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（）
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（）
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．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（）
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（）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（）
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？
四、计算题（本大题共3小题，每小题8分，共24分）
31．已知变磁通式转速传感器输出电动势的频率f=72Hz，测量齿盘的齿数Z=36，求：（1）被测轴的转速是每分钟多少转？
（2）在上述情况下，如果计数装置的读数误差为±1个数字，其最大转速误差是多少？32．一热敏电阻在0℃和100℃时，电阻值分别为200kΩ和10kΩ。试计算该热敏电阻在20℃时的电阻值。
33．求正弦信号x(t)=x0sinωt的自相关函数。
五、应用题（本大题共2小题，每小题8分，共16分）
34．图示为电阻网络D/A转换电路。
（1）写出电流i 与电压VREF的关系式。
（2）若VREF=10V，输入信号D3D2D1D0=1000，试计算输出电压V0=？
35．已知某信号的傅里叶级数展开式为
试求该信号的直流分量、第一至第五次谐波分量的幅值，并绘出其幅值谱图。
（（（（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。
A.金属辐射式
B.热电偶
C.半导体三极管
D.比色计
3.信号传输过程中，产生干扰的原因是( )
A.信号是缓变的
B.信号是快变的
C.干扰的耦合通道
D.信号是交流的
4.差动电桥由环境温度变化引起的误差为( )
5.概率密度函数提供了随机信号( )的信息。
A.沿频率轴分布
B.沿幅值域分布
C.沿时域分布
D.沿尺度分布
6.非线性度是表示校准曲线( )的程度。
A.接近真值
B.偏离拟合直线
C.正反行程不重合
D.重复性
7.非周期信号的频谱是( )
A.连续的
B.离散的
C.基频的整数倍
D.脉冲函数
8.莫尔条纹光栅传感器的输出是( ) 传感器与检测技术试卷及答案
7
A.数字脉冲式
B.调幅式
C.调频式
D.正弦波
9.半导体应变片具有( )等优点。
A.灵敏度高
B.温度稳定性好
C.可靠性高
D.接口电路复杂
10.一阶系统的动态表征参数是( )
A.线性度
B.固有频率
C.阻尼比
D.时间常数
11.常用于测量大位移的传感器有( )
A.感应同步器
B.应变电阻式
C.霍尔式
D.涡流式
12.将电阻应变片贴在( )上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。
A.质量块
B.导体
C.弹性元件
D.机器组件
13.半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率( )
A.上升
B.迅速下降
C.保持不变
D.归零
14.结构型传感器是依靠传感器( )的变化实现信号变换的。
A.材料物理特性
B.体积大小
C.结构参数
D.电阻值
15.阻抗头是测量振动系统( )的拾振器。
A.振动位移
B.振动加速度
C.激振力
D.激振力及其响应
三、问答题(每小题5分，共30分)
1.在静态测量中，根据测量系统输入量与对应输出值所绘制的定度曲线可以确定那些静态特性?
2.设载波的中心频率为f0试根据图a、图b所示调制信号定性画出相应调频波波形。
3.回答下列函数哪些是周期函数、哪些是非周期函数：
x1(t)=sin3ωt，x2(t)=e-t，x3(t)=e sinωt，x4(t)=δ(t)，x5(t)=sin(0.5t)
4.简述两类扭矩的测量原理及举例说明相应的扭矩传感器。
5.简述应变片在弹性元件上的布置原则，及哪几种电桥接法具有温度补偿作用。
6.涡流式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?涡流传感器能否测量大位移量?为什么?
四、计算题(每小题8分，共24分)
1.已知测量齿轮齿数Z=18，采用变磁通感应式传感器测量工作轴转速(如图所示)。若测得输出电动势的交变频率为24(Hz)，求：被测轴的转速n(r/min)为多少?当分辨误差为±1齿时，转速测量误差是多少?
2.由RC组成无源低通滤波器，已知R=500(Ω)，C=10(μF)，试求：
(1)截止频率f0，并画出该滤波器的幅频示意图。
(2)设输入信号x(t)=0.2cos (125.6t-π/4),判断其是否在该滤波器的通频带内。
3.试绘出x(t)=2cos(2πf0t)+3 的时域图和频域图。
五、应用题(每小题8分，共16分)
1.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)用图说明两个线圈在电桥电路中的接法。
2.如图所示，轴工件用前后顶尖支承纵向磨削外园表面，在加工过程中，径向力Py和切向力Pz大小基本不变，但着力点位置沿轴向移动，现在前后顶尖上粘贴电阻应变片测量工件所受的Pz。
(1)在图中标明应变片的位置及Pz的测量电桥。
(2)着力点移动对测量结果有无影响?为什么?
