------------------------------------------------------------------------傳感器與信號調理模擬題傳感器與信號調理模擬題1為了測量某一電阻器兩端的壓降，我們考慮兩種可供選擇的方法：利用精確度為0.1%讀數(shù)的電壓表；利用精確度為0.1%讀數(shù)的電流表。若電阻器的公差為0.1%，試問哪一種方法更精確？1答:dV=RdI+IdR對于微小變化，可用增量近似代表微分，△V/V=△I/I+△R/R9利用精確度為0.1%讀數(shù)的電壓表,不確定性為0.1%利用精確度為0.1%讀數(shù)的電流表,不確定性為電流測量的不確定性與電阻本身的不確定性的迭加，為0.2%（1）一個K=2.1的350歐姆應變片被粘貼到鋁支柱（E=73GPa）上。支柱的外徑為50mm，內徑為47.5mm。試計算當支柱承受1000Kg負荷時電阻的變化。（2）闡述在單端固支懸臂梁上采用單應變片、雙應變片、4應變片的貼法。2答：（1）△R=RKε=RKF/AE,代入給定數(shù)據(jù)，結果為0.52歐姆（2）在單端固支懸臂梁上粘貼單應變片時，可在梁的合適位置的上表面或下表面粘貼；在單端固支懸臂梁上粘貼雙應變片時，可在梁的合適位置的上表面與下表面對稱粘貼，形成差動半橋；在單端固支懸臂梁上粘貼四應變片時，可在梁的兩個合適位置的上表面和下表面對稱粘貼，形成差動全橋；第3題圖變極距型電容傳感器示意圖，試推導其輸出特性。采用差動技術帶來了哪些優(yōu)勢？第3題圖變極距型電容傳感器示意圖3答：單一式初始時動極板上移差動式采用差動技術，提高靈敏度、降低非線性、提高抗共模干擾的能力。第4題圖是變氣隙型自感傳感器示意圖，推倒其傳感特性表達式第4題圖變氣隙型自感傳感器示意圖4答：自感表達式其中因為所以，所以傳感器電感當鐵心向下位移△δ時，傳感器電感為下圖分別是壓電傳感器與電荷放大器連接的示意圖和壓電傳感器與電壓放大器連接的示意圖，分別推導其輸出電壓與傳感器受力之間的關系式；如果測量準靜態(tài)量，應選用哪種接口電路形式？第5題圖a壓電傳感器與電荷放大器連接示意圖第5題圖b壓電傳感器與電壓放大器連接示意圖5答：壓電傳感器與電荷放大器連接時，輸出電壓與傳感器受力之間的關系式推導：所以（一階高通濾波特性）當時，測力時，，所以壓電傳感器與電壓放大器連接時，輸出電壓與傳感器受力之間的關系式推導：（一階高通濾波特性）時，測力時，如果測量準靜態(tài)量，應選用電荷放大器接口電路形式。下圖為三線制鉑電阻與其測量電橋，請正確連線。第6題圖三線制鉑電阻與其測量電橋6答：熱電阻的單引出線接RP，（5分）雙引出線其一接R3，其二接電源負極。7畫出光電式傳感器的基本組成圖；按被測信號轉換為光電器件入射光通量變化的形式，光電傳感器可分為哪些種類？并分別說明之。7答：光電式傳感器的基本組成包括光源、光學通路、光電器件、測量電路光電傳感器的基本類型包括1、透射式，應用舉例：測量透明度和混濁度。2、反射式，應用舉例：測量表面粗糙度3、輻射式，應用舉例：光電高溫計和爐子燃燒監(jiān)視裝置。4、遮擋式，應用舉例：測量物體面積、尺寸和位移等5、開關式，應用舉例：①開關，②產(chǎn)品計數(shù)或測量轉速等，③編碼。8闡述集成傳感器的基本概念。下圖是線性集成霍爾傳感器，說明各部分的作用。第9題圖線性集成霍爾傳感器8答：集成傳感器將傳感器、溫度補償、校準和信號調理于同一塊芯片上。（5分）線性集成霍爾傳感器由第一級差分放大V1、V2，第二級差分放大V3-V6等組成，R8外接，用于改變電路增益。