《传感器应用技术》项目五：课题3 压电式传感器的测量电路 45分钟专题训练（原卷版+解析版）

浙江省单独招生考试《传感器应用技术》45分钟专题训练专辑，共36份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固传感器应用技术理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加电气自动化专业类高考的学生。 《传感器应用技术》 项目五： 压电式传感器 课题三 压电式传感器的测量电路 时间：45分钟 总分：100分 班级 姓名 学号 成绩 一、单项选择题(本大题共20小题，每小题3分，共60分) 在每小题列出的四个备选答案中，只有一个是符合题目要求的，错选、多选均无分。 1.压电式传感器最常用的前置放大器是： A. 电荷放大器 B. 电压放大器 C. 电流放大器 D. 功率放大器 2.电荷放大器的反馈元件主要是： A. 电阻 B. 电容 C. 电感 D. 二极管 3.压电式传感器测量系统中，电缆电容会影响： A. 电荷放大器的输出 B. 电压放大器的输出 C. 传感器的灵敏度 D. 传感器的谐振频率 4.电荷放大器的输出电压与： A. 输入电荷成正比 B. 反馈电容成反比 C. 两者都正确 D. 两者都不正确 5.压电式传感器测量系统的低频响应主要取决于： A. 电荷放大器的反馈电阻 B. 电缆的长度 C. 传感器的谐振频率 D. 环境温度 6.理想的电荷放大器应具有： A. 高输入阻抗 B. 低输出阻抗 C. 两者都需要 D. 两者都不需要 7.电压放大器的输出电压与： A. 输入电荷成正比 B. 总输入电容成反比 C. 两者都正确 D. 两者都不正确 8.压电式传感器测量系统的高频响应主要受限于： A. 传感器的谐振频率 B. 放大器的带宽 C. 电缆的分布参数 D. 以上都是 9.电荷放大器的反馈电阻主要作用是： A. 提供直流反馈通路 B. 限制带宽 C. 提高增益 D. 降低噪声 10.压电式传感器测量系统的噪声主要来源于： A. 传感器本身 B. 电缆 C. 放大器 D. 以上都是 11.提高压电式传感器测量系统信噪比的方法不包括： A. 使用低噪声电缆 B. 缩短电缆长度 C. 提高放大器增益 D. 良好接地 12.电荷放大器的增益单位通常是： A. V/pC B. mV/N C. pC/V D. N/mV 13.压电式传感器测量系统的接地方式应采用： A. 单点接地 B. 多点接地 C. 浮地 D. 根据情况选择 14.IEPE（ICP）型压电传感器的特点是： A. 内置前置放大器 B. 需要恒流源供电 C. 输出低阻抗信号 D. 以上都是 15.压电式传感器测量系统中，电缆抖动可能引起： A. 摩擦电效应 B. 压电效应 C. 热电效应 D. 光电效应 16.电荷放大器的下限截止频率由什么决定： A. 反馈电阻和反馈电容 B. 输入电容和电缆电容 C. 放大器的增益带宽积 D. 传感器的谐振频率 17.压电式传感器测量系统的时间常数τ等于： A. Rf×Cf B. Ci×Cf C. Ri×Ci D. Rf×Ci 18.下列哪种连接方式可减小电缆噪声影响： A. 双线连接 B. 同轴电缆 C. 三轴电缆 D. B和C 19.压电式传感器测量系统的动态范围取决于： A. 传感器的线性范围 B. 放大器的动态范围 C. 噪声水平 D. 以上都是 20.在高温环境下使用压电式传感器，应特别注意： A. 选用高温电缆 B. 使用电荷放大器 C. 增加冷却装置 D. A和B 二、是非选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 根据题干分析并判断下列各题。正确的填“A”，错误的填“B”。错选、多选或未选均无分。 （ ）1.电荷放大器的输出电压与电缆电容无关。 （ ）2.电压放大器比电荷放大器更适合长电缆传输。 （ ）3.IEPE传感器需要外部提供恒流源供电。 （ ）4.压电式传感器测量系统必须良好接地。 （ ）5.电荷放大器的反馈电容值决定其灵敏度。 （ ）6.