現(xiàn)代傳感技術(shù)與系統(tǒng)課后答案

1、現(xiàn)代傳感技術(shù)與系統(tǒng)課后答案第1章 緒論1.傳感器的基本概念是什么？一般情況下由哪幾部分組成？國家標(biāo)準(zhǔn)（GB7665-87）傳感器的定義：能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。2.傳感器有幾種分類形式，各種分類之間有什么不同？共有10種分類形式。根據(jù)傳感器的工作機(jī)理：基于物理效應(yīng)、基于化學(xué)效應(yīng)、基于生物效應(yīng)；傳感器的構(gòu)成原理：結(jié)構(gòu)型與物性型；能量轉(zhuǎn)換情況：能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型；根據(jù)傳感器的工作原理分類：可分為電容式、電感式、電磁式、壓電式、熱電式、氣電式、應(yīng)變式等；根據(jù)傳感器使用的敏感材料分類：可分為半導(dǎo)體傳感器、光纖傳感器、陶瓷傳感器

2、、高分子材料傳感器、復(fù)合材料傳感器等；根據(jù)傳感器輸出信號(hào)為模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)：可分為模擬量傳感器和數(shù)字量（開關(guān)量）傳感器；根據(jù)傳感器使用電源與否：可分為有源傳感器和無源傳感器；根據(jù)傳感器與被測對(duì)象的空間關(guān)系：可分為接觸式傳感器和非接觸式傳感器；根據(jù)與某種高新技術(shù)結(jié)合而得名的傳感器：如集成傳感器、智能傳感器、機(jī)器人傳感器、仿生傳感器等；根據(jù)輸入信息分類：可分為位移、速度、加速度、流速、力、壓力、振動(dòng)、溫度、濕度、粘度、濃度等。3.舉例說明結(jié)構(gòu)型傳感器與物性型傳感器的區(qū)別。結(jié)構(gòu)型：利用物理學(xué)中場的定律構(gòu)成的，特點(diǎn)是其工作原理是以傳感器中元件相對(duì)位置變化引起場的變化為基礎(chǔ)，而不是以材料特性變化為基礎(chǔ)

3、。其基本特征是以其結(jié)構(gòu)的部分變化或變化后引起場的變化來反映被測量（力、位移等）的變化。如電容傳感器利用靜電場定律研制的結(jié)構(gòu)型傳感器。物性型：利用物質(zhì)定律構(gòu)成的,如虎克定律、歐姆定律等。物質(zhì)定律是表示物質(zhì)某種客觀性質(zhì)的法則。這種法則，大多數(shù)是以物質(zhì)本身的常數(shù)形式給出。這些常數(shù)的大小，決定了傳感器的主要性能。因此，物性型傳感器的性能隨材料的不同而異。如，光電管利用了外光電效應(yīng)，壓敏傳感器是利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。4.傳感器與傳感技術(shù)概念有什么不同？答：傳感器是獲取信息的工具。傳感器技術(shù)是關(guān)于傳感器設(shè)計(jì)、制造及應(yīng)用的綜合技術(shù)。5.什么叫傳感技術(shù)？傳感技術(shù)的特點(diǎn)是什么？答：傳感技術(shù)是關(guān)于從自然信源獲取信

4、息，并對(duì)之進(jìn)行處理（變換）和識(shí)別的一門多學(xué)科交叉的現(xiàn)代科學(xué)與工程技術(shù)，它涉及傳感器、信息處理和識(shí)別的規(guī)劃設(shè)計(jì)、開發(fā)、制（建）造、測試、應(yīng)用及評(píng)價(jià)改進(jìn)等活動(dòng)。特點(diǎn)：傳感技術(shù)涉及傳感（檢測）原理、傳感器件設(shè)計(jì)、傳感器開發(fā)和應(yīng)用的綜合技術(shù)；傳感技術(shù)的含義比傳感器更為廣泛，它是敏感功能材料科學(xué)、傳感器技術(shù)、微細(xì)加工技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)互相交叉滲透而形成的一門新技術(shù)學(xué)科傳感器工程學(xué)；傳感器技術(shù)是測量技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)、微電子學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、精密機(jī)械、仿生學(xué)、材料科學(xué)等眾多學(xué)科相互交叉的綜合性高新技術(shù)密集型前沿技術(shù)之一。6.什么是信息？信息的基本特征是什么？“信息是物質(zhì)存在的一種方式、