第5題圖是熱電偶冷端溫度電橋補償法的原理圖，詳細闡述其補償原理。第5題圖熱電偶冷端溫度電橋補償法原理圖參考答案：答：熱電偶冷端溫度電橋補償法對冷端溫度波動能夠自動補償，電橋產(chǎn)生的不平衡電勢正好補償冷端溫度波動引起的熱電勢波動。因此①補償條件時，時，②補償結果：③注意點：1°給定的熱電偶只能選配與其相適應的補償器2°補償器只能在規(guī)定的溫度范圍內使用，即3°補償器極性不能接反a、b不能接反，E不能反接6通過恒流源激勵和在輸入端并聯(lián)溫度敏感電阻，可補償溫度對霍爾傳感器的影響。如第6題圖所示。設溫度從T0上升到T時，霍爾片的輸入電阻從r0變到r，霍爾片的靈敏系數(shù)從KH0變到KH，選用的溫度補償電阻從R0變到R，且KH=KH0+αKH0(T-T0);r=r0+βr0(T-T0);R=R0+δR0(T-T0)，在霍爾片一定的前提下，確定補償電阻。第6題圖霍爾傳感器的溫度補償參考答案：答：采用恒流源供電并且在輸入回路并聯(lián)電阻，實際流過霍爾元件的電流隨溫度的波動自動改變，正好補償霍爾元件特性隨溫度的改變，保證霍爾電勢不隨溫度波動而波動。因按上述要求推導出輸入回路并聯(lián)電阻應為一般δ很小，可忽略不計，且α＜＜β，故有7闡述集成傳感器的基本概念。第7題圖是集成霍爾開關，說明各部分的作用。第7題圖集成霍爾開關參考答案：答：集成傳感器將傳感器、溫度補償、校準和信號調理于同一塊芯片上。集成霍爾開關由霍爾元件H、差分放大V1和V2、施密特觸發(fā)器V3和V4、輸出級V5至V8組成8隨機誤差具有哪些特征？隨機誤差產(chǎn)生的原因是什么？有三臺測壓儀表，量程均為0-0.6MPa，精度等級分別為2.5級、2.0級、1.5級，現(xiàn)需測量0.5MPa左右的壓力，要求相對誤差不超過2.5%，選用哪臺儀表更合理？參考答案：解：正態(tài)分布的隨機誤差的統(tǒng)計特點：1)對稱性――絕對值相同的正、負誤差出現(xiàn)的次數(shù)相同。2)抵償性：3)單蜂性：在處，概率最大４)有界性：隨機誤差的絕對值不會超過一定界限。隨機誤差是由數(shù)量眾多、但每個因素對結果影響有很微弱的因素造成。2.5級測壓儀表最大絕對誤差為0.015MPa,2.0級測壓儀表最大絕對誤差為0.012MPa.測量0.5MPa左右的壓力，要求相對誤差不超過2.5%，即要求最大絕對誤差低于0.0125MPa，故應選用2.0級的儀表。傳感器與信號調理模擬題21、按誤差所呈現(xiàn)的規(guī)律分類，檢測誤差一般可分為哪幾種？現(xiàn)需要測量80℃左右的溫度，有兩只溫度計可選，其一量程300℃，0.5級；其二量程答：按誤差所呈現(xiàn)的規(guī)律分類，檢測誤差一般可分為系統(tǒng)誤差、隨機誤差、粗大誤差（疏失誤差）。若選用量程300℃，0.5級溫度計，則最大絕對誤差300*0.5%=1.5(℃若選用量程100℃，1.0級溫度計，則最大絕對誤差100*1.0%=1.0(℃因此應該選用100℃2、下圖是一根導體受拉伸后發(fā)生參數(shù)變化的示意圖，試推導其應變效應的數(shù)學表達式。第2題圖金屬材料的應變效應示意圖答：電阻定律全微分表達式對金屬材料因此應變效應表達式為其中為應變材料的靈敏系數(shù)對金屬材料，約1.0~2假定惠斯登電橋的1臂（左上臂）是一個120Ω的應變片（G=2.00），4臂上（左下臂）是用于補償?shù)南囝愃频母綄賾兤?臂和3臂是固定的120Ω電阻器。流過應變片的最大電流為40mA。若檢測應變片粘貼在鋼梁（E=210GPa）上，而電橋由5V供電，試問當外加負荷為70Kg/cm2時，電橋的輸出電壓是多少？