《传感器原理及检测技术》复习题
一、选择题
1、传感器中直接感受被测量的部分是（B）
A.转换元件 B.敏感元件 C.转换电路 D.调理电路
2、属于传感器静态特性指标的是（D）
A.幅频特性 B.阻尼比 C.相频特性 D.灵敏度
3、属于传感器时域动态特性指标的是（A）
A.阶跃响应 B.固有频率 C.临界频率 D.阻尼比
4、属于传感器动态特性指标的是（C）
A.量程 B.灵敏度 C.阻尼比 D.重复性
5、传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的（D）
A.线性度越好 B.迟滞越小 C.重复性越好 D.分辨力越高
6、衡量在同一工作条件下，对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的不一致程度的指标是（A）
A.重复性 B.稳定性 C.线性度 D.灵敏度
7、一般以室温条件下经过一定的时间间隔后，传感器的输出与起始标定时输出的差异来表示传感器的（C）
A.灵敏度 B.线性度 C.稳定性 D.重复性
8、传感器的线性范围愈宽，表明传感器工作在线性区域内且传感器的（A）
A.工作量程愈大 B.工作量程愈小 C.精确度愈高 D.精确度愈低
9、表示传感器或传感检测系统对被测物理量变化的反应能力的量为（B）
A.线性度 B.灵敏度 C.重复性 D.稳定性
10、在明确传感器输入/输出变换关系的前提下，利用某种标准器具产生已知的标准非电量输入，确定其输出电量与输入量之间关系的过程，称为（C）
A.校准 B.测量 C.标定 D.审核
11、按传感器能量源分类，以下传感器不属于能量转换型的是（D）
A.压电式传感器 B.热电式传感器 C.光电式传感器 D.压阻式传感器
12、某温度计测量范围是－20℃～+200℃，其量程为（B）
A. 200℃ B. 220℃ C. 180℃ D. 240℃
13、某温度测量仪的输入—输出特性为线性，被测温度为20℃时，输出电压为10mV，被测温度为25℃时，输出电压为15mV，则该传感器的灵敏度为（D）
A. 5mv/℃ B. 10mv/℃ C. 2mv/℃ D. 1mv//℃
14、热电偶的T端称为（C）
A.参考端 B.自由端 C.工作端 D.冷端
15、随着温度的升高，NTC型热敏电阻的电阻率会（B）
A.迅速增加 B.迅速减小 C.缓慢增加 D.缓慢减小
16、有一温度计，测量范围为0~200oC，精度为0.5级，该表可能出现的最大绝对误差为（A ）
A.1 oC B.0.5 oC C.10 oC D.200 oC
17、热电偶式温度传感器的工作原理是基于（B）
A.压电效应 B.热电效应 C.应变效应 D.光电效应
18、热电偶的热电动势包括（A）
A.接触电动势和温差电动势 B.接触电动势和非接触电动势
C.非接触电动势和温差电动势 C.温差电动势和汤姆逊电动势
19、将毫伏表接入热电偶回路中，只要保证两个结点温度一致，就能正确测出热电动势而不影响热电偶的输出，这一现象利用了热电偶的（C）
A.中间温度定律 B.参考电极定律 C.中间导体定律 D.中间介质定律
20、金属导体的电阻随温度的升高而（A）
A.变大 B.变小 C.不变 D.无法确定
21、适合于使用红外传感器进行测量的被测物理量是（B）
A.转速 B.温度 C.厚度 D.加速度
22、电阻应变片配用的测量电路中，为了克服分布电容的影响，多采用（ D ）。
A．直流平衡电桥 B．直流不平衡电桥 C．交流平衡电桥 D．交流不平衡电桥
23、电阻应变式扭矩传感器在测量时会引起应变片的哪个物理量发生变化（C）
A.磁导率 B.热导率 C.电阻率 D.介电常数
24、若单臂电桥的灵敏度为1/4，在相同情况下，双臂电桥的灵敏度为（B）
A. 1/4 B. 1/2 C. 2 D. 4
25、金属电阻应变片受力会产生电阻值的变化，其主要原因是（D）
A.压阻效应 B.压磁效应 C.压电效应 D.电阻丝的几何尺寸变化
26、半导体应变片的工作原理是基于 （A）
A.压阻效应 B.热电效应 C.压电效应 D.压磁效应
27、对于金属丝式应变片，灵敏系数K等于（B）
A.πLE B. 1+2μ C.dR/R D. dρ/ρ
28、应变仪电桥的四臂工作方式中，其输出电压U0为（D）
A.UiKε/8 B.UiKε/4 C.UiKε/2 D.UiKε
29、差动电桥由环境温度变化引起的误差为 （D） A.1∆R11∆R11∆R1 B. C.E D.0 2R14R12R1
30、将电阻应变片贴在（C）
A.质量块 B.导体 C.弹性元件 D.机器组件
31、霍尔元件是由何种材料制成的（B）
A.导体 B.半导体 C.绝缘体 D.以上三种均可
32、霍尔元件体积小，结构简单，可以测量（C）
A.湿度 B.酒精浓度 C.转速 D.温度
33、霍尔元件采用恒流源激励是为了（ B ）
A.提高灵敏度 B.克服温漂 C.减少不等位电势
34、霍尔电势公式中的角θ是指（ C ）
A、磁力线与霍尔薄片平面之间的夹角
B、磁力线与霍尔元件内部电流方向的夹角
C、磁力线与霍尔薄片垂线之间的夹角
35、差动变压器式位移传感器属于（A）
A.电感式传感器 B.电容式传感器 C.光电式传感器 D.电阻式传感器
36、自感式位移传感器L=N2/(c+2δ),c为常数，如果保持δ不变，则可构成何种类型的位μ0S0
移传感器 （C）
A.变气隙型 B.螺管型 C.变面积型 D.变极距型
37、自感式位移传感器是将被测物理量位移转化为（B）
A.电阻R的变化 B.自感L的变化 C.互感M的变化 D.电容C的变化
38、用电涡流式速度传感器测量轴的转速，当轴的转速为50r/min，时，输出感应电动势的频率为50Hz，则测量齿轮的齿数为（A）
A. 60 B. 120 C. 180 D. 240
39、当某些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
40、压电式压力传感器不适于测量（D）
A.爆炸力 B.冲击力 C.动态力 D.静态力
41、在压电式力与压力传感器中，压电元件能将被测量转换成（A）
A.电荷或电压输出 B.电压或电流输出
C.电容或电压输出 D.电感或电压输出
42、在压电式加速度传感器中，将被测加速度转变为力的是（B）
A.压电元件 B.质量块 C.弹性元件 D.基体
43、在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于（ B ）
A、外光电效应 B、内光电效应 C、光电发射 D、光导效应
44、当一定波长入射光照射物体时，反映该物体光电灵敏度的是（ C ）
A、红限 B、量子效率 C、逸出功 D、普朗克常数
45、单色光的波长越短，它的（ A ）
A.频率越高，其光子能量越大 B.频率越高，其光子能量越大
C.频率越高，其光子能量越小 D.频率越高，其光子能量越小
46、光电管和光电倍增管的特性主要取决于（ A ）
A.阴极材料 B.阳极材料 C.纯金属阴极材料 D.玻璃壳材料
47、封装在光电隔离耦合器内部的可能是（D）
A.一个发光二极管和一个发光三极管 B.一个光敏二极管和一个光敏三极管
C.两个发光二极管或两个光敏三极管 D.一个发光二极管和一个光敏三极管
48、光敏三极管的结构可以看成，用光敏二极管替代普通三极管中的（ D ）
A.集电极 B.发射极 C.集电结 D.发射结
49、在四倍细分的光栅位移传感器中，根据两路信号的相位差辨别方向时，相位差值不能是
（D）
A. 45° B. 90° C. 135° D. 180°
50、固体半导体摄像元件CCD是一种（C）
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
51、固体半导体摄像机所使用的固体摄像元件为（D）
A. LCD B. LED C. CBD D.CCD
52、矿灯瓦斯报警器的瓦斯探头属于（A）
A.气敏传感器 B.水份传感器 C.湿度传感器 D.温度传感器
53、高分子膜湿度传感器用于检测（D）
