發布日期：2022-05-11 點擊率：28
目錄《傳感器原理及其應用》期末考試題庫一、填空題（每空一分）二、判斷題三、單項選擇題四、簡答題五、計算題
《傳感器原理及其應用》期末考試題庫
一、填空題（每空一分）
1、依據傳感器的工作原理，傳感器分為 敏感元件、轉換元件、測量電路 三個部分組成。
2、半導體應變計應用較普遍的有 體型、薄膜型、擴展型、外延型 等。
3、光電式傳感器是將光信號轉化為電信號的光敏元件，根據光電效應可以分為 內光電效應、外光電效應、熱釋電效應 三種。
4、光電流與暗電流的差稱為 光電流 。
5、光電管的工作點應選在 光電流 與 陽極電壓 無關的飽和區域內。
6、金屬絲應變傳感器設計過程中為了減小橫向效應，可以采用 直線柵式應變計 和 箔式應變計 結構。
7、反射式光纖位移傳感器 在 位移 - 輸出曲線的前坡呈 線性 關系，在后坡與 距離的平方成反比 關系。
8、根據熱敏電阻的三種類型，其中 臨界溫度系數型 最適合開關型溫度傳感器。
9、畫出達林頓光電三極管內部接線方式：略
10、靈敏度是描述傳感器的 輸出量 與 輸入量 敏感程度的特性參數，其定義為：傳感器 輸出量的變化值 與相應的 被測量變化值 之比，用公式表示為：(k(x)= Delta y / Delta x) 。
11、線性度是指傳感器的 輸出量 與 輸入量 之間是否保持理想線性特性的一種度量。按照所依據的基準線不同，線性度分為 理論線性度、 端基線性度、 獨立線性度 、 最小二乘法線性度 等。最常用的是 最小二乘法線性度 。
12、根據敏感元件材料的不同，將應變計分為 金屬式 和 半導體式 兩大類。
13、利用熱效應的光電傳感器包含 光---熱 、熱---電 兩個階段的信息變換過程。
14、應變傳感器的設計過程中，通常需要考慮溫度補償，溫度的補償方法有 電橋補償法、 計算機補償法、 應變計補償法、 熱敏電阻補償法 。
15、應變傳感器一般是由 電阻應變片 和 測量電路 兩部分組成。
16、傳感器的靜態特性有 靈敏度、 線性度、 遲滯、 穩定性、 靈敏度界限 。
17、 在光照射條件下，電子逸出物體表面向外發射的現象稱為 外光電效應 ，入射光改變物質導電率的物理現象稱為 內光電效應 。
18、光電管是一個裝有 陰極 和 陽極 的真空玻璃管。
19、光電管的頻率響應是指一定頻率的調制光照射時光電輸出的電流隨頻率變化的關系，與其 物理結構、 工作狀態、 負載 以及入射光波長等因素有關。多數光電器件靈敏度與調制頻率的關系為：(Sr(f)= Sr / (1+4pi^2 f^2 T^2)) 。
20、內光電效應可分為 廣電導效應 和 光生伏特效應 。
21、國家標準 GB 7665--87 對傳感器的定義是：能夠感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成 可用輸出信號 的器件或裝置，通常由 敏感元件 和 轉換元件 組成。
22、傳感器按輸出量是模擬量還是數字量，可分為 模擬量傳感器 和 數字量傳感器 。
23、傳感器的靜態特性的靈敏度用公式表示為： (k_(x)= 輸出量變化值 / 輸入量的變化值= Delta y / Delta x) .