假定校準電阻器與1臂上未加負荷的應變片并聯(lián)，試計算為了產(chǎn)生與鋼梁加載700Kg/cm2相同輸出電壓所需的校準電阻值。答：當外加負荷為70Kg/cm2時，應變片阻值變化為70Kg/cm2*2.00*120/210GPa輸出電壓為計算結果為81微伏（5分）該電阻與120Ω并聯(lián)后使該橋臂電阻發(fā)生變化，應使該變化量與鋼梁加載700Kg/cm2產(chǎn)生的阻值變化相同，即700Kg/cm2*2.00*120/210GPa計算結果為184.5kΩ第4題圖是角位移測量用差動電容傳感器示意圖，推導其輸出特性表達式。第4題圖角位移測量用差動電容傳感器答：初始時（5分）轉動后所以下圖是變氣隙型差動變壓器結構圖，試推導其輸出特性。SHAPE第5題圖變氣隙型差動變壓器結構圖答：所以（5分）（）所以中包含同相分量和正交分量當時當時ω繼續(xù)增加到超過某一數(shù)值時(該值視鐵心材料而異)，由于導線趨膚效應和鐵損等影響而使靈敏度下降。應選取合適的較高的激勵頻率，以保持靈敏度不變。6下圖分別是壓電傳感器與電荷放大器連接的示意圖和壓電傳感器與電壓放大器連接的示意圖，分別推導其輸出電壓與傳感器受力之間的關系式；那種電路形式對電纜長度要求更為苛刻？第6題圖a壓電傳感器與電荷放大器連接示意圖第6題圖b壓電傳感器與電壓放大器連接示意圖答：壓電傳感器與電荷放大器連接時，輸出電壓與傳感器受力之間的關系推導：所以（一階高通濾波特性）當時，測力時，，所以壓電傳感器與電壓放大器連接時，輸出電壓與傳感器受力之間的關系式推導：（一階高通濾波特性）時，測力時，壓電傳感器與電壓放大器連接時，因靈敏度與電纜分布參數(shù)有關，故對電纜要求苛刻，更換電纜是必須重新標定。7、下圖是熱電偶冷端溫度電橋補償法的原理圖，詳細闡述其補償原理。第7題圖熱電偶冷端溫度電橋補償法原理圖答：熱電偶冷端溫度電橋補償法對冷端溫度波動能夠自動補償，電橋產(chǎn)生的不平衡電勢正好補償冷端溫度波動引起的熱電勢波動。（5分）因此①補償條件時，時，②補償結果：③注意點：1°給定的熱電偶只能選配與其相適應的補償器2°補償器只能在規(guī)定的溫度范圍內使用，即3°補償器極性不能接反a、b不能接反，E不能反接8、闡述集成傳感器的基本概念。下圖是集成霍爾開關，說明各部分的作用。第7題圖集成霍爾開關參考答案：答：集成傳感器將傳感器、溫度補償、校準和信號調理于同一塊芯片上。集成霍爾開關由霍爾元件H、差分放大V1和V2、施密特觸發(fā)器V3和V4、輸出級V5至V8組成9答：莫爾條紋的主要特性：移動方向：主光柵右移，則莫爾條紋向下移；主光柵左移，則莫爾條紋向上移。移動距離：主光柵移動一個柵距W，莫爾條紋移動一個條紋間距H。莫爾條紋具有放大作用，即H＞＞W(wǎng)。(3)平均效應：莫爾條紋具有減小光柵柵距局部誤差的作用（5分）電子細分：在主光柵移動一個柵距過程中，產(chǎn)生m個彼此相位差360°/m的正弦交流信號m個ui波形依次產(chǎn)生m個過零脈沖，于是，與光柵位移x對應的過零脈沖計數(shù)值即位移的數(shù)字測量結果為：（5分）10答：測量原理：兩塊面積相等的極板固定在被測金屬板材的上、下兩側，兩極板與板材的電容的并聯(lián)（兩極板相連）值Cx隨板材厚度變化（若Cx增大，表示板材厚度變厚；反之，板材變?。珻x與固定電容C0接入變壓器電橋。（5分）檢測滯后形成原因：主要由于電容極板與軋輥之間的空間距離造成。（2分）檢測滯后造成影響：造成控制系統(tǒng)穩(wěn)定裕量降低，超調量加大、調節(jié)時間延長。（3分）