A.温度 B.温度差 C.绝对湿度 D.相对湿度
54、适合在爆炸等极其恶劣的条件下工作的压力传感器是（B）
A.霍尔式 B.光纤式 C.电感式 D.电容式
55、由于所用波登管的频响较低，所以适用于静态或变化缓慢压力测量的压力传感器为（B）
A.涡流式 B.霍尔式 C.电感式 D.压阻式
56、模/数转换器的分辨率以输出二进制数的位数表示，如模/数转换器的输出为十位，最大 输入信号为5V，则转换器的输出能分辨出输入的电压信号为（C）
A. 2/510V B. 510/2 V C. 5/210V D. 210/5 V
57、将微弱的、变化缓慢的直流信号变换成某种频率、以便于放大和传输的交流信号的过程称为（A）
A.调制 B.解调 C.滤波 D.整流
58、利用光电耦合电路抑制干扰的方法属于（B）
A.接地 B.隔离 C.屏蔽 D.滤波
59、属于发电型位移传感器的是（D）
A.磁栅式位移传感器 B.光栅式位移传感器 C.感应同步器 D.压电式位移传感器
60、电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化转为何种物理量的输出（C）
A.电阻 B.电容 C.电压 D.电荷
61、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. 5 V，则该转换器能分辨出的最小输入电压信号为（B）
A. 1. 22mV B. 2. 44mV C. 3. 66mV D. 4. 88mV
62、机械阻抗的振动测试中，阻抗头的输出是（B）
A.激振力和振动位移 B.激振力和振动加速度
C.振动位移和振动加速度 D.振动速度和振动加速度
63、在下述位移传感器中，既适宜于测量大的线位移，又适宜于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
64、在典型噪声干扰抑制方法中，差分放大器的作用是（B）
A.克服串扰 B.抑制共模噪声 C.抑制差模噪声 D.消除电火花干扰
二、填空题
1、传感器是能够感受并按照转换成的器件或装置。 通常由 敏感元件 、 转换元件 、 基本转换电路 组成。
2、传感器的标定分为
测非电量（或电量）的标准信号发生器和标准测试系统。动态标定的目的，是检验测试传感器的动态性能指标。工业上通常采用 比较法 进行传感器的标定，俗称背靠背法。
3、所谓静态特性，是指当被测量的各个值处于稳定状态（静态测量之下）时，传感器的输出值 与输入值之间关系。传感器的静态特性主要有 线性度、灵敏度、 迟滞 、重复性、阀值与分辨力、稳定性 等。
4、传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特性称为传感器的
5、传感器在使用前或使用过程中或搁置一段时间再使用时，必须对其性能参数进行复测或作必要的调整与修正，以确保传感器的测量精度。这个复测调整过程称为 校准 。
6、在机电一体化系统中，往往要求传感器能长期使用而不需经常更换或校准。在这种情况下应对传感器的 稳定性 有严格要求。影响传感器稳定性的因素是时间和环境（或环境因素）。 传感器在同一工作条件下，对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间不一致程度的指标，称为 重复性。
7、设某传感器的理论满量程输出值为Y，其校准曲线与拟合直线相比的最大偏差为△L max ,则该传感器线性度的计算公式为ξL=(∆yL)max
yF.S⨯100%。
8、传感器的响应特性应在所测频率范围内保持9、在测量某一通入量的变化量时，输出量的变化量较小的传感器其较低。
10、传感检测系统目前正迅速地由模拟式、数字式向方向发展。
11、热电偶的四个基本定律为中间温度定律 。
12、热电偶热电动势由和两部分组成。热电动势的大小主要与两种导体材料的热端和冷端的 温差（温度差） 有关。
13、热电偶可用于测量平均温度。
14、按热电阻材料的不同，热电阻传感器分为
15、负温度系数热敏电阻，其阻值随温度增加而呈趋势。
16、温度系数热敏电阻的特点是在临界温度附近电阻有急剧变化，因此不适于较，温度范围内的测量。
17、衡量电桥工作特性质量的两项指标是电桥灵敏度及电桥的 非线性误差 。
18、采用电源供电的电桥称为交流电桥。
19、电桥在测量时，由于是利用了电桥的不平衡输出反映被测量的变化情况，因此，测量前电桥的输出应调为 零 。
20、金属导体的电阻值随着机械变形而变化的物理现象，称为金属的电阻效应。
21、半导体应变片以为主，它的灵敏度系数为金属应变片的倍，因而适用于需要大信号输出的场合。
22、电阻应变片的温度补偿中，若采用电桥补偿法测量应变时，粘贴在被测试件表面上，补偿应变片粘贴在与被测试件完全相同的 补偿块 上，且补偿应变片不承受应变 。
23、应变式加速度传感器直接测得的物理量是在运动中所受到的 。 24、 磁敏二极管工作时加 由于它的 特别适合测量弱磁场。
25、基于外光电效应的光电元件有 光电倍增管 等，基于内光电效应的光电元件有 光敏电阻 、 光敏二极管 、 光敏三极管 、 光敏晶闸管 等。
26、光纤的传输是基于光的。光纤传感器所用光纤有
27、有一光纤纤芯折射率为1.56，包层折射率为1.24，当光从空气中射入时数值孔径为
=0.9466） （n1=1.56,n2=1.24,NA=28、光栅位移传感器无细分时，分辨率为0.02mm，在四细分后，其分辨率为。
29、计量光栅传感器中，当指示光栅不动，主光栅左右移动时，查看的移动方向，即可确定主光栅的运动方向。
30、光栅位移传感器的辨向电路中，用于辨向的两路信号其相位差多取为。
31、当某些晶体沿一定方向受外力作用而变形时，在其相应的两个相对表面产生极性相反的电荷，当外力去掉后，又恢复到不带电状态，这种物理现象称为正压电效应。
32、在某些晶体的极化方向施加外电场，晶体本身将产生机械变形，当外电场撤去后，变形也随之消失，这种物理现象称 逆压电 效应。
33、常用压电材料有
34、压电式压力传感器适于测动态力和冲击力，但不适于测
35、压电式传感器中的压电晶片既是传感器的元件。
36、气敏电阻元件种类很多，按制造工艺分为
37、所谓电阻式半导体气敏传感器，是利用半导体气敏元件同 电阻值变化，借此来检测特定气体的成分或者浓度的传感器的总称。
38、气敏传感器是一种将检测到的气体成份和
39、电阻式湿敏元件利用湿敏材料吸收空气中的水份而导致本身发生变化的原理而制成。氯化锂湿敏电阻是利用 吸湿性盐类潮解 ，离子导电率 发生变化 而制成的测湿元件，该元件由 引线 、 基片 、 感湿层 与 电极 组成。
40、对于电阻率随湿度的增加而下降的半导体陶瓷湿敏元件称为负特性 湿敏半导瓷。电阻率随着湿度的增加而增大的半导体陶瓷湿敏元件，称为正特性湿敏半导瓷。
41、互感式位移传感器是将被测位移量的变化转换成互感系数的变化，其基本结构原理与常 用变压器类似，故称其为变压器式位移传感器。
42、为了提高自感位移传感器的精度和灵敏度，增大特性的线性度，实际用的传感器大部分都做成 差动 式。
43、电感式压力传感器类型较多，其特点是频响低，适用于或变化缓慢压力的测试。 44、电涡流式传感器的测量系统由 两部分组成，利用两者之间的 耦合来完成测量任务。
45、涡流式位移传感器是利用电涡流效应将被测量变换为传感器线圈变化的一种装
置。
46、利用电涡流位移传感器测量转速时，被测轴齿盘的材料必须是。
47、涡流式压力传感器具有良好的
48、在理想情况下，采样保持器在采样期间的输出输入的变化，而保持期间的输出保持不变。
49、采样保持电路在采样过程中，必须遵循，否则会出现信息丢失或信号失真。
50、防止电场或磁场干扰的有效方法是。
51、为了提高检测系统的分辨率，需要对磁栅、光栅等大位移测量传感器输出信号进行。
52、几个传感器串联组成的检测系统的总灵敏度等于各传感器的灵敏度之53、检测系统中，模拟式显示在读数时易引起
54、数据处理中使用的温度补偿方法有表格法和
55、抑制干扰的方法主要是采取和。
三、简答题
