一、单项选择题（每小题 4 分，共 40 分）
1.差动变压器属于(C )。
A. 电容式传感器
B. 压电式传感器
C. 电感式传感器
2. 利用(A )制成的光电器件有真空光电管、充气光电管和光电倍增管等。A. 外光电效应
B.压电效应
C. 声光效应 3. 压电传感器的测量电路中前置放大器的作用有(C )
A.消除电缆电容对灵敏度的影响
B. 减小测量误差
C. 把传感器的高输入阻抗变换成低输入阻抗 4. 以下(B )是影响 CMOS 传感器性能的首要问题。
A. 暗电流
B. 噪声
c.像素的饱和
5. 超声波换能器是超声波传感器中的一个核心部件，并以(B )的应用最为广泛。
A. 电动式换能器
B. 压电式换能器
C. 电磁式换能器 6. ( B)被广泛应用在各种检测仪表中，特别是需要辐射和穿透力强的情况，如金属探伤、测厚以及测量物体的密度等。
A.α 射线
B.y 射线
c. x 射线
7. 首先对红外辐射进行(A ) ，使恒定辐射变成交变辐射，不断地引起铁电体的温度变化，才能导致热释电红外传感器产生，并输出交变信号。
A. 调制
B.滤波
c.补偿
8. 以下（C）不属于虚拟仪器技术所具有的特点。
A. 集成性强
B. 扩展性强
c.开发时间长
9. 超声波的频率高，因而(A ) ，绕射现象小，方向性好，能够形成射线而定向传播。
A. 波长短
B. 波长长
c.速度慢
10. 金属应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏系数(B )。
A. 大
B. 小
c.相等 11.应变片绝缘电阻Rm 是指已粘贴的应变片的引线与被测试件之间的电阻值， 通常要求 Rm 的恰当范围是(C )以上。
A. 70-100MΩ
B. 60-100MΩ
C. 50-100MΩ
12. 磁头的作用是读取磁栅上记录信号， 按读取信号方式的不同， 磁头可分为(A )磁头和(B )磁头。
A. 静态
B.动态
C. 鉴幅
D.鉴相
13.应变片绝缘电阻是指己粘贴的应变片的( C)之间的电阻值。
A. 覆盖片与被测试件
B. 基片与被测试件
C 引线与被测试件
D. 敏感栅与被测试件
14. 如图所示的结构由线圈、铁芯、衔铁三部分组成的。线圈套在铁芯上的，在铁芯与衔铁之间有一个空气隙，空气隙厚度为 δ。传感器的运动部分与街铁相连。当外部作用力作用在传感器的运动部分时，衔铁将会运动而产生位移，使空气隙δ发生变化。这种结构可作为传感器用于(D)
A、仅用于静态测量
B. 仅用于动态测量
C. 既不能用于静态测量，也不能用于动态测量
D.静态测量和动态测量
15. 码盘式传感器是建立在编码器的基础上的， 它能够将角度转换为数字编码， 是一种数 字式的传感器。码盘按结构可以分为接触式、
B
和
D
种。
A. 磁电式
B. 光电式
C. 感应同步器
D. 电磁式
16. 在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面， 向外发射的现象叫
A
A. 外光电效应
B. 声光效应
C. 磁电效应
D. 压电效应
17.为了消除应变片的温度误差，可采用的温度补偿措施包括
B 、
E
和桥路补偿法等。
A.温度补偿法
B. 双丝自补偿法
C. 电流补偿法
D. 电压补偿法
E. 单丝自补偿法
18. 零位误差是评定差动变压器性能的重要指标之一， 产生零位误差的原因主要有两个:一是由于次级绕组两线圈电气参数和几何尺寸不对称，致使产生的感应电势幅值不等，相位不同。这种情况下，不管怎样调整衔铁位置也不能使零位输出电压调到零；二是由于
D
A. 电源幅值及频率的不稳定
B. 温度变化引起线圈的铜电阻值的变化， 从而引起激磁电流和输出电流的变化
C. 骨架材料高频损耗小， 温度膨胀系数小
D. 磁性材料磁化曲线的非线性
19.在光的作用下，能够使物体内部产生一定方向的电动势的现象叫 C
A. 声光效应
B. 热释电效应
c.光生伏特效应
D. 光电导效应
20. 利用
D 可制成半导体光敏电阻。利用 A 制成的光电器件有真空光电管、充气光电管和光电倍增管等。
A. 外光电效应
B.压电效应
C. 磁电效应
D. 光电导效应
E. 声光效应
21. 超声波是(
C
)的一种，即是机械振动在弹性介质中的一种传播过程。
A. 电磁波 B.纵波 c.机械波 D. 表面波
22. 传感器的动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。动态特性好的传感器( A
)。
A. 其输出量随时间变化的曲线与被测量随时间变化的曲线一致或者相近 B. 其测量的绝对误差与仪表的满量程之比小 C. 其输出量中与被测输入量元关的不需要的变化小
D. 其动态数学模型可以用线性常系数微分方程来表示
23. 改变电感传感器的引线电缆后， ( C
)。
A. 不必对整个仪器重新标定 B. 必须对整个仪器重新调零 C. 必须对整个仪器重新标定 D.不必对整个仪器重新调零
24. 当光敏元件加一定电压时， 如果照射在光敏元件上的是→ 单色光， 当入射光功率不变时，光电流随人射光披长变化而变化的关系 I = f (λ)，称为( C
)。在检测中，应选择最大灵敏度在需要测量的光谱范围内的光敏元件，才有可
能获得最高灵敏度。
A. 温度特性 B.光照特性 c.光谱特性 D.伏安特性
25. 电参量式传感器包括电阻式、( D )和( E )三种基本形式。
A. 电阻式 B.磁电式 c.压磁式 D.电容式 E. 电感式
26. 为使探头有效地向工件发射和接收超声波， 必须使探头和工件探测面之间有良好的声藕合，藕合方式可分为直接接触法和( D )法。
A.液介 B. 气介 C. 固介 D. 液浸
27. ( A)是测试系统的第一环节，将被测系统或过程中需要观测的信息转化为人们所熟悉的各种信号。
A. 传感器 B.转换元件 c. 敏感元件 D. 被测量
