【正文】 53 PSD 光學(xué)三角法測距系統(tǒng) 光源發(fā)出的光經(jīng)透鏡 L1 聚焦后投向待測體的表面。若透鏡 L1 與 L2 間的中心距離為 6，透鏡 L2 到 PSD 表面之間的距離（即 透鏡 L2 的焦距）為 f，聚焦在 PSD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)，可得出待測距離 D 為： D=bf/x 因此，只要測出 PSD 的光點(diǎn)位置坐標(biāo) x的值，即可測出待測體的距離。 2．用于檢測的超聲波換能器有 壓電型 、磁致伸縮型、電磁型、有振板型和彈性 表面波型等。 4．在自動(dòng)化探傷中，聲源和工件之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由缺陷反射回來的超聲波的頻率將與聲源發(fā)射超聲波的頻率有所不同，這種現(xiàn)象即為 — 多普勒效應(yīng) — ，由此效應(yīng)引起的頻率變化稱為 — 多普勒頻移 — 。 — 金屬絲柵 (敏感柵 )— 兩頭焊有引出線，作連接測量導(dǎo)線用。 7．某些晶體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。反之，如對(duì)晶體施 加電場，晶體將在一定方向上產(chǎn)生機(jī)械變形；當(dāng)外加電場撤去后，該變形也隨之消失。 8．超聲波探傷作為無損探傷的主要手段，在工業(yè)檢測中應(yīng)用十分廣泛，常用的超聲波探傷方法有共振法、 —穿透法 (透射法 )— 和脈沖反射法等。 (每空 2 分，共 26 分 ) 1．聲波在介質(zhì)中傳播的速度稱為聲速。 A 敏感元件 B．轉(zhuǎn)換元件 C 傳感器 D．被測量 3．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)時(shí)，若其方向不垂直于界面，將產(chǎn)生聲波的反射、折剔、及 —— 現(xiàn)象。 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．光生伏特效應(yīng) F．光電導(dǎo)效應(yīng) 5．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： —— 、 —— 和 A．雙絲自補(bǔ)償法 B．溫度補(bǔ)償法 C 單絲自補(bǔ)償法 D．電流補(bǔ)償法 E．電壓補(bǔ)償法 F．橋路補(bǔ)償法 6．如圖所示的結(jié)構(gòu)由 線圈、鐵芯、銜鐵三部分組成。傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連。這種結(jié)構(gòu)可 作為傳感器用于 —— 。這種情況下，不管 怎樣調(diào)整銜鐵位置也不能使零位輸出電壓調(diào)到零；二是由于 —— A重復(fù)性 B．體積 C 溫度性能 D．抗震性 E．動(dòng)態(tài)性能 F．質(zhì)量 三、問答題 (48 分 ) 1．什么是傳感器的靜特性 ?(6 分 ) 答：傳感器的靜特性是指傳感器在輸入量的各個(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出與輸人關(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．按照工作原理分類和按照輸入量 (即被測量 )分類是傳感器最常用的分類方法，這兩種分類方法各有何優(yōu)點(diǎn) ?(8分 ) 答 ：按照工作原理分類對(duì)于學(xué)習(xí)研究傳感器原理較為有利，按照輸入量 (即被測量 )分類便于實(shí)際使用者選用傳感器。 5．如圖所示是帶有等位環(huán)的乎板電容器結(jié)構(gòu)原理圖，請介紹等位環(huán)的作用。 6．只要磁通量發(fā)生變化，就有感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生，說出三種產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的方法 ?(10 分 ) 答： (1)線圈與磁場發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)； (2)磁路中磁阻變化； (3)恒定磁場中線圈面積變化。 (10 分 ) 答： (1)線圈與磁場發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)； (2)磁路中磁阻變化； (3)恒定磁場中線圈面積變化。這些條紋是基于光的 干涉 效應(yīng)產(chǎn)生的。 4．屏蔽是常用的抗干擾技術(shù)，可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和 ____電磁 ______屏蔽。 6．由不同波源發(fā)出的頻率相同、振動(dòng)方向相同、相位相同或相位差恒定的兩個(gè)波在空間相 遇時(shí)，某些點(diǎn)振動(dòng)始終加強(qiáng)，某些點(diǎn)振動(dòng)始終減弱或消失，這種現(xiàn)象稱為 干涉 現(xiàn)象。 8．為使測試工作正常進(jìn)行，必須采用抗干擾技術(shù)抑制電路中的噪聲，常見的方法有屏蔽、接地和 濾波 等。