傳感器與測試技術(shù)(填空題考點(diǎn)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(hào)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(hào)分析與處理1. 按信號(hào)能量是否有限，可分為能量信號(hào)和功率信號(hào)。2. 能量信號(hào)的平均功率為零。3. 功率信號(hào)的平均功率有限。4. 周期信號(hào)中，比較傅里葉級(jí)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;|Cn|=An/2 ； 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(hào)中，可知:(1)非周期信號(hào)的幅頻譜|X(f)|是連續(xù)譜，周期信號(hào)的幅頻譜|Cn|是離散譜;(2) 二者量綱不同，

2、前者是頻譜密度函數(shù)，后者是信號(hào)幅值。6. 關(guān)于奇偶虛實(shí)性的三個(gè)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(shí)性;(3) 奇函數(shù)變換改變虛實(shí)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(hào),要求fs >2 fm。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(jī)誤差和粗大誤差。3. 算術(shù)平均值是反映隨機(jī)誤差的分布中心，而標(biāo)準(zhǔn)差則反映隨機(jī)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.(1)k=1

3、時(shí)，置信概率為0.6826.(2)k=2時(shí)，置信概率為0.9544.(3)k=3時(shí)，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(shí)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(gè)測點(diǎn)，測試系統(tǒng)按同一方向作全量程的多次重復(fù)測量

4、時(shí)，每一次的輸出量都不一樣，是隨機(jī)的。反應(yīng)了測量值的隨 機(jī)性、分散性。(5) 零漂：零位變化動(dòng)態(tài)。(6) 溫漂：輸出動(dòng)態(tài)變化。反映了溫度穩(wěn)定性。2. 線性時(shí)不變系統(tǒng)有兩個(gè)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(duì)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(duì)于動(dòng)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(jī)械滯后是指對(duì)已安裝的應(yīng)變片，在溫

5、度恒定時(shí)，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(duì)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(shí)間的變化。(6)蠕變是指對(duì)已安裝的應(yīng)變片，在溫度恒定并承受恒定的機(jī)械應(yīng)變時(shí)，指示應(yīng)變隨時(shí)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(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ袠蚵费a(bǔ)償法和應(yīng)變片自補(bǔ)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(shí):（1）單臂電橋Uo=-UR4 R(3雙臂電橋）全橋Uo=-U 豈2 R8.交流電橋的平衡條件Z1 Z4 =z2 Z3即：相對(duì)臂阻抗模的乘積必須相等，相對(duì)臂阻抗角的和必須相等。交流電橋的預(yù)平

6、衡條件 R1R4二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do，但do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(dòng)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(hào)調(diào)理電路包括：電橋電路、調(diào)頻電路、諧振電路、運(yùn)算放大器式電路和脈沖寬度調(diào)制電路（PWM）5. 運(yùn)算放大器式電路的優(yōu)點(diǎn)是能夠?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(yùn)算放大器的放大倍數(shù)K

7、無窮大、輸入阻抗乙7無窮大。6. 差動(dòng)式脈沖調(diào)寬電路的優(yōu)點(diǎn)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(duì)結(jié)構(gòu)尺寸的影響，在制造電容式傳感器的時(shí)候,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(dòng)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(shí)起爆器鉆地導(dǎo)彈(3) 變極板面積S:調(diào)頻收音機(jī)第7章電感式傳感器1.變氣隙厚度的電感式傳感器，采用差動(dòng)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

8、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(duì)于單螺管線圈型，當(dāng)x=0.5l時(shí)，傳感器靈敏度最高;對(duì)于雙螺管線圈型，當(dāng)x=0.6l時(shí)，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(shí)，即Z1=Z2=Z此時(shí)有U =0，電橋平衡。5. 相敏檢波電路的作用：（1）判斷銜鐵移動(dòng)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(lì)；（2）提高線圈品質(zhì)因數(shù)；（3）采用差動(dòng)電橋；（4）合理匹配線膨脹系數(shù)。7. 改善非線性特性的方法:（1）采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)；（2）限制銜鐵的最大位移量。8. 螺管式差動(dòng)變壓器次級(jí)線

