第3章 传感与检测技术
一、选择题
1. 在传感检测模型中，负责将敏感元件输出转换成适于传输的电信号的元件是：
A. 转换元件 B. 信号调理转换电路 C. 辅助电源 D. 信号变换电路
答案：A
背诵关键词
转换元件 = 把敏感元件的输出转换成电信号
2. 在传感检测模型中，负责将微弱（毫伏级）信号进行放大或调制的电路是：
A. 转换元件 B. 信号调理转换电路 C. 辅助电源 D. 信号变换电路
答案：B
背诵关键词
信号调理转换电路 = 放大 + 调制微弱信号
3. 在传感检测模型中，负责将电信号转换为数字信号的电路是：
A. 转换元件 B. 信号调理转换电路 C. 辅助电源 D. 信号变换电路
答案：D
背诵关键词
信号变换电路 = 模拟电信号 → 数字信号
4. 下列不属于按传感器工作原理进行分类的传感器是：
A. 应变式传感器 B. 化学型传感器 C. 压电式传感器 D. 热电式传感器
答案：B
背诵关键词
按工作原理分类：电压式/压电式/热电式/应变式 — 化学型是按材料分类
5. 传感器的静态特性指标包括：
A. 线性度、灵敏度、重复性 B. 幅频特性、相频特性、稳态误差 C. 迟滞、重复、漂移 D. 精度、时间常数、重复性
答案：A
背诵关键词
静态特性指标 = 线性度 + 灵敏度 + 重复性（动态特性才有幅频/相频）
6. 用遥控器控制电视机就是传感器把光信号转化为电信号的过程。下列采用同类传感器的应用是：
A. 红外报警装置 B. 走廊照明等的声控开关 C. 自动洗衣机中的压力传感装置 D. 电饭煲中控制加热和保温的温控器
答案：A
背诵关键词
遥控器 = 光（红外）→ 电 → 红外报警装置同类
7. 关于CCD和CMOS的优缺点，以下描述错误的是：
A. 同尺寸下，CCD传感器的灵敏度高于CMOS传感器 B. CMOS传感器的工作速度优于CCD传感器 C. CMOS传感器的噪点高于CCD传感器 D. 现在的CMOS传感器响应均匀性要好于CCD传感器
答案：D
背诵关键词
CCD灵敏度高、均匀性好；CMOS速度快但噪点多 — D说CMOS均匀性更好，是错误的
8. 目前流行的智能手机的计步功能，主要通过（ ）传感器实现：
A. 加速器 B. 温度 C. 光 D. 声音
答案：A
背诵关键词
计步 = 加速度传感器（检测运动加速度变化）
二、简答题
1. 什么叫传感器？它由哪几部分组成？它们的相互关系如何？
考点
这题考的是传感器定义 + 三大组成 + 信号流关系。
答案逻辑
定义：传感器是能感受规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。
组成： - 敏感元件：直接感受被测量（非电量，如温度、压力、位移等）。 - 转换元件：将敏感元件的响应转换成适于传输的电信号（如电压、电流、电阻等）。 - 信号调理转换电路：对微弱电信号进行放大、运算调制等处理。 - 辅助电源：为以上电路供电。
关系：非电量 → 敏感元件 → 转换元件 → 电信号 → 信号调理电路 → 可用输出信号。
背诵关键词
传感器 = 感受 + 转换 — 敏感元件（感受）→ 转换元件（出电量）→ 信号调理（放大）→ 辅助电源（供电）
简化背诵版
传感器是能感受规定被测量并将其转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件、转换元件、信号调理转换电路和辅助电源组成。敏感元件接收非电量输入，转换元件将其变为电量，信号调理电路进行放大处理，辅助电源为整个系统供电。
2. 什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？如何用公式表征这些性能指标？
考点
这题考的是静态特性定义 + 多项式公式 + 五个性能指标。
答案逻辑
定义：传感器的静态特性是指被测量处于稳定状态时，输出与输入之间的关系（不含时间变量）。
公式：y = a₀ + a₁x + a₂x² + … + aₙxⁿ - a₀：输入为零时的输出（零点误差） - a₁, a₂, …, aₙ：非线性项系数
五个性能指标：灵敏度、迟滞、线性度、重复性、漂移。
背诵关键词
静态特性 = 稳态下输出/输入关系 — 多项式y=a₀+a₁x+…+aₙxⁿ — 灵敏度/迟滞/线性度/重复性/漂移
简化背诵版