24、應變計的粘貼對粘貼劑的要求主要有：有一定的粘貼強度；能準確的傳遞應變； 蠕變小 ； 機械滯后小 ； 疲勞性好 ；具有足夠的穩定性；對彈性元件和應變計不產生化學腐蝕作用；有適當的存儲期；應有較大的溫度適用范圍。
25、根據傳感器感知外界所依據的基本效應，可以將傳感器分為三大類：物理傳感器、 化學傳感器、 生物傳感器 。
26、應變式測力與稱重傳感器根據彈性的結構形式的不同可分為 柱式傳感器、 輪輻式傳感器、 懸梁式傳感器 和 環式傳感器 。
27、大多數接收器對所感受的波長是有選擇性的，接收器對不同波長的反應程度稱為光譜靈敏度，其表達式為：(S(lambda)= dfrac{U(lambda)}{phi(lambda)}) 。
28、應變式傳感器一般是由 電阻應變片 和 測量電阻 兩部分組成。
29、應變式傳感器的基本構成通常可以分為兩部分： 彈性敏感元件 、 應變計 。
30、傳感器的種類繁多，根據傳感器感知外界信息的基本效應，可將傳感器分為 基于物理效應、基于化學效應、 分子識別 三大類。
31、長為1、截面積為A、電阻率為(
ho)、的金屬絲或半導體絲，其電阻為：(R=
ho dfrac{l}{A}) 。
32、傳感器的靜態特性有 靈敏度、線性度、 遲滯、穩定性、靈敏度閾值 。
33、溫度補償的方法有：電橋補償法、 計算機補償法、 應變計補償法、 熱敏電阻補償法 。
34、在應變片設計過程中，為了減小橫向效應，可以采用 直角柵式 應變計或 箔式 應變計。
35、光電傳感器是將光信號轉換為電信號的光敏元件，其中內光電效應可分為 光電導效應 和 光生伏特效應 。
36、應變計允許的最高工作頻率 f 是應變計的重要參數，若應變波幅測量的相對誤差為 e ，在該材料中的傳播速度為 v ，則對于 L 的應變計，其 f=(dfrac{v}{pi l}sqrt{6e}) 。
37、應變計根據敏感元件的材料不同，可分為 金屬式 和 半導體式 。
38、應變測力傳感器由 彈性體、 應變計 和 外殼 組成。
39、光敏電阻的溫度特性公式是：(alpha= dfrac{R_2-R_1}{(T_2-T_1)R_2} imes 100%) （(R_1) 為在一定光照下溫度為 (T_1) 時的阻值）。
40、電阻應變計，也稱 應變計 或 應變力 ，是一種能將機械構件上的 應變的變化 轉換成 電阻變化 的傳感元件。
41、一個高階系統的傳感器總可以看成是由若干個 零階 系統、一階 和 二階 系統組成。
42、敏感光柵越窄，基長越長的應變計，其橫向效應引起的誤差越 小 （ 大 / 小 ）。
43、應變計的自補償方法包括 選擇式自補償應變計 和 雙金屬敏感柵自補償應變計 。
44、光電倍增管是利用 二次電子釋放效應 ，將光電流在管內部放大。它由 光電陰極、 若干增極、 和 陽極 三部分組成。
45、傳感器線性度公式 (e_t= pm dfrac{Delta_{max}}{Y_{FS}} imes 100%) ，其中 (Y_{FS}) 表示的是 傳感器滿量程輸出平均值 （100后面有個百分號）。
46、兩個各有 (G_1(s) 和 G_2(s)) 傳遞函數的系統串聯以后，如果其阻抗匹配合適，相互之間不影響彼此的工作狀態，那么其傳遞函數為: (G(s)= G_1(s) * G_2(s)) 。
47、實驗表明，金屬線材的應變計實際靈敏度 k 恒 < （>、< 或=）理論靈敏度系數 (k_0) ，其原因除了粘合劑、基片傳遞變形失真外，主要原因是存在 橫向效應 。
48、輸入逐漸增加到某一值，與輸入逐漸減小到同一入值時的輸出值不相等，叫做 遲滯 現象， 遲滯差 表示這種不相等的程度。其值以 滿量程 的輸出 (Y_{FS}) 的百分數表示。
49、懸臂梁作為彈性敏感元件，根據其截面形狀的不同，一般可分為 等截面梁 和 等強度梁 。
50、線性度和靈敏度式傳感器的 靜態 指標，頻率響應特性是傳感器的 動態 指標。