9、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(shí)現(xiàn)的。3.電能逆壓電效應(yīng)（電致伸縮_效應(yīng)）T機(jī)械能; 電能 正壓電效應(yīng)（順壓電）- 機(jī)械能。4. 壓電材料的三個(gè)特性:（1）壓電常數(shù)一一衡量材料壓電效應(yīng)的強(qiáng)弱：靈敏度。（2）機(jī)電耦合系數(shù)一一機(jī)電轉(zhuǎn)換效率。（3）居里點(diǎn)一一壓電材料開始喪失壓電特性的溫度，表征材料對(duì)溫度的穩(wěn)定性。5. 石英晶體x軸為電軸，y

10、軸為機(jī)械軸，z軸為光軸。6.P 169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(shí)，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(shí)，輸出電荷；串聯(lián)時(shí)，輸出電壓。11. 前置放大器的兩個(gè)作用:（1）把壓電式傳感器的微弱信號(hào)放大；（2）把傳感器高阻抗輸出變換為低阻抗輸出。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

11、阻抗變換為低輸出阻抗，并將微弱信號(hào)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(shí)，則前置放大器的輸出電壓等于零，電荷就會(huì)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(gè)缺點(diǎn)：連接電纜不宜過長，而且也不能隨意更換電纜，否則會(huì)使傳感器實(shí)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(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)是，在一定條件下，傳感器的靈敏度與電纜長度無關(guān)。17. 壓電式傳感器的應(yīng)用破甲彈。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(diǎn)為熱端，又稱工作端或者測量端；To接觸點(diǎn)為冷

12、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(gè)必要條件:(1)兩種導(dǎo)體的材料不同;(2)接點(diǎn)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 , To）= Eac（T , To）+ Ecb（T T。）(3) 中間溫度定律在熱電偶回路中，兩接點(diǎn)溫度為 T，t。時(shí)的熱電勢，等于該熱電偶在接點(diǎn)T

13、 ，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=0時(shí)，則有Eab（T ,0）= Eab（T，Tn）+ EAB（Tn,°）6.插值公式:Tm=Tl+EE(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(shí)的銅電阻值為:Rt = Ro1+ a(t- to)Ro在t。時(shí)電阻值;a在初始溫度為t。時(shí)的溫度系數(shù)。分度號(hào)為Cu 50的熱電阻的Ro為50 歐;分度號(hào)為Cu 100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

14、特性與溫度之間的關(guān)系研制成的一種固態(tài)傳感器。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(shí)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:C =wBh 4. 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(duì)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(jī)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(duì)式)。8. 增量式編碼器需要計(jì)數(shù)系統(tǒng)和零位基準(zhǔn)才能測旋轉(zhuǎn)角度。9.絕對(duì)式編碼器的最小分辨角度 a=360° °2

15、n10. 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(shí)，入射角a的正弦與折射角P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sin aci二介質(zhì)中的波速c2之比，即=Sin LC213. 超聲波傳感器常用壓電式：(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(bào)警器;(3) 無損探傷。15.超聲防盜報(bào)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

16、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(hào)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(jī)械位移角=2n xJWo第10章固態(tài)圖像傳感器1.CCD的突出特點(diǎn)是以電荷作為信號(hào)，而不同于其他大多數(shù)器件是以電流或者電壓為信號(hào)。2.CCD的基本功能是電荷的存儲(chǔ)和電荷的轉(zhuǎn)移。3.CCD的基本結(jié)構(gòu)：構(gòu)成 CCD的基本單元是 MOS電容器，Si q2層,金屬電極，像素。4. 在一定條件下，所加電壓 Vg越大，耗盡

17、層就越深。這時(shí)的 MOS電容器所能容納的少數(shù)載流子電荷的量就越大。5.外加在MOSt容器上的電壓愈高，產(chǎn)生勢阱愈深；外加電壓一定時(shí),勢阱深度隨勢阱中電荷量的增加而線性下降。6. 使信號(hào)電荷由勢阱 淺處流向勢阱深處，實(shí)現(xiàn)信號(hào)電荷的轉(zhuǎn)移。7.P202 圖 10-5.8.CCD中信號(hào)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(duì)于不同空間頻率

18、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(dòng)檢測。(2)圖像傳真。(3)文字識(shí)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(qiáng)。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(jī)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