28. 传感器的动态标定主要是研究传感器的动态响应， 而与动态响应有关的参数， 对一阶传感器有( E) ;对二阶 传感器有固有频率和(D )。
A. 上升时间 B. 稳定时间 c. 超调量 D. 阻尼比 E. 时间常数
29. 固态压阻式传感器灵敏度高( 比金属丝高 50~80 倍) ，尺寸小，横向效应也小，滞后和蠕变都小，因此适用于(B )测量。
A. 静态 B. 动态 c. 精确 D. 随机
30. 螺管型电感传感器按照其工作原理应属于(C )传感器。
A. 差动变压器式 B. 互感式 c. 自感式 D. 涡流式
31. 影响压电式传感器工作性能的因素很多， 产生误差的原因主要有: （B）、（D）环境湿度的影响、基座应变的影响、 噪声的影响等。
A. 声压的影响 B. 环境温度的影响 c. 静电搞合的影响 D. 横向灵敏度
32.应变片绝缘电阻是指已粘贴的应变片的
C
之间的电阻值。
A.覆盖片与被测试件 B. 基片与被测试件 c.引线与被测试件 D. 敏感栅与被测试件
33. 当光栅付中任一光栅沿垂直于刻线方向移动时， 莫尔条纹就会沿近似( A)的方向运动。当光栅改变运动方向时，莫尔条纹也随之改变运动方向，两者具有相对应的关系。因此可以通过测量莫尔条纹的运动来判别光栅的运动。
A. 垂直于光栅移动方向 B. 平行于光栅移动 c.与光栅移动方向成 4 5。角 D.与光栅移动方向成 1 3 5。角
34. 应变片的选择包括类型的选择、材料的选用、( C)和( D )等。
A.测量范围的选择 B. 电源的选择 c.阻值的选择 D. 尺寸的选择 E. 精度的选择
35. 应变片绝缘电阻是指巳粘贴的应变片的(B)之间的电阻值。
A. 覆盖片与被测试件 B. 引线与被测试件 c.基片与被测试件 D. 敏感栅与被测试件
36. 当声波传播至两介质的分界面， → 部分能重返回原介质， 称为反射波; 另一部分能量透过介质面，到另一介质内继续传播，称为( C)。
A. 驻波 B. 兰姆波 c.折射波 D. 波型转换
幅值及频率的不稳定 D. 骨架材料高频损耗小， 温度膨胀系数小
37．超声波在固体中可穿透几十米的长度，在液体、固体中衰减(
)，碰到杂质或分界面 就会有显著( C
)。
A. 小 B．大 C. 反射 D．折射 E. 透射
38．压电材料开始丧失压电特性时的温度叫( D
)。
A．压电系数 B．弹性系数 C. 机电耦合系数 D. 居里点
6．在光的作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，引起物体电阻率的变 化，这种现象称为( D
)。
A. 磁电效应 B．声光效应 C. 光生伏特效应 D．光电导效应
39．环境温度变化后，光敏元件的光学性质也将随之改变，这种现象称为( D
)。温度升高会引起光敏元件的光电流及光谱特性等变化。
A.光谱特性 B.光照特性 C.频率特性 D.温度特性
1、以下不属于压电式传感器的特点的是：
C-灵敏度低 2、适合于使用红外传感器进行测量的被测物理量是：
B-温度 3、利用（）可制成半导体光敏电阻。
B-光电效应 4、电阻应变片的绝缘电阻是指已粘贴的应变片的（）这间的电阻值。
C-引线与被测试件 5、下列属于磁电式传感器非线性误差产生的原因的是（）。
B-传感器线圈电流产生的磁通对工作磁通产生影响。
6、以下（）是由一列 MOS 光敏元和一列移位寄存器并行构成的。
A-线阵 CCD 图像传感器 7、在工业放射性同位素自动检测仪表中广泛采用的核辐射传感器的：
C-电离室 8、电容式传感器是将被测量的变化转换成（）变化的一种传感器。
B-电容量 9、超声波是（）的一种，即是机械振动在弹性介质中的一种传播过程。
B-机械波 10、以下（）不属于虚拟器技术所具有的特点。
C-开发时间长 1、压电传感器的测量电路中前置放大器的作用是（）。
C-把传感器的高输入阻抗变换成低输入阻抗 2、超声波的频率高，因而（）绕射现象小，方向性好，能够成为射线而定向传播。
A-波长短 3、差动变压器属于（）。
C-电感式传感器 4、以下（）是影响 MOS 传感器性能的首要问题。
B-噪声 5、超声波换能器是超声波传感器中的一个核心部件，并以（）的应用最为广泛。
B-压电式换能器 6、金属应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏系数（）。
B-小
7、首先对红外辐射进行（）使恒定辐射变成交变辐射，不断地引起铁电体的温度变化，才能导致热释电产生，并输出交变信号。
A-调制 9、利用（）制成的光电器件有真空光电管、充气光电管和光电倍增管等。
A-外光电效应 10、（）被广泛应用在各种检测仪表中，特别是需要辐射和穿透力前的情况，如金属探伤、测厚以及测量物体的密度等。
B-r 射线
二、填空题
1.
光电效应
是指一束光线照射到物质上时，物质的电子吸收了光子的能量而发生了相应的电效应现象。
2. 红外传感器是将（红外辐射量）的变化转换在电量变化的器件。
3. 热释电探测器多用在 非接触
、被动式检测应用中。
4. 超声波是频率比声波频率
高
的机械波。
5. 虚拟仪器技术是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的
软件 来完成各种测试、测量和自动化的应用。
6、按磁场方式分类，磁电感应式传感器可分为变磁通式和（ 恒磁通 ）式两大类。
7、超声波在固体和液体中衰减较（ 弱 ），因此穿透能力强是超声波所具有的主要特点之一。
8、电容式传感器是将非电量的变化转换为电容（电压）的变化来实现对物理量的测量。
9、红外辐射按照波长不同，可以为分远红外区、（中红外区）和近红外区。
10、虚拟仪器技术的三大组成部分包括：灵活高效的（软件）、模块化 I/0 硬件和用于集成的软硬件平台。
三、简答题 1 1. 分辨力: : 传感器在规定测量范围内所能检测出被测输入量的最小变化值。
2 2. 静特性：指传感器在输人量的各个值处于稳定状态时的输出与输入关系， 即当输入量是常量或变化极慢时，输出与输入的关系.
