2015年传感器课程复习.ppt

2023/7/4,传感器与测试技术,1,传感检测技术,传感检测技术,2023/7/4,传感器与测试技术,2,传感器与检测技术,2010年1月 传感器与检测技术 试卷 2009年1月 传感器与检测技术 试卷 2008年10月 传感器与检测技术试卷 2008年1月 传感器与检测技术 试卷 2007年以前传感器与检测技术试卷【计算题与应用题型】,2023/7/4,传感器与测试技术,3,2010年1月 传感器与检测技术 试卷,第一部分 选择题(共24分)一、单项选择题 1差动电感位移传感器输出的电压信号是 A脉宽调制波 B脉幅调制波 C.调幅波 D调频波 2变间隙电感传感器具有 A线圈互感与气隙变化成线性关系 B线圈自感与气隙变化成线性关系 C.线圈互感与气隙变化成非线性关系 D线圈自感与气隙变化成非线性关系 3金属应变片在测量金属构件的应变时，决定电阻相对变化的主要因素为 A贴片位置 B.金属丝的几何尺寸 C.金属丝电阻率变化 D贴片位置的温度变化 4压电式传感器中电荷放大器的输入阻抗应满足 A109 C.1010,C.调幅波,D线圈自感与气隙变化成非线性关系,A贴片位置,D1010,补,P.21,P.41,P.44,2023/7/4,传感器与测试技术,4,5压电加速度传感器中对给定的压电材料，其灵敏度随 A质量块的增大而增大 B.质量块的减小而增大 C质量块的增大而减小 D.质量块的减小而减小6人的手指接触觉阀值约为 A104Pa 132104Pa C3l04Pa D4104pa7比色温度传感器一般量程为 A50001000 B600020000 C70001000 D800020008热敏电阻式湿敏元件用于测量湿度量的响应时间一般为 A10s B11s C12s D13s9调制信号可以看作是调制信号与载波信号 A相乘 B相加 C相减 D相除10数字信号处理中，采样频率fs与限带信号最高频率fh间的关系为 A.fsfh Bfs2fh C.fs3fh Dfs4fh11在频域描述非周期信号的数学工具是 A.三角函数：B.拉氏变换 C.傅氏变换 D傅氏级数12如果(t)1，则有(t-t0)e-jto是根据傅氏变换的 A.频移性质 B时移性质 C.相似性质 D对称性质,A质量块的增大而增大,C3l04Pa,D80002000,C12s,B相加,B.fs2fh,C.傅氏变换,B时移性质,P.68,P.85,P.98,P.109,补,P.147,P.182,P.184,2023/7/4,传感器与测试技术,5,第二部分 非选择题 二、填空题13用其允许超过测量上限(或下限)的被测量值与量程的百分比表示的量值称为。14需要外加电源才能输出电量的传感器称为。15涡流式位移传感器是利用电涡流效应将被测量变换为传感器 变化的一种装置。16磁弹式扭矩仪是基于受扭矩作用的轴的 发生变化，从而引起线圈的感抗变化，通过测量电路测量感抗的变化，确定扭矩大小。17转子陀螺角速度传感器使用时，应注意陀螺的安装方位，使被测物带动壳体绕 转动。18视觉传感器在机电一体化系统中的应用有图像识别，物体形状及尺寸缺陷的检测及 检测。19把几个同一型号的热电偶的同性电极参考端并联联接，其输出电动势为各热电偶热电动势的。20氧化锡(SnO2)气敏元件的电阻随一氧化碳气体浓度的增大而。21为了消除或减弱工业现场测试中的高频干扰信号，测试系统中应有 通滤波器。22数字型传感器与微机接口采用 方式。23信号x(t)=2+5cost十3cos2t+cos3t+其等式有端包含了直流分量和各次谐波分量，此信号的基频为 Hz。24已知非周期信号x(t)的频谱为X(f)，则信号x(-t)的频谱为。,过载能力,能量控制型传感器,线圈阻抗Z,磁导率,y轴,位置,平均值,减小,低,数字量接口,0.5,X(-f),P.6,P.3,P.22,P.49,p.62,p.77,p.92,p.100,p.127,p.157,补=2f,p.184,2023/7/4,传感器与测试技术,6,三、问答题,25信号自相关函数的定义及其在信号分析中的作用是什么?,定义：作用：自相关函数描述了信号现在值与未来值之间的依赖关系，反映了信号变化的剧烈程度。,26简述采用数字滤波抑制干扰的工作原理。,测试时的干扰通常只影响个别采样点的数据，它与其它采样点的数据相差较大。通过对采样数据的比较，去掉其中最大、最小值，再对余下数据求平均，以滤去脉冲干扰。