压电式传感器的输出可以直接连接示波器观察。 （ ）7.三轴电缆可以完全消除电缆噪声。 （ ）8.电荷放大器可以测量直流信号。 （ ）9.压电式传感器测量系统的低频响应可以无限延伸。 （ ）10.传感器的绝缘电阻影响系统的低频响应。 三、解析题（本大题共3小题，共20分） 1.一个压电式传感器灵敏度为10pC/N，连接100pF电缆和电荷放大器（Cf=1000pF，Rf=10GΩ）。求： a) 系统电压灵敏度（mV/N）； b) 下限截止频率； c) 施加200N阶跃力后，1分钟时的输出电压。 2.详细分析比较电荷放大器和电压放大器在压电式传感器测量中的优缺点，说明在不同应用场合应如何选择，并给出典型应用实例。 3.设计一个压电式加速度传感器测量系统，要求： 测量范围±500g 频率范围0.1Hz-10kHz 环境温度-20℃～+80℃ 电缆长度20米 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 浙江省单独招生考试《传感器应用技术》45分钟专题训练专辑，共36份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固传感器应用技术理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加电气自动化专业类高考的学生。 《传感器应用技术》 项目五： 压电式传感器 课题三 压电式传感器的测量电路 时间：45分钟 总分：100分 班级 姓名 学号 成绩 一、单项选择题(本大题共20小题，每小题3分，共60分) 在每小题列出的四个备选答案中，只有一个是符合题目要求的，错选、多选均无分。 1.压电式传感器最常用的前置放大器是： A. 电荷放大器 B. 电压放大器 C. 电流放大器 D. 功率放大器 【答案】A 【解析】电荷放大器最常用 2.电荷放大器的反馈元件主要是： A. 电阻 B. 电容 C. 电感 D. 二极管 【答案】B 【解析】反馈元件主要是电容 3.压电式传感器测量系统中，电缆电容会影响： A. 电荷放大器的输出 B. 电压放大器的输出 C. 传感器的灵敏度 D. 传感器的谐振频率 【答案】B 【解析】影响电压放大器输出 4.电荷放大器的输出电压与： A. 输入电荷成正比 B. 反馈电容成反比 C. 两者都正确 D. 两者都不正确 【答案】C 5.压电式传感器测量系统的低频响应主要取决于： A. 电荷放大器的反馈电阻 B. 电缆的长度 C. 传感器的谐振频率 D. 环境温度 【答案】A 6.理想的电荷放大器应具有： A. 高输入阻抗 B. 低输出阻抗 C. 两者都需要 D. 两者都不需要 【答案】C 7.电压放大器的输出电压与： A. 输入电荷成正比 B. 总输入电容成反比 C. 两者都正确 D. 两者都不正确 【答案】B 8.压电式传感器测量系统的高频响应主要受限于： A. 传感器的谐振频率 B. 放大器的带宽 C. 电缆的分布参数 D. 以上都是 【答案】D 9.电荷放大器的反馈电阻主要作用是： A. 提供直流反馈通路 B. 限制带宽 C. 提高增益 D. 降低噪声 【答案】A 【解析】提供直流反馈通路 10.压电式传感器测量系统的噪声主要来源于： A. 传感器本身 B. 电缆 C. 放大器 D. 以上都是 【答案】D 11.提高压电式传感器测量系统信噪比的方法不包括： A. 使用低噪声电缆 B. 缩短电缆长度 C. 提高放大器增益 D. 良好接地 【答案】C 【解析】提高增益不改善信噪比 12.电荷放大器的增益单位通常是： A. V/pC B. mV/N C. pC/V D. N/mV 【答案】A 13.压电式传感器测量系统的接地方式应采用： A. 单点接地 B. 多点接地 C. 浮地 D. 根据情况选择 【答案】A 14.IEPE（ICP）型压电传感器的特点是： A. 内置前置放大器 B. 需要恒流源供电 C. 输出低阻抗信号 D. 以上都是 【答案】D 15.压电式传感器测量系统中，电缆抖动可能引起： A. 摩擦电效应 B. 压电效应 C. 热电效应 D. 