感测技术基础第1-4章习题解答

第4章习题解答1、为什么线绕式电位器容易实现各种非线性特性而且分辨力比非线绕式电位器低? 答：线绕式电位器的电阻器是由电阻系数很高的极细的绝缘导线，整齐地绕在一个绝缘骨架上制成的。

在电阻器与电刷相接触的部分，导线表面的绝缘层被去掉并抛光，使两者在相对滑动过程中保持可靠地接触和导电。

电刷滑过一匝线圈，电阻就增加或减小一匝线圈的电阻值。

因此电位器的电阻随电刷位移呈阶梯状变化。

只要按精确设计绝缘骨架尺寸按一定规律变化，就可使位移－电阻特性呈现所需要的非线性曲线形状。

只有当电刷的位移大于相邻两匝线圈的间距时，线绕式电位器的电阻才会变化一个台阶。

而非线绕式电位器电刷是在电阻膜上滑动，电阻呈连续变化，因此线绕式电位器分辨力比非线绕式电位器低。

２、电阻应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏系数小吗?为什么?答：应变片的灵敏系数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称为，而应变电阻材料的应变灵敏系数k 0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＜k 0，究其原因除了黏结层传递应变有损失外，另一重要原因是存在横向效应的缘故。

应变片的敏感栅通常由多条轴向纵栅和圆弧横栅组成。

当试件承受单向应力时，其表面处于平面应变状态，即轴向拉伸εx 和横向收缩εy。

粘贴在试件表面的应变片，其纵栅承受εx 电阻增加，而横栅承受εy 电阻却减小。

由于存在这种横向效应，从而引起总的电阻变化为(1)x x y y x R k k k H R x εεαΔ=+=+ε， 按照定义，应变片的灵敏系数为)1(/H k R R k x x αε+=Δ=， 因0<=x y εεα，横向效应系数0>=x y k k H ，故0k k k x <<。

３、用应变片测量时，为什么必须采取温度补偿措施?把两个承受相同应变的应变片接入电桥的相对两臂，能补偿温度误差吗？为什么？答：温度变化时，电阻应变片的电阻也会变化，而且，由温度所引起的电阻变化与试件 应变所造成的电阻变化几乎具有相同数量级，如果不采取温度补偿措施，就会错误地把温度引起的电阻变化当作应变引起的电阻变化，即产生“虚假视应变”。

第2章习题及解答1.判断正误(1)凡频谱是离散的信号必然是周期信号。

( × )准周期信号(2)任何周期信号都由频率不同，但成整倍数比的离散的谐波叠加而成。

( × )(3)周期信号的频谱是离散的，非周期信号的频谱也是离散的。

( × )(4)周期单位脉冲序列的频谱仍为周期单位脉冲序列。

( √ )(5)非周期变化的信号就是随机信号。

( × )准周期信号(6)非周期信号的幅值谱表示的是其幅值谱密度与时间的函数关系。

( × )(7)信号在时域上波形有所变化，必然引起频谱的相应变化。

( × )(8)各态历经随机过程是平稳随机过程。

( √ )(9)平稳随机过程的时间平均统计特征等于该过程的集合平均统计特征。

( √ )(10)非周期信号的频谱都是连续的。

( × ) 准周期信号(11)单位脉冲信号的频谱是无限带宽谱（√）(12)直流信号的频谱是冲击谱（√）2.选择正确答案填空(1)描述周期信号的数学工具是(B )。

A.相关函数B. 傅里叶级数C. 拉普拉斯变换D. 傅里叶变换(2)描述非周期信号的数学工具是( C )。

A.三角函数B. 拉普拉斯变换C. 傅里叶变换D. 傅里叶级数(3)将时域信号进行时移，则频域信号将会( D )A.扩展B. 压缩C. 不变D. 仅有相移(4)瞬变信号的傅里叶变换的模的平方的意义为( C )A.信号的一个频率分量的能量B. 在f处的微笑频宽内，频率分量的能量与频宽之比C. 在f处单位频宽中所具有的功率(5)概率密度函数是在（C）域，相关函数是在（A）域，功率谱密度函数是在（D）域描述随机信号。

A.时间B. 空间C. 幅值D. 频率 (6) 白噪声信号的自相关函数是（C ）A.相关函数B. 奇函数C. 偶函数D. 不存在3．已知方波信号傅里叶级数，请描述式中各常数相的物理意义，并绘出频谱图。

见书中例题4．已知锯齿波信号傅里叶级数，请描述式中各常数相的物理意义，并绘出频谱图。

传感器技术后部分习题解答潘光勇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——传感器在规定测量范围内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内仍保持其性能的能⼒。

8、漂移——在⼀定时间间隔内，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）——传感器在满量程内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。

