传感器技术思考与练习

思考与练习1.何谓结构型传感器?何谓物性型传感器?试述两者的应用特点。2衡量传感器静态特性的主要指标有哪些?说明它们的含义。3. 什么是传感器的静态特性和动态特性?为什么要把传感器的特性分为静态特性 和动态特性?4. 某压力传感器的校准数据如表格所示，试用最小二乘法求非线性误差并计算迟 滞和重复性误差?压力 (Mpa)输出值（mV）第一次循环第二次循环第三次循环正行程反行程正行程反行程正行程反行程00.00200.00300.00250.00350.00350.00400.020.20150.20200.20200.20300.20200.20300.040.40050.40200.40100.40200.40100.40200.060.60000.60100.60000.60150.60000.60100.080.79950.80050.79950.80050.79950.80050.101.0001.0000.99950.99950.99900.99905. 为什么要对传感器进行标定和校准?举例说明传感器静态标定和动态标定的方 法。6. 今有两加速度传感器均可作为二阶系统来处理，其中一只固有频率为 25kHz，另一只为35kHz，阻尼比g均为0.3。若欲测量频率为10kHz的正弦振动加速度，应选用哪一只?试计算测量时将带来多大的振幅误差和相位误差。7. 简述电阻应变计产生热输出（温度误差）的原因及其补偿方法。8. 试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。9. 如何用电阻应变计构成应变式传感器?对其各组成部分有何要求?10. 现有栅长为3mm和5mm两种丝式应变计，其横向效应系数分别为5%和3%,欲 用来测量泊松比U =0.33的铝合金构件在单向应力状态下的应力分布（其应力分 布梯度较大）。试问：应选用哪一种应变计?为什么?11. 现选用丝栅长10mm的应变计检测弹性模量E=2X 10nN/m2、密度p =7.8g/cm3 的钢构件承受谐振力作用下的应变，要求测量精度不低于0.5%。试确定构件的 最大应变频率限。12. 为什么常用等强度悬臂梁作为应变式传感器的力敏元件?现用一等强度梁：有 效长l=150mm，固支处宽b=18mm，厚h=5mm，弹性模量E=2 X 105N/mm2，贴上4 片等阻值、 K=2 的电阻应变计，并接入四等臂差动电桥构成称重传感器。试问：1）悬臂梁上如何布片?又如何接桥?为什么?2）当输入电压为3V,有输出电压为2mV时的称重量为多少？13. 何谓压阻效应?扩散硅压阻式传感器与贴片型电阻应变式传感器相比有什么 优点，有什么缺点?如何克服?14. 何谓霍尔效应?利用霍尔效应可进行哪些参数测量？15. 霍尔元件的不等位电势和温度影响是如何产生的?可采取哪些方法来减小之。16. 一应变片的电阻R=120 Q , k=2.05，用作应变片为800m/m的传感元件。&.求4 R/R和厶R； b.若电源电压U=3V,惠斯登电桥初始平衡，求输出电压U。017. 在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120Q 的应变片R和R，把着两片应变片接入差动电桥（如图），若钢的泊松系数 =0.285,应变片2的灵敏度系数k=2，电桥电源电压U=2V，当试件受轴向拉伸时， 测得应变片的电阻变化厶R =0.48 Q，求电桥的输出电压U。为多少？1018. 变间隙式、变截面式和螺管式三种电感式传感器各适用于什么场合?它们各有 什么优缺点?19. 试述电感传感器产生零位电压的原因和减小零位电压的措施。20. 试述造成自感式传感器和差动变压器温度误差的原因及其减小措施。21. 