3 3. 多普勒效应：当声源和工件之间有相对运动时， 反射回来的超声波的频率将与声源发射超声波的频率有所不同，这种现象即为多普勒效应。
4 4. 霍尔效应: 金属或半导体薄片两端通以控制电流， 在与薄片垂直方向上施加一定磁感应强度的磁场，那么在垂直于电流和磁场方向的薄片的另两侧会产生电动势，该电动势的大小与控制电流和磁感应强度成正比，这一现象称为霍尔效应。
5.
气元失真检测的条件是什么? 答：无失真检测条件是 z 幅频特性应当是常数(即水平直线) 相频特性应该是线性关系。
6 6. 热电阻式传感器有哪些类型 ? 答:热电阻式传感器的类型包括铀热电阻、铜热电阻、锢电阻、锺电阻等。
7 7. 磁电式传感器有何优点 ?
答：磁电式传感器直接从被测试件吸收机械能并转换成电信号输出，输出功率大，性能稳定，工作不需要电源，调理电路简单，灵敏度较高，一般不需要高增益放大器。
8 8. 声波形成干涉条件是什么 ? 答:频率相同、振动方向相同、相位相同或相位差恒定的两个波在空间相遇。
9 9. 线性度: 实际测试获得静特性曲线后， 采用直线拟合的办法来线性化， 输出、输入的校正曲线与其拟合直线之间的最大偏差，就称为线性度(或非线性误差)。
10. 压阻效应：沿一块半导体某一轴向施加一定应力时， 除了产生一定应变外， 材料的电阻率也要发生变化，这种现象称为半导体的压阻效应。
11. 传感器是由哪几部分组成 ? 各有何功能 ? 答:传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。敏感元件直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一种量。转换元件接受敏感元件的输出并把输入转换成电路参量。转换电路把转换元件输出电路参数转换成电量输出。
12. 金属应变片有哪些类型 ? 答:①电阻丝应变片;②金属筒式应变片。
1 13 3. 什么叫涡流效应 ? 答:当一块金属导体放置在一变化的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中旋涡那样在导体内转圈，所以称之为电涡流或涡流。这种现象就称为涡流效应
14. 何为传感器的分辨力和阔值 ? 答：分辨力是指传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化值。阔值是能使传感器的输出产生可测变化量的最小被测输入量值，即零点附近的分辨力。
15. 测定频响函数的方法是什么 ? 常见标准输入信号有哪几种 ? 确定频响函数的方法是以标准信号输入，测出其输出信号，从而求得需要的特性。输入的标准信号有正弦信号、脉冲信号和阶跃俯号。
16. 简述电容 式传感器的优点。
①温度稳定性好;②结构简单，适应性强;③动态响应好 z④可以实现非接触测量，具有平均效应;⑤灵敏度、分辨力高。
1 1 7. 标定：
在明确传感器的输出与输入关系的前提下， 利用某种标准器具对传感器进行标度。
18. 传感器: 传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于精确处理和应用的另一种量的测量装置或系统。
19. 稳定性: 又称长期稳定性， 即传感器在相当长时间内保持其原性能的能力。一般以室温条件下经过一规定时间间隔后，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异来表示，有时也用标定的有效期来表示。
20. 无失真检测的条件是什么 ? 答:无失真检测条件是:幅频特性应当是常数(即水平直线);相频特性应该是线性关系。
2 21 1. 莫尔条纹：将栅距相同的两块光栅的刻线面相对重叠在一起， 并且使二者栅线有很小的交角。，这样就可以看到在近似垂直栅线方向上出现明暗相间的条纹，称为莫尔条纹。莫尔条纹是基于光的干涉效应产生的。
22. 光栅：在玻璃尺或玻璃盘上类似于刻线标尺或度盘那样，进行长刻线( 一般为 10-12mm) 的密集刻划， 得到黑白相间、间隔相同的细小条纹， 没有刻划的白的地方透光， 刻划的发黑，不透光。这就是光栅。
23. 测定频响函数的方法有哪几种? ?
