傳感器復(fù)習(xí)資料..

1、半導(dǎo)體材料的應(yīng)變效1.1、金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)有什么不同 答：金屬電阻的應(yīng)變效應(yīng)主要是由于其幾何形狀的變化而產(chǎn)生的，應(yīng)則主要取決于材料的電阻率隨應(yīng)變所引起的變化產(chǎn)生的。1.2、 直流測量電橋和交流測量電橋有什么區(qū)別？答：它們的區(qū)別主要是直流電橋用直流電源，只適用于直流元件， 如電阻應(yīng)變片，交流電橋用交流電源，適用于所有電路元件，如電阻應(yīng)變片、電容。1.3、簡述電阻應(yīng)變式傳感器產(chǎn)生橫向誤差的原因。粘貼在受單向拉伸力試件上的應(yīng)變片，如圖2-3所示，其敏感柵是有多條直線和圓弧部圖2 3橫向效應(yīng)J，電阻值將增加。但在圓弧段上,分組成。這時，各直線段上的金屬絲只感受沿軸向拉應(yīng)變沿各微

2、段軸向（即微段圓弧的切向）的應(yīng)變與直線段不相等，因此與直線段上同樣長度的微 段所產(chǎn)生的電阻變化就不相同，最明顯的在0 =兀/2處圓弧段上，按泊松關(guān)系，在垂直方向上產(chǎn)生負(fù)的壓應(yīng)變Sy，因此該段的電阻是最小的。而在圓弧的其它各段上，其軸向感受的應(yīng)變由+ Sx變化到-利。由此可見，將直的電阻絲繞成敏感柵之后，雖然長度相同，但應(yīng)變狀態(tài)不同，其靈敏系數(shù)降低了。這種現(xiàn)象稱橫向效應(yīng)。應(yīng)變片橫向效應(yīng)表明，當(dāng)實際使用應(yīng)變片時，使用條件與標(biāo)定靈敏系數(shù)k時的標(biāo)定規(guī)則不同時，實際k值要改變，由此可能產(chǎn)生較大測量誤差，當(dāng)不能滿足測量精確度要求時，120 Q的固定電阻組1和1 000時,應(yīng)進行必要的修正。1.4、采用阻值

3、為120Q靈敏度系數(shù) K=2.0的金屬電阻應(yīng)變片和阻值為 成電橋，供橋電壓為 4V,并假定負(fù)載電阻無窮大。當(dāng)應(yīng)變片上的應(yīng)變分別為 試求單臂、雙臂和全橋工作時的輸出電壓，并比較三種情況下的靈敏度。K 客UKeU4X2X106解：單臂時6=0，所以應(yīng)變?yōu)?時20=空=4244變?yōu)?000時應(yīng)為U 0_ K名U =4咒2咒104二-=2X10；/V;1000時應(yīng)為KEU所以應(yīng)變?yōu)?時U_ KSU4X2X10*= 410/V，應(yīng)變?yōu)閁0-34=2iW10/v ；Uo =8x10-/v。從上面的計算可知：單臂時靈敏度最低，雙臂時為其兩倍，全橋時最高，為單臂的四倍。1.5、差動電橋有哪些有優(yōu)點？答：差動電

4、橋比單臂電橋的靈敏度高，此外，還可以有效地改善電橋的溫度誤差、非線性誤差。1.6、如圖所示為一直流電橋，供電電源電動勢E=3V, R3=F4=1OOQ , R和R為同型號的電阻應(yīng)變片，其電阻均為50 Q，靈敏度系數(shù) K=2.0。兩只應(yīng)變片分別粘貼于等強度梁同一截面的正反兩面。設(shè)等強度梁在受力后產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)閍)UOo題2.5圖解:此電橋為輸出對稱電橋，故Uo3=他=2 心沢 5。=i5mV22.1、電容式傳感器有哪些類型?解:電容式傳感器分為變極距型、變面積型和變介質(zhì)型三種類型。?為了提高傳感器的靈敏度可采2.2、試分析變面積式電容傳感器和變間隙式電容的靈敏度取什么措施并應(yīng)注意什么問題解：以變面

