2202傳感器與檢測技術(shù)復(fù)習資料

1、傳感器與檢測技術(shù)知識點整理 DX代表單項選擇題 GN代表概念題 JD代表簡答題 JS代表計算題 （重點看不涉及數(shù)字的題（概念性的題）。第1章：概述一、傳感器的定義。DX，GN工程中通常把直接作用于被測量，能按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成同種或別種量值輸出的器件稱作傳感器。二、傳感器的分類。DX，GN1.物性型傳感器：依靠敏感元件材料本身物理化學性質(zhì)的變化來實現(xiàn)信號變換的傳感器。屬于物性型傳感器有：光電式和壓電式，如：電阻應(yīng)變片，壓電式加速度計，光電管等。2.結(jié)構(gòu)型傳感器：依靠傳感器結(jié)構(gòu)參量的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換。屬于結(jié)構(gòu)型傳感器的有：電感式，電容式，光柵式。如：電容傳感器，渦流傳感器，差動變壓器式等。五套3

2、.按照工作原理分類，固體圖象式傳感器屬于（光電式傳感器 ）三、傳感器的特性與主要性能指標。DX，GN，JS1.靜態(tài)指標：線性度，靈敏度，重復(fù)性等。 （1）線性度：指測量裝置輸出、輸入之間保持常值比例關(guān)系的程度。（2）靈敏度：輸出的變換量與輸入的變換量之比。（3）重復(fù)性：指測量系統(tǒng)在輸入量按同一方向做全量程連續(xù)多次測試時所得輸入、輸出特性曲線不重合程度。2.動態(tài)指標：屬于傳感器動態(tài)性能的有：固有頻率，四、傳感器及檢測系統(tǒng)基本特性的評價指標與選用原則。DX，GN，JD1.靈敏度 （1）測試系統(tǒng)的靈敏度越高，則其測量范圍：越窄 （2）對于理想的定常線性系統(tǒng)，靈敏度是（常數(shù) ） （3）傳感器靈敏度的選

3、用原則。盡量選用靈敏度高的傳感器 盡量選用信噪比大的傳感器 當被測量是向量時要考慮交叉靈敏度的影響 過高的靈敏度會縮小其適用的測量范圍2.線性度 （1）非線性度是表示校準曲線( 偏離擬合直線 )的程度。 3.穩(wěn)定性 （1）測試裝置在規(guī)定條件下保持其測量特性恒定不變的能力稱( 穩(wěn)定度 ) 4.精確度 （1）精度：也稱為精確度，是反映測量系統(tǒng)誤差和隨機誤差的綜合誤差指標，即準確度和精密度的綜合偏差程度。 （2）傳感器精確度的選用原則。 盡量選用精確度高的傳感器，同時考慮經(jīng)濟性 對于定性試驗，要求傳感器的精密度高 對于定量試驗，要求傳感器的精確度高 傳感器的精確度越高，價格越昂貴。五、其他知識點。D

4、X，GN，JD1.可靠性：是指在使用環(huán)境和運行指標不超過極限的情況下，系統(tǒng)特性保持不變的能力。2.在靜態(tài)測量中，根據(jù)繪制的定度曲線，可以確定測量系統(tǒng)的三個靜態(tài)特性：靈敏度，非線性度，回程誤差。3.在非電量電測法中,總是將被測信號轉(zhuǎn)換成( 電信號 )4.傳感器測量方式的選用原則。 工作方式不同對傳感器要求也不同 對運動部件，往往需要非接觸測量 對自動控制與檢測系統(tǒng)應(yīng)進行在線測量 對危險的工作場合，應(yīng)采用遙測裝置。5.測量裝置有效地辨別緊密相鄰量值的能力稱( 分辨力 )6.通常物性型傳感器的工作頻率范圍 ( 較寬 )7.傳感器響應(yīng)特性的選用原則。 響應(yīng)特性必須滿足不失真測量條件 延遲時間越短越好