5、形態(tài)或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，也是事物的一種普遍屬性，一般指數(shù)據(jù)、消息中所包含的意義，可以使消息中所描述事件的不定性減少。”9可普遍性；客觀性；依附性；時(shí)效性（動(dòng)態(tài)性）；可識(shí)別；可轉(zhuǎn)換；可傳輸；可存儲(chǔ)；共享性、永不枯竭性。7.什么是信息技術(shù)？什么是3C技術(shù)？信息技術(shù)是研究信息的獲取、傳輸和處理的技術(shù)，是指有關(guān)信息的收集、識(shí)別、提取、變換、存貯、傳遞、處理、檢索、檢測、分析和利用等的技術(shù)，是用于管理和處理信息所采用的各種技術(shù)的總稱。 “3C”技術(shù)Collection Communication Computer)，指信息的收集、通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)。8.信息技術(shù)包括哪些方面？答：感測與識(shí)別技術(shù)；信息傳遞技術(shù)；信息

6、處理與再生技術(shù)。9.傳感器與信息有什么關(guān)系？答：信息的感測，識(shí)別，傳遞等都需要傳感器來實(shí)現(xiàn)。10.物質(zhì)、能量和信息三者之間的關(guān)系是什么？答：物質(zhì)、能量和信息，作為物質(zhì)世界的三種資源，具有三位一體相輔相成的關(guān)系；信息是客觀事物和主觀認(rèn)識(shí)相結(jié)合的產(chǎn)物，沒有信息，物質(zhì)和能量便無從認(rèn)識(shí)；信息是由能量或物質(zhì)形態(tài)表示的；信息是載荷于能量流傳輸?shù)?；信息在傳輸過程中需要消耗能量，維持信息傳輸必須供給能量；信息傳輸?shù)姆较蚺c攜帶信息的能量流方向是一致的；測量過程中，被測對(duì)象應(yīng)具有足夠的負(fù)熵才能保證有效測量。11.簡述傳感技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活中的地位與作用。答：感受外界信息的電五官 信息技術(shù)的源頭

7、；獲取人類感官無法獲得的大量信息；工業(yè)生產(chǎn)的倍增器，科學(xué)研究的先官，軍事上的戰(zhàn)斗力，國民活動(dòng)中的物化法官，應(yīng)用無處不在；沒有傳感器就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)；發(fā)展現(xiàn)代傳感技術(shù)己成為國家的一項(xiàng)戰(zhàn)略措施。12.現(xiàn)代傳感器研發(fā)呈現(xiàn)的特點(diǎn)是什么？答：1）新技術(shù)普遍應(yīng)用，目前普遍采用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（）、計(jì)算機(jī)輔助制造（）、計(jì)算機(jī)輔助測試（）、數(shù)字信號(hào)處理（）、專用集成電路（）及表面貼裝技術(shù)（）等技術(shù)。2）功能日漸完善，隨著集成微光、機(jī)、電系統(tǒng)技術(shù)的迅速發(fā)展以及光導(dǎo)、光纖、超導(dǎo)、納米技術(shù)、智能材料等新技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)信息的采集與傳輸、處理集成化、智能化，更多的新型傳感器將具有自檢自校、量程轉(zhuǎn)換、定標(biāo)和數(shù)據(jù)處

8、理等功能，傳感器功能得到進(jìn)一步增強(qiáng)和完善，性能進(jìn)一步提高，更加靈敏、可靠。3）新型傳感器開發(fā)加快；新型傳感器，大致應(yīng)包括： 采用新原理； 填補(bǔ)傳感器空白； 仿生傳感器； 新材料開發(fā)催生的新材料傳感器等諸方面。它們之間是互相聯(lián)系的。13.我國傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及與國外的差距是什么？如何發(fā)展我國的傳感器產(chǎn)業(yè)？答:現(xiàn)狀:缺少具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新性成果，科研成果向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化速度慢，取得顯著社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的項(xiàng)目少；缺乏大規(guī)模生產(chǎn)的企業(yè)，高檔產(chǎn)品種類少，市場滿足率低；生產(chǎn)工藝裝備離國際水平有較大差距；整體還處于跟蹤狀態(tài)。差距:器件品種少，高端產(chǎn)品主要依賴進(jìn)口； 自動(dòng)化、智能化水平較低；模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化

