传感器计算题详解

《传感器与传感器技术》计算题

解题指导（供参考）

第1章 传感器的一般特性

1-5 某传感器给定精度为2%F·S，满度值为50mV，零位值为10mV，求可能出现的最大误差?(以mV计)。当传感器使用在满量程的1/2和1/8时，计算可能产生的测量百分误差。由你的计算结果能得出什么结论? 解：满量程（F?S）为50~10=40(mV)

可能出现的最大误差为：

?m＝40?2%=0.8(mV)

当使用在1/2和1/8满量程时，其测量相对误差分别为：

0.8?1??100%?4%

140?20.8???100%?16%

240?181-6 有两个传感器测量系统，其动态特性可以分别用下面两个微分方程描述，试求这两个系统的时间常数?和静态灵敏度K。 （1） 30dy?3y?1.5?10?5T dtdy?4.2y?9.6x dt式中，y为输出电压，V；T为输入温度，℃。 （2） 1.4式中，y——输出电压，?V；x——输入压力，Pa。

解：根据题给传感器微分方程，得 (1) τ=30/3=10(s)，

1. 某压力传感器的校准数据如下表如示。试用端基法求其基准直线，并确定该压力传感器的灵敏度和线性度。 压力(MPa) 输出电压（mV） 0.00 -2.7 0.02 0.6 0.04 4.0 0.06 7.4 0.08 10.9 0.10 14.4

2. 设一力传感器可作为二阶系统来处理，已知传感器的固有频率为?0=200Hz，阻尼比

?=0.6，静态灵敏度为k=9.6，试求： （1） 该传感器的动态输入输出方程； （2） 该传感器的频率传递函数；

（3） 如果该传感器用于测量力F=sin(400t)，试求该传感器的稳态输出； （4） 试分析当测量的外力为2000KHz时，此传感器的稳态输出。

3.设有两只力传感器，均可作为二阶系统来处理，自振频率分别为800Hz和1200Hz，阻尼比ξ均为0.4，今欲测量频率为400Hz正弦变化的外力，应选用哪一只？并计算将产生多大的振幅相对误差和相位误差。

4.一应变片的电阻R=100Ω，灵敏系数k=2.10，用作应变为1000με的传感元件

(1)求ΔR和ΔR/R；

(2)若惠斯登电桥初始时已平衡，电源电压U=4V，求在此应变下的输出电压UO；

-42

5.如将两个100Ω电阻应变片平等地粘贴在钢制

1. 某压力传感器的校准数据如下表如示。试用端基法求其基准直线，并确定该压力传感器的灵敏度和线性度。 压力(MPa) 输出电压（mV） 0.00 -2.7 0.02 0.6 0.04 4.0 0.06 7.4 0.08 10.9 0.10 14.4

2. 设一力传感器可作为二阶系统来处理，已知传感器的固有频率为?0=200Hz，阻尼比

?=0.6，静态灵敏度为k=9.6，试求： （1） 该传感器的动态输入输出方程； （2） 该传感器的频率传递函数；

（3） 如果该传感器用于测量力F=sin(400t)，试求该传感器的稳态输出； （4） 试分析当测量的外力为2000KHz时，此传感器的稳态输出。

3.设有两只力传感器，均可作为二阶系统来处理，自振频率分别为800Hz和1200Hz，阻尼比ξ均为0.4，今欲测量频率为400Hz正弦变化的外力，应选用哪一只？并计算将产生多大的振幅相对误差和相位误差。

4.一应变片的电阻R=100Ω，灵敏系数k=2.10，用作应变为1000με的传感元件

(1)求ΔR和ΔR/R；

(2)若惠斯登电桥初始时已平衡，电源电压U=4V，求在此应变下的输出电压UO；

-42

5.如将两个100Ω电阻应变片平等地粘贴在钢制

1、有一悬臂梁，在其中部上、下两面各贴两片应变片，组成全桥，如图所示。①请给出由这四个电阻构成全桥电路的示意图。

②若该梁悬臂长L=0.25m，宽b= 0.06m，厚h=0.003m，弹性模量E?7?1010Pa，应变片灵敏度系K=2，应变片空载电阻R?120?，应变片中心距固定端x= 0.4L，现受一向下力F =1N，试求此时四个应变片的电阻值。 (梁上各处应变??6(L?x)F) bh2ER1R4R2R3LFhR1R2+U0R3xR4-