确定频响函数的方法是以标准信号输入，测出其输出信号，从而求得需要的特性。输入的标准信号有正弦信号、脉冲信号和阶跃信号。
24. 塞贝克效应: 两种不同的导体或半导体组成一个回路， 其两端相互连接， 只要两结点处的温度不同，回路中就有电流产生，即回路中存在电动势，称为热电势，这种现象称为塞贝克效应。
25. 金属应变开有哪些类型? ①电阻丝应变片;②金属街式应变片。
26. 动特性: 指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。
27. 超声肢的波型有几种 ? 是根据什么来分类的 ? 答:超声波的波型有纵波、横波、表面波(亦称瑞利披)、兰姆波。
依据超声场中质点的振动与声能量传播方向之间的关系来进行分类。
2 28 8. 压电效应:某些晶体，当沿着一定方向受到外力作用时，内部会产生极化现象，同时在某两个表面上产生大小相等符号相反的电荷;当外力去掉后，又恢复到不带电状态;当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变;晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象叫压电效应。
29. 什么叫金属应变片的横向效应 ? 沿应变片轴向的应变εx 必然引起应变片电阻的相对变化，而沿垂直于应变片轴向的横向应变 εy 也会引起其电阻的相对变化，这种现象称为横向效应。
四、论述及分析题{每小题 20 分，共 40 分)
1. 以下是 两种霍尔元件的驱动电路，请指出哪个是恒流源驱动电路?哪个是恒压源驱 动电路?并简述这两种驱动电路的特点。(20 分)
答：图1是恒流源驱动电路，图2是恒压源驱动电路驱动。
对霍尔元件可采用恒流驱动或恒压驱动，恒压驱动电路简单，但性能较差，随着磁感应强 度增加，线性变坏，仅用于精度要求不太高的场合。恒流驱动线性度高，精度高，受温度影响小。两种驱动方式各有优缺点，应根据工作要求 确定驱动方式。
2 2. 根据红外传感器测试系统框图(图 3) ，给出图中 A 、B 、C 、D 四处的名称，并简要叙述 其在红外传感器测试系统中的工作过程。
答: A-光学接收器，光学接收器接受目标的部分红外辐射并传输给红外传感器。
B-辐射调制器，辐射调制器会把来自待测目标的辐射调制成交变的辐射光。
C 一红外探测器，红外探测器是利用红外辐射与物质相互作用所呈现出来的物理效应探测红外辐射。
D-信号处理系统，信号处理系统将探测的信号进行放大、滤波等处理，然后将这些信息转化成所需要的格式
3 3. 简述传感器的选用原则及设计测试系统时应考虑的因素。
传感器的选用原则：
(1)仔细研究所测试的信号、分析测试环境和干扰因素、根据测试范围确定选用什么样的传感器、
确定测试方式、考虑传感器的体棋在被测位置是否能安装下，传感器的来源、价格等因素。
(2) 传感器灵敏度、频率响应特性、稳定性、精度。(3 分〉
设计测试系统时应考虑的因素:灵敏度、精确度、响应特性、线性范围、稳定性、测量方式、各环节之间的配合、并尽量兼顾体积小、重量轻、结构简单、易于维修、价格便宜、便于携带、通用化和标准化等一系列因素。( 6 分，要求回答 5 个要点以上〉
4. 以下是霍尔钳形电流表的工作原理图， 请标出图中 1 、2 、3 处的名称， 并简述霍尔钳形 电流表的工作原理。
答：1 一霍尔元件；2-环形铁心；3 一导线 (1)霍尔钳形电流表的探头是用环形铁芯做集束器，霍尔器件放在空隙中间，由安培定律可知，在载流导 体周围会产生一正比于该电流的磁场。
(2) 霍尔元件在磁场中产生的霍尔电势: UH =KHIB 。电流表中霍尔元件的灵敏度 KH ，控制电流 I 为定值，霍尔元件输出的霍尔电势与磁场成正比，通过对磁场的测量可间接测得电流的大小。
5 5. 激光干涉传感器的作用是测量长度， 其基本原理就是光的干涉原理， 测量精度高、分辨力强。如图所示是迈克尔逊双光束干涉系统，图中 S 是光源， B 是分光镜， M!是固定反射镜， M2 是可动反射镜， p 是观察屏处，试介绍其工作原理;当 M2 每移动半个光波波长时， 写出被测长度 x 的公式。
答: (1)来自光源 S 的光经半反半透分光镜 B 后分成两路，一路由固定反射镜 M1 反射， 另一路经可动反射镜 M2 和 B 反射，在观察屏 P 处相遇产生干涉。
(2) 当 M2 每移动半个光波波长时， 干涉条纹亮暗变化一次， 因此被测长度为 x = Nλ0/2n 式中， X 一被测长度；N 一干涉条纹亮暗变化次数；λ0 一真空中光波波长;n 一空气折射率
6 6. 画出测试系统的组成框图，
并说明各组成部分的作用。
答案要点:
(1)传感器作为测试系统的第一环节，将被测量转化为人们所熟悉的各种信号，通常传感器将被测量转换成电信号; (3 分)
(2) 信号变换部分是对传感器所送出的信号进行加工， 如信号的放大、滤波、补偿、校正、模数转换、数模转换等，经过处理使传感器输出的信号便于传输、显示或记录; (3 分〉
(3) 显示与记录部分将所测信号变为便于人们理解的形式， 以供人们观测和分析。(3 分〉
7 7. 常用的超声波探伤方法有哪些? 各有什么特点?
答案要点:常用的超声波探伤方法有共振法、穿透法、脉冲反射法。
共振法的特点是:可精确的测厚，特别适宜测量薄板及薄壁管;工件表面光洁度要求高，否则不能进行测量。
穿透法具有以下特点: (1)探测灵敏度较低，不易发现小缺陷；(2) 根据能量的变化即可判断有元缺陷， 但不能定位;(3)适宜探测超声波衰减大的材料: (4) 吁避免盲区， 适宜探测薄板;(5) 指示简单， 便于启动摆在；(6) 对两探头的相对距离和位置主要求较高。
脉冲反射法的特点是:(1)探测灵敏度高;(2) 能准确地确定缺陷的位置和探路;(3) 可用不同波型揣测， 应用范围广。
8 8. 影响测试系统正常工作的干扰有哪些? 如何防护?
答案要点: (1)机械干扰。采取减振措施，一般可设置减振弹簧或减振橡胶。(2) 光干扰。将元件封闭在不透光的壳体内， 注意对光的屏蔽。
(3) 温、湿度干扰。采用导热性良好的金属材料制成屏蔽罩将需要防护的装置屏蔽起来，并使罩内温度分布均匀。对于高精度的计量测试工作，可安排在恒温室内进行，在测试的过程中还可采用温度补偿的方法以减小环境温度变化对测试结果的影响。环境去湿或在设计测试 装置时采取防潮措施，如对电气元件和印刷电路板等浸渍防潮漆或用机硅橡胶或环氧树脂等灌装。(4) 电磁干扰。屏蔽、接地和滤波等。
9 9 、 为什么用应变片测量时必须采用温度补偿措施 ?
