【正文】 姓名： 成績(jī)： 五、 簡(jiǎn)答題（30分，6分/題）4. 光電池的工作原理，指出它應(yīng)工作在電流源還是電壓源狀態(tài)。3. 固態(tài)圖像傳感器的分辨率由什么因素決定？某海關(guān)欲采用固態(tài)圖像傳感器為核心的圖像識(shí)別系統(tǒng)，但是安裝適用后發(fā)現(xiàn)顯示的圖象清晰度和準(zhǔn)確度不能令人滿意，請(qǐng)從固態(tài)圖像傳感器的原理進(jìn)行分析，從哪幾方面考慮重新選型？四、 設(shè)計(jì)/綜述題（18分）根據(jù)你所掌握的智能傳感器的相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)一套測(cè)溫智能傳感器，測(cè)溫范圍為－10～40℃，℃，寫(xiě)出詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟：具備的功能；選用的器件和硬件電路，并用原理框圖表示（器件型號(hào)不明，說(shuō)明其須具有的功能）；相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理過(guò)程和軟件功能；你所設(shè)計(jì)的智能傳感器還有哪些尚可完善的功能。它的大小取決于兩導(dǎo)體的性質(zhì)及接觸點(diǎn)的溫度，而與導(dǎo)體的形狀和尺寸無(wú)關(guān)。因而有電流產(chǎn)生相應(yīng)的熱電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為溫差電動(dòng)勢(shì)或塞貝克電動(dòng)勢(shì)，通稱(chēng)熱電動(dòng)勢(shì)。2. 熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)由哪幾種電動(dòng)勢(shì)組成，試證明熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)電極定律。答：不正確。答：光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射，當(dāng)射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時(shí)，就會(huì)在光纖的接口上產(chǎn)生全內(nèi)反射，并在光纖內(nèi)部以后的角度反復(fù)逐次反射，直至傳遞到另一端面。直流電橋平衡條件：R1/R2=R3/R4 ，R1R4=R2R3。但是后續(xù)要采用直流放大器，容易產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，線路也較復(fù)雜。3. 直流電橋和交流電橋有何區(qū)別？直流電橋的平衡條件是什么？應(yīng)變片式電阻傳感器、自感式、互感式、渦流式、電容式、熱電阻式傳感器分別可采用哪種電橋作為測(cè)量電路？答：根據(jù)電源不同分為直流和交流電橋。答：考慮傳感器的靜態(tài)特性的主要指標(biāo)，選用線性度大、遲滯小、重復(fù)性好、分辨力強(qiáng)、穩(wěn)定性高、抗干擾穩(wěn)定性高的傳感器。（20分）答案略。（10分）2. 設(shè)計(jì)一套智能測(cè)溫傳感器。已知空氣氣隙的長(zhǎng)度為x1，x2，空氣隙的面積為S，磁導(dǎo)率為μ線圈匝數(shù)W不變。（8分）答案略。采用局部失效不致對(duì)全局造成嚴(yán)重后果和預(yù)測(cè)可靠性高的方案。可靠性設(shè)計(jì)的原則是：首先要盡量簡(jiǎn)單，元件少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝簡(jiǎn)單、使用簡(jiǎn)單、維修簡(jiǎn)單，其次是技術(shù)上成熟、選用合乎標(biāo)準(zhǔn)的原材料和元件、采用保守的設(shè)計(jì)方案。其典型的設(shè)計(jì)程序如下：首先是明確可靠性指標(biāo)，產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)應(yīng)與產(chǎn)品的功能、性能一起被確定。5. 什么是傳感器靜態(tài)特性？（4分）答：傳感器的靜態(tài)特性是指當(dāng)輸入量為常量或變化極慢時(shí)傳感器輸入—輸出特性。功能型光纖傳感器其光纖不僅作為光傳播的的波導(dǎo)，而且具有測(cè)量的功能。（4分）答：光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射，當(dāng)射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時(shí)，就會(huì)在光纖的接口上產(chǎn)生全內(nèi)反射，并在光纖內(nèi)部以后的角度反復(fù)逐次反射，直至傳遞到另一端面。6. 