（（（（答案二答案二答案二答案二））））一、填空题(每空1分，共15分)
1. ON-OFF型微动开关
2.电子扫描
3.材料压阻系数
4.金属
5.磁头所处的位置
6.动态性能
7.标准测试系统
8.不失真测量9.温度差
10.低
11.RC网络
12.交流
13.地址译码器
14.细分
15. 0
二、单项选择题(每小题1分，共15分)
1.C
2.C
3.C
4.D
5.B
6.B
7.A
8.A
9.A10.D
11.A12.C 13.B 14.C 15.D
三、问答题(每小题5分，共30分)
1.在静态测量中，根据绘制的定度曲线，可以确定测量系统的三个静态特性：灵敏度，非线性度，回程误差。
2.调频波波形频率f与中心频率f0和调制波幅值的关系f=f0±Δf,Δf 为频率偏移，与X(t)幅值成正比。
3.x1(t) x3(t) x5(t)周期函数，x2(t) x4(t)非周期函数。
4. 1)轴类零件受扭矩作用时，在其表面产生切应变，可通过测量该应变检测扭矩，如电阻应变式扭矩传感器。
2)弹性转轴受扭后，两端面的相对转角只与所承受的扭矩有关，且呈比例关系，可通过测量扭转角测量扭矩，如电容式或光电式扭矩传感器。
5.布置原则有：
(1)贴在应变最敏感部位，使其灵敏度最佳；
(2)在复合载荷下测量，能消除相互干扰；
(3)考虑温度补偿作用；
单臂电桥无温度补偿作用，差动和全桥方式具有温度补偿作用。
6.优点：
能实现非接触测量，结构简单，不怕油等介质污染。
涡流传感器不能测量大位移量，只有当测量范围较小时，才能保证一定的线性度。
四、计算题(每小题8分，共24分)
1.(1)测量时，齿轮随工作轴一起转动，每转过一个齿，传感器磁路磁阻变化一次，磁通也变
化一次，因此，线圈感应电动势的变化频率f等于齿轮的齿数Z与转速n的乘积。
五、应用题(每小题8分，共16分)
1.(1)传感器的结构如图a所示，它由传力块、弹性圆桶、双螺管线圈、衔铁、传感器座等几部分组成。
原理：被测力 F 通过传力块作用在弹性圆桶上，弹性圆桶的变形带动衔铁移动，使双
螺管线圈的电感量发生变化，从而实现力的测量。
(2)电桥的接法如图b 所示：
2. (1)应变片(R1、R2、R3、R4)粘贴位置如图a所示；测量电桥如图b所示。
(2)根据以上位置布片和电桥接法，着力点位置的变化不会影响Pz 的大小，因为在顶尖上的分力P z1、P z2，P z=P z1+P z2，由P z1、P z2引起的电阻R1、R3的变化值之和保持不变，故P z的测量不受着力点的移动而改变。
（（（（试卷三试卷三试卷三试卷三））））
一填空（每空1分，共20分）
1.通常传感器由＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿部分组成，
是能把外界＿＿＿＿＿＿＿＿转换成＿＿＿＿＿＿＿＿器件和装置。
2.金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象
称＿＿＿＿＿＿效应；固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象
称＿＿＿＿＿效应。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＿＿＿＿＿＿＿效应。
3.差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而
实际上差动变压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为
＿＿＿＿＿＿＿＿电压；利用差动变压器测量位移时如果要求区别位移
方向（或正负）可采用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿电路。
4.把一导体（或半导体）两端通以控制电流I，在垂直方向施加磁场B，在
另外两侧会产生一个与控制电流和磁场成比例的电动势，这种现象称
＿＿＿＿＿＿＿＿效应，这个电动势称为＿＿＿＿＿＿＿电势。外加磁场
使半导体（导体）的电阻值随磁场变化的现象成＿＿＿＿＿＿＿＿效应。
5.某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象，同时在
它的表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种
现象称为＿＿＿＿＿＿＿效应；在介质极化方向施加电场时电介质会产生
形变，这种效应又称＿＿＿＿＿＿＿＿效应。
6.在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称＿＿＿＿＿＿＿＿效应；
入射光强改变物质导电率的现象称＿＿＿＿＿＿＿＿效应；半导体材料
吸收光能后在PN 结上产生电动式的效应称＿＿＿＿＿＿＿＿效应。
7、块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内
部会产生一圈圈闭合的电流，利用该原理制作的传感器称＿＿＿＿＿＿＿
传感器；这种传感器只能测量＿＿＿＿＿＿＿＿物体。
8、不同的金属两端分别连在一起构成闭合回路，如果两端温度不同，电路中
会产生电动势，这种现象称＿＿＿＿＿＿＿效应；若两金属类型相同两端
温度不同，加热一端时电路中电动势E =＿＿＿。
二选择题（每空1分，共20分）
电阻应变片磁敏电阻霍尔元件气敏传感器湿敏传感器光电耦合器压电传感器电容传感器热敏电阻CCD电荷耦合器压阻式传感器光纤传感器
磁电传感器光电二极管差动变压器热释电器件磁敏晶体管电涡流传感器光电池超声波传感器热电偶红外传感器色敏传感器
正确选择以上传感器填入以下空内：
1可以进行位移测量的传感器有＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿；
2可以完成温度测量的有＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿；
3半导体式传感器是＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿；
4光电传感器有＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿；
5用于磁场测量的传感器＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、；
6进行振动（或加速度）测量的传感器＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿；
7利用物体反射进行非电量检测的传感器＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿；
三计算(每题5分，共10分)
1、图为一直流应变电桥，E = 4V，R1=R2=R3=R4=350Ω，
求：
①R1为应变片其余为外接电阻，R1增量为△R1=3.5Ω 时输出U0=?。
②R1、R2是应变片，感受应变极性大小相同，其余为电阻，电压输出U0=?。
③R1、R2感受应变极性相反,输出U0=?。
④R1、R2、R3、R4都是应变片,对臂同性，邻臂异性，电压输出U0=?。
2 石英晶体加速计及电荷放大器测量机械振动，已知加速度计灵敏度为
5pc/g，电荷放大器灵敏度为50mv/pc，当机器达到最大加速度时的相应输出电压幅值为2V，试求机械的振动加速度(单位g)。
四问答题（每题5分，共10分）
1压力传感器测量砝码数据如下，试解释这是一种什么误差，产生这种误差的原因是什么。N(g) 0 1.0 2 3 4 5
正行程(mv)0 1.5 2 2.5 3 3.5
反行程(mv)0 0.5 1 2 2.5 3.5
2解释下列磁敏传感器：
①磁敏电阻与磁敏晶体管有哪些不同？
②磁敏晶体管与普通晶体管的不同之处是什么？
③磁敏电阻与霍尔元件属同一类磁电转换元件，在本质上有什么不同？
五电路分析（每题5分，共20分）
１。下图左是电容式差压传感器，金属膜片与两盘构成差动电容C1、C2 ,两边压力分别为P1、P2。下图右为二极管双T型电路，电路中电容是左图中差动电容，UE电源是占空比为50%的方波。
试分析：
当两边压力相等P1=P2时负载电阻RL 上的电压U0值；
当P1>P2时负载电阻RL上电压U0大小和方向（正负）。
２。图为酒精测试仪电路，A是显示驱动器。
问：①TGS—812是什么传感器？
②2、5 脚是传感器哪个部分，有什么作用？
③分析电路工作原理，调节电位器RP有什么意义?