,p.176,p.155,2023/7/4,传感器与测试技术,7,三、问答题,27电容式湿度传感器的测量原理是什么?,由测量公式CS/d，当湿度变化时，气体(介质)的介电常数随湿度改变，从而引起C的变化，所以测出C的变化，就能测得湿度。,答：(1)热电阻的材料为金属导体，热敏电阻为半导体；(2)热电阻测温范围较大，精度高，热敏电阻灵敏度高，非线性误差较大。,28热电阻和热敏电阻都属于电阻式温度传感器，它们有哪些差异?,p.95,2023/7/4,传感器与测试技术,8,三、问答题,答：为获得较好的动态特性，传感器的阻尼系数应接近0.7；硅油在此作为阻尼液，以得到适当的阻尼。,答：(1)对信号细分的目的是提高检测系统的分辨力；(2)辨向电路是为了判别位移的移动方向。,29在题29图所示应变式加速度传感器中，为什么要在壳体中注满硅油?,30.光栅位移传感器中信号的细分和辨向电路的作用是什么?,补P.70,补P.151,2023/7/4,传感器与测试技术,9,四、计算题,31某石英晶体受纵向压力作用，产生电荷量为2.3X10-11(C)。试求：(1)此石英晶体受到的纵向压力为多大?(2)若此压电元件与电压前置放大器之间连接电缆电容Cc和放大器输入电容及压电元件固有电容之和为18.98X10-12(F)，求此传感器的输出电压。(石英晶体的压电系数d11=2.3X10-12 C/N),补P.42,2023/7/4,传感器与测试技术,10,32采用变磁通式传感器测量工作轴转速，已知待测轴齿轮齿数Z=16，输出电动势的交变频率为32Hz，求被测轴转速及当分辨误差为1齿时，最大转速误差是多少?,P.59,P.140,33如题33图所示的周期性方波信号，让它通过一理想带通滤波器，该滤波器的增益为0dB带宽B=30Hz，中心频率f0=20Hz，试求滤波器输出波形的幅频谱。(已知该周期方波的三角函数展开式为,补,补,2023/7/4,传感器与测试技术,12,五、应用题34.如题34图是一测微仪的原理框图。(1)确定传感器名称；(2)分析其测量原理。,答：(1)差动螺管型电感传感器,(2)测量时，测头与被测件相接触，被测件的微小位移使衔铁在差动线圈中移动，线圈的电感量将随之发生变化。电桥电路将线圈电感量变化转换为电压变化输出，反映被测件的位移变化。,P.22,2023/7/4,传感器与测试技术,13,(2)如答35图(b)，；式中，R1=R2=R，E为电桥电压，R为应变片工作时的电阻变化。,35用一等截面悬臂梁和两枚相同的应变片组成应变式测力传感器。(1)试画出两枚应变片在悬臂梁上的粘贴位置，并解释你这样粘贴的原因。(2)若采用直流电桥电路，试画出这两枚应变片在电桥中的接入方式，并写出相应的电桥输出表达式。,答：(1)如答35图(a)，两应变片应靠悬臂梁根部纵向平行粘贴，原因是：悬臂梁根部应变最大，因而可获得高的测量灵敏度。上、下粘贴形成差动受力方式，若接入差动电桥，可获得更大的输出信号，且能补偿温度误差，消除电桥的非线性误差。,2023/7/4,传感器与测试技术,14,2009年1月 传感器与检测技术 试卷,第一部分 选择题(共24分)一、单项选择题 1莫尔条纹光栅传感器可用于测量 A压力 B温度 C.位移 D速度 2为消除压电传感器电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响，应采用 A.电荷放大器 B电压放大器 C功率放大器 D前置放大器 3半导瓷气敏电阻的工作机理是 A.光电效应 B.压电效应 C压阻效应 D吸附效应 4差动电感式位移传感器输出的电压信号是 A调频波 B调幅波 C.脉幅调制波 D.脉宽调制波 5应变片测量电路中四臂电桥工作方式输出电压是单臂电桥工作方式输出电压的 A1倍 B2倍 C.3倍 D.4倍,P.43,P.100,P.22,P.38,P.27,C.位移,A.电荷放大器,D吸附效应,B调幅波,D.4倍,6下列测加速度传感器中，属于发电型测加速度传感器的是 A.电阻应变式 B固态压阻式 C。压电式 D.电容式 7为提高电桥灵敏度，可采取 A.半桥双臂各串联一片电阻应变片 B半桥双臂各并联一片电阻应变片 C.适当提高电桥的电源电压 D.增大应变片的初始电阻值 8概率密度函数提供了随机信号 A沿频率轴分布的信息 B沿幅值域分布的信息 C.沿时域分布的信息 D沿尺度分布的信息 9视觉传感器的扫描部分的主要作用是 A聚成光学图像信号 B将光学图像信号转换成电信号 C.