2018电大本科《传感器与测试技术》形考

2018电大本科《传感器与测试技术》形考1-4形考作业一一、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。Y2．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。Y3．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。N4．电容式传感器的结构简单，分辨率高，但是工作可靠性差。N5．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。Y6．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。Y7．电感传感器的基本原理不是电磁感应原理。N8．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。Y9．互感传感器本身是变压器，有一次绕组圈和二次绕组。Y10．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。Y11．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。Y12．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。Y13．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。Y14．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。Y15．测量误差越小，传感器的精度越高。Y16．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。N17．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。Y18．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。N19．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。Y20．电桥有两种类型：直流电桥和交流电桥。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。形考作业二一、判断题（Y对/N错）1．压电式传感器的特点的是灵敏度比较低。N2．磁电感应式传感器可分为变磁通式和恒磁通式两大类。Y3．差动变压器属于电感式传感器。Y4．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。Y5．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。Y6．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。Y7．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。N8．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。N9．磁电式传感器通常输出功率较大，测量电路比较简单。N10．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。Y11．两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。Y12．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。Y13．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。Y14．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。Y15．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。Y17．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。Y18．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。Y19．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。N20．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二、判断题：1．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。2．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。3．说出下面霍尔元件的2种典型驱动电路哪个是恒流源驱动电路，哪个是恒压源驱动电路答：图1是恒流源驱动电路，图2是恒压源驱动电路。4．霍尔元件的恒流源驱动电路和恒压源驱动电路有什么特点答：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；恒流驱动驱动线性度高，精度高，受温度影响小。5．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。形考作业三一、判断题（Y对/N错）1．超声波在固体和液体中衰减较弱，因此穿透能力强。Y2．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。Y3．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。Y4．超声波是频率比声波频率低的机械波。N5．热释电探测器多用在非接触被动式检测应用中。Y6．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。Y7．适合于使用红外传感器进行测量的被测物理量是加速度。Y8．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。N9．温度是适合于使用红外传感器进行测量的被测物理量。Y10．噪声是影响CMOS传感器性能的首要问题。Y11．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。Y12．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。N13．光电器件的物理基础是热电效应。N14．光电器件具有可靠性较高结构简单等特点但精度比较低。N15．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。N16．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。Y17．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。Y18．一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。N19．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。Y20．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。Y21．利用光电效应可制成半导体光敏电阻。N22．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。Y23．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。Y24．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。Y25．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。Y26．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。Y27．光电池是一种直接将光能转换为电能的光电器件。N28．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。Y29．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。Y30．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二、简答题1．下图为热释电红外传感器的结构图，图中A、B、C三处分别是什么答：A：PZT热电元件B：FET管C：滤光片2．简述热释电红外传感器的工作原理。答：热释电红外传感器的的电压响应率E比于入射辐射变化的速率，当恒定的红外辐射照射在热释电探测器上时，探测器没有电信号输出，因为只有当铁电体的温度处于变化过程中，才会输出电信号，所以需要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，才能导致热释电才生，并输出交变信号。形考作业四一、判断题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。Y2．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。Y3．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。Y4．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。N5．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。N6．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。N7．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。N8．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。Y9．虚拟仪器技术所具有的特点是集成性强、扩展性强。Y10．虚拟仪器技术所具有的特点是开发时间长。N11．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。Y12．机器人触觉传感器主要有检测和识别功能。Y13．现代机器人的“皮肤”主要有两方面的感觉：冷热和软硬。Y14．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。Y15．金属半导体传感器是目前使用最为广泛的嗅觉传感器。N16．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。Y17．实现味觉传感器的一种有效方法是使用类