第一章试题第一章试题一、填空一、填空 1. 所谓测量误差，就是某一被测参数的测量值与客观真实值之差。

1 2. 测量误差有绝对误差、相对误差、引用误差三种表示方法。

23. 根据误差产生的原因不同可把测量误差分为随机误差、系统误差和粗大误差三种。

24. 同一条件下多次测量所得数据围绕真实值呈现正态分布的统计规律，因此可以用这些测量结果的平均值作为最终测量值，消除随机误差。

25. 相同测量条件下多次测量同一被测参数时，测量结果的误差大小与符号均保持不变或在条件变化时按某一确定规律（如线性、多项式、周期性等函数规律）变化的误差称为系统误差。

前者称为恒值系统误差，后者称为变值系统误差。

16. 电阻传感器是利用应变改变应变电阻丝的长度从而改变应变电阻的阻值的原理来测量应变的。

27. PT100是标准铂热电阻的代号，其中数字100表示在0℃时的阻值为100欧姆。

28. 常用标准热电阻有Cu50、Cu100、PT100。

29. 电容式传感器的主要测量方式有变极距式和变面积式。

110. 变极距式电容式传感器非线性严重，所以只能用于微距测量。

1 11. 磁电感应式传感器分为恒磁通式和恒转矩式。

112. 霍尔传感器是一种磁传感器。

113. 热电偶是一种有源传感器，其热电势由接触电势和温差电势组成，与温度均有关系，热电势一般为毫伏级电势信号。

114. 为了消除热电偶冷端温度变化对测温精度的影响，测量时必须进行冷端补偿。

115. 热电偶信号远传时必须使用延伸导线或补偿导线而不是普通导线。

1 16. 热电偶的热电势只与其两端的温差有关而与导线的长短粗细无关。

1 17. 光电效应分为外光电效应和内光电效应。

1 18. 外光电效应表现为在光照作用下物体中电子溢出物体表面。

119. 内光电效应表现为在光照作用下物体的电导或电势发生变化。

内光电效应表现为在光照作用下物体的电导或电势发生变化。

20. 光敏电阻的阻值随光照的不同而不同，属于内光电效应。

第一章传感与检测技术的理论基础1. 什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？ 答：某量值的测得值和真值之差称为绝对误差。

相对误差有实际相对误差和标称相对误差两种表示方法。

实际相对误差是绝对误差与被测量的真值之 比；标称相对误差是绝对误差与测得值之比。

引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法，也用相对误差表示，它是相对于仪表满量程的一种误差。

引用误差是绝对误差（在仪表中指的是某一刻度点的示值误差）与仪表的量程之比。

2. 什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？它们通常应用在什么场合？ 答：测量误差是测得值与被测量的真值之差。

测量误差可用绝对误差和相对误差表示，引用误差也是相对误差的一种表示方法。

在实际测量中，有时要用到修正值，而修正值是与绝对误差大小相等符号相反的值。

在计算相对误差 时也必须知道绝对误差的大小才能计算。

采用绝对误差难以评定测量精度的高低，而采用相对误差比较客观地反映测量精度。

引用误差是仪表中应用的一种相对误差，仪表的精度是用引用误差表示的。

3.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 ，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。

解：绝对误差142 140 2 kPa什么是随机误差？随机误差产生的原因是什么？如何减小随机误差对测量结果的影响?答：在同一测量条件下，多次测量同一被测量时，其绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差称为随机 误差。

随机误差是由很多不便掌握或暂时未能掌握的微小因素（测量装置方面的因素、环境方面的因素、人 员方面的因素），如电磁场的微变，零件的摩擦、间隙，热起伏，空气扰动，气压及湿度的变化，测量人员 感觉器官的生理变化等，对测量值的综合影响所造成的。

对于测量列中的某一个测得值来说， 随机误差的岀现具有随机性， 即误差的大小和符号是不能预知的, 但当测量次数增大，随机误差又具有统计的规律性，测量次数越多，这种规律性表现得越明显。

传感器技术习题解答作者：黄小胜第一章传感器的一般特性1.1答传感器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称为传感器的静态特性。

其主要指标有线性度、灵敏度、精确度、最小检测量和分辨力、迟滞、重复性、零点漂移、温漂。

1.2答：1动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性2 描述动态特性的指标对一阶传感器：时间常数对二阶传感器：固有频率、阻尼比。

1.3答传感器的精度等级是允许的最大绝对误差相对于其测量范围的百分数，即A=∆A/YFS*100%1.4答：1）传感器标定曲线与拟合直线的最大偏差与满量程输出值的百分比叫传感器的线性度。

2）拟合直线的常用求法有：切线法、端基法和最小二乘法。

1.5答由一阶传感器频率传递函数w(jw)=K/(1+jωt),确定输出信号失真、测量结果在所要求精度的工作段,即由B/A=K/(1+(ωη)2)1/2,从而确定ω,进而求出f=ω/(2π).1-6答：若某传感器的位移特性曲线方程为y1=a0+a1x+a2x2+a3x3+……. 让另一传感器感受相反方向的位移，其特性曲线方程为y2=a0+a1x+a2x2+a3x3则Δy=y1-y2=2(a1x+a3x3+ a5x5……),这种方法称为差动测量法。