将二维图像信号转换为时间序列一维信号 D抽出有效信号 10热电偶传感器常利用电桥不平衡原理进行补偿，其作用是 A提高灵敏度 B扩大量程 C.保证测量精度 D.提高测量速度 11为避免出现信息丢失或信号失真，采样过程中必须满足 AfsfH Bfs2fH CfsfH D.fs2fH 12若瞬变信号x(t)的傅立叶变换为X(f)，则信号y(t)=x(2t)的频谱为,P.25,P.38,P.175,P.93,P.147,P.184,C。压电式,C.适当提高电桥的电源电压,B沿幅值域分布的信息,C.将二维图像信号转换为时间序列一维信号,P.77,C.保证测量精度,2023/7/4,传感器与测试技术,16,第二部分 非选择题 二、填空题13传感器一般由、转换元件及基本转换电路三部分组成。14电涡流式传感器测转速时，传感器输出 与转速成正比。15湿敏元件是利用湿敏材料吸收空气中水份而导致 发生变化的原理而制成。16形成干扰的三个条件是干扰源、干扰的耦合通道和。17周期信号的频谱有、收敛性和谐波性的特点。18相关系数取值为0表示两信号。19 是计算传感器 的公式。20.变极距型电容传感器，灵敏度较高，其电容与极距间为 关系。21在机械力作用下；铁磁材料内部产生压力或压力变化，使磁导率发生变化，磁阻也相应发生变化的现象称为。22视觉传感器一般由照明、接收、和扫描四部分组成。23热电偶式温度传感器的工作原理是基于金属材料的。24电子细分辨向的基本原理是。,敏感元件,频率,电阻值,干扰的接收电路,离散性,完全不相关,线性度,非线性,压磁效应,光电转换,热电效应,正余弦信号组合技术,P.1,P.61,P.100,P.153,p.180,p.187,p.7,p.16,p.44,p.77,P.90,p.152,2023/7/4,传感器与测试技术,17,三、问答题,25简述加速度传感器工作原理并列举两种常用形式。,答：加速度传感器的工作原理都是利用惯性质量受加速度所产生的惯性力而造成的各种效应，进一步转化成电量后间接度量被测加速度。常用的有压电式、应变式、磁致伸缩式等。,26为什么多数气敏传感器要附有加热器?,答：(1)加热器能使附在探测部分的雾、尘埃等烧掉；(2)加速气体的吸附，提高了器件的灵敏度和响应速度。,p.66,p.100、102,2023/7/4,传感器与测试技术,18,三、问答题,27，改善电感式位移传感器性能主要考虑哪些因素?,答：(1)损耗问题；(2)气隙边缘效应问题；(3)温度误差；(4)零点剩余电压。,答：热电阻的结构主要由不同材料的电阻丝绕制而成，为避免通过交流电时产生感抗，或有交变磁场时产生感应电动势，在绕制时采用双线无感绕制，通过两股导线的电流方向相反，从而使其产生的磁通相互抵消,28简述金属热电阻式传感器采用双线无感绕制法的原因。,p.94,p.21,2023/7/4,传感器与测试技术,19,答：微机是数字装置，而传感检测信号有开关量、数字量和模拟量，则与之相应有三种基本接口方式：(1)开关量接口方式；(2)数字量接口方式；(3)模拟量接口方式。,30简要说明信号统计特征量 的含义及三者联系。,三、问答题,答：,29传感器与微机的基本接口方式有哪些?,P.157,P.175,2023/7/4,传感器与测试技术,20,四、计算题,31.磁电式绝对振动速度传感器的弹簧刚度K03200N/m，测得其固有频率f020HZ。欲将f0减为10HZ，则弹簧刚度应为多少?能否将此传感器的固有频率降至1HZ或更低?,补P.194,2023/7/4,传感器与测试技术,21,32某压电式加速度计的固有电容Ca=1000pF，电缆电容Cc=100pF，后接前置放大器的输入电容Ci150pF，在此条件下标定得到的电压灵敏度Sv=100mV/g，试求传感器的电荷灵敏度Sq。又问，若该传感器改接Cc300pF的电缆，此时的电压灵敏度Sv=?,P.12,作业10并参考P.42,2023/7/4,传感器与测试技术,22,33求矩形窗x(t)的频谱。,P.183,2023/7/4,传感器与测试技术,23,五、应用题34.为实现以下目的，试选用合适的滤波器：(1)除去麦克风中混入的广播电波信号；(2)从接收的电视波中仅选择第三频道；(3)除去混入信号中的电力线频率(50Hz)干扰。,答：(1)要除去高频成份，选用低通滤波器；(2)要消除第三频道以上和以下频率成份，选用带通滤波器；(3)要消除特定成份的频率成份，选用带阻滤波器。