３。图为光电传感器电路，GP—IS01是光电断路器。分析电路工作原理：
①当用物体遮挡光路时晶体三极管VT 状态是导通还是截止？
②二极管是一个什么器件，在电路中起到什么作用？
③如果二极管反相连接晶体管VT状态如何？
４。下图是电阻应变仪电路框图，电桥采用交流供电，应变信号为一正弦变化的信号频率为20Hz，振荡频率4KHz。请画出放大器、相敏检波器、低通滤波器的输出波形示意图。
（（（（答案三答案三答案三答案三））））
一.填空（每空1 分，共20分）
1.通常传感器由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成，
是能把外界非电量转换成电量的器件和装置。
2.金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象
称应变效应；固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称
压阻效应。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。
3.差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而
实际上差动变压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为
零点残余电压；利用差动变压器测量位移时，如果要求区别位移方向（或正负）可采用相敏检波电路。
4.把一导体（或半导体）两端通以控制电流I，在垂直方向施加磁场B，在
另外两侧会产生一个与控制电流和磁场成比例的电动势，这种现象称
霍尔效应，这个电动势称为霍尔电势。外加磁场使半导体（导体）
5.的电阻值随磁场变化的现象成磁阻效应。
某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象，同时在它的表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称为正压电效应；在介质极化方向施加电场时电介质会产生
形变，这种效应又称逆压电效应。
6.在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称外光电效应；入射光强
改变物质导电率的现象称光电导效应；半导体材料吸收光能后在
PN结上产生电动式的效应称光生伏特效应。
7.块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内
部会产生一圈圈闭合的电流，利用该原理制作的传感器称电涡流
传感器；这种传感器只能测量金属物体。
8.不同的金属两端分别连在一起构成闭合回路，如果两端温度不同，电路中
会产生电动势，这种现象称热电效应效应；若两金属类型相同两端
温度不同，加热一端时电路中电动势E =0。
二.选择题（每空1分，共20分）
电阻应变片磁敏电阻霍尔元件气敏传感
器湿敏传感器
光电耦合器压电传感器电容传感器热敏电阻CCD
电荷耦合器
压阻式传感器光纤传感器磁电传感器光电二极管差动变
压器
热释电器件磁敏晶体管电涡流传感器光电池超
声波传感器
热电偶红外传感器色敏传感器
正确选择以上传感器填入以下空内：
1.可以进行位移测量的传感器有光纤传感器、差动变压器、电阻传感器；
2.可以完成温度测量的有热电偶、热敏电阻；热释电；
3.半导体式传感器是磁敏、霍尔元件、气敏传感器、压阻传感器；
4.光电传感器有光电耦合器、色敏传感器、光纤传感器、光电二极管；
5.用于磁场测量的传感器霍尔器件、磁敏晶体管；
6.进行振动（或加速度）测量的传感器磁电传感器、压电传感器；
7.利用物体反射进行非电量检测的传感器超声波传感器、红外传感器；
三.计算(每题5 分，共10分)
1.图为一直流应变电桥，E = 4V，
R1=R2=R3=R4=350Ω，
求：
①R1为应变片其余为外接电阻，R1增量为△R1=3.5Ω 时输出U0=?。
②R1、R2是应变片，感受应变极性大小相同其余为电阻，电压输出U0=?。
③R1、R2感受应变极性相反,输出U0=?。
④R1、R2、R3、R4都是应变片,对臂同性，邻臂异性，电压输出U0=?。
2.石英晶体加速计及电荷放大器测量机械振动，已知加速度计灵敏度为5pc/g，电荷放大器灵敏度为50mv/pc，当机器达到最大加速度时的相应输出电压幅值为2V，试求机械的振动加速度(单位g)。
四.问答题（每题5分，共10分）
1.压力传感器测量砝码数据如下，试解释这是一种什么误差，产生这种误差的原因是什么。N(g)012345
正行程(mv)0 1.5 2 2.5 3 3.5
反行程(mv)0 0.5 1 2 2.5 3.5
解：迟滞误差；静态误差；传感器本身材料的缺陷造成。
2.解释下列磁敏传感器：
①磁敏电阻与磁敏晶体管有哪些不同？
②磁敏晶体管与普通晶体管的不同之处是什么？
③磁敏电阻与霍尔元件属同一类磁电转换元件，在本质上有什么不同？
解：
①磁敏晶体管有放大作用；
②普通晶体管无磁灵敏度；
③磁敏电阻不能区别磁极性。
五.电路分析（每题5分，共20分）
1.下图左是电容式差压传感器，金属膜片与两盘构成差动电容C1、C2 ,两边压力分别为P1、P2。下图右为二极管双T型电路，电路中电容是左图中差动电容，UE电源是占空比为50%的方波。试分析：
当两边压力相等P1=P2时负载电阻RL 上的电压U0值；
当P1>P2时负载电阻RL上电压U0大小和方向（正负）。
解：
①U0=0
②U0=UfM（C1-C2）因为C1〈C2所以U0〈0 ，输出负电压。
2.图为酒精测试仪电路，A是显示驱动器。问：
TGS—812是什么传感器？
2、5脚是传感器哪个部分，有什么作用？
分析电路工作原理，调节电位器RP有什么意义?
解：
①气敏传感器；
②加热电极，可加速还原反应提高气敏传感器灵敏度；
③调节测量系统的测量范围和满度值。
3.图为光电传感器电路，GP—IS01是光电断路器。分析电路工作原理：
当用物体遮挡光路时晶体三极管VT状态是导通还是截止？
二极管是一个什么器件，在电路中起到什么作用？
如果二极管反相连接晶体管VT状态如何？
解：
①截止；
②红外发射管，起控制作用；
③截止。
4.下图是电阻应变仪电路框图，电桥采用交流供电，应变信号为一正弦变化的信号频率为20Hz，振荡频率4KHz。请画出放大器、相敏检波器、低通滤波器的输出波形示意图。
传感器及检测技术
项目一 传感器误差与特性分析 任务1 检测结果的数据整理 1.1.1 测量与测量方法 1.检测 2.测量方法 (1)电测法和非电测法 (2)直接测量和间接测量 (3)静态测量和动态测量 (4)接触性测量和非接触性测量 (5)模拟式测量和数字式测量 1.1.2 测量误差及其表示方法 测量误差：测量值与其真值之间的差值 例：某温度计的量程范围为0-500oC ，校验时该表的最大绝对误差为6oC ，试确定其精度等级？ 查表1.1，精度等级应定为1.5级 任务1： 现有0.5级的0~300oC 和1.0级0~100oC 的两个温度计，欲测量80oC 的温度，试问选用哪一个温度计好？为什么？在选用仪器时应考虑哪些方面？ 实施： 0.5级的0~300oC 的温度计测量时可能出现的最大绝对误差为： 用其测量80oC 可能出现的最大示值相对误差为： ?? ? ? ? ???? ?引用误差示值（标称）相对误差实际相对误差相对误差绝对误差x γγ%.21%100500 6 %100=?= ??= m m m A x γ5 .1)0300(%5.0111=-?==?m m m A x γ
1.0级的0~100oC 的温度计测量时可能出现的最大绝对误差为： 用其测量80oC 可能出现的最大示值相对误差为： 结论：选用1.0级的0~100oC 的温度计较好。选用仪器时，不能单纯追求精度，而是要兼顾精度和量程 1.1.3 测量误差的分类及来源 1.系统误差 2.随机误差 3.粗大误差（疏忽误差、过失误差) 4.缓变误差 任务2 传感器特性分析与传感器选用 1.2.1 传感器的组成及其分类 1.2.2 传感器的静态特性与指标 传感器的静态特性指标 1.精密度、准确度和精确度 2.稳定性 1 )0100(%.01222=-?==?m m m A x γ%25.1%10080 1 %10022=?= ??= x x m x γ?? ?动态特性 静态特性
