【正文】 敏感元件才能組成傳感器。（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。分析熱電偶測(cè)溫的誤差因素，并說(shuō)明減小誤差的方法（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)存在熱電勢(shì)。 ②接觸電動(dòng)勢(shì)：接觸電勢(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勢(shì)。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)生的一種電勢(shì)。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。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。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。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。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)后的熱電勢(shì)為實(shí)用價(jià)值：可大大簡(jiǎn)化熱電偶的選配工作。⑥誤差因素：參考端溫度受周圍環(huán)境的影響措施：a 恒溫法 b計(jì)算修正法（冷端溫度修正法）c儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法d熱電偶補(bǔ)償法e電橋補(bǔ)償法f冷端延長(zhǎng)線法四、霍爾元件能夠測(cè)量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電勢(shì)的概念是什么？溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？請(qǐng)?jiān)敿?xì)推導(dǎo)分流法。 霍爾組件的不等位電勢(shì)是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。 b 電橋補(bǔ)償法五、論述CCD的工作原理，如何用設(shè)計(jì)一臺(tái)攝像機(jī)。CCD可以把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)。一、 簡(jiǎn)答題（30分，6分/題） 從傳感器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性考慮，詳述如何選用傳感器?？紤]動(dòng)態(tài)特性，所選的傳感器應(yīng)能很好的追隨輸入量的快速變化，即具有很短的暫態(tài)響應(yīng)時(shí)間或者應(yīng)具有很寬的頻率響應(yīng)特性。直流電橋優(yōu)點(diǎn)：高穩(wěn)定度直流電源容易獲得，電橋平衡電路簡(jiǎn)單，傳感器至測(cè)量?jī)x表的連接導(dǎo)線分布參數(shù)影響小。交流電橋在這些方面都有改進(jìn)。 以自感式傳感器為例說(shuō)明差動(dòng)式傳感器可以提高靈敏度的原理。 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)。它有較大面積的P一N結(jié)，當(dāng)光照射在P一N結(jié)上時(shí)則在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)。 按照傳感型（功能型）和傳輸型光纖傳感器的特點(diǎn)應(yīng)該選用哪種光纖（單模/多模），為什么？答：功能型(或稱物性型、傳感型)光纖不僅作為光傳播的波導(dǎo)而且具有測(cè)量的功能?？煞譃檎穹{(diào)制型、相位調(diào)制型及偏振態(tài)調(diào)制型。多模。答：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，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器是感知、獲取與檢測(cè)信息的窗口，一切科學(xué)研究與自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程要獲取的信息都要通過(guò)傳感器獲取并通過(guò)它轉(zhuǎn)換成容易傳輸與處理的電信號(hào)，其作用與地位特別重要。擾動(dòng)e給定 +對(duì)象傳感器﹣反饋裝置 試列出你所學(xué)過(guò)的不同工作原理傳感器哪些可用于非接觸式測(cè)量，哪些用于接觸式測(cè)量，測(cè)量何種物理量？（各≥3種）答：非接觸式測(cè)量：a) 熱電式傳感器：測(cè)量溫度b) 光纖傳感器：測(cè)量光信號(hào)c) 核輻射傳感器：測(cè)量核輻射粒子接觸式測(cè)量：a) 電位器式壓力傳感器：測(cè)量壓力b) 應(yīng)變片式電阻傳感器：測(cè)量電阻值c) 應(yīng)變式扭矩傳感器：測(cè)量扭矩 光電效應(yīng)可分為哪三種類型，簡(jiǎn)單說(shuō)明傳感器的原理并分別列出以之為基礎(chǔ)的光電傳感器。光電管及光電倍增管均屬這一類。b) 內(nèi)光電效應(yīng)：指在光的照射下，材料的電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象。c) 光生伏特效應(yīng)：利用光勢(shì)壘效應(yīng)，光勢(shì)壘效應(yīng)指在光的照射下，物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電勢(shì)。 光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的原理是什么？