【正文】 《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》題庫(kù)參考答案 一、選擇題 001~005: CBBCA 006~010: DABBB 011~015: DACAC 016~020: BBCDD 021~025: BCBCB 026~030: DBCBB 031~035: DBCDD 036~040: CBCBA 041~045: ABBDB 046~050: ACBAB 051~055: CBACC 056~060: ABCCC 061~065: CDADE 066~070: CABCC 071~075: AACBC 076~080: BCCAC 081~085: DDBAB 086~090: BDCDD 091~095: BCBCB 096~100: ABCBC 101~105: BDDAD 二、填空題 （穩(wěn)定性） （ 薄膜 ） （單點(diǎn)接地） 、（屏蔽隔離） 、 （濾波） （壓電式）和 、 （應(yīng)變式） （電子一空穴） （靈敏度） 、 （非線性誤差） 。 （通過(guò)） （ 多路切換 ） （動(dòng)態(tài)特性 ） （ 校準(zhǔn)） . 1（ 阻抗 Z ） 1（逆壓電 ） 1（ 零 ） 1（比較法） 1（ 差動(dòng) ） 1（正壓電效應(yīng)） 1（靜態(tài)力） 1（電信號(hào)） 1（臨界） （ RC 網(wǎng)絡(luò) ） 2（ RC 吸收電路 ） 2（ 非線性 ） 2（大） 2（靜態(tài)） 2（并聯(lián)） 2（完全跟隨） 2（敏感元件）、（轉(zhuǎn)換元件） 、 （基本轉(zhuǎn)換電路） 2（熱電） 2（下降） （位數(shù)）。 3（采樣定理） 3（屏蔽） 3（智能化） 3（金屬） 3（ 50～ 70） 3（溫差） 、 （接觸） 3（對(duì)地低阻抗端） 3（變極距） 3（中間導(dǎo)體） （不平衡） 4（逐次逼近） 42（ 乘積（或積）） 4（ 敏感 ） 4（ 力（或慣性力） ） 4 能夠感覺(jué)外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換層可用的輸出信號(hào)、敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路 4 金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體 4 系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、粗大誤差 、隨機(jī)誤差、平均值 4 溫差、接觸 4 測(cè)量值與真值之差、絕對(duì)誤差與示值之比乘以 100%、絕對(duì)誤差與滿(mǎn)量程之比乘以 100% 50、 靜態(tài)輸入、輸出 5 內(nèi)光電效應(yīng)、光生伏特效應(yīng) 5 電渦流傳感器 5 熱電效應(yīng) 5接觸電勢(shì)、溫差電勢(shì) 5變間隙式電容傳感器 5基底、敏感柵（或電阻絲）、引線、覆蓋層 三、簡(jiǎn)答題 答：（ 1）與測(cè)量條件有關(guān)的因素：測(cè)量的目的；被測(cè)量的選擇；測(cè)量范圍；被測(cè)量的幅值和頻率；精度要求；時(shí)間要求 （ 2）與傳感器有關(guān)的指標(biāo)： 選擇傳感器主要考慮靈敏度、響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性、精確度、測(cè)量方式等六個(gè)方面的問(wèn)題 （ 3）與使用環(huán)境有關(guān)的因素：安裝現(xiàn)場(chǎng)條件；環(huán)境條件；信號(hào)傳輸距離；測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的功率容量 （ 4）與采購(gòu)和維修有關(guān)的因素：價(jià)格；零配件的儲(chǔ)備；售后服務(wù)；交 貨日期。 答：采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)可以改善非線性、提高靈敏度，對(duì)電源電壓、頻率的波動(dòng)及溫度變化等外界影響也有補(bǔ)償作用；作用在銜鐵上的電磁力，由于是兩個(gè)線圈磁通產(chǎn)生的電磁力之差，所以對(duì)電磁吸力有一定的補(bǔ)償作用，從而提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性。如差動(dòng)變間隙式電感傳感器、差動(dòng)變面積式電感傳感器等。 