2009年本科生“传感器技术及应用”试题(A卷) 一、（本题12分）谈谈你对传感器关键词的理解。 回答要点： (1)传感器的关键词是：“测量”、“敏感”和“电信号”：(3分) (②)“测量”指的是传感器的功能、作用：“敏感”指的是传感器的核心是敏 感机理，即通过敏感元件直接感受被测量；“电信号”指的是传感器必须输出 可用的电信号。(9分) 二、简述弹性敏感元件的弹性滞后和弹性后效的物理意义？它们影响传感器的 哪些性能？(12分) 回答要点： 弹性滞后：当外力作用下，弹性元件正反行程输出不一致的现象称为弹性滞后。 (3分) 弹性后效：弹性元件在阶跃载荷作用下，所产生的变形并不能立刻完成，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。(3分) 弹性滞后影响传感器的迟滞误差：(3分) 弹性后效主要影响传感器的重复性和快速性。(3分) 注：可以用图示来说明弹性滞后和弹性后效的物理意义。 三、（本题12分）论述压阻效应与压电效应的不同点。 回答要点：可以从引起效应的机理、特点以及效应的强弱、受温度的影响程度 等进行讨论： (1)压阻效应：主要是电阻率的变化，改变的是电阻，需要有电路进行转换： 压电效应：主要是电荷（电场）的变化，能够直接输出电信号；(4分) (2)压阻效应是直流效应，可测量静态，也可以测量动态信号；压电效应是交 流效应，不能直接测量静态，主要用于较高频率的动态测量：(4分)
1 2009 年本科生“传感器技术及应用”试题(A 卷) 一、(本题12分) 谈谈你对传感器关键词的理解。 回答要点: (1) 传感器的关键词是：“测量”、“敏感”和“电信号”；(3 分) (2) “测量”指的是传感器的功能、作用；“敏感”指的是传感器的核心是敏 感机理，即通过敏感元件直接感受被测量；“电信号”指的是传感器必须输出 可用的电信号。(9 分) 二、简述弹性敏感元件的弹性滞后和弹性后效的物理意义？它们影响传感器的 哪些性能？(12 分) 回答要点： 弹性滞后：当外力作用下，弹性元件正反行程输出不一致的现象称为弹性滞后。 (3 分) 弹性后效：弹性元件在阶跃载荷作用下，所产生的变形并不能立刻完成，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。(3 分) 弹性滞后影响传感器的迟滞误差；(3 分) 弹性后效主要影响传感器的重复性和快速性。(3 分) 注：可以用图示来说明弹性滞后和弹性后效的物理意义。 三、(本题 12 分) 论述压阻效应与压电效应的不同点。 回答要点：可以从引起效应的机理、特点以及效应的强弱、受温度的影响程度 等进行讨论： (1) 压阻效应：主要是电阻率的变化，改变的是电阻，需要有电路进行转换； 压电效应：主要是电荷(电场)的变化，能够直接输出电信号；(4 分) (2) 压阻效应是直流效应，可测量静态，也可以测量动态信号；压电效应是交 流效应，不能直接测量静态，主要用于较高频率的动态测量；(4 分)
(3)压阻效应弱于压电效应：(2分) (4) 压阻效应：温度影响大于压电效应。(2分) 四、（本题16分）图示为一传感器的工作原理图，这是什么传感器？利用了哪两 种原理？画出传感器的框图。 绝缘体 固定电极 m 弹簧片 C2 活动极板（质量块） 题四图 回答要点： (1)电容式加速度传感器：(4分) (2)一是利用了敏感质量感受加速度，将加速度转变为惯性力的原理：(3分) 二是利用了位移转换为电容的原理，C1、C2,形成差动变换方式；(3分) (3)准确表述传感器的框图。(6分) 必须包括以下环节：加速度一集中力一差动电容一电容式变换电路—一 输出电信号。 五、（本题16分）如何提高谐振敏感元件的机械品质因数？ 回答要点： 从材料、工艺、结构、应用环境等四个方面进行论述。 答对任意一点4分：任意两点8分：任意三点12分：四点16分。 六、（本题16分）图示为以科氏质量流量传感器为基础传感器的智能化传感系统 2