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；
《传感器与检测技术》题库 一、名词解释 二、单项选择题 3.某采购员分别在三家商店购买100 kg大米.10 kg苹果.1 kg巧克力，发现均缺少约0.5 kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，在这个例子中，产生此心理作用的主要因素是 B 。 A.绝对误差 B.示值相对误差 C.满度相对误差 D.精度等级 4.在选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。这时必须考虑到应尽量使选购的仪表量程为欲测量的 C 左右为宜。 A.3 倍 B.1.0 倍 C.1.5 倍 D.0.75 倍 5.用万用表交流电压档(频率上限仅为 5 kHz)测量频率高达500 kHz.10 V左右的高频电压，发现示值还不到 2 V，该误差属于B 。 A.系统误差 B.粗大误差 C.随机误差 D.动态误差 6.用万用表交流电压档(频率上限仅为5 kHz)测量5号干电池电压，发现每次示值均为1.8 V，该误差属于 A 。 A.系统误差 B.粗大误差 C.随机误差 D.动态误差 7.重要场合使用的元器件或仪表，购入后需进行高、低温循环老化试验，其目的是为了 D 。
A.提高精度 B.加速其衰老 C.测试其各项性能指标 D. 提高可靠性 8.有一温度计，它的测量范围为0～200 ℃，精度为0. 5级，试求 该表可能出现的最大绝对误差为 A 。 A.1℃ B.0.5℃ C.10℃ D.200℃ 9.有一温度计，它的测量范围为0～200 ℃，精度为0.5 级，当示值 为20 ℃时的示值相对误差为 B A.1℃ B.5％ C.1％ D.10％ 10.有一温度计，它的测量范围为0～200 ℃，精度为0.5 级，当示 值为100 ℃时的示值相对误差为 C 。 A. 1℃ B.5％ C. 1％ D.10％ 11.欲测240 V左右的电压，要求测量示值相对误差的绝对值不大于 0.6%，若选用量程为 250 V电压表，其精度应选 B 级。 A. 0.25 B.0.5 C. 0.2 D.1.0 12.欲测240 V左右的电压，要求测量示值相对误差的绝对值不大于 0.6%，若选用量程为 300 V，其精度应选 C 级。 A.0.25 B. 0.5 C. 0.2 D.1.0 13.欲测240 V左右的电压，要求测量示值相对误差的绝对值不大于
自考“机电一体化”专业衔接考试《传感器与检测技术》课程 实验环节实施方案 一、实验要求 根据《传感器与检测技术》课程教学要求，实验环节应要求完成3个实验项目。考虑到自考课程教学实际情况，结合我院实验室的条件，经任课教师、实验指导教师、教研室主任和我院学术委员会认真讨论，确定开设3个实验项目。实验项目、内容及要求详见我院编制的《传感器》课程实验大纲。 二、实验环境 目前，我院根据编制的《传感器》课程实验大纲，实验环境基本能满足开设的实验项目。实验环境主要设备为： 1、486微机配置 2、ZY13Sens12BB型传感器技术实验仪 三、实验报告要求与成绩评定 学生每完成一个实验项目，要求独立认真的填写实验报告。实验指导教师将根据学生完成实验的态度和表现，结合填写的实验报告评定实验成绩。成绩的评定按百分制评分。 四、实验考试 学生在完成所有实验项目后，再进行一次综合性考试。教师可以根据学生完成的实验项目，综合出3套考试题，由学生任选一套独立完成。教师给出学生实验考试成绩作为最终实验成绩上报。 五、附件
附件1 《传感器与检测技术》课程实验大纲 附件2 实验报告册样式 以上对《传感器与检测技术》课程实验的实施方案，妥否，请贵校批示。 重庆信息工程专修学院 2009年4月14日
附件1 《传感器与检测技术》课程实验教学大纲 实验课程负责人：段莉开课学期：本学期 实验类别：专业课程实验类型：应用性实验 实验要求：必修适用专业：机电一体化 课程总学时：15 学时课程总学分： 1分 《传感器与检测技术》课程实验项目及学时分配
实验一 金属箔式应变片性能—单臂电桥 一、 实验目的 1、观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。 2、测试应变梁变形的应变输出。 3、比较各桥路间的输出关系。 二、 实验内容 了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况。（用测微头实现） 三、 实验仪器 直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁测微头、一片应变片、电压表、主、副电源。 四、 实验原理 电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为： R Ku R ?=式中 R R ?为电阻丝电阻相对变化，K 为应变灵敏系数, l u l ?=为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换 被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压 14 O EKu U = 。 五、 实验注意事项 1、直流稳压电源打到±2V 档，电压表打到2V 档，差动放大增益最大。 2、电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。 3、做此实验时应将低频振荡器的幅度旋至最小，以减小其对直流电桥的影响。 六、 实验步骤 1、了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。 2、将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。将差动放大器的输出端与电压表的输入插口Vi 相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使电压表显示为零，关闭主、副电源，拆去实验连线。 3、根据图１接线。R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。R X =R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V 档，电压表置20V 档。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使电压表显示为零，然后将电压表置2V 档，再调电桥W1（慢慢地调），使电压表显示为零。
传感器与检测技术试卷及答案23657
1．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 2 误差分类，下列不属于的是（B ） A 系统误差 B 绝对误差 C 随机误差 D粗大误差 3、非线性度是表示校准（B ）的程度。 A、接近真值 B、偏离拟合直线 C、正反行程不重合 D、重复性 4、传感器的组成成分中，直接感受被侧物理量的是（B ） A、转换元件 B、敏感元件 C、转换电路 D、放大电路 5、传感器的灵敏度高，表示该传感器（C） A 工作频率宽 B 线性范围宽 C 单位输入量引起的输出量大 D 允许输入量大 6 下列不属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（B） A 应变式传感器 B 化学型传感器 C 压电式传感器 D热电式传感器 7 传感器主要完成两个方面的功能：检测和（D） A 测量 B感知 C 信号调节 D 转换 8 回程误差表明的是在（C）期间输出输入特性曲线不重合的程度 A 多次测量 B 同次测量 C 正反行程 D 不同测量 9、仪表的精度等级是用仪表的（C）来表示的。 A 相对误差 B 绝对误差 C 引用误差 D粗大误差 二、判断 1.在同一测量条件下，多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在改变条件时，按 一定规律变化的误差称为系统误差。（√） 2 系统误差可消除，那么随机误差也可消除。