【正文】 出直流電橋和交流電橋工作原理圖，并說(shuō)明兩者的平衡條件各是什么?(16分)答：直流電橋的平衡條件是： 交流電橋的平衡條件是：也可表達(dá)為：中央廣播電視大學(xué)20072008學(xué)年度第二學(xué)期“開(kāi)放本科期末考試 傳感器與測(cè)試技術(shù)試題2008年7月一、簡(jiǎn)答題(每小題5分。共20分) 1．傳感器：傳感器是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于精確處理和應(yīng)用的另一種量的測(cè)量裝置或系統(tǒng)。 2．靜特性：指?jìng)鞲衅髟谳斎肓康母鱾€(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出與輸入關(guān)系，即當(dāng)輸入量是常量或變化極慢時(shí)，輸出與輸入的關(guān)系。 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)的大小與控制電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。 4．壓電效應(yīng)：某些晶體，當(dāng)沿著一定方向受到外力作用時(shí)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在某兩個(gè)表面上產(chǎn)生大小相等符號(hào)相反的電荷；當(dāng)外力去掉后，又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)；當(dāng)作用力方、向改變時(shí)，電荷的極性也隨著改變；晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。這種現(xiàn)象叫壓電效應(yīng)。二、選擇題(選擇正確的答案，將其對(duì)應(yīng)的字母填入括號(hào)內(nèi)。每空3分。共12分)5．在光的作用下，能夠使物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫( D )。A．聲光效應(yīng) B．熱釋電效應(yīng)C．光電導(dǎo)效應(yīng) D．光生伏特效應(yīng)6．應(yīng)變片絕緣電阻Rm是指已粘貼的應(yīng)變片的引線與被測(cè)試件之間的電阻值，通常要求Rm的范圍是( A )。A．50～100以上 B．10～100以上C．50～l00以上D．100～500以上17．利用光生伏特效應(yīng)制成的光電器件有光敏二極管、光敏三極管和光電池等。利用( E )可制成半導(dǎo)體光敏電阻。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。 A．壓電效應(yīng) B．外光電效應(yīng)C．磁電效應(yīng) D．聲光效應(yīng)E．光電導(dǎo)效應(yīng)三、問(wèn)答題(每小題6分，共24分)18．無(wú)失真檢測(cè)的條件是什么?無(wú)失真檢測(cè)條件是：幅頻特性應(yīng)當(dāng)是常數(shù)(即水平直線)；相頻特性應(yīng)該是線性關(guān)系。19． 什么叫金屬應(yīng)變片的橫向效應(yīng)?沿應(yīng)變片軸向的應(yīng)變必然引起應(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，也會(huì)引起其電阻的相對(duì)變化，這種現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)。10． 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。11． 簡(jiǎn)述電容式傳感器的工作原理。兩平行極板組成的電容器，如果不考慮邊緣效應(yīng)，其電容量為式中：極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，極板的遮蓋面積；極板間的距離。當(dāng)被測(cè)量的變化使式中的或任一參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，電容量C也就隨之變化。四、簡(jiǎn)答題(16分)12．請(qǐng)畫(huà)出兩種霍爾元件的驅(qū)動(dòng)電路，簡(jiǎn)述其優(yōu)缺點(diǎn)。 對(duì)霍爾元件可采用恒流驅(qū)動(dòng)或恒壓驅(qū)動(dòng)，恒壓驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，但性能較差，隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度增加，線性變壞，僅用于精度要求不太高的場(chǎng)合；恒流驅(qū)動(dòng)線性度高，精度高，受溫度影響小兩種驅(qū)動(dòng)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)工作要求確定驅(qū)動(dòng)方式。