51、光纖的類型按折射率變化類型有 躍階折射率光纖 ， 漸變折射率光纖 ， 按傳播的模式分類有 單模光纖 , 多模光纖 。
52、相位型光纖傳感器通常使用相位檢測的方法，該方法包括： 零差檢測 ， 外差檢測 ， 合成外差檢測 等三種方法。
53、厚度剪切模的石英振子固有共振頻率為 ： (f= dfrac{1}{2h} imes sqrt{dfrac{C^D_{66}}{
ho}}) 。
54、法布里 - 珀羅干涉儀是由兩塊平行的部分透射平面鏡組成的，這兩塊平面鏡的 反射率 通常是非常大的，一般大于或等于 95% 。
55、能保證一個濕敏器件正常工作的環境最大變化范圍稱為 濕度量程 。
56、光線傳播過程中由于 材料的吸收 , 散射 ， 彎曲處的輻射損耗 等的影響，不可避免的有所損耗。
57、測量加速度的傳感器種類很多，目前使用最廣泛、最普遍的是 壓電加速度傳感器 。
58、光纖的結構由 纖芯 ， 包層 ， 護套 三個部分組成。
59、依據干涉型光纖傳感器的基本原理，目前光纖傳感器中采用四種不同的干涉測量結構，分別是 邁克耳孫 ， 馬赫 - 澤德 ， 薩格奈克 和 法布里 - 珀羅 。
60、熱敏電阻有三種類型，即 正溫度系數型 ， 負溫度系數型 ， 臨界溫度系數型 。
61、光纖的導光能力取決于 纖芯 和 包層 的光學性能，數值孔徑作為光纖的幾個重要參數，根據光纖 纖芯折射率 (n_1) 和 包層折射率 (n_2) ，數值孔徑可以定義為 ： (NA= sqrt{n_1^2 - n_2^2}) , 單模傳輸條件是： V < 2.404 。
62、紅外熱輻射傳感器，從原理上可分為： 熱電型 和 光量子型 。
63、光量子型傳感器可以分為： 光導型 ，光電型 ， 光電磁型 ， 肖特基型 。
64、傳感器按工作原理可以分為：應變式 ， 電容式 ， 電感式 等。
65、傳感器靈敏度的定義為：(k(x)= dfrac{Delta y}{Delta x}) 。
66、光電二極管是利用 PN結單向導電性 的結構光電器件。
67、依據光纖傳感器的原理可以分為 強度型（振幅型）光纖傳感器 與 干涉型光纖傳感器 。
68、從傳感器的機理上，光纖傳感器可以分為 振幅型 和 相位型 兩種。
69、某些晶體沿一定方向伸長或壓縮時，其表面會產生電荷，這種效應叫 壓電效應 。
70、溫度傳感器從使用上大致可分為 接觸型 和 非接觸型 。
71、半導體應變片工作原理是基于 壓阻 效應，其靈敏系數比金屬應變片的靈敏度系數 大十倍 。
二、判斷題
1、一個復雜的高階系統總是可以看成是由若干個零階、一階和二階系統串聯而成的。 （√）
2、應變計的非線性度一般要求在 0.05%或1%以內。 （√）
3、電阻絲的橫向效應可以用 (H= k_y / K_x= (n-l)l_s/[2nl_1+(n-1)l_s]) 表示，可見 (l_s(r)) 越小，(l_1) 越大，H越小。即敏感柵越窄，基長越長的應變計，其橫向效應引起的誤差越小。 （√）
4、等臂電橋當電源電壓及電阻相對變化一定時，電橋的輸出及其靈敏度與各臂橋阻值的大小無關。 （√）
5、應變計粘合劑不但要求粘接力強，而且要求粘合層的剪切彈性模量最大，能真實的傳遞試件的應變。另外，粘合層應高的絕緣電阻、良好的防潮性防油性能以及使用簡便等特點。 （√）
6、光生伏特效應就是半導體材料吸收光能后，在PN結上產生電動勢的效應。 （√）
7、傳感器動態特性可用瞬態響應法和頻率響應法分析。 （√）
8、
三、單項選擇題
四、簡答題
1、光生伏特效應如何產生？
答：
2、什么是壓電效應？壓電傳感器有哪些？
答：
3、當吸附膜是絕緣材料、導電體或金屬氧化物半導體時，SAW 氣敏傳感器的敏感機理？
答：
4、簡述光纖傳感器的優點？
答：
5、相位跟蹤系統是由什么組成并簡述其功能？
答：
6、什么叫安時特性？