答案要点:粘贴到试件上的电阻应变片，除感受机械应变而产生电阻相对变化外，在环境温度变化时，也会引起电阻的
相对变化，产生虚假应变，因此采用温度补偿措施。
10. 简述利用 PSD 进行三角法测距的原理。
答：(1)光源发出的光经透镜 L l 聚焦后投向待测体的表面。反射光由透镜 L2 聚焦到一维 PSD上，形成一个光点。
(2) 只要测出 PSD 的光点位置坐标 x 的值， 即可测出待测体的距离。
(3) 若透镜 L1 与 L2 间的中心距离为 b ， 透镜 L2 到 PSD 表面之间的距离( 即透镜 L2 的焦距)为 f ，聚焦在 P SD 表面的光点距离透镜 L2 中心的距离为 x ，则根据相似三角形的性质，可得出待测距离 D 为：D=bf/x
1 11 1. 电桥是传感器的常用变换电路， 请画出直流电桥与交流电桥的电路图， 并列出各自的 平衡条件。( 1 6 分)
答: (1)直流电桥的平衡条件是: R 1 R 3 =R2R4
(2) 交流电桥的平衡条件是：Z1Z3 =Z2Z4
Zj =
1 1 2. 如何用磁电式传感器测量位移和加速度 ?
答：当传感器结构参数和磁场的磁感应强度确定后，磁电式传感器的感应电动势 e 与线圈相对磁场的运动速度 ν 或 φ成正比，可用磁电式传感器测量线速度和角速度，对测得的速度进行积分或微分就可求出位移和加速度。
1 1 3. 什么是传感器 ? 画出其组成框图并介绍各环节的功能 。
答:(1)传感器是一种以一定的精确度把被测量转换成与之有确定关系的、便于精确处理的另外一种量的测量装置或系统。
(2) 传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。
(3) 敏感元件直接感受被测量， 并输出与被测量成确定关系的某一种量; 转换元件把敏感元件的输出量转换成电路参量(电阻、电容、电感) 转换电路将转换元件输出的电路参数转换成电量输出1 1 4. 图示是 BYM 型压力传感器的结构原理图。弹簧管 1 的自由端与差动式电感传感器的衔铁 2 相连，衔铁 2 位于传感器两差动线圈 5 和 6 的中间位置。试介绍其工作原理。
答：(1)线圈和衔铁构成差动变气隙自感式电感传感器，当压力 P 发生变化时，弹簧管 1 的自由端产生位移，使衔铁 2产生移动，使两差动线圈 5 和 6 的电感值一个增加，一个减少。
(2) 衔铁位移的大小决定传感器输出信号的大小， 衔铁移动的方向决定输出信号的相位，传感器输出信号的大小和相位与两差动线圈电感值的变化、衔铁的位置、压力之间有一个确定的关系，由此可以测得压力的大小。
15. 何为热电阻式传感器 ? 常用的热电阻类型有哪些 ?
答：
( 1 )利用导电材料的电阻率随本身温度而变化的温度电阻效应制成的传感器，称为热电阻式传感器。(2) 热电阻的类型包括铅热电阻、铜热电阻、锢电阻、短电阻等。
16. 用涡流传感器测量金属板厚度时需不需要恒温，为什么 ?
答：导体的电阻率 ρ 随温度变化，在较小的温度范围内导体的电阻率 p 与温度关系为线性关系，在其他条件不变的情况下，导体电阻率的改变可导致涡流传感器输出信号的变化，引起测量误差，所以用涡流传感器测量金属板厚度时需要恒温。
17. 如图所 示是超声波液位计的原理图，
简述其工作原理
答：( 1 )如图所示是白发自收单换能器方式，换能器安装在最高液位之上的空气或气体中，超声换能器发出的超声脉冲在气体中从换能器传至液面，
反射后再从液面返回同一换能器而被接收。
(2) 如换能器至液面的垂直距离为 L ，从发到收经过的时间为 t ，超声波在气体中的传播速度为 c ，则:L=1/2c18. 螺管型电感传感器 与变气隙型电感传感器各有何优缺点? ?
答：
(1)变气隙型电感传感器灵敏度高，因而它对电路的放大倍数要求低。它的主要缺点是非线性严重，为了减小非线性，量程就必须限制在较小范围内，通常为气隙乱的 1/5 以下，同时，这种传感器制造装配困难。
(2) 螺管型电感传感器的灵敏度低， 但量程大， 线性性较好， 制造装配方便， 批量生产的互换性强。
1 19 9. 接近开关有哪些 ? 选择接近开关应考虑哪些因素 ?