（×） 3 对于具体的测量，精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，所以精确度高的准确度不一定高（×） 4 平均值就是真值。（×） 5 在n次等精度测量中，算术平均值的标准差为单次测量的1/n。（×） 6.线性度就是非线性误差.（×） 7.传感器由被测量，敏感元件，转换元件，信号调理转换电路，输出电源组成.（√） 8.传感器的被测量一定就是非电量（×） 9.测量不确定度是随机误差与系统误差的综合。（√） 10传感器（或测试仪表）在第一次使用前和长时间使用后需要进行标定工作，是为了确定传感器静态特性指标和动态特性参数（√） 二、简答题：（50分） 1、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？答：传感器的动态特性是指当输入量随时间变化时传感器的输入—输出特性。静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。在时域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在频域条件下一般要研究传感器的动态特性。
1、求周期信号x(t)=0.5cos10t+0.2cos(100t-45)通过传递函数为H(s)=1/(0.005s+1)的装 置后得到的稳态响应。 2、进行某动态压力测量时，所采用的压电式力传感器的灵敏度为90.9nC/MPa，将它与增益 为0.005V/nC的电荷放大器相连，而电荷放大器的输出接到一台笔式记录仪上，记录仪的灵敏度为20mm/V。试计算这个测量系统的总灵敏度。当压力变化为3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？ 解：若不考虑负载效应，则各装置串联后总的灵敏度等于各装置灵敏度相乘，即 3、用一个时间常数为0.35s的一阶装置去测量周期分别为1s、2s、和5s的正弦信号，问 幅值误差是多少？
4、想用一个一阶系统做100Hz正弦信号的测量，如要求限制振幅误差在5%以内，那么时间 常数应取为多少？若用该系统测量50Hz正弦信号，问此时的振幅误差和相位差是多少？
5、设某力传感器可作为二阶振荡系统处理。已知传感器的固有频率为800Hz，阻尼比 ξ=0.14，问使用该传感器做频率为400Hz的正弦测试时,其幅值比A(ω)和相角差φ(ω)各为多少?
6、一台精度等级为0.5级、量程范围600～1200 C的温度传感器,它最大允许绝对误差是 多少?检验时某点的温度绝对误差是4 C,问此表是否合格? 7、若一阶传感器的时间常数为0.01s,传感器响应幅值误差在10%范围内,此时最高值为 0.5,试求此时输入信号和工作频率范围? 8、某力传感器为一典型的二阶振荡系统,已知该传感器的自振频率=1000Hz,阻尼比ξ=0.7, 试求用它测量频率为600Hz的正弦交变力时,其输出与输入幅值比A(ω)和相位差φ(ω)各为多少?
一、选择题 1.传感器的线性范围愈宽，表明传感器工作在线性区域内且传感器的（A） A.工作量程愈大C.精确度愈高 B.工作量程愈小D.精确度愈低 2.属于传感器动态特性指标的是（B） A.固有频率C.阻尼比 B.灵敏度D.临界频率 3.封装在光电隔离耦合器内部的是（D） A两个光敏二极管 C一个光敏二极管和一个光敏三极管B两个发光二极管 D一个发光二极管和一个光电三极管 4.适合在爆炸等极其恶劣的条件下工作的压力传感器是（B） A.霍尔式C.电感式 B.涡流式D.电容式 5.当某晶体沿一定方向受外力作用而变形时，其相应的两个相对表面产生极性相反的电荷，去掉外力时电荷消失，这种现象称为（D） A压阻效应B应变效应C霍尔效应D压电效应 6.热电偶式温度传感器的工作原理是基于（B） A.压电效应C.应变效应 B.热电效应D.光电效应 7.矿灯瓦斯报警器的瓦斯探头属于（A） A.气敏传感器C.湿度传感器 B.水份传感器D.温度传感器 8.高分子膜湿度传感器用于检测（D） A.温度C.绝对湿度 B.温度差D.相对湿度 9.下列线位移传感器中，测量范围最大的类型是（B） A自感式B差动变压器式C电涡流式D变极距电容式10. ADC0804是八位逐次逼近型的（B） A.数/模转换器C.调制解调器 B.模/数转换器D.低通滤波器 11.热电偶的热电动势包括（A） A接触电势和温差电势B接触电势和非接触电势
C非接触电势和温差电势D温差电势和汤姆逊电势 12. 为了进行图像处理，应当先消除图像中的噪声和不必要的像素，这一过程称为（C） A 编码 B 压缩 C 前处理 D 后处理 13热敏电阻式湿敏元件能够直接检测（B） A相对湿度B绝对湿度C温度D温度差 14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是（A） A.重复性C.线性度 B.稳定性D.灵敏度 15热电偶传感器通常利用电桥不平衡原理进行补偿，其作用是（C） A扩大量程B提高灵敏度C确保测量精度D提高测量速度 16.便于集成化的有源带通滤波器由运算放大器和（A） A RC网络组成 B LC网络组成 C RL网络组成 D RLC网络组成 17.在下列传感器中，将被测物理量的变换量直接转换为电荷变化量的是（A）A压电传感器B电容传感器C电阻传感器D电感传感器 18.灵敏度高，适合测量微压，频响好，抗干扰能力较强的压力传感器是（A） A.电容式C.电感式 B.霍尔式D.涡流式 19.适合于使用红外传感器进行测量的被测物理量是（D） A厚度B加速度C转速 D 温度 20.欲检测金属表面裂纹采用的传感器是（B） A压磁式B电涡流式C气敏式D光纤式 21.相邻信号在导线上产生的噪声干扰称为（B） A电火花干扰B串扰C共模噪声干扰D差模噪声干扰
“传感器与检测技术”实验报告 学号： 913110200229 姓名：杨薛磊 序号： 83
实验一电阻应变式传感器实验 （一）应变片单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。 二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。 三、需用器件与单元：主机箱中的±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流 1位数显万用表（自备）。 稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码； 4 2 四、实验步骤： 应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器+5V电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模板中的R1(传感器的左下)、R2(传感器的右下)、R3(传感器的右上)、R4(传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的5个电阻符号是空的无实体，其中4个电阻符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R6、R7是350Ω固定电阻，是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。加热器+5V是传感器上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。多芯插头是振动源的振动梁上的应变片输入口，做应变片测量振动实验时用。
一、填空题 1、传感器的一般定义：“能把外界非电信息转换成电信号输出的器件或装置”或“能把非电量转换成电量的器件或装置”。 2、标准误差的估算一般采用称贝塞尔公式，此公式为：。 3、根据测量误差的性质及产生的原因，可分为三类：系统误差、 随机误差与粗大误差。 4、传感器（变送器）输出的标准信号，即国际电工委员会确定为过程控制系统电模拟信号的统一标准是：4-20mADC 的直流电流信号和 1~5VDC 的直流电压信号。 5、对某一量进行一系列等精度测量，一般以全部测得值的算术平均值作为最后测量结果。算术平均值 的计算公式为：
