传感器与检测技术试卷及答案（共五套）

传感器与检测技术试卷及答案

（试卷一）

第一部分 选择题（共24分）

一、单项选择题（本大题共12小题，每小题2分，共24分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项

是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。错选、多选和未选均无分。 1．下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（ ）

A．压力 B．力矩 C．温度 D．厚度 2．属于传感器动态特性指标的是（ ）

A．重复性 B．线性度 C．灵敏度 D．固有频率 3．按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（ ）

A．光电式传感器 B．电容式传感器 C．压电式传感器 D．磁电式传感器 4．测量范围大的电容式位移传感器的类型为（ ）

A．变极板面积型 B．变极距型 C．变介质型 D．容栅型

5．利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（ ） A．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片 B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联

C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片 D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片 6．影响压电式加速度传感器低频响应能力的是（ ）

A．电缆的安装与固定方式 B．电缆的长度

C．前置放大器的输出阻抗 D．前置放大器的输入阻抗 7．固体半导体摄像元件CCD是一种（ ）

A．PN结光电二极管电路 B．PNP型晶体管集成电路 C．MOS型晶体管开关集成电路 D．NPN型晶体管集成电路

8．将电阻R和电容C串联后再并联到继电器或电源开关两端所构成的RC吸收电路，其作用是

（ ）

A．抑制共模噪声 B．抑制差模噪声 C．克服串扰 D．消除电火花干扰

9．在采用限定最大偏差法进行数字滤波时，若限定偏差△Y≤0.01，本次采样值为0.315，上次

采样值为0.301，则本次采样值Yn应选为（ ）

A．0.301 B．0.303 C．0.308 D．0.315

10．若模/数转换器输出二进制数的位数为10，最大输入信号为2.5V，则该转换器能分辨出的最

小输入电压信号为（ ）

A．1.22mV B．2.44mV C．3.66mV D．4.88mV 11．周期信号的自相关函数必为（ ）

A．周期偶函数 B．非周期偶函数 C．周期奇函数 D．非周期奇函数 12．已知函数x(t)的傅里叶变换为X（f），则函数y(t)=2x(3t)的傅里叶变换为（ ） A．2X(f) B．2X(f) C．2X(f) D．2X(f)

3333第二部分 非选择题（共76分）

二、填空题（本大题共12小题，每小题1分，共12分）不写解答过程，将正确的答案写在每小

题的空格内。错填或不填均无分。

13．对传感器进行动态 的主要目的是检测传感器的动态性能指标。

1

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14．传感器的过载能力是指传感器在不致引起规定性能指标永久改变的条件下，允许超过

的能力。

15．传感检测系统目前正迅速地由模拟式、数字式，向 方向发展。

16．已知某传感器的灵敏度为K0，且灵敏度变化量为△K0，则该传感器的灵敏度误差计算公式

为rs= 。

17．为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用 技术。

18．在用带孔圆盘所做的光电扭矩测量仪中，利用孔的透光面积表示扭矩大小，透光面积减小，

则表明扭矩 。

19．电容式压力传感器是变 型的。

20．一个半导体应变片的灵敏系数为180，半导体材料的弹性模量为1.8×105Mpa,其中压阻系数

πL为 Pa-1。

21．图像处理过程中直接检测图像灰度变化点的处理方法称为 。 22．热敏电阻常数B大于零的是 温度系数的热敏电阻。 23．若测量系统无接地点时，屏蔽导体应连接到信号源的 。 24．交流电桥各桥臂的复阻抗分别为Z1，Z2，Z3，Z4，各阻抗的相位角分别为?1、?2、?3、?4，若电桥平衡条件为Z1/Z4=Z2/Z3，那么相位平衡条件应为 。 三、问答题（本大题共6小题，每小题4分，共24分）

25．简述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点。 26．回答与直线式感应同步器有关的下列问题： （1）它由哪两个绕组组成？