其特点：输出信号中没有偶次项、从而使线性范围增大、减小了非线性误差、灵敏度也提高了一倍、也消除了零点误差。

1-7解：YFS=200-0=200 由A=ΔA/YFS*100%有A=4/200*100%=2%；精度特级为2.5级。

1-8解根据精度定义表达式A=ΔA/AyFS*100%,由题意可知A=1.5%YFS=100 所以ΔA=1.5 因为 1.4<1.5 所以合格。

第二章应变式传感器2-1答：1）金属材料在受到外力作用时产生机械变形导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。

2）半导体材料在受到应力作用后其电阻率发生明显变化这种现象称为压阻效应。

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。

传感器技术习题解答第一章传感器的一般特性1－1：答：传感器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称为传感器的静态特性；其主要指标有线性度、灵敏度、精确度、最小检测量和分辨力、迟滞、重复性、零点漂移、温漂。

1－2：答：（1）动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性；（2）描述动态特性的指标：对一阶传感器：时间常数对二阶传感器：固有频率、阻尼比。

1－3：答：传感器的精度等级是允许的最大绝对误差相对于其测量范围的百分数，即A＝ΔA/Y FS＊100％1－4；答：（1）：传感器标定曲线与拟合直线的最大偏差与满量程输出值的百分比叫传感器的线性度；（2）拟合直线的常用求法有：端基法和最小二5乘法。

1－5：答：由一阶传感器频率传递函数w(jw)=K/(1+jωτ),确定输出信号失真、测量结果在所要求精度的工作段，即由B/A=K/(1+(ωτ)2)1/2,从而确定ω，进而求出f=ω/(2π).1－6：答：若某传感器的位移特性曲线方程为y1=a0+a1x+a2x2+a3x3+…….让另一传感器感受相反方向的位移，其特性曲线方程为y2=a0－a1x＋a2x2－a3x3＋……，则Δy=y1－y2=2(a1x+a3x3+ a5x5……),这种方法称为差动测量法。

其特点输出信号中没有偶次项，从而使线性范围增大，减小了非线性误差，灵敏度也提高了一倍，也消除了零点误差。

1－7：解：Y FS=200-0=200由A=ΔA/Y FS＊100％有A＝4/200＊100％＝2％。

精度特级为2.5级。

1－8：解：根据精度定义表达式：A＝ΔA/Ay FS*100%,由题意可知：A＝1.5％，Y FS＝100所以ΔA＝A Y FS＝1.5因为 1.4＜1.5所以合格。

1－9：解：Δhmax＝103－98＝5Y FS＝250－0＝250故δH＝Δhmax/Y FS*100%＝2%故此在该点的迟滞是2％。

1－10：解：因为传感器响应幅值差值在10％以内，且Wτ≤0.5，W≤0.5/τ，而w=2πf, 所以 f=0.5/2πτ≈8Hz即传感器输入信号的工作频率范围为0∽8Hz1－11解：（1）切线法如图所示，在x=0处所做的切线为拟合直线，其方程为：Y＝a0+KX，当x=0时，Y＝1，故a0＝1，又因为dY/dx＝1/(2(1+x)1/2)|x=0＝1/2＝K故拟合直线为：Y＝1＋x/2最大偏差ΔYmax在x=0.5处，故ΔYmax＝1＋0.5/2-（1＋0.5）1/2＝5/4－（3/2）1/2＝0.025 Y FS＝（1＋0.5/2）-1＝0.25故线性度δL＝ΔYmax/ Y FS＊100％＝0.025/0.25＊100％＝0.10＊100％＝10％（2）端基法：设Y的始点与终点的连线方程为Y＝a0+KX因为x=0时，Y＝1，x=0.5时，Y＝1.225，所以a0=1,k=0.225/0.5=0.45而由 d(y-Y)/dx=d(（1＋x）1/2-(1+0.45x))/dx=-0.45+1/(2（1＋x）1/2)＝0有-0.9（1＋x）1/2＋1＝0（1/0.9）2＝1+xx=0.234ΔYmax=[（1＋x）1/2-(1+0.45x)]|x=0.234=1.11-1.1053=0.0047Y FS＝1+0.45*0.5-1＝0.225δL端基＝ΔYmax/ Y FS＊100％＝0.0047/0.225＊100％＝2.09％（3）最小二＊法由公式()()xykninkniaxxyxxyxxxyxyxaiiiiiiiiiii*4695.00034.14695.005.1506.100365.1055.0*625.2751.1*65.1*691.60034.105.168.36265.255.0*625.255.0*691.65.1*751.1)**)22222((+==--=--==--=--=-∑∑-∑=-∑-∑=∑∑∑∑∑∑由 d(y-Y)/dx=d(（1＋x）1/2-(1.0034+0.4695＊x))/dx=-0.4695+1/(2（1＋x）1/2)＝0有x=1/(0.939)2-1=0.134ΔYmax=[（1＋x）1/2-(1.0034+0.4695x)]|x=0.234=1.065-1.066=-0.001Y FS＝1.0034+0.4695x-1.0034＝0.235δL二＊法＝ΔYmax/ Y FS＊100％＝0.001/0.235＊100％＝0.0042＊100％＝0.42％1－12:解：此为一阶传感器，其微分方程为a1dy/dx+a0y=b0x所以时间常数τ＝a1/a0=10sK=b0/a0=5*10-6V/Pa1-13：解：由幅频特性有：()=+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-ωωξωωω04021/2221K A ()()3125.1arctan 36.016.0*7.0*2arctan 012arctan 947.07056.01*42120222264.010006007.010006001-=--=-⎪⎪⎭⎫⎝⎛-==+=+⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-ωωωωξωϕ1- 14:解：由题意知：()()()max minmax3%H j H j H j ωωω-<因为最小频率为W=0，由图1-14知，此时输出的幅频值为│H （jw ）│/K=1， 即│H （jw ）│=K()maxmax 013%0.9719.3620.97KK kHz H j ωωω∴-<<<⎛<= ⎝1- 15解：由传感器灵敏度的定义有：K ＝m mv mmv x y μμ/51050==∆∆ 若采用两个相同的传感器组成差动测量系统时，输出仅含奇次项，且灵敏度提高了2倍，为20mv/μm.。