试从电涡流式传感器的基本原理简要说明它的各种应用。22. 为什么电容式传感器的绝缘、屏蔽和电缆问题特别重要?设计和应用中如何解 决这些问题?23. 电容式传感器的测量电路主要有哪几种?各自的目的及特点是?使用这些测量 电路时应注意哪些问题?24. 有一台变极距非接触式电容测微仪，其极板间的极限半径r=4mm，假设与被 测工件的初始间隙6 =03mm，试求：1）若极板与工件的间隙变化量 6 =10m时，电容变化量为多少？2）若测量电路的灵敏度K=100mV/pF，则在 6 =1m时的输出电压为多少？25. 什么是零残电压？减小零残电压的有效措施有哪些？26. 为什么电容式传感器易受干扰？如何减小干扰？27. 何谓“驱动电缆技术”？采用的目的是什么28. 在压力比指示系统中采用差动式变极距型电容传感器，已知原始极距6 =6 =0.25mm，极距直径D=38.2mm，采用电桥电路作为其转换电路，电容传感器的两2个电容分别接R=5.1kQ的电阻后作为电桥的两臂，并接有效值为U1=60V的电源 电压，其频率为f=400Hz，电桥的另两臂为相同的固定电容C=0.001M f，试求电 容传感器的电压灵敏度？若 6 =10m时，求输出电压的有效值？29. 何谓机械阻抗？试说明它在分析双向传感器的动态特性中的作用？30. 试分析应变片传感器工作在低频、高频和固有频率三种情况下的机械阻抗并 指出哪种情况下机械阻抗为最小？31. 何谓压电效应?何谓纵向压电效应和横向压电效应?32. 压电材料的主要特性参数有哪些?试比较三类压电材料的应用特点。33. 试选择合适的传感器：1）现有激磁频率为2.5kHz的差动变压器式测振传感器 和固有频率为50Hz的磁电式测振传感器各一只，欲测频率为400500Hz的振动， 应选哪一种?为什么？（2）有两只压电式加速度传感器，固有频率分别为30kHz和 50kHz，阻尼比均为0.5，欲测频率为15kHz的振动，应选哪一只？为什么？34. 为什么磁电感应试传感器的灵敏度在工作频率较高时将随频率增加而下降？35. 压电试传感器中采用电荷放大器有何优点？为什么电压灵敏度与电缆长度有 关？而电荷灵敏度无关？36. 某压电晶体的电容为1000pF,K =2.5C/cm，C =3000pF，示波器的输入阻抗为qc1MQ和并联电容为50F，求：压电晶体的电压灵敏度；测量系统的高频响应； 若系统允许的测量值误差为5%，可测最低频率为多少？若频率为10HZ，允许的 误差为 5%，用并联方式，电容值为多少？37用镍铬-镍硅热电偶测得介质温度为800C,若参考端温度为25C，问介质的 实际温度为多少？38. 何谓外光电效应、光电导效应和光生伏特效应?39试用射线分析方法，阐明阶跃光纤的导光原理，并解释光纤数值孔径的物理 意义。40.有一阶跃光纤，已知n=1.46，n =1.45，外部介质为空气，n=l。试求光纤的1 2 0 数值孔径值和最大入射角。41利用斯乃尔定律推导出的临界角O表达式，计算水与空气分界面（n =1.33）C的Qc。值。又金刚石切片所出现的闪光是由全内反射引起的，从上方进入的被 反射的光返回向观察者，通过上表面重新射出。试确定此临界角n=2.4），并把 d它与玻璃（n=1.5）的临界角相比较。42何谓超声波和超声波探头?常用超声波探头的工作原理有哪几种？43简述超声波测厚度、液位、流速和流量的原理。44. 超声波检测的基础是超声波在介质中的传播特性，但是声速与介质温度、压 力等因素有关。45. 何谓红外辐射?试举出利用红外辐射技术进行检测的典型应用实例。46. 红外探测器与光电传感器、热敏电阻器有什么异同?47. 简述核辐射传感器的种类和工作原理。利用核辐射技术可以实现哪些检测? 使用核辐射检测时应特别注意什么？48. 何谓微波?微波在检测领域有哪些典型应用?