傳感器與信號調理模擬題31、試推導第1題圖所示不平衡電橋輸出電壓信號的一般表達式（忽略后級電路的輸入阻抗），并闡述在單端固支懸臂梁上采用采用單應變片、雙應變片、4應變片的貼法。第1題圖不平衡電橋示意圖答：輸出電壓信號一般表達式（5分）應變片的貼法：在單端固支懸臂梁上粘貼單應變片時，可在梁的合適位置的上表面或下表面粘貼；在單端固支懸臂梁上粘貼雙應變片時，可在梁的合適位置的上表面與下表面對稱粘貼，形成差動半橋；在單端固支懸臂梁上粘貼四應變片時，可在梁的兩個合適位置的上表面和下表面對稱粘貼，形成差動全橋；第2題圖是角位移測量用差動電容傳感器示意圖，推導其輸出特性表達式。第2題圖角位移測量用差動電容傳感器2答：初始時轉動后所以第3題圖是變面積式自感傳感器示意圖，推倒其傳感輸出特性表達式第3題圖變面積式自感傳感器示意圖3答：自感其中因為所以，所以所以對所示變面積式自感傳感器第4題圖分別是壓電傳感器與電荷放大器連接的示意圖和壓電傳感器與電壓放大器連接的示意圖，分別推導其輸出電壓與傳感器受力之間的關系式；那種電路形式對電纜長度要求更為苛刻？第4題圖a壓電傳感器與電荷放大器連接示意圖第4題圖b壓電傳感器與電壓放大器連接示意圖4答：壓電傳感器與電荷放大器連接時，輸出電壓與傳感器受力之間的關系式推導：所以（一階高通濾波特性）當時，測力時，，所以壓電傳感器與電壓放大器連接時，輸出電壓與傳感器受力之間的關系式推導：（一階高通濾波特性）時，測力時，壓電傳感器與電壓放大器連接時，因靈敏度與電纜分布參數(shù)有關，故對電纜要求苛刻，更換電纜是必須重新標定。第5題圖為三線制鉑電阻與其測量電橋，請正確連線。第5題圖三線制鉑電阻與其測量電橋5答：熱電阻的單引出線接RP，雙引出線其一接R3，其二接電源負極。6畫出光電式傳感器的基本組成圖；按被測信號轉換為光電器件入射光通量變化的形式，光電傳感器可分為哪些種類？并分別說明之。6答：光電式傳感器的基本組成包括光源、光學通路、光電器件、測量電路光電傳感器的基本類型包括1、透射式，應用舉例：測量透明度和混濁度。2、反射式，應用舉例：測量表面粗糙度3、輻射式，應用舉例：光電高溫計和爐子燃燒監(jiān)視裝置。4、遮擋式，應用舉例：測量物體面積、尺寸和位移等5、開關式，應用舉例：①開關，②產(chǎn)品計數(shù)或測量轉速等，③編碼。7闡述集成傳感器的基本概念。第7題圖是線性集成霍爾傳感器，說明各部分的作用。第7題圖線性集成霍爾傳感器7答：集成傳感器將傳感器、溫度補償、校準和信號調理于同一塊芯片上。線性集成霍爾傳感器由第一級差分放大V1、V2，第二級差分放大V3-V6等組成，R8外接，用于改變電路增益。8按光纖在傳感器中的作用，光纖傳感器可分為哪兩類？被測量對光纖傳感器光通量調制方法有哪幾種？8答：光纖傳感器的基本原理為被測量對光纖傳輸?shù)墓膺M行調制，使傳輸光的強度(振幅)、相位、頻率或偏振態(tài)隨被測量變化而變化，再通過對被調制過的光信號進行檢測和解調，從而獲得被測參數(shù)。按光纖在傳感器中的作用，光纖傳感器的可分為功能型——光纖用作敏感元件，常用單模光纖；非功能型——光纖用作傳感元件，常用多模光纖。被測量對光纖傳感器光通量調制方法有①輻射式②光纖位移式③插入式④微彎損耗式9答：測量原理：兩塊面積相等的極板固定在被測金屬板材的上、下兩側，兩極板與板材的電容的并聯(lián)（兩極板相連）值Cx隨板材厚度變化（若Cx增大，表示板材厚度變厚；反之，板材變?。?，Cx與固定電容C0接入變壓器電橋。（5分）檢測滯后形成原因：主要由于電容極板與軋輥之間的空間距離造成。（2分）檢測滯后造成影