哈工大 2023年 秋季學(xué)期傳感技術(shù)及應(yīng)用 試卷答案70分一、 推斷題〔正確打√標(biāo)記，錯(cuò)誤打×標(biāo)記，每題1分，共10分〕1〔〕傳感器的閾值，實(shí)際上就是傳感器在零點(diǎn)四周的區(qū)分力。2〔×〕1mm0.001mm0.1%。3〔×〕A承受最小二乘法擬合算得線性度為±0.6B承受A的線性度優(yōu)B。4〔×〕無(wú)論何種傳感器，假設(shè)要提高靈敏度，必定會(huì)增加非線性誤差。5〔×〕幅頻特性優(yōu)良的傳感器，其動(dòng)態(tài)范圍大，故可以用于高精度測(cè)量。6〔×〕系統(tǒng)重進(jìn)展標(biāo)定，也可直接使用。7〔×〕壓電式力傳感器既可以測(cè)量靜態(tài)力，也可以測(cè)量動(dòng)態(tài)力。8〔〕熱電偶的工作機(jī)理是導(dǎo)體的熱電效應(yīng)，而熱電勢(shì)的產(chǎn)生必需具備兩個(gè)條件，即兩種導(dǎo)體材質(zhì)不同且兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度不同。9〔×〕于光敏電阻的響應(yīng)時(shí)間很短，因此可以用做高速光電開關(guān)。10〔×〕的折射率小于包層的折射率。二、選擇題〔110〕1〔①〕車間條件下測(cè)量大型機(jī)床工作臺(tái)的位移〔20m，可承受：①光柵傳感器；②電容傳感器；③電渦流傳感器。2〔②〕為一個(gè)旋轉(zhuǎn)式機(jī)械分度裝置增加數(shù)顯系統(tǒng)，可承受的角度傳感器為：①增量式編碼器；②確定式編碼器；③電容傳感器。3〔①〕對(duì)生產(chǎn)流水線上的塑料零件進(jìn)展自動(dòng)計(jì)數(shù)，可承受的傳感器為：4〔②〕在線測(cè)量高速回轉(zhuǎn)零件的主軸徑向偏擺量，可承受：第1頁(yè)〔共10頁(yè)〕試題答案：試題答案：5〔②〕以下哪類傳感器具有防水功能？6〔①〕為了在報(bào)紙印刷的高速生產(chǎn)流水線上監(jiān)測(cè)印刷缺陷，可以承受哪一種傳感器？CCDCCD傳感器；③硅光電池。7〔③〕一個(gè)小型光學(xué)儀器中用于測(cè)量光斑二維位置變化〔x-〕的傳感器可承受：①線陣CCD傳感器；②面陣CCD傳感器；③PSD傳感器。8〔③〕確定式編碼器的碼制絕大多數(shù)承受：〔循環(huán)碼。9〔②〕以下電感傳感器中，哪種傳感器的輸出特性是線性的？10〔③〕電容式液位傳感器屬于以下哪種型式？①變極距型；②變面積型；③變介質(zhì)型。三、簡(jiǎn)答題〔65420〕什么是傳感器？包含哪些方面含義，傳感器由哪三個(gè)局部組成？答：傳感器〔Transducer/Sensor〕的定義是：“能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并依據(jù)肯定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置”。定義包含的意思：①傳感器是測(cè)量裝置，能完成檢測(cè)任務(wù)；②它的輸入量是某一種被測(cè)量，可能是物理量，也可能是化學(xué)量、生物量等；是電量，還可以是氣壓、光強(qiáng)等物理量，但主要是電物理量；④輸出與輸入之間有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，且能到達(dá)肯定的精度。輸出量為電量的傳感器，一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、根本轉(zhuǎn)換電路三局部組成。敏感元件：它是直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。轉(zhuǎn)換元件：將敏感元件的輸出轉(zhuǎn)換成肯定的電路參數(shù)。有時(shí)敏感元件和轉(zhuǎn)換元件的功能是由一個(gè)元件〔敏感元件〕實(shí)現(xiàn)的。根本轉(zhuǎn)換電路：將敏感元件或轉(zhuǎn)換元件輸出的電路參數(shù)轉(zhuǎn)換、調(diào)理成肯定形式的電量輸出。2〔共10頁(yè)〕以下圖是熱敏電阻的伏安特性曲線，請(qǐng)對(duì)曲線進(jìn)展分析；用該熱敏電阻測(cè)量溫度時(shí)，應(yīng)當(dāng)利用曲線的哪一段，說(shuō)明緣由；用該熱敏電阻測(cè)量風(fēng)速或流量時(shí)，應(yīng)當(dāng)利用曲線的哪一段，說(shuō)明緣由。V〔電壓〕b cda0 I I I〔電流〕a m答：性。0－a段：電流小于Ia，功耗小，電流缺乏以使熱敏電阻發(fā)熱，元件上的溫度根本是環(huán)境溫度。此時(shí)熱敏電阻相當(dāng)于一個(gè)固定電阻，電壓與電流之間符合歐姆定律。a－b段：隨著電流增加，熱敏電阻功耗增加，導(dǎo)致電流加熱引起熱敏電阻自身溫度超過(guò)環(huán)境溫度〔介質(zhì)溫度減小的速度。c－d段：隨著電流增加，為Im時(shí)，電壓到達(dá)最大值，電流連續(xù)增加，熱敏電阻本身加熱更為猛烈，阻值快速減小，阻值減小的速度大于電流增加的速度，消滅c－d段負(fù)阻區(qū)。用0－a段進(jìn)展測(cè)溫。電流缺乏以使熱敏電阻發(fā)熱，熱敏電阻的阻值變化只與被測(cè)量的環(huán)境有關(guān)。用c－d段測(cè)量風(fēng)速或流量，風(fēng)速或流量可以使熱敏電阻的熱量消耗，而消耗的熱量與風(fēng)速或流量有關(guān)。3〔共10頁(yè)〕抱負(fù)狀況下，金屬應(yīng)變片的輸出電阻是應(yīng)變的一元函數(shù)，但實(shí)際上應(yīng)變片輸出電阻還和溫度有關(guān)，即ΔR/R=F(ε，t)，請(qǐng)表達(dá)電阻應(yīng)變片溫度的補(bǔ)償方法和補(bǔ)償原理。線路補(bǔ)償法電橋補(bǔ)償是最常用且效果較好的線路補(bǔ)償。RB被測(cè)試件材料完全一樣的補(bǔ)償塊上，且僅工作應(yīng)變片承受應(yīng)變。RBtΔt=t-t0溫度而引起的電阻變化量相等，電橋仍處于平衡狀態(tài)。應(yīng)變片的自補(bǔ)償法這種溫度補(bǔ)償法是利用自身具有溫度補(bǔ)償作用的應(yīng)變片(稱之為溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片)來(lái)補(bǔ)償?shù)摹Ｒ罁?jù)溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片的工作原理，要實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償，必需有 K( )0 0 g s上式說(shuō)明，當(dāng)被測(cè)試件的線膨脹系數(shù)βg溫度系數(shù)α0、靈敏系數(shù)K0βs，滿足上式，則不管溫度如何變化，均有ΔRt/R0=0，從而到達(dá)溫度自補(bǔ)償?shù)哪康?。?jiǎn)述光纖的根本構(gòu)造，并基于幾何光學(xué)的原理，以階躍光纖為例說(shuō)明其傳光過(guò)程。答：1.光纖的構(gòu)造，由纖芯、包層和外套三局部組成。包層 外套纖芯階躍光纖的纖芯與包層間的折射率階躍變化的，即纖芯內(nèi)的折射率分布大體上是均在界面上發(fā)生突變，如下圖。光線的傳播，依靠光在纖芯和包層界面上發(fā)生的內(nèi)全反射現(xiàn)象。 第4頁(yè)〔共10頁(yè)〕試題答案：試題答案：1nn0n斯乃爾定理〔Snell”s Law〕指出：當(dāng)光由光密物質(zhì)〔折射率大〕入射至光疏物質(zhì)＞。臨界條件是： 2n arcsin 2n