5、物性型傳感器響應(yīng)較快，可工作頻率范圍寬；結(jié)構(gòu)型傳感器固有頻率低，可工作頻率較低 充分考慮被測物理量的變化特點。8.電參數(shù)型傳感器：被測量變化導(dǎo)致電阻、電感、電容發(fā)生變化的敏感元件統(tǒng)稱為電參數(shù)型傳感器。9.按照工作原理分類，固體圖象式傳感器屬于（ 光電式傳感器 ）第2章：位移檢測傳感器一、參數(shù)型位移傳感器。DX，MC，JD，JS 1. 測量范圍大的電容式位移傳感器的類型為（ 容柵型 ）2. 有一電容測微儀，其電容圓形極板半徑為4mm，工作初始間隙，空氣介質(zhì)。求：通過測量得到的電容變化量為，則傳感器（電容）與工件之間間隙變化的距離是多少？如測量電路的靈敏度，讀數(shù)儀器靈敏度格/mv，則此時儀器示值變

6、化多少格？（真空介電常數(shù) ，空氣介質(zhì)）： 格 3. 對差動變壓器式傳感器進行靜態(tài)定標時，鐵芯向上和向下運動時零點不一致的原因是( 零點殘余電壓 )4. 差動變壓器零點殘余電壓：由于兩個次級線圈結(jié)構(gòu)不對稱，以及初級線圈銅損電阻、鐵磁材質(zhì)不均勻，線圈間分布電容等原因所形成的現(xiàn)象。5. 渦流式傳感器測量位移與其它位移傳感器比較，其主要優(yōu)點是什么？能實現(xiàn)非接觸測量，結(jié)構(gòu)簡單，不怕油等介質(zhì)污染。6. 渦流傳感器能否測量大位移量?為什么?渦流傳感器不能測量大位移量，只有當測量范圍較小時，才能保證一定的線性度。二、大位移傳感器。DX，JS 1.光柵式 莫爾條紋光柵傳感器的輸出是( 數(shù)字脈沖式 ) 2.感應(yīng)同

7、步器 （1）（ 感應(yīng)同步器）常用于測量大位移。 （2）直線式感應(yīng)同步器由哪兩個繞組組成？ 由固定繞組和滑動繞組組成。（3）鑒相式測量電路的作用是什么？ 檢測感應(yīng)電動勢的相位，從而根據(jù)相位確定位移量的大小和方向。第3章：力、扭矩和壓力傳感器一、測力傳感器。DX，GN，JD，JS 1. 電阻應(yīng)變式（1）將電阻應(yīng)變片貼在( 彈性元件 )上，就可以分別做成測力、位移、加速度等參數(shù)的傳感器。 （2）金屬絲應(yīng)變片在測量某一構(gòu)件的應(yīng)變時,其電阻的相對變化產(chǎn)生的原因是( 幾何尺寸變化 ) （3）半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理是基于( 壓阻效應(yīng) )（4）半導(dǎo)體應(yīng)變片具有( 靈敏度高 )等優(yōu)點。（5）半導(dǎo)體應(yīng)變片的特點。

8、 靈敏度高； 由于機械滯后小、橫向效應(yīng)小及體積小等特點，擴大了使用范圍；溫度穩(wěn)定性能差；靈敏度分散度大，非線性誤差大。（6）金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的區(qū)別？金屬電阻應(yīng)變片是利用導(dǎo)體形變引起電阻的變化，而半導(dǎo)體應(yīng)變片是利用半導(dǎo)體電阻率變化引起電阻的變化。（7）應(yīng)變片在彈性元件上的布置原則及幾種電橋接法具有溫度補償作用。貼在應(yīng)變最敏感部位，使其靈敏度最佳；在復(fù)合載荷下測量，能消除相互干擾；考慮溫度補償作用；單臂電橋無溫度補償作用，差動和全橋方式具有溫度補償作用。（8）應(yīng)變片的溫度補償法：消除由溫度引起的影響，或者對它進行修正以求出僅由載荷作用引起的真實應(yīng)變的方法。（9）利用相鄰雙臂橋檢測的應(yīng)變

