第一篇：传感器原理与应用试题答案1

传感器原理与应用试题答案(一)

中北大学传感器课程考试试题

传感器原理与应用试题答案

（一）一填空（在下列括号中填入实适当的词汇，使其原理成立 5 分）

1．用石英晶体制作的压电式传感器中，晶面上产生的电荷与作用在晶面上的压强成正比，而与晶片几何尺寸和面积无关。

2．把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据变压器的基本原理制成 的，其次级绕组都用同名端反向形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。

3．闭磁路变隙式电感传感器工作时，衔铁与被测物体连接。当被测物体移动时，引起磁路 中气隙尺寸发生相对变化，从而导致圈磁阻的变化。

4．电阻应变片是将被测试件上的应变转换成电阻的传感元件。

5．影响金属导电材料应变灵敏系数 K。的主要因素是导电材料几何尺寸的变化。评分标准：每填一个空，2.5 分，意思相近2 分。

二选择题（在选择中挑选合适的答案，使其题意完善每题 4 分）

1．电阻应变片的线路温度补偿方法有（A.B.D）A．差动电桥补偿法 B．补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法 C．补偿线圈补偿法 D．恒流源温度补偿电路法

2．电阻应变片的初始电阻数值有多种，其中用的最多的是（B）。A． 60Ω B．120Ω

C．200Ω D．350Ω）。

3．通常用应变式传感器测量（BCD）。A．温度 B．速度 C．加速度 D．压力

4．当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离 d 增加时，将引起传感器的（B,D）。

A．灵敏度增加 C．非统性误差增加 B．灵敏度减小 D．非线性误差减小

5．在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于（BD）。A．外光电效应 C．光电发射 B．内光电效应 D．光导效应

评分标准： 345 题回答对一个 2 分，题 A.B.D）1（回答对一个 2 分，两个 3 分，2 题（B）不对没有得分。

三、回答下列问题（每题 5 分，答出原理 3 分，说明 2 分）

1．什么 1/2 桥能提高灵敏度，减小非线性；利用桥路中相邻臂电阻变化相反，对邻臂电阻 变化相同的特点，将两个工作应变片接入电桥的相邻臂，并使它们一个受拉，另一个受压，如图所示，称为半桥差动电桥，半桥差动电桥电路的输出电压为 评分标准： 说明出划线部分的重点意思得 1.5 分，回答完整 2 分

写出平衡条件：1 分

设平衡时 R1=R2=R3=R4=R，又ΔR1=ΔR2 =ΔR 则

得证结论：2 分

可知半桥差动电路不仅没有非线 性误差，而且电压灵敏度也比单一 应变片工作时提高了一倍。谓压阻效应：.固体受到力的作用 后，其电阻率（或电阻）就要发生 变化，这种现象称为压阻效应。

评分标准： 说明 2 分 表达式 3 分

3间 导 体 定 律． 由导体 A、B 组成的热电偶，当插入第三种导体 时，只要该导体两端的温度相同，插入导体 C 后对回路总的热电势无影响。

评分标准： 说明 3 分 表达式 2 分

4.周边固支；压力均布；小挠度。

评分标准：回答三条满分，一条 2 分，两条 4 分，三条 5 分

5．电压放大器：适合高频量测量，更换导线灵敏度要重新标定。电荷放大器：适合高低频量测量，灵敏度与导线长度无关，只与反馈电容有关。

评分标准：（说明：意思相近4 分。若答电压放大器放大电压，电荷放大器放大 电荷不得分。）

四、作图并说明以下问题（每题 6 分 作图 3 分，说明 3 分）作图并说明以下问题1 通常沿机械轴方向的力作用下产生电荷的压电效 应称为“横向压电效应”，评分标准： 说明 3 分 作图 3 分 注意图与说明一致

2． ．当衔铁处于中间位置时，δ1=δ2，初级线圈中产生交变磁 通Φ1 和Φ2，在次级线圈中便产生交流感应电势。由于两边气隙相 等，磁阻相等，所以Φ1=Φ2，次级线圈中感应出的电势 e21= e22，由于次级是按电势反相连接的，结果输出电压 Usc=0。当衔铁偏离 中间位置时，两边气隙不等（即δ1≠δ2），次级线圈中感应的电势 不再相等（即 e21≠e22），便有电压 Usc 输出。Usc 的大小及相位取 决于衔铁的位移大小和方向