各章节习题<后附答案>第一章信号与其描述〔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b,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()(0ϕω+=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2sin )(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2224.141nn 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3、 两环节的相频特性各为)(1ωQ 和)(2ωQ ,则两环节串联组成的测试系统,其相频特性为.〔1〕)()(21ωωQ Q 〔2〕)()(21ωωQ Q +〔3〕)()()()(2121ωωωωQ Q Q Q +〔4〕)()(21ωωQ Q - 4、 一阶系统的阶跃响应中,超调量.〔1〕存在,但<5％〔2〕存在,但<1〔3〕在时间常数很小时存在〔4〕不存在5、 忽略质量的单自由度振动系统是系统.〔1〕零阶〔2〕一阶〔3〕二阶〔4〕高阶6、 一阶系统的动态特性参数是.〔1〕固有频率〔2〕线性度 <3>时间常数〔4〕阻尼比7、 用阶跃响应法求一阶装置的动态特性参数,可取输出值达到稳态值倍所经过的时间作为时间常数.〔1〕0.632 〔2〕0.865 〔3〕0.950 〔4〕0.982〔三〕判断对错题〔用√或×表示〕1、 一线性系统不满足"不失真测试〞条件,若用它传输一个1000Hz 的正弦信号,则必然导致输出波形失真.〔〕2、 在线性时不变系统中,当初始条件为零时,系统的输出量与输入量之比的拉氏变换称为传递函数.〔〕3、 当输入信号)(t x 一定时,系统的输出)(t y 将完全取决于传递函数)(s H ,而与该系统的物理模型无关.〔〕4、 传递函数相同的各种装置,其动态特性均相同.〔〕5、 测量装置的灵敏度越高,其测量X 围就越大.〔〕6、 幅频特性是指响应与激励信号的振幅比与频率的关系.〔〕〔四〕简答和计算题1、 什么叫系统的频率响应函数？它和系统的传递函数有何关系？2、 测试装置的静态特性和动态特性各包括那些？3、 测试装置实现不失真测试的条件是什么？4、 某测试装置为一线性时不变系统,其传递函数为1005.01)(+=s s H .求其对周期信号)45100cos(2.010cos 5.0)(︒-+=t t t x 的稳态响应)(t y .5、 将信号t ωcos 输入一个传递函数为ss H τ+=11)(的一阶装置,试求其包括瞬态过程在内的输出)(t y 的表达式.第三章常用传感器〔一〕填空题1、 属于能量控制型的传感器有等,属于能量转换型的传感器有等〔每个至少举例两个〕.2、 金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于：前者利用引起的电阻变化,后者利用变化引起的电阻变化.3、 为了提高变极距电容式传感器的灵敏度、线性度与减小外部条件变化对测量精度的影响,实际应用时常常采用工作方式.4、 压电式传感器的测量电路〔即前置放大器〕有两种形式：放大器和放大器,后接放大器时,可不受连接电缆长度的限制.5、 涡流式传感器的变换原理是利用了金属导体在交流磁场中的效应.6、 磁电式速度计的灵敏度单位是.7、 压电式传感器是利用某些物质的而工作的.〔二〕选择题1、 电阻应变片的输入为.〔1〕力〔2〕应变〔3〕速度〔4〕加速度2、 结构型传感器是依靠的变化实现信号变换的.〔1〕本身物理性质〔2〕体积大小〔3〕结构参数〔4〕电阻值3、 不能用涡流式传感器进行测量的是.〔1〕位移〔2〕材质鉴别〔3〕探伤〔4〕非金属材料4、 变极距面积型电容传感器的输出与输入,成关系.〔1〕非线性〔2〕线性〔3〕反比〔4〕平方5、 半导体式应变片在外力作用下引起其电阻变化的因素主要是.