【正文】 表面的光點(diǎn)距離透鏡L2中心的距離為z，則根據(jù)相似三角形的性質(zhì)，可得出待測(cè)距離D為： D=bf/x 因此，只要測(cè)出PSD的光點(diǎn)位置坐標(biāo)x的值，即可測(cè)出待測(cè)體的距離。螺管型的靈敏度低，但量程大，線(xiàn)性較好，制造裝配方便，批量生產(chǎn)的互換性強(qiáng)。 (5)電磁干擾。采用導(dǎo)熱性良好的金屬材料制成屏蔽罩將需要防護(hù)的裝置屏蔽起來(lái)，并使罩內(nèi)溫度分布均勻。采取減振措施，一般可設(shè)置減振彈簧或減振橡膠。兩平行極板組成的電容器，如果不考慮邊緣效應(yīng)，其電容量為C=式中：ε極板間介質(zhì)的介電常數(shù)。必然引起應(yīng)變片電阻的相對(duì)變化，而沿垂直于應(yīng)變片軸向的橫向應(yīng)變?chǔ)舮，也會(huì)引起其電阻的相對(duì)變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為橫向效應(yīng)。 13．多普勒效應(yīng)引起的頻率變化稱(chēng)為_(kāi)多普勒頻移___。 10．石英晶體的X軸稱(chēng)為_(kāi)_電軸__，垂直于X軸的平面上 壓電效應(yīng) 最強(qiáng)；Y軸稱(chēng)為_(kāi)_機(jī)械軸__，沿y軸的 機(jī)械變形 最明顯；Z軸稱(chēng)為光軸或中性軸，Z軸方向上無(wú)壓電效應(yīng)。 6．當(dāng)自感式傳感器結(jié)構(gòu)和材料確定后，電感L為空氣隙截面積 及 空氣隙的函數(shù)。 2．絕對(duì)誤差是指____測(cè)理結(jié)果______與_____被測(cè)參量真值_____之間所存在的差值的絕對(duì)值。 3．霍爾效應(yīng)：金屬或半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流I，在與薄片垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，那么在垂直于電流和磁場(chǎng)方向的薄片的另兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)UH，UH的大小正比于控制電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B，這一現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。 (5)電磁干擾。采用導(dǎo)熱性良好的金屬材料制成屏蔽罩將需要防護(hù)的裝置屏蔽起來(lái)，并使罩內(nèi)溫度分布均勻。采取減振措施，一般可設(shè)置減振彈簧或減振橡膠。（10分） 傳感器的選用原則和應(yīng)考慮的因素：(1)仔細(xì)研究所測(cè)試的信號(hào)、分析測(cè)試環(huán)境和干擾因素、根據(jù)測(cè)試范圍確定選用什么樣的傳感器、確定測(cè)試方式、考慮傳感器的體積被測(cè)位置是否能安下，傳感器的來(lái)源、價(jià)格等因素。 共振法的特點(diǎn)是： (1)可精確地測(cè)厚，特別適宜測(cè)量薄板及薄壁管； (2)工件表面光潔度要求高，否則不能進(jìn)行測(cè)量。 2．熱電阻式傳感器有哪些類(lèi)型？ 熱電阻的類(lèi)型包括鉑熱電阻、銅熱電阻、銦電阻、錳電阻等。 16．切削測(cè)力儀按原理分為壓電式、電阻應(yīng)變式兩類(lèi)。超聲波在液體、固體中__衰減__很小，因而穿透本質(zhì)大，碰到雜質(zhì)或分界面就會(huì)有顯著的__反射__。 9．電荷放大器是一種輸出電壓與輸入電荷量成正比的前置放大器。 5．變介電常數(shù)型電容傳感器可根據(jù)極間介質(zhì)的_____介電常數(shù)________隨溫度、濕度改變而改變來(lái)測(cè)量溫度、濕度等。二、填空題（每空1分，共30分） 1．靜態(tài)誤差是指?jìng)鞲衅髟谌砍虄?nèi)任一點(diǎn)的輸出值與其_理論輸出值__的偏離程度。