答：由溫度引起應(yīng)變片電阻變化的原因主要有兩個(gè)：一是敏感柵的電阻值隨溫度的變化而改變，即電阻的溫度效應(yīng)；二是由于敏感柵和試件線膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的電阻變化。 進(jìn)行溫度補(bǔ)償，消除誤差的方式主要有三種：溫度自補(bǔ)償法、橋路補(bǔ) 償法和熱敏電阻補(bǔ)償法。溫度自補(bǔ)償法是通過(guò)精心選配敏感柵材料與結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償；橋路補(bǔ)償法是利用電橋的和差特性來(lái)達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?；熱敏電阻補(bǔ)償法是使電橋的輸入電壓隨溫度升高而增加，從而提高電橋的輸出電壓。 答：電橋電壓靈敏度正比于電橋供電電壓，電橋供電電壓越高，電橋電壓靈敏度越高。但是供橋電壓的提高，受到應(yīng)變片允許功耗的限制，所以一般供橋電壓應(yīng)適當(dāng)選擇；電橋電壓靈敏度是橋臂電阻比值 n 的函數(shù)，因此應(yīng)當(dāng)恰當(dāng)選擇橋臂比 n 的值，保證電橋具有較高的電壓靈敏度。 減少非線性誤差的辦法是采用半橋雙臂和全橋接法 。 答： 因?yàn)楹?jiǎn)單的二極管檢波電路只能利用二極管的單向?qū)щ娦詮恼{(diào)幅波中分離出正電壓信號(hào)，如果調(diào)制波帶有極性（即有正也有負(fù)），那么解調(diào)后得到的信號(hào)會(huì)產(chǎn)生失真；而相敏檢波器既能反映輸入信號(hào)的幅值，也能反映輸入信號(hào)的極性，所以用相敏檢波器來(lái)解調(diào)可以較好的還原輸入信號(hào)，達(dá)到解調(diào)的效果。 答：因壓電式傳感器的輸出電阻很大、電荷量很小，信號(hào)微弱； 電荷放大器具有輸入阻抗高，輸出電壓與壓電式傳感器電荷成正比、與反饋電容成反比；與電纜分布電容無(wú)關(guān)； 電壓放大器具有電路簡(jiǎn)單，成本低，壓電式傳感器須與電纜 配套使用。 不適宜低頻振動(dòng)信號(hào)測(cè)量，其傳感器低頻特性差，電荷積累不易。 答： 、電流、位移、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等。 ，在無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)，兩輸出電極之間的空載電勢(shì)，可用輸出的電壓表示。 ：分流電阻法：適用于恒流源供給控制電流的情況。電橋補(bǔ)償法 答：傳感器與電壓放大器連接的電路 ,其輸出電壓與壓電元件的輸出電壓成正比 ,但容易受電纜電容的影響。 傳感器與電荷放大器連接的電路 ,其輸出電壓與壓電元件的輸出電荷成正 比 ,電纜電容的影響小。 答：壓電式傳感器只有在負(fù)載阻抗無(wú)窮大、內(nèi)部也無(wú)漏電時(shí)，受力后產(chǎn)生的電壓（電荷）才能長(zhǎng)期保存下來(lái)，否則電路將以某時(shí)間常數(shù)按指數(shù)規(guī)律放電。這對(duì)于測(cè)量緩變信號(hào)極為不利，必將造成測(cè)量誤差。（而在動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，電荷量可以不斷得到補(bǔ)充，）因此壓電式傳感器適于動(dòng)態(tài)測(cè)量，而不能用來(lái)測(cè)量變化比較緩慢的信號(hào)。 1 答：壓電式加速度傳感器的靈敏度取決于壓電元件的壓電系數(shù)和慣性質(zhì)量塊的質(zhì)量大小。為了提高靈敏度，應(yīng)當(dāng)選用壓電系數(shù)大的壓電材料做壓電元件，在一般精度要求的測(cè)量中，大多采用壓電陶瓷作為壓電 敏感元件。還可以采用增加壓電晶片數(shù)目和合理的連接方法來(lái)提高靈敏度。 1 解： .電阻絲應(yīng)變片利用導(dǎo)體形變引起電阻變化，半導(dǎo)體應(yīng)變片利用半導(dǎo)體電阻率變化引起電阻變化。 1 答：不能。 （ 1）當(dāng)靜態(tài)力作用到壓電元件上時(shí)，對(duì)應(yīng)電荷一次性產(chǎn)生（ Q=d*F），因存在一定的電荷泄放回路，無(wú)法保持電荷量始終恒定（ U=Q/Ca） （ 2）實(shí)際上傳感器的漏電阻存在，且負(fù)載放大器輸入阻抗存在（非 ∞），構(gòu)成電荷泄放回路（ T=RC） 1 答：（ 1）可以將許多不同的非電量轉(zhuǎn)換成電量加以測(cè)量，從而可以使用相同的測(cè)量和記 錄顯示儀器。 （ 2）輸出的電量信號(hào)可以作遠(yuǎn)距離傳輸，有利于遠(yuǎn)距離操作和自動(dòng)控制。 （ 3）采用電測(cè)法可以對(duì)變化中的參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，可以自動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正、積分、微分等操作，可以測(cè)量和記錄其瞬時(shí)值及變化過(guò)程。 （ 4）易于用許多后續(xù)的數(shù)據(jù)處理分析儀器，特別是與電子計(jì)算機(jī)連接。從而能夠?qū)?fù)雜的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行快速的運(yùn)算分析處理，以及提供反饋控制。 （ 5）便于在輸出端得到大功率信號(hào)和實(shí)現(xiàn)多量程測(cè)量以及可以獲得很高的靈敏度與精度。 1 解答：多采用雙絞線或屏蔽線，前者單點(diǎn)接地，后者屏蔽層良好接地。這在通 信工程和網(wǎng)絡(luò)布線、中比較多見(jiàn)。避免兩條線長(zhǎng)距離的平行布置。 傳感器的抗干擾，電容式傳感器輸出抗阻高而輸入信號(hào)弱，要危及的問(wèn)題較多。傳感器自身須屏蔽，必要時(shí)應(yīng)考慮分布電容的影響；要求良好的絕緣，前置電路必須與傳感器相匹配，信噪比盡量較高。傳感器結(jié)構(gòu)改進(jìn)有利于抗干擾：將處理元件與傳感器做成一個(gè)整體（一體化），直到集成為 IC 芯片。集成化有利于軟件抗干擾。 1 解答： a)對(duì)差模信號(hào)為主的干擾，如干擾嚴(yán)重可采用雙積分式 ADC，它以定值積分加反相積分對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然速度慢，但度高抗干能力也強(qiáng)對(duì)低頻差模干擾亦 采用低通濾波，并同步采樣（以二倍干擾頻率采樣的頻率，抵消干擾信號(hào)）遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)可用電流信號(hào)代替電壓信號(hào)。 b)對(duì)共模信號(hào)，采用三線采樣，雙層屏蔽，復(fù)置，隔離等措施。 c)對(duì)其它信號(hào)亦可采用軟件方法，如采取軟件，程序判斷排除，對(duì)脈沖干擾可采用算術(shù)平均或加權(quán)平均，對(duì)工頻信號(hào)可采用算術(shù)平均值或雙倍頻采樣。 1 答：抑制電路的措施： （ 1）接地。 低頻路一點(diǎn)接地，高頻電路多點(diǎn)接地；強(qiáng)電與信號(hào)線分開(kāi)接地。模擬電路與數(shù)字電路分開(kāi)接地。 （ 2）隔離。對(duì)多點(diǎn)接地系統(tǒng)，強(qiáng)電與弱電之間可以增加電磁隔離。光電隔離或 隔離放大器。 （ 3）屏蔽。根據(jù)干擾耦合的不同可分別采取靜電驅(qū)動(dòng)屏蔽。電磁屏蔽，低頻磁屏蔽。 （ 4）濾波。如程控，中值法，平均值法，加權(quán)平均法，軟件濾波，低通高通等濾波。又可軟硬復(fù)合濾波。復(fù)合濾波可采用中值平均法（即常用的去掉最高，最低在求平均法）或者雙重低通濾波，或者高通加低通濾波（帶通或電阻）在電源進(jìn)入電路板時(shí)，要注意幾時(shí)微法和零點(diǎn)幾微法的電容網(wǎng)濾波，以消除板間竄擾。 （ 5）浮置。既不接地也不接高電位。共模抑制比 CMRR 極大。 （ 6）對(duì)稱(chēng)。即采用雙端輸入，元件及其參數(shù)對(duì)稱(chēng)電路。 CMRR 很大。 1 答：霍爾組件的不等位電勢(shì)是指霍爾組件在額定控制電流作用下，在無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)，兩輸出電極之間的空載電勢(shì)，可用輸出的電壓表示。 產(chǎn)生不等位電勢(shì)的原因主要有：霍爾電極安裝位置不正確（不對(duì)稱(chēng)或不在同一等電位面上）；半導(dǎo)體材料的不均勻造成了電阻率不均勻或是幾何尺寸不均勻；激勵(lì)電極接觸不良造成激勵(lì)電流不均勻分布等。 能夠使電橋達(dá)到平衡的措施均可以用于補(bǔ)償不等位電勢(shì)。 