答：
7、數值孔徑的定義？
答：
8、什么叫絕對濕度？
答：
9、光纖分類：
①功能型：
②非功能型：
10、光導纖維為什么能夠導光？光導纖維有哪些優點？光纖式傳感器中光纖的主要優點有哪些？
答：
①
②
③
11、
五、計算題
1、對于鋼材 v=5000 m/s ,若要 e=1%時，對L=1 mm 的應變計，其允許的最高工作頻率是多大？
解：
(f=dfrac{vsqrt{6e} }{pi l}=dfrac{5 imes 10^6 imessqrt{6 imes 0.01}}{pi imes 1}=390 kHz)
2、某溫度傳感器特性方程為 ,其中y為輸出電壓（mV），x為輸入溫度（℃），求該傳感器的時間常數 T 和靜態靈敏度 k 。
解：
(T=dfrac{dt}{dy}=dfrac{20}{5}=4)
(k=dfrac{Delta y}{Delta x}=dfrac{0.15}{5}=0.03)
3、已知均勻光纖的折射率為 (n_1=1.50) , 相對折射率差為 (Delta=0.01) , 纖芯半徑為 a=25 (mu m) ,試求該光纖 (LP_{01}) 模的截止波長。若 (lambda_0=1mu m) , 試計算光纖的歸一化截止頻率 V 及其中傳輸的模數量 N 各等于多少。
解：
由 (Delta=dfrac {n_1-n_2} {n_1}=0.01) 得 (n_2=1.485)
(lambda_c=dfrac{2pi a}{V_c}sqrt{n_1^2-n_2^2}=11.28 mu m)
(V=dfrac{2pi a}{lambda}sqrt{n_1^2-n_2^2}=27.14 Hz)
(N=dfrac{V^2}{2}=368)
4、某應變片的電阻 (R_0=120 Omega , K=2.05) ,用作應變為 (800 mu m/m) 的傳感元件。求：（1） (Delta R 與 dfrac{Delta R}{R}) ，（2）若電源電壓 (U_i=3 V) ，求其惠斯通測量電橋的非平衡輸出電壓 (U_0) 。
解：
由 (k=dfrac{Delta R/R}{epsilon}) 得
(dfrac{Delta R}{R}=K epsilon=2.05 imes dfrac{800mu m}{10^6mu m}=1.64 imes 10^{-3})
則 (Delta R=1.64 imes 10^{-3} imes R=1.64 imes 10^{-3} imes 120 Omega=0.197 Omega)
(U_0=dfrac{U_i}{4}·dfrac{Delta R}{R}=dfrac{3}{4} imes 1.64 imes 10^{-3}=1.23 imes 10^{-3} (V)=1.23 (mV))
5、已知某霍爾元件尺寸長 L=100 mm , 寬 b=3.5 mm , 厚 d=1 mm 。沿 L 方向通以電流 I=1.0 mV , 在垂直于 (b imes d) 兩方向上加均勻磁場 B=0.3 T ， 輸出霍爾電勢 $U_H=6.55 mV $ 。 求該霍爾元件的靈敏度系數 (K_H) 和載流子濃度 n 是多少？
解：
霍爾電動勢表達式 (U_H=K_N · I · B) 得
$K_H=dfrac{U_H}{I B}=dfrac{6.55}{1 imes 0.3}=21.8 mV/mA·T $
靈敏度系數 (K_H=dfrac{1}{ned}) , 式中電荷量 (e=1.602 imes 10^{-19} c) ,
(n=dfrac{1}{K_H e d}=dfrac{1}{21.8 imes 1.602 imes 10^{-19} imes 10^{-3}}=2.86 imes 10^{20})
6、某電熱偶的熱電勢 E(600,0)=5.257 mV , 若冷端溫度為 0℃ 時，測某爐溫輸出熱電勢 E=5.267 mV 。試求該加熱爐實際溫度 t 是多少？