2．分辨力：傳感器在規(guī)定測(cè)量范圍內(nèi)所能檢測(cè)出被測(cè)輸入量的最小變化值。3．光柵：在玻璃尺或玻璃盤(pán)上類(lèi)似于刻線(xiàn)標(biāo)尺或度盤(pán)那樣，進(jìn)行長(zhǎng)刻線(xiàn)（一般為1012mm)的密集刻劃，得到黑白相間、間隔相同的細(xì)小條紋，沒(méi)有刻劃的白的地方透光，刻劃的發(fā)黑，不透光。 2．傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是指?jìng)鞲衅髟谑艿诫S時(shí)間變化的____輸入量_______作用時(shí)，輸出與輸入之間的關(guān)系，通常稱(chēng)為_(kāi)___動(dòng)態(tài)模型_______。 6．為了改善變極距式電容傳感器的非線(xiàn)性，可以采用差動(dòng)技術(shù)，使輸出為兩電容之差。 10．對(duì)霍爾元件可采用_電流___驅(qū)動(dòng)或__電壓__驅(qū)動(dòng)。 ，必須使探頭和工件之間有良好的聲耦合。 17．測(cè)溫方法可分接觸法與非接觸法。 3．磁電式傳感器有何優(yōu)點(diǎn)？ 磁電式傳感器直接從被測(cè)物體吸收機(jī)械能并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，輸出功率大，性能穩(wěn)定，工作不需要電源、調(diào)理電路簡(jiǎn)單，靈敏度較高，一般不需要高增益放大器。 穿透法具有以下特點(diǎn)： (1)探測(cè)靈敏度較低，不易發(fā)現(xiàn)小缺陷； (2)根據(jù)能量的變化即可判斷有無(wú)缺陷，但不能定位； (3)適宜探測(cè)超聲波衰減大的材料； (4)可避免肓區(qū)，適宜探測(cè)薄板； (5)指示簡(jiǎn)單，便于自動(dòng)探傷； (6)對(duì)兩探頭的相對(duì)距離和位置要求較高。(2)傳感器靈敏度，頻率響應(yīng)特性、穩(wěn)定性、精度。 (2)光干擾。對(duì)于高精度的計(jì)量測(cè)試工作，可安排在恒溫室內(nèi)進(jìn)行，在測(cè)試的過(guò)程中還可采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄒ詼p小環(huán)境溫度變化對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。屏蔽、接地和濾波等。 4．莫爾條紋：將柵距相同的兩塊光柵的刻線(xiàn)面相對(duì)重疊在一起，并且使二者柵線(xiàn)有很小的交角θ，這樣就可以看到在近似垂直柵線(xiàn)方向上出現(xiàn)明暗相間的條紋，稱(chēng)為莫爾條紋。 3．為了消除應(yīng)變片的溫度誤差，可采用的溫度補(bǔ)償措施包括： 單絲自補(bǔ)償法、雙絲自補(bǔ)償法 和 橋路補(bǔ)償法 。 7．低頻透射式渦流傳感器的測(cè)量原理是：當(dāng)發(fā)射線(xiàn)圈和接收線(xiàn)圈之間放人金屬板后，引起接收線(xiàn)圈感應(yīng)電勢(shì)E2的變化，金屬板的厚度越大，E2就__越小__。 驅(qū)動(dòng)。 強(qiáng)磁材料 制成，由于__磁阻__極小，因而干擾源所產(chǎn)生的磁通大部分被限制在強(qiáng)磁屏蔽體內(nèi)。 3．超聲波的波型有幾種？是根據(jù)什么來(lái)分類(lèi)的？ 超聲波的波型有縱波、橫波、表面波（亦稱(chēng)瑞利波）、蘭姆波。 S極板的遮蓋面積； δ一極板間的距離。 (2)光干擾。對(duì)于高精度的計(jì)量測(cè)試工作，可安排在恒溫室內(nèi)進(jìn)行，在測(cè)試的過(guò)程中還可采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄒ詼p小環(huán)境溫度變化對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。