《传感器及应用》磁电式传感器（举一反三考点练）- 课后自测（卷2）答案+原卷版

举一反三考点练 《传感器及应用》磁电式传感器-课后自测 知识点一 基本工作原理与基本结构 1. （简答题）简述磁电式传感器的基本工作原理。 【答案】 磁电式传感器基于电磁感应原理工作。当线圈在磁场中做切割磁感线运动，或者通过线圈的磁通量发生变化时，根据法拉第电磁感应定律，线圈中会产生感应电动势。感应电动势的大小与穿过线圈的磁通量的变化率或线圈切割磁感线的速度成正比，通过测量感应电动势就可以获取与运动速度或磁场变化相关的物理量。 2. （简答题）简述磁电式传感器的基本结构组成部分及其作用。 【答案】 永久磁铁：提供稳定的磁场，是产生电磁感应的基础条件，其磁场强度和分布情况影响传感器的性能。 线圈：当线圈相对磁场运动或者磁场相对线圈变化时，线圈内的磁通量改变，从而产生感应电动势，它是感应信号的载体。 铁芯：用于增强磁场，使磁通量更集中地通过线圈，提高传感器的灵敏度，并且可以引导磁场分布，保证磁场与线圈之间有良好的耦合。 3. （计算题）已知磁电式传感器的线圈匝数N = 1000匝，磁场的磁通量= 0.01Wb，线圈在0.1s内转过90°，求此时传感器产生的感应电动势大小。 【答案】100V 【解析】 线圈转过90°后，磁通量变为0。 根据法拉第电磁感应定律，，。 则。 4. （填空题）磁电式传感器的核心工作原理是______定律。 【答案】法拉第电磁感应 5. （填空题）在磁电式传感器中，为了使磁场更集中地通过线圈，通常会使用______部件。 【答案】铁芯 知识点二 测量转换电路 1. （简答题）简述磁电式传感器常用的测量转换电路有哪些。 【答案】 积分电路：当磁电式传感器用于测量速度并希望转换为位移信号时，积分电路是常用的转换电路。它可以将传感器输出的与速度成正比的感应电动势信号通过积分运算转换为与位移成正比的信号。 微分电路：若要将传感器输出的感应电动势（如在某些特殊应用场景下与位移有关的信号）转换为与加速度有关的信号，微分电路可以实现这一转换，因为加速度是速度的变化率，而速度又是位移的变化率。 运算放大器电路：利用运算放大器组成的比例放大电路，对传感器输出的微弱信号进行放大，以满足后续信号处理或显示设备的要求，同时可以调整放大倍数，使输出信号幅值在合适的范围。 2. （简答题）简单说明磁电式传感器测量转换电路中积分电路的工作原理。 【答案】 积分电路主要由一个电阻和一个电容组成（如典型的RC积分电路）。当磁电式传感器输出的与速度成正比的电压信号ui输入积分电路时，根据基尔霍夫定律和电容的充电特性，电容C两端的电压uo（即积分电路输出电压）和输入电压ui的关系为。随着时间的推移，输出电压uo会对输入电压ui进行积分运算，将速度信号转换为位移信号，因为速度对时间的积分是位移。 3.（分析题）分析在磁电式传感器测量转换电路中，微分电路输出信号失真可能的原因。 【答案】 元件参数选择不当：微分电路的输出与电路中的电阻R和电容C有关，输出电压。如果R和C的值选择不合理，如RC时间常数过大或过小，当输入信号的频率变化时，输出信号可能无法正确反映输入信号的变化率，从而导致失真。 输入信号特性问题：如果磁电式传感器输出的输入信号存在噪声干扰或者信号变化过于剧烈（如突变的尖峰信号），微分电路可能会放大这些非理想信号成分，导致输出信号失真。因为微分电路对信号的变化率敏感，噪声或突变信号会使输出信号产生不符合实际物理量变化的尖峰或振荡。 电路负载影响：当微分电路后级连接的负载阻抗较低时，会对微分电路的输出产生分流作用，改变电路的时间常数和频率响应特性，使输出信号的幅度和波形发生变化，从而导致失真。 4.（计算题）已知磁电式传感器输出的感应电动势E = 0.1V，其测量转换电路为一积分电路，电阻R = 10，电容C = 1，经过t = 1s时间后，求积分电路输出电压。（假设初始电压为0V）。 【答案】10V 【解析】 根据积分电路公式，将E = 0.1V，R = 10×103，C = 1F，t = 1s代入可得： 5.（填答题）在磁电式传感器测量转换电路中，将速度信号转换为位移信号通常使用______电路。 【答案】积分 知识点三 磁电式传感器的应用 1. （简答题）简述磁电式扭矩仪的工作原理。 