计量传感器2010.doc

中国计量学院
2010年攻读硕士学位研究生入学试题

考试科目名称: 传感器技术
考试科目代码: 807
考 生 姓 名:
考 生 编 号:

考生须知:
1、所有答案必须写在报考点提供的答题纸上，做在试卷或草稿纸上无效。
2、答案必须写清题号，字迹要清楚，保持卷面清洁。
3、试卷、草稿纸必须随答题纸一起交回。

本试卷共 九 大题，共 四 页。

一、 物理概念或名词解释（每题3分，共3´10=30分）
1． 传递函数
2． 对称电桥、差动电桥
3． 磁阻效应
4． 不等位电势
5． 感应同步器
6． 半导瓷
7． 热电效应
8． 功能型光纤、非功能型光纤
9． 莫尔条纹
10． 无线传感网络

二、 填空（每空0.5分，共0.5´40=20分）
1．现代信息产业的三大支柱是 、 和 ，其中 是 的源头。传感器一般由 、 、和 等三部分组成。按能量转换情况，可以分为 和 两大类。
2．压电效应可分为 和 。单个压电元件的输出信号较弱，常把两片压电元件组合在一起。由于压电材料是有极性的，因此存在 和 两种接法。
接法的电荷增加一倍，而 保持不变； 接法的电压增加一倍，而
保持不变。
3．磁电感应式传感器可以分为恒定磁通式和变磁通式两类，其中恒定磁通式又可分为
和 。变磁通式又可分为 和 。直接测量的量是速度或角速度。为了测量位移或加速度通常要接 或 的后续电路。
4．莫尔条纹具有 、 和 的特点。为了辨别位移方向，需要将两
路相位差 的信号送入辨向电路。
5．电容式传感器的电容为传感器本身的电容和寄生电容之和，其中寄生电容包括 、 、 。传感器设计等位环是为了减少 的影响。

6．热电动势由两种导体的 和单一导体的 所组成。热电动势的大小与两种导体材料的性质和 有关，与材料的 和 无关。
7．华裔科学家高锟因发明光纤获得今年的诺贝尔物理学奖。依据光纤原理工作的光纤传感器分为功能型和非功能型，其中功能型光纤根据光波特性参数的调制方式不同，又可分为 、 和 。

三、 选择题（每题2分，共2´10=20分）
1. 传感器静态特性曲线采用直线拟合线性化的目的是为了（ ）。
A.方便标定传感器 B.提高分辨力 C.提高灵敏度 D.减少迟滞误差
2. 采用箔式应变片结构可以减少（ ）。
A.温度误差 B.横向效应 C.动态误差 D.零漂和蠕变
3. 计量光栅测量精度高的原因之一是利用了（ ）。
A.光栅的衍射效应 B.光栅的干涉效应 C.误差平均效应 D.精确的光栅常数
4. 差动电容传感器采用二极管双T电路转换时，其输出电压正比于（ ）。
A.C1-C2 B.（C1-C2）/（C1+C2） C.（C1+C2）/（C1-C2） D.ΔC1-ΔC2
5. 用斩光器调制光信号是为了（ ）。
A.提高光电转换效率 B.扩展探测器的光谱响应范围
C.消除背景杂散光 D.消除探测器的热噪声
6. 差动变压器传感器在设计时考虑磁路的对称性是为了（ ）。
A.减少寄生电容的影响 B.减少零点残余电压
C.增加传感器的阈值 D.减少边缘效应的影响
7. 压电式传感器接电荷放大器可以（ ）。
A.允许用较长的连接电缆 B.把高阻抗输入变换成高阻抗输出
C.提高压电元件的居里温度 D.改善传感器的线性度
8. 挑担剪切式压电加速度传感器能有效地减少（ ）的影响。
A.热电效应 B. 逆压电效应 C.霍尔效应 D. 热释电效应
9. 位置敏感器件的缩写为（ ）。
A.PMN B.PZT C.PSD D.PVDF
10.热电阻传感器测量引线采用四线制是为了（ ）。
A.减少绝缘电阻的影响 B.消除引线电阻的影响
C.消除接触电动势的影响 D.减少寄生电动势的影响
四、（15分）
已知一测力传感器的电阻应变片的原始阻值R=120Ω，灵敏度系数k=2。若将它接入一对称电桥，电桥的电源电压Usr=10V。
①要求电桥的非线性误差γL<0.5%，应变片的最大应变ε应小于多少？（10分）
②并求最大应变时电桥的输出电压？（5分）

五、（15分）
①说明变间隙式电容传感器的灵敏度、线性度与测量量程之间的关系。（5分）
②以变间隙式电容传感器为例，证明采用差动结构不仅可以改善线性度，而且也可将灵敏度提高一倍。（10分）

六、（15分）
①简要说明CCD的光电转换原理。（5分）
②画出用CCD测量零件尺寸的原理框图，并以此说明测量原理。（8分）
③上述测量原理中CCD传感器的分辨力主要由什么决定？（2分）

七、（10分）
①用一支K型热电偶测量炉子的温度，电位计读数是60mV，测量时冷端所处环境温度为50℃，问炉子的温度是多少？（热电偶的灵敏度为0.08 mV/℃）（5分）
②如果将此热电偶冷端放到控制室并将温度恒定在25℃，问电位计的读数变为多少？（炉温保持不变）（5分）

八、（15分）
采用恒流源供电和并联电阻方法可以补偿霍尔元件的温度误差。假设温度为t0时，霍尔元件的灵敏度系数为Kh0，灵敏度温度系数为；霍尔元件的电阻为Ri0，元件电阻温度系数为；并联电阻为R0，并联电阻温度系数为。再假设灵敏度系数、元件电阻和并联电阻与温差 成线性关系，即 ，
，

当温度上升到t 时，证明并联电阻R0满足如下关系时，可以实现温度补偿。

九、（10分）
设一管道的截面积为A，流体流速均匀。任举一种测量流量的传感器，重点阐述其测量原理、转换电路及设计要点。

【完】
《传感器技术 》试卷 第4页 共4页