,补P.127、129,2023/7/4,传感器与测试技术,24,35题35图为采用同一种传感器测量不同的非电量的示意图。图中被测物体2均由铁磁性材料制成，1力传感器。试问：(1)所用传感器为何种类型，并简述其工作原理。(2)根据示图确定所测非电量。,答：(1)电涡流传感器；其原理是利用电涡流效应将被测量变换为传感器线圈阻抗Z变化；实现对被测量的测量。(2)a.旋转轴转速 b金属板材厚度（或无损探伤）c金属零件计数,补P.22、25、61,2023/7/4,传感器与测试技术,25,2008年10月 传感器与检测技术 试卷,第一部分 选择题(共24分)一、单项选择题 1在传感器及检测系统的静态特性指标中，表达其对输入量变化的反应能力的是 A量程 B重复性 C灵敏度 D线性度 2下列指标中，属于传感器动态特性指标的是 A灵敏度 B线性度 C过载能力 D幅频特性 3传感器中直接感受被测量的部分是 A转换元件 B敏感元件 C转换电路 D调理电路 4用电涡流式逐度传感器测量轴的转速，当轴的转速为50 rmin时，输出感应电动势的频率为50Hz，则测量齿轮的齿数为 A60 B120 C180 D240 5下列测力传感器的类型中，属于发电型的是 A电感型 B电容型 C压磁型 D应变型,P.8,P.1,P.61,P.44,P.6,C.灵敏度,D.幅频特性,B敏感元件,A60,C压磁型,2023/7/4,传感器与测试技术,26,6、下列线位移传感器中，测量范围大的类型是 A自感式 B差动变压器式 C电涡流式 D变极距型电容式 7为了进行图像识别，应当先消除图像中的噪声和不必要的像素，这一过程称为 A编码 B压缩 C前处理 D后处理 8热电偶的热电动势包括 A接触电动势和温差电动势 B接触电动势和非接触电动势 C非接触电动能和温差电动势 D温差电动势和汤姆逊电动势 9在四倍细分的光栅位移传感器中，根据两路信号的相位差辨别方向时，相位差值不能是 A 450 B 900 C1350 D1800 10封装在光电隔离耦合器内部的是 A两个发光二极管 B两个光敏三极管 C一个光敏二极管和一个光敏三极管 D一个发光二极管和一个光敏三极管 11由RC网络与集成运算放大器组成的带通滤波器需要的电容元件的个数至少为 A 1 B2 C3 D4 12信号的方差小，表示信号的 A波动范围小 B波动范围大 C平均功率小 D平均功率大,B2,A波动范围小,P.22,P.80,P.90,P.155,P.134例,P.175,B差动变压器式,C前处理,A接触电动势和温差电动势,D1800,P.151,D一个发光二极管和一个光敏三极管,2023/7/4,传感器与测试技术,27,第二部分 非选择题 二、填空题13传感器的响应特性应在所测频率范围内保持-。14在测量某输入量的变化量时，输出量的变化量较小的传感器其 较低.15线绕式电位计的阶梯特性限制了其分辨力和。16把电容式位移传感器做成差动形式，既可以提高测量灵敏度，又可以使零点附近工作特性的 得到改善。17金属导体的电阻值随着机械变形而变化的物理现象，称为金属的电阻 效应18涡流式压力传感器具有良好的 特性，适合于测量爆炸时产生的压力。19.热敏电阻常数B的单位是-。20人工视觉系统图像处理的方法有 和区域法。21温度补偿中应用的数据处理方法有表格法和(或曲线拟合法)22传感器的中间转换电路将输出信号转换成易于测量和处理的-信号23周期信号频谱的特点是离散性、收敛性和-。24.对于非确定性信号，只能用-方法来描述它的规律。,不失真,灵敏度,精度,线性度,应变,动态(或动),开尔文（K）,微分法,公式法,电(或电压或电流),谐波性,概率统计,P.47,P.6,P.14,P.16,p.36,p.55,p.94,p.82,p.168,p.1,P.180,p.171,2023/7/4,传感器与测试技术,28,三、问答题,25什么是传感器的线性度？如何计算？,答：传感器的输入/出特性的拟合直线与校准直线不一致的程度称为传感器的线性度。其计算如下式：式中，Y-传感器量值的输出值；Lmax-输出/入拟合直线与校准直线之间的最大偏差。,26简述如图所示的应变加速度传感器的工作原理。,答：如图示，壳体与被测件固定在一起，当有加速度时，质量块受力，悬臂梁弯曲，应变片变形，即可测出力的大小。在已知m时，可计算出加速度的大小。,p.7,p.69,2023/7/4,传感器与测试技术,29,三、问答题,27，简述金属导体材料形成温差电动势的机理。