1、什么是热电效应？热电偶测温回路的热电动势由哪两部分组成？由同一种导体组成的闭合回路能产生热电势吗？
答：1）两种不同类型的金属导体两端分别接在一起构成闭合回路，当两个结点有温差时，导体回路里有电流流动会产生热电势，这种现象称为热电效应。
2）热电偶测温回路中热电势主要是由接触电势和温差电势两部分组成。
3）热电偶两个电极材料相同时，无论两端点温度如何变化无热电势产生。
2、试比较热电偶、热电阻、热敏电阻三种热电式传感器的特点
答：（1）热电偶可以测量上千度高温，并且精度高、性能好，这是其它温度传感器无法替代。
（2）热电阻结构很简单，金属热电阻材料多为纯铂金属丝，也有铜、镍金属。金属热电阻广泛用于测量-200～+850℃温度范围，少数可以测量1000℃。
（3）热敏电阻由半导体材料制成，外形大小与电阻的功率有关，差别较大。热敏电阻用途很广，几乎所有家用电器产品都装有微处理器，这些温度传感器多使用热敏电阻。
3、为什么说差动电桥具有温度补偿作用？
答：由于当测量桥路处于双臂半桥和全桥工作方式时，电桥相邻两臂受温度影响，同时产生大小相等符号相同的电阻增量而相互抵消，从而达到电桥温度自补偿的目的。
4、试述应变片温度误差的概念，产生原因和补偿办法。
答：（1）由于测量现场环境温度偏离应变片标定温度而给测量带来的附加误差，称为应变片温度误差。
（2）产生应变片温度误差的主要原因有： 1）由于电阻丝温度系数的存在，当温度改变时，应变片的标称电阻值发生变化。 2）当试件与与电阻丝材料的线膨胀系数不同时，由于温度的变化而引起的附加变形，使应变片产生附加电阻。
电阻应变片的温度补偿方法有线路补偿法和应变片自补偿法两大类。
5、简述应变式测力感器的工作原理。
答：电阻应变式测力传感器是将力作用在弹性元件上，弹性元件在力作用下产生应变，利用贴在弹性元件上的应变片将应变转换成电阻的变化，然后利用电桥将电阻变化转换成电压（或电流）的变化，再送入测量放大电路测量。最后利用标定的电压（或电流）和力之间的对应关系，可测出力的大小或经换算得到被测力。
6、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。
答：应变电桥产生非线性的原因：制作应变计时内部产生的内应力和工作中出现的剪应力，
使丝栅、基底，尤其是胶层之间产生的“滑移”所致。
消减非线性误差的措施：选用弹性模量较大的粘结剂和基底材料，适当减薄胶层和基底，并使之充分固化，有利于非线性误差的改善。
7、比较霍尔元件、磁敏电阻、磁敏晶体管，它们有哪些相同之处和不同之处？简述其各自的特点。
答：（1）霍尔元件具有体积小、外围电路简单、动态特性好、灵敏度高、频带宽等许多优点，在霍尔元件确定后，可以通过测量电压、电流、磁场来检测非电量，如力、压力、应变、振动、加速度等等，所以霍尔元件应用有三种方式：①激励电流不变，霍尔电势正比于磁场强度，可进行位移、加速度、转速测量。②激励电流与磁场强度都为变量，传感器输出与两者乘积成正比，可测量乘法运算的物理量，如功率。③磁场强度不变时，传感器输出正比于激励电流，可检测与电流有关的物理量，并可直接测量电流。
（2）磁敏电阻与霍尔元件属同一类，都是磁电转换元件，两者本质不同是磁敏电阻没有判断极性的能力，只有与辅助材料(磁钢)并用才具有识别磁极的能力。
（3）磁敏二极管可用来检测交直流磁场，特别是弱磁场。可用作无触点开关、作箱位电流计、对高压线不断线测电流、小量程高斯计、漏磁仪、磁力探伤仪等设备装置。磁敏三极管具有较好的磁灵敏度，主要应用于①磁场测量，特别适于10-6T以下的弱磁场测量，不仅可测量磁场的大小，还可测出磁场方向；②电流测量。特别是大电流不断线地检测和保护；③制作无触点开关和电位器，如计算机无触点电键、机床接近开关等；④漏磁探伤及位移、转速、流量、压力、速度等各种工业控制中参数测量。
8、压电式传感器的前置放大器有何作用？说明压电加速度传感器要使用高输入阻抗电荷放大器的原因。
答：一是把传感器的高阻抗输出变为低阻抗输出；二是把传感器的微弱信号进行放大 。 压电传感器本身的内阻抗很高，而输出的能量又非常微弱，因此在使用时，必须接高通入阻抗的前置放大器。电荷放大器即可，且其输出电压与电缆分布电容无关。因此，连接电缆即使长达几百米以上，电荷放大器的灵敏度也无明显变化，这是电荷放大器的突出优点。
9、何谓零点残余电压？说明该电压产生的原因和消除的方法。
答：零点残余电压：差动变压器在零位移时的输出电压。
零点残余电压产生的主要原因：1.由于两个二次测量线圈的等效参数不对称时输出地基波感应电动势的幅值和相位不同，调整磁芯位置时，也不能达到幅值和相位同时相同。2.由于铁芯的特性非线性，产生高次谐波不同，不能互相抵消。
为了减小差动变压器的零点残余电压可以采用的方式：1.尽可能保证传感器尺寸线圈电气参数和磁路对称 2.选用合理的测量电路 3.采用补偿线路减小零点残余电压
10、按在传感器中的作用，光纤传感器常分为哪两大类型？它们之间有何区别？
答：光纤传感器大致可分为功能型和非功能型两大类，它们的基本组成相似，由光源、入射光纤、调制器、出射光纤、光敏器件等组成。
功能型又称传感型，这类传感器利用光纤本身对外界被测对象具有敏感能力和检测功能，光
纤不仅起到传光作用，而且在被测对象作用下使光强、相位、偏振态等光学特性得到调制，调制后的信号携带了被测信息。如果外界作用时光纤传播的光信号发生变化，使光的路程改变，相位改变，将这种信号接收处理后，可以得到与被测信号相关的变化电信号。
非功能型又称传光型，这时光纤只作传播光媒介，待测对象的调制功能是由其它转换元件实现的，光纤的状态是不连续的，光纤只起传光作用。
11、光纤可以通过哪些光的调制技术进行非电量的检测，简要说明原理。
答：光纤可以通过光强、相位、频率等的调制技术进行非电量的检测，
光强度调制：利用外界物理量改变光纤中的光强度，通过测量光强的变化测量被测信息。根据光纤传感器探头结构形式可分为透射、反射、折射等方式调制。
相位调制：一般压力、张力、温度可以改变光纤的几何尺寸（长度），同时由于光弹效应光纤折射率也会由于应变而改变，这些物理量可以使光纤输出端产生相位变化，借助干涉仪可将相位变化转换为光强的变化。干涉系统的种类很多，可根据具体情况采用不同的干涉系统。 频率调制：当光敏器件与光源之间有相对运动时，光敏器件接收到的光频率fs与光源频率f不同，这种现象称为光的“多普勒效应”。频率调制方法可以测量运动物体（流体）的速度、流量等。
12、什么是光纤的数值孔径？ 物理意义是什么？NA取值大小有什么作用？
答：（1
）数值孔径定义为：NA=，表示了光纤的集光能力，无论光源的发射功率有
多大，只有在2θc张角之内的入射光才能被光纤接收、传播。若入射角超出这一范围，光线会进入包层漏光。
（2）NA越大集光能力越强，光纤与光源间耦合会更容易，但NA越大光信号畸变越大，所以要选择适当。
13、什么是内光电效应？什么是外光电效应？说明其工作原理并指出相应的典型光电器件。 答：当用光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体材料中的电子吸收光子能量而发生相应的电效应（如电阻率变化、发射电子或产生电动势等）。这种现象称为光电效应。
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。
14、什么是智能传感器系统？简述系统的基本组成形式及相互关系？
答：智能传感器系统是传感器与微处理器相结合，兼有信息检测和处理功能的传感器系统。
基本组成：传感器、调理电路、数据采集与转换、计算机及其Ｉ/Ｏ接口设备
相互关系：由传感器获取信号，并将被测参量转换成电量输出；但输出的信号通常含有
干扰噪声，需要通过调整电路进行信号的调理；调整后的信号经过数据采集与转换A/D、D/A等，实现分时或并行采样；最后经过计算机及其I/O接口设备对数据进行分析处理。
四、计算题
1、某线性位移测量仪，测量范围为0～20mm。当被测位移由5mm变到5.5mm时，位移测量仪的输出电压由3.5V减至2.5 V，求：（1）该仪器的灵敏度K；
（2）当测量仪的输出电压为－7. 5V时，被测位移是多少?
