傳感器與測試技術(shù)(填空題考點歸納)分解

1、傳感器與測試技術(shù)第1章緒論1. 傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路（信號調(diào)理電路）組成。2. 傳感器的靜態(tài)特性有非線性度、靈敏度、遲滯（回程誤差）和重復(fù) 性等。第二章信號分析與處理1. 按信號能量是否有限，可分為能量信號和功率信號。2. 能量信號的平均功率為零。3. 功率信號的平均功率有限。4. 周期信號中，比較傅里葉級數(shù)的兩種展開式可知：（1） 復(fù)指數(shù)函數(shù)形式的頻譜為雙邊譜，三角函數(shù)形式的頻譜為單邊 譜；（2） |Cn|=An/2 ；（3） 雙邊幅頻譜為偶函數(shù)，雙邊相頻譜為奇函數(shù)。5. 非周期信號中，可知：（1） 非周期信號的幅頻譜|X（f）|是連續(xù)譜，周期信號的幅頻譜|Cn| 是離散譜；

2、（2） 二者量綱不同，前者是頻譜密度函數(shù)，后者是信號幅值。6. 關(guān)于奇偶虛實性的三個結(jié)論：（1）傅里葉變換不改變奇偶性；（2）偶函數(shù)變換不改變虛實性；（3）奇函數(shù)變換改變虛實性。7.香農(nóng)定理：為了避免頻率混疊，以便采樣后仍能準(zhǔn)確地恢復(fù)原信號，要求fs2fm。其中fs為采樣頻率，fm為最高頻率。第三章測量誤差與數(shù)據(jù)處理1. 引用誤差一一表征儀器儀表測量精度。2. 誤差的分類：系統(tǒng)誤差、隨機誤差和粗大誤差。3. 算術(shù)平均值是反映隨機誤差的分布中心， 而標(biāo)準(zhǔn)差則反映隨機誤差的分布范圍。4. 測量結(jié)果的最可信賴值應(yīng)在殘差平方和為最小的條件下求出，這就 是最小二乘法原理。5. P58 頁的表 3-1.（

3、1）k=1 時，置信概率為 0.6826.（2）k=2 時，置信概率為 0.9544.（3）k=3 時，置信概率為 0.9973.第四章測試系統(tǒng)的特性分析1.測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性（1） 非線性度：標(biāo)定曲線偏離其擬合直線的程度。其中最常用的方 法是最小二乘直線。（2） 靈敏度：測試系統(tǒng)在靜態(tài)測量時被測量的單位變化量引起的輸 出變化量。線性測試系統(tǒng)的靈敏度 S 為常數(shù)，靜態(tài)特性曲線的斜率越 大，其靈敏度越高。裝置的靈敏度越高，就越容易受外界干擾的影響，即裝置的穩(wěn)定性越差。（3） 遲滯（回程誤差或滯后）：反映在測試過程中輸入量在正行程與反行程的標(biāo)定曲線不重合(4) 重復(fù)性：同一個測點，測試系統(tǒng)按同一方

4、向作全量程的多次重 復(fù)測量時，每一次的輸出量都不一樣，是隨機的。反應(yīng)了測量值的隨 機性、分散性。(5) 零漂：零位變化動態(tài)。(6) 溫漂：輸出動態(tài)變化。反映了溫度穩(wěn)定性。2.線性時不變系統(tǒng)有兩個重要的性質(zhì)：疊加性和頻率保持性。第5章電阻應(yīng)變片式傳感器1. 電阻應(yīng)變片的工作原理是基于金屬的應(yīng)變效應(yīng)。2. 橫向效應(yīng)：由于橫向應(yīng)變使總電阻相對變化量減少的現(xiàn)象。3. 電阻應(yīng)變片的主要參數(shù)：(1) 靈敏系數(shù)(靜態(tài)靈敏度)：其誤差的大小是衡量應(yīng)變片質(zhì)量優(yōu)劣的 主要標(biāo)志。(2) 疲勞壽命：它反映了應(yīng)變片對于動態(tài)應(yīng)變的適應(yīng)能力。絕緣電阻：它是檢查應(yīng)變片的粘貼質(zhì)量以及粘接層固化程度和是 否受潮的標(biāo)志。機械滯后是