9、程度較低； 穩(wěn)定性較差、可靠性較低；信號(hào)檢測精度較低；性能價(jià)格比低，市場競爭力較弱。 集中具有強(qiáng)實(shí)力的企業(yè)，開拓市場，真正形成一定的規(guī)模。增加高水平傳感器的生產(chǎn)。增強(qiáng)傳感研究方面科研投資力度，增加先進(jìn)的科研設(shè)備，提高科研成果的轉(zhuǎn)化效率。14.簡述現(xiàn)代傳感技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢。答:開發(fā)新材料、研究新型傳感器；向高精度發(fā)展；向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展；向微型化發(fā)展； 向微功耗及無源化發(fā)展；向集成化、多功能化發(fā)展；向智能化發(fā)展；向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展；多傳感器的集成與融合；多學(xué)科交叉融合，實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)化；15.舉例說明傳感技術(shù)的應(yīng)用。答：探月小車，機(jī)器人，工程檢測。第2章 傳感器的理論基礎(chǔ)1.傳感器所

10、依據(jù)的自然定律、規(guī)律有哪些？答： 守恒定律；場的定律； 物質(zhì)定律 ； 統(tǒng)計(jì)物理學(xué)法則2.物理型傳感器所依據(jù)的物理定律、物理現(xiàn)象、物理效應(yīng)主要可歸納為哪幾類？答：物理定律:守恒定律，場的定律，物質(zhì)定律，統(tǒng)計(jì)物理學(xué)法則； 物理現(xiàn)象：量子現(xiàn)象（量子尺寸效應(yīng)、光電效應(yīng)，核磁共振、約瑟夫遜效應(yīng)），熱平衡現(xiàn)象（熱平衡一次效應(yīng)，熱平衡二次效應(yīng)），傳輸現(xiàn)象（塞貝克效應(yīng)，珀耳帖效應(yīng)）；物理效應(yīng)：法拉第效應(yīng)，磁光克爾效應(yīng) ，科頓-穆頓效應(yīng) ，塞曼效應(yīng) ，光磁效應(yīng)。3.舉例說明傳感器與守恒定律、場的定律、統(tǒng)計(jì)法則和物質(zhì)定律的關(guān)系。利用守恒定律構(gòu)成的傳感器，如利用差壓原理進(jìn)行流量測量的傳感器，其基本原理是以能量守恒定

11、律、伯努利方程和流動(dòng)連續(xù)性方程為基礎(chǔ)的；利用場的定律構(gòu)成的傳感器，其性能由定律決定，與使用材料無關(guān)，如利用靜電場的有關(guān)定律制成電容傳感器，利用電磁感應(yīng)定律可以構(gòu)成磁電感應(yīng)式傳感器；以差壓變壓器為例，使用坡莫合金或鐵氧體做鐵芯，都是作為差壓變壓器工作。利用各種物質(zhì)定律構(gòu)成的傳感器統(tǒng)稱為物性型傳感器。這些傳感器的主要性能在很大程度上受相應(yīng)的物理常數(shù)或化學(xué)、生物特性所決定，也即與物質(zhì)的材料密切相關(guān)，利用半導(dǎo)體物質(zhì)具有的壓阻、熱阻、光阻、濕阻和霍爾等效應(yīng)，可以分別制成力、壓力、溫度、光強(qiáng)、濕度和磁場等傳感器，利用壓電材料所具有的壓電效應(yīng)可制成壓電式、聲表面波和超聲波等傳感器，利用生物、化學(xué)敏感特性制成

12、的生物、化學(xué)傳感器等。統(tǒng)計(jì)物理學(xué)認(rèn)為：所有宏觀上可觀測的物理量都是相應(yīng)微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值，許多看似雜亂無章的微觀運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)規(guī)律性。利用熱噪聲的熱力學(xué)溫度的關(guān)系可以構(gòu)成熱噪聲型熱敏電阻。目前成功利用構(gòu)成傳感器的法則是奈奎斯特定理，利用熱噪聲與絕對(duì)溫度的關(guān)系可以構(gòu)成熱噪聲型熱敏電阻。由于絕對(duì)溫度與熱噪聲電壓之間有確定的關(guān)系，因此它可作為彼岸準(zhǔn)溫度計(jì)用來直接測量絕對(duì)溫度而不需要校準(zhǔn)4.什么是熱平衡型的一次效應(yīng)和二次效應(yīng)？寫出熱平衡現(xiàn)象中的麥克斯韋關(guān)系式，舉例說明它們在傳感器中的應(yīng)用。不同種類能量所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度型狀態(tài)量與容量型狀態(tài)（或相反）微分之比為定值，具有這種關(guān)系的效應(yīng)稱為熱平衡一次效應(yīng)，一次效