五、簡(jiǎn)述題(16分)13．常用的超聲波探傷方法有哪些?各有什么特點(diǎn)?有共振法、穿透法和脈沖反射法。共振法的特點(diǎn)是： (1)可精確的測(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。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)可避免盲區(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。脈沖反射法的特點(diǎn)是： (1)探測(cè)靈敏度高； (2)能準(zhǔn)確地確定缺陷的位置和深度；(3)可用不同波型探測(cè)，應(yīng)用范圍廣。六、論述題(12分)14．簡(jiǎn)述傳感器的選用原則與設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮的因素。 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，研究傳感器的來(lái)源、價(jià)格等因素。(2)傳感器靈敏度、頻率響應(yīng)特性、穩(wěn)定性、精度。 設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮的因素：靈敏度、精確度、響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性、測(cè)量方式、各環(huán)節(jié)之間的配合、并盡量兼顧體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于維修、價(jià)格便宜、便于攜帶、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化等一系列因素。《傳感器與測(cè)試技術(shù)》期末復(fù)習(xí)試題類型：一、簡(jiǎn)答題：共4題，每題6分，共24分；二、選擇題：共7~9題，每題3分，共30分三、簡(jiǎn)述題：約4題，共20分；四、綜合題：約46分?？荚嚂r(shí)間為90分鐘。注意：選擇題指A，B，C，；部分答案是多選的，如答案為A，C試題樣例一、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共20分）1．傳感器：傳感器是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于精確處理和應(yīng)用的另一種量的測(cè)量裝置或系統(tǒng)。2．靜特性：指?jìng)鞲衅髟谳斎肓康母鱾€(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出與輸入關(guān)系，即當(dāng)輸入量是常量或變化極慢時(shí)，輸出與輸入的關(guān)系。3．超聲波的波型有幾種？是根據(jù)什么來(lái)分類的？超聲波的波型有縱波、橫波、表面波（亦稱瑞利波）、蘭姆波。依據(jù)超聲場(chǎng)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)與聲能量傳播方向之間的關(guān)系來(lái)分。4．簡(jiǎn)述電容式傳感器的工作原理。兩平行極板組成的電容器，如果不考慮邊緣效應(yīng)，其電容量為式中:——極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，——極板的遮蓋面積；——極板間的距離。當(dāng)被測(cè)量的變化使式中的、或任一參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，電容量C也就隨之變化。二、選擇題（每空3分，共27分）1．碼盤式傳感器是建立在編碼器的基礎(chǔ)上的，它能夠?qū)⒔嵌绒D(zhuǎn)換為數(shù)字編碼，是一種數(shù)字式的傳感器。碼盤按結(jié)構(gòu)可以分為接觸式、__ a______和____ c ____三種。a．光電式b．磁電式c．電磁式d．感應(yīng)同步器2．當(dāng)超聲波在一種介質(zhì)中傳播到界面或遇到另一種介質(zhì)，其方向不垂直于界面時(shí)，將產(chǎn)生聲波的反射、折射及_____d___現(xiàn)象。a．表面波b．蘭姆波c．駐波d．波型轉(zhuǎn)換3. 改變電感傳感器的引線電纜后，_c_______。a．不必對(duì)整個(gè)儀器重新標(biāo)定b．必須對(duì)整個(gè)儀器重新調(diào)零c．