〔1〕长度〔2〕截面积〔3〕电阻率〔4〕高通6、 压电式传感器输出电缆长度的变化,将会引起传感器的产生变化.〔1〕固有频率〔2〕阻尼比〔3〕灵敏度〔4〕压电常数7、 在测量位移的传感器中,符合非接触测量,而且不受油污等介质影响的是传感器. 〔1〕电容式〔2〕压电式〔3〕电阻式〔4〕电涡流式8、 自感型可变磁阻式传感器,当气隙δ变化时,其灵敏度S 与δ之间的关系是：S ＝. 〔1〕δ1k 〔2〕δk 〔3〕2-δk 〔4〕2--δk9、 光电倍增管是利用效应制成的器件.〔1〕内光电〔2〕外光电〔3〕光生伏特〔4〕阻挡层〔三〕判断对错题〔用√或×表示〕1、 滑线变阻器式传感器不适于微小位移量测量.〔〕2、 涡流式传感器属于能量控制型传感器〔〕3、 压电加速度计的灵敏度越高,其工作频率越宽.〔〕4、 磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率.〔〕〔四〕简答和计算题1、 哪些传感器可选作小位移传感器？2、 涡流传感器测量位移与其它位移传感器比较,其主要优点是什么？涡流式传感器能否测量大位移量？为什么？3、 电涡流传感器除了能测量位移外,还能测量哪些非电量？4、 电涡流传感器能否测量塑料物体移动的位移？若能测量理由是什么？不能测量理由是什么？应采取什么措施改进,就可以用电涡流传感器测量了.5、 压电式加速度传感器与压电式力传感器在结构上有何不同,为什么？6、 试用双螺管线圈差动型电感传感器做成一个测力传感器.（1） 用简图说明该传感器的结构并简要说明其作用原理；（2） 两个线圈通常应该接在什么电路中？用图说明如何接法.7、 某电容传感器〔平行极板电容器〕的圆形极板半径)(4mm r =,工作初始极板间距离)(3.00mm =δ,介质为空气.问：（1） 如果极板间距离变化量)(1m μδ±=∆,电容的变化量C ∆是多少？（2） 如果测量电路的灵敏度)(1001pF mV k = ,读数仪表的灵敏度52=k 〔格／mV 〕在)(1m μδ±=∆时,读数仪表的变化量为多少？第四章信号调理、记录和显示〔一〕填空题1、 电桥的作用是把电感、电阻、电容的变化转化为输出的装置.2、 在桥式测量电路中,按照的性质,电桥可分为直流和交流电桥.3、 在桥式测量电路中,根据工作时阻抗参与变化的可将其分为半桥与全桥测量电路.4、 调幅是指一个高频的正〔余〕弦信号与被测信号,使高频信号的幅值随被测信号的而变化.信号调幅波可以看作是载波与调制波的.5、 调频波的解调又称为.6、 调频是利用信号电压的控制一个振荡器,使其输出为等幅波,而与信号电压成正比.7、 常用滤波器的上、下截止频率1c f 、2c f 的定义为,其带宽B ＝,若为倍频程滤波器1c f 与2c f 的关系为.8、 RC 低通滤波器中RC 值愈,则上截止频率愈低.〔二〕选择题1、 设有一电路,1R 是工作桥臂,2R ,3R ,4R 是固定电阻,且4321R R R R === .工作时1112R R R ∆+→,则电桥输出电压≈y e 〔〕.0e 为电桥的电源电压.〔1〕0114e R R ∆〔2〕0112e R R ∆〔3〕011e R R ∆〔4〕0112e R R ∆ 2、 调幅过程相当于在时域中将调制信号与载波信号.〔1〕相乘〔2〕相除〔3〕相加〔4〕相减3、 电路中鉴频器的作用是.〔1〕使高频电压转变成直流电压〔2〕使电感量转变为电压量〔3〕使频率变化转变为电压变化〔4〕使频率转变为电流4、 一选频装置,其幅—频特性在∞→2f 区间近于平直,在02→f 区间急剧衰减,这叫滤波器.〔1〕低通〔2〕高通〔3〕带通〔4〕带阻5、 一带通滤波器,其中心频率是0f ,-3dB 带宽是B ,则滤波器的品质因数Q 等于. 〔1〕B f +0〔2〕B f -0〔3〕B f 0〔4〕Bf 0〔三〕判断对错题〔用√或×表示〕1、 平衡纯电阻交流电桥须同时调整电阻平衡与电容平衡.〔〕2、 调幅波是载波与调制信号的叠加.〔〕3、 带通滤波器的波形因数λ值越大,其频率选择性越好.