按其傳輸模式分為哪兩種類型？傳感型（功能型）和傳輸型光纖傳感器按照其特點(diǎn)應(yīng)該選用哪種光纖？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。 傳感型（功能型）光纖傳感器應(yīng)該選用單模光纖，傳輸型光纖傳感器應(yīng)選用多模光纖。靜態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)，如線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等。1 壓電式傳感器的前置放大器的作用是什么？電壓式與電荷式前置放大器各有何特點(diǎn)？答：作用是將輸出電壓放大，并與輸入電壓或輸入電流成正比。電荷放大器是一種具有深度電容負(fù)反饋的高增益運(yùn)算放大器，其雖然允許使用很長(zhǎng)的電纜，并且電容Ce變化不影響靈敏度，但它比電壓放大器價(jià)格高，電路較復(fù)雜，調(diào)整也比較困難。答： 應(yīng)變片一般做成絲柵狀，測(cè)量應(yīng)變時(shí)，將應(yīng)變片貼在試件表面上，試件的變形很容易傳到應(yīng)變片上。第一，零件的變形是通過(guò)剪力傳到金屬絲上的。因此，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)比金屬絲靈敏系數(shù)低。答不正確。 固態(tài)圖象傳感器的分辨率由什么因素決定？某海關(guān)欲采用固態(tài)圖象傳感器為核心的圖象識(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)圖象傳感器的原理進(jìn)行分析，從哪幾方面考慮重新選型？ 為什么要對(duì)應(yīng)變片式電阻傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，分析說(shuō)明該類型傳感器溫度誤差補(bǔ)償方法。②方法：自補(bǔ)償法 線路補(bǔ)償法 系統(tǒng)的系統(tǒng)響應(yīng)帶寬與傳感器的響應(yīng)帶寬無(wú)關(guān)，請(qǐng)問(wèn)這種說(shuō)法正確嗎？試述理由。 Pt100和Cu50各代表什么傳感器？分析熱電阻傳感器測(cè)量電橋之三線、四線連接法的主要作用。 用鎳鉻鎳硅熱電偶測(cè)量爐溫，其儀表示值為600℃，而冷端溫度t0為65℃，則實(shí)際溫度為665℃，對(duì)不對(duì)？為什么？應(yīng)如何計(jì)算？答：對(duì)。如果磁場(chǎng)與薄片法線有a夾角，那么UH=kHIBcosa,霍爾元件越?。磀越小），kH就越大，所以一般霍爾元件都很薄。答：不正確。14溫度對(duì)光電流影響不大，所以光電傳感器在使用中不需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償，此觀點(diǎn)正確否，為什么？答：不正確。15 智能傳感器只是將被測(cè)信號(hào)數(shù)字化，意義不大，你同意此觀點(diǎn)否？分析說(shuō)明你的理由。智能傳感器具有一定的人工智能，可使用電路代替一部分腦力勞動(dòng)。計(jì)算題四、下面是熱電阻測(cè)量電路，試說(shuō)明電路工作原理并計(jì)算（5分）1. 已知Rt是Pt100鉑電阻，且其測(cè)量溫度為T=50℃，試計(jì)算出Rt的值和Ra的值（10分）2. 電路中已知RRR3和E，試計(jì)算電橋的輸出電壓VAB。圖中G為指示電表，RRR3為固定電阻，Ra為零位調(diào)節(jié)電阻。C）時(shí)的電阻值。三、分析、計(jì)算題：（20分）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；（10分）一、測(cè)得某檢測(cè)裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下：XY試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度（10分）解: 代入數(shù)據(jù)求得 ∴ 擬合直線靈敏度,線性度177。試證明：Ucd=（E/2）(ΔR/R)。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）。已知長(zhǎng)方形極板的長(zhǎng)為l，高為h，極板間距離為d，容器內(nèi)下面介質(zhì)的高度為x(x h)，介電常數(shù)為ε2，容器內(nèi)上面介質(zhì)的介電常數(shù)為ε1。（5分） 0 在對(duì)量程為10MPa的壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，傳感器輸出電壓值與壓力值之間的關(guān)系如下表所示，簡(jiǎn)述最小二乘法準(zhǔn)則的幾何意義，并討論下列電壓壓力直線中哪一條最符合最小二乘法準(zhǔn)則？（10分）測(cè)量次數(shù)I12345壓力xi（MPa）245810電壓yi（V）（1）y=（2）y=+（3）y=（4）y=（5）y=+答：最小二乘法準(zhǔn)則的幾何意義在于擬和直線精密度高即誤差小。三、 計(jì)算題（20分，10分/題）設(shè)6次測(cè)量某物體的長(zhǎng)度，其測(cè)量的結(jié)果分別為： 15厘米，若忽略粗大誤差和系統(tǒng)誤差，%的置信概率下，對(duì)被測(cè)物體長(zhǎng)度的最小估計(jì)區(qū)間。答：忽略最后一個(gè)值，平均值，則最小估計(jì)區(qū)間。（1PC=1012庫(kù)侖）答： a=2) 圖示電荷放大器中Ca=100 PF，Ra=∞，RF= ∞，CF=10 PF。