解：
方法一：
已知熱電偶靈敏度為 0.04mV/℃ ，放在溫度為 1200℃ 處的溫度場，若指示表（冷端）處溫度為 50℃ ，則中間溫度為：
1200 - 50=1150 ℃
熱電勢為：
(0.04 mV/℃ imes 1150 ℃=46 mV)
方法二：
(E_{AB}(T,0)=E_{AB}(T,1200) + E_{AB}(50,0)=1200℃ imes 0.004 mV/℃ - 50℃ imes 0.04 mV/℃=46 mV)
[E_{AB}(T,0)=E_{AB}(T,1200) + E_{AB}(50,0)=1200℃ imes 0.004 mV/℃ - 50℃ imes 0.04 mV/℃=46 mV
]
傳感器原理及應用
一、單項選擇題(每題2分．共40分)
1、熱電偶的最基本組成部分是( )。
A、熱電極
B、保護管
C、絕緣管
D、接線盒
2、為了減小熱電偶測溫時的測量誤差，需要進行的溫度補償方法不包括( )。
A、補償導線法
B、電橋補償法
C、冷端恒溫法
D、差動放大法
3、熱電偶測量溫度時( )。
A、需加正向電壓
B、需加反向電壓
C、加正向、反向電壓都可以
D、不需加電壓
4、在實際的熱電偶測溫應用中，引用測量儀表而不影響測量結果是利用了熱電偶的哪
個基本定律( )。
A、中間導體定律
B、中間溫度定律
C、標準電極定律
D、均質導體定律
5、要形成測溫熱電偶的下列哪個條件可以不要（）。
A、必須使用兩種不同的金屬材料；
B、熱電偶的兩端溫度必須不同；
C、熱電偶的冷端溫度一定要是零；
D、熱電偶的冷端溫度沒有固定要求。
6、下列關于測溫傳感器的選擇中合適的是（）。
A、要想快速測溫，應該選用利用PN結形成的集成溫度傳感器；
B、要想快速測溫，應該選用熱電偶溫度傳感器；
C、要想快速測溫，應該選用熱電阻式溫度傳感器；
D、沒有固定要求。
7、用熱電阻測溫時，熱電阻在電橋中采用三線制接法的目的是( )。
A、接線方便
B、減小引線電阻變化產生的測量誤差
C、減小橋路中其他電阻對熱電阻的影響
D、減小橋路中電源對熱電阻的影響
8、在分析熱電偶直接插入熱水中測溫過程中，我們得出一階傳感器的實例，其中用到了（）。
A、動量守恒；
B、能量守恒；
C、機械能守恒；
D、電荷量守恒；
9、下列光電器件中，基于光電導效應工作的是( )。
A、光電管
B、光敏電阻
C、光電倍增管
D、光電池
10、構成CCD的基本單元是( )。
A、 P型硅
B、PN結
C、光敏二極管
D、MOS電容器
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一：填空題（每空1分）
1. 依據傳感器的工作原理，傳感器分 敏感元件 ， 轉換元件 ，
測量電路 三個部分組成。
2. 半導體應變計應用較普遍的有體型、薄膜型、擴散型、外延型等。
3. 光電式傳感器是將光信號轉換為電信號的光敏元件，根據光電效應可以分為
外光電效應 ， 內光電效應 ， 熱釋電效應 三種。
4. 光電流與暗電流之差稱為光電流。
5. 光電管的工作點應選在光電流與陽極電壓無關的飽和區域內。
6. 金屬絲應變傳感器設計過程中為了減少橫向效應，可采用 直線柵式應變計
和 箔式應變計 結構。
7. 反射式光纖位移傳感器在位移-輸出曲線的前坡區呈 線性關系，在后坡區與
距離的平方成反比關系。
8. 根據熱敏電阻的三種類型，其中 臨界溫度系數型 最適合開關型溫度傳感
器。
＋U
C
E
R
L
9. 畫出達林頓光電三極管內部接線方式：
10.靈敏度是描述傳感器的輸出量對輸入量敏感程度的特性參數。其定義為：傳
感器 輸出量的變化值 與相應的 被測量的變化值 之比，用公式表示
k （x）=Δy/Δx 。
11.線性度是指傳感器的 輸出量 與 輸入量 之間是否保持理想線性特性的一