屏蔽、接地和濾波等。六、簡(jiǎn)述利用PSD進(jìn)行三角法測(cè)距的原理。中央廣播電視大學(xué)2003—2004學(xué)年度第一學(xué)期“開(kāi)放本科”期末考試機(jī)械專(zhuān)業(yè)傳感器與測(cè)試技術(shù)試題 2004年1月 一、埴空題[每空2分．共26分） 1．鐵磁材料在外力的作用下，內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)變，從而產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致各磁疇間的界限發(fā)生移動(dòng)，各個(gè)磁疇的磁化強(qiáng)度矢量轉(zhuǎn)動(dòng)，破壞了平衡狀態(tài)，使材料的總磁化強(qiáng)度隨之發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為—壓磁效應(yīng)—。 5．應(yīng)變片由—金屈絲柵(敏感柵)—、—絕緣基片—及覆蓋片三部分組成。這種現(xiàn)象叫—正壓電效應(yīng)—。9．電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這一現(xiàn)象叫做 電阻絲的應(yīng)變效應(yīng) 二、選擇題：選擇正確的答案，將其對(duì)應(yīng)的字母填入橫線(xiàn)處。 A．表面波 B．蘭姆波C駐波 D波型轉(zhuǎn)換4．利用—E—制成的光電舉件有光敏二極管、光敏三極管和光電池等：利用—F—可制成半導(dǎo)體光敏電阻；利用—B—制成的光電鋁件有真空光電管、充氣光電管和光電倍增管。當(dāng)外部作用力作用在傳感器的運(yùn)動(dòng)部分時(shí)，銜鐵將會(huì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生位移，使空氣隙J發(fā)生變化。 A電源幅值及頻率的不穩(wěn)定 B磁性材料磁化曲線(xiàn)的非線(xiàn)性 C溫度變化引起線(xiàn)圈的銅電阻值的變化，從而引起激磁電流和輸出電流的變化D骨架材料高頻損耗小，溫度膨脹系數(shù)小8．為了滿(mǎn)足測(cè)試的需要，應(yīng)對(duì)傳感器 的靈敏度、線(xiàn)性度、信噪比、滯后、漂移、——、——和負(fù)載效應(yīng)等技術(shù)性能提出基本要求。 4．用渦流傳感器測(cè)量金屬板厚度時(shí)是否需要恒溫，為什么?(10分) 答：導(dǎo)體的電阻率盧隨溫度變化，在較小的溫度范圍內(nèi)導(dǎo)體的電阻率與溫度關(guān)系為線(xiàn)性關(guān)系，在其他條件不變的情況下，導(dǎo)體電阻率的改變可導(dǎo)致渦流傳感器輸出信號(hào)的變化，引起測(cè)量誤差，所以用渦流傳感器測(cè)量金屬板厚度時(shí)需要恒溫。 6．只要磁通量發(fā)生變化，就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，請(qǐng)說(shuō)出三種產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方法。2．光敏元件在無(wú)光照時(shí)，兩端加電壓后產(chǎn)生的電流稱(chēng)為_(kāi)_暗電流__ 3．激光器的種類(lèi)很多，根據(jù)工作物質(zhì)不同，可以分為固體激光器、氣體激光器、液體激光器和 半導(dǎo)體 激光器等。7．對(duì)霍爾元件可采用恒流驅(qū)動(dòng)或恒壓驅(qū)動(dòng)， 恒流 線(xiàn)性度高，精度高，受溫度影響?。?恒壓 電路簡(jiǎn)單，但性能較差，隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度增加，線(xiàn)性變壞，僅用于精度要求不太高的場(chǎng)合。10．由于受到 電阻絲直徑 的限制，繞線(xiàn)式電位計(jì)分辨力不高。 A．