偏差式測(cè)量是指在測(cè)量過(guò)程中，用儀表指針的位移（即偏差）決定被測(cè)量的方法；零位測(cè)量是指在測(cè)量過(guò)程中，用指零儀表的零位指示，檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)；在測(cè)量系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，用已知的基準(zhǔn)量決定被測(cè)未知量的方法；微差式測(cè)量是指綜合了偏差式測(cè)量法與零位式測(cè)量法的優(yōu)點(diǎn)而提出的方法。3. 在變壓器式傳感器中，一次側(cè)和二次側(cè)互感M的大小與一次側(cè)線圈的匝數(shù)成（①正比②反比③不成比例）4. 傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，傳感器通常由直接響應(yīng)于被測(cè)量敏感元件和產(chǎn)生可用信號(hào)輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成。（25分）答案略。三、在生產(chǎn)過(guò)程中測(cè)量金屬板的厚度，非金屬板材的鍍層厚度時(shí)常用渦流傳感器。試闡述消除和減小寄生電容影響的幾種方法和原理。（6分） 來(lái)表征。如果兩個(gè)光柵距相等，即W=，其夾角θ=176。絕對(duì)誤差是指測(cè)量值與被測(cè)量真實(shí)值之間的差值其表達(dá)式為；相對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差與被測(cè)量真實(shí)值的比值其表達(dá)式為；引用誤差是指絕對(duì)誤差與測(cè)量?jī)x表的上量限（滿度）值A(chǔ)的百分比其表達(dá)式為。霍爾式傳感器可用來(lái)測(cè)量電流，磁場(chǎng)，位移，壓力。（7分） 產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)的。其電阻靈敏度RI=。假定電位器全長(zhǎng)為Xmax，其總電阻為Rmax，它的滑臂間的阻值可以用Rx=來(lái)計(jì)算。（6分），可分為線性電位器和非線性電位器。將幾組x分別帶入以上五式，與y值相差最小的就是所求，很明顯（5）為所求。2. 設(shè)5次測(cè)量某物體的長(zhǎng)度，其測(cè)量的結(jié)果分別為： ，若忽略粗大誤差和系統(tǒng)誤差，％的置信概率下，對(duì)被測(cè)物體的最小估計(jì)區(qū)間。已知空氣隙的長(zhǎng)度為x1和x2，空氣隙的面積為S，磁導(dǎo)率為μ，線圈匝數(shù)W不變）。（10分）答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)及柵絲與試件膨脹系數(shù)（）之差異性而產(chǎn)生虛假應(yīng)變，輸出有時(shí)會(huì)產(chǎn)生與真實(shí)應(yīng)變同數(shù)量級(jí)的誤差。而前端面缺少電子，因此后端面帶負(fù)電，前端面帶正電，在前后端面形成電場(chǎng)，該電場(chǎng)產(chǎn)生的力阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)當(dāng)兩力相平衡時(shí)，電子積累也平衡，這時(shí)在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電場(chǎng)，相應(yīng)的電勢(shì)稱(chēng)為霍爾電動(dòng)勢(shì)UH。（5分）答：一塊半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)(磁場(chǎng)方向垂直于薄片)中，當(dāng)有電流I流過(guò)時(shí)，電子受到洛倫茲力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。7. 偏差式測(cè)量是指測(cè)量過(guò)程中，用儀表指針的位移（即偏差）決定被測(cè)量的測(cè)量方法；零位測(cè)量是指測(cè)量過(guò)程中，用指零儀表的零位指示，檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)；在測(cè)量系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)用已知的基準(zhǔn)量決定被測(cè)未知量的測(cè)量方法；微差式測(cè)量是指將被測(cè)的未知量與已知的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，并取得差值，然后用偏差法測(cè)得此差值的 方法。 光敏電阻 傳感器屬于這一類(lèi)。4. 測(cè)量過(guò)程中存在著測(cè)量誤差，按性質(zhì)可被分為 _絕對(duì)誤差____ 、 相對(duì)誤差 _______ 和 引用誤差 _____ 三類(lèi)，其中 ___絕對(duì)誤差__ 可以通過(guò)對(duì)多次測(cè)量結(jié)果求 平均 ____ 的方法來(lái)減小它對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。 