,答：温差电动势是指在一个金属导体中，由于其两端温度不同而产生的热电动势。在金属导体材料中，当其两端存在温度差时，高温端的电子能量大，从而高温端易于失去电子带正电，低温端得到电子带负电，于是在金属导体上形成与材料性质与温差有关的电位差。,答：利用金属铂热电阻的测温，其特点为：热电阻的特性稳定，抗氧化能力强，精度高；测量温度范围宽，但测量灵敏度低，价格高。,28简述金属铂热电阻的测温特点。,p.93,p.91,2023/7/4,传感器与测试技术,30,答：计算机借助A/D转换，将明亮度信息数据化，从而形成由像素组成的数字图像。,30在设计计算机数据采集系统时，选择模/数转换器应考虑的主要技术指标是什么？,三、问答题,答：分辨率 相对精度 转换速度,29人工视觉系统识别物体前，计算机如何获取物体的明亮度信息?,P.81,P.175,2023/7/4,传感器与测试技术,31,四、计算题,31.如图所示，某他励直流测速发电机的电枢回路总电阻rs=5。当转速n=500 r/min，负载电阻RL=100时，测得输出电压VCF=5V。试计算：,补P.57,(1)电枢电流Is;(2)输出电压与转速的比例系数C：(3)测速发电机的感应电动势与转速的比例系数Ce,(2)由于VCF=Cn，则,（3）依据内外电路电压间关系，有,解：（1）依题意,依据部分电路欧姆定律,而感应电动势与转速间的关系为：Es=Cen,2023/7/4,传感器与测试技术,32,32图示为某电位计式位移传感器的检测电路。E=10V，R0=10k，AB为线性电位计，总长度为150mm，总电阻为30k，C点为电刷位置。,P.119,(1)计算输出电压U0=0V时的位移x。(2)当位移x的变化范围为10140mm时，计算输出电压U0的范围。,解：（1）依题意，当位移以mm为单位，设位移为x,当U0=0 V时，电桥平衡，即,所以,（2）依据电桥结构，设定零电位则有,当x=10mm时，U0(10)=-6V当x=140mm时，U0(10)=8/3V,2023/7/4,传感器与测试技术,33,补P.177,2023/7/4,传感器与测试技术,34,五、应用题34图示为函数x(t)的时域图，求其频谱，并绘制其幅值谱图。,P.183,2023/7/4,传感器与测试技术,35,35试画出包括压电式加速度传感器和电荷放大器等组成的测振系统原理框图，并说明采用电荷放大器的特点。,P.194、143,解：（1）测振系统原理框图,（2）采用电荷放大器的特点：由于电荷放大器的输入阻抗高；电荷放大器的输出电压与电缆分布电容无关，因此不受电缆长度影响，且测量精度高，但价格较贵。,2023/7/4,传感器与测试技术,36,2008年1月 传感器与检测技术 试卷,第一部分 选择题(共24分)一、单项选择题 1常用于测量大位移的传感器是 A应变电阻式 B涡流式 C霍尔式 D感应同步器 2压电式传感器适合于测量 A静态量 B动态量 C电荷量 D位移量 3下列关于涂覆膜型Fe3O4湿敏元件特性的描述正确的是 A精度高 B响应快 C无湿滞效应 D负感湿 4变间隙式电容传感器的灵敏度与 A间隙成反比 B间隙成正比 C间隙平方成反比 D间隙平方成正比 5半导体应变片的灵敏系数比电阻应变片的灵敏系数大 A(1030)倍 B(3050)倍 C(5070)倍 D(7090)倍 6下列测力传感器中，属于发电型测力传感器的是 A电容式 B磁电感应式 C自感式 D应变式,P.42,P.108,P.16,P.38,P.31,D感应同步器,B动态量,D负感湿,C间隙平方成反比,C(5070)倍,P.25,B磁电感应式,2023/7/4,传感器与测试技术,37,7为了抑制干扰，常采用的电路是 ADA转换器 BA/D转换器 C变压器耦合电路 D调谐电路 8已知信号x(t)和y(t)完全相关，则两信号的互相关系数满足 Axy()1 Bxy()0 Cxy()=1 D0 xy()1 9用于识别条形码的激光视觉传感器中，起扫描作用的关键部件是 A激光器 B放大元件 C高速旋转多面棱镜 D扫描线圈 10铜电阻传感器在温度为0时的阻值有 A1、50两种 B50、l00两种 C100,、150两种 D150、200两种 11某光栅式位移传感器，其栅线为50线mm，经四细分后，可得分辨率为 A0.005mm脉冲 B0.0125mm脉冲 C0.02mm脉冲 D0.025mm脉冲12信号x(t)与y(t)为同频、不同幅、相位差恒定的两个周期信号，则其互相关函数Rxy(t)与这两个信号的 A频率无关、相位差无关 B频率有关，相位差有关 C频率无关、相位差有关 D频率有关，相位差无关,B频率有关，相位差有关,P.155,P.177,P.78,P.28,补P.177,C变压器耦合电路,Cxy()=1,C高速旋转多面棱镜,B50、l00两种,P.94,A0.005mm脉冲,2023/7/4,传感器与测试技术,38,第二部分 非选择题 二、填空题13变磁通式速度传感器测速时，磁通周期变化，线圈产生感应电动势的 与转速成正比。