6、随机误差分布的特点是：（1）对称性、（2）抵偿性、（3）单峰性、（4）有界性。 7、修正值与误差值大小相等符号相反。 8、测量误差有以下三的表示方法：绝对误差、相对误差和引用误差。 9、在测量中作为测量对象的特定量，也就是需要确定量值的量，称为被测量。 10、从技术的层面看，检测技术研究的主要内容是测量原理、测量方法、 测量系统和数据处理四个方面。 11、在电阻应变片的桥式测量电路中，全桥电路的灵敏度是单臂电桥电路的 4 倍 12、半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生变化，这种现象称为压阻效应。 13、电感式传感器可分为：自感式传感器、互感式传感器和电涡流式传感器三类 14、单一式变气隙型自感式传感器的输入——输出特性可表示为： P54 。 15、差动式变气隙型自感式传感器的输入——输出特性可表示为： P55 。 16、电容式传感器的等效电路如图：
其中R P为并联损耗电阻，R S为引线电阻，L为电容器本身的电感与外部引线电感。 17、自感式传感器的等效电路如图： 其中R S为总的等效损耗电阻，C为电容， L为自感线圈自身的纯电感。 18、如图能产生压电效应的石英晶体切片， 纵向轴z称为光轴， 垂直于光轴的x轴称为电轴， 与z轴和x轴同时垂直的y轴称为机械轴。 19、能产生压电效应的石英晶体切片沿X轴方向施加作用力，晶体表面产生电荷，这种压电效应称为纵向压电效应。 20、能产生压电效应的石英晶体切片沿Y轴方向施加作用力，晶体表面产生电荷，这种压电效应称为横向压电效应。
《传感器与检测技术》试题 一、填空：（20分） 1，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。（2分） 2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。 3、光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为 三类。第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有光电管、 光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料部电阻率改变的光电 效应，这类元件有光 敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元 件有光电池、光电仪表。 4.热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为 Eab （T ，To ）=T B A T T B A 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ?+-。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移 至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。 5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其部产生机械压力，从 而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产 生机械变形，这种现象称为负压电效应。（2分） 6. 变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③ 不变）（2分） 7. 仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的（2分） 8. 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（① 变面积型 ② 变极距型 ③ 变 介电常数型）外是线性的。（2分） 9. 电位器传器的（线性），假定电位器全长为Xmax, 其总电阻为Rmax ，它的滑臂间的阻值 可以用Rx = （① Xmax/x Rmax,②x/Xmax Rmax ,③ Xmax/XRmax ④X/XmaxRmax ）来计算， 其中电阻灵敏度Rr=（① 2p(b+h)/At , ② 2pAt/b+h, ③ 2A(b+b)/pt, ④ 2Atp(b+h)） 1、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（①增大，②减小，③不变）。 2、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型， ②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。 3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与原方线圈的匝数成（①正比， ②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁 阻成（①正比，②反比，③不成比例）。 4、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， 传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件 和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信 号调节转换电路组成。 5、热电偶所产生的热电热是由两种导体的接触电热和单一导体的温差电热组成。 2、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__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 _电阻应变效应 形 成的，而②的电阻变化主要是由 温度效应造成的。 半导体 材料传感器的灵敏度较大。 3、在变压器式传感器中，原方和副方互感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，而单个空气隙磁阻的大小可用公式 __ 表示。 1.热电偶所产生的热电势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式 为E ab （T,T o ）=T B A T T B A 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ?+-。在热电偶温度补偿中，补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线 和热电偶之间，接入延长线它的作用是将热电偶的参 考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。（7分） 3.电位器或电阻传感器按特性不同，可分为线性电位器和非线性电位器。线性电位器的
精品资料 “传感器与检测技术”实验报告 序号实验名称 1 电阻应变式传感器实验 2 电感式传感器实验 学号： 3 电容传感器实验913110200229 姓名：杨薛磊 序号：83