传感器的静态特性是指被测量处于稳定状态时输出与输入的关系，不含时间变量。输入x与输出y的关系用多项式表示：y=a₀+a₁x+a₂x²+…+aₙxⁿ，其中a₀是零点输出，其余为非线性项系数。静态特性一般用灵敏度、迟滞、线性度、重复性和漂移五个指标来描述。
3. 根据工作原理，可以将传感器分为哪几类？
考点
这题考的是按工作原理的分类方式和典型类别。
答案逻辑
分类依据：将物理、化学等学科的原理、规律和效应作为分类依据。
典型类别：电压式、热电式、电阻式、光电式、电感式等。
补充理解：同一种被测量可用不同类型传感器测量；同一原理的传感器也可测量多种物理量。
背诵关键词
按工作原理 = 物理/化学规律 — 电压式、热电式、电阻式、光电式、电感式
简化背诵版
根据工作原理，将物理和化学等学科的原理、规律和效应作为分类依据，可将传感器分为电压式、热电式、电阻式、光电式、电感式等类型。
4. 什么是应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。
考点
这题考的是应变效应定义 + 电阻变化机理。
答案逻辑
应变效应：吸附在基体材料上的应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称电阻应变效应。
工作原理： - 金属丝受拉伸时：长度增加、截面积减小 → 电阻增大。 - 金属丝受压缩时：长度减小、截面积增大 → 电阻减小。 - 通过测量电阻两端电压变化，即可获得应变量。
背诵关键词
应变效应 = 形变→阻值变化 — 拉伸：长↑截面↓电阻↑；压缩：长↓截面↑电阻↓ — 测电压得应变
简化背诵版
应变效应是指吸附在基体材料上的应变电阻随机械形变产生阻值变化的现象。金属丝受拉伸时，长度增加、截面积减小，电阻增大；受压缩时，长度减小、截面积增大，电阻减小。通过测量电阻两端的电压变化，即可获得应变量。
5. 电感式传感器有几种结构形式？各有什么特点？
考点
这题考的是三种结构形式及各自特点。
答案逻辑
三种结构：自感式、互感式（差动变压器式）、电涡流式。
特点： - 自感式：最常见的电感式传感器，利用线圈自感变化。 - 互感式（差动变压器式）：利用变压器原理，常做成差动形式，精度高。 - 电涡流式：利用电涡流效应，可测位移等。
总体优点：结构简单、灵敏度高、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强、测量精度高。
背诵关键词
自感式 + 互感式（差动变压器）+ 电涡流式 — 灵敏度高、输出功率大、抗干扰强
简化背诵版
电感式传感器根据感知原理可分为自感式、互感式和电涡流式三种。自感式是最常见的形式；互感式利用变压器原理，常做成差动变压器式；电涡流式利用电涡流效应测量位移等参数。电感式传感器总体具有结构简单、灵敏度高、输出功率大、抗干扰能力强等优点。
6. 简述变磁通式和恒磁通式磁电传感器的工作原理。
考点
这题考的是两种磁电传感器的结构与工作原理对比。
答案逻辑
恒磁通式： - 组成：永久磁铁、线圈、弹簧、金属骨架等。 - 原理：传感器与被测物紧固在一起，物体振动时传感器外壳随之振动，线圈切割磁力线产生感应电动势。
变磁通式： - 原理：线圈和磁铁部分静止不动，与被测物连接而运动的部分由导磁材料制成。运动时改变磁路的磁阻，进而改变穿过线圈的磁通量，在线圈中产生感应电动势。
背诵关键词
恒磁通：整体振动→线圈切割磁力线；变磁通：导磁部件运动→磁阻变→磁通量变→产生电动势
简化背诵版
恒磁通式磁电传感器由永久磁铁、线圈、弹簧等组成，传感器与被测物紧固，物体振动时整体随之振动，产生感应电动势。变磁通式传感器的线圈和磁铁固定不动，与被测物连接的运动部件由导磁材料制成，运动时改变磁路磁阻，从而改变线圈磁通量，产生感应电动势。
7. 测量位移的传感器有哪些？简述其工作原理。
考点
这题考的是两类测位移传感器及原理。
答案逻辑
两类传感器： - 应变电阻器：利用应变效应，形变引起电阻变化，从而测出位移量。 - 电涡流式传感器：利用电涡流效应，导体与线圈距离变化引起涡流变化，从而测量位移。
背诵关键词
位移测量：应变电阻器（形变→阻变）+ 电涡流式（距离→涡流变化）
简化背诵版
测量位移的传感器主要有应变电阻器和电涡流式传感器。应变电阻器利用形变引起电阻变化来测量位移；电涡流式传感器利用导体与线圈间距变化引起涡流效应变化来测量位移。