sin n0 11 C 1

sin n1 0分析電容傳感器邊緣效應(yīng)產(chǎn)生的緣由，畫圖給出消退其影響的措施，并進(jìn)展論述。應(yīng)。②在構(gòu)造上增設(shè)等位環(huán)來(lái)消退邊緣效應(yīng)。電極均勻電場(chǎng)

等位環(huán)

原理：等位環(huán)安放在上面電極外，且與上電極絕緣邊 邊 組等電位，這樣就能使上電極的邊緣電力線平直，兩極緣 緣 間電場(chǎng)根本均勻而發(fā)散的邊緣電場(chǎng)發(fā)生在等位環(huán)的外電 電 周不影響工作。場(chǎng) 場(chǎng)電極5〔共10頁(yè)〕試論述熱電偶中間導(dǎo)體定律，并證明之。說(shuō)明其作用。答：在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)線，只要其兩端的溫度相等，第三導(dǎo)線的引入不會(huì)影響熱電偶的熱電勢(shì)。A TCA 0CTT TT0Be(T,T)A 0

T0e (T)

B 0TA導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差：TAT C

AC 0(T,T)C 0 0

e(T,TA

)TT0

(T)dTAe (T)AB

Be (T,T)B 0

TT>T

e (T)

e(T,T)B 0

(T)dT0T B0T00 CB T0

C

電勢(shì)差：Te(T,TT

)0 (T)dT0T端接觸電勢(shì)：e0 AC

(T)T00 e0

nlnnA

C 0 0

T C0T ne (T

)T

Cnln C

T端接觸電勢(shì)：eAB

e lnnAB0CB 0 e n0Be (T,TAB

)eAB

(T)eB

(T,T0

)eAC

(T)e0

(T)e0

(T,T)0e (T)eAB AC

(T)e0

(T)e0

(T,T0

)eA

(T,T)0T

nln AT

nln AT

nln C

T

(T)