评分标准： 说明 3 分 作图 3 分

3． 霍尔电势:

评分标准： 表达式 3 分，作图 3 分，看磁场的 在磁通量 B↑的表示符号与否，个别符号没有表示的适当减 1 分，在，磁通量 B↑的表示符号不在的，不得分。

4.当线圈通入交变电流 I 时，在线圈的周围 产生一交变磁场 H1，处于该磁场中的金属体上产 生感应电动势，并形成涡流。金属体上流动的电 涡流也将产生相应的磁场 H2，2 与 H1 方向相反，H 对线圈磁场 H1 起抵消作用，从而引起线圈等效阻抗 Z 或等效电感 L 或品质因数相应变化。金属体上的电涡流越大，这些参数的变化亦越大。根据其等效电路，列出电路方程

评分标准： 回路方程写出 3 分 作图 3 分光纤位移传感器的工作原理

1、光纤位移传感器的结构及工作原理

评分标准：满分 6 分： 1 结构原理图（2 分）； 2 反射光接收原理示意图 2 分）3 位移与输出电压曲线（2 分）

3、位移与输出电压曲线

第二篇：传感器原理与应用

传感器原理与应用（专业限选课）

Principle and Application of Sensor

【课程编号】XZ260111

【学分数】2

【学时数】24+6+9（实验课时）【课程类别】专业限选 【编写日期】2010.3.30 【先修课程】电路分析、模电、数电

【适用专业】电子信息工程类

一、教学目的、任务

《传感器原理和应用》是电子及自动化专业的一门专业课。它有较强的实际应用价值。通过学习本课程使学生掌握各类传感器的基本原理、主要性能及其结构特点；能合理地选择和使用传感器； 掌握常用传感器的工程设计方法和实验研究方法；了解传感器的发展动向。

二、课程教学的基本要求

现代信息产业的三大支柱是传感器技术﹑通信技术和计算机技术，它们分别构成了信息系统的“感官”、“神经”和“大脑”。在机械工程中,传感器对于机械电子、测量、控制、计量等领域都是必不可少的获取信息的关键部件。

鉴于上述认识并考虑学科特色,在本课程有限学时内,要求学生重点掌握下列几方面的知识：⑴传感器的基本概念﹑术语和特性；⑵常用传感器的原理、结构和应用；⑶传感器测量电路；⑷传感器的典型应用。