3.5-2.5=-2V/mm 解：（1）K=5-5.5
3.5-(-7.5)=-2V/mm（线性测量仪，K的值相同） （2）K=5-x
x=10.5mm
2、有一温度传感器，理论满量程测量范围为（—30～120 ）℃，其实测的校准曲线与拟合直线的最大偏差为∆Lmax=3℃，求：（1）该传感器的量程；（2）该传感器的线性度。 解：（1）里程为：Y=120－（-30）=150℃
（2）线性度δL=
3、某次压力测量时，压电式传感器的灵敏度为80.Onc/MPa，将它与增益为0.005V/nc的电荷放大器相连，其输出接到灵敏度为20mm/V的笔式记录仪上，
求：（1）计算此系统的灵敏度；
（2）当压力变化10MPa时，记录笔在纸上的偏移量是多少?
解：（1）系统的总灵敏度 |∆Lmax|3⨯100%=⨯100%=2% Y150
K0=k1k2k3=80.0nc/MPa⨯0.005V/n⨯20mm/V=8mm/MPa
（说明当压力变化1MPa时，偏移量为8mm）
4、有一电阻应变片，灵敏度系数K=2，电阻R=120Ω。设其工作时应变为1000με。求
（1）应变片的电阻变化量△R；
（2）采用应变仪电桥，若Ui=6V，计算U0的值。
解：（1）因为∆R/R=Kε
所以∆R=KεR=2⨯1000⨯10-6⨯120=0.24Ω一片应变片采用应变仪电桥，所以为单臂形式 U0=KεUi/4=2⨯1000⨯10-6⨯6/4=3mV
5、用四片灵敏度系数K=2，初始电阻值均为120Ω金属丝应变片组成全桥，供桥直流电压为4V，当∆R1=-∆R2=∆R3=-∆R4，且电桥输出电压U0 = 6mV时，
求：（1）应变片的应变值；（2）应变片的电阻变化值∆R1。
解：（1）U0=Ui∆R1∆R2∆R3∆R4U∆R∆R(-+-) =i⨯41=Ui⨯1=Ui⨯kε 4RRRR4RR
-4⨯10 ∴6⨯10-3=4⨯2ε ε=7.5
（2）∵∆R1/R=kε=1.5⨯10-3 ∴∆R1=1.5⨯10-3⨯120=0.18Ω
6、霍尔式转速传感器输出信号频率为f=30r/min，被测物上的标记齿数为z=2
求：（1）所测转速为多少?（2）角速度又是多少?
解：（1）所测转速为：n=60f/z=60⨯30/2=900r/min
（2）角速度ω=2πf/z=2π⨯30/2=94.2rad/s
7、有一电涡流位移传感器用于测量转速，输出信号经放大器放大后，由记录仪记录的情况为0. 1秒内输出12个脉冲信号，所用带齿圆盘的齿数为z=12,
求：（1）被测转速；
（2）被测角速度。
1260f6⨯0120=120Hz n===600r/m in解：（1）f=0.1z12
2πf2⨯3.14⨯120==62.8rad/s （2）ω=z12
8、已知光栅式位移传感器的栅线为50线/mm，无细分时，其分辨率为多少?若希望其分辨率为0.005mm，采用何种细分电路。
解：（1）无细分时，分辨率为1/50=0.02mm（此时分辨率为栅线的倒数）
（2）若希望其分辨率为0.005mm，因为0.02/0.005=4，所以可以采用四细分电路。
五、分析应用题
1、图示为矿灯瓦斯报警器原理图。请简单叙
述其工作过程。
解：瓦斯探头由QM—N5型气敏元件RQ及4V
矿灯蓄电池等组成。RP为瓦斯报警设定电位
器。工作时，开关S1、S2合上。当瓦斯超过某
一设定点时,RP输出信号通过二极管VD1加到
三极管VT2基极上，VT2导通，VT3 , YT4开始
工作。VT3 , YT4为互补式自激多谐振荡器，它
们的工作使继电器吸合与释放，信号灯闪光报
警。
2、用微型计算机、模/数转换（A/D）板、滤波器、电荷放大器、压电式力传感器和打印机组成一个测力系统，试画出该测力系统的方框图。
第 11 页
解：框图如下：
3、图示为热电阻电桥式测温电路，测温范围是0～100℃，其中：Rt=10 （1 + 0.04t）kΩ为感温热电阻，Rs为常值电阻，R0=l0kΩ，E = 6V为工作电压，M,N两点间的电位差为输出电压。问
（1）如果0℃时的电路输出电压为1V，常值电阻Rs应取多少?