??6(L?x)6?（1?0.4）?0.25m?5 F??1N?2.38?1022102bhE0.06m?(0.003m)?7?10N/m?R?K???R?RK??120Ω?2?2.38?10?5?0.005712Ω R对于R1,R4???0??R?0 R1?R4?120.005712Ω 对于R2,R3???0??R?0 R2?R3?119.994288Ω

2、阻值R?120?，灵敏系数K?2的电阻应变片与阻值120?的固定电阻组成电桥，供桥电压为3V，并假定负载电阻为无穷大，当应变片的应变为2??和2000??时，分别求出单臂、半桥差动电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵

一、选择题

1、属于传感器静态特性指标的是（A）

A、灵敏度B、阻尼比C、临界频率D、固有频率 静态特性指标：

灵敏度 滞差（回程误差） 重复性 有时候也会把量程归纳到静态特性里面

2、在下列位移传感器中，既适合于测量大的线位移，又适合与测量大的角位移的是（C） A、电容式传感器 B、电感式传感器 C、光栅式传感器 D、电阻应变式传感器

电容传感器，电感式传感器和电阻应变式传感器一般用在位移量小的场合。 光栅式位移传感器多用于大位移量的测量。 3、当某晶体沿一定方向受外力作用而变形时，其相应的两个相对表面产生极性相反的电荷，去掉外力时电荷消失，这种现象称为（B）

A、压阻效应 B、压电效应C、应变效应D、霍尔效应 压阻效应是引起电阻率变化 压电效应是引起电荷变化 应变效应是引起电阻变化 压磁效应是引起磁导率变化

霍尔效应的对象是半导体，产生霍尔效应的变化

4、热敏电阻式湿敏元件能够直接检测（C ） A、温度B、温度差C、绝对湿度D、相对湿度 湿敏元件只能用于湿度的检测 氯化锂湿敏元件检测的是相对湿度 半导体陶瓷湿敏元件是检测相对湿度 热敏电阻式元件用于检测绝对湿度

5、便于集成化的有源带通滤波器由运

CCD图像传感器

CCD（Charge Coupled Device）全称为电荷耦合器件，是70年代发展起来的新型半导体器件。它是在MOS集成电路技术基础上发展起来的，为半导体技术应用开拓了新的领域。它具有光电转换、信息存贮和传输等功能，具有集成度高、功耗小、结构简单、寿命长、性能稳定等优点，故在固体图像传感器、信息存贮和处理等方面得到了广泛的应用。CCD图像传感器能实现信息的获取、转换和视觉功能的扩展，能给出直观、真实、多层次的内容丰富的可视图像信息，被广泛应用于军事、天文、医疗、广播、电视、传真通信以及工业检测和自动控制系统。实验室用的数码相机、光学多道分析器等仪器，都用了CCD作图象探测元件。

一个完整的CCD器件由光敏单元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。CCD工作时，在设定的积分时间内由光敏单元对光信号进行取样，将光的强弱转换为各光敏单元的电荷多少。取样结束后各光敏元电荷由转移栅转移到移位寄存器的相应单元中。移位寄存器在驱动时钟的作用下，将信号电荷顺次转移到输出端。将输出信号接到示波器、图象显示器或其它信号存储、处理设备中，就可对信号再现或进行存储处理。由于CCD光敏元可做得很小（约10um），所以它的图象分辨率很高

FOB+I+F =CFR+I =CIF FCA+I+C =CPT+I =CIP

保险金额＝CIF（１＋投保加成率） 保险费＝保险金额×保险费率 CIF=CFR/(1－保险费率×投保加成) 含佣价＝净价／（１－佣金率） 出口总成本＝进货成本(含增值税)+国内费用—出口退税收入 其中：出口退税收入＝进货成本(不含增值税) ×出口退税率

＝[进货成本(含增值税)÷(1十增值税率)]×出口退税率 出口外汇净收入：FOB净价总收入

出口换汇成本＝出口总成本（人民币）／出口外汇净收入（外汇） 出口盈亏率＝[（出口人民币净收入－出口总成本）／出口总成本]×100% 出口创汇率＝[（成品出口外汇净收入－原料外汇成本）／原料外汇成本]×100% 计算题