三、教学内容和学时分配

第1章 传感与检测技术的理论基础自学

主要内容：

1.1测量概论

1.2测量数据的估计和处理

教学要求：

了解测量的基本概念，测量系统的特性，测量误差及数据处理的各种方法。

第2章 传感器概述2学时

2.1传感器的组成与分类

2.2传感器的基本特性

教学要求：

熟悉传感器的输出--输入特性与内部结构参数有关的外部特性，掌握其静态特性，动态特性的分析方法。

第3章 应变式传感器4学时

主要内容：

3.1 工作原理

3.2 应变片的种类、材料及粘贴

3.3 电阻应变片的特性

3.4 电阻应变片的测量电路

3.5 应变式传感器的应用

教学要求：

熟悉应变片传感器的工作原理及外部特性，了解其应用范围，掌握测量电路的分析方法。其它教学环节：实验一应变片性能测试实验3学时

实验性质：验证性实验

实验内容：金属箔式应变片性能——单臂电桥、半桥和全桥。

实验目的与要求：掌握使用金属箔式应变片组成单臂电桥、半桥和全桥的方法，了解在不同电路

形式时电路的输出特性。

注意要点：确保接线正确，电源电压不能用错。

第4章 电感式传感器3 学时

主要内容：

4.1自感式电感传感器

4.2差动变压器式传感器

4.3电涡流式传感器

教学要求：

了解电感式传感器的应用范围，工作特点，掌握其组成的各种测量电路的分析方法及组成特点。其它教学环节：实验二电涡流式传感器的静态位移性能3学时

实验性质：设计性实验

实验内容：电涡流式传感器的工作原理和工作情况，动手自制一个涡流探头，利用实验室放大器

及振荡器对不同被测材料（即混料）进行分选。

实验目的与要求：研究电涡流传感器特性，被测材料（物质）对传感器的特性的影响以及电涡流

传感器的应用。

注意要点：确保接线正确，激励、响应线圈不能用错。

第5章电容式传感器3 学时

主要内容：

5.1电容式传感器的工作原理和结构

5.2电容式传感器的灵敏度及非线性

5.3电容式传感器的等效电路

5.4电容式传感器的测量电路

5.5电容式传感器的应用

教学要求：

熟悉电容式传感器的工作原理及结构，掌握其在非电量测量与自动检测中的应用。

其它教学环节：实验三 变面积式电容传感器的性能1学时

实验性质：验证性实验

实验内容：变面积式电容传感器的工作原理和工作情况。

实验目的与要求：熟悉变面积式电容传感器的工作原理和工作情况；研究差动式电容传感器特性。注意要点：确保接线正确，电源电压不能用错。

第6章 压电式传感器3 学时

主要内容：

6.1压电效应及压电材料

6.2 压电式传感器测量电路

6.3 压电式传感器的应用

教学要求：

了解压电式传感器具有的特点及其应用范围，掌握其组成的测量电路分析及应用。

第7章 磁电式传感器4学时

主要内容：

7.1磁电感应式传感器

7.2 霍尔式传感器

教学要求：

掌握磁电式传感器的各种不同类型及应用范围。

其它教学环节：实验四 霍尔传感器特性研究及应用2学时

实验性质：验证性实验

实验内容：霍尔传感器在交、直流信号激励下的特性。

实验目的与要求：了解霍尔传感器的结构和工作原理；实验研究霍尔传感器在交、直流信号激励

下的特性；掌握霍尔传感器测量振幅和称重应用的实验方法。

注意要点：确保接线正确，电源电压不能超出规定值。

第8章 光电式传感器3 学时

主要内容：

8.1光电器件

8.2光纤传感器

教学要求：

熟悉典型的光电器件的特性和应用，了解光纤传感器及其技术发展方向，掌握红外传感器的应用。

第9章 半导体传感器2学时

主要内容：

9.1半导体气敏传感器

9.2湿敏传感器

9.3色敏传感器

9.4半导体式传感器的应用

教学要求：

了解以半导体材料组成的各种传感器及其它们的工作原理，掌握气敏、湿敏、色敏传感器在测量电路中的应用及其电路分析。

第10章 超声波传感器2学时

主要内容：

10.1超声波及其物理性质

10.2超声波传感器

10.3超声波传感器应用用

教学要求：

熟悉超声波传感器的工作原理及其物理性质，掌握超声波传感器的应用。

第11章 微波传感器1学时

主要内容：

11.1微波概述

11.2微波传感器的原理和组成11．3微波传感器的应用

教学要求：

了解压电式传感器具有的特点及其应用范围，掌握其组成的测量电路分析及应用。

第12章 辐射式传感器1 学时

主要内容：

12.1红外传感器

12.2核辐射传感器

教学要求：

了解辐射式传感器的特性及应用。

第13章 数字式传感器自学

主要内容：

13.1光栅传感器

13.2编码器

13.3感应同步器

教学要求：

了解数字式传感器的特点及应用。

第14章 智能式传感器自学

主要内容：

14.1概述

14.2传感器的智能化

14.3集成智能传感器

教学要求：

了解集成智能感器的特性及应用。

第15章 传感器在工程检测中的应用4学时

主要内容：

15.1温度测量

15.2压力测量

15.3流量测量

15.4物位测量

教学要求：

了解热电偶的结构和原理、热电效应的构成成份。掌握热电偶的基本定律、冷端补偿方法、测量计算方法。了解热电阻的工作原理、结构，掌握应用方法。了解传感器在工程检测中的作用及其应用。

四、教学重点、难点及教学方法

重点：各种常见的、应用广泛的传感器的基本原理、基本特性、转换电路以及工程应用，及分析、设计方法。以课堂讲授为主，通过实验加深对所学各类传感器的性能及工作原理理解。

难点：各种传感器的特性分析。

五、考核方式及成绩评定方式：

考核方式：考查，六