（2）计算该测温电路在测温范围0～100℃的平均灵敏度。
解：（1）电路和输出特性方程为：
UMN=(RtR010(1+0.04t)1-)E=[-]6（2Rt+RsR0+R010(1+0.04t)+Rs2
分）
利用0℃时电路输出为1V，则有
101(-)6=1 所以Rs=（5kΩ） 10+Rs2
（2）t=100℃时，电路输出为：
501UMN=(-)6≈2.455（V） 50+52
2.455-1=14.55（mV/℃） 所以平均灵敏度为100
4、图示为热敏电阻式湿度传感器的电路原理图，简述该传感器的工作原理及电桥调整方法。 答：工作原理为：
（1）R1和R2为两个珠形热敏电阻，一个封入干燥空气中，一
个作为湿敏元件置于待测环境中；
（2）对R1和R2通电加热，由于环境湿度不同造成两个电阻值
不同；
（3）根据电桥的不平衡电压求出待测环境的绝对湿度。
电桥调整方法为：在干燥空气中调整电桥元件，使电桥输出为零。
5、光电传感器控制电路如图所示，试分析电路工作
原理：① GP—IS01是什么器件，内部由哪两种器件
组成？② 当用物体遮挡光路时，发光二极管LED
有什么变化？③ R1是什么电阻，在电路中起到什么
作用？如果VD二极管的最大额定电流为60mA， R1
应该如何选择？④ 如果GP—IS01中的VD二极管反
向连接，电路状态如何？晶体管VT 、LED如何变
化？
第 12 页
答：电路分析：
1）GP—IS01是光电开关器件，内部由发光二极管和光敏晶体管组成； 2）当用物体遮挡光路时，Vg无光电流VT截止，发光二极管LED不发光； 3）R1是限流电阻，在电路中可起到保护发光二极管VD的作用；如果VD二极管的最大额定电流为60mA，选择电阻大于R1 =（12V-0.7）/0.6 = 18.8Ω。
4）如果GP—IS01中的VD二极管反向连接，Vg无光电流VT截止，发光二极管LED不发光；电路无状态变化。
第 13 页
《传感器原理及检测技术》复习题
一、选择题
1、传感器中直接感受被测量的部分是（B）
A.转换元件 B.敏感元件 C.转换电路 D.调理电路
2、属于传感器静态特性指标的是（D）
A.幅频特性 B.阻尼比 C.相频特性 D.灵敏度
3、属于传感器时域动态特性指标的是（A）
A.阶跃响应 B.固有频率 C.临界频率 D.阻尼比
4、属于传感器动态特性指标的是（C）
A.量程 B.灵敏度 C.阻尼比 D.重复性
5、传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的（D）
A.线性度越好 B.迟滞越小 C.重复性越好 D.分辨力越高
6、衡量在同一工作条件下，对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的不一致程度的指标是（A）
A.重复性 B.稳定性 C.线性度 D.灵敏度
7、一般以室温条件下经过一定的时间间隔后，传感器的输出与起始标定时输出的差异来表示传感器的（C）
A.灵敏度 B.线性度 C.稳定性 D.重复性
8、传感器的线性范围愈宽，表明传感器工作在线性区域内且传感器的（A）
A.工作量程愈大 B.工作量程愈小 C.精确度愈高 D.精确度愈低
9、表示传感器或传感检测系统对被测物理量变化的反应能力的量为（B）
A.线性度 B.灵敏度 C.重复性 D.稳定性
10、在明确传感器输入/输出变换关系的前提下，利用某种标准器具产生已知的标准非电量输入，确定其输出电量与输入量之间关系的过程，称为（C）
A.校准 B.测量 C.标定 D.审核
11、按传感器能量源分类，以下传感器不属于能量转换型的是（D）
A.压电式传感器 B.热电式传感器 C.光电式传感器 D.压阻式传感器
12、某温度计测量范围是－20℃～+200℃，其量程为（B）
A. 200℃ B. 220℃ C. 180℃ D. 240℃
13、某温度测量仪的输入—输出特性为线性，被测温度为20℃时，输出电压为10mV，被测温度为25℃时，输出电压为15mV，则该传感器的灵敏度为（D）
A. 5mv/℃ B. 10mv/℃ C. 2mv/℃ D. 1mv//℃
14、热电偶的T端称为（C）
A.参考端 B.自由端 C.工作端 D.冷端
15、随着温度的升高，NTC型热敏电阻的电阻率会（B）
A.迅速增加 B.迅速减小 C.缓慢增加 D.缓慢减小
16、有一温度计，测量范围为0~200oC，精度为0.5级，该表可能出现的最大绝对误差为（A ）
A.1 oC B.0.5 oC C.10 oC D.200 oC
17、热电偶式温度传感器的工作原理是基于（B）
A.压电效应 B.热电效应 C.应变效应 D.光电效应
18、热电偶的热电动势包括（A）
A.接触电动势和温差电动势 B.接触电动势和非接触电动势
C.非接触电动势和温差电动势 C.温差电动势和汤姆逊电动势
19、将毫伏表接入热电偶回路中，只要保证两个结点温度一致，就能正确测出热电动势而不影响热电偶的输出，这一现象利用了热电偶的（C）
A.中间温度定律 B.参考电极定律 C.中间导体定律 D.中间介质定律
20、金属导体的电阻随温度的升高而（A）
A.变大 B.变小 C.不变 D.无法确定
21、适合于使用红外传感器进行测量的被测物理量是（B）
A.转速 B.温度 C.厚度 D.加速度
22、电阻应变片配用的测量电路中，为了克服分布电容的影响，多采用（ D ）。
A．直流平衡电桥 B．直流不平衡电桥 C．交流平衡电桥 D．交流不平衡电桥
23、电阻应变式扭矩传感器在测量时会引起应变片的哪个物理量发生变化（C）
A.磁导率 B.热导率 C.电阻率 D.介电常数
24、若单臂电桥的灵敏度为1/4，在相同情况下，双臂电桥的灵敏度为（B）
A. 1/4 B. 1/2 C. 2 D. 4
25、金属电阻应变片受力会产生电阻值的变化，其主要原因是（D）
A.压阻效应 B.压磁效应 C.压电效应 D.电阻丝的几何尺寸变化
26、半导体应变片的工作原理是基于 （A）
A.压阻效应 B.热电效应 C.压电效应 D.压磁效应
27、对于金属丝式应变片，灵敏系数K等于（B）
A.πLE B. 1+2μ C.dR/R D. dρ/ρ
28、应变仪电桥的四臂工作方式中，其输出电压U0为（D）
A.UiKε/8 B.UiKε/4 C.UiKε/2 D.UiKε
29、差动电桥由环境温度变化引起的误差为 （D） A.1∆R11∆R11∆R1 B. C.E D.0 2R14R12R1
30、将电阻应变片贴在（C）
A.质量块 B.导体 C.弹性元件 D.机器组件
31、霍尔元件是由何种材料制成的（B）
A.导体 B.半导体 C.绝缘体 D.以上三种均可
32、霍尔元件体积小，结构简单，可以测量（C）
A.湿度 B.酒精浓度 C.转速 D.温度
33、霍尔元件采用恒流源激励是为了（ B ）
A.提高灵敏度 B.克服温漂 C.减少不等位电势
34、霍尔电势公式中的角θ是指（ C ）
A、磁力线与霍尔薄片平面之间的夹角
B、磁力线与霍尔元件内部电流方向的夹角
C、磁力线与霍尔薄片垂线之间的夹角
35、差动变压器式位移传感器属于（A）
A.电感式传感器 B.电容式传感器 C.光电式传感器 D.电阻式传感器
36、自感式位移传感器L=N2/(c+2δ),c为常数，如果保持δ不变，则可构成何种类型的位μ0S0
移传感器 （C）
A.变气隙型 B.螺管型 C.变面积型 D.变极距型
37、自感式位移传感器是将被测物理量位移转化为（B）
A.电阻R的变化 B.自感L的变化 C.互感M的变化 D.电容C的变化
38、用电涡流式速度传感器测量轴的转速，当轴的转速为50r/min，时，输出感应电动势的频率为50Hz，则测量齿轮的齿数为（A）
A. 60 B. 120 C. 180 D. 240
39、当某些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
40、压电式压力传感器不适于测量（D）
A.爆炸力 B.冲击力 C.动态力 D.静态力
41、在压电式力与压力传感器中，压电元件能将被测量转换成（A）
A.电荷或电压输出 B.电压或电流输出
C.电容或电压输出 D.电感或电压输出
42、在压电式加速度传感器中，将被测加速度转变为力的是（B）
A.压电元件 B.质量块 C.弹性元件 D.基体
43、在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于（ B ）
A、外光电效应 B、内光电效应 C、光电发射 D、光导效应
44、当一定波长入射光照射物体时，反映该物体光电灵敏度的是（ C ）
A、红限 B、量子效率 C、逸出功 D、普朗克常数
45、单色光的波长越短，它的（ A ）