实验一电阻应变式传感器实验 （一）应变片单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。 二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。 一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感 器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元 件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。 它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在 机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。 三、需用器件与单元：主机箱中的± 2V ～± 10V （步进可调）直流稳压电源、±15V 直 流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码； 4 12位数显万用表（自备）。 四、实验步骤： 应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器 +5V 电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模 板中的 R1( 传感器的左下 )、R2( 传感器的右下 )、R3( 传感器的右上 )、R4( 传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的 5 个电阻符号是空的无实体，其中 4 个电阻 符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R 6、R7是 350 Ω固定电阻， 是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。加热器+5V是传感器 上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。多芯插头是振动源的振动梁上的应 变片输入口，做应变片测量振动实验时用。 1、将托盘安装到传感器上，如图 1 —4 所示。
xx 职业技术学院 教案 xxxxxxxx学年第二学期 课程名称：传感与检测技术 授课教师： xxxxxx 课程所属系（部）：信息与工程系
课程名称: 传感与检测技术 授课班级： 10应用电子技术 实践课 总学时：52学时 学分：4 使用教材：宋雪臣主编《传感器与检测技术》人民邮电出版社20XX 年5月第1版 教学方法、手段：讲授、实训 考核方式：考试 主要参考书目： 俞志根主编《传感器与检测技术》科学出版社20XX年7月第1版 宋雪臣主编《传感器与检测技术》人民邮电出版社20XX年11月第1版 冯柏群祁和义主编《检测与传感技术》人民邮电出版社20XX 年4月第1版 赵玉刚主编《传感器基础》中国林业出版社北京大学出版社20XX年8月第1版
授课日期：20XX年2月15日第1、2节 标题：第1章传感器的基本知识 教学目的与要求： 掌握传感器的概念及组成，熟悉传感器的分类方法，了解传感器的命名方法，掌握传感器的一般特性。 授课时数：2学时 教学重点和难点： 教学重点：1、传感器的定义与组成。 教学难点：1、传感器的静态和动态特性。 教学内容及过程： 教学内容方法与手段时间分配 第一课时 第1章传感器的基本知识 1.1传感器的作用与地位 PPT 、讲授法 10分钟 世界是由物质组成的，各种事物都是物质的不同形态。人们为了从外界获得信息，必须借助于感觉器官。 人的“五官”——眼、耳、鼻、舌、皮肤分别具有视、听、嗅、味、触觉等直接感受周围事物变化的功能，人的大脑对“五官”感受到的信息进行加工、处理，从而调节人的行为活动。 人们在研究自然现象、规律以及生产活动中，有时需要对某一事物的存在与否作定性了解，有时需要进行大量的实验测量以确定对象的量值的确切数据，所以单靠人的自身感觉器官的功能是远远不够的，需要借助于某种仪器设备来完成，这种仪器设备就是传感器。传感器是人类“五官”的延伸，是信息采集系统的首要部件。 非电量不能直接使用一般的电工仪表和电子仪器进行测量，因为一般的电工仪表和电子仪器只能测量电量，要求输入的信号为电信号。 非电量需要转化成与其有一定关系的电量，再进行测量，实现这种转换技术的器件就是传感器。 传感器是获取自然或生产中信息的关键器件，是现代信息系统和各种装备不可缺少的信息采集工具。采用传感器技术的非电量电测方法，就是目前应用最广泛的测量技术。 随着科学技术的发展，传感器技术、通信技术和计算机技术构成了现代信息产业的三大支柱产业，分别充当信息系统的“感官”、“神经”和“大脑”，他们构成了一个完整的自动检测系统。
传感器与检测技术习题答案 第一章 答：随着我国工业化、信息化步伐加快，现代化建设中的各行各业高效生产对传感器也检测技术的依赖逐步加深。比如：先进的传感器技术助力现代化石油钻井平台建设。 为了能够可靠地采集钻井平台钴机塔架上运动部件的终点位置，使用了感应式传感器。在整个新型钻井中共使用了60个这样的感应式传感器，方形的接近开关对钢质目标的感应距离增大到20mm, 满足了近海海上勘探工作环境极为恶劣的所有要求。 ②稳定性：传感器的输入、输出的单值函数关系最好不随时间和温度二变化，受外界其他因素的干扰影响亦很小，重复性要好。 ③灵敏度：即被测参量较小的变化就可使传感器获得较大的输出信号。
④其他：如耐腐蚀性、功耗、输出信号形式、体积、售价等。 答：功能： 信号调理：在检测系统中的作用是对传感器输出的微弱信号进行检波、转换、滤波、放大等，以方便检测系统后续处理或显示。 信号处理：信号处理时自动检测仪表，检测系统进行数据处理和各种控制的中枢环节，其作用和人类的大脑相类似。 区别： 信号调理作用是把信号规格化，滤除干扰，信号处理则是提取信号中的信息，并对这些信息按照功能要求进行处理。可以说，信号调理是进行信号处理的基础。 组成： 信号调理：信号放大、信号滤波、A/D转换 信号处理：主要是各种信号的嵌入式微控制器、专用高速数据处理器（DSP）等答：分类见表1-1(P8) 答：按照被测参量分类，可以分成测量：电工量、热工量、机械量、物性和成分量、
光学量、状态量等。 答：1.不断拓展测量范围，提高管检测精度和可靠性 2重视非接触式检测技术研究 3检测系统智能化 第二章 答：随机误差：检测仪器或者测量过程中某些未知或无法控制的随机因素（如仪器某些原件器件性能不稳定、外界温度、湿度变化，空中电磁波扰动等）综合作用的结果。随机误差的变化通常难以预测，因此也无法通过实验的方法确定、修正和消除。但是通过足够多的测量比较可以发现随机误差服从某种统计规律。从而进行消除。 系统误差：产生原因大体有：测量所用的工具本身性能不完善或者安装、布置、调整不当；在测量过程中的温度湿度、气压、电磁干扰等环境条件发生变化；测量方法不完善、或者测量所依据的理论本身不完善；操作人员视读方式不当等。系统误差产生的原因和变化规律一般可以通过实验和分析查出，因此系统误差可以设法确定并消除。 粗大误差：一般由外界重大干扰或者仪器故障或不正确的操作引起。存在粗大误差
第一章传感器基础 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。 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，传感器是检测系统与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。如果采用偏差法测量，仪表必须有较大量程以满足U0的要求，因此对△U，这个小量造成的U0的变化就很难测准。测量原理如下图所示： 图中使用了高灵敏度电压表——毫伏表和电位差计，R r和E分别表示稳压电源的内阻和电动势，凡表示稳压电源的负载，E1、R1和R w表示电位差计的参数。在测量前调整R1使电位差计工作电流I1为标准值。然后，使稳压电源负载电阻R1为额定值。调整RP的活动触点，使毫伏表指示为零，这相当于事先用零位式测量出额定输出电压U。正式测量开始后，只需增加或减小负载电阻R L的值，负载变动所引起的稳压电源输出电压U0的微小波动值ΔU，即可由毫伏表指示出来。根据U0=U+ΔU，稳压电源输出电压在各种负载下的值都可以准确地测量出来。微差式测量法的优点是反应速度快，测量精度高，特别适合于在线控制参数的测量。
传感器与自动检测技术验 指导书 张毅李学勤编著 重庆邮电学院自动化学院 2004年9月
目录 C S Y-2000型传感器系统实验仪介绍 (1) 实验一金属箔式应变片测力实验（单臂单桥） (3) 实验二金属箔式应变片测力实验（交流全桥） (6) 实验三差动式电容传感器实验 (9) 实验四热敏电阻测温实验 (12) 实验五差动变压器性能测试 (14) 实验六霍尔传感器的特性研究 (17) 实验七光纤位移传感器实验 (21)