1.某商品出口成本为RMB￥27000，出口后的外汇净收入为US$5500。设外汇牌价为每100美元合人民币630.00元。试计算该出口商品的盈亏率。

解：出口盈亏率＝[（出口人民币净收入－出口总成本）／出口总成本]×100% =[(5500÷100×630-27000)/2700])×1

1. 动物机体组织和体液都能导电，将心电描记器的记录电极放在体表的任何两个非等点部

位，都可记录出心电变化的图像，这种测量方法叫做双极导联。电极是用来提取人体各种生物电的金属导体。心电图的电极是表皮电极，为了准确、方便地记录心电信号，要求心电电极必须具有以下特性：

（1） 响应时间快，易于达到平衡；

（2） 阻抗低，信号衰减小，制造电极材料的电阻率低；

（3） 电位小而且稳定，重现性好，漂移小，不易对生物电信号产生干扰，没有噪声

和非线性；

（4） 交换电流密度大，极化电压值小；

（5） 机械性能良好，不易擦伤和磨损，使用寿命长，见光时不易分解老化，光电效

应小；

（6） 电极和电解液对人体无害；

2. 脉率随着睡眠周期的变化而改变，睡眠加深时脉率减小，和睡眠分期有很好的相关性。

3. 以不低于正常步速行走时，计步器可以精确记录步数，放置位置不同对步数记录无影响。

随着速度加快，步频加快，步幅加大，单位能耗增加。但在完成相同距离步行时，运动强度（速度）不同，总热量消耗不完全一致，能量消耗不仅与单位能耗有关，运动时间也是重要的因素。

步行能量消耗（kcal）=0.43*身高（cm）+0.57*体重（kg）+0.26*步频（步/min）+0.92*时间（min）-108.

最新传感器列表

遥感波段

? 紫外线：波长范围为0.01～0.38μm，太阳光谱中，只有0.3～0.38μm波长的光到达地面，对油污染敏感，但探测高度在2000 m以下。

? 可见光：波长范围：0.38～0.76μm，人眼对可见光有敏锐的感觉，是遥感技术应用中的重要波段。

? 红外线：波长范围为0.76～1000μm，根据性质分为近红外、中红外、远红外和超远红外。

? 微波：波长范围为1 mm～1 m，穿透性好，不受云雾的影响。 ? 近红外：0.76～3.0 μm，与可见光相似。 ? 中红外：3.0～6.0 μm，地面常温下的辐射波长，有热感，又叫热红外。 ? 远红外：6.0～15.0 μm，地面常温下的辐射波长，有热感，又叫热红外。 ? 超远红外：15.0～1 000 μm，多被大气吸收，遥感探测器一般无法探测。

大气窗口

大气窗口 紫外可见光 近红外 近红外 近-中红外 波段 透射率/% 应用举例 0.3～1.3 μm ＞90 TM1-4、SPOT的HRV 1.5～1.8 μm 2.0～3.5 μm 80 80 ??TM5 TM7 中红外 3.5～5.5 μm ㏒???琰茞??ü NOAA的AVHRR 远红外 微波 8～14 μm 0

《传感器原理及应用》试卷四

适用班级：（电子071 ，072，073，074，075） 题号 得分 一 二 三 四 五 六 总分 核分人 得分 评卷人

一、填空题：（共20空，每空1分，共20分）

1、传感器一般由 、 、 测量电路和辅助电源四个部分组成。

2、气敏电阻传感器是利用半导体对气体的__________作用而使其__________发生变化的现象来检测气体的成分和浓度。气敏电阻传感器通常由 、 和封装体等三部分组成。

3、为减少电容式传感器在使用中存在的______________，可以在结构上加保护电极，但要求保护电极和被保护电极要为______________。

4、变隙式电感式传感器与螺线管式电感式传感器都可以用来测位移， _____________线性范围大，______________测量灵敏度高。

5、霍尔片越厚其霍尔灵敏度系数越__________（大或小），霍尔灵敏度系数的含义是指____________________________________________。 6、热电偶产生的热电势一般由