A.频率越高，其光子能量越大 B.频率越高，其光子能量越大
C.频率越高，其光子能量越小 D.频率越高，其光子能量越小
46、光电管和光电倍增管的特性主要取决于（ A ）
A.阴极材料 B.阳极材料 C.纯金属阴极材料 D.玻璃壳材料
47、封装在光电隔离耦合器内部的可能是（D）
A.一个发光二极管和一个发光三极管 B.一个光敏二极管和一个光敏三极管
C.两个发光二极管或两个光敏三极管 D.一个发光二极管和一个光敏三极管
48、光敏三极管的结构可以看成，用光敏二极管替代普通三极管中的（ D ）
A.集电极 B.发射极 C.集电结 D.发射结
49、在四倍细分的光栅位移传感器中，根据两路信号的相位差辨别方向时，相位差值不能是
（D）
A. 45° B. 90° C. 135° D. 180°
50、固体半导体摄像元件CCD是一种（C）
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
51、固体半导体摄像机所使用的固体摄像元件为（D）
A. LCD B. LED C. CBD D.CCD
52、矿灯瓦斯报警器的瓦斯探头属于（A）
A.气敏传感器 B.水份传感器 C.湿度传感器 D.温度传感器
53、高分子膜湿度传感器用于检测（D）
A.温度 B.温度差 C.绝对湿度 D.相对湿度
54、适合在爆炸等极其恶劣的条件下工作的压力传感器是（B）
A.霍尔式 B.光纤式 C.电感式 D.电容式
55、由于所用波登管的频响较低，所以适用于静态或变化缓慢压力测量的压力传感器为（B）
A.涡流式 B.霍尔式 C.电感式 D.压阻式
56、模/数转换器的分辨率以输出二进制数的位数表示，如模/数转换器的输出为十位，最大 输入信号为5V，则转换器的输出能分辨出输入的电压信号为（C）
A. 2/510V B. 510/2 V C. 5/210V D. 210/5 V
57、将微弱的、变化缓慢的直流信号变换成某种频率、以便于放大和传输的交流信号的过程称为（A）
A.调制 B.解调 C.滤波 D.整流
58、利用光电耦合电路抑制干扰的方法属于（B）
A.接地 B.隔离 C.屏蔽 D.滤波
59、属于发电型位移传感器的是（D）
A.磁栅式位移传感器 B.光栅式位移传感器 C.感应同步器 D.压电式位移传感器
60、电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化转为何种物理量的输出（C）
A.电阻 B.电容 C.电压 D.电荷
61、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. 5 V，则该转换器能分辨出的最小输入电压信号为（B）
A. 1. 22mV B. 2. 44mV C. 3. 66mV D. 4. 88mV
62、机械阻抗的振动测试中，阻抗头的输出是（B）
A.激振力和振动位移 B.激振力和振动加速度
C.振动位移和振动加速度 D.振动速度和振动加速度
63、在下述位移传感器中，既适宜于测量大的线位移，又适宜于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
64、在典型噪声干扰抑制方法中，差分放大器的作用是（B）
A.克服串扰 B.抑制共模噪声 C.抑制差模噪声 D.消除电火花干扰
二、填空题
1、传感器是能够感受并按照转换成的器件或装置。 通常由 敏感元件 、 转换元件 、 基本转换电路 组成。
2、传感器的标定分为
测非电量（或电量）的标准信号发生器和标准测试系统。动态标定的目的，是检验测试传感器的动态性能指标。工业上通常采用 比较法 进行传感器的标定，俗称背靠背法。
3、所谓静态特性，是指当被测量的各个值处于稳定状态（静态测量之下）时，传感器的输出值 与输入值之间关系。传感器的静态特性主要有 线性度、灵敏度、 迟滞 、重复性、阀值与分辨力、稳定性 等。
4、传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特性称为传感器的
5、传感器在使用前或使用过程中或搁置一段时间再使用时，必须对其性能参数进行复测或作必要的调整与修正，以确保传感器的测量精度。这个复测调整过程称为 校准 。
6、在机电一体化系统中，往往要求传感器能长期使用而不需经常更换或校准。在这种情况下应对传感器的 稳定性 有严格要求。影响传感器稳定性的因素是时间和环境（或环境因素）。 传感器在同一工作条件下，对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间不一致程度的指标，称为 重复性。
7、设某传感器的理论满量程输出值为Y，其校准曲线与拟合直线相比的最大偏差为△L max ,则该传感器线性度的计算公式为ξL=(∆yL)max
yF.S⨯100%。
8、传感器的响应特性应在所测频率范围内保持9、在测量某一通入量的变化量时，输出量的变化量较小的传感器其较低。
10、传感检测系统目前正迅速地由模拟式、数字式向方向发展。
11、热电偶的四个基本定律为中间温度定律 。
12、热电偶热电动势由和两部分组成。热电动势的大小主要与两种导体材料的热端和冷端的 温差（温度差） 有关。
13、热电偶可用于测量平均温度。
14、按热电阻材料的不同，热电阻传感器分为
15、负温度系数热敏电阻，其阻值随温度增加而呈趋势。
16、温度系数热敏电阻的特点是在临界温度附近电阻有急剧变化，因此不适于较，温度范围内的测量。
17、衡量电桥工作特性质量的两项指标是电桥灵敏度及电桥的 非线性误差 。
18、采用电源供电的电桥称为交流电桥。
19、电桥在测量时，由于是利用了电桥的不平衡输出反映被测量的变化情况，因此，测量前电桥的输出应调为 零 。
20、金属导体的电阻值随着机械变形而变化的物理现象，称为金属的电阻效应。
21、半导体应变片以为主，它的灵敏度系数为金属应变片的倍，因而适用于需要大信号输出的场合。
22、电阻应变片的温度补偿中，若采用电桥补偿法测量应变时，粘贴在被测试件表面上，补偿应变片粘贴在与被测试件完全相同的 补偿块 上，且补偿应变片不承受应变 。
23、应变式加速度传感器直接测得的物理量是在运动中所受到的 。 24、 磁敏二极管工作时加 由于它的 特别适合测量弱磁场。
25、基于外光电效应的光电元件有 光电倍增管 等，基于内光电效应的光电元件有 光敏电阻 、 光敏二极管 、 光敏三极管 、 光敏晶闸管 等。
26、光纤的传输是基于光的。光纤传感器所用光纤有
27、有一光纤纤芯折射率为1.56，包层折射率为1.24，当光从空气中射入时数值孔径为
=0.9466） （n1=1.56,n2=1.24,NA=28、光栅位移传感器无细分时，分辨率为0.02mm，在四细分后，其分辨率为。
29、计量光栅传感器中，当指示光栅不动，主光栅左右移动时，查看的移动方向，即可确定主光栅的运动方向。
30、光栅位移传感器的辨向电路中，用于辨向的两路信号其相位差多取为。
31、当某些晶体沿一定方向受外力作用而变形时，在其相应的两个相对表面产生极性相反的电荷，当外力去掉后，又恢复到不带电状态，这种物理现象称为正压电效应。
32、在某些晶体的极化方向施加外电场，晶体本身将产生机械变形，当外电场撤去后，变形也随之消失，这种物理现象称 逆压电 效应。
33、常用压电材料有
34、压电式压力传感器适于测动态力和冲击力，但不适于测
35、压电式传感器中的压电晶片既是传感器的元件。
36、气敏电阻元件种类很多，按制造工艺分为
37、所谓电阻式半导体气敏传感器，是利用半导体气敏元件同 电阻值变化，借此来检测特定气体的成分或者浓度的传感器的总称。
38、气敏传感器是一种将检测到的气体成份和
39、电阻式湿敏元件利用湿敏材料吸收空气中的水份而导致本身发生变化的原理而制成。氯化锂湿敏电阻是利用 吸湿性盐类潮解 ，离子导电率 发生变化 而制成的测湿元件，该元件由 引线 、 基片 、 感湿层 与 电极 组成。
40、对于电阻率随湿度的增加而下降的半导体陶瓷湿敏元件称为负特性 湿敏半导瓷。电阻率随着湿度的增加而增大的半导体陶瓷湿敏元件，称为正特性湿敏半导瓷。
41、互感式位移传感器是将被测位移量的变化转换成互感系数的变化，其基本结构原理与常 用变压器类似，故称其为变压器式位移传感器。
42、为了提高自感位移传感器的精度和灵敏度，增大特性的线性度，实际用的传感器大部分都做成 差动 式。
43、电感式压力传感器类型较多，其特点是频响低，适用于或变化缓慢压力的测试。 44、电涡流式传感器的测量系统由 两部分组成，利用两者之间的 耦合来完成测量任务。
45、涡流式位移传感器是利用电涡流效应将被测量变换为传感器线圈变化的一种装
置。
46、利用电涡流位移传感器测量转速时，被测轴齿盘的材料必须是。