〔〕4、 将高通与低通滤波器串联可获得带通或带阻滤波器.〔〕〔四〕简答和计算题1、 何谓电桥平衡？要使直流电桥平衡,桥臂参数应满足什么条件？交流电桥应满足什么条件？2、 调幅波的解调方法有哪几种？3、 抗混滤波器的作用是什么？它选用何种滤波器？其截止频率如何确定？4、 相关滤波器的的基本原理是什么？举例说明其工程应用.5、 以阻值Ω=120R ,灵敏度2=S 的电阻丝应变片与阻值为Ω120的固定电阻组成电桥,供桥电压V V 30=,若其负载电阻为无穷大,应变片的应变μεε2000=.〔1〕求单臂电桥的输出电压与其灵敏度.〔2〕求双臂电桥的输出电压与其灵敏度6、 若)(t x 为调制信号,t f t y 02cos )(π=为载波,)(t x m 为调幅波〔如图所示〕〔1〕利用傅里叶变换性质说明调幅过程的原理.〔2〕画出载波与调幅波的双边频谱图.第五章信号处理初步〔一〕填空题1、 为了识别信号类型,常用的信号分析方法有、和.2、 为了获得测试信号的频谱,常用的信号分析方法有、 和.3、 在数字信号处理中,为避免频率混叠,应使被采样的模拟信号成为,还应使采样频率满足采样定理即.4、 如果一个信号的最高频率为50Hz,为了防止在时域采样过程中出现混叠现象,采样频率应该大于Hz.5、 若x<t>是均值为u x 为零的宽带随机信号其自相关函数τ=0时R x <τ>,τ→∞时R x <τ>.6、 用于评价系统的输出信号和输入信号之间的因果性.7、 若某一信号的自相关函数为)cos(ωτA ,则该信号的均方值为2x ψ ,均方根值为x rms =.8、 最常用的功率谱估计方法为.9、 )(f S x 为信号的沿频率轴的分布,2)(f X 称为.10、 巴塞伐尔定理表示在中计算的信号总能量,等于在中计算的信号总能量. 〔二〕判断对错题〔用√或×表示〕1、 频率分辨力越高,则泄漏误差越小.〔 〕2、 A/D 转换器的位数越多,则量化误差越小.〔 〕3、 对于周期信号,经整周期采样后,可完全避免栅栏效应.〔 〕4、 窗函数频谱的主峰瓣宽度越窄,旁瓣幅度越小,用其截取信号所引起的误差越小.〔 〕5、 互相关函数是偶实函数.〔 〕6、 利用系统输入x<t>与输出y<t>的自功率谱密度函数,可求该系统的频率响应函数.〔 〕7、 若系统是完全线性的,则输入-输出的相干函数一定为1.〔 〕〔三〕简答和计算题1、 已知信号)sin()cos()(2221110ϕωϕω++++=t A t A A t x ,求信号的自相关函数)(τx R ,并画出自功率谱)(ωx S 〔双边幅值谱〕.2、 求频率相同的单位方波和正弦波的互相关函数.3、 相关滤波器的基本原理是什么？举例说明其工程应用.4、 试根据一个信号的自相关函数图形,讨论如何确定该信号中的常值分量和周期成分.5、 某一系统的输入信号为x<t>,若输出y<t>与输入x<t>相同,输入的自相关函数)(τx R 和输入—输出的互相关函数)(τxy R 之间的关系为)()(T R R x x +=ττ ,试说明该系统起什么作用？6、 应用巴塞伐尔定理求⎰∞∞-dt t c )(sin 2的积分值.第六章振动测试〔一〕填空题1、 单自由度系统质量块受力所引起的受迫振动,位移共振频率系统固有频率,速度共振频率系统固有频率,加速度共振频率系统固有频率.2、 单自由度系统质量块受力所引起的受迫振动,在相位共振处位移始终落后于激振力度.3、 单自由度系统基础运动所引起的受迫振动,当激振频率固有频率时,质量块和壳体之间的相对运动和基础振动近于相等.4、 激励方式分为,,.5、 按所测的振动性质可将拾振器分为和.6、 阻抗头的前端是,后面是测量激振点响应的.7、 压电式传感器的测量电路〔即前置放大器〕有两种形式：、和.8、 机械系统的主要振动参数是,和.9、 相对法校准传感器时,经国家计量等部门严格校准过的传感器起着"振动标准传递〞的作用,称为传感器.〔二〕判断对错题〔用√或×表示〕1、 压电式加速度计的灵敏度越高,其工作频率越宽.