13、應(yīng)是可逆的；同一種類能量的示強(qiáng)變量與示容變量微分之比，或同一種類能量的示容變量與示強(qiáng)變量微分之比，是不能直接構(gòu)成傳感器的，這些比例系數(shù)雖然不能在傳感器中直接而將被測量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，但可以利用其中的狀態(tài)量與其他狀態(tài)量之間的關(guān)系制成各種傳感器，這種變換稱為二次效應(yīng)，二次效應(yīng)沒有逆效應(yīng)。一次效應(yīng)的例子有壓電效應(yīng)，壓磁效應(yīng)；二次效應(yīng)利用彈性元件受力產(chǎn)生變形，其應(yīng)變與應(yīng)變片電阻值的關(guān)系可制成電阻應(yīng)變式力(壓力)傳感器。光電比色高溫計(jì)。5.什么叫傳輸現(xiàn)象？什么叫傳輸現(xiàn)象的一次效應(yīng)？舉明傳輸現(xiàn)象一次效應(yīng)在傳感器中的應(yīng)用。當(dāng)系統(tǒng)中存在有強(qiáng)度量的差或梯度時(shí)，相應(yīng)的廣延量就隨時(shí)間而變化，即廣延量的流動(dòng)，這種現(xiàn)

14、象稱為傳輸現(xiàn)象。把這種不同種類的親和力和流之間的效應(yīng)稱為一次效應(yīng)。塞貝克效應(yīng)是因溫度差而產(chǎn)生電流，珀耳帖效應(yīng)由電位差產(chǎn)生電流。6.簡述各類基礎(chǔ)效應(yīng)的含義以及與傳感器的關(guān)系。答:在光的照射下，物質(zhì)內(nèi)部的電子受到光子的作用，吸收光子能量而從表面釋放出來的現(xiàn)象，稱為外光電效應(yīng)；在光的照射下，物質(zhì)吸收入射光子的能量，在物質(zhì)內(nèi)部激發(fā)載流子，但這些載流子仍留在物質(zhì)內(nèi)部，從而增加物體的導(dǎo)電性或產(chǎn)生電動(dòng)勢、或產(chǎn)生光電流的現(xiàn)象，稱為內(nèi)光電效應(yīng)；物質(zhì)的光學(xué)特性（如折射率）受外電場的影響而發(fā)生變化的現(xiàn)象統(tǒng)稱為電光效應(yīng)；某些非晶體物質(zhì)（如塑料、玻璃）在機(jī)械力的作用下，彈性體的折射率發(fā)生變化，呈現(xiàn)雙折射性質(zhì)的效應(yīng)。這稱

15、作應(yīng)力致雙折射或光彈效應(yīng)；電致發(fā)光效應(yīng)：某些固態(tài)晶體如高純度鍺、 硅和砷化鎵等化合物半導(dǎo)體在光和外加電場作用下發(fā)出冷光（指熒光和磷光）的現(xiàn)象，以及某些固態(tài)晶體如磷化鎵、磷化銦等無需外加激發(fā)光而在外加電場作用下即可發(fā)光的現(xiàn)象；置于外磁場的物體，在光和外磁場的作用下，其光學(xué)特性（如吸光特性、折射率等）發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為磁光效應(yīng)。7.什么是傳感器的敏感材料？傳感器敏感材料有哪些類型？它的基本特性是什么？答：傳感器的敏感材料用來制作敏感元件的基本材料，是對(duì)電，光，聲，力，熱，磁，氣體分布，酶等物理，化學(xué)，生物待測量變化而表現(xiàn)出性能明顯改變的功能材料。類型：按結(jié)晶狀態(tài)可分為：單晶、多晶、非晶和微晶等類。

