哈尔滨工业大学2007年秋季传感技术及应用考试试题

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1、哈尔滨工业大学2007年秋季传感技术及应用考试试题课程综合考试，合计分数70分一、判断题（正确打√标记，错误打×标记，每题1分，共5分）1．（   ）传感器是一种测量器件或装置，它将被测量按一定规律转换成可用输出，一般系统有输入和输出，所以均可看作传感器。2．（    ）对变间隙的电容式传感器而言，即使采用差动结构也不能完全消除非线性误差。3．（   ）压电晶体有三个互相垂直的轴，分别为X轴（电轴）、Y轴（力轴）、Z轴（光轴），当沿某一轴的方向施加外作用力时，会在另外两个轴的表面出现电荷。4．（   ）光电池和光敏二极管都是建立在内光电效应基础上，工作电路也一样。5．（   ）自感式电感

2、传感器改变空气隙等效截面积类型变换器转换关系为非线形的，改变空气隙长度类型的为线形的。二、简答题（每题5分共20分）1．什么是传感器？传感器由哪三个部分组成？2．简述热电偶热电势产生的原因。3．简要说明金属应变片与半导体应变片在工作原理上的区别?4．什么是电容传感器的“驱动电缆技术”，采用它的目的是什么？三、（8分）影响电容传感器精度的主要因素是边缘效应和寄生电容，试分别详细说明减少这两种影响的措施（建议以图示进行辅助说明）。四、（12分）什么是电感传感器的零点残余电压？残余电压过大带来哪些影响？减小零点残余电压的措施有哪些？五、（10分）霍尔片采用恒流源供电，为补偿温度误差，采用在输入

3、回路并联电阻，如下图示，若已知霍尔元件灵敏度温度系数为α，霍尔元件输入电阻温度系数为β，温度t0时的输入电阻为Ri0，霍尔元件灵敏度系数为KH0；温度t1时的输入电阻为，霍尔元件灵敏度系数为,请推导并联的电阻RP的大小。六、（15分）（1）说明光纤的结构和传输光的原理。（2）光纤传感器的数值孔径如何定义的？它有何物理意义？（3）图示为光纤传光示意图，若空气的光折射率为n0，要使光纤的入射光在光纤纤芯内全反射，则q0至多为多少？写出推导过程。哈尔滨工业大学2007年秋季传感技术及应用考试试题答案课程综合考试，合计分数70分一、       判断题（正确打√标记，错误打×标记，每题1分，共5

4、分）1．（ × ）传感器是一种测量器件或装置，它将被测量按一定规律转换成可用输出，一般系统有输入和输出，所以均可看作传感器。2．（ √  ）对变间隙的电容式传感器而言，即使采用差动结构也不能完全消除非线性误差。3．（ × ）压电晶体有三个互相垂直的轴，分别为X轴（电轴）、Y轴（力轴）、Z轴（光轴），当沿某一轴的方向施加外作用力时，会在另外两个轴的表面出现电荷。4．（ × ）光电池和光敏二极管都是建立在内光电效应基础上，工作电路也一样。5．（ × ）自感式电感传感器改变空气隙等效截面积类型变换器转换关系为非线形的，改变空气隙长度类型的为线形的。二、简答题（每题5分共20分）1．什么是传感器

5、？传感器由哪三个部分组成？答：传感器：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。（3分）传感器由敏感元件、转换元件和基本转换电路三部分组成。（2分）2．简述热电偶热电势产生的原因。       答：热电动势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势所组成。表示为             其中：为接触电势；为温差电势。          式中：K—波尔兹曼常数    K＝1.38×10-23 J/K             e—电子电荷量       e =1.6×10-19 C          NA(NB)为A(B)材料的自由电子密度；dA(dB)—A(B)材料

6、的汤姆逊系数；          EAB(T,T0)表示A、B两种材料组合，两个结分别处在T(T0)温度下产生的热电势。3．简要说明金属应变片与半导体应变片在工作原理上的区别?答：金属应变片发生应变以后，使导体的几何尺寸发生改变，因而阻值发生变化；对半导体来说，它的电阻取决于有限数目的载流子—空穴和电子的迁移。加在一定晶向上的外界应力，引起半导体能带的变化，使载流子的迁移率产生较大的变化，因而使半导体电阻率产生相应的变化。应变片相对灵敏度系数代入得到    —泊松比；—压阻系数；E—弹性模量。对于金属丝构成的应变片，一般可改为（几何变形），k值约为2左右，半导体材料值很大，约为60～17

7、0，因此对半导体材料而言，一般认为。4．什么是电容传感器的“驱动电缆技术”，采用它的目的是什么？答：一般电容传感器电容值很小，如果激励频率较低，则电容传感器的容抗很大，因此对传感器绝缘电阻要求很高；另一方面，变换器电容极板并联的寄生电容也会带来很大的影响，为克服其影响采用驱动电缆法。驱动电缆法示意图在电容传感器与测量线路前置极间采用双层屏蔽电缆。这种接法使传输电缆的芯线与内层屏蔽等电位，消除了芯线对内层屏蔽的容性漏电，从而消除了寄生