传感器技术_宋爱国_试卷4.doc

学号 姓名
密
封
线
东 南 大 学 考 试 卷（B 卷）

课程名称
传感器技术
考试学期
06-07-2
得分

适用专业
应用物理和光学
考试形式
闭
考试时间长度
120分钟
一、填空题（30分，每空1.5分）
1．传感器可分为物性型和结构型传感器，热电阻是 型传感器， 电容式加速度传感器是 型传感器。
2．一种热电阻的型号为Pt100，其材料为 ，它在0℃时的电阻值为 Ω，而能将温度变化转换为电势的一类称为___________。其中___________传感器在应用时需要做冷端补偿。
4．旋转式编码器可分为____________和____________编码器，用以测量转轴的角位移，其中_____________在任意位置都有固定的数字编码与位置对应，所以这种编码器能直接反映转轴位置；用一个线数为200线的编码器分辨力为______________（角）度。
5．光电效应分为 和 两大类，其中，光敏电阻的原理是基于 效应的。
6．目前压电式传感器的常用的材料有 、 和高分子电致伸缩材料等三类，其中 具有良好的温度稳定性，常用于高精度的测量。压电材料的 效应还可以用来产生超声波。
7．在电感式传感器中，线圈之间的没有耦合的是 式传感器，被测对象也是磁路一部分的是 传感器。
8． 光纤传感器的常用的强度调制方法有强度调制、 调制、相位调制和频率调制等几种。

二、简答题（40分，每题10分）：
1．什么是传感器？以加速度传感为例，画图说明传感器的敏感元件和转换元件的定义和作用。
2．简述电容式传感器的原理及分类。
3．设三种制造热电偶的材料A、B、C，两两配对后的热电热分别为：EAB（T，T0）、EBC（T，T0）、EAC（T，T0）。试证明：EAB（T，T0）＝EAC（T，T0）－EBC（T，T0）。并说明这一公式的实践意义。
4．解释光纤传感器数值孔径的意义。

三、综合题（30分，每题15分）。
1． 试列出三种测量流量的方法，并说明各自的应用范围。
2． 以任意一种传感器为例，说明差动测量的优点。
07物理系传传感器技术试题B卷参考答案
一、1．物性型 结构型
2． 铂 100 热电偶 热电偶
3．绝对式` 增量式 绝对式编码器` 1.8
4．外光电效应 内光电效应 内光电效应
5．压电晶体 压电陶瓷 压电晶体` 逆压电效应`
6．自感式 电涡流式
7．偏振
三、1．答：传感器是一种能将被测量转化成电量的装置，由敏感元件、转换元件和测量电路组成(3分 )。加速度传感器一般由质量块、弹性元件和机电转换元件组成，质量块装在弹性元件上，起到对加速度的敏感作用，因此是敏感元件。(2分 )根据不同的机电原理可以构成电阻应变式传感器、电容式或电感式加速度传感器，这些机电元件是转换元件（2分）。对转换元件的测量装置构成测量电路。（图3分略）
2.答：电容式传感器是将被测量转换为电容变化的一类传感器（2分）。其原理是：电容C：（2分）式中，ε0：真空介电常数:(8.854×10－12 F/m；εr：介质的相对介电常数；δ：两极板间的距离；A：极板的有效面积（2分）。因此，改变εr、δ、A三者之一可分别构成变介质型、变极距型和变面积型电容式传感器。（4分）
3．

（6分）
即参考电极定律的数学表达式。表明参考电极C与A、B两种电极配对时热电势之差为电极A、B配对后的热电势。利用该定律可简化热电偶的选配工作，只要已知有关电极和标准电极配对的热电势，即可求出任何两种热电极配对的热电势而不需要测定。（4分）
4．光的全反射现象是光纤传光原理的基础。根据几何光学原理，当光线以较小入射角θ1由光密介质1射向光疏介质2(n1＞n2)时(见图2)，一部分入射光以折射角θ2折射入介质2，其余部分仍以θ1反射回介质1。（1分 ）
依据光折射和反射的斯涅尔(Snell)定律，有n1sinθ1=n2sinθ2。当θ1角逐渐增大直至θ1=θc时，透射入介质2的折射光也逐渐折向界面，直至沿界面传播(θ2=90°)。对应于θ2=90°时的入射角θ1称为临界角θc；此时：sinθc= n2/ n1。此是光线全部反射回介质1。（2分）
由图1和Snell定律可导出光线由折射率为n0的外界介质(空气n0=1)射入纤芯时实现全反射的临界角(始端最大入射角)为：，NA称为光纤的数值孔径。（4）是衡量光纤集光性能的主要参数。它表示：无论光源发射功率多大，只有2θc张角内的光，才能被光纤接收、传播(全反射)；NA愈大，光纤集光能力愈强。（3分）

三、1．评分标准：（1）每说出一种传感器给5分，其中：图2分，原理2分，必要的说明1分
2．差动传感器的三个优点：灵敏度提高一倍，非线性误差降低一级，补偿温度误差。
评分标准：画图正确（3分），每一种优点的说4分，其中：说出优点2分，证明或能说明优点的道理2分

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