同時(shí)改變 x，ρ和μ，可以對(duì)導(dǎo)體進(jìn)行探傷；改變導(dǎo)體的電阻率ρ，可以做成測量表面溫度、檢測材質(zhì)的傳感器；改變導(dǎo)體的導(dǎo)磁率μ，可以做成測量應(yīng)力、硬度的傳感器；改變 __線圈和導(dǎo)體之間的距離 x，可以做成測量位移、厚度、振動(dòng)的傳感器。 二、選擇題：選擇正確的答案，將其對(duì)應(yīng)的字母填入橫線處（每空 2 分，共 22 分） 1．將電容量轉(zhuǎn)換成電量的電路稱作電容式傳感器的轉(zhuǎn)換電路，它們的種類很多，目前較常采用的有 __D__、調(diào)頻電路、脈沖調(diào)寬電路和運(yùn)算放大器式電路等。動(dòng)態(tài)特性好的傳感器， B。 A．駐波 B．蘭姆波 C．折射波 D．波型轉(zhuǎn)換 4．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： _A__C_和 F A．雙絲自補(bǔ)償法 B．溫度補(bǔ)償法 C．單 絲自補(bǔ)償法 D．電流補(bǔ)償法 E．電壓補(bǔ)償法 F．橋路補(bǔ)償法 5．超聲波的頻率高 (可達(dá) 109 Hz)，因而 _____B____，繞射現(xiàn)象小，方向性好，能夠成為射線而定向傳播。 B．光照特性 C．光譜特性 D．伏安特性 7．粘貼應(yīng)變片做好準(zhǔn)備工作后要進(jìn)行的工作是： _A___。 B．光照特性 C．光譜特性 D．伏安特性 9．壓電材料開始 壓 電特性時(shí)的溫度叫 __D__。 3．什么是傳感器？畫出其組成框圖并介紹各環(huán)節(jié)的功能。 傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路三部分組成。 傳感器組成框圖 4．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)，簡述產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。 5．畫出直流電橋和交流電橋原理圖，并分別寫出電橋平衡條件。電子獲得能量后釋放出來，參加導(dǎo)電。 2．為了使光電器件能很好工作，需要選擇合適的光源。 3．邊緣效應(yīng)不僅使電容傳感器的 ___靈敏度 _______降低，而且產(chǎn)生非線性，因此應(yīng)盡量消除或減小邊緣效應(yīng)。 5．屏蔽是常用的抗干擾技術(shù)，可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和 ____電磁 _____屏蔽。 7．差動(dòng)變壓器是互感式電感傳感器，它可以將被測量的變化轉(zhuǎn)換 為 ___互感系數(shù) _____變化。 9．磁柵式傳感器由 __磁柵、磁頭 _和檢測電路組成，其中 __磁柵 __是檢測位置的基準(zhǔn)尺。 A．小 B．大 C．相等 2．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。 B．磁電式 C．電磁式 D．感應(yīng)同步器 3．在光的作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面，向外發(fā)射的現(xiàn)象叫 __A__。當(dāng)光柵改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，莫爾條紋也隨之改變運(yùn)動(dòng)方向，兩者具有 相對(duì)應(yīng)的關(guān)系。角 D．與光柵移動(dòng)方向成 135。 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 6．應(yīng)變片絕緣電阻是指已粘貼的應(yīng)變片的 __B__之間的電阻值。另一部分能量透過介質(zhì)面，到另一介質(zhì)內(nèi)繼續(xù)傳播，稱為 __C__。那么當(dāng)接收點(diǎn) O與發(fā)射點(diǎn) S 和介質(zhì)都處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，接收點(diǎn)收到的頻率將 _A_ ；如果接收點(diǎn)以速度 V0與聲波傳播方向同向運(yùn)動(dòng)，接收點(diǎn)所收到的頻率 __B__；如果接收點(diǎn)以速度 V0與聲波傳播方向逆向運(yùn)動(dòng)，接收點(diǎn)所收到的頻率 _C__。 B．體積 C．溫度性能 D．抗震性 E．動(dòng)態(tài)性能 F．質(zhì)量 三、問答題（ 46 分） 1．電容傳感器分為變間距型、變面積型和變介電常數(shù)型三種形式，比較這三種傳感器測位移時(shí)的 量程、靈敏度、線性度。 2．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，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，如圖所示。（ 10 分） 答：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，霍爾元件在磁場中產(chǎn)生的霍爾電勢： UH =KHIB。 3．什么是傳感器的動(dòng)特性？（ 5 分） 答：傳感器的動(dòng)特性是指傳感器對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。閾值 是能使傳感器的輸出產(chǎn)生可測變化量的最小被測輸入量值，即零點(diǎn)附近的分辨力。