9、式傳感器，為使其靈敏度高、非線性誤差小（ 兩個橋臂應(yīng)當分別用應(yīng)變量變化相反的工作應(yīng)變片 ）。（10）直流電橋同一橋臂增加應(yīng)變片數(shù),則電橋靈敏度( 不變 )（11）有人在使用電阻應(yīng)變儀時發(fā)現(xiàn)靈敏度不夠，于是在半橋雙臂各串聯(lián)一片電阻應(yīng)變片，問是否提高靈敏度？為什么？ 不能提高靈敏度； 因為電橋靈敏度只與供橋電壓和電阻的相對變化有關(guān)。 （12）用電阻應(yīng)變片接成全橋，測量某一構(gòu)件的應(yīng)變，已知其變化規(guī)律為，如果電橋激勵電壓，試求此電橋的輸出信號頻譜并畫幅值圖。JS解： 電橋輸出電壓， 應(yīng)變片靈敏度 0An990099901001010100 （13）有一拉力傳感器用鋼柱作為敏感元件，其上貼有一電阻應(yīng)變片

10、，已知鋼柱的截面積為1平方厘米，彈性模量為20，應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)為2。若測量電路對應(yīng)變片電阻相對變化量的分辨力為，試計算該傳感器能測出的最小拉力。解： 可測最小拉力1牛頓 （14）有一鋼板，原長1米，鋼板彈性模量為，使用BP-3箔式應(yīng)變片電阻為120，靈敏度系數(shù)為2，測出拉伸應(yīng)變?yōu)?00 u，求鋼板伸長，應(yīng)力，電阻相對變化及電阻變化。解： 2壓電式（2）壓電式傳感器最好采用電荷放大器的原因是( 可忽略導(dǎo)線電容和分布電容 )（3） 壓電式傳感器與一般電壓放大器連接使用時,中間加一級前置放大器,該放大器主要用來( 實現(xiàn)高阻抗輸入、低阻抗輸出 )（4）壓電式傳感器分別與電壓放大器和電荷放大器相連時

11、各自的特點。傳感器與電壓放大器連接的電路，其輸出電壓與壓電元件的輸出電壓成正比，但容易受電纜電容的影響。傳感器與電荷放大器連接的電路，其輸出電壓與壓電元件的輸出電荷成正比，電纜電容的影響小。（5）進行某次動態(tài)壓力測量時，所采用的壓電式力傳感器的靈敏度為90.9nc/MPa,將它與增益為0.005v/nc的電荷放大器相連，而電荷放大器的輸出接到一臺筆式記錄儀上，記錄儀的靈敏度為20mm/v。試計算這個測量系統(tǒng)的總靈敏度。又當壓力變化為3.5MPa時，記錄筆在記錄紙上的偏移量是多少？（3-10）解： 二、扭矩傳感器。JD 1.壓磁式扭矩儀的工作原理。壓磁式扭矩儀的軸是強導(dǎo)磁材料。根據(jù)磁彈效應(yīng)，當軸

12、受扭矩作用時，軸的磁導(dǎo)率發(fā)生變化，從而引起線圈感抗變化，通過測量電路即可確定被測扭矩大小。2.舉例說明兩類扭矩的測量原理。（1）軸類零件受扭矩作用時，在其表面產(chǎn)生切應(yīng)變，可通過測量該應(yīng)變檢測扭矩，如電阻應(yīng)變式扭矩傳感器。（2）彈性轉(zhuǎn)軸受扭后，兩端面的相對轉(zhuǎn)角只與所承受的扭矩有關(guān)，且呈比例關(guān)系，可通過測量扭轉(zhuǎn)角測量扭矩，如電容式或光電式扭矩傳感器。三、壓力傳感器。DX （1）通常采用的彈性式壓力敏感元件有（ 波紋管 ）第4章：速度、加速度傳感器一、速度傳感器。DX，JD，JS 1可變磁阻式傳感器中，鐵芯磁阻比空氣隙磁阻( 小得多 )2. 磁電式速度計輸出電量大小正比于( 線圈與殼體的相對速度 )

