压电式传感器
一、选择填空题：
1、压电式加速度传感器是（
A、结构型
B、适于测量直流信号C、适于测量缓变信号D、适于测量动态信号
2、沿石英晶体的光轴
z的方向施加作用力时，（ A ）。
x方向产生电荷y方向产生电荷z方向产生电荷
B ）。
A、晶体不产生压电效应B、在晶体的电轴C、在晶体的机械轴D、在晶体的光轴A、正压电效应B、逆压电效应C、横向压电效应D、纵向压电效应
4、天然石英晶体与压电陶瓷比，石英晶体压电常数（
A、高，差B、高，好C、低，差D、低，好
5、沿石英晶体的电轴
A、正压电效应B、逆压电效应C、横向压电效应D、纵向压电效应
6、压电式传感器可等效为一个电容
相串联的电压源。
此放大电路有
电压
放大器和电荷
放
电荷源
和一个电容并联，也可等效为一个与
x的方向施加作用力产生电荷的压电效应称为（
D）。
C），压电陶瓷的稳定性（
C ）。
D ）传感器。
3、在电介质极化方向施加电场，电介质产生变形的现象称为（
7、压电式传感器的输出须先经过前置放大器处理，大器两种形式。二、简答题
1、什么是压电效应？纵向压电效应与横向压电效应有什么区别？
答：某些电介质，当沿着一定方向对其施加外力而使它变形时，内部就产生极化现象，相应地会在它的两个表面上产生符号相反的电荷，这种现象称压电效应。通常把沿电轴向压电效应”；而把沿机械轴不同。
2、压电式传感器为何不能测量静态信号？答：因为压电传感元件是力敏感元件，
压电式传感器是利用所测的物体的运动产生的相应
的电信号，而静态的不能产生相应的电信号。所以压电式传感器不能测量静态信号。
当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态，
X－X方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵
Y－Y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效
应”；所以纵向压电效应与横向压电效应的主要区别在于施力方向不同，电荷产生方向也
3、压电式传感器连接前置放大器的作用是什么？
答：前置放大器的作用：一方面把传感器的高输出阻抗变换为低输出阻抗，另一方面是放大传感器输出的微弱信号。
电容式传感器
一、选择填空题
1、变极距型电容传感器的灵敏度2、电容式传感器采用为电容量电容传感器和放大电路、
电容器
K= 2/d0
作为传感元件，将不同的
被测物理量
、
。的变化转换极距变化型
运算
的变化。
面积变化型电容传感器。
二极管双T形交流电桥、等。
差动脉冲调制电路
介质变化型电容传感器
和
电桥电路
3、根据工作原理的不同，电容式传感器可分为4、电容式传感器常用的转换电路有：
调频电路
转换为电量的变化，进而实现非电量的测量。5、移动电容式传感器的动极板，量的变化，传感器电容改变量⊿移成
反比
关系。
B）。
B、变介电常数式D、空气介质变极距式
D）。
B、提高固有频率D、提高灵敏度
B）。
B、增大一倍D、增大两倍
d增加时，将引起传感器的（
B）。
B、灵敏度减小D、非线性误差不变
r=4mm，假设与被测工件的初
导致两极板有效覆盖面积C与动极板水平位移成
A发生变化的同时，将导致电容反比
关系，⊿C与动极板角位
6、电容式传感器测量固体或液体物位时，应该选用（
A、变极距式C、变面积式A、改善回程误差C、提高精度A、保持不变C、减小一倍A、灵敏度增加C、非线性误差增加
二、计算题
1、有一台变间隙非接触式电容测微仪，其传感器的极板半径始间隙为d0=，极板间介质为空气。试求：
7、电容式传感器采用差动连接的目的是（
8、如将变面积型电容式传感器接成差动形式，其灵敏度将（
9、当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离
如果传感器与工件的间隙减少Δd=10μm，电容的变化量。
2、一个以空气为介质的平板电容式传感器，其中测量时，若上极板在原始位置上向左平移了3、一个圆形平板电容式传感器，其极板半径为
a=10mm，b=16mm，两极板间距2mm，求该传感器的电容变化量。
d=1mm。
5mm，工作初始间隙为，空气介质，所采用
的测量电路的灵敏度为100mV/pF，读数仪表灵敏度为5格/mV。如果工作时传感器的间隙
产生2μm的变化量，则读数仪表的指示值变化多少格？
电阻式传感器
一、填空选择题
1、与金属箔式应变片相比，半导体应变片的最大优点是2、应变直流电桥测量电路中，全桥灵敏度是单臂电桥灵敏度的3、应变直流全桥电路中，4、将电阻应变片贴在的传感器。
5、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，应变效应。固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称为
这种现象称为
电阻应变
金属电阻效应。
相邻桥臂的应变片的应变极性应各种弹性敏感元器件
灵敏度高 4 一致
倍。
（选一致或相反）。
。
上可以构成测力、位移、加速度等参数
要把微小应变引起的微小电阻变化精确地测量出来，需要采用特别设计的测量电路，通常采用
交流电桥电路
或
直流电桥电路
B
）。
。
6、电阻应变片的线路温度补偿方法有（
A、差动电桥补偿法C、补偿线圈补偿法
B、补偿块粘贴补偿应变片的电桥补偿法D、恒流源温度补偿电路法