CSY-2000型传感器系统实验仪介绍 本仪器是专为《传感器与自动检测技术》课程的实验而设计的，系统包括差动变压器、电涡流位移传感器、霍尔式传感器、热电偶、电容式传感器、热敏电阻、光纤传感器、压阻式压力传感器、压电加速度计、压变式传感器、PN结温度传感器、磁电式传感器等传感器件，以及低频振荡器、音频震荡器、差动放大器、相敏检波器、移相器、低通滤波器、涡流变换器等信号和变换器件，可根据需要自行组织大量的相关实验。 为了更好地使用本仪器，必须对实验中使用涉及到的传感器、处理电路、激励源有一定了解，并对仪器本身结构、功能有明确认识，做到心中有数。 在仪器使用过程中有以下注意事项： 1、必须在确保接线正确无误后才能开启电源。 2、迭插式插头使用中应注意避免拉扯，防止插头折断。 3、对从各电源、振荡器引出的线应特别注意，防止它们通过机壳造成短路，并 禁止将这些引出线到处乱插，否则很可能引起一起损坏。 4、使用激振器时注意低频振荡器的激励信号不要开得太大，尤其是在梁的自振 频率附近，以免梁振幅过大或发生共振，引起损坏。 5、尽管各电路单元都有保护措施，但也应避免长时间的短路。 6、仪器使用完毕后，应将双平行梁用附件支撑好，并将实验台上不用的附件撤 去。 7、本仪器如作为稳压电源使用时，±15V和0~±10V两组电源的输出电流之和 不能超过1.5A，否则内部保护电路将起作用，电源将不再稳定。 8、音频振荡器接小于100Ω的低阻负载时，应从LV插口输出，不能从另外两个 电压输出插口输出。
传感器与检测技术 传感器与检测技术 第一章概述 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。 1.1 机电一体化系统常用传感器 1.1.1 传感器的组成 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。 大多数传感器为开环系统，也有带反馈的闭环系统。 1.1.2 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: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 电感式传感器、电容式传感器、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 可分为电阻式、电感式、电容式、光电式、磁电式、压电式、热电式、陀螺式、机械式、流体式。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）又称能量转换型； （2）有源型：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）。电阻式包括光敏电阻、热敏电阻、湿敏电阻等形式。 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，加上计数器可对输入量进行计数；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。 ①开关型（二值型）：包括接触型（微动开关、行程开关、接触开关）、非接触型（光电开关、接近开关）； ②模拟型：包括电阻型（电位器、电阻应变片）、电压\电流型（热电偶、光电电池）、电容\电感型（电容、电感式位置传感器）； ③数字型：包括计数型（脉冲或方波信号+计数器）、代码型（回转编码器、礠尺）。
传感器与检测技术复习题 0.1传感器在检测系统中有什么作用和地位？ 答：传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。 0.2解释下列名词术语： 1)敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器 答：①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。 ②传感器：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,通常由敏感元件和转换元件组成。 ③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的装置。 ④变送器：能输出标准信号的传感器。 1.1某位移传感器，在输入量变化5 mm时，输出电压变化为300 mV,求其灵敏度。 解： 1.2某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃、S2= 2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系统的总的灵敏度。 解： 1.3测得某检测装置的一组输入输出数据如下： x 0.9 2.5 3.3 4.5 5.7 6.7 y 1.1 1.6 2.6 3.2 4.0 5.0 a)试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度； b)用C语言编制程序在微机上实现。 解： ，， ，， 拟合直线灵敏度 0.68,线性度±7% 。 1.8什么是传感器的静特性？有哪些主要指标？ 答：静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。 1.9如何获得传感器的静特性？ 答：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。 1.10传感器的静特性的用途是什么？ 答：人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。 1.11试求下列一组数据的各种线性度： x 1 2 3 4 5 6 y 2.20 4.00 5.98 7.9 10.10 12.05 1)理论（绝对）线性度，给定方程为y=2.0x;
!知识目标：掌握接近开关的基本工作原理，了解各种接近开关的环境特性及使用方法，掌握应用接近开 T丨关进行工业 技术检测的方法 教学■ 口h I能力目标：对不同接近开关进行敏感性检测，使用霍尔接近开关完成转动次数的测量。 目标！ i素质目标： ■ ■ ■ W ■?Fr??T??* 教学 重点 .■该学…t 难点i接近开关的基本工作原理 I ---一一 ^—--十一- ——一一-一-一一--- —一-- . - — - - _-一- --- 教学］理实一体千 輕丨实物讲解手段!小组讨论、协作 接近开关的应用 教学! 学时丨10 教学内容与教学过程设计 1理论学习〗 项目一开关量检测 任务一认识接近开关 一、霍尔效应型接近开关 1.霍尔效应 霍尔效应的产生是由于运动电荷在磁场作用下受到洛仑兹力作用的结果。把N型半导体薄片放在磁场中，通以固定方向的电流i图1-2霍尔效应 么半导体中的载流子（电子）将沿着与电流方向相反的方向运动。 如图1-2所示，i || （从a点至b点），那\ I讲解霍尔效应基i本原 理，及霍尔电 I动势。 2.霍尔元件 霍尔元件的结构简单，由霍尔片、四根引线和壳体组成，如图1-3 所示。 图1-3 霍尔元件
—H ■ ——= H H H —H ■ ■ H H H H — H I 3.霍尔原件的性能参数 1）额定激励电流 2）灵敏度KH 3）输入电阻和输出电阻 4）不等位电动势和不等位电阻 5）寄生直流电动势 6）霍尔电动势温度系数 4.霍尔开关 霍尔开关是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，可把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。 图1-6霍尔开关 5.霍尔传感器的应用 1）霍尔式位移传感器 霍尔元件具有结构简单、体积小、动态特性好和寿命长的优点，有功功率及电能 参数的测量，也在位移测量中得到广泛应用。 1-7 霍尔式位移传感器的工作原理图 2）霍尔式转速传感器 图1-8所示的是几种不同结构的霍尔式转速传感器。 图1-8 几种霍尔式转速传感器的结构 3）霍尔计数装置 图1-9所示的是对钢球进行计数的工作示意图和电路图。当钢球通过霍尔开关传感器 时，传感器可输出峰值20 mV的脉冲电压，该电压经运算放大器（卩A741）放大后，驱动半导 蒞H尤 ｛牛 吐n惑坳强屢曲同的传黑 器 霜晦疋件 \ -Av 骷］罰腋的怖楞传想 器 雷耳朮件 At 畑铀构柑同的拉牌传感盟 1 了解霍尔传感器 I i的应用。 它不仅用于磁感应强度、 U) 2