種度量。按照所依據的基準之線的不同，線性度分為 理論線性度 、 端
基線性度 、 獨立線性度 、 最小二乘法線性度 等。最常用的是 最
小二乘法線性度。
12.根據敏感元件材料的不同，將應變計分為 金屬式 和 半導體 式兩大
類。
13.利用熱效應的光電傳感器包含 光熱、 熱電 兩個階段的信息變換過
程。
14.應變傳感器設計過程中，通常需要考慮溫度補償，溫度補償的方法電橋補償
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法、計算機補償法、應變計補償法、熱敏電阻補償法。
15. 應變式傳感器一般是由 電阻應變片 和 測量電路 兩部分組成。
16. 傳感器的靜態特性有 靈敏度 、線性度、靈敏度界限、遲滯差 和穩定性。
17. 在光照射下，電子逸出物體表面向外發射的現象稱為 外光電效應 ，入
射光強改變物質導電率的物理現象稱為 內光電效應 。
18. 光電管是一個裝有光電 陰極 和 陽極 的真空玻璃管。
19. 光電管的頻率響應是指一定頻率的調制光照射時光電輸出的電流隨頻率變
化的關系，與其物理結構、工作狀態、負載以及入射光波長等因素有關。多
數光電器件靈敏度與調制頻率的關系為 Sr （f）=Sr。/(1+4 π2f2τ2)
20. 內光電效應可分為光電導效應和光生伏特效應。
21. 國家標準GB 7665--87 對傳感器下的定義是：能夠感受規定的被測量并按照
一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件
組成。
22. 傳感器按輸出量是模擬量還是數字量，可分為模擬量傳感器和數字量傳感器
23. 傳感器靜態特性的靈敏度用公式表示為：k=輸出量的變化值/輸入量的變化
(x)
值=△y/△x
24. 應變計的粘貼對粘貼劑的要求主要有：有一定的粘貼強度；能準確傳遞應變；
蠕變小；機械滯后小；耐疲勞性好；具有足夠的穩定性能；對彈性元件和應
變計不產生化學腐蝕作用；有適當的儲存期；應有較大的溫度適用范圍。
25. 根據傳感器感知外界信息所依據的基本校園，可以將傳感器分成三大類：
物理傳感器 ，化學傳感器 ，生物傳感器。 P3
26. 應變式
一：填空題（每空1分）
1.依據傳感器的工作原理，傳感器分敏感元件，轉換元件，
測量電路三個部分組成。
2.半導體應變計應用較普遍的有體型、薄膜型、擴散型、外延型等。
3.光電式傳感器是將光信號轉換為電信號的光敏元件，根據光電效應可以分為
外光電效應，內光電效應，熱釋電效應三種。
4.光電流與暗電流之差稱為光電流。
5.光電管的工作點應選在光電流與陽極電壓無關的飽和區域內。
6.金屬絲應變傳感器設計過程中為了減少橫向效應，可采用直線柵式應變計
和箔式應變計結構。
7.反射式光纖位移傳感器在位移-輸出曲線的前坡區呈線性關系，在后坡區與
距離的平方成反比關系。
8.根據熱敏電阻的三種類型，其中臨界溫度系數型最適合開關型溫度傳感
器。
9.畫出達林頓光電三極管內部接線方式：
＋U C
E R L
10.靈敏度是描述傳感器的輸出量對輸入量敏感程度的特性參數。其定義為：傳
感器輸出量的變化值與相應的被測量的變化值之比，用公式表示k（x）=Δy/Δx 。
11.線性度是指傳感器的輸出量與輸入量之間是否保持理想線性特性的一
種度量。按照所依據的基準之線的不同，線性度分為理論線性度、端基線性度、獨立線性度、最小二乘法線性度等。最常用的是最小二乘法線性度。
12.根據敏感元件材料的不同，將應變計分為金屬式和半導體式兩大
類。
13.利用熱效應的光電傳感器包含光---熱、熱---電兩個階段的信息變換過
程。
14.應變傳感器設計過程中，通常需要考慮溫度補償，溫度補償的方法電橋補償
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