〔 〕2、 磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率.〔 〕3、 压电式加速度计手持探针法测振时,加速度计的使用上限频率最低.〔 〕4、 压电式加速度计的重量越轻,使用上限频率越高,灵敏度越低.〔 〕5、 涡流位移传感器属于绝对式拾振器.〔 〕6、 低频激振时,激振器的安装固有频率应比激振频率高3倍以上.〔 〕7、 快速正弦扫描激振属于宽带激振法.〔 〕8、 脉冲锤的锤头越软,则激励的频率X 围越大.〔 〕9、 振动测试中,测得的激励和响应之间的相位差包括了测试系统中所有仪器的相移.〔 〕 〔三〕简答和计算题1、 对单自由度系统质量块受力所引起的受迫振动,分别写出其位移频响函数、速度频响函数、加速度频响函数.2、 对单自由度系统基础位移所引起的受迫振动,分别写出其相对位移频响函数、绝对位移频响函数.3、 对于压电式加速度计,画出其工作原理图,并说明为什么其上限频率取决于固有频率？4、 对于磁电式绝对速度计,画出其工作原理图,并说明为什么其下限频率取决于固有频率？5、 如何用实频曲线估计系统的固有频率和阻尼比？画图说明.参考答案第一章信号与其描述〔一〕1、信号；2、时间〔t 〕,频率〔f 〕；3、离散性,谐波性,收敛性；4、准周期,瞬态非周期；5、均值x μ,均方值2x ψ,方差2x σ；6、偶,奇；〔二〕1、√；2、√；3、╳；4、╳；5、√；〔三〕1、π02x ,20x ；2、0,220x ,)cos(10ϕωπ+t x ；3、f j a A π2+；4、()()T f c T T f c T )2(sin )2(sin 00ωπωπ-++； 5、fa j f a πωπω44202220+--；第二章测试装置的基本特性〔一〕1、1/2,2/1, 45-；2、123；3、傅立叶变换法,滤波器法；4、00t j e A ω-；5、被测量；6、线性；〔二〕〔4〕〔3〕〔2〕〔4〕〔2〕〔3〕〔1〕〔三〕╳ √ √ √ ╳ ╳〔四〕略第三章常用传感器〔一〕1、电阻、电感、电容、涡流；压电、磁电；2、金属丝的几何变形,半导体材料的电阻率变化；3、差动；4、电荷,电压,电荷；5、涡电流；6、mv / <m/s>；7、压电效应. 〔二〕〔2〕〔3〕〔4〕〔2〕〔3〕,〔3〕〔4〕〔4〕〔2〕〔三〕√ √ ╳ ╳〔四〕略第四章信号调理、处理和记录〔一〕1、电压或电流；2、激励电压；3、桥臂数；4、相乘,相乘；5、鉴频；6、幅值,频率；7、幅频特性曲线降为最大值的21倍时对应的频率为截止频率；12c c f f B -=；122c c f f =,8、大；〔二〕〔1〕〔1〕〔3〕〔2〕〔4〕〔三〕√ ╳ ╳ √〔四〕略第五章信号处理初步〔一〕1、概率密度函数,自相关函数；2、带通滤波法,傅立叶变换法；3、有限带宽,h s f f 2>；4、100；5、2x σ,0；6、相干函数；7、A A ,；8、周期图法；9、功率密度,能谱；10、时域,频域；〔二〕1、╳；2、√；3、√；4、√；5、╳；6、╳；7、╳； 〔三〕1、τωτωτ22212120cos 2cos 2)(A A A R x ++=, [][])()(4)()(4)(2222112120ωωδωωδωωδωωδω++-+++-+=A A A S x ； 2、ωτπτsin 2)(=xy R ；3、同频相关、不同频不相关；4、信号的常值分量为其自相关函数均值的开方,周期成分与其自相关函数周期成分的频率相同、幅值成比例关系；5、该系统的作用是使信号幅值不变、相位提前T ；6、⎰⎰-∞∞-==ππππ2/12/1221)(sin df dt t c ；第六章振动的测试〔一〕1、小于,等于,大于；2、90；3、远大于；4、稳态正弦激振,随机激振,瞬态激振；5、相对式,绝对式；6、力传感器,加速度计；7、电荷放大器,电压放大器；8、固有频率,阻尼比,振型；9、参考.〔二〕1、╳；2、╳；3、√；4、√；5、╳；6、√；7、√；8、╳；9、√； 〔三〕略。