47、涡流式压力传感器具有良好的
48、在理想情况下，采样保持器在采样期间的输出输入的变化，而保持期间的输出保持不变。
49、采样保持电路在采样过程中，必须遵循，否则会出现信息丢失或信号失真。
50、防止电场或磁场干扰的有效方法是。
51、为了提高检测系统的分辨率，需要对磁栅、光栅等大位移测量传感器输出信号进行。
52、几个传感器串联组成的检测系统的总灵敏度等于各传感器的灵敏度之53、检测系统中，模拟式显示在读数时易引起
54、数据处理中使用的温度补偿方法有表格法和
55、抑制干扰的方法主要是采取和。
三、简答题
1、什么是热电效应？热电偶测温回路的热电动势由哪两部分组成？由同一种导体组成的闭合回路能产生热电势吗？
答：1）两种不同类型的金属导体两端分别接在一起构成闭合回路，当两个结点有温差时，导体回路里有电流流动会产生热电势，这种现象称为热电效应。
2）热电偶测温回路中热电势主要是由接触电势和温差电势两部分组成。
3）热电偶两个电极材料相同时，无论两端点温度如何变化无热电势产生。
2、试比较热电偶、热电阻、热敏电阻三种热电式传感器的特点
答：（1）热电偶可以测量上千度高温，并且精度高、性能好，这是其它温度传感器无法替代。
（2）热电阻结构很简单，金属热电阻材料多为纯铂金属丝，也有铜、镍金属。金属热电阻广泛用于测量-200～+850℃温度范围，少数可以测量1000℃。
（3）热敏电阻由半导体材料制成，外形大小与电阻的功率有关，差别较大。热敏电阻用途很广，几乎所有家用电器产品都装有微处理器，这些温度传感器多使用热敏电阻。
3、为什么说差动电桥具有温度补偿作用？
答：由于当测量桥路处于双臂半桥和全桥工作方式时，电桥相邻两臂受温度影响，同时产生大小相等符号相同的电阻增量而相互抵消，从而达到电桥温度自补偿的目的。
4、试述应变片温度误差的概念，产生原因和补偿办法。
答：（1）由于测量现场环境温度偏离应变片标定温度而给测量带来的附加误差，称为应变片温度误差。
（2）产生应变片温度误差的主要原因有： 1）由于电阻丝温度系数的存在，当温度改变时，应变片的标称电阻值发生变化。 2）当试件与与电阻丝材料的线膨胀系数不同时，由于温度的变化而引起的附加变形，使应变片产生附加电阻。
电阻应变片的温度补偿方法有线路补偿法和应变片自补偿法两大类。
5、简述应变式测力感器的工作原理。
答：电阻应变式测力传感器是将力作用在弹性元件上，弹性元件在力作用下产生应变，利用贴在弹性元件上的应变片将应变转换成电阻的变化，然后利用电桥将电阻变化转换成电压（或电流）的变化，再送入测量放大电路测量。最后利用标定的电压（或电流）和力之间的对应关系，可测出力的大小或经换算得到被测力。
6、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。
答：应变电桥产生非线性的原因：制作应变计时内部产生的内应力和工作中出现的剪应力，
使丝栅、基底，尤其是胶层之间产生的“滑移”所致。
消减非线性误差的措施：选用弹性模量较大的粘结剂和基底材料，适当减薄胶层和基底，并使之充分固化，有利于非线性误差的改善。
7、比较霍尔元件、磁敏电阻、磁敏晶体管，它们有哪些相同之处和不同之处？简述其各自的特点。
答：（1）霍尔元件具有体积小、外围电路简单、动态特性好、灵敏度高、频带宽等许多优点，在霍尔元件确定后，可以通过测量电压、电流、磁场来检测非电量，如力、压力、应变、振动、加速度等等，所以霍尔元件应用有三种方式：①激励电流不变，霍尔电势正比于磁场强度，可进行位移、加速度、转速测量。②激励电流与磁场强度都为变量，传感器输出与两者乘积成正比，可测量乘法运算的物理量，如功率。③磁场强度不变时，传感器输出正比于激励电流，可检测与电流有关的物理量，并可直接测量电流。
（2）磁敏电阻与霍尔元件属同一类，都是磁电转换元件，两者本质不同是磁敏电阻没有判断极性的能力，只有与辅助材料(磁钢)并用才具有识别磁极的能力。
（3）磁敏二极管可用来检测交直流磁场，特别是弱磁场。可用作无触点开关、作箱位电流计、对高压线不断线测电流、小量程高斯计、漏磁仪、磁力探伤仪等设备装置。磁敏三极管具有较好的磁灵敏度，主要应用于①磁场测量，特别适于10-6T以下的弱磁场测量，不仅可测量磁场的大小，还可测出磁场方向；②电流测量。特别是大电流不断线地检测和保护；③制作无触点开关和电位器，如计算机无触点电键、机床接近开关等；④漏磁探伤及位移、转速、流量、压力、速度等各种工业控制中参数测量。
8、压电式传感器的前置放大器有何作用？说明压电加速度传感器要使用高输入阻抗电荷放大器的原因。
答：一是把传感器的高阻抗输出变为低阻抗输出；二是把传感器的微弱信号进行放大 。 压电传感器本身的内阻抗很高，而输出的能量又非常微弱，因此在使用时，必须接高通入阻抗的前置放大器。电荷放大器即可，且其输出电压与电缆分布电容无关。因此，连接电缆即使长达几百米以上，电荷放大器的灵敏度也无明显变化，这是电荷放大器的突出优点。
9、何谓零点残余电压？说明该电压产生的原因和消除的方法。
答：零点残余电压：差动变压器在零位移时的输出电压。
零点残余电压产生的主要原因：1.由于两个二次测量线圈的等效参数不对称时输出地基波感应电动势的幅值和相位不同，调整磁芯位置时，也不能达到幅值和相位同时相同。2.由于铁芯的特性非线性，产生高次谐波不同，不能互相抵消。
为了减小差动变压器的零点残余电压可以采用的方式：1.尽可能保证传感器尺寸线圈电气参数和磁路对称 2.选用合理的测量电路 3.采用补偿线路减小零点残余电压
10、按在传感器中的作用，光纤传感器常分为哪两大类型？它们之间有何区别？
答：光纤传感器大致可分为功能型和非功能型两大类，它们的基本组成相似，由光源、入射光纤、调制器、出射光纤、光敏器件等组成。
功能型又称传感型，这类传感器利用光纤本身对外界被测对象具有敏感能力和检测功能，光
纤不仅起到传光作用，而且在被测对象作用下使光强、相位、偏振态等光学特性得到调制，调制后的信号携带了被测信息。如果外界作用时光纤传播的光信号发生变化，使光的路程改变，相位改变，将这种信号接收处理后，可以得到与被测信号相关的变化电信号。
非功能型又称传光型，这时光纤只作传播光媒介，待测对象的调制功能是由其它转换元件实现的，光纤的状态是不连续的，光纤只起传光作用。
11、光纤可以通过哪些光的调制技术进行非电量的检测，简要说明原理。
答：光纤可以通过光强、相位、频率等的调制技术进行非电量的检测，
光强度调制：利用外界物理量改变光纤中的光强度，通过测量光强的变化测量被测信息。根据光纤传感器探头结构形式可分为透射、反射、折射等方式调制。
相位调制：一般压力、张力、温度可以改变光纤的几何尺寸（长度），同时由于光弹效应光纤折射率也会由于应变而改变，这些物理量可以使光纤输出端产生相位变化，借助干涉仪可将相位变化转换为光强的变化。干涉系统的种类很多，可根据具体情况采用不同的干涉系统。 频率调制：当光敏器件与光源之间有相对运动时，光敏器件接收到的光频率fs与光源频率f不同，这种现象称为光的“多普勒效应”。频率调制方法可以测量运动物体（流体）的速度、流量等。
12、什么是光纤的数值孔径？ 物理意义是什么？NA取值大小有什么作用？
答：（1
）数值孔径定义为：NA=，表示了光纤的集光能力，无论光源的发射功率有
多大，只有在2θc张角之内的入射光才能被光纤接收、传播。若入射角超出这一范围，光线会进入包层漏光。
（2）NA越大集光能力越强，光纤与光源间耦合会更容易，但NA越大光信号畸变越大，所以要选择适当。
13、什么是内光电效应？什么是外光电效应？说明其工作原理并指出相应的典型光电器件。 答：当用光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体材料中的电子吸收光子能量而发生相应的电效应（如电阻率变化、发射电子或产生电动势等）。这种现象称为光电效应。
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。
14、什么是智能传感器系统？简述系统的基本组成形式及相互关系？
答：智能传感器系统是传感器与微处理器相结合，兼有信息检测和处理功能的传感器系统。
基本组成：传感器、调理电路、数据采集与转换、计算机及其Ｉ/Ｏ接口设备
相互关系：由传感器获取信号，并将被测参量转换成电量输出；但输出的信号通常含有
干扰噪声，需要通过调整电路进行信号的调理；调整后的信号经过数据采集与转换A/D、D/A等，实现分时或并行采样；最后经过计算机及其I/O接口设备对数据进行分析处理。
四、计算题
1、某线性位移测量仪，测量范围为0～20mm。当被测位移由5mm变到5.5mm时，位移测量仪的输出电压由3.5V减至2.5 V，求：（1）该仪器的灵敏度K；
（2）当测量仪的输出电压为－7. 5V时，被测位移是多少?