答：優(yōu)點(diǎn)：抗電磁干擾能力強(qiáng)；靈敏度高；幾何形狀具有多方面的適應(yīng)性，可以制成任意形狀的光纖傳感器，可以制造傳感各種不同物理信息的器件；光纖傳感器可用于高壓，電氣噪聲，高溫，腐蝕或其他惡劣環(huán)境；而且具有與光纖遙測(cè)技術(shù)的內(nèi)在相容性。六、用溫度傳感器對(duì)某溫度進(jìn)行12次等精度測(cè)量，獲得測(cè)量數(shù)據(jù)如下（單位℃）、要求對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行加工整理，并寫出最后結(jié)果（取置信系數(shù)為2）。答：1）采用半導(dǎo)體材料。 2）因?yàn)樵奖?，靈敏度系數(shù)越大。2）℃ 的熱電偶與毫伏表相連,已知接線端溫度為50℃,毫伏表的輸出為60 mv, 求熱電偶熱端的溫度為多少?3） 熱敏電阻的電阻溫度特性有什么不同? 答：1）證明： =2) ℃3）熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)大，電阻與溫度的關(guān)系近似于線性或?yàn)槠交€。十、1）有一數(shù)字溫度計(jì)，測(cè)量范圍為 –50 ℃ ～150℃, 求當(dāng)示值分別為20℃,100℃時(shí)的絕對(duì)誤差和示值相對(duì)誤差。%, 問(wèn)選用量程為250 V電壓表,其精度為那一級(jí)? 若選用量程為300 V和500 V的電壓表,其精度又分別為那一級(jí)?3)已知待測(cè)電壓為400V左右,現(xiàn)有兩只電壓表,測(cè)量范圍0～500V。 。十一、推導(dǎo)差動(dòng)自感式傳感器的靈敏度，并與單極式相比較。當(dāng)應(yīng)變片不受力，無(wú)應(yīng)變時(shí)ΔR=0，橋路處于平衡狀態(tài)，當(dāng)應(yīng)變片受力發(fā)生應(yīng)變時(shí)，橋路失去平衡，這時(shí)，就用橋路輸出電壓Ucd表示應(yīng)變片應(yīng)變后電阻值的變化量。(15分)證： 略去的第二項(xiàng)，即可得一、測(cè)得某檢測(cè)裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下：Xy試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度(15分)答：帶入數(shù)據(jù)得：k= b=擬合直線靈敏度 ,線性度 177。錯(cuò)選、多選和未選均無(wú)分。錯(cuò)填或不填均無(wú)分。14．傳感器的過(guò)載能力是指?jìng)鞲衅髟诓恢乱鹨?guī)定性能指標(biāo)永久改變的條件下，允許超過(guò) 的能力。16．已知某傳感器的靈敏度為K0，且靈敏度變化量為△K0，則該傳感器的靈敏度誤差計(jì)算公式為rs= 。18．在用帶孔圓盤所做的光電扭矩測(cè)量?jī)x中，利用孔的透光面積表示扭矩大小，透光面積減小，則表明扭矩 。20．一個(gè)半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為180，105Mpa,其中壓阻系數(shù)πL為 Pa1。22．熱敏電阻常數(shù)B大于零的是 溫度系數(shù)的熱敏電阻。24．交流電橋各橋臂的復(fù)阻抗分別為Z1，Z2，Z3，Z4，各阻抗的相位角分別為若電橋平衡條件為Z1/Z4=Z2/Z3，那么相位平衡條件應(yīng)為 。26．回答與直線式感應(yīng)同步器有關(guān)的下列問(wèn)題：（1） 它由哪兩個(gè)繞組組成？（2） 鑒相式測(cè)量電路的作用是什么？ 27．簡(jiǎn)述壓磁式扭矩儀的工作原理。29．簡(jiǎn)述激光視覺(jué)傳感器將條形碼的信息傳輸?shù)男盘?hào)處理裝置的工作過(guò)程。1個(gè)數(shù)字，其最大轉(zhuǎn)速誤差是多少？32．一熱敏電阻在0℃和100℃時(shí)，電阻值分別為200kΩ和10kΩ。33．求正弦信號(hào)x(t)=x0sinωt的自相關(guān)函數(shù)。 （1） 寫出電流i與電壓VREF的關(guān)系式。（答案一）一、 單項(xiàng)選擇題（本大題共12小題，每小題2分，共24分） 二、 填空題（本大題共12小題，每小題1分，共12分）(或校準(zhǔn)或測(cè)試) 16.(△K0/K0)100% (或間隙) 10－9 (或接地端) 24. 三、 問(wèn)答題（本大題共6小題，每小題4分，共24分）25．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。26．（1）由固定繞組和滑動(dòng)繞組組成。27．壓磁式扭矩儀的軸是強(qiáng)導(dǎo)磁材料。28．主要特點(diǎn)是：熱容量?。ɑ驘釕T性?。?，時(shí)間常數(shù)小，反應(yīng)速度快。 （2）條形碼反射的光束經(jīng)光電轉(zhuǎn)換及放大元件接收并放大后再傳輸給信號(hào)處理裝置。四、 計(jì)算題（本大題共3小題，每小題8分，共24分）31．（1） （2）頻率計(jì)的計(jì)數(shù)裝置讀數(shù)誤差為177。轉(zhuǎn)=177。（轉(zhuǎn)/分）32．熱敏電阻的一般表達(dá)式為： 式中：RT為溫度T=t+(K)時(shí)的熱敏電阻的電阻值；R0為溫度T0=t0+(K) 時(shí)的熱敏電阻的電阻值； 設(shè)t0=20℃,T0=t0+=(K)。 根據(jù)題中所給條件，有 （1） （2）（1）、（2）兩式兩邊取對(duì)數(shù)有 因此該熱敏電阻在20℃的電阻值為： 33． 五、 應(yīng)用題（本大題共2小題，每小題8分，共16分） 34．（1） （2）當(dāng)D3D2D1D0=1000時(shí)， 35．直流分量A0＝0一次諧波分量 A1＝二次諧波分量 A2＝0三次諧波分量 A3＝四次諧波分量 A4＝0五次諧波分量 A5＝其幅值譜如右圖所示。，被測(cè)軸齒盤的材料必須是____