14传感器按输出信号的性质可分为、模拟型和数字型。15气敏元件按结构可分为、薄膜型和厚膜型。16抑制共模噪声的干扰可采用。17能用明确数字解析关系式描述的信号称为。18特征量方差2被用来描述信号的。19当传感器的被测量有微小变化时，输出就有较大变化，表明该传感器的 较高。20利用差动变压器测量位移时，如果要求区别位移方向(或正负)可采用。21在某些晶体的极化方向施加外电场，晶体本身将产生机械变形，当外电场撤去后，变形也随之消失，这种物理现象称。22红外图像传感器通常由红外敏感元件和电子 电路组成。23热电偶电动势由 电动势和接触电动势两部分组成。24采样定理可表述为。,频率,开关型(二值型),烧结型,差分放大器,确定性信号,波动范围,灵敏度,相敏检波电路,逆压电效应,扫描,温差,fS2fH,P.61,P.3,P.101,P.156,p.173,p.175,p.6,p.22,p.41,p.80,P.90,p.147,2023/7/4,传感器与测试技术,39,三、问答题,25简单说明压电式传感器与电压放大器间连接电缆发生变化时将引起哪个参数改变，如何解决?,答：(1)由于电缆电容与传感器电容并联，必将引起传感器输出电压灵敏度发生变化，引起误差。(2)可采用电荷放大器。,26湿度常用的表示方法有哪些?湿敏元件有哪些类型。,答：(1)表示方法有绝对湿度和相对湿度；(2)湿敏元件多种多样，如氯化锂湿敏元件、半导体陶瓷湿敏元件、热敏电阻湿敏元件、高分子湿敏元件。,p.43,p.106,2023/7/4,传感器与测试技术,40,三、问答题,27，试根据电容传感器的工作原理说明其分类?,答：(1)忽略边缘效应，两平行金属极板组成的电容器的电容量为：(2)由以上知改变电容的方法有三种：变面积、变介质、变极距，即为分类的依据。,答：半导体温度传感器以P-N结的温度特性为理论基础。当P-N结的正向压降或反向压降保持不变时，正向电流和反向电流都随温度的改变而变化，而当正向电流保持不变时，P-N结的正向压降随温度的变化而近似线性变化。,28简述半导体温度传感器测温原理。,p.98,p.15,2023/7/4,传感器与测试技术,41,答：(1)环境温度对传感器的输出信号有较大影响，为消除其影响，故需进行温度补偿。(2)传感器的输出信号与被测量之间的关系，并非线性，故在温度补偿前需进行线性化处理。,30简述确定性信号分类及各自频谱特点。,三、问答题,答：根据信号特征确定性信号分为周期性信号与非同期性信号 周期性信号频谱：离散性，收敛性、谐波性 非周期性信号分为准周期信号与瞬态信号，前者谱线离散，后者频谱连续。,29为什么要对传感器信号进行线性化及温度补偿?,P.168,P.173,2023/7/4,传感器与测试技术,42,四、计算题,31.某振动传感器固有频率为1Hz，且其阻尼为临界阻尼值的55,当用它测量频率为4Hz的振动时，仪表读出1.25mm幅值，试问该振动的真实幅值和误差百分率为多少?,补P.194,2023/7/4,传感器与测试技术,43,32某石英晶体受纵向压力F=10(N)的作用，其截面积为5cm2，厚度d=0.5cm，试求：(1)此压电元件两极片间的电压值U0(2)若压电元件与前置放大器之间的连接电缆的电容为5pF，放大器输入电容为10pF，求此传感器的输出电压U0。(真空中的介电常数0=8.8510-12Fm-1，石英晶体的压电系数d11=2.3X10-12CN，石英晶体相对介电常数r=4.5),补P.,2023/7/4,传感器与测试技术,44,P.183184,33已知函数x(t)的频谱为X()=Asinc(/2)。求题图信号y(t)的频谱。sincx=(sinx)/x,解：由已知函数x(t)的频谱为X()=Asinc(/2)，可判断x(t)为矩形函数；,2023/7/4,传感器与测试技术,45,五、应用题34.