16、 按電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵可分為：金屬、陶瓷和聚合物三大類。按物理性質(zhì)又可分為：超導(dǎo)體、導(dǎo)電體、半導(dǎo)體、介電體、鐵電體、壓電體、鐵磁體、鐵彈體、磁彈體等幾種。按形態(tài)分有：摻雜、微粉、薄膜、塊狀(帶、片)、纖維等形態(tài)。特性：功能（感知，響應(yīng)，信息識(shí)別與積累，恢復(fù)，智能功能）；特征（敏感性好，可靠性高，加工性好，經(jīng)濟(jì)性好）。8.按材料成分進(jìn)行分類，敏感材料可以分為以下哪幾種？敏感材料按照高分子功能材料分，可以分為那幾種？答：金屬材料，無機(jī)材料和有機(jī)材料；導(dǎo)電材料，介電材料，壓電材料，熱電材料，光電材料，磁性材料，透光和導(dǎo)光材料，發(fā)光材料，激光材料，非線性光學(xué)材料，光調(diào)制用材料，紅外材料，隱身材料，梯度功

17、能材料，機(jī)敏材料和智能材料，納米材料，仿生材料等。9.目前，已經(jīng)實(shí)用化的生物傳感器所用的高分子敏感材料主要有以下哪幾種？答：10.光纖有哪些類型？考察光纖性能的主要參數(shù)是什么？11.什么是功能陶瓷？它的特點(diǎn)是什么？答：功能陶瓷利用材料的電、光、磁、聲、熱和力等性能及其耦合效應(yīng)，成為對(duì)溫度、壓力、磁性和光強(qiáng)變化等外界條件特別敏感的材料。耐熱、耐磨、耐腐蝕等優(yōu)良特性，而且適宜用在條件苛刻的氣氛中。12.形狀記憶材料有哪幾類？它們有什么用途？答：形狀記憶合金（SMA）在高溫下處理成一定形狀的金屬急冷下來，在低溫相狀態(tài)下經(jīng)塑性變形為另一種形狀，然后加熱到高溫相成為穩(wěn)定狀態(tài)的溫度時(shí)，恢復(fù)到低溫塑性變形前

18、的形狀。形狀記憶陶瓷（SMC）熱誘發(fā)、應(yīng)力誘發(fā)、外電場誘發(fā)；陶瓷的形狀記憶變形的量較??；而且每次記憶循環(huán)中都有較大的不可恢復(fù)變形；隨著循環(huán)次數(shù)的增加，累積變形增加，最終導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)；它沒有雙程記憶效應(yīng)。形狀記憶高分子（SMP）13.什么是智能材料？智能材料的特征和基本組成是什么？答：具有感知內(nèi)外環(huán)境刺激，對(duì)之進(jìn)行分析、處理、判斷、并采取一定的措施進(jìn)行適度響應(yīng)的智能特征的材料。傳感功能，反饋功能，信息識(shí)別與積累功能，思考功能和預(yù)見功能，響應(yīng)功能，自診斷能力，自修復(fù)能力，自調(diào)節(jié)能力。組成：基體，敏感，驅(qū)動(dòng)材料。14.彈性元件在傳感器中的作用是什么？用什么參數(shù)考察彈性元件的基本特性？舉例說明傳感器中

19、常用的典型彈性元件的結(jié)構(gòu)形式。 答：把被測物理量轉(zhuǎn)換成電量；剛度，靈敏度，彈性滯后，彈性后效，固有振動(dòng)頻率，溫度特性，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)和蠕變。第3章 傳感器構(gòu)成論1.傳感器一般包括哪些部分，各部分的作用是什么？答：1、敏感元件：直接感受被測量，以確定的關(guān)系輸出某一物 理量（包括電學(xué)量）。2、轉(zhuǎn)換元件：將敏感元件輸出的非電量物理量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量（包括電路參數(shù)量）。3、轉(zhuǎn)換電路：將電路參數(shù)（如電阻、電容、電感）量轉(zhuǎn)換成便于測量的電學(xué)量（如電壓、電流、頻率等）。2.從傳感器的結(jié)構(gòu)形式來劃分，可將傳感器按其構(gòu)成方法分為哪幾類？各類型的特點(diǎn)是什么？并畫出各類型的結(jié)構(gòu)簡圖。答:1.通用型、2.參比型、3.差動(dòng)型