5、指對已安裝的應(yīng)變片，在溫度恒定時，加載和卸載過 程中同一載荷下指示應(yīng)變的最大差值。(5) 零漂是指對已安裝的應(yīng)變片，在溫度恒定且試件不受力的條件下, 指示應(yīng)變隨時間的變化。(6) 蠕變是指對已安裝的應(yīng)變片，在溫度恒定并承受恒定的機械應(yīng)變 時，指示應(yīng)變隨時間的變化。4.溫度效應(yīng)：由溫度變化造成虛假應(yīng)變的現(xiàn)象稱作溫度效應(yīng)。5. 溫度補償?shù)姆椒ㄓ袠蚵费a償法和應(yīng)變片自補償法。6. 直流電路平衡條件和預(yù)調(diào)平衡條件：R1R4=R2R3.7.直流電橋時： （1）單臂電橋Uo：=1UAR4 R(2)雙臂電橋Uo=1UAR2 R(3）全橋Uo=ARUR8.交流電橋的平衡條件Z1 Z4=z2 z；和+=+即：相對

6、臂阻抗模的乘積必須相等，相對臂阻抗角的和必須相等。交流電橋的預(yù)平衡條件 R1R4=R2R 和 R1C 仁 R2C2.即電阻預(yù)調(diào)平衡和電容預(yù)調(diào)平衡。第6章電容式傳感器1. 電容式傳感器可以分為變間隙（極距）式、變面積式和變介電常數(shù) 式。2. 要提高靈敏度，應(yīng)減小起始間隙d。，但d。過小，容易引起電容器 擊穿或短路。為此，極板間采用高介電常數(shù)的材料（云母、塑料膜等） 作介質(zhì)。3. 電容式傳感器做成差動式結(jié)構(gòu)以后， 靈敏度提高了一倍，非線性度 大大降低了。4. 電容式傳感器的信號調(diào)理電路包括：電橋電路、調(diào)頻電路、諧振電 路、運算放大器式電路和脈沖寬度調(diào)制電路（PWM）5. 運算放大器式電路的優(yōu)點是能

7、夠?qū)㈦娙菔絺鞲衅鞯姆蔷€性特性轉(zhuǎn)換為線性關(guān)系。前提條件是運算放大器的放大倍數(shù)3 無窮大、輸入阻抗乙T無窮大。6. 差動式脈沖調(diào)寬電路的優(yōu)點是：不論是改變平板電路器的極板面積 或是極板距離，電容器變化量與輸出量都成線性關(guān)系。7. 為減小環(huán)境溫度對結(jié)構(gòu)尺寸的影響，在制造電容式傳感器的時候， 一般選用溫度系數(shù)小、幾何尺寸穩(wěn)定 的材料。8. 為了減少邊緣效應(yīng)，應(yīng)給電容器加等位環(huán)。9. 電容式傳感器的應(yīng)用：（1） 變極距 d：差動式電容測厚儀微壓/升壓電容傳感器（2） 變介電常數(shù)：液位/物位/限位電容式接近開關(guān)延時起 爆器鉆地導(dǎo)彈（3） 變極板面積 S:調(diào)頻收音機第7章電感式傳感器1. 變氣隙厚度的電感式

8、傳感器，采用差動式結(jié)構(gòu)后，靈敏度可以提高 一倍，并且非線性誤差減小。2. 變氣隙面積的電感式傳感器，在忽略邊緣效應(yīng)的條件下，其電感量 L與面積 S 成線性關(guān)系。3. 對于單螺管線圈型，當(dāng) x=0.5l 時，傳感器靈敏度最高；對于雙螺管線圈型，當(dāng) x=0.6l 時，傳感器靈敏度最高。4. 變壓器式交流電橋，當(dāng)傳感器的鐵芯處于中間位置時，即 Z 仁 Z2=Z 此時有u=0，電橋平衡。5. 相敏檢波電路的作用：（1）判斷銜鐵移動方向；（2）消除零位誤差；（3）濾除高頻噪聲。6. 消除溫度漂移的方法：（1）采用恒流源作激勵；（2）提高線圈品質(zhì)因數(shù)；（3）采用差動 電橋；（4）合理匹配線膨脹系數(shù)。7.

9、改善非線性特性的方法：（1）采用差動結(jié)構(gòu)；（2）限制銜鐵的最大位移量。8. 螺管式差動變壓器次級線圈 S1 和 S2 反極性串聯(lián)。9. 渦流式傳感器可分為高頻反射式渦流傳感器和低頻透射式渦流傳 感器。前者用于測量位移，后者用于測量厚度。10. 渦流式傳感器的應(yīng)用：（1）無損檢測（探傷）；（2）安檢門第八章壓電式傳感器1. 壓電式傳感器的工作原理是基于壓電效應(yīng)。2. 壓電式傳感器通常是利用縱向壓電效應(yīng)來實現(xiàn)的。3.電能逆壓電效應(yīng)（電致伸縮效應(yīng)-機械能；電能正壓電效應(yīng)（順壓電）_機械能。4. 壓電材料的三個特性：（1）壓電常數(shù)一一衡量材料壓電效應(yīng)的強弱：靈敏度。（2） 機電耦合系數(shù) 機電轉(zhuǎn)換效率。