5、積式電容傳感器為例進行說明，如圖所示是一直線位移型電容式傳感器的示意圖。當(dāng)動極板移動 x后，覆蓋面積就發(fā)生變化，電容量也隨之改變，其值為C= b (a- X)/ d=C0- b x d電容因位移而產(chǎn)生的變化量為訪AC = G G0 =d其靈敏度為ACebK =Z d 可見增加b或減小d均可提高傳感器的靈敏度。2.3、為什么說變間隙型電容傳感器特性是非線性的?采取什么措施可改善其非線性特征解：下圖為變間隙式電容傳感器的原理圖。圖中為固定極板，2為與被測對象相連的活動極板。當(dāng)活動極板因被測參數(shù)的改變而引起移動時,兩極板間的距離 d發(fā)生變化，從而改變了兩極板之間的電容量 CsA設(shè)極板面積為A,其靜態(tài)

6、電容量為 G =，當(dāng)活動極板移動 X后，其電容量為 dCx1沁=C0q1 d2當(dāng)xd時則 C=C0(1+-)(2)dd過小時。但當(dāng)d過小時，又由式（1 ）可以看出電容量 C與x不是線性關(guān)系，只有當(dāng)xd時，才可認(rèn)為是最近似線形關(guān)系。同時還可以看出，要提高靈敏度，應(yīng)減小起始間隙容易引起擊穿，同時加工精度要求也高了。為此般是在極板間放置云母、塑料膜等介電常數(shù)高的物質(zhì)來改善這種情況。在實際應(yīng)用中，為了提高靈敏度，減小非線性，可采用差動4.8圖所示。C0=2OOpF,傳感式結(jié)構(gòu)。2.4、變間隙電容傳感器的測量電路為運算放大器電路，如題器的起始電容量G0=20pF,定動極板距離d0=1.5mm,運算放大器

7、為理想放大器（即Kps, Zfs） , Rf極大,輸入電壓 ui=5sin o tV。求當(dāng)電容傳感動極板上輸入一位移量 x=0.15mm使do減小時,電路輸出電壓 u。為多少?解:由測量電路可得U0C0CoCx0d0do AxUi200*5訕一45Si訕 V1.5-0.152.5、如圖3-22所示正方形平板電容器，極板長度a=4cm,極板間距離 5 =0.2mm.若用此變面 積型傳感器測量位移 x,試計算該傳感器的靈敏度并畫出傳感器的特性曲線.極板間介質(zhì)為空氣， =8.85x10-12F/m 。Cx =4%a(a X)解：這是個變面積型電容傳感器,416咒10 以 8.85X1022X10=2

8、8.32 /pF=C0+ kx =28.3270.8X (x的單位為米）=Cx C0 =4名0 ax)6-12_24咒8.85咒10 咒4咒10 f C , L = -70.8 /pF2咒10cm3.1、試述影響差動變壓器輸出線性度和靈敏度的主要因素是什么?傳感器幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)的解：影響差動變壓器輸出線性度和靈敏度的主要因素是: 對稱性、磁性材料的殘余應(yīng)力、測量電路零點殘余電動勢等。3.2、試述電渦流式傳感器的靈敏度主要受哪些因素影響？它的主要優(yōu)點是什么?解：電渦流式傳感器的靈敏度主要受導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀，線圈的幾何參數(shù),電渦流式傳感結(jié)構(gòu)簡單、頻率響應(yīng)激勵電流頻率以及線圈到