20、、4.反饋型。1.通用型 根據(jù)組成可分為：能量變換基本型、能量控制基本型、能量變換特殊型（輔助能源型）、電路參數(shù)型和多級(jí)變換型。（1）能量變換基本型 特點(diǎn)：1）只由敏感元件構(gòu)成。2）不需外加電源，敏感元件就是能量變換元件，能量從被測對(duì)象 獲得，輸出能量較弱。3）利用熱平衡現(xiàn)象或傳輸現(xiàn)象中的一次效應(yīng)制成是可逆的。4）對(duì)被測對(duì)象有負(fù)荷效應(yīng)（因輸出逆效應(yīng)而影響輸入）。 5）輸出能量不可能大于被測對(duì)象的能量。（2）能量控制基本型 特點(diǎn)：1）也由敏感元件組成，但需外加電源才能將被測非電量轉(zhuǎn)換成電量輸出。2）輸出能量可大于被測對(duì)象具有的能量。（3）無需變換電路即可有較大的電量輸出。（3）能量變換特殊型（輔

21、助能源型）特點(diǎn)：1）只由敏感元件構(gòu)成。2）能量從被測對(duì)象獲得，屬能量變換型。3）輔助能源是為了增加抗干擾能力或提高穩(wěn)定性，或取出信號(hào)， 或?yàn)樵硭枰褂霉潭ù艌?。?）電路參數(shù)型 特點(diǎn)：1) 敏感元件對(duì)輸入非電信號(hào)進(jìn)行阻抗變換。2) 轉(zhuǎn)換電路含有該敏感元件。3) 電源向轉(zhuǎn)換電路提供能量從而輸出電量，屬于能量控制型。4) 輸出能量遠(yuǎn)大于輸入能量。5) 利用傳輸現(xiàn)象中的二次效應(yīng)都屬于此類傳感器。2.參比補(bǔ)償型 特點(diǎn)：(1) 采用兩個(gè)（或兩個(gè)以上）性能完全相同的敏感元件。其 中一個(gè)感受被測量和環(huán)境量，另一個(gè)只感受環(huán)境量作補(bǔ)償用。(2) 兩個(gè)敏感元件同時(shí)接到電橋的相鄰兩臂或反串。(3) 能消除環(huán)境

22、和條件變化干擾的影響（如溫度、電源電壓）。3.差動(dòng)結(jié)構(gòu)型 特點(diǎn)：(1) 采用兩個(gè)（或兩個(gè)以上）性能完全相同的敏感元件，同時(shí)感受相同的環(huán)境影響量和方向相反的被測量。(2) 反串或接入電橋相鄰的兩臂。(3) 輸出信號(hào)提高一倍。(4) 傳感器差動(dòng)結(jié)構(gòu)以提高靈敏度、線性度，減小或消除環(huán)境因素的影響。4.反饋型 特點(diǎn)：(1) 傳感器的敏感元件（或轉(zhuǎn)換元件）同時(shí)兼作反饋元件。(2) 是閉環(huán)系統(tǒng)、傳感器輸入處于平衡狀態(tài)，故又稱為平衡式傳感器。(3) 主要有力（位移）反饋和熱反饋型，如差動(dòng)電容力平衡式加速度傳感器、熱線熱反饋型流速傳感器等。4) 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，應(yīng)用于特殊場合（高精度微差壓、高流速）。3.傳感器與

23、被測對(duì)象之間有哪些關(guān)聯(lián)形式？答：與固體對(duì)象的關(guān)聯(lián)為：接觸型和非接觸型；與流體對(duì)象的關(guān)聯(lián)是安裝在盛有流體的容器里或有流體流動(dòng)的管道中。4.傳感器的輸出數(shù)學(xué)模型是什么？簡述傳感器對(duì)信號(hào)的選擇方式。答：固定式，補(bǔ)償式，差動(dòng)方式，頻率域及時(shí)間域的選擇5.什么是示容變量和示強(qiáng)變量？答：描述熱平衡狀態(tài)系統(tǒng)的物理量稱為狀態(tài)量。如果把這個(gè)系統(tǒng)分割成若干個(gè)小系統(tǒng)，則狀態(tài)量可分為兩種：與分割方法無關(guān)，其性質(zhì)由其量的大小來決定的狀態(tài)量。稱為強(qiáng)度型狀態(tài)量，簡稱示強(qiáng)變量。如溫度、壓力、電場強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度。具有與系統(tǒng)的大?。w積、面積等）成正比性質(zhì)的狀態(tài)量，稱為容量型狀態(tài)量，簡稱示容變量，又叫容量量或廣延量。如能量、熵、