答：(1)接近开关有涡流式、电容式、霍尔式、光电式、热释电式，以及利用多普勒效应制成的超声波、微波接近开关。
(2) 选择接近开关应考虑应用对象、重复定位精度、开关频率、负载接法、动作差程、以及工作电压范围、负载电流大小、工作温度范围、动作距离、通态压降、以及断态漏流等。
15. 如图所示是带有等位环的平板电容器结构原理图，请介绍等位环的作用。
答：使电极 2 的边缘电力线平直，两电极间的电场基本均匀，消除和减小边缘效应，提高电容传感器的灵敏度和线性度。
16. 只要磁通量发生变化，就有感应电动势产生，说出三种产生感应电动势的方法。
答：(l)线圈与磁场发生相对运动; (2) 磁路中磁阻变化;(3) 恒定磁场中线圈面积变化。
17 ．粘贴到试件上的电阻应变片，环境温度变化会引起电阻的相对变化，产生虚假应变，这种现象称为温度效应，简述产生这种现象的原因。
答：(1)环境温度变化时，由于敏感栅材料的电阻温度系数的存在，引起应变片电阻相对变化; (2) 环 境 温度变化时，敏感栅材料和试件材料的膨胀系数不同，应变片产生附加的拉长(或压缩)，引起电阻的相对变化。
18 、 如图所示是两种光电转速传感器的工作原理图，试介绍其工作原理。
答：反射型光电转速传感器在电机的转轴上沿轴向均匀涂上黑白相间条纹。光源发出的光照在电机轴上，再反射到光敏元件上。由于电机转动时，电机轴上反光面和不反光面交替出现，所以光敏元件间断地接收光的反射信号，输出相应的电脉冲。电脉冲经放大整形电路变换为方波，根据方波的频率，就可测得电机的转速。
直 射型 光 电转速传感器在电机轴上装有带孔的圆盘，圆盘的一边设置光源，另一边放置光电元件。当光线通过圆盘上的孔时，光电元件产生一个电脉冲。当电机转动时，圆盘随着转动，光电元件就产生一列与转速及圆盘上的孔数成正比的电脉冲数，由此可测得电机的转速。电机的转速 n 为：n= 60 f /N
式中，N— 圆盘的孔数或白条纹的条数;f 一电脉冲的频率。
1 19 9 、图 1 1 为热释电红外传感器的结构图，给出图中 A、B、C 三处代表的器件名称，简述热释电红外传感器的工作原理。
答：A-窗口。B-滤光片。C-热电元件。要点 1：当红外辐射照射到已经极化的铁电体薄片表面上时引起薄片温度升高，使其极化强度降低。要点 2：表面电荷减少，这相当于释放一部分电荷，如果将负载电阻与伯电体薄片相连，则负载电阻上便产生一个电信号输出；要点 3：输出信号的强弱取决于薄片温度变化的快慢，从面反映出入射的红外辐射的强弱；要点 4：如果对红外辐射进行调制，使恒定辐射变成交变辐射，不断的引起铁电体的温度变化，才能导致热释电产生，并输出交变信号五、计算题(1 0 分}
1、 如图 4 所示电路，乱，凡.R3.R4 为同一类型金属应变片电阻，灵敏系数为 100. 电路 初始状态为电桥平衡状态，直流输入电压叭=的，当测试件受力后.4 个应变片产生应变分别 为:El =0.001 .E2 =0.0005. 白=0.001.ε4 =0.0005. 求电桥在测试件受力后的输出电压Uoo 解 解 ：
以 上 电 桥 中 ， 当 测 试 件 受 力 后 ， 产 生 的 输 出 电 压 为 根据已知数据，可得
进一步计算得 Uo =0.1v
2、电桥是传感器的常用转换电路，图中 R1,R2,R3 为固定电阻，RX 为随温度 T 变化的电阻，即热敏电阻，电源电压为 Ux=5V。（1）指出上图是用于直流还是交流测量？（2）当室温为 20 度，R1=8 欧姆，R3=10 欧，热敏电阻 Rx=16欧，此时电桥是否达到平衡？（3）写出输出电压 Uo 的表达式。（4）当室温发生变化时，Rx=17 欧，试分析求得此时输出电压 Uo 为多少？
答：
（1）是用于直流测量。
（2）根据直流电桥的平衡条件，经 计 算 可 得 ：即满足电桥的平衡条件，因此此时电桥平衡。（3）根据电路可得 ：（4）根据输出电压的表达式，可得：Uo=-71.2mV。
3、用 K 型热电偶测量温度，已知冷端温度为 40 度，测得的热电势为 29.188，求被测温度 T。（由 K 型热电偶分度表已 知 U(30,0)=1.203mV ，U(40,0)=1.611mV,U(560,0)=23.198mV,U(610,0)=15.327mV,U(740,0)=30.799,U(800,0)=33.277）。
答：由题中已知：U(T,40)=29.188mV，查 K 型分度表可知：U(40,0)=1.611mV，故：U(T,0)=29.188+1.611=30.799mV，反查 K 型分度表可得：T=740 度。因此被测温度为 740 度。
《传感器与测试技术》形考
一、判断题（Y 对/N 错）
1．测试技术在自动控制系统中也是一个十分重要的环节。Y 2．金属应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏系数小。Y 3．热敏电阻传感器的应用范围很广，但是不能应用于宇宙飞船、医学、工业及家用电器等方面用作测温使用。N 4．电容式传感器的结构简单，分辨率高，但是工作可靠性差。N 5．电容式传感器可进行非接触测量，并能在高温、辐射、强烈振动等恶劣条件下工作。Y
6．电容式传感器不能用于力、压力、压差、振动、位移、加速度、液位的测量。Y 7．电感传感器的基本原理不是电磁感应原理。N 8．电感式传感器可以将被测非电量转换成线圈自感系数 L 或互感系数 M 的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。Y 9．互感传感器本身是变压器，有一次绕组圈和二次绕组。Y 10．差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等，但其工作原理基本一样。Y 11．传感器通常由敏感器件、转换器件和基本转换电路三部分组成。Y 12．电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的一种传感器。Y 13．电阻应变片的绝缘电阻是指已粘贴的应变片的
引线与被测试件之间的电阻值。Y 14．线性度