13、3.磁電式速度計工作頻率范圍比本身固有頻率( 高 )4磁電式絕對速度傳感器的彈簧剛度，測得其固有頻率，欲將減為10，剛度應(yīng)為多少？可否將此類結(jié)構(gòu)傳感器固有頻率降至1或者更低？會產(chǎn)生什么問題？解： 固有頻率 若降到1，則 結(jié)構(gòu)型傳感器由于剛度太小無法實現(xiàn)。 5. 已知測量齒輪齒數(shù)Z=18，采用變磁通感應(yīng)式傳感器測量工作軸轉(zhuǎn)速(如圖所示)。若測得輸出電動勢的交變頻率為24(Hz)，求：被測軸的轉(zhuǎn)速n(r/min)為多少?當分辨誤差為±1齒時，轉(zhuǎn)速測量誤差是多少?解：(1)測量時，齒輪隨工作軸一起轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)過一個齒，傳感器磁路磁阻變化一次，磁通也變化一次，因此，線圈感應(yīng)電動勢的變化頻率f等

14、于齒輪的齒數(shù)Z與轉(zhuǎn)速n的乘積。f=nZ/60 n=80(r/min)(2)讀數(shù)誤差為±1齒，所以應(yīng)為轉(zhuǎn)，即： n=80± (r/min)二、加速度傳感器。DX，MC，JD，JS1.壓電式加速度計的工作原理是基于( 壓電效應(yīng) )2.壓電式加速度計與測振儀之間可串聯(lián)的儀器有( 電荷放大器 )3.壓電式加速度計橫向靈敏度：表示它對橫向（垂直于加速度軸線）振動的敏感程度。4.壓電式加速度傳感器是（ 適于測量動態(tài) ）信號的傳感器。5.壓電式加速度計輸出電荷多少正比于( 絕對加速度 )6.壓電式加速度計電壓靈敏度：加速度計輸出電壓與所承受加速度之比。7.壓電式加速度計工作頻率范圍比本身

15、固有頻率( ( 低 )8.壓電式加速度計的工作頻率上限為( )9.影響壓電式加速度傳感器低頻響應(yīng)能力的是（ 前置放大器的輸入阻抗 ） 10.壓電式加速度計的阻尼率一般為( )11.對壓電式加速度傳感器，希望其固有頻率( 盡量高些 ) 第5章：視覺、觸覺傳感器一、視覺傳感器。DX，JD 1. 固體半導(dǎo)體攝像元件CCD是一種（ MOS型晶體管開關(guān)集成電路 ） 2. 激光視覺傳感器將條形碼的信息傳輸?shù)男盘柼幚硌b置的工作過程。（1）多面棱鏡高速旋轉(zhuǎn)，將激光器發(fā)出的激光束反射到條形碼上作一維掃描。 （2）條形碼反射的光束經(jīng)光電轉(zhuǎn)換及放大元件接收并放大后再傳輸給信號處理裝置。二、人工視覺。DX 1.人工視

16、覺系統(tǒng)圖像處理中，對像素信息進行編碼的作用是（ 傳輸和存儲信息 ）第6章：溫度傳感器一、熱電偶式溫度傳感器。DX，JD 1.薄膜熱電偶式溫度傳感器的主要特點。熱容量?。ɑ驘釕T性?。?，時間常數(shù)小，反應(yīng)速度快。2. 測量不能直接接觸的高溫物體溫度，可采用（ 熱電偶 ）溫度傳感器。二、電阻式溫度傳感器。DX1.半導(dǎo)體熱敏電阻率隨著溫度上升，電阻率( 迅速下降 )三、非接觸式溫度傳感器。DX1.被測物理量適合于使用紅外傳感器進行測量的是（ 溫度 ）四、半導(dǎo)體溫度傳感器。DX1.( 半導(dǎo)體三極管 )傳感器可用于醫(yī)療上-50150之間的溫度測量。五、其他知識點。DX，JS1.測量等速變化的溫度時,為減少測