（2）鉴相式测量电路的作用是什么？ 27．简述压磁式扭矩仪的工作原理。

28．说明薄膜热电偶式温度传感器的主要特点。

29．简述激光视觉传感器将条形码的信息传输的信号处理装置的工作过程。 30．采用逐次逼近法的模/数转换器主要由哪几部分组成？ 四、计算题（本大题共3小题，每小题8分，共24分）

31．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？ 32．一热敏电阻在0℃和100℃时，电阻值分别为200kΩ和10kΩ。试计算该热敏电阻在20℃时的电阻值。

33．求正弦信号x(t)=x0sinωt的自相关函数。

五、应用题（本大题共2小题，每小题8分，共16分）

34．图示为电阻网络D/A转换电路。

（1）写出电流i与电压VREF的关系式。 （2）若VREF=10V

输入信号D3D2D1D0=1000， 试计算输出电压V0=？

35．已知某信号的傅里叶级数展开式为 x(t)=

n?1??

4Anπsincosnω0t nπ2试求该信号的直流分量、第一至第五次谐波分量的幅

值，并绘出其幅值谱图。

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（答案一）

一、单项选择题（本大题共12小题，每小题2分，共24分）

1.C 2.D 3.A 4.D 5.C 6.D 7.C 8.D 9.A 10.B 11.A 12.B 二、填空题（本大题共12小题，每小题1分，共12分）

13.标定(或校准或测试) 14.测量范围 15.智能化 16.(△K0/K0)×100% 17.细分 18.增大

－9

19.极距(或间隙) 20.1×1021.微分法 22.负 23.对地低阻抗端(或接地端) 24. ?1??3??2??4 三、问答题（本大题共6小题，每小题4分，共24分）

25．传感器与电压放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电压成正比,但容易受电

缆电容的影响。

传感器与电荷放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电荷成正比,电缆电容的

影响小。 26．（1）由固定绕组和滑动绕组组成。

（2）检测感应电动势的相位，从而根据相位确定位移量的大小和方向。

27．压磁式扭矩仪的轴是强导磁材料。根据磁弹效应，当轴受扭矩作用时，轴的磁导率发生

变化，从而引起线圈感抗变化，通过测量电路即可确定被测扭矩大小。 28．主要特点是：热容量小（或热惯性小），时间常数小，反应速度快。 29．（1）多面棱镜高速旋转，将激光器发出的激光束反射到条形码上作一维扫描。

（2）条形码反射的光束经光电转换及放大元件接收并放大后再传输给信号处理装置。 30．由电压比较器、数/模转换器、顺序脉冲发生器、数码寄存器和逐次逼近寄存器组成。 四、计算题（本大题共3小题，每小题8分，共24分）

60f60?72??120(转/分） 31．（1）n?Z3611 （2）频率计的计数装置读数误差为±1个数字，对应的角位移为±转=±转故其最

Z361大转速误差为±（转/分）

3632．热敏电阻的一般表达式为：

R??R0exp[B(11?)]或R??R0eTT011B(?)??0

式中：RT为温度T=t+273.15(K)时的热敏电阻的电阻值；R0为温度T0=t0+273.15(K)

时的热敏电阻的电阻值；

设t0=20℃,T0=t0+273.15=293.15(K)。则上式中的R0即为所求的值。 根据题中所给条件，有

11200?R0exp[B(?)]??273.15?0 （1）

TT011)]??273.15?100 （2） 10?R0exp[B(?TT0（1）、（2）两式两边取对数有

3

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29315.?27315.)