7、电阻应变式传感器具有悠久的历史，是应用最广泛的传感器之一。将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感元件上，可构成测量各种参数的电阻应变式传感器，
A、位移
二、简答题
1、什么叫应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。三、计算题
1、如果将100?的应变片贴在弹性试件上，若试件截面积E=2×10N/m，若由5×10N拉力引起的应变片电阻变化为
11
2
4
这些参数包括（ ABC ）。
B、加速度 C、力D、力矩
S＝×10mm，弹性模量1?，试求该应变片的灵敏系数。
－42
2、如题图1-1所示为等强度梁测力系统，未受应变时R1
R1为电阻应变片，应变片灵敏度系数
4
k2.05，
120
，当试件受力
F时，应变片承受平均应变
810，求：
（1）应变片电阻变化量
R1和电阻相对变化量R1/R1。
（2）将电阻应变片置于单臂测量电桥，
EAB(t,t0)
f(t)
f(t0)
f(t)C
电桥电源电压为直流
(t)
3v，求电桥输出电压是多少。
热电式传感器
1、热电动势由两部分电动势组成，一部分是两种导体的单一导体的___温差___电动势。
2、热电偶产生热电势必须具备的基本条件是度不同 ?????? 3、热电偶中热电势的大小仅与4、常用的热电式传感元件有
。
导体材料热电偶
、
的性质、热电阻
接触点的温度
有关，而
1?两种导体的材料不同
、2??? 两接触点的温
__接触______电动势，另一部分是
与热电极尺寸、形状及温度分布无关。
和热敏电阻。
5、在各种热电式传感器中，以将温度转换为电势或电阻的方法最为普遍，例如热电偶是将温度变化转换为的测温元件。
6、半导体热敏电阻包括：（ ABC
A、正温度系数热敏电阻 C、临界温度系数热敏电阻
）。
、负温度系数热敏电阻D、非温度系数热敏电阻
电势
的测温元件，热电阻和热敏电阻是将温度转换为
电阻
B
7、在实际的热电偶测温应用中，引用测量仪表而不影响测量结果是利用了热电偶的哪个基本定律（ B A C A C A C
）。
、中间导体定律 B、中间温度定律、标准电极定律 D、均质导体定律
B C ）组成。
、切割电动势
C D ）
B、温度修正法、冷端延长法
D ）
、感应电动势 B、温差电动势、接触电动势 D、热电动势修正法、0℃恒温法 D
8、热电偶中热电势由（
9、工程（工业）中，热电偶冷端处理方法有（
10、实用热电偶的热电极材料中，用的较多的是（ A C
、纯金属 B、非金属、半导体 D、合金
11、热电偶测量温度时，（ D ）。
A、需加正向电压 C、加正、反向电压都可以
B、需加反向电压 D、不需加电压
12、简述热电偶能够工作的两个条件是什么？答：1、两金属电极的材料不同13、简述热电偶测温原理？答：
可见：只要测出
EAB（T,T0）的大小，就能得到被测温度
T，这就是利用热电偶测温的原理
T0端）断开而接入的三种导
14、什么是中间导体定律和中间温度定律？它们在利用热电偶测温时有什么实际意义？答：中间导体定律：将由体C后，只要冷、热端的
A、B两种导体组成的热电偶的冷端（
T0 、T 保持不变，则回路的总热电势不变。根据此定律，只要仪
2、两接触点的温度不同
表两接入点的温度保持一致(T0 )仪表的接入就不会影响热电势。而且A、B结点的焊接方法
也可以是任意的。中间温度定律EAB（T1, T3）=EAB（T1, T2）+EAB（T2, T3）在实际的热
电偶测温应用中，引用测量仪表而不影响测量结果就是利用了热电偶的中间温度定律
传感器基础
1、传感器主要完成两方面的功能：检测和（
A、测量
B、感知 C
D
）。
D、转换
、信号调节
2、属于传感器静态特性指标的是（
A、重复性
3、传感器的主要功能是（
A、检测和转换C、调制与解调
A C ）。
、灵敏度
D、漂移
B、固有频率 C A
）。
B、滤波与放大 D
、传输与显示
C
）。
4、传感器的下列指标中全部属于静态特性的是（
A、线性度、灵敏度、阻尼系数C、迟滞、重复性、漂移
B
、幅频特性、相频特性、稳态误差、精度、时间常数、重复性
D
5、一个实用的传感器由那几部分构成？各部分的功用是什么？用框图标示出你所理解的传
感器系统。答：
敏感元件：直接感受被测量的变化，
并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件，
是传感器的核心。转换元件：将敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测量的电信号。
测量电路：将转换元件输出的电信号进行进一步的转换和处理，如放大、滤波、线性化、补偿等，以获得更好的品质特性，便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功能。
敏
被测量非电信号
感元件
转换元件
测量电路
电信号
辅助电
电感式传感器
1、电感式传感器是建立在线圈的
自感
或
电磁感应互感
基础上的，电感式传感器可以把输入的物理量转换为
的变化，并通过测量电路进一步转换为电量的变
化，进而实现非电量的测量。2、电感式传感器可以对（
A、位移
ABC
）等物理量进行测量。、压力
D、流量
和直流差分变压器电路
等，
B、振动 C
相敏检波电路
3、差动变压器结构形式有、差分整流电路
它们的工作原理基本一样，都是基于线圈互感量的变化来测量的。
4、为什么电感式传感器一般都采用差动形式度变化等外界影响也有补偿作用；5、涡流式传感器的主要优点是什么
?