10、（3）居里點一一壓電材料開始喪失壓電特性的溫度，表征材料對溫 度的穩(wěn)定性。5. 石英晶體 x 軸為電軸，y 軸為機械軸，z 軸為光軸。6.P169 圖 8-37. 壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料， 不具有壓電效應(yīng)；為了使 壓電陶瓷具有壓電效應(yīng)，必須進(jìn)行 極化處理。8. 壓電陶瓷由無數(shù)細(xì)微的電疇組成。PZT 為壓電陶瓷的一種。9. 只有在外電路負(fù)載RL為無窮大、內(nèi)部無漏電時，壓電式傳感器受 力所產(chǎn)生的電荷及其形成的電壓 U 才能長期保存下來。10. 壓電元件并聯(lián)時，輸出電荷；串聯(lián)時，輸出電壓。11. 前置放大器的兩個作用：（1）把壓電式傳感器的微弱信號放大；（2）把傳感器高阻抗輸出變 換為低

11、阻抗輸出。12. 前置放大器有電壓放大器和電荷放大器。13. 電壓放大器又稱阻抗放大器。它的主要作用是把壓電傳感器的高阻抗變換為低輸出阻抗，并將微弱信號進(jìn)行適當(dāng)放大。14. 當(dāng)作用在壓電元件上的力是靜態(tài)力（w=0）時，則前置放大器的輸 出電壓等于零， 電荷就會通過放大器的輸入電阻和傳感器本身的泄露 電阻漏掉。這也就從原理上決定了壓電傳感器不能測量靜態(tài)物理量。15. 電壓放大器的一個缺點：連接電纜不宜過長，而且也不能隨意更換電纜，否則會使傳感器實際靈敏度與出廠校正靈敏度不一致，從而導(dǎo)致測量誤差。16. 電荷放大器一個突出的優(yōu)點是，在一定條件下，傳感器的靈敏度 與電纜長度無關(guān)。17. 壓電式傳感器

12、的應(yīng)用破甲彈。第十四章溫度的測量1. 熱電偶的測溫原理是基于熱電效應(yīng)。2. T 接觸點為熱端，又稱工作端或者測量端；T。接觸點為冷端，又稱 參考端或者自由端。3. 熱電勢二接觸電勢+溫差電勢。4. 形成熱電勢的兩個必要條件：（1） 兩種導(dǎo)體的材料不同；（2） 接點的溫度不同。5. 熱電偶測溫基本定律：（1） 均質(zhì)導(dǎo)體定律兩種均質(zhì)金屬組成的熱電偶，其熱電勢大小只與熱電極材料和兩端 溫度有關(guān)，與熱電極的幾何尺寸及熱電極長度上的溫度分布無關(guān)。（2） 中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中插入第 3 種，第 4 種導(dǎo)體，只要插入導(dǎo)體的兩端溫度相等，且插入導(dǎo)體是均質(zhì)的，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢保持不變。公式：EAB（T，

13、TO）=EAC（T，TO）+ECB（T，T。）（3）中間溫度定律在熱電偶回路中，兩接點溫度為T，T。時的熱電勢，等于該熱電 偶在接點T，Tn的熱電勢與Tn，T。的熱電勢之和。公式：EAB（T，TO）=EAB（T，Tn）+EAB（Tn,T。）若To=時，則有EAB（T,0）=EAB（T，Tn）+EAB（Tn,0）6.插值公式:TM=TL+E(TH-TL)EH-EL7. 我國把性能符合專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國標(biāo)并具有統(tǒng)一分度表的熱電偶材料稱為定型熱電偶材料。8. 銅熱電阻，在溫度 t 時的銅電阻值為：R=Ro1+a(t-to)Ro在時電阻值；a在初始溫度為卜時的溫度系數(shù)。分度號為Cu50 的熱電阻的Ro為 5

14、0 歐;分度號為Cu100 的熱電阻的Ro為 100 歐。9. 集成溫度傳感器就是利用 pn 結(jié)的伏安特性與溫度之間的關(guān)系研制 成的一種固態(tài)傳感器。第十二章位移的測量1. 光柵傳感器由光柵讀數(shù)頭和光柵數(shù)顯表組成。2. 光柵數(shù)顯表是實現(xiàn)細(xì)分、辨向和顯示功能的電子系統(tǒng)。3. 莫爾條紋(亮帶與暗帶)之間的間距可表示為：=WBH= 14. 莫爾條紋的主要作用：(1) 放大位移；(2) 消除局部誤差；(3) 辨向。5.為了提高分辨率能夠測量比柵距更小的位移，采用細(xì)分技術(shù)。6.對莫爾條紋的細(xì)分方法有電子細(xì)分法、光學(xué)細(xì)分法和機械細(xì)分法7.旋轉(zhuǎn)編碼器分為脈沖盤式(增量式)和碼盤式(絕對式)。8增量式編碼器需要