是指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。Y 15．测量误差越小，传感器的精度越高。Y 16．传感器的灵敏度 k 等于传感器输出增量与被测量增量之比。N 17．传感器能检测到输入量最小变化量的能力称为分辨力，当分辨力以满量程输出的百分数表示时则称为分辨率。Y 18．测量转换电路首先要具有高精度，这是进行精确控制的基础。N 19．电桥是将电阻、电容、电感等参数的变化转换成电压或者电流输出的一种测量电路。Y 20．电桥有两种类型：直流电桥和交流电桥。Y 1．压电式传感器的特点的是灵敏度比较低。N 2．磁电感应式传感器可分为变磁通式和恒磁通式两大类。Y 3．差动变压器属于电感式传感器。Y 4．压电传感器的测量电路中前置放大器的主要作用是把传感器的高输入阻抗变换成低输入阻抗。Y 5．磁电式传感器非线性误差产生原因的是传感器线圈电流产生的磁通对工作磁通产生影响。Y 6．通常电路参量式传感器分为 4 类：压电式传感器、磁电式传感器、热电式传感器和霍尔式传感器。Y 7．压电式传感器适宜于动态测量，不适合测量动态的力、压力、加速度、振动等参数。N 8．磁电式传感器工作性能稳定，输出阻抗小，灵敏度高，尺寸和重量比较小。N
9．磁电式传感器通常输出功率较大，测量电路比较简单。N 10．热电动势的产生实际上由 2 部分组成，即接触电势和温差电势。Y 11．两种不同类型的金属导体（或半导体），两端分别接在一起构成闭合回路，当两个结点温度不等有温差时，回路里会产生热电势，形成电流，这种现象称为热电效应。Y 12．利用热电效应，只要知道热电偶回路一端结点温度，就可以测出另一端结点的温度。Y 13．对于任何一种金属，高温端的自由电子要向低温端扩散，高温端因失去电子而带正电，低温端得到电子而带负电，形成温差电动势，又称汤姆森电动势。Y 14．压电式传感器的输出信号很微弱，而且内阻很高，一般不能直接显示和记录。Y 15．压电传感器可以等效为一个电源 U 和一个电容器 Ca 的串联电路。
16．压电传感器也看作是个电荷发生器，等效为一个电荷源与一个电容并联的等效电路。Y 17．由电效应转变为机械效应或者由电能转变为机械能的现象，就是压电陶瓷的逆压电效应。Y 18．由机械效应转变为电效应，或者由机械能转变为电能的现象，就是压电陶瓷的正压电效应。Y 19．超声波式的检测仪表，一般都是利用压电材料作为超声波发射探头和接收探头的，例如超声波液面计，超声波流量计，超声波测厚仪等。N 20．变磁通式传感器，在结构上有开磁路和闭磁路两种，一般用来测量旋转物体的角速度，产生感应电动势的频率作为输出。Y 1．超声波在固体和液体中衰减较弱，因此穿透能力强。Y 2．超声波是机械波的一种，即是机械振动在弹性介质中的一种传播过程。Y 3．超声波换能器是超声波传感器中的一个核心部件，其中压电式换能器的应用最为广泛。Y 4．超声波是频率比声波频率低的机械波。N 5．热释电探测器多用在非接触被动式检测应用中。Y 6．在工业放射性同位素自动检测仪表中广泛采用的核辐射传感器是电离室。Y 7．适合于使用红外传感器进行测量的被测物理量是加速度。Y 8．利用外光电效应制成的光电器件有真空光电管、充气光电管和光电倍增管等。N
9．温度是适合于使用红外传感器进行测量的被测物理量。Y 10．噪声是影响 CMOS 传感器性能的首要问题。Y 11．X 射线被广泛应用在各种检测仪表中，特别是需要辐射和穿透力前的情况，如金属探伤、测厚以及测量物体的密度等。Y 12．光电式传感器就是将电信号转化成光信号的一种器件，简称光电器件。N 13．光电器件的物理基础是热电效应。N 14．光电器件具有可靠性较高结构简单等特点但精度比较低。N 15．光电管是将球形玻璃壳抽成真空，在内半球面上涂上一层光电材料作为阳极，球心放置小球形或小环形金属作为阴极。N 16．γ 射线被广泛应用在各种检测仪表中，特别是需要辐射和穿透力前的情况，如金属探伤、测厚以及测量物体的密度等。Y 17．红外传感器是将红外辐射量的变化转换成电量变化的器件。Y 18．一束光线照射到物质上时，物质的电子吸收了光子的能量而发生了相应的电效应现象叫做光电效应。N 19．利用外光电效应制成的光电器件有真空光电管、充气光电管和光电倍增管等。Y 20．线阵 CCD 图像传感器是由一列 MOS 光敏元和一列移位寄存器并行构成的。Y 21．利用光电效应可制成半导体光敏电阻。N 22．红外辐射按照波长不同，可以分为远红外区、中红外区和近红外区。Y 23．光电效应是指一束光线照射到物质上时，物质的电子吸收了光子的能量而发生了相应的电效应现象。Y 24．在工业放射性同位素自动检测仪表中广泛采用的核辐射传感器为电离室。Y 25．首先对红外辐射进行调制，使恒定辐射变成交变辐射，不断地引起铁电体的温度变化，才能导致热释电产生，并输出交变信号。Y 26．超声波在固体和液体中衰减较弱，因此穿透能力强是超声波所具有的主要特点之一。Y 27．光电池是一种直接将光能转换为电能的光电器件。N 28．利用光导纤维的传光特性，把被测物理量的变化转换为光特性（强度、相位、偏振态、频率、波长）改变的传感
器就是光纤传感器。Y 29．光电式编码器采用光电技术将轴角信息转换成数字信号与计算机和显示装置连接后可实现动态测量与实时控制 Y 30．光栅是利用莫尔条纹现象来进行测量的，即两块光栅叠合时，会出现光的明暗相间的条纹。Y 1．与一般传感器相比，智能传感器成本低但不具备编程自动化能力。Y 2．压阻式微传感器是在单晶半导体膜片适当部位扩散形成力敏电阻而构成的。Y 3．压力微传感器广泛应用于汽车电子：如 TPMS（轮胎压力监测系统）、发动机机油压力传感器、汽车刹车系统等。Y 4．谐振式微传感器是利用某种谐振子的振动力随被测量的变化而变化来进行测量的一种传感器。N 5．Thinkpad 手提电脑能够动态的监测出笔记本在使用中的振动，并根据这些振动数据，系统会智能地选择关闭硬盘还是让其继续运行，因为其内置了压力传感器。N 6．微机械陀螺的工作原理是基于经典力学的牛顿第 2 定律，通过一定形式的装置产生并检测哥氏加速度。N 7．