有一八位T形电阻网络数模转换器，设RF=3R，若d7d0为00100100时，U0-0.09V、试计算d7d0为00010000时的U0为多少伏?,P.138,解：依题意,如果RF=3R，且d7d0为00100100时，U0-0.09V,如果数码为00010000，则,2023/7/4,传感器与测试技术,46,35应用电容传感器测量金属带材在轧制过程中的厚度，要求：(1)画出原理图；(2)说明其工作原理。,答：依题意(1)系统原理图(2)在带材上下表面各置一块面积相等，与带材距离相等的极板，与板材形成两个电容器，把两块极板用导线连接起来，成为一个极板，带材则是一个流动极板，其CC上+C下金属带材在向前送进过程中，若厚度发生变化，将引起上、下间隙变化，从而引起C上、C下变化，将其接人后续测量电路，可得与厚度变化一致的电压信号(或直接从仪表上显示厚度变化)。,P.16,2023/7/4,传感器与测试技术,47,2007年以前传感器与检测技术试卷【计算题与应用题型】,1.已知变磁通式转速传感器输出电动势的频率f=72Hz，测量齿盘的齿数Z=36，求：(1)被测轴的转速是每分钟多少转？(2)在上述情况下，如果计数装置的读数误差为1个数字，其最大转速误差是多少？,解：（1）,（转/分）,2023/7/4,传感器与测试技术,48,2.某转速传感器的结构如图所示，励磁线圈W1和输出线圈W2绕在铁芯1上，十字轮2与被测轴相连，其转速n(r/min)即为被测轴转速。十字轮由铁磁材料制成。,(2)给出输出信号e0的频率f与被测轴转速n的关系。(3)当励磁线圈施加电压ei分别是直流和交流时，其输出信号e0的波形有何区别?为什么?,(1)请说明该传感器在励磁线圈施加直流电压时的工作原理。,解：(1)这是种电磁感应式转速传感器。当W1中通入直流电流后，铁芯中产生方向 固定的磁通；十字轮位置影响的大小。在图示位置磁阻最小，十字轮转450时磁阻最大，因此就会发生变化，W2中感应电动势也会发生变化。被测轴每转一周，输出信号e0会周期性变化四次，有四个峰值。(2)输出电动势的频率f与被测轴转速的关系式为；,(3)W1通入交流电压时，e0变为调幅波，当十字轮如图所示位置时输出为波峰，当十字轮转450时输出为波谷；而W1通入直流电压时，e0近似为正弦波。,2023/7/4,传感器与测试技术,49,在被测物上设定有等矩标记(如凸齿)，当被测物转动时，传感器线圈阻抗变化，产生脉冲信号，测得单位时间内的脉冲个数即可求得转速和角速度。n=60fz(或=2fz(rads)其中n-被测转速，f-传感器输出周期信号的频率，z-齿轮齿数,3.设计利用涡流位移传感器测量转速的装置，并说明其工作原理。,答：测试装置如图所示。,2023/7/4,传感器与测试技术,50,4.如图所示正方形平板电容器，极板长度b=4cm，极板间距离0=0.2mm，若用此传感器测量位移x，试计算此传感器的灵敏度。(极板间介质为空气，0=8.8510-12Fm。),灵敏度为：,负号说明x增加，C将减小。,解：等效电路如图所示，则等效电阻为：,2023/7/4,传感器与测试技术,51,5某电容测微仪，其传感器的圆形极板半径r=4mm，工作初始间隙=0.3 mm，问：(1)工作时，如果传感器与工作的间隙变化量=1 m时，电容变化量是多少?(2)如果测量电路的灵敏度S1=100mV/pF，读数仪表的灵敏度S2=5格/mV，在=1 m时，读数仪表的指示值变化多少格?,解：依题意,(2)如果测量电路的灵敏度S1=100mV/pF，读数仪表的灵敏度S2=5格/mV，在=1 m时，读数仪表的指示值为：,2023/7/4,传感器与测试技术,52,6.磁栅式位移传感器测量位移时，其输出电动势为EEmsin(t+)，磁尺剩磁信号的波长=2.0mm，求：(1)若E=10sin(100t+0.96)V，此时所测得的位移量L?(2)在一个测量周期内此传感器所能测量的最大位移量Lmax。,解:(1)根据题意，输出电动势为：,由已知条件知：,由上两式得：,L为磁头相对于磁尺的位移，即为所测位移量。(2)在一个测量周期内，所能测量的最大位移量对应的相位移为2，所以,2023/7/4,传感器与测试技术,53,7.某一转速测量装置由一个霍尔传感器和一个带齿圆盘组成。其输出信号经放大器放大后由记录仪记录，记录纸记录的信号如图所示。(1)当带齿圆盘的齿数为z=12，求被测转速为每分钟多少转?