9、被測導(dǎo)體間的距離等因素影響。寬、靈敏度高、測量范圍大、抗干憂能力強，特別是有非接觸測量的優(yōu)點，因此在工業(yè)生產(chǎn) 和科學(xué)技術(shù)的各個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。4.1、為什么壓電傳感器通常都用來測量動態(tài)或瞬態(tài)參量?解：如作用在壓電組件上的力是靜態(tài)力,則電荷會泄露，無法進行測量。所以壓電傳感器通常都用來測量動態(tài)或瞬態(tài)參量。4.2、壓電式傳感器測量電路的作用是什么?其核心是解決什么問題 ？解：壓電式傳感器的產(chǎn)生的電量非常小,內(nèi)阻很高。測量電路的作用是進行阻抗變換和放大,即要求測量電路的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低,通常用高輸入阻抗運放。其核心是要解決lg的振動，今有壓電式加速度計出廠時標(biāo) 因此要重新標(biāo)定加速度

10、計靈敏度，假定100，標(biāo)定時晶體管毫伏表上指示微弱信號的轉(zhuǎn)換與放大，得到足夠強的輸出信號。4.3、某加速度計的校準(zhǔn)振動臺，它能作50Hz和出靈敏度K= 100mW g,由于測試要求需加長導(dǎo)線， 所用的阻抗變換器放大倍數(shù)為1,電壓放大器放大倍數(shù)為為9.13V，試畫出標(biāo)定系統(tǒng)的框圖，并計算加速度計的電壓靈敏度。 解：此加速度計的靈敏度為9130 oK = =91-3 mV/g100標(biāo)定系統(tǒng)框圖如下：已知：加速度計靈敏度為 5p C/g,4.4、用石英晶體加速度計及電荷放大器測量機器的振動,2V,試求電荷放大器靈敏度為50mV/ pC,當(dāng)機器達到最大加速度值時相應(yīng)的輸出電壓幅值為該機器的振動加速度。

11、已知：ka=5pC/g， kq=50mV/pC, Vomax=2V求:amax= ？解：因為:ka= Q/a； kq = Vo /Q則有:Vo= kakqa所以:amax V0maxkakq =8g5pC/g ；4.5、用石英晶體加速度計及電荷放大器測量機器振動，已知，加速度計靈敏度為電荷放大器靈敏度為 50mV/pC,最大加速度時輸出幅值2V，試求機器振動加速度。解：K =Ki XK2 =5咒50 =250mV/gUU2000 ,K = = a = = = 4gaK2504.6、什么叫正壓電效應(yīng)？什么叫逆壓電效應(yīng)？常用壓材料有哪幾種？答：某些電介質(zhì)在沿一定的方向上受到外力的作用而變形時，內(nèi)部

12、會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在其表面上產(chǎn)生電荷， 當(dāng)外力去掉后，又重新回到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。這 種機械能轉(zhuǎn)化成電能的現(xiàn)象，稱為正壓電效應(yīng)。 反之，在電介質(zhì)的極化方向上施加交變電場或電壓，它會產(chǎn)生機械變形，當(dāng)去掉外加電場時，電介質(zhì)變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。應(yīng)用于壓電式傳感器中的壓電材料通常有三類：一類是壓電晶體，它是單晶體，如石英晶體、酒石酸鉀鈉等；另一類是經(jīng)過極化處理的壓電陶瓷，它是人工合成的多晶體，如 鈦酸鋇等；第三類是有機壓電材料，是新型的壓電材料，如聚偏二氯乙烯等。4.7、一只x切型的石英晶體壓電元件，其，相對介電常數(shù)橫截面積 A=5cm2厚度t=0.5cm。求：C

13、c=4 pF，該壓電元件的輸出電壓（1）沿石英晶體電軸方向施加力的作用，產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為什么？若沿電軸方向受 Fx=9.8N的壓力作用時兩電級間輸出電壓值為多大？（2）若此元件與高輸入阻抗運放連接時連接電纜的電容為 值為多大？解:（ 1 ）沿石英晶體電軸方向施加力的作用，產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為縱向壓電效應(yīng)。對于x切型的石英晶體壓電元件，縱向受力時，產(chǎn)生的電荷量為q,=図1/； = 2.31X10 X 9.S = 22.6x= 22,6pC壓電元件的電容量為5 =字嚴(yán)皿 7亍 “5 10- = 3亦M0,5兩電極間的輸出電壓值為(2)此元件與高輸入阻抗運放連接時，連接電纜的電容與壓電元件本

