医用传感器习题

1 第一章习题

1.医用传感器的定义、组成及在医用测量系统中的作用？

2.传感器定义中“有用信号”的含义是什么？为什么通常传感器输出信号形式为电信号？

3.何谓物理型、化学型、生物型传感器？

4.何谓直接型、间接型、物性型和结构型传感器？

5.试分析比较医用传感器主要分类方法有何优缺点。

6.人体信息的特殊性及检测的特点？对医用传感器有哪些特殊要求？

7.就医用传感器的发展任选角度写一篇综述（要求附参考资料，不少于1500字.）。

第二章习题

1.何谓传感器的静态特性？写出静态特性的一般数学模型及三种典型形式，并说明物理意义。

2.衡量静态特性的指标主要有哪些？分别说明其定义和物理意义。

3.线性度对应的几种拟和方法的特点及使用时应注意的问题。

4.何谓传感器的动态特性？写出动态特性的数学模型并说明各个量的物理意义。

5.阶跃响应分析中的时域性能指标有哪些？各自的定义及意义。

6.何谓传感器的频率特性？如何描述？

7.分别写出零阶、一阶、二阶传感器对应的特征参数的物理意义及响应特性并说明各自的特点。

8. 画出二阶传感器对单位阶跃信号，在阻尼比ξ＜１，ξ＝１，ξ＞１时，其输出Y(t)的时间响应特性曲线并说明其特点。

9.设X、Y分别为传感器的输入值、输出值，下表列出的为测试结果，计算其端点线性度、平均选点线性度、最小二乘法线性度，并进行比较，根据比较结果得出什么结论？假设另有一组测量值将如何计算？

X 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00

Y 7.23 11.96 16.92 21.95 26.90 32.16 36.91 41.94 47.11 52.03

2 10. 分别在下面两幅图中标出以下各量：

(1)上升时间； (2)稳定时间； (3)峰值时间； (4)最大超调量

Y(t) Y(t)

1 1

t t

11. 若有微分方程式为：

其中x是输入信号，y是输出信号，a到h均为常数。求其时间常数。

12.将某温度计放入100℃的恒温水中，测得如下数据（忽略记录仪惯性）：

t(s) 0.0 1.2 3.0 5.6 8.0 11.0 15.0 18.0

T(℃) 20 40 60 80 90 95 98 99

根据所列数据，判断此系统是否为一阶系统，如果是，请用最小二乘法求出时间常数τ(提示：对假定的一阶模型tyABe，作ln()YAy与时间t的曲线，判断是否为一阶系统)。

13. 传感器静态特性指标中，准确度和精密度的区别在何处? 其分别反映了系统的哪一种特性？

14.一个紫外线检流计的阻尼比0.5，无阻尼固有频率1015.rads，输人一个单位阶跃信号，试确定：(1)超调量(百分比)，(2)稳定时间(±5％)，(3)上升时间。

15.欲测量10Pa压力，现有两种量程的压力传感器，一个量程为100Pa，精度为±1.5级，另一个量程为15Pa，精度为±2.5级，问选用哪一个传感器合适?

通过此例说明了什么?

16.某压力传感器是一阶系统，它含有一个波纹管和位移传感器，系统的时间常数为0.2s，根据系统的频响特性确定压力脉动的最大频率，其引起的误差必须小于10%。

17.一个二阶系统的传感器，其阻尼系数0.4，固有频率10800.rads，用它测量频率1400.rads的正弦变化力，幅值误差及相位偏移各为多少?若采用'11000.rads，'0.6的力传感器，测量结果将有多大改善? dydyabxchyefxgdtdt

3 第三章习题(1)

1.何谓电阻式传感器？包括有几种？

2.分别说明何谓应变效应、何谓压阻效应？

3.金属箔应变片有哪些优点？

4.何谓横向效应？横向效应的存在对应变片的性能有何影响？

5.应变片的性能包括哪些？

6.简述电阻应变片产生温度误差的原因及补偿方法。

7.在电桥测量电路中，各桥臂阻值在什么情况下电桥灵敏度最高？试证明之。

8.分别画出常用的四种测量桥路，说明各种桥路的特点，并比较其灵敏度。

9.半导体应变片和金属应变片在工作原理、元件性质和使用范围上有何异同？

10.试用公式比较说明恒压源供电与恒流源供电之区别，得出什么结论？

11.举例说明电阻式传感器在医学测量中的应用。

12.有人在使用电阻应变仪时，发现灵敏度不够，他在差动工作的两臂中各增加了一片串联的电阻应变片，其参数与原来的应变片相同，问这样做能否达到提高电桥灵敏度的目的?为什么?应该怎样提高其灵敏度?