【答案】 磁电式扭矩仪利用了轴受扭时产生的剪切应变与表面应力分布变化，进而引起磁导率变化的特性。在弹性轴上粘贴有磁敏元件，当轴未受扭矩时，磁敏元件周围磁场均匀分布，输出一稳定信号。当轴受到扭矩作用时，轴表面应力分布改变，导致磁导率变化，进而使磁敏元件所处磁场发生变化，引起磁敏元件输出电信号改变。通过测量该电信号变化，经换算就能得到所施加的扭矩值。 2. （简答题）磁电式机载振动监视系统中，如何区分不同部位的振动信号。 【答案】 在磁电式机载振动监视系统中，不同部位会安装多个磁电式振动传感器。每个传感器都有其特定的安装位置和编号，以此对应飞机的不同部位，如发动机、机翼、机身等。系统通过信号采集线连接各个传感器，根据传感器的编号和预先设定的映射关系，对采集到的信号进行分类识别，从而区分出不同部位的振动信号。并且，由于不同部位的振动频率、幅度等特征存在差异，系统还可通过对信号特征的分析，进一步确认信号来自哪个具体部位。 3. （分析题）分析磁电式扭矩仪测量精度受哪些因素影响。 【答案】 弹性轴的材料特性：弹性轴的弹性模量、剪切模量等材料参数的稳定性对测量精度影响很大。若材料性能随温度、时间等因素变化，会导致轴在相同扭矩下产生的应变不一致，从而影响磁导率变化规律，最终影响测量精度。 磁敏元件的性能：磁敏元件的灵敏度、线性度、稳定性等指标决定了其对磁场变化的感知和输出准确性。若磁敏元件性能不佳，如灵敏度漂移、线性范围有限，会使测量的电信号不能准确反映扭矩变化，导致测量误差。 安装因素：磁敏元件在弹性轴上的安装位置和安装方式至关重要。若安装位置不准确，无法准确感受轴受扭时的磁导率变化；安装不牢固，在轴转动过程中磁敏元件发生位移，都会使测量精度下降。 环境因素：温度、湿度、外界磁场干扰等环境因素会影响弹性轴的材料性能和磁敏元件的工作状态。例如，温度变化可能导致弹性轴热胀冷缩，改变其应力应变关系；外界强磁场干扰会使磁敏元件周围磁场紊乱，进而影响测量精度。 4. （填空题）磁电式扭矩仪中，弹性轴受扭时，其表面 _______的变化会引起磁敏元件周围磁场改变。 【答案】磁导率 5. （填空题） 磁电式机载振动监视系统通过对多个传感器信号的分析，可实现对飞机不同部位振动的_______、定位和报警功能。 【答案】监测 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 举一反三考点练 《传感器及应用》磁电式传感器-课后自测 知识点一 基本工作原理与基本结构 1. （简答题）简述磁电式传感器的基本工作原理。 2. （简答题）简述磁电式传感器的基本结构组成部分及其作用。 3. （计算题）已知磁电式传感器的线圈匝数N = 1000匝，磁场的磁通量= 0.01Wb，线圈在0.1s内转过90°，求此时传感器产生的感应电动势大小。 4. （填空题）磁电式传感器的核心工作原理是______定律。 5. （填空题）在磁电式传感器中，为了使磁场更集中地通过线圈，通常会使用______部件。 知识点二 测量转换电路 1. （简答题）简述磁电式传感器常用的测量转换电路有哪些。 2. （简答题）简单说明磁电式传感器测量转换电路中积分电路的工作原理。 3.（分析题）分析在磁电式传感器测量转换电路中，微分电路输出信号失真可能的原因。 4.（计算题）已知磁电式传感器输出的感应电动势E = 0.1V，其测量转换电路为一积分电路，电阻R = 10，电容C = 1，经过t = 1s时间后，求积分电路输出电压。（假设初始电压为0V）。 5.（填答题）在磁电式传感器测量转换电路中，将速度信号转换为位移信号通常使用______电路。 知识点三 磁电式传感器的应用 1. （简答题）简述磁电式扭矩仪的工作原理。 2. （简答题）磁电式机载振动监视系统中，如何区分不同部位的振动信号。 3. （分析题）分析磁电式扭矩仪测量精度受哪些因素影响。 4. （填空题）磁电式扭矩仪中，弹性轴受扭时，其表面 _______的变化会引起磁敏元件周围磁场改变。 5. （填空题） 磁电式机载振动监视系统通过对多个传感器信号的分析，可实现对飞机不同部位振动的_______、定位和报警功能。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$