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武汉工程大学 2022 年考研真题：833 传感器原理及应用

考试科目代码及名称：833 传感器原理及应用

适用专业：085407 仪器仪表工程 (专业学位)

一、简答题（本大题共 5 小题，每小题 4 分，共 20 分）

1.传感器的定义以及它的组成？

2.什么是传感器的线性度，有哪四种常见的线性度？

3.新型微应变传感器有何特征？

4.简要说明什么是光电效应，它可以分为几类，各类的代表性器件？

5.简述无线传感器节点的主要组成部分？

二、填空题（本大题共 7 小题，每空 1 分，共 20 分）

1.传感器的静态特性是指（ ）衡量传感器静态性能好坏的重要指标有（ ）、（ ）、（ ）、（ ）、稳定性。

2.电位器接负载，此时的输出特性为（ ），不接负载或负载无穷大，输出特性称（ ）。

3.电阻应变计由（ ）、（ ）、（ ）、（ ）组成。

4.电容式传感器分为（ ）三类。

5.当某些晶体沿一定方向伸长或者压缩是，在其表面上会产生电荷，这种效应称为（ ）。

6.载流子导体放在磁场中，如果磁场方向和电流方向（ ），则在与磁场与电流二者垂直的方向上出现（ ）这种现象称为（ ）。

7.热电偶的热电动势来源于两个方面，一是由两种导体的（ ）构成，另一个是单一导体的（ ）。热电偶的电动势的大小取决于（ ）和（ ）。 

三、原理分析题（本大题共 2 小题，共 15 分）

1.（10 分）高层建筑物的顶端按有关规定必须设置红色警示灯，确保飞机及其它飞行物体安全航行。根据下图 1 分析，为什么白天红色警示灯 EL 自动熄灭，傍晚可自动点亮并发出十分引人注目的闪烁光。

2.（5 分）压电传感器的压电片并联和串连能提高灵敏度，试求两个相同压电片并联和串联时的输出电容、电压、电荷。（单个压电片的电容、电压、电荷为 C、U、Q）。

四、计算题（本大题共 6 小题，共 75 分）

1、（15分）一测量线位移的电位器式传感器，测量范围为0-10mm，分辨率0.05mm，电阻丝材料为漆包的铂依合金，丝直径0.05mm，电阻率ρ=3.25*10^-4Ω.mm，绕在直径为50mm的骨架上，开路时电压灵敏度为2.7v/mm，求：当负载RL=10KΩ时，负载最大的电压灵敏度，最大非线性误差？

2.（15分）图2是一直流电桥。图中E=4V，R₁=R₂=R₃=R₄=120Ω，试求：

（1）R₁为金属应变片，其余为外接电阻，当ΔR₁=1.2 Ω时，电桥输出电压U_O=？（要有推导过程）（5分）

（2）R₁，R₂都为应变片，且批号相同，感受应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥输出电压U_O=？（要有推导过程）（5分）

（3）题（2）中，如果R₂与R₁感受应变的极性相反，且│ΔR₁│=│ΔR₂│=1.2Ω，电桥输出电压U_O=？（5分）

3.（10 分）一个用于位移测量的电容式传感器，两个极板是边长为 5cm 的正方形，间距为 1mm，气隙中恰好放置一个边长 5cm、厚度 1mm、相对介电常数为 4 的正方形介质板，该介质板可在气隙中自由滑动。试计算当输入位移（即介质板向某一方向移出极板相互覆盖部分的距离）分别为 0.0cm、2.5cm、5.0cm 时，该传感器的输出电容值各为多少？（其中空气的介电常数为8.854*10^-12 F/m）

4.(15分）图3为变气隙型电感传感器，衔铁面积为S=4*6mm²，每边气隙长为 =0.4mm，衔铁最大位移为ΔL_δ=±0.08mm，激励线圈匝数N=3000匝，导线直径d=0.06mm，电阻率ρ=1.75*10^-6Ω.cm，当激励电源频率f=4000HZ时，忽略漏磁和铁损，要求计算 图3 变气隙型电感传感器

（1）线圈电感值；（5分）

（2）电感的最大变化量；（5分）

（3）线圈直流电阻值。（5分）

5.（10 分）简述光纤结构？并分析光纤传光原理，推导光纤数值孔径的数学表达式。（5 分）并计算 n₁=1.44 ，n₂=1.43 的阶跃折射率光纤的数值孔径？如果外部媒质为空气 n₀=1，求该种光纤的最大入射角？（5 分）

6.（10 分）用镍铬-镍硅热电偶测量加热炉温度。已知冷端温度T₀=20℃，测得热电势e_AB （T,T₀）为 35.30mV, 求加热炉温度。镍铬-镍硅热电偶分度表如下。

五、应用电路设计题（本大题共1小题，共20分）

1.图4是AD590测温电路图，其中AD590是一种集成IC传感器，其两端在+4V到+30V的外加电压下，有线性电流1uA/K的电流输出。要求测温范围为-20℃～60℃，输出信号U0为0V到10V。

（1）、解释进入放大器前端的信号调理过程。（8分）

（2）、放大器电阻匹配，R5、R6、R7、Rf的取值。（12分）