是两个线圈磁力之差，
所以对电
解：差动式结构，除了可以改善非线性，提高灵敏度外，对电源电压、频率的波动及温
作用在衔铁上的电磁力，?
应力、材料损伤等
磁力有一定的补偿作用，从而提高了测量的准确性。
解：电涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、表面温度、速度、进行非接触式连续测量，
另外还具有体积小，灵敏度高，频率响应宽等特点，应用极其广泛。
6、电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？解：还可以对厚度、表面温度、速度、
应力、材料损伤等进行非接触式连续测量。
霍尔式传感器
1．说明霍尔效应的原理？解：置于磁场中的静止载流导体，
当它的电流方向与磁场方向不一致时，
这种现象称霍尔效应。
载流导体上平行于
电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，体材料的霍尔效应进行磁－电转换的磁电式传感器
霍尔传感器是利用半导
2、什么是霍尔效应？霍尔电动势与哪些因素有关？答：置于磁场中的静止载流导体，
当它的电流方向与磁场方向不一致时，
由
载流导体上平行于
电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应。知霍尔电势与输入电流
IC、磁感应强度
B成正比，且当
B的方向改变时，霍尔电势的方向
也随之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔电势为同频率的交变电势。
光电式传感器
UH
RHICBd
KHICB
1、光纤传感器用的光纤主要有两种：
A、单模光纤
2、按探测机理的不同，红外传感器分为3、光纤工作的基础是
（ AB ）。
、单晶光纤
D、多晶光纤
和红外光子探测器
B、多模光纤 C
红外热探测器
。
两大类。
光的全反射定律
4、任何物质，只要它的温度高于线。
绝对零度（
。C）
，就会向周围空间辐射红外
5、数值孔径NA是光纤的一个重要参数，以下说法不正确的是（
A、数值孔径反映了光纤的集光能力B、光纤的数值孔径与其几何尺寸有关
B ）。
C D
、数值孔径越大，光纤与光源的耦合越容易、数值孔径越大，光信号的畸变也越大
6、光导纤维是利用哪种光学现象进行导光的？光导纤维的数值孔径有何意义？答：光导纤维是利用光的全反射现象进行导光的。了光纤的集光能力，变也越大。
7、简述什么是红外传感器，简述红外传感器的组成。
答：红外传感器是将红外辐射能量转换为电量的一种传感器。红外传感器一般由光学系统、探测器、信号调理电路及显示单元等组成。
8、什么是光电效应，依其表现形式如何分类，并予以解释。
解：光电效应首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电转换元件变换成电信号,光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类：
a)在光线作用下，能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应b)受光照的物体导电率
;
NA=sin
0
1n0
1
1n1n2
光导纤维数值孔径反映
数值孔径越大，光纤与光源的耦合越容易，数值孔径越大，光信号的畸
1R
发生变化，或产生光生电动势的效应叫内光电效应。
9、分别列举属于内光电效应和外光电效应的光电器件。
解：外光电效应，如光电管、光电倍增管等。
内光电效应，如光敏电阻、光电池和光敏晶体管等。
10、什么是光电导效应和光生伏特效应？这些光电效应的定性光电器件各自有哪些？答：在光线作用，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，
引起材料电导率的变化的
PN结两端
三
现象称为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻，在光线作用下引起产生的电动势的现象叫做光生伏特效应。极管。
11、什么是外光电效应和内光电效应？与之对应的光电器件有哪些？
基于该效应的光电器件有光电池和光敏二极管、
答：在光线照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，在光线照射下，物体内的电子不能逸出物体表面，
而使物体的电导率ρ发生变化或产生光生电动势的效应称为
基
内光电效应。基于外光电效应的光电元件有紫外光电管、光电倍增管、光电摄像管等。于内光电效应的光电器件有光敏电阻、光电池、光敏二极管和三极管。