必須對(duì)整個(gè)儀器重新標(biāo)定d．不必對(duì)整個(gè)儀器重新調(diào)零4．應(yīng)變片的選擇包括類型的選擇、材料的選用、___c_____、____d____等。a．測(cè)量范圍的選擇b．電源的選擇　c．阻值的選擇d．尺寸的選擇e．精度的選擇　f．結(jié)構(gòu)的選擇5．應(yīng)變片絕緣電阻是指已粘貼的___b_____應(yīng)變片的之間的電阻值。a．覆蓋片與被測(cè)試件b．引線與被測(cè)試件c．基片與被測(cè)試件d．敏感柵與被測(cè)試件6．在光的作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過(guò)渡到自由狀態(tài)，引起物體電阻率的變化，這種現(xiàn)象稱為_(kāi)____d___。a．磁電效應(yīng)b．聲光效應(yīng)c．光生伏特效應(yīng)d．光電導(dǎo)效應(yīng)7．如圖所示的結(jié)構(gòu)由線圈、鐵芯、銜鐵三部分組成的。線圈套在鐵芯上的，在鐵芯與銜鐵之間有一個(gè)空氣隙，空氣隙厚度為。傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連。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，使空氣隙發(fā)生變化。這種結(jié)構(gòu)可作為傳感器用于___c_____。a．靜態(tài)測(cè)量b．動(dòng)態(tài)測(cè)量c．靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量d．既不能用于靜態(tài)測(cè)量，也不能用于動(dòng)態(tài)測(cè)量三、綜合題（共53分）1．激光干涉?zhèn)鞲衅鞯淖饔檬菧y(cè)量長(zhǎng)度，其基本原理就是光的干涉原理，測(cè)量精度高、分辨力高。如圖所示是邁克爾遜雙光束干涉系統(tǒng)，圖中S是光源，B是分光鏡，M1是固定反射鏡，M2是可動(dòng)反射鏡，P是觀察屏處，試介紹其工作原理。（15分）答案要點(diǎn)：來(lái)自光源S的光經(jīng)半反半透分光鏡B后分成兩路，一路由固定反射鏡M1反射，另一路經(jīng)可動(dòng)反射鏡M2和B反射，在觀察屏P處相遇產(chǎn)生干涉。當(dāng)M2每移動(dòng)半個(gè)光波波長(zhǎng)時(shí)，干涉條紋亮暗變化一次，因此被測(cè)長(zhǎng)度為式中，x—被測(cè)長(zhǎng)度；N—干涉條紋亮暗變化次數(shù)；—真空中光波波長(zhǎng)；n—空氣折射率。2．畫(huà)出測(cè)試系統(tǒng)的組成框圖，并說(shuō)明各組成部分的作用。（10分）答案要點(diǎn)：傳感器作為測(cè)試系統(tǒng)的第一環(huán)節(jié)，將被測(cè)量轉(zhuǎn)化為人們所熟悉的各種信號(hào)，通常傳感器將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；信號(hào)變換部分是對(duì)傳感器所送出的信號(hào)進(jìn)行加工，如信號(hào)的放大、濾波、補(bǔ)償、校正、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換等，經(jīng)過(guò)處理使傳感器輸出的信號(hào)便于傳輸、顯示或記錄；顯示與記錄部分將所測(cè)信號(hào)變?yōu)楸阌谌藗兝斫獾男问?，以供人們觀測(cè)和分析。3．粘貼到試件上的電阻應(yīng)變片，環(huán)境溫度變化會(huì)引起電阻的相對(duì)變化，產(chǎn)生虛假應(yīng)變，這種現(xiàn)象稱為溫度效應(yīng)，簡(jiǎn)述產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。（13分）答案要點(diǎn)：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。4．如圖所示是電容式差壓傳感器結(jié)構(gòu)示意圖及其轉(zhuǎn)換電路，圖中1為玻璃盤，2為鍍金層，3為金屬膜片，介紹其工作原理。（15分）答案要點(diǎn)：電容式差壓傳感器由兩個(gè)玻璃圓盤和一個(gè)金屬膜片組成。兩玻璃圓盤上的凹面上各鍍以金作為電容傳感器的兩個(gè)固定電極，夾在兩凹圓盤中的膜片則為傳感器的可動(dòng)電極。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；當(dāng)P1＞P2(或P2＞P1)時(shí)，膜片彎向右側(cè)(或左側(cè))，Cdb＜Cab(或Cab＞Cdb)，U0輸出與｜P1P2｜成比例的信號(hào)。例1．