光电效应 【答案】A 【解析】电缆抖动引起摩擦电效应 16.电荷放大器的下限截止频率由什么决定： A. 反馈电阻和反馈电容 B. 输入电容和电缆电容 C. 放大器的增益带宽积 D. 传感器的谐振频率 【答案】A 17.压电式传感器测量系统的时间常数τ等于： A. Rf×Cf B. Ci×Cf C. Ri×Ci D. Rf×Ci 【答案】A 18.下列哪种连接方式可减小电缆噪声影响： A. 双线连接 B. 同轴电缆 C. 三轴电缆 D. B和C 【答案】D 【解析】同轴和三轴电缆都可 19.压电式传感器测量系统的动态范围取决于： A. 传感器的线性范围 B. 放大器的动态范围 C. 噪声水平 D. 以上都是 【答案】D 【解析】取决于多方面因素 20.在高温环境下使用压电式传感器，应特别注意： A. 选用高温电缆 B. 使用电荷放大器 C. 增加冷却装置 D. A和B 【答案】D 二、是非选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 根据题干分析并判断下列各题。正确的填“A”，错误的填“B”。错选、多选或未选均无分。 （ ）1.电荷放大器的输出电压与电缆电容无关。 【答案】A 【解析】电荷放大器输出与电缆电容无关 （ ）2.电压放大器比电荷放大器更适合长电缆传输。 【答案】B 【解析】电荷放大器更适合长电缆 （ ）3.IEPE传感器需要外部提供恒流源供电。 【答案】A （ ）4.压电式传感器测量系统必须良好接地。 【答案】A （ ）5.电荷放大器的反馈电容值决定其灵敏度。 【答案】A 【解析】反馈电容决定灵敏度 （ ）6.压电式传感器的输出可以直接连接示波器观察。 【答案】B （ ）7.三轴电缆可以完全消除电缆噪声。 【答案】B 【解析】不能完全消除但可大幅降低 （ ）8.电荷放大器可以测量直流信号。 【答案】B （ ）9.压电式传感器测量系统的低频响应可以无限延伸。 【答案】B （ ）10.传感器的绝缘电阻影响系统的低频响应。 【答案】A 【解析】绝缘电阻影响低频响应 三、解析题（本大题共3小题，共20分） 1.一个压电式传感器灵敏度为10pC/N，连接100pF电缆和电荷放大器（Cf=1000pF，Rf=10GΩ）。求： a) 系统电压灵敏度（mV/N）； b) 下限截止频率； c) 施加200N阶跃力后，1分钟时的输出电压。 【解析】 a) 电压灵敏度 = Q/U = 10pC/N / 1000pF = 0.01 V/N = 10 mV/N b) 下限截止频率 fL = 1/(2πRfCf) = 1/(2π×10^10×10^-9) ≈ 0.016 Hz c) 阶跃响应：V(t) = V0(1-e^(-t/τ)), τ=RfCf=10s 200N产生V0=10mV/N×200N=2V 1分钟(60s)时：V=2(1-e^(-60/10))≈2(1-e^-6)≈2×0.9975≈1.995V 2.详细分析比较电荷放大器和电压放大器在压电式传感器测量中的优缺点，说明在不同应用场合应如何选择，并给出典型应用实例。 【解析】 电荷放大器优点： 不受电缆电容影响 低频响应好 适合长电缆传输 缺点：电路复杂,成本高,需要精密元件, 电压放大器 优点：电路简单,成本低 缺点：受电缆电容影响大,低频响应差,仅适合短电缆 选择原则： 长电缆、低频测量用电荷放大器（如建筑振动监测） 短电缆、高频测量可用电压放大器（如冲击测试） 工业现场常用IEPE内置电压放大器 3.设计一个压电式加速度传感器测量系统，要求： 测量范围±500g 频率范围0.1Hz-10kHz 环境温度-20℃～+80℃ 电缆长度20米 【解析】 传感器选择：IEPE型加速度传感器（内置放大器） 量程±500g频率范围满足要求 温度范围符合 信号调理：恒流源供电（通常4mA）,AC耦合（消除直流偏移）,可选抗混叠滤波器 电缆选择：低噪声同轴电缆,耐温-20℃～+80℃ 设计考虑： 安装方式（影响高频响应） 接地处理（防止地环路） 环境防护（防潮、防尘） 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$