17、量誤差,希望測溫傳感器的時間常數(shù)( 小些好 )2.液柱溫度計屬于( 一階系統(tǒng) )3一溫度計具有一階動特性，時間常數(shù)為7秒，若將其從的空氣中突然插入的水中，問經(jīng)過15秒鐘后該溫度計顯示的溫度是多少？解： 秒 4有一個溫度傳感器，其微分方程為，其中為輸入電壓（mV），為輸入溫度（），求該傳感器的時間常數(shù)和靜態(tài)靈敏度。解：將傳感器微分方程兩邊取拉氏變換得： 則傳遞函數(shù)為： 由傳遞函數(shù)可知：，靜態(tài)靈敏度為 第7章：氣敏、濕度、水份傳感器1.電容式濕度傳感器只能測量（ 水分 ）濕度。DX第8章：傳感檢測系統(tǒng)的構(gòu)成一、傳感檢測系統(tǒng)的組成。DX 1.在一個測試系統(tǒng)中直接獲取被測對象信息的裝置是( 傳感器)二

18、、電橋。DX，JS1.電橋測量電路的作用是把傳感器的參數(shù)變化轉(zhuǎn)為（ 電壓）的輸出。2. 在動態(tài)測量中,電橋的輸出量通常是( 電壓量 )3. 為提高電橋靈敏度可采取( 適當提高電橋電源電壓 )4. 差動電橋由環(huán)境溫度變化引起的誤差為( 0 )5以阻值，靈敏度的電阻絲應(yīng)變片與阻值為120的固定電阻組成電橋，供橋電壓為3V，并假定負載電阻無窮大，當應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)?u和2000 u時分別求出單臂、雙臂電橋的輸出電壓。解：半橋單臂半橋雙臂 當2u時，單臂；雙臂當2000u時，單臂 ；雙臂可見雙臂電橋比單臂電橋靈敏度高一倍。6.交流電橋供橋電壓的頻率和輸入信號的最高頻率的關(guān)系是( )7.電橋中靈敏度最高的

19、是( 全橋 )三、調(diào)制與解調(diào)。DX，JD1. 載波頻率為f0，調(diào)制信號的最高頻率為fm，兩者的關(guān)系為（ f0>fm ）2.設(shè)載波的中心頻率為f0試根據(jù)圖a、圖b所示調(diào)制信號定性畫出相應(yīng)調(diào)頻波波形。調(diào)頻波波形頻率f與中心頻率f0和調(diào)制波幅值的關(guān)系f=f0±f,f為頻率偏移，與X(t)幅值成正比。四、濾波器。DX，JS1. 選擇二階裝置的阻尼比=0.707，其目的是（ 接近不失真條件）。2. 無源RC低通濾波器從（ 電容C ）兩端引出輸出電壓。3. 由RC組成無源低通濾波器，已知R=500()，C=10(F)，試求：(1)截止頻率f0，并畫出該濾波器的幅頻示意圖。(2)設(shè)輸入信號x