其測(cè)量的絕對(duì)誤差與儀表的滿(mǎn)量程之比小 B．其輸出量隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)與被測(cè)量隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)一致或者相近 C．其輸出量中與被測(cè)輸入量無(wú)關(guān)的變化小 D．其動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型可以用線(xiàn)性常系數(shù)微分方程來(lái)表示 3．當(dāng)聲波傳播至兩介質(zhì)的分界面時(shí)，一部分能量返回原介質(zhì)，稱(chēng)為反射波；另一部分能量透過(guò)介質(zhì)面，到另一介質(zhì)內(nèi)繼續(xù)傳播，稱(chēng)為 C 。 A．涂膠—一貼片—一復(fù)查—一接線(xiàn)—一防護(hù) B．涂膠—一接線(xiàn)—一復(fù)查—貼片—防護(hù) C．涂膠—一防護(hù)—一貼片—一復(fù)查—一接線(xiàn) D．涂膠—一接線(xiàn)—一貼片—復(fù)查—防護(hù) 8．當(dāng)光敏元件加一定電壓時(shí)，光電流I與光敏元件上光照度E之間的關(guān)系，稱(chēng)為—B—。（10分） 答：傳感器是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成與之有確定關(guān)系的、便于精確處理的另外一種量的測(cè)量裝置或系統(tǒng)。(lO分) 答： ①環(huán)境溫度變化時(shí)，由于敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)的存在，引起應(yīng)變片電阻相對(duì)變化； ②環(huán)境溫度變化時(shí)，敏感柵材料和試件材料的膨脹系數(shù)不同，應(yīng)變片產(chǎn)生附加的拉長(zhǎng)（或壓縮），引起電阻的相對(duì)變化。這種物體吸收光的能量后產(chǎn)生電效應(yīng)的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng) 。 4．測(cè)試系統(tǒng)在通常情況下受到的干擾有機(jī)械干擾、光干擾、溫度干擾、濕度干擾和電磁干擾。 8．從原理上看，容柵傳感器是一種變____面積___型電容傳感器，容柵傳感器分為長(zhǎng)容柵和圓容柵，用于測(cè)量線(xiàn)位移和線(xiàn)速度。碼盤(pán)按結(jié)構(gòu)可以分為接觸式、 A 和__C__三種。 B．垂直于光柵移動(dòng) C．與光柵移動(dòng)方向成45。 B．引線(xiàn)與被測(cè)試件 C．基片與被測(cè)試件 D．敏感柵與被測(cè)試件 7．當(dāng)聲波傳播至兩介質(zhì)的分界面，一部分能量返回原介質(zhì)，稱(chēng)為反射波。 A．=fs B．fs C．fs D．與fs無(wú)關(guān)， 9．為了滿(mǎn)足測(cè)試的需要，應(yīng)對(duì)傳感器的靈敏度、線(xiàn)性度、信噪比、滯后、漂移、___A_、___E__和負(fù)載效應(yīng)等技術(shù)性能提出基本要求。試介紹霍爾鉗形電流表的工作原理。 4．何為傳感器的分辨力和閥值？（6分） 答：分辨力是指?jìng)鞲衅髟谝?guī)定測(cè)量范圍內(nèi)所能檢測(cè)出的被測(cè)輸入量的最小變化值。試介紹其工作原理。試卷代號(hào)：1107中央廣播電視大學(xué)20042005學(xué)年度第二學(xué)期“開(kāi)放本科”期末考試機(jī)械專(zhuān)業(yè) 傳感器與測(cè)試技術(shù) 試題一、填空題（每空2分，共26分）2005年7月 1．光敏元件的兩端加一定偏置電壓后，在某種光源的特定照度下產(chǎn)生或增加的電流稱(chēng)為_(kāi)__光電流___ 2．