【考】现代传感器技术作业一至四复习用

作业一

一. 简答题（共5题，100分）

(简答题)以下是采用两线制的测温电桥等效原理图，其中r为引线的电阻，Rt为热电阻，Rr为调零电阻，试求出V0的值并分析为什么在两线制接法中引线电阻会导致较大误差？

正确答案：

当Rr=Rt时（电桥平衡），V0=-I2*2r 。
从V0的表达式可以看出，引线电阻的影响十分明显，两线制接线法的误差很大。

(简答题)以下是采用三线制的测温电桥等效原理图，其中r为引线的电阻，Rt为热电阻，Rr为调零电阻，试用公式推导法来解释为什么三线制接法可消除引线电阻带来的误差？

正确答案：
(简答题)某热电偶的两个电极为A、B,其灵敏度为0.04mV/℃，将它置于1200℃处的温度场，若指示表（冷端）处温度为50℃，试求热电势的大小？
正确答案：
(简答题)以下是利用双元型热释电传感器来判断人体运动方向工作原理示意图及输出信号波形图，请简要说明其工作原理。

正确答案：
（1）图（b）人到两个敏感元件的距离及角度不同，入射到两敏感元件上的能量变化速率不同，a>b,输出信号以a信号为主，符号为“+”。
（2）图（c）当人运动到视野中央，T一个下降，一个升高，产生的信号符号不同，二者信号迭加的结果，都为负“-”。
（3）图(d)离开视野时,两敏感元件上的能量变化b>a,输出信号以b为主，故符号为“+”。
（4）图(e)中，波形的第二个正峰值低于第一个正峰值是由于b为噪声补偿元件，装有红外反射膜，则其产生的输出信号较小。
（5）如果人体运动方向相反，得到的结果相反，如图(f)。

(简答题)以下是热敏电阻NTC 对晶体管Vbe的补偿电路图，请解释其工作原理。

正确答案：温度升高时,晶体管的Vbe下降；而NTC的Rt下降，即Rt//Rg减小，使A点上压降下降以补偿了Vbe的下降，保证Re上压降不变。

作业二

一. 单选题（共6题，45.6分）

(单选题)
电桥测量电路的作用是把传感器的参数转换为（）的输出。
A. 电阻
B. 电压
C. 电容
D. 电荷
正确答案: B
(单选题)
应变计采取桥接电路测量，输出与温度无关的是（）。
A. 直流电压源半桥差动电路
B. 直流电压源全桥差动电路
C. 恒流源单臂电桥
D. 恒流源压阻全桥
正确答案: D
(单选题)
对于光敏三极管，以下说法错误的是（）。
A. 可实现光-电转换
B. 与温度无关
C. 能放大光电流
D. 无基极
正确答案: B
(单选题)
电阻应变片的输入为（）。
A. 力
B. 应变
C. 速度
D. 加速度
正确答案: B
(单选题)
下列描述箔式应变片的主要特点错误的是（）。
A.灵敏度高
B.性能稳定
C.散热好
D.寿命长
正确答案: A
(单选题)
光敏电阻一般适合作为（）元件。
A. 光的测量元件
B. 光控开关
C. 加热元件
D. 发光元件
正确答案: B
二. 填空题（共4题，30.4分）
(填空题)
光敏电阻组成的电路在没有光照时测得的电流称为____________，有光照时测得电路的电流称为___________，两者之差称为____________。

正确答案：
(1) 暗电流
(2) 亮电流
(3) 光电流

(填空题)
没有光照时半导体材料的电导率称为____________ ，在光照后材料的电导率称为____________，光照前后电导率的增量称为____________。

正确答案：
(1) 暗电导
(2) 亮电导
(3) 光电导

(填空题)
介质在力的作用下产生形变，引起表面带电的现象称为____________，在电介质极化方向上施加电场介质发生变形，电场去掉后变形消失的现象称为____________ 。

正确答案：
(1)压电效应
(2)逆压电效应

(填空题)
根据敏感元件材料的不同，将应变计分为____________ 和____________两大类。

正确答案：
(1)金属式
(2)半导体

三. 简答题（共2题，15.2分）
11. (简答题)光电效应有哪几种？请举出对应的常用光电元件。

正确答案：
1）当光线照在物体上,使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应，内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。入射光强改变物质导电率的物理现象称光电导效应，典型的光电器件有光敏电阻；光照时物体中能产生一定方向电动势的现象叫光生伏特效应，光电池、光敏晶体管。
2）在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，典型的光电器件有光电管、光电倍增管。

(简答题)用压电式传感器能测量静态和变化缓慢的信号吗？为什么？

正确答案：
不能。作用于压电元件的力为静态力（ω=0）时，前置放大器的输出电压等于零，因为电荷会通过放大器输入电阻和传感器本身漏电阻漏掉，所以压电传感器不能用于静态力的测量。

四. 计算题（共1题，8.8分）
13. (计算题)
一应变片的电阻R=100Ω，灵敏系数k=2.5，用作应变为800μ的传感元件。
（1）求ΔR和ΔR/R；
（2）若将应变片接入电桥单臂，其余桥臂电阻均为100Ω固定电阻，供桥电压U=3V，求受应变时单臂电桥的输出电压Uo。

正确答案：
K = 2.5; ε=800
则 △R/R = K×ε=0.002, 则应变引起电阻变化△R = 100×0.002 = 0.2Ω；
当电源电压E=3V时，电桥输出电压U0 =E/4×△R/R = 1.5mV