彈簧管 1 的 自由端與差動(dòng)式電感傳感器的銜鐵 2相連，銜鐵2 位于傳感器兩差動(dòng)線圈 5 和 6 的中間位置。 答：線圈和銜鐵構(gòu)成差動(dòng)變氣隙自感式電感傳感器，當(dāng)壓力 P 發(fā)生變化時(shí)，彈簧管 1 的自由端產(chǎn)生位移，使銜鐵 2 產(chǎn)生移動(dòng)，使兩差動(dòng)線圈 5 和 6的電感值一個(gè)增加，一個(gè)減少。 6．用渦流傳感器測量金屬板厚度時(shí)需不需要 恒溫，為什么？ (IO 分 ) 答：導(dǎo)體的電阻率 JD隨溫度變化，在較小的溫度范圍內(nèi)導(dǎo)體的電阻率 JD 與溫度關(guān)系為線性關(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，引起測量誤差，所以用渦流傳感器測量金屬板厚度時(shí)需要恒溫。 3．大氣壓力一般在 960hPa～ 1060hPa范圍內(nèi)變化，要測量其精確值，選用的傳感器的測量范圍應(yīng)為 ___960hPa～1060hPa(稍大于此范圍也可 ) ____，量程應(yīng)為 ___l00hPa____ 4．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 f 變化的關(guān)系： I= fi(f)、 S= f2(f)稱為 __頻率特性 _____ 5．磁柵式傳感器由磁柵、磁頭和檢測電路組成，其中 ___磁柵 ______是檢測位置的基準(zhǔn)尺。 7．渦流的大小與導(dǎo)體的電阻率 p、導(dǎo)磁率 u、導(dǎo)體厚度 t，以及線圈與導(dǎo)體之間的距離 x、線圈的激磁頻率 w 等參數(shù)有關(guān)。 二、選擇題（選擇正確的答案，將其對(duì)應(yīng)的字母填入橫線處。 B．轉(zhuǎn)換元件 C．傳感器 D．被測量 2．傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定主要是研究傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，而與動(dòng)態(tài)響應(yīng)有關(guān)的參數(shù)，對(duì)一階傳感器有 ___E_____；對(duì)二階傳感器有 ___D_____和 ____F____。 A．鑒幅 B．鑒相 C．靜態(tài) D．動(dòng)態(tài) 4．改變電感傳感器的引線電纜后， _C___。 B．動(dòng)態(tài) C．精確 D，隨機(jī) 6．螺管型電感傳感器按照其工作原理應(yīng)屬于 ___C_____傳感器。 A．磁電型 B．差動(dòng)變壓器型 C．渦流型 D．變面積型 E．螺管型 F．變氣隙型 G．變磁通型 H．恒定磁通型 8．影響壓電式傳感器工作性能的因素很多，產(chǎn)生誤差的原因主要有： __B__、 __D__、 環(huán)境濕度的影響、基座應(yīng)變的影響和噪聲的影響等。 A．駐波 B．蘭姆波 C．折射波 D．波型轉(zhuǎn)換 ，應(yīng)對(duì)傳感器的靈敏度、線性度、信噪比、滯后、漂移、 ___A__、 _E___、負(fù)載效應(yīng)等技術(shù)性能提出基本要求。（ 10 分） 答：傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉(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量裝置或系統(tǒng)。敏感元件直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的某一種量；轉(zhuǎn)換元件把敏感元件的輸出量轉(zhuǎn)換成電路參量（電阻、電容、電感）；轉(zhuǎn)換電路將轉(zhuǎn)換元件輸出的電路參數(shù)轉(zhuǎn)換成電量輸出。熱電阻的類型包括鉑熱電阻、銅熱電阻、銦電阻、錳電阻等。 4．如圖所示是超聲波液位計(jì)的 原理圖，簡述其工作原理。如換能器至液面的垂直距離為 L，從發(fā)到收經(jīng)過的時(shí)間為 t，超聲波在氣體中的傳播速度為 c，則 試卷代號(hào)： 1107 中央廣播電視大學(xué) 20202020 學(xué)年度第一學(xué)期“開放本科”期末考試 2020 年 1 月 一、填空題（每空 2 分，共 28 分） 1．磁電式傳感器可用來測量線速度和角速度，對(duì)測得的速度進(jìn)行積分可求出 ___位 移 ____，微分可求出 ___加速度____,磁電式傳感器直接從被測物體吸收機(jī)械能并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，工作時(shí)不需要 ___電源 ____。 3． ___感應(yīng)同步器 _____是利用兩個(gè)平面繞組的互感系數(shù)隨兩者的相對(duì)位置變化而變化的原理，測量線位移和角位移的傳感器。 4．沿應(yīng)變片軸向的應(yīng)變 ex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 ey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) ____。 6．渦流的大小與導(dǎo)體的電阻率 P、導(dǎo)磁率 u、導(dǎo)體厚度 t，以及線圈與導(dǎo)體之間的距離 x、線圈的激磁頻率叫等參數(shù)有關(guān)。 7．當(dāng)有電流流過兩個(gè)