傳感器所能測(cè)量的最大被測(cè)量(即輸入量的數(shù)值)稱為 ，最小的被測(cè)量則稱為 ，而用這兩個(gè)數(shù)值表示的測(cè)量區(qū)間，則稱為 。（答案：測(cè)量上限 測(cè)量下限 測(cè)量范圍），可采用的溫度補(bǔ)償措施包括： 、 和 三種方法。（答案：?jiǎn)谓z自補(bǔ)償法 雙絲自補(bǔ)償法 橋路補(bǔ)償法）例3．石英晶體的X軸稱為 _，垂直于X軸的平面上 最強(qiáng)；Y軸稱為 ，沿Y軸的 最明顯；Z軸稱為光軸或中性軸，Z軸方向上無(wú)壓電效應(yīng)。（答案：電軸 壓電效應(yīng) 機(jī)械軸 機(jī)械變形）第二類題型為選擇題，每項(xiàng)選擇2分，約占30分。例1．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，稱為 。a. 溫度特性 （答案：b）例2．在檢測(cè)技術(shù)中，主要采用的是壓電型換能器，發(fā)射超聲波利用壓電材料的 ，而接收信號(hào)則用 。 （答案：c；d）第三類題型為問(wèn)答及綜合題，由4—6個(gè)小題組成，共占約4045分。?（答：確定頻響函數(shù)的方法是以標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸入，測(cè)出其輸出信號(hào)，從而求得需要的特性。輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)有正弦信號(hào)、脈沖信號(hào)和階躍信號(hào)。）
例2．簡(jiǎn)述霍爾電流表的工作原理。（答：霍爾鉗形電流表的探頭是用環(huán)形鐵芯做集束器，霍爾器件放在空隙中間，由安培定律可知，在載流導(dǎo)體周圍會(huì)產(chǎn)生一正比于該電流的磁場(chǎng)，用霍爾元件來(lái)測(cè)量這一磁場(chǎng)，其輸出的霍爾電勢(shì)正比于該磁場(chǎng)，通過(guò)對(duì)磁場(chǎng)的測(cè)量可間接測(cè)得電流的大小。）例1．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，稱為?！　．溫度特性　　b．光照特性　　c．光譜特性　　d．伏安特性　　（答案：b）　　例2．在檢測(cè)技術(shù)中，主要采用的是壓電型換能器，發(fā)射超聲波利用壓電材料的，而接收信號(hào)則用。a．多普勒效應(yīng)　　b．多普勒頻移　　c．逆壓電效應(yīng)　　d．正壓電效應(yīng)　?。ù鸢福篶；d）例．測(cè)定頻響函數(shù)的方法有哪幾種?答：確定頻響函數(shù)的方法是以標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸入，測(cè)出其輸出信號(hào)，從而求得需要的特性。輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)有正弦信號(hào)、脈沖信號(hào)和階躍信號(hào)。）例．請(qǐng)畫(huà)出兩種霍爾元件的驅(qū)動(dòng)電路，簡(jiǎn)述其優(yōu)缺點(diǎn)。（答：對(duì)霍爾元件可采用恒流驅(qū)動(dòng)或恒壓驅(qū)動(dòng)，恒壓驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，但性能較差，隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度增加，線性變壞，僅用于精度要求不太高的場(chǎng)合；恒流驅(qū)動(dòng)線性度高，精度高，受溫度影響小。兩種驅(qū)動(dòng)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)工作要求確定驅(qū)動(dòng)方式。）　　傳感器及測(cè)試技術(shù)復(fù)習(xí)題一、 填空 測(cè)試技術(shù)包含 和 兩方面。２、傳感器所能測(cè)量的最大被測(cè)量稱為 ，最小的被測(cè)量稱為 ，用這兩個(gè)數(shù)值表示的測(cè)量區(qū)間，稱為 。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 、 、 。４、壓阻器件本身受到溫度影響后，要產(chǎn)生 漂移和 漂移，因此、必須采用 來(lái)補(bǔ)償。５、零位誤差是指零電勢(shì)距離起始零位的 與 的誤差。電容式傳感器是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)化為 變化的一種傳感器。電容式傳感器優(yōu)點(diǎn) 、 、 、 。霍爾電勢(shì)的大小正比于 和 。對(duì)霍爾元件可采用 驅(qū)動(dòng)和 驅(qū)動(dòng)。壓電傳感器的變換電路具有