27315.?29315.29315.?37315. ln10()?lnR(0)?B()

37315.?29315.?ln(200)?ln(R0)?B(

29315.?27315.)ln(200)?ln(R0).?29315. ? ?2731529315.?37315.ln(10)?ln(R0)B()37315.?29315.B(?ln(200)?ln(R0)20?37315. ??ln(10)?ln(R0)80?27315.??ln(200)?ln(R0)?20?37315. ?ln(10)?ln(R0)?[ln(200)?ln(R0)]80?27315.?(?20?37315.)ln(200)?ln(R0) ??025458.ln(10)?ln(200)200)

200.25458?ln(200)?ln(R0)?0.25458[ln(200)?ln(10)]

?ln(R0)?ln(200)?[ln(200.25458)]?ln(R0)?ln(R0?0.25458?29.3(k?）1T2033．R(?)?lim x(t)x(t??)dt?0x???T1T??00x0sin?t?x0sin[?(t??)]dt T02? 其中??T01令?t?? dt?d?

?x2x202x0Rx(?)?sin?sin(????)d??cos?? ?02?2五、应用题（本大题共2小题，每小题8分，共16分）

因此该热敏电阻在20℃的电阻值为： 200

?VREF?(D3?23?D2?22?D1?21?D0?20) 42?V0VREF?4?(D3?23?D2?22?D1?21?D0?20) ?i?R2R 34．（1）V0? （2）当D3D2D1D0=1000时， V0??103?2??5V 424A ?35．直流分量A0＝0

一次谐波分量 A1＝

二次谐波分量 A2＝0

4A三次谐波分量 A3＝

3? 4

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四次谐波分量 A4＝0

4A五次谐波分量 A5＝

5?其幅值谱如右图所示。

5

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(?xi?yi??xi?xiyi)n?xiyi??xi?yi解: y?kx?b ?i?yi?(kxi?b) k? b?2222n?xi?(?xi)n?xi?(?xi)代入数据求得k?0.68 b?0.25

∴y?0.68x?0.25 ?1?0.238 ?2??0.35 ?3??0.16

?L0.35??7% ?4??0.11 ?5??0.126 ?6??0.194 ?L??max?100%??yFS5拟合直线灵敏度k?0.68,线性度±7%

二、如图所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中R2=R3=R是固定电阻，R1与R4是电阻应变片，工作时R1受拉，R4受压，ΔR=0，桥路处于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥路失去平衡，这时，就用桥路输出电压Ucd表示应变片变后电阻值的变化量。试证明：Ucd=-（E/2）(ΔR/R)。（10分） 证明：R1?R??R R4?R??R c 2RR2R?RUcd?Ucb?Udb?E?E??2E

R??R?RR??R?R4R??R2E?R略去?R的二次项,即可得Ucd???

2R

R2 a R3 d R1 b R4 Ucd 1、分析如图1所示自感传感器当动铁心左右移动（x1,x2发生变化时自感L变化情况。已知空气隙的长度为x1和x2，空气隙的面积为S，磁导率为μ，线圈匝数W不变）。（10分）

解：

E IW?W?W2， L? ????RmIIRm又

nlilx1lx2llRm??????i?0

?0S0?0S0i?1?iSi?0S0i?1?iSin空气隙的长度x1和x2各自变，而其和不变，另其他变量都不变故L不变

1、 将一只灵敏度为0.08mv/℃ 的热电偶与毫伏表相连,已知接线端温度为50℃,毫伏表的输

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出为60 mv, 求热电偶热端的温度为多少?答：?T?60?50?2000℃ 0.081) 用石英晶体加速度计测量机器的振动，已知加速度计的灵敏度为5 PC/g（g为重力加速度），

电荷放大器的灵敏度为50 mv/PC，当机器振动达到最大加速度时，相应的输出幅值为2V，求机器的振动加速度。（1PC=10-12库仑）

答：

2V40PC?40PC a=?8g?88.2m/s2

50mv/PC5PC/g2) 图示电荷放大器中Ca=100 PF，Ra=∞，RF= ∞，CF=10 PF。若考虑引线电容CC 影响，当A0=104时，要求输出信号衰减小于1%，求使用90 PF/m的电缆，其最大允许长度为多少？ 答：?r?Ca?CC?1% 解得CC?9.09?10?10F

Ca?CC?(1?A0)CF9.09?10?10?10.1m ?L??1290?10 32

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