(2)带齿圆盘的材料采用铜材是否可行?为什么?,解：（1）依题意由图可知，两时标线之间的脉冲数为15个，则,带齿圃盘的齿数，z=12，设带齿圃盘的轴的转速为n，则,(2)不可以用钢材做带齿圃盘。因铜为非导磁性金属。,2023/7/4,传感器与测试技术,54,8.对于一个8位DA转换器，试问：(1)若最小输出电压增量为0.01V，输入代码为10110010时，输出电压U0为多少伏?(2)给出DA转换器分辨率的定义，并计算该DA转换器的分辨率。,解：（1）依题意,在最小输出电压增量为0.01V，输入代码为10110010时，,(2)分辨率的定义为：DA转换器的分辨率是指最小输出电压与最大输出电压之比。故，该转换器的分辨率为：,2023/7/4,传感器与测试技术,55,9.有一八位T形电阻网络数模转换器，设RF=3R，若d7d0为00000110时，U0=0.03V，试计算d7d0为00001101和11110111时的U0各为多少伏。,解：依题意,如果RF=3R，且d7d0为00000110时，U0-0.03V,如果d7d0为00001101时的U0,如果d7d0为11110111时的U0,2023/7/4,传感器与测试技术,56,10.一种测温电路的测温范围为0200，其电路图如图所示。图中Rt10(1+0.005t)k为感温热电阻；R0=10k，工作电压E10V，M、N两点的电位差为输出电压UMN。(1)写出UMN的数学表达式。,(2)求0到100时测量电路的灵敏度。,解：（1）依题意设定零电位点，则有,(2)当测量温度为0时，所对应的输出电压为:,当测量温度为100时，所对应的输出电压为,0到100时的灵敏度为：,2023/7/4,传感器与测试技术,57,11.用电阻应变片及双臂电桥测悬臂梁应变(贴片及电桥线路如图)。已知R1=R1=R2=R2=120，上下贴片位置对称；应变片灵敏度系放K=2，应变为=1000010-6，电侨电源电压e0=3V。求：(1)求图(b)中电桥输出电压ey和R。,(2)求图(c)中电桥输出电压ey。,2023/7/4,传感器与测试技术,58,祝愿同学们考试成绩优异！,学习生活快乐,学习生活快乐,2023/7/4,传感器与测试技术,59,2023/7/4,传感器与测试技术,60,2023/7/4,传感器与测试技术,61,第五节 信号分析在振动测试中的应用,一、概述 振动是普遍存在的自然现象，它发生在各生产领域中，如汽车、火车、飞机、轮船及各种动力机械在工作时均产生振动。许多情况下振动是有害的。它不仅影响机器、设备的正常工作，而且会降低使用寿命，甚至使机器破坏。强烈的振动噪声对人生理健康已成为众所周知的公害。因此，应尽量减小振动的影响，将振动量控制在允许范围内。在一些情况下，可利用振动为人造福，如输送、清洗、脱水、时效处理等振动机械。对于振动，既需要在理论上分析计算,也需要直接的测量和试验。理论分析属于机械振动学的范畴，本节只讨论振动测试。,2023/7/4,传感器与测试技术,62,1振动测试的目的,1)检查机器运转时的振动特性，检验产品质量，为设计提供依据。2)考核机器设备承受振动和冲击的能力及对系统的动态响应特性(动刚度、机械阻抗等)进行测试。3)分析查明振动产生的原因，寻找振源，为减振和隔振措施提供资料。4)对工作机器进行故障监控，避免重大事故发生。,2023/7/4,传感器与测试技术,63,2振动测试的内容,1)振动参数的测试 对振动的位移(或速度、加速度)、幅值、频率、相位、波形等参数的测定。2)物体结构参数的测试 对结构的固有频率、阻尼、刚度、振型等参数的测定。,2023/7/4,传感器与测试技术,64,二、振动的类型,振动的分类方法很多，按产生振动的原因可分为自由振动、强迫振动和自激振动；按振动系统结构参数特性可分为线性振动和非线性振动；按振动的规律可分为确定性振动和随机振动。,2023/7/4,传感器与测试技术,65,振动的形式,确定性振动的振动量值随时间有确定的变化规律，可用一定的函数式描述，通常有以下几种：随机振动的振动量值随时间的变化没有规律，因而无法用时间函数描述，通常有以下几种：振动信号分析方法，前面介绍的信号时域描述、幅值域描述和频率域描述，完全适用。,2023/7/4,传感器与测试技术,66,三、振动的激励方式,在结构动态特性测试中，首先应对被测对象进行激励，按测试要求作受迫振动或自由振动。激励方式有三类：1稳态正弦激振 2随机激振 3瞬态激振 瞬态