视觉传感器是将景物的电信号转换成光信号的器件，固态图像传感器是现在视觉信息获取的一种基础器件。N 8．虚拟仪器技术是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件 来完成各种测试、测量和自动化的应用。Y 9．虚拟仪器技术所具有的特点是集成性强、扩展性强。Y 10．虚拟仪器技术所具有的特点是开发时间长。N 11．目前的固体图像传感器主要有三种类型：第一种是电视摄像机 MOS（金属氧化物半导体）图像传感器，又称为SSPA（自扫描光电二极管阵列），第二种是 CCD 图像传感器，第三种是 CID（电荷注入器件）图像传感器。Y 12．机器人触觉传感器主要有检测和识别功能。Y 13．现代机器人的“皮肤”主要有两方面的感觉：冷热和软硬。Y 14．常见的人工嗅觉系统一般由气敏传感器阵列和分析处理器构成。Y 15．金属半导体传感器是目前使用最为广泛的嗅觉传感器。N 16．电子鼻能分辨气体的种类和浓度，有时比人鼻还灵敏，而且，有的气体比如一氧化碳（俗称煤气），人的鼻子是闻不到的，而电子鼻却能感觉到。Y 17．实现味觉传感器的一种有效方法是使用类似于生物系统的材料作为传感器的敏感膜。Y 18．虚拟仪器技术的三大组成部分包括：灵活高效的软件、模块化 I/O 硬件和用于集成的软硬件平台。Y
19．常见的智能传感器有微型传感器、模糊传感器和网络传感器三种。Y 20．听觉传感器是将声源通过空气振动产生的声波转换成电信号的换能设备。Y
二、简答题
1．传感器的输出信号通常可以分为哪两类？并举例说明。
答：1 模拟式：传感器输出的是模拟电压量；2 数字式：传感器输出的是数字量，如编码器式传感器。
2．传感器电路中常用的滤波器有哪些分类方法？ 答：模拟滤波器的选频作用，分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器；根据构成滤波器的元件类型，可分为 RC、LC 或晶体谐振滤波器；根据构成滤波器的电路性质，可分为有源滤波器和无源滤波器；根据滤波器所处理的信号性质，可分为模拟滤波器和数字滤波器。
3．电阻应变片的工作原理是什么？答：被测的物理量（温度、压力等）的变化会引起电阻式传感器中传感元件电阻值的相应变化，而这种电阻值的变化又可能通过转换电路转换为更为直观的电压或电流的变化。
4．什么是应变片的横向效应？ 答：当金属线材受单向拉力时，由于整根金属丝的每段都受到同样大小的拉力，其应变也是相同的，故线材的总电阻增加值为各微段电阻增量之和。但整根金属线材弯折成栅状，成应变片后，应变片的灵敏轴向施以拉力，则直线段都的电阻丝仍产生沿轴向的拉伸应变，其电阻是增加的，而各圆弧段除了有沿各轴向产生的应变外，还有在与轴向相垂直的方向产生的压缩应变，使得圆弧段截面积增大，电阻值减小，虽然金属丝敏感栅的电阻总的表现为增加，但是，由于各圆弧段电阻值减小的影响，使得应变片的灵敏系数要比同样长度单线受轴向力的金属丝的灵敏系数小，这种因弯折处理的变化使灵敏系数减小的现象称为应变片的横向效应。
5．下图中哪个是直流电桥？哪个是交流电桥 ？为什么？
答：图 1 为交流电桥。
图 2 为直流电桥，因为其中电阻 Z1、Z2、Z3、Z4 组成了电桥的 4 个桥臂，在电桥的一条对角线的两端 a 和 c 接入直流电源，作为电桥的激励电源，而在电桥的另一条对角线两端，b 和 d 上输出电压值 U0 输出可直接用于驱动指示仪表，也可接入后续放大电路。
6．压电晶片通常有哪些连接方法？各有什么特点？ 答：压电晶片通常有并联和串联两种接法。
并联接法的输出电荷大，本身电容大，时间常数也大，因此常用测量温度信号以及以电荷作为输出量的场合。
串联皎洁的输出电压大，本身电容小，适用于以电压作为输出信号以及测量电路输入阻抗很高的场合。
7．根据压电式传感器的等效电路，其输出可以有哪些形式？相应的前置放大器有哪些两种形式？ 答：根据压电式传感器的等效电路，其输出可以是电压 U，也可以是电荷 Q，因此其相应的前置放大器也有两种形式：电压放大器和电荷放大器。
10．为什么在热电偶测温应用中要进行冷端处理及补偿？ 答：执电偶热电动势的大小是热端温度和冷端温度的函数差，为保证输出热电动势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定，热电偶分度表给出的热电动势是以冷端温度 0 摄氏度为依据的，否则会产生误差。
13．LabVIEW 如何进行数字信号处理？ 答：
它将信号处理需要的各种功能封装为一个个的 VI 函数，用户利用这些现成的信号处理 VI 函数即可以迅速实现所需要的功能，而无需再为复杂的数字信号处理算法耗费精力了。
14．LabVIEW 应用中信号调理的目的是什么？常见的方法有哪些？ 答：信号调理的目的是尽量减少干扰信号的影响，提高信号的信噪比，它会直接影响分析结果，因此，一般来说，信号调理是信号分析前需要的必要步骤。
常用的信号调理方法有滤波、放大和加等。
国家开放 大学( ( 中央广播电视大学) ) 《国家开放大学学习指南》
课程教学大纲
第一部分
大纲说明
一、课程性质与任务
《国家开放大学学习指南》是国家开放大学（中央广播电视大学）在本、专、一村一所有专业的一年级第一学期开设的、起到基础导学作用的一门统设必修课。
课程任务是：以完成学习任务的过程为导向，从学习者如何完成国家开放大学规定的专业学习任务的角度，让学习者学会如何完成一门课程的学习、一个专业的学习，同时描述国家开放大学基本的学习方式，说明国家开放大学的学习环境，解释国家开放大学学习平台上基本术语的涵义，使学生能使用学习平台的基本工具辅助完成学习活动，并且了解国家开放大学学生相关事务与管理规定。使学生初步具备利用现代远程技术在国家开放大学进行学习的能力。
二、先修课要求
无 三、课程的教学要求 理解国家开放大学课程、专业平台，熟练基本的远程技术学习操作技能，掌握远程学习的学习方法，较好利用国家开放大学资源和学习支持服务。
四、课程的教学方法和教学形式建议 1.本课程的特点是：网络课程完善、课程内容新、课程形式丰富、实践性强、涉及面
广，因此建议通过网络，在计算机教室（或计算机多媒体教室）进行授课、...