13.为了测量悬臂梁的应变，把一个电阻1,Rk 2.0K以及室温时温度系数为15110C的应变片安装在梁上，并与图P4-10所式的电桥相连接。电桥检波器电阻为100，灵敏度为1/A， 忽略电源内阻抗。求：

(1)如果应变片变化0.1%,计算检波器偏转多少。

(2)假设应变片电阻变化主要由温度变化所引起，试计算室温上升10℃时等效

应变的变化量。

(3)提出一种减小温度影响的方法。

4 14. 解释名词: 应变片灵敏系数；横向灵敏度；应变极限；疲劳极限；允许电流；零漂及蠕变。

15.下图为测量示意图，分析说明其测量原理，为使其灵敏度最高，应如何连接

桥路？（a）图为差动式结构；（b）图为非差动式结构；(R1=R2=R)

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第三章习题（2）

1.何谓电容式传感器？有何特点？

2.常见的平行板式电容式传感器有几种形式？分别说明其测量原理。

3.画出电容式压力传感器结构模型并说明测量原理及输出特性。

4.针对电容式血压计结构及测量原理图，推导输出电压与压力之间的关系式。

5.简述电容式微音器的工作测量原理。

6.试比较分析四种桥路形式的灵敏度。

7.写出等效电容的表达式，并分析可得出什么结论？

8.右图中当R→∞时，______和 _____成正比；

当R→0时_____和 ______成正比。

9.在理想情况下，交流电桥12()aaZZ______时，12()=______时，电压灵敏度最大；a= ______ 时，θ=______时，电压灵敏度最小。

10.对面积为1cm2的平行板电容传感器，其阻抗为100MΩ，求通过高于20HZ的音频所需要的极距X(极板间介质为空气)。

11.证明平行板电容传感器(无输入位移时电容为Co)与负载电阻RL和直流电源V串联成回路时，电容传感器的输出电压对极板距离的特性是高通滤波器特性。

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第三章习题（3）

1.何谓电感式传感器？分为几类？分别说明每种类型的基本工作原理。

2.画出自感传感器的等效电路，求出有效电感和有效灵敏度，并分析结论。

3.简述差动变压器式传感器的测量原理是什么？

4.写出差动自感传感器与差动变压器式传感器的输出特性并比较有何不同。

5.零点残余电压的产生及消除方法。

6.简述电涡流式传感器的工作原理。

7.带有两个电感线圈的可变阻抗差压传感器，由于压力作用，一个电感变化L，另一个电感变化L，以两种方法接入电桥，电桥电阻R 。求两种接法的灵敏度并比较之()LL(见图P4-11)。

第三章习题（4）

1.磁电式心音传感器有几种形式？针对其中一种说明其测量原理及特征？

2.简述电磁血流量传感器的原理，写出其输出电压与流体的体积流量Q的关系式？并说明为什么要用交流激励？

3.何谓霍尔效应？霍尔电势的表达式？有何应用？

4.何谓磁阻效应？它的存在对霍尔元件的性能有何影响？

5.磁敏管与霍尔元件相比有何特点？

6 第三章习题（5）

1.何谓压电效应和逆压电效应？

2.对压电材料来说哪些参数是比较重要的？为什么？

3.常用的压电材料有哪些？各有什么特点？

4.分别说明横向、纵向效应压电晶片串、并联时的效率，有什么作用和要求？

5.压电传感器有什么特点？对测量电路有何要求？前置放大器的功能？

6.何谓电荷放大器？简述其功能及特性？

7.采用电压放大器作压电传感器的前置放大器有何特点？

8.设计一个血压测量用的压电式传感器，并说明其测量原理。

9.某石英晶体受纵向作用力Fx=9.8 N,其截面积Sx= 5cm2,厚度d=0.5cm,试求：

(1)此电压元件两极片间的电压值；

(2)若压电元件与高阻抗运算放大器之间连接电缆的电容为Cc=4pF，求此时压电式传感器的输出电压。

10.试计算压电陶瓷PZT-8纵向压电传感器的静态电容(已知A=1cm2 t=1mm

r=1000 d33=225x10-12C/N).当电压放大器输入电阻RI=1010,CI=1000PF,Cc=100PF,试计算电压放大器的灵敏度。当电荷放大器的反馈电阻Rf=1010,Cf=1000PF,求低频截止频率。若施加10g的力，求其电荷放大器的输出电压。

11.对面积为1cm2厚为1mm的纵向压电式传感器, 若施加20g的力，求其输出电压。（对石英d11=2.3PC/N,r=4.5,对钛酸钡d33=140PC/N,r=1700）。

第三章习题（6）

1.何谓玻尔帖电势？何谓汤姆逊电势？简要说明其产生的机理？

2.热电偶传感器的测温原理？热电势的组成？它与哪些因素有关？

3.热电偶传感器的四个基本定则是什么？试解释之。

4.已知热电偶材料是α=38.7μV/℃和β=0.082μV/℃的康铜与铂构成的标准热电偶。假设参比端的温度为0℃，求50℃时热电偶的热电势E=？并求其热电灵敏度α=？

5.写出NTC型热敏电阻的R-T特性及对应的温度系数？若T=300K,Bn=4000K 计