材料傳感器的靈敏度較大。2. 電阻應(yīng)變片式傳感器按制造材料可分為① _金屬___ 材料和②____半導(dǎo)體_____體材料。（15分）答案略。（15分）十、設(shè)計(jì)一套智能測(cè)溫傳感器?？煽啃栽O(shè)計(jì)程序：①建立系統(tǒng)可靠性模型②可靠性分配③可靠性分析④可靠性預(yù)測(cè)⑤可靠性設(shè)計(jì)評(píng)審⑥試制品的可靠性試驗(yàn)⑦最終的改進(jìn)設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)原則：①盡量簡(jiǎn)單、組件少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單②工藝簡(jiǎn)單③使用簡(jiǎn)單④維修簡(jiǎn)單⑤技術(shù)上成熟⑥選用合乎標(biāo)準(zhǔn)的原材料和組件⑦采用保守的設(shè)計(jì)方案產(chǎn)品喪失完成規(guī)定功能能力所有狀態(tài)及事件的總和叫失效。在相同精度條件下，多功能智能傳感器比一功能普通的傳感器性能價(jià)格比大可見(jiàn)，SMART傳感器代表著今后傳感器發(fā)展的總趨勢(shì)。包括指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、自動(dòng)調(diào)零、自檢等c) 功能廣。每一個(gè)脈沖只反映一個(gè)光敏元的受光情況，脈沖幅度的高低反映該光敏元受光的強(qiáng)弱，輸出脈沖的順序可以反映光敏元的位置，這就起到圖像傳感器的作用。（6分）答：CCD是一種半導(dǎo)體器件，在N型或P型硅襯底上生長(zhǎng)一層很薄的，再在薄層上依次序沉積金屬電極，這種規(guī)則排列的MOS電容數(shù)組再加上兩端的輸入及輸出二極管就構(gòu)成了CCD芯片。 推導(dǎo)分流法略。 溫度補(bǔ)償方法： a 分流電阻法：適用于恒流源供給控制電流的情況。（10分）答：霍爾組件可測(cè)量磁場(chǎng)、電流、位移、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等。⑥誤差因素：參考端溫度受周?chē)h(huán)境的影響。c參考電極定律如果A、B兩種導(dǎo)體（熱電極）分別與第三種導(dǎo)體C（參考電極）組成的熱電偶在結(jié)點(diǎn)溫度為（T，）時(shí)分別為，那么愛(ài)相同溫度下，又A、B兩熱電極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)為實(shí)用價(jià)值：可大大簡(jiǎn)化熱電偶的選配工作。應(yīng)用：對(duì)熱電偶冷端不為時(shí)，可用中間溫度定律加以修正。在用熱電偶測(cè)溫時(shí)，連接導(dǎo)線及顯示一起等均可看成中間導(dǎo)體。引入適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的大小，就可測(cè)得溫度的大小。所謂熱電效應(yīng)，就是當(dāng)不同材料的導(dǎo)體組成一個(gè)閉合回路時(shí)，若兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度不同，那么在回路中將會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。③溫差電動(dòng)勢(shì)：是在同一根導(dǎo)體中，由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的一種電動(dòng)勢(shì)。 ②接觸電動(dòng)勢(shì)：接觸電動(dòng)勢(shì)是由兩種不同導(dǎo)體的自由電子，其密度不同而在接觸處形成的熱電動(dòng)勢(shì)。（10分）答：①熱電動(dòng)勢(shì)：兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A、B串接成一個(gè)閉合回路，并使兩個(gè)結(jié)點(diǎn)處于不同的溫度下，那么回路中就會(huì)存在熱電動(dòng)勢(shì)。三、什么叫做熱電動(dòng)勢(shì)、接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)？說(shuō)明熱電偶測(cè)溫原理及其工作定律的應(yīng)用。（10分）解: 代入數(shù)據(jù)求得 所以 擬合直線靈敏度,線性度177。三、分析、計(jì)算題：（20分）1. 分析（線性）電位器式傳感器由于測(cè)量線的線路中的負(fù)載電阻RL帶來(lái)的負(fù)載誤差，并計(jì)算它與位移x之間的關(guān)系。 測(cè)量誤差是指測(cè)量結(jié)果的測(cè)量值與被測(cè)量的真實(shí)值之間的差值。輸出相對(duì)真值測(cè)量誤差測(cè)量值輸入6. 繪圖并說(shuō)明在使用傳感器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，相對(duì)真值、測(cè)量值、測(cè)量誤差、傳感器輸入、