输出（温度误差）的原因及其补偿办法。 答：电阻应变计的温度效应及其热输出由两部分组成：前部分为热阻效应所造成；后部分为敏感栅与试件热膨胀失配所引起。在工作温度变化较大时，会产生温度误差。 补偿办法：1、温度自补偿法 （1）单丝自补偿应变计；(2) 双丝自补偿应变计 2、桥路补偿法 （1）双丝半桥式；（2）补偿块法 2-4 试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。 答：原因：)(211)(44 433221144332211R R R R R R R R R R R R R R R R U U ?+?+?+?+?-?+?-?=? 上式分母中含ΔRi/Ri ，是造成输出量的非线性因素。无论是输出电压还是电流，实际上都与ΔRi/Ri 呈非线性关系。 措施：(1) 差动电桥补偿法：差动电桥呈现相对臂“和”，相邻臂“差”的特征，通过应变计合理布片达到补偿目的。常用的有半桥差动电路和全桥差动电路。 (2) 恒流源补偿法：误差主要由于应变电阻ΔRi 的变化引起工作臂电流的变化所致。采用恒流源，可减小误差。 2-5 如何用电阻应变计构成应变式传感器？对其各组成部分有何要求？ 答：一是作为敏感元件，直接用于被测试件的应变测量；另一是作为转换元件，通过弹性敏感元件构成传感器，用以对任何能转变成弹性元件应变的其他物理量作间接测量。 要求：非线性误差要小（<0.05%~0.1%F.S ），力学性能参数受环境温度影响小，并与弹性元件匹配。
光勇 0909111621 物联网1102班《传感器技术》作业 第一章习题一 1-1衡量传感器静态特性的主要指标。说明含义。 1、线性度——表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合（或偏 离）程度的指标。 2、回差（滞后）—反应传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程过程中输出- 输入曲线的不重合程度。 3、重复性——衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次变 动时，所得特性曲线间一致程度。各条特性曲线越靠近，重复性越好。 4、灵敏度——传感器输出量增量与被测输入量增量之比。 5、分辨力——传感器在规定测量围所能检测出的被测输入量的最小变化量。 6、阀值——使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附近的分辨 力。 7、稳定性——即传感器在相当长时间仍保持其性能的能力。 8、漂移——在一定时间间隔，传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的变 化。 9、静态误差（精度）——传感器在满量程任一点输出值相对理论值的可能偏离（逼近） 程度。 1-2计算传感器线性度的方法，差别。 1、理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，与实际测试值无关。 2、端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。 3、“最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反行程校 准曲线对它的正负偏差相等并且最小。这种方法的拟合精度最高。 4、最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数据的残差 平方和最小。 1—4 传感器有哪些组成部分？在检测过程中各起什么作用？ 答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。 各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 1-5传感器有哪些分类方法？各有哪些传感器？ 答：按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器；按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等； 按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式；按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。 1-6 测量误差是如何分类的？ 答：按表示方法分有绝对误差和相对误差；按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。
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
第二章 测量误差与数据处理 1、测量数据中包含哪三种误差它们各自的含义是什么 系统误差：对同一被测量进行多次重复测量时（等精度测量），绝对值和符号保持不变，或 在条件改变时，按一定规律变化的误差称为系统误差。 随机误差：对同一被测量进行多次重复测量时（等精度测量），绝对值和符号不可预知的随 机变化，但就误差的总体而言，具有一定的统计规律性的误差称为随机误差。 粗大误差：明显偏离测量结果的误差称为粗大误差，又称疏忽误差。这类误差是由于测量者 疏忽大意或环境条件的突然变化产生的。对于粗大误差，首先应设法判断是否存在，然后将其剔除。 2、对某轴直径d 的尺寸进行了15次测量，测得数据如下（单位mm ）：, , , , , , , ,, , , , ,,。试用格罗布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差，并写出测量结果。 解：1）求算术平均值 2）求单次测量值的标准差估计值 3）按格罗布斯准则判别是否存在粗大误差（查书P61 表3－2） 经检查，存在 ， 故剔除120.30mm 。 4）重新求解上述各值，得： ； mm x x i i 404.12015 15 1 == ∑=- ∧ σmm 033.01 )(12 ＝--= ∑=∧ n x x n i i σmm g n g K G 080.0033.041.2)05.0,15(),(00≈?===∧ ∧ σσα)15,...,2,1(=>i K v G i mm x 41.120=- mm 016.0＝∧ σmm g n g K G 038.0016.037.2)05.0,14(),(00≈?===∧ ∧σσα
经检查所有的 ，故无粗大误差。 5）按照马利科夫准则，判断有无系统误差 因n ＝14，故mm v v M i i i i 02.0002.014 8 7 1 =-=-=∑∑==，M 值较小，故可判断测量列中无系统误差。 6）求算术平均值的标准差的估计值 7）P ＝ 时，查t 分布表，v ＝n －1＝14－1＝13，查表得t α＝，最后的测量结果： 3、一台精度等级为，量程范围为600～1200℃的温度传感器，其最大允许绝对误差是多少检验时某点最大绝对误差是3.5 ℃，问此表是否合格 解： 即此传感器的最大允许绝对误差为3℃，检验时某点最大绝对误差是3.5 ℃，大于3 ℃，则此传感器不合格 第三章 信号分析与处理 1.对余弦信号分别推导出傅里叶级数的 1）三角函数展开式的幅频谱和相频谱； 2）复指数展开式并画出其实频谱和虚频谱图以及幅频谱、相频谱。 解： 2）余弦信号的傅里叶级数复指数展开式为 在－w 0处，C nR ＝1/2 C nI =0 在w 0处， C nR ＝1/2 C nI =0 )14,...,2,1(=
相关主题
文本预览