2 (3) 压阻效应弱于压电效应；(2 分) (4) 压阻效应：温度影响大于压电效应。(2 分) 四、(本题 16 分)图示为一传感器的工作原理图，这是什么传感器？利用了哪两 种原理？画出传感器的框图。 题四图 回答要点: (1) 电容式加速度传感器；(4 分) (2) 一是利用了敏感质量感受加速度，将加速度转变为惯性力的原理；(3 分) 二是利用了位移转换为电容的原理，C1、C2，形成差动变换方式；(3 分) (3) 准确表述传感器的框图。(6 分) 必须包括以下环节：加速度——集中力——差动电容——电容式变换电路—— 输出电信号。 五、(本题 16 分) 如何提高谐振敏感元件的机械品质因数？ 回答要点： 从材料、工艺、结构、应用环境等四个方面进行论述。 答对任意一点 4 分；任意两点 8 分；任意三点 12 分；四点 16 分。 六、(本题 16 分)图示为以科氏质量流量传感器为基础传感器的智能化传感系统 m 绝缘体 固定电极 弹簧片 活动极板(质量块)
示意图，请说明该图揭示的基本信息。 批控罐装 流体入 7 科氏效应 解算Qm m=Qmdt 闭环 放大器 谐振特性 v=器at V 解算P 基本传感器 流体出 双组份流 体解算 一双组分信息 设定双组分 密度P1,P2 信息处理单元 题六图以科氏质量流量传感器为基础传感器的智能化传感系统示意图 回答要点： (1)揭示了科氏质量流量计的智能化传感系统的信号流程示意图：(3分) (2)利用科氏效应实现对质量流量的直接测量：(3分) 利用谐振频率特性实现对流体密度的直接测量；(3分)》 利用同步测出的质量流量与密度，推算出流体的体积流量：(3分) 对于双组分流体，可以实现其各自组分的测量（解算）：(2分) (3)通过对流量参数的测量，实现批控，用于灌装。(2分) 七、（本题16分）建立集合（位移、速度、加速度、集中力）与集合（图a、图b、 图c、图)的映射关系，简要说明依据。从中挑选任意一种映射关系说明其应 用特点。 3
3 示意图，请说明该图揭示的基本信息。 题六图 以科氏质量流量传感器为基础传感器的智能化传感系统示意图 回答要点： (1) 揭示了科氏质量流量计的智能化传感系统的信号流程示意图；(3 分) (2) 利用科氏效应实现对质量流量的直接测量；(3 分) 利用谐振频率特性实现对流体密度的直接测量；(3 分) 利用同步测出的质量流量与密度，推算出流体的体积流量；(3 分) 对于双组分流体，可以实现其各自组分的测量(解算)；(2 分) (3) 通过对流量参数的测量，实现批控，用于灌装。(2 分) 七、(本题 16 分) 建立集合(位移、速度、加速度、集中力)与集合(图 a、图 b、 图 c、图 d)的映射关系，简要说明依据。从中挑选任意一种映射关系说明其应 用特点。 闭 环 放 大 器 基 本 传 感 器 流 体 出 流 体 入 批 控 罐 装 科 氏 效 应 解 算 解 算 谐 振 特 性 双 组 份 流 体 解 算 设 定 双 组 分 密 度 双 组 分 信 息 信 息 处 理 单 元 f f
R a b 引出线 R1(R2) 张紧敏感 m 腹片 固定极 焊接密封 板（一对） R3(R4) 梁 引出线 为X2 c d 题七图几种典型的传感器 回答要点： (1)准确建立集合映射关系8分： (位移、速度、加速度、集中力)~（图c、图a、图d、图b),说明依据3分： (2)准确表述出应用特点5分
4 θ θ a b 引出线 固定极 板(一对) 引出线 张紧敏感 膜片 焊接密封 c d 题七图 几种典型的传感器 回答要点： (1) 准确建立集合映射关系 8 分； (位移、速度、加速度、集中力)～(图 c、图 a、图 d、图 b)，说明依据 3 分； (2) 准确表述出应用特点 5 分。 梁 x x x