15、計數(shù)系統(tǒng)和零位基準(zhǔn)才能測旋轉(zhuǎn)角度。9. 絕對式編碼器的最小分辨角度a=360 210. 超聲波的傳播波型主要可分為縱波、橫波、表面波等幾種。11. 縱波能在三態(tài)中傳播；橫波只能在固體中傳播；表面波只能在固體表面?zhèn)鞑ァ?2. 由物理學(xué)知，當(dāng)波在界面處產(chǎn)生折射時，入射角a的正弦與折射角B的正弦之比，等于入射波在第一介質(zhì)中的波速c1 與折射波在第二介質(zhì)中的波速 c2 之比，即13.超聲波傳感器常用壓電式：si n：_ ci sin：c(1) 發(fā)射探頭：逆壓電效應(yīng)。(2) 接收探頭：正壓電效應(yīng)。14. 超聲波傳感器的應(yīng)用：(1) 物位/液位傳感器；(2) 超聲防盜報警器；(3) 無損探傷。15. 超聲

16、防盜報警器基于多普勒效應(yīng)16. 超聲波傳感器分為透射型和反射型。17. 直線感應(yīng)同步器由定尺和滑尺兩部分組成。18. 標(biāo)準(zhǔn)型定尺每塊長 250mm 繞組節(jié)距 W=2mm19. 滑尺上有兩組繞組：一組叫正弦繞組，簡稱 S 繞組；另一組叫余 弦繞組，簡稱 C 繞組。兩線圈繞組在空間位置上相差 W/420. 根據(jù)感應(yīng)同步器輸出信號的處理方式，可分為鑒幅型數(shù)字位移測 量系統(tǒng)和鑒相型數(shù)字位移測量系統(tǒng)。21. 機械位移角=2nx/Wo第10章固態(tài)圖像傳感器1. CCD 的突出特點是以電荷作為信號，而不同于其他大多數(shù)器件是以 電流或者電壓為信號。2. CCD 的基本功能是電荷的存儲和電荷的轉(zhuǎn)移。3. CCD

17、 的基本結(jié)構(gòu)： 構(gòu)成 CCD 的基本單元是 MOSfe容器， SiQ2層，金屬電極，像素。4. 在一定條件下，所加電壓VG越大，耗盡層就越深。這時的 MOSfe容器所能容納的少數(shù)載流子電荷的量就越大。5. 外加在 MQSt 容器上的電壓愈高，產(chǎn)生勢阱愈深；外加電壓一定時，勢阱深度隨勢阱中電荷量的增加而線性下降。6. 使信號電荷由勢阱 淺處流向勢阱深處，實現(xiàn)信號電荷的轉(zhuǎn)移。7. P202 圖 10-5.8. CCD 中信號電荷的產(chǎn)生有兩種方式：電注入和光注入。9. 固態(tài)圖像傳感器（CCD 從結(jié)構(gòu)上講可以分為線型和面型兩類。10. 分辨率通常有兩種不同的表示方式：一種是極限分辨率；另一種 是調(diào)制傳

18、遞函數(shù)（MTFN11. 極限分辨率是指人眼能夠分辨的最細(xì)線條數(shù)，有很大的主觀性。12. 調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF 能夠客觀地反映 CCD 傳感器對于不同空間頻率的目標(biāo)成像的清晰程度13. 在無光條件下，圖像傳感器仍能產(chǎn)生的輸出噪聲電流稱為暗電流。14. CCD 的應(yīng)用：（1） 尺寸測量一一非接觸的在線自動檢測。（2） 圖像傳真。（3） 文字識別。第9章紅外傳感器1. 光電傳感器基于光電效應(yīng)。2. 光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。3. 紅外線傳感器的工作原理基于光熱效應(yīng)。4. 紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射。5. 物體的溫度越高，輻射出來的紅外線越多，紅外輻射的能量就越強。6. 紅外輻射和所有電磁波一樣，是以波的形式在空間直線傳播的。7. 紅外傳感器（也稱為紅外探測器）是能將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電能的 光電器件。8. 根據(jù)探測機理可分為熱傳感器（基于熱電效應(yīng)）和光子傳感器（基 于光電效應(yīng)）。9. 紅外傳感器的性能參數(shù)（1） 噪聲等效功率（NEP噪聲等效功率是信噪比為 1 的紅外傳感器探測到的最小輻射功率。（2） 探測率（D）與比探測率（D*）探測率是表示紅外傳感器靈敏度大小的參數(shù)， 它等于噪聲等效功率 的倒數(shù)。探測率越高，表明傳感器所能探測到的最小輻射功率越小，傳感器越靈敏