《传感器技术及应用》考试试题总结(含答案) VIP专享VIP免费

1《传感器技术及应用》考试试题总结（含答案）06-07(A)(1)传感器作用是获取信息（测量），核心是敏感元件。从传感器用于自动化系统的角度考虑，要求传感器输出是标准的电信号，例如电压信号1～5V或电流信号4～20mA。近年来，由于微电子技术与微机械技术的发展，传感器技术的集成化与智能化发展很快，但在智能化传感器技术中，尽管微处理器具有重要的作用，但智能化传感器的关键是基础(本)传感器。(2)弹性敏感元件在阶跃载荷作用下，所产生的变形(形变)并不能立刻完成，需要经过一段时间间隔才能完成。这个过程称为弹性元件的弹性后效，它是引起某些传感器测量过程重复性（随机）误差的主要原因之一。当外力保持恒值时，弹性元件在一个较长时间范围内仍然继续缓慢变形的现象称蠕变，它是影响某些传感器测量过程稳定性的主要原因之一。二、说明应变式扭矩传感器的设计要点，并讨论可能的测量误差。（15分）原理：敏感元件可以是圆柱杆，关键参数为直径，由于扭矩作用于圆柱杆端面，在沿杆轴线的45度与135度方向上引起的正应变最大，且一个方向为正，另一方向为负。因此须在上述方向上各设置两个应变元件。可能的误差为：应变元件方向误差、四个应变元件的一致性误差、构成检测电路时电源稳定性误差、温度误差等测量电路：因为采用四个应变片分别受拉压作用，则后续电路设计成差动电路，能有效抑制非线性误差和温度误差三、利用悬臂梁的应力特性测量加速度时，悬臂梁的几何结构参数应当如何设计？（15分）回答要点：1.画出悬臂梁的结构示意图，包括敏感质量(3分)。2.画出应力敏感原件(应为4个压阻元件或若干个压电元件)在悬臂梁上的政确位置(3分)。3.指出悬臂梁敏感结构参数为：长度、宽度和厚度，且基本上满足100：10：1的关系(3分)。4.设计结构参数时，主要考虑传感器的测量范围、动态响应特性等；依敏感质量块和加速度的范围可知在悬臂梁端部所受集中力的范围(3分)。5.利用悬臂梁根部所受最大应力、应变的要求确定悬臂梁的几何结构参数(3分)。四、电容式压力传感器如何实现差动测量，试给出原理结构示意图，并对其工作原理和优点进行必要的说明。（15分）电容式传感器拓扑图如（1），等效成（2），上下两极板固定，而中间极板可上下运动，假定初始时活动极板与上下两极板间距均X，当有△P时，极板移动△X，与上极板距离X-△X，与下极板距离X+△X，电容式压力传感器工作原理：由于压差引起动极板的移动，从而和两个固定极板形成差动电路，经电桥变成信号U，再经放大器输出。优点：差动输出能有效抑制温度误差和非线性误差，而且稳定性较好,可以消除共模干扰，如温度、横向随机振动等干扰因素的影响。五、讨论谐振式传感器闭环自激系统在时域和复频域的实现条件（要求结合图进行讨论），并说明它们在实际应用中的特点。（15分）左图为谐振式传感器闭环自激的图示。激励器给写真子U2，使其在谐振频率处产生振动，其中U0Sin(wt+&)为起振电压，在复数域中Q=Wr/(W2-W1)，如果所给激励较好则选频效果也较好。实际应用中首先必须要保证闭环自激电路的形成，且激励器提供的激励要尽可能使谐振子工作在谐振频率处，这样选频效果较好，如果激励器所给的激励较大超出一定范围，效果也不会很好。在谐振式压力2膜传感器中激励与膜片非接触且置于最大法向位移处，在谐振式压力筒传感器中激励器和拾振器是相互垂直的。六、图示为一个结构新颖的传感器，请说明其测量原理、主要应用特点；若提高其测量灵敏度应采取什么措施（定性说明即可）。（20分）此图为硅谐振式微机械压力传感器，测量原理：由于真空罩内为真空状态，有压力作用时，引起谐振子1,2的变形，并且使其刚度发生变化，从而产生差动输出，实现了对压力的测量。主要应用特点：此微敏感结构的材料为单晶硅，其结构巧妙，便于集成化，微型化，应用在测量压力的场合，其体积小、质量小、功耗低、灵敏度高，稳定性也好。其次，产生的差动输出有效抑制了半导体材料温度特性差的缺点，同时也减小了非线性误差，提高了测量精确度。最后，其结合了传统传感器的差动输出思想，巧妙设计了敏感结构，并且融合了微机械技术，是传感器“测-敏-电”和微...