14、身的電容相并聯(lián)，輸 出電壓將改變?yōu)?2.6x10-U 冬* qg十4x1075.1、光電效應(yīng)有哪幾種 ？與之對應(yīng)的光電元件各有哪些 ？答：光電效應(yīng)有外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)三種?；谕夤怆娦?yīng)的光電元件有光電管、光電倍增管等；基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電元件有光敏電阻、光敏晶體管等；基于光 生伏特效應(yīng)的光電元件有光電池等。5.2、 常用的半導(dǎo)體光電元件有哪些？它們的電路符號如何 ？ 答：常用的半導(dǎo)體光電元件有光敏二極管、光敏三極管和光電池三種。它們的電路符號如下圖所示：光敏二極管光敏三極管光電池如圖所示。圖中1是光源X1或者X2，它們能夠分別造成I。光電傳感器設(shè)計靈活，形式xiX3X25.

15、3、 什么是光電元件的光譜特性？答：光電元件的光譜特性是指入射光照度一定時，光電元件的相對靈敏度隨光波波長的變化而變化，一種光電元件只對一定波長范圍的人射光敏感，這就是光電元件的光譜特性。5.4、 光電傳感器由哪些部分組成？被測量可以影響光電傳感器的哪些部分？答：光電傳感器通常由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成， 發(fā)出的光信號，2是光電器件接受的光信號，被測量可以是 光源本身或光學(xué)通路的變化，從而影響傳感器輸出的電信號 多樣，在越來越多的領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。5.5、模擬式光電傳感器有哪幾種常見形式？答：模擬式光電傳感器主要有四種。 一是光源本身是被測物，它發(fā)出的光投射到光電元件上， 光電元

16、件的輸出反映了光源的某些物理參數(shù)，如圖a所示。這種型式的光電傳感器可用于光電比色高溫計和照度計；二是恒定光源發(fā)射的光通量穿過被測物，其中一部分被吸收， 剩余的部分投射到光電元件上，吸收量取決于被測物的某些參數(shù)。如圖b所示?？捎糜跍y量透明度、混濁度；三是恒定光源發(fā)射的光通量投射到被測物上，由被測物表面反射后再投射到光電元件上，如圖c所示。反射光的強弱取決于被測物表面的性質(zhì)和狀態(tài)，因此可用于測量工件表面粗糙度、紙張的白度等；四是從恒定光源發(fā)射出的光通量在到達光電元件的途中受到 被測物的遮擋，使投射到光電元件上的光通量減弱，光電元件的輸出反映了被測物的尺寸或位置。如圖d所示。這種傳感器可用于工件尺寸

17、測量、振動測量等場合。1 .zc)a)1 K Aa）被測量是光源 b ）被測量吸收光通量c1-被測物）被測量是有反射能力的表面d ）被測量遮蔽光通量2 -光電元件 3-恒光源3% b)6.2超聲波有哪些傳播特性 ？答：超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機械振蕩，它是由與介質(zhì)相接觸的振蕩源所引起的。振蕩源在介質(zhì)中可產(chǎn)生兩種形式的振蕩，即橫向振蕩和縱向振蕩。橫向振蕩只能在固體中產(chǎn)生， 而縱向振蕩可在固體、液體和氣體中產(chǎn)生。隨著傳播距離的增加， 其強度因介質(zhì)吸收能超聲波的一種傳播特性是在通過兩種不同的介質(zhì)時，產(chǎn)生折射和反射現(xiàn)象，請推導(dǎo)入射角的臨界入射角與空氣折射率超聲波的另一種傳播特性是在通過同種介質(zhì)時， 量而減弱。9.2（ 1）如圖所示為光纖傳感器中光線傳播原理， nO、纖芯折射率n1及包層折射率n2的關(guān)系式。（2）解釋光纖數(shù)值孔徑的物理意義。電 sin9