传感器技术及应用期末复习资料
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一、判断题(10分,每题2分)
1、传送带上塑料零件的计数通常选用电涡流传感器。(×)
2、变压器电桥电路适合应用于单只变极距型电容器,可以克服它的非线性(×)。
3、二阶传感器的动态参数主要是时间常数。(×)
4、压电式传感器通常应用于静态测量。(×)
5、并联寄生电容使电感传感器的有效电感增加,引起灵敏度提高。(√)
二、选择题(10分,每题2分)
1、在以下几种传感器当中 C 属于自源电型传感器。
A、电容式
B、电阻式
C、磁电式
D、电感式
2、当石英晶体受压时,电荷产生在垂直于 B 轴的晶面上。
A、Z
B、X
C、Y
D、X、Y、Z
3、减小霍尔元件的输出不等位电势的办法是 C 。
A、减小激励电流
B、减小磁感应强度
C、使用电桥调零电位器
4、将机械振动转换成电信号是利用压电材料的 C 。
A、应变效应
B、电涡流效应
C、压电效应
D、逆压电效应
5、电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系,除 B 外是线性的。
A、变面积型
B、变极距型
C、变介电常数型
三、填空(本题共20分,每空2分)
1、传感器由敏感元件、转换元件、测量电路三
部分组成。
2、在石英晶片的机械轴上施加力,其电荷产生在 与X 垂直的晶面 。
3、霍尔元件采用恒流源激励是为了 减小温漂 。
4、压电材料在使用中一般是两片以上,在以电荷作为输出的地方一般是 压电元件 并联 起来,而当以电压作为输出的时候则一般是把压电元件 串联 起来。
5、金属电阻的 应变电阻效应 是金属电阻应变片工作的物理基础。
6、传感器的重复性是指 传感器在同一工作条件下,输入量按同一方向做全量程连续多次变动时,所得特性曲线间一致程度的指标。
7、磁电式传感器用作惯性传感器,需满足的条件是 质量块m 较大,弹簧弹性系数k 较小,被测物体振动频率足够高 。 四 证明题(本题共10分)
如图所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路,图中R 2=R 3=R 是固定电阻,R 1与R 4是电阻应变片,工作时R 1受拉,R 4受压,ΔR 变化相等,桥路处于平衡状态,当应变片受力发生应变时,桥路失去平衡,这时,就用桥路输出电压Ucd 表示应变片变后电阻值的变化量。试证明:Ucd=-(E/2)(ΔR/R)。 答:工作时R 1受拉,R 4受压,ΔR 变化相等, 桥路处于平衡状态,则 R1xR3=R4xR2
R R R ∆+=1 R R R ∆-=4
E R R R
R E R R R R E R R R R U U U db cb cd 2
242∆-∆-=+∆--+∆+=-=
略去R ∆和它的二次项,即可得R
R
E U cd ∆⋅-=2
E
cd
五论述题(本题共20分)
1.论述相敏检波电路用于差动变压器的测量电路时的工作原理。
移相器的作用:使er和es保持同相或反相,且满足er>>es。
R1=R2,C1=C2。
当衔铁处于中间位置时,es=0,只有er起作用。若er正半周,A+,B-,则D1、D2导通,D4、D3截止,流过R1,R2上的电流分别为i1,i2,其电压降U CB与U DB大小相等方向相反,所以U CD=0。若er负半周,则D4、D3导通,D1、D2截止,流过R1,R2上的电流分别为i3,i4,其电压降U CB与U DB大小相等方向相反,所以U CD=0。
若衔铁上移,es≠0,此时er和es同相,由于er>>es,当er正半周,D1、D2导通,D4、D3截止,D1回路的电势为er+ es /2, D2回路的电势为er- es /2。所以,回路电流i1 〉i2, U CD 〉0。当er负半周,D4、D3导通,D1、D2截止,D3回路的电势为er- es /2,D4回路的电势为er+ es /2,回路电流i4 〉i3, U CD 〉0。
若衔铁下移,es≠0,er和es反相,U CD <0
输出信号的正负代表了衔铁位移的方向。
2.推导出二阶传感系统在"频域最佳阻尼比系数”下的谐振频率ωr.
答:由归一化的幅值增益A (w )=1/2)wn
w n *2(]2)(
1[∧+∧-ζwn w 当A (w )对w 求导时,如果出现等于0的情况,则此时出现峰值,出现的频率则为谐振频率,由dA (w )/dw=0求得wr=wn n 2*21∧-ζ
3.什么是谐振子的机械品质因数Q? 它对谐振系统的测量有什么影响?
解:实际系统的谐振频率2
21ξ-=r
w 与系统的固有频率m k w n
/=存在一定的差别,
为了描述谐振状态的优劣程度,引入谐振子的机械品质因素Q 值,C
S
E E Q π
2=
Q 值反映了谐振子振动中阻尼比系数的大小及消耗能量快慢的程度,也反映了幅频特性曲线陡峭程度,即谐振敏感元件选频能力的强弱,从系统振动能量来说,Q 值越高表明相对于给定的谐振子每周存储的能量而言,由阻尼等消耗的能量就越小,系统的储能效率就越高,系统抗干扰能力越强;同时Q 值越高,表明谐振子的谐振频率与系统的固有频率就越接近,系统的选频特性就越好,越容易检测到系统的谐振频率,同时系统的振动频率就越稳定,重复性就越好。
4.简述二阶测试系统的”时域最佳阻尼比系数”和”频域最佳阻尼比系数”的物理意义.
答:根据所允许的相对误差σt 确定系统的超调量σp 的原则来选择阻尼比系数ξn ,这时的阻尼比系数就为时域最佳阻尼比系数。
对于相同的允许误差σF ,必定有一个使二阶传感器获得最大工作频带的阻尼比系数,称之为频域最佳阻尼比系数。
六 计算题(共30分)
1 (共10分)有个传感器测量系统,其动态特性可以分别用下面微分方程描述,试求这两个系统的时间常数τ和静态灵敏度K 。
(1) T y dt dy
5105.1330-⨯=+ 式中, y ——输出电压,V ;T ——输入温度,℃。(4分)
解: 时间常数τ=a1/a0=30/3=10 (S );
静态灵敏度K=b0/a0=(1.5*10^-5)/3=5*10-6(V /℃)
(2) 某一压电式加速度传感器的动态特性可以用如下的微分方程来描述,即
x y dt dy dt y d 10
1032
2100.111025.2100.3⨯=⨯+⨯+
式中,y ——输出电荷量,pC ;x ——输入加速度,m/s 2。试求其固有振荡频
率ωn 和阻尼比ζ。(6分)
解:由题给微分方程可得:
5n 3
1.510(/)0.01
rad s ωξ==⨯=
=