3.5-2.5=-2V/mm 解：（1）K=5-5.5
3.5-(-7.5)=-2V/mm（线性测量仪，K的值相同） （2）K=5-x
x=10.5mm
2、有一温度传感器，理论满量程测量范围为（—30～120 ）℃，其实测的校准曲线与拟合直线的最大偏差为∆Lmax=3℃，求：（1）该传感器的量程；（2）该传感器的线性度。 解：（1）里程为：Y=120－（-30）=150℃
（2）线性度δL=
3、某次压力测量时，压电式传感器的灵敏度为80.Onc/MPa，将它与增益为0.005V/nc的电荷放大器相连，其输出接到灵敏度为20mm/V的笔式记录仪上，
求：（1）计算此系统的灵敏度；
（2）当压力变化10MPa时，记录笔在纸上的偏移量是多少?
解：（1）系统的总灵敏度 |∆Lmax|3⨯100%=⨯100%=2% Y150
K0=k1k2k3=80.0nc/MPa⨯0.005V/n⨯20mm/V=8mm/MPa
（说明当压力变化1MPa时，偏移量为8mm）
4、有一电阻应变片，灵敏度系数K=2，电阻R=120Ω。设其工作时应变为1000με。求
（1）应变片的电阻变化量△R；
（2）采用应变仪电桥，若Ui=6V，计算U0的值。
解：（1）因为∆R/R=Kε
所以∆R=KεR=2⨯1000⨯10-6⨯120=0.24Ω一片应变片采用应变仪电桥，所以为单臂形式 U0=KεUi/4=2⨯1000⨯10-6⨯6/4=3mV
5、用四片灵敏度系数K=2，初始电阻值均为120Ω金属丝应变片组成全桥，供桥直流电压为4V，当∆R1=-∆R2=∆R3=-∆R4，且电桥输出电压U0 = 6mV时，
求：（1）应变片的应变值；（2）应变片的电阻变化值∆R1。
解：（1）U0=Ui∆R1∆R2∆R3∆R4U∆R∆R(-+-) =i⨯41=Ui⨯1=Ui⨯kε 4RRRR4RR
-4⨯10 ∴6⨯10-3=4⨯2ε ε=7.5
（2）∵∆R1/R=kε=1.5⨯10-3 ∴∆R1=1.5⨯10-3⨯120=0.18Ω
6、霍尔式转速传感器输出信号频率为f=30r/min，被测物上的标记齿数为z=2
求：（1）所测转速为多少?（2）角速度又是多少?
解：（1）所测转速为：n=60f/z=60⨯30/2=900r/min
（2）角速度ω=2πf/z=2π⨯30/2=94.2rad/s
7、有一电涡流位移传感器用于测量转速，输出信号经放大器放大后，由记录仪记录的情况为0. 1秒内输出12个脉冲信号，所用带齿圆盘的齿数为z=12,
求：（1）被测转速；
（2）被测角速度。
1260f6⨯0120=120Hz n===600r/m in解：（1）f=0.1z12
2πf2⨯3.14⨯120==62.8rad/s （2）ω=z12
8、已知光栅式位移传感器的栅线为50线/mm，无细分时，其分辨率为多少?若希望其分辨率为0.005mm，采用何种细分电路。
解：（1）无细分时，分辨率为1/50=0.02mm（此时分辨率为栅线的倒数）
（2）若希望其分辨率为0.005mm，因为0.02/0.005=4，所以可以采用四细分电路。
五、分析应用题
1、图示为矿灯瓦斯报警器原理图。请简单叙
述其工作过程。
解：瓦斯探头由QM—N5型气敏元件RQ及4V
矿灯蓄电池等组成。RP为瓦斯报警设定电位
器。工作时，开关S1、S2合上。当瓦斯超过某
一设定点时,RP输出信号通过二极管VD1加到
三极管VT2基极上，VT2导通，VT3 , YT4开始
工作。VT3 , YT4为互补式自激多谐振荡器，它
们的工作使继电器吸合与释放，信号灯闪光报
警。
2、用微型计算机、模/数转换（A/D）板、滤波器、电荷放大器、压电式力传感器和打印机组成一个测力系统，试画出该测力系统的方框图。
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解：框图如下：
3、图示为热电阻电桥式测温电路，测温范围是0～100℃，其中：Rt=10 （1 + 0.04t）kΩ为感温热电阻，Rs为常值电阻，R0=l0kΩ，E = 6V为工作电压，M,N两点间的电位差为输出电压。问
（1）如果0℃时的电路输出电压为1V，常值电阻Rs应取多少?
（2）计算该测温电路在测温范围0～100℃的平均灵敏度。
解：（1）电路和输出特性方程为：
UMN=(RtR010(1+0.04t)1-)E=[-]6（2Rt+RsR0+R010(1+0.04t)+Rs2
分）
利用0℃时电路输出为1V，则有
101(-)6=1 所以Rs=（5kΩ） 10+Rs2
（2）t=100℃时，电路输出为：
501UMN=(-)6≈2.455（V） 50+52
2.455-1=14.55（mV/℃） 所以平均灵敏度为100
4、图示为热敏电阻式湿度传感器的电路原理图，简述该传感器的工作原理及电桥调整方法。 答：工作原理为：
（1）R1和R2为两个珠形热敏电阻，一个封入干燥空气中，一
个作为湿敏元件置于待测环境中；
（2）对R1和R2通电加热，由于环境湿度不同造成两个电阻值
不同；
（3）根据电桥的不平衡电压求出待测环境的绝对湿度。
电桥调整方法为：在干燥空气中调整电桥元件，使电桥输出为零。
5、光电传感器控制电路如图所示，试分析电路工作
原理：① GP—IS01是什么器件，内部由哪两种器件
组成？② 当用物体遮挡光路时，发光二极管LED
有什么变化？③ R1是什么电阻，在电路中起到什么
作用？如果VD二极管的最大额定电流为60mA， R1
应该如何选择？④ 如果GP—IS01中的VD二极管反
向连接，电路状态如何？晶体管VT 、LED如何变
化？
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答：电路分析：
1）GP—IS01是光电开关器件，内部由发光二极管和光敏晶体管组成； 2）当用物体遮挡光路时，Vg无光电流VT截止，发光二极管LED不发光； 3）R1是限流电阻，在电路中可起到保护发光二极管VD的作用；如果VD二极管的最大额定电流为60mA，选择电阻大于R1 =（12V-0.7）/0.6 = 18.8Ω。
4）如果GP—IS01中的VD二极管反向连接，Vg无光电流VT截止，发光二极管LED不发光；电路无状态变化。
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