24、位移等。6.什么是傳感器負(fù)載效應(yīng)？如何消除負(fù)載效應(yīng)的影響？答：在實(shí)際測量中，測量系統(tǒng)與被測量對(duì)對(duì)象之間，測量系統(tǒng)內(nèi)部各環(huán)節(jié)相互連接必然產(chǎn)生相互作用。接入的測量裝置，構(gòu)成被測量對(duì)象的負(fù)載；后接環(huán)節(jié)成為前接環(huán)節(jié)的負(fù)載。減小負(fù)載效應(yīng)的措施：1.提高后續(xù)環(huán)節(jié)（負(fù)載）的輸入阻抗。2.在原來兩個(gè)相連環(huán)節(jié)中，插入高輸入阻抗，低輸出阻抗的放大器，以便一方面減少從前一環(huán)節(jié)吸取的能量，另一方面在承受后以環(huán)節(jié)（負(fù)載）后又能進(jìn)、暗笑電壓輸出的變化，從而減輕總的負(fù)載效應(yīng)。3.使用反饋或零點(diǎn)測量原理，使后面環(huán)節(jié)幾乎不從前面環(huán)節(jié)吸取能量。7.傳感器的靜態(tài)特性是什么？由哪些性能指標(biāo)描述？答：傳感器的靜態(tài)特性是指在穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）

25、信號(hào)作用之下（及輸入量對(duì)時(shí)間t的各階導(dǎo)數(shù)等于0），其輸出輸入關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。指標(biāo)：量程和測量范圍，線性度，滯后，重復(fù)性，靈敏度，分辨率，閾值，穩(wěn)定性，漂移及精度等。8.傳感器的動(dòng)態(tài)特性主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？它們的意義是什么？答：1.階躍響應(yīng)及時(shí)域性能指標(biāo)時(shí)間常數(shù)，上升時(shí)間，響應(yīng)時(shí)間，超調(diào)量，峰值時(shí)間，延遲時(shí)間，衰減率，穩(wěn)態(tài)誤差。9.傳感器的靜態(tài)特性與動(dòng)態(tài)特性的區(qū)別何在？答：靜態(tài)特性是指被測量信號(hào)不隨時(shí)間的變化而變化（或變化很慢）。動(dòng)態(tài)特性是指被測量信號(hào)隨時(shí)間的變化而變化。10.一階傳感器的傳遞函數(shù)和頻率響應(yīng)函數(shù)是什么？11.傳感器的線性度是如何確定的？確定擬合直線有哪些方法？12.已知某傳感器的

26、靜態(tài)特性方程為 ，試分別用切線法、端點(diǎn)直線法、最小二乘法在 范圍內(nèi)擬合刻度直線方程，并求出相應(yīng)的線性度。第4章 傳感器的應(yīng)用基礎(chǔ)1.傳感器與測量系統(tǒng)有什么關(guān)系？（三個(gè)部分）傳感器是測量系統(tǒng)的第一級(jí)，主要功能是檢測和敏感被測量，它輸入被測量，輸出大多為電學(xué)模擬量。2.什么叫測量？什么叫計(jì)量？它們之間有什么異同？測量是將被測量同已知量相比較，以確定被測量與選定單位的比值。這個(gè)比值同測量單位結(jié)合在一起稱量值。測量是以確定被測量值為目的的一系列操作,是人們對(duì)客觀事物取得定量認(rèn)識(shí)的一種手段。計(jì)量是規(guī)范測量的測量。計(jì)量依法監(jiān)督測量工具的準(zhǔn)確性與測量行為的規(guī)范性，使用有溯源性的標(biāo)準(zhǔn)與測量儀器、按照規(guī)程、由資