作业三

一. 单选题（共5题，38分）

(单选题)霍尔电势与（）成反比。
A. 导体厚度
B. 霍尔灵敏系数
C. 控制电流
D. 磁场强度
正确答案: A
(单选题)气敏元件工作时必须加热，以下哪种说法不正确（）。
A. 加速被测气体的吸附、脱出过程
B. 烧去气敏元件的或污垢物，起清洗作用
C.烧去气敏元件的或污垢物，起清洗作用
D. 一般加热温度为600-800 ℃
正确答案: D
(单选题)霍尔元件的长宽比一般选择（）较好。
A. 1/2
B. 1
C. 2
D. 4
正确答案: C
(单选题)下列物理量中可以用气敏传感器来测量的是（）。
A. 位移量
B. 湿度
C. 一氧化碳浓度
D. 速度
正确答案: C
(单选题)氯化锂溶液置于一定温湿场中，环境相对湿度变低，则（）。
A. 溶液浓度升高，电导率下降
B. 溶液浓度升高，电导率上升
C. 溶液浓度下降，电导率升高
D.溶液浓度下降，电导率下降
正确答案: A

二. 填空题（共5题，38分）
6. (填空题)
霍尔电势与_____________ 和_____________成正比。

正确答案：
(1) 电流
(2) 磁场强度

(填空题)
霍尔元件有两对电极，称为_____________和_____________。

正确答案：
(1) 控制电极
(2) 霍尔电极

(填空题)
不等位电势是指在B=0、额定电流IC时因输出电极（）而有一定的电位差。

正确答案：
(1) 不在同一等位面上

(填空题)从构成气体传感器材料的形态上可分为两大类：
利用固体感测气体的是（）；利用水溶液或电解液与电极感知气体的是（）。

正确答案：
(1) 干式气体传感器
(2) 湿式气体传感器

(填空题)
按照半导体与气体相互作用时产生的变化只限于半导体表面或深入到半导体内部，可分为（）和（）。

正确答案：
(1) 表面电阻型
(2) 体电阻型

三. 简答题（共3题，24分）
11. (简答题)
请简述半导体气体传感器的加热方式的必要性及其特点。

正确答案：
（1）因为在常温下，电导率变化不大，达不到检测目的，因此以上结构的气敏元件都有电阻丝加热器，加热时间2～3分钟，最佳工作温度为200℃～400℃。
（2）加热方式分为直热式和旁热式。一是为了加速气体吸附和上述的氧化还原反应，提高灵敏度和响应速度，另外使附着在传感器元件壳面上的油雾、尘埃烧掉。

(简答题)
请简要解释下面有害气体报警器的工作原理。

正确答案：
（1）气体传感器无有害气体时阻值较高，有有害气体时阻值下降，A、B电压下降使B的电压升高，RP分压升高，开关集成电路选通。
（2）当⑤电压达预定值时①、②两脚导通。+12V电压加到K上，触点K1-1吸合，排风扇自动排风。+12V电压经R4限流和DW1稳压后蜂鸣器HTD发声，LED发光，实现声光报警。

(简答题)开关型霍尔集成传感器由哪几部分组成？

正确答案：
由稳压电路、霍尔元件、放大器、整形电路、开路输出五部分组成

作业四

一、单选题（共2题，20分）
1、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的（）。
A、应变效应
B、电涡流效应
C、压电效应
D、逆压电效应
正确答案： C

2、超过（）的声波称为超声波。
A、 200Hz
B、 2000Hz
C、 16KHz
D、 20KHz
正确答案： D

二、填空题（共3题，30分）
1、空气的绝对湿度是指单位体积空气里所含_____________。

正确答案：
水蒸气的质量

2、相对湿度是指_____________。

正确答案：
某温度下水蒸气压同饱和蒸气压的百分比。

3、DHT22传感器采取（）感知湿度，（）感知温度。

正确答案：
（1）电容式感湿元件
（2）NTC测温元件

三、简答题（共5题，50分）
1、已知超声波在工件中的速度为3000m/s，测得的时间间隔t为15 us，请问工件有多厚？

正确答案：
已知：v=3000m/s, t1-t2 =15 us
工件厚度 d = v*(t1-t2)/2 = 22.5mm
故工件厚度是22.5mm。

2、请简要介绍智能传感器几种典型的非线性校正技术的工作原理。

正确答案：
查表法：是一种分段线性插值法，对反线性曲线进行分段，用若干折线逼近曲线。
曲线拟合法：采用n次多项式来逼近反非线性曲线。
函数链神经网络法：传感器建模。

3、请解释脉冲回波法检测厚度的基本工作原理。

正确答案：
（1）主控制器产生一定频率的脉冲信号，送发射电路以激励压电探头产生重复的超声波脉冲；脉冲波传到被测工件另一面被反射回来，被同一探头接收。
（2）若超声波在工件中的声速为c，测得波从发射到接收的时间间隔为Δt，因此可算出工件厚度d为：d=(Δt/2)×C

4、简述智能传感器的分类及各自特点。

正确答案：
分为计算机型智能传感器，材料型智能传感器，结构型智能传感器，集成智能传感器。
（1）利用计算机实现智能化的智能传感器被称为计算机型智能传感器。
（2）利用特殊功能材料和传感器组合在一起制成智能传感功能部件为材料型智能传感器。
（3）通过其特殊结构实现对传感器检测信号的处理为结构型智能传感器。
（4）传感元件、信号处理电路、输入输出接口、微处理器等制作在同一块硅芯片上，形成独立的智能传感器功能块为集成化智能传感器。

5、请简要说明DHT22传感器测量量程和精度。

正确答案：
湿度量程范围0-99.9%RH，精度±2%RH；
温度量程范围是-40℃-80℃，精度±0.5℃。

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