答：霍爾式傳感器轉(zhuǎn)換效率較低，受溫度影響大，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、堅(jiān)固、頻率響應(yīng)寬、動(dòng)態(tài)范圍（輸出電勢(shì)變化）大、無(wú)觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)、可靠 性高、易微型化和集成電路化，因此在測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)控制、電磁測(cè)量、計(jì)算裝置以及現(xiàn)代軍事技術(shù)等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。 2 答：置于磁場(chǎng)中的通電半導(dǎo)體，在垂直于電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。 霍爾元件的材料要求有高的電阻率和載流子遷移率。通常金屬材料具有很高的載流子遷移率，但其電阻率很??；絕緣材料的電阻率極高，但是其載流子遷移率極低；因此，金屬材料和絕緣材料均不適合作霍爾元件，只有半導(dǎo)體材料最適合制造霍爾元件。 2 答： 系統(tǒng)誤差： 在相同情況下對(duì)給定量的相同值進(jìn)行多次測(cè)量的過(guò)程中， 若誤差的絕對(duì)值和符號(hào)維持不變， 或者當(dāng)測(cè)量條件改變時(shí)按確定規(guī)律變化，將這樣的系統(tǒng)誤差看作是系統(tǒng)誤差。 引起系統(tǒng)誤差的因素： 儀器本身的誤差， 測(cè)量方法和所依據(jù)的理論固有的誤差以及使用者因素都可引起系統(tǒng)誤差。 2 答：常見(jiàn)的 A/D 轉(zhuǎn)換器的類(lèi)型有：雙積分式、 逐次比較式（或稱(chēng)逐次逼近式）、二進(jìn)制斜坡式和量化反饋式。（應(yīng)至少舉出三種） 如果要有較高的采樣速率，一般應(yīng)選擇逐次比較式 A/D 轉(zhuǎn)換器。 2 答：置于磁場(chǎng)中的通電半導(dǎo)體， 在垂直于電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。 霍爾 元件的材料要求有高的電阻率和載流子遷移率。通常金屬材料具有很高的載流子遷移率，但其電阻率很?。? 絕緣材料的電阻率極高， 但是其載流子遷移率極低； 因此， 金屬材料和絕緣材料均不適合作霍爾元件，只有半導(dǎo)體材料最適合制造霍爾元件。 2 答： 霍爾組件的不等位電勢(shì)是指霍爾組件在額定控制電流作用下， 在無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)， 兩輸出電極之間的空載電勢(shì)， 可用輸出的電壓表示。 產(chǎn)生不等位電勢(shì)的原因主要有： 霍爾電極安裝位置不正確（不對(duì)稱(chēng)或不在同一等電位面上）；半導(dǎo)體材料的不均勻造成了電阻率不均勻或是幾何尺寸不均勻； 激勵(lì)電極接觸不良造成激 勵(lì)電流不均勻分布等。 能夠使電橋達(dá)到平衡的措施均可以用于補(bǔ)償不等位電勢(shì)。 2 答：電渦流傳感器的工作原理是電渦流效應(yīng)。即塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中做切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流的流線在金屬體內(nèi)自行閉合，類(lèi)似于水中的漩渦，所以稱(chēng)為電渦流。電渦流的存在必然要消耗一部分磁場(chǎng)的能量，從而使激勵(lì)線圈的阻抗發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電渦流效應(yīng)。根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱(chēng)為電渦流傳感器。 要形成電渦流必須具備兩個(gè)條件：（ 1）存在交變磁場(chǎng)；（ 2）導(dǎo)體處于交變磁場(chǎng) 中。 答：光電式傳感器由光源、光學(xué)元器件和光電元器件組成光路系統(tǒng)，結(jié)合相應(yīng)的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路而構(gòu)成。被測(cè)量主要影響光電傳感器的敏感原件。 3 答：光電倍增管由真空管殼內(nèi)的光電陰極、陽(yáng)極以及位于其間的若干個(gè)倍增電極構(gòu)成。工作時(shí)在各電極之間加上規(guī)定的電壓。當(dāng)光或輻射照射陰極時(shí)，陰極發(fā)射光電子，光電子在電場(chǎng)的作用下加速逐級(jí)轟擊發(fā)射倍增電極，在末級(jí)倍增電極