27、格被確認(rèn)的人員進(jìn)行的以判別測量器具合格性為目的的測量，是計(jì)量。測量與計(jì)量的具體工作對(duì)象不同。測量的直接目的是得到測得值；計(jì)量的目的是保證測量的準(zhǔn)確?！皽y量”就是為獲取量值信息的活動(dòng)；“計(jì)量”不僅要獲取量值信息，而且要實(shí)現(xiàn)量值信息的傳遞或溯源?！皽y量”作為一類操作，其對(duì)象很廣泛；“計(jì)量”作為一類操作，其對(duì)象就是測量儀器?！皽y量”可是以孤立的；“計(jì)量”則存在于量值傳遞或溯源的系統(tǒng)中。測量與計(jì)量的劃分，以測量工具的作用為界。測量是用測量工具認(rèn)識(shí)物理量，相信的是測量工具，目的是得到被測量的量值；計(jì)量的目的是拿標(biāo)準(zhǔn)（已知的量值）檢查測量工具的合格性，相信的是標(biāo)準(zhǔn)。簡言之：相信測量工具的是測量，檢查測量工

28、具的是計(jì)量。3.什么叫量值傳遞？什么叫量值溯源？將國家計(jì)量基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的計(jì)量單位量量值，通過檢定（或其它傳遞方式）傳遞給下一等級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，并依次逐級(jí)傳遞到工作計(jì)量器具，以保證被計(jì)量的對(duì)象的量值準(zhǔn)確一致，稱為量值傳遞。通過一條具有規(guī)定不確定度的不間斷的比較鏈，使測量結(jié)果或測量標(biāo)準(zhǔn)的值能夠與規(guī)定的參考標(biāo)準(zhǔn)（國家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)或國際計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)）聯(lián)系起來的特性，稱為量值溯源性。量值溯源是從下而上，量值傳遞則是自上而下的。4.傳感器的誤差主要有哪些？產(chǎn)生的原因是什么？答：原理性誤差，動(dòng)態(tài)誤差，環(huán)境噪聲干擾誤差，測量定標(biāo)誤差，接入系統(tǒng)時(shí)的負(fù)載誤差，人員操作誤差等。由環(huán)境，原理，噪聲干擾，人員等造成。系統(tǒng)誤差，隨機(jī)

29、誤差，(也稱偶然誤差)和粗大誤差三類在同一條件下,多次測量同一量值時(shí),絕對(duì)值和符號(hào)保持不變,或在條件改變時(shí),按一定規(guī)律變化的誤差稱為系統(tǒng)誤差；在同一條件下,多次測量同一量值時(shí),絕對(duì)值和符號(hào)以不可預(yù)定方式變化著的誤差稱為隨機(jī)誤差；超出在規(guī)定條件下預(yù)期的誤差稱為粗大誤差,或稱“寄生誤差”。（絕對(duì)誤差，相對(duì)誤差和引用誤差三類標(biāo)準(zhǔn)量具的誤差；儀器誤差；附件誤差；環(huán)境誤差；方法誤差；人員誤差）5.簡述傳感器線性化的主要方法及其原理。6.說明差動(dòng)技術(shù)的原理及技術(shù)環(huán)節(jié)。原理：采用兩個(gè)（或兩個(gè)以上）性能完全相同的敏感元件，同時(shí)感受相同的環(huán)境影響量和方向相反的被測量。測量時(shí)輸入信號(hào)是同時(shí)加到原理相同、性能一致的兩個(gè)敏感元件上的，但對(duì)于輸入信號(hào)，兩個(gè)敏感元件的參數(shù)變化是成相反方向的；而對(duì)于環(huán)境變化，兩個(gè)敏感元件的變化則是成相同方向的，通過變換電路，使有用輸出量增加，干擾量相減便可以消除環(huán)境變動(dòng)的影響。技術(shù)環(huán)節(jié)：反串或接入電橋相鄰的兩臂。7.舉例說明誤差平均效應(yīng)的原理。（溫度傳感器）誤差平均效應(yīng)原理是利用n個(gè)相同的傳感器單元同時(shí)感受被測量，因而其輸出將是這n個(gè)單元輸出的總和。若將每個(gè)單元可能帶來的誤差均可看作隨機(jī)誤差且服從正態(tài)分布，根據(jù)誤差理論，對(duì)n個(gè)單元來說，總的誤差將減小為： d=±8.相對(duì)于開環(huán)測量系統(tǒng)，說明閉環(huán)技