當(dāng)有電流流過(guò)存在溫度梯度的導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體吸收或放出熱量（取決于電流相對(duì)溫度梯度的方向），這種現(xiàn)象叫做__湯姆遜效應(yīng)____。改變____導(dǎo)體的電阻率p____，可以做成測(cè)量表面溫度、檢測(cè)材質(zhì)的傳感器；改變____導(dǎo)磁率u____，可以做成測(cè)量應(yīng)力、硬度的傳感器；改變____線(xiàn)圈與導(dǎo)體之間的距離x____，可以做成測(cè)量位移、厚度、振動(dòng)的傳感器。 B．穩(wěn)定時(shí)間 C．超調(diào)量 D．阻尼比 E．時(shí)間常數(shù) F．固有頻率 3．磁頭的作用是讀取磁柵上的記錄信號(hào)，按讀取信號(hào)方式的不同，磁頭可分為_(kāi)___C____磁頭和_____D___磁頭。 A．差動(dòng)變壓器式 B．互感式 C．自感式 D．渦流式 7．自感式電感傳感器中，___F_____靈敏度高，對(duì)電路的放大倍數(shù)要求低，但非線(xiàn)性嚴(yán)重，制造裝配困難；____D____靈敏度較低，但有良好的線(xiàn)性，量程較大，制造裝配比較方便，應(yīng)用較廣；____E____的靈敏度更低，但量程大，線(xiàn)性性較好，制造裝配方便，批量生產(chǎn)的互換性強(qiáng)，應(yīng)用越來(lái)越多。 B．體積 C．溫度性能 D．抗震性 E．動(dòng)態(tài)性能 F．質(zhì)量三、問(wèn)答題（40分） 1．什么是傳感器？畫(huà)出其組成框圖并介紹各環(huán)節(jié)的功能。傳感器組成框圖 2．何為熱電阻式傳感器？常用的熱電阻類(lèi)型有哪些？（10分） 答：利用導(dǎo)電材料的電阻率隨本身溫度而變化的溫度電阻效應(yīng)制成的傳感器，稱(chēng)為熱電阻式傳感器。（10分）答：如圖所示是自發(fā)自收單換能器方式，換能器安裝在最高液位之上的空氣或氣體中，超聲換能器發(fā)出的超聲脈沖在氣體中從換能器傳至液面，反射后再?gòu)囊好娣祷赝粨Q能器而被接收?？捎脕?lái)測(cè)量線(xiàn)位移和角位移。同時(shí)改變x，P和u，可以對(duì)導(dǎo)體進(jìn)行探傷；改變____導(dǎo)體的電阻率p____，可以做成測(cè)量表面溫度、檢測(cè)材質(zhì)的傳感器；改變___導(dǎo)體的導(dǎo)磁率u_____，可以做成測(cè)量應(yīng)力、硬度的傳感器；改變____線(xiàn)圈和導(dǎo)體之間的距離x____，可以做成測(cè)量位移、厚度、振動(dòng)的傳感器。 A．光照特性 B．溫度特性 C．光譜特性 D．伏安特性 2．在相同的電壓和相同幅值的光強(qiáng)度下，當(dāng)入射光以不同的正弦交變頻率調(diào)制時(shí)，光敏元件輸出的光電流I和靈敏度S隨調(diào)制頻率廠(chǎng)變化的關(guān)系：I=f1(f)、S=f2(f)稱(chēng)為_(kāi)__A____。利用____B____制成的光電器件有真空光電管、充氣光電管和光電倍增管。 B．多普勒頻移 C．逆壓電效應(yīng) D．正壓電效應(yīng) 8．應(yīng)變片絕緣電阻Rm是指已粘貼的應(yīng)變片的引線(xiàn)與被測(cè)試件之間的電阻值，通常要求Rm的范圍是_____B______。當(dāng)兩邊壓力相等時(shí)，膜片處在中間位置與左、右固定電極間距相等，轉(zhuǎn)換電路輸出U0=0。光源發(fā)出的光照在電機(jī)軸上，再反射到光敏元件上。當(dāng)光線(xiàn)通過(guò)圓盤(pán)上的孔時(shí)，光電元件產(chǎn)生一個(gè)電脈沖。（10分） 答：①環(huán)境溫度變化時(shí)，由于敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)的存在，引起應(yīng)變片電阻相對(duì)變化；②環(huán)境溫度變化時(shí)，敏感柵材料和試