传感器与检测技术课后题答案(共20页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第1章概述什么是传感器？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。

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。

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。

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。

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。

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。

第一章习题答案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；4）传感器的重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。

《感测技术基础》（第四版）例题解析长江大学 孙传友 编（以下例题均按章节编号：“例a.b-c ”表示第a 章第b 节的第c 道例题）第1章例1.1-1在图1-1-3（a ）中，表头的满偏电流为0.1mA ，内阻等于4900Ω，为构成5mA 、50 mA 、500 mA 三挡量程的直流电流表，所需量程扩展电阻R 1 、R 2、R 3分别为多少？ 解： 据公式(1-1-8)计算得Ω=-Ω=-=10011.05490011m Am An R R g ，Ω=-Ω=-=1011.050490012m A m An R R gΩ=-Ω=-=111.0490013m An R R g答：Ω=Ω=Ω=1,10,100321R R R例1.3-1试用时分割乘法器和V/F 转换器、计数器组成一个数字式电能表，画出其框图，说明其工作原理。

解：时分割乘法器型数字式电能表框图如下图所示。

例1.3-1图 时分割乘法器型电能表图中分压器、I/V 转换器(见图1-1-10)、时分割乘法器(见图1-3-3 a)将功率转换为电压E 0，根据（1-3-12）式和（1-3-14）式，()())2cos(cos 21210ϕωϕ+-=⋅===t KUI KUI i u K K K i K u K K u u K E p p y x p式中后一项可通过低通滤波器滤掉，这样输出电压U 0在数值上就只与节拍周期内的有功功率成正比：P K KUI U ⋅==ϕcos 0 经U-f 转换，P K P K K U K f F ⋅=⋅==404V/F 转换器输出频率正比于功率，但不能直接用于计数。

分频的作用是把频率较高的信号分频为低频信号，供计数器计数。

t 时间内计数值W K t P K t mfN W W ⋅=⋅⋅=⋅=。

计数器计数结果在显示器显示出来，代表电能值W 。

实践证明时分割乘法器是一种性能优良、价格低廉的电能测量单元电路，经过激光修调和温度补偿的时分割乘法器具有较高的准确度及较低的温度漂移和时间漂移。

第1章习题解答１、在图1-1-3（b ）中，表头的满偏电流为0.1mA ，内阻等于4900Ω，为构成５mA 、50 mA 、500 mA 三挡量程的直流电流表，所需量程扩展电阻R 1 、R 2、R 3分别为多少？ （1Ω、9Ω、90Ω）解：据公式(1-1-8)计算得Ω=-Ω=-=++10011.05490013321mAmAI I R R R R gg ，Ω=Ω+Ω⨯=+++=+10)1004900(501.0)(321221mAmAR R R R I I R R g g ， Ω=Ω+Ω⨯=+++=1)1004900(5001.0)(32111mAmAR R R R I I R g g故Ω=Ω=90,932R R２、在图1-2-2中，电压表V 的“Ω/V ”数为20k Ω/V ,分别用5V 量程和25量程测量端电压U 0的读数值分别为多少?怎样从两次测量读数计算求出E 0的精确值?（2.50V ，4.17V ，5.01 V ）解：5V 档量程内阻 ()Ω=⨯Ω=k Vk R V 1005201，25V 档量程内阻 ()Ω=⨯Ω=k Vk R V 50025202。

图1-2-2中 伏50=E ，Ω=k R 1000， 5V 档读数V E R R R V V V 5.25100100100001101=⋅+=⋅+=，25V 档读数V E R R R V V V 17.45100500500002202=⋅+=⋅+=。

552512===V V K ，代入公式（1-2-8）式得： ()()V U U K U K E 01.55.217.4517.4151010202'0≈-⨯-=--=。

3、模拟直流电流表与模拟直流电压表有何异同？为什么电流表的内阻很小，而电压表的内阻却很大？解：模拟直流电流表与模拟直流电压表的表头都是动圈式磁电系测量机构。

模拟直流电流表是由“表头”并联很小的分流电阻构成，指针的偏转角与被测直流电流成正比；模拟直流电压表是由“表头”串联很大的分压电阻构成，指针的偏转角与被测直流电压成正比。

第1章传感器和检测技术基础思考题答案l.检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用。

答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。

当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。

下图给出了检测系统的组成框图。

被测量传感器测量电路电源指示仪记录仪数据处理仪器检测系统的组成框图传感器是把被测量转换成电学量的装置，显然，传感器是检测系统和被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的，因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。

测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。

通常传感器输出信号是微弱的，就需要由测量电路加以放大，以满足显示记录装置的要求。

根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作。

显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。

2.传感器的型号有几部分组成，各部分有何意义?依次为主称（传感器）被测量—转换原理—序号主称——传感器，代号C；被测量——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。

见附录表2；转换原理——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。

见附录表3；序号——用一个阿拉伯数字标记，厂家自定，用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等。

若产品性能参数不变，仅在局部有改动或变动时，其序号可在原序号后面顺序地加注大写字母A、B、C等，（其中I、Q不用）。

例：应变式位移传感器：C WY-YB-20；光纤压力传感器：C Y-GQ-2。

3.测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，应当采用何种测量方法? 如何进行?答：测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情况时，最好采用微差式测量。

此时输出电压认可表示为U0，U0=U+△U，其中△U是负载电阻变化所引起的输出电压变化量，相对U 来讲为一小量。