20、(t)=0.2cos,判斷其是否在該濾波器的通頻帶內(nèi)。解：(1)f0=（2）周期信號x(t)的角頻率=125.6 f1=信號x(t)的頻率在該濾波器的通頻帶內(nèi)。幅頻示意圖：4在采用限定最大偏差法進行數(shù)字濾波時，若限定偏差Y0.01，本次采樣值為0.315，上次采樣值為0.301，則本次采樣值Yn應(yīng)選為（ 0.301 ）五、模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換。DX，JD1.若模/數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出二進制數(shù)的位數(shù)為10，最大輸入信號為2.5V，則該轉(zhuǎn)換器能分辨出的最小輸入電壓信號為（ 2.44mV ）2. 逐次逼近法的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器主要包括哪幾部分。由電壓比較器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、順序脈沖發(fā)生器、數(shù)碼寄存器和逐次逼近寄存器組成。

21、六、傳感檢測系統(tǒng)中的抗干擾問題。DX1. 信號傳輸過程中，產(chǎn)生干擾的原因是( 干擾的耦合通道 )2. 將電阻R和電容C串聯(lián)后再并聯(lián)到繼電器或電源開關(guān)兩端所構(gòu)成的RC吸收電路，其作用是（ 消除電火花干擾 ）3. 為了抑制干擾，常采用的電路有（ 調(diào)諧電路 ）第9章：信號分析及其在測試中的應(yīng)用一、信號的分類。JD 1.下列函數(shù)哪些是周期函數(shù)、哪些是非周期函數(shù)。x1(t)=sin3t，x2(t)=e-t，x3(t)=esint，x4(t)=(t)， x5(t)=sin。答：x1(t) x3(t) x5(t)周期函數(shù)，x2(t) x4(t)非周期函數(shù)。二、信號的幅值描述。DX1. 概率密度函數(shù)提供了隨機

22、信號( 沿幅值域分布 )的信息。2. 單位脈沖信號(t)當t=0時幅值為( )三、信號的相關(guān)描述。DX，JS1. 周期信號的自相關(guān)函數(shù)必為（ 周期偶函數(shù) ）2.自相關(guān)函數(shù)一定是（ 偶 ）函數(shù)。3. 自相關(guān)函數(shù)的計算。（1）求正弦函數(shù)的自相關(guān)函數(shù)。解：（2）求信號 的自相關(guān)函數(shù)。解：當為能量信號時， 四、信號的頻域描述。DX 1. 掌握傅立葉變換的性質(zhì)：（1）如果,這是根據(jù)傅氏變換的( 卷積特性 )（2）如果則,這是根據(jù)傅氏變換的( 對稱性 )（3）已知函數(shù)x(t)的傅里葉變換為X（f），則函數(shù)y(t)=2x(3t)的傅里葉變換為（2/3 X(f/3 )）（4）如果則,這是根據(jù)傅氏變換的( 時移

23、性 )（5）如果這是根據(jù)傅氏變換的( 線性性 )（6）如果有則有,這是根據(jù)傅氏變換的( 頻移性 )2. 記錄磁帶慢錄快放，放演信號的頻寬將（擴展，幅值減小 ）3. ( ) 信號的頻譜是連續(xù)譜。4.非周期信號的頻譜是( 連續(xù)的 )五、信號分析在振動測試中的應(yīng)用。DX 1.如果信號分析設(shè)備的通頻帶比磁帶記錄信號的頻帶窄,為滿足分析要求,可將磁帶記錄儀重放速度( 放慢 )2.為保證振動測試的幅值和相位精度,應(yīng)選用( 伺服式加速度計 )3.既能測激振力又能測該點的響應(yīng)的裝置是( 阻抗頭 )4.阻抗頭是測量振動系統(tǒng)( 激振力及其響應(yīng) )的拾振器。 5. 用脈沖錘激振時，為了獲得較寬的激振頻率，可（ 增加錘頭硬度 ）6. 在大型設(shè)備的激振時,應(yīng)采用( 電液激振器 ) 7. 激振器的激振力一般通過( 實測 )獲得其他知識點1.線性系統(tǒng)的數(shù)學模型是（ ）。DX2. 二階系統(tǒng)的阻尼比的理想?yún)^(qū)間為( 0.60.8 )。DX3. 質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng)屬于( 二階系統(tǒng) )。