(T)dTe n 0e nB C

0e n T B AB 0(TT

n) ln

T

(T)

(T)dT0 e n T B AB 0此定律具有特別重要的有用意義，由于用熱電偶測(cè)溫時(shí)必需接入儀表(第三種材料)，(T0)A、B結(jié)點(diǎn)的焊接方法也可以是任意的。6〔共10頁(yè)〕試題答案：〔6分假設(shè)某光柵的柵線密度為50線/m=0.01ra。求其形成的莫爾條紋間距BH是多少？說(shuō)明莫爾條紋生成原理及特點(diǎn)。答：〔1〕=W=1mm/50=0.02mm=20mB≈W/θ=0.02mm/0.01=2mmH〔2〕在透射式直線光柵中，把主光柵與指示光柵的刻線面相對(duì)疊合在一起，中間留有很形成亮帶；在兩光柵刻線的錯(cuò)開處，由于相互擋光作用而形成暗帶。橫向莫爾條紋的斜率

tantan2莫爾條紋間距

BC W WB AB

可見莫爾條紋的寬度B

由光柵常數(shù)H sin 2sin H與光柵夾角打算 2 2W很小，但只要調(diào)整夾角θ，即可得到B，起了放大作用。放大倍數(shù)：1/θ均衡誤差作用：由大量柵線共同形成的莫爾條紋對(duì)光柵柵線的刻線誤差有均衡作用，提高了測(cè)量精度。θ將可獲得相應(yīng)寬度的莫爾條紋，可用轉(zhuǎn)變?chǔ)鹊拇笮?lái)選擇任意粗細(xì)的莫爾條紋?！?2分〕試論述7〔10頁(yè)〕試題答案：試題答案：霍爾片不等位電勢(shì)產(chǎn)生的緣由及其補(bǔ)償方法；假設(shè)霍爾片承受恒流源供電，為補(bǔ)償溫度誤差，承受在輸入回路并聯(lián)電阻，假設(shè)霍αβt0時(shí)的輸入電阻為RKH0；溫度t1Rit

R [1(tti0

)]，霍爾元KHt答:

K [1(ttH0

)]，請(qǐng)畫圖并推導(dǎo)并聯(lián)的電阻RP的大小。t=t。靈敏度系數(shù)KH0

輸入電阻RI0當(dāng)t=t靈敏度系數(shù) K

K tHt輸入電阻 R it

H0R i0

t

t00II I

IR I

RII P

RII PP H P

H i

RRi P

H0 R Ri0 PI PHt R Rit P

R1i0

tR0 P為了使霍爾電勢(shì)不隨溫度變化，要保證： UT0=UT即 K H0

BK I BH0 Ht Ht

R

0

P

R R0 R R Pi0 P

i0〔12分〕石英晶體壓電片上的極性如圖〔a〕所示。++Fx+++Fx++y????FxyFx Fx〔a〕x方向受壓力 〔b〕x方向受拉力第x x 8〔共10頁(yè)〕第y y試題答案：試題答案：〔c〕y方向受壓力 〔d〕y方向受拉力請(qǐng)答復(fù)：石英晶體的壓電效應(yīng)有何特點(diǎn)？試標(biāo)出圖〔b〔〔〕叫縱向壓電效應(yīng)？什么叫橫向壓電效應(yīng)？壓電傳感器配用電路常承受電荷放大器，依據(jù)壓電材料的等效模型推導(dǎo)電荷放大器輸出電壓與電荷的關(guān)系；并說(shuō)明電荷放大器有何特點(diǎn)。答：某些電介質(zhì)物質(zhì)，在沿肯定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在其外表上產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉后，又重回到不帶電的狀態(tài)，這種將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象，稱為“正〔順〕壓電效應(yīng)”。相反，在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，它會(huì)產(chǎn)生氣械變形，當(dāng)去掉外加電場(chǎng)時(shí)，電介質(zhì)的變形隨之消逝。這種將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的現(xiàn)象，稱為“逆壓電效應(yīng)”。Z、X、Y表示它的坐標(biāo)。Z軸通過(guò)晶體不產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，因而它的奉獻(xiàn)是作為基準(zhǔn)軸。X軸為電軸〔垂直于光軸ZX軸共有三個(gè)。Y軸為機(jī)械軸〔力軸生的變形最大。X軸作用力，而在垂直于此軸晶面上產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象，稱為“縱向壓電效應(yīng)”。YX軸的晶面上產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象，稱為“橫向壓電效應(yīng)?！盋aRaCcCaRaCcRiCiQUUfUiCf9〔共10頁(yè)〕UU0

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