(完整word版)傳感器復習題與答案

1、傳感器原理與應用復習題第一章傳感器概述1 .什么是傳感器？傳感器由哪幾個部分組成？試述它們的作用和相互關系。(1)傳感器定義：廣義的定義：一種能把特定的信息(物理、化學、生物)按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換 成某種可用信號輸出的器件和裝置。廣義傳感器一般由信號檢出器件和信號處理器件兩部分組成； 狹義的定義：能把外界非電信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出的器件。我國國家標準對傳感器的定義是：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 的器件和裝置。以上定義表明傳感器有這樣三層含義：它是由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件構成的一種檢測裝置；能按 一定規(guī)律將被測量轉(zhuǎn)換成電信號輸出；傳感器的輸出與輸入之間存在確定的關系。(2)組成部

2、分：傳感器由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件，轉(zhuǎn)換電路組成。(3)他們的作用和相互關系：敏感元件是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關系的物理 量；轉(zhuǎn)換元件把敏感元件的輸出作為它的輸入，轉(zhuǎn)換成電路參量；上述電路參數(shù)接入基本轉(zhuǎn)換電路， 便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。2 .傳感器的總體發(fā)展趨勢是什么？現(xiàn)代傳感器有哪些特征，現(xiàn)在的傳感器多以什么物理量輸出？(1)發(fā)展趨勢：發(fā)展、利用新效應；開發(fā)新材料；提高傳感器性能和檢測范圍；微型 化與微功耗；集成化與多功能化；傳感器的智能化；傳感器的數(shù)字化和網(wǎng)絡化。(2)特征：由傳統(tǒng)的分立式朝著集成化。數(shù)字化、多動能化、微型化、智能化、網(wǎng)絡化和光機 電一體化的方向發(fā)展，具有高精度、高性

3、能、高靈敏度、高可靠性、高穩(wěn)定性、長壽命、高信噪比、 寬量程和無維護等特點。(3)輸出：電量輸出。3 .壓力、加速度、轉(zhuǎn)速等常見物理量可用什么傳感器測量？各有什么特點？名稱特點應用電阻式傳感器電阻式傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、 結(jié)構簡單、輸出精度較高、穩(wěn)定性好、 適于動態(tài)和靜態(tài)測量等特點。用于力、力矩、壓力、位移、加速度、重量等參數(shù)的測量電容式傳感器小功率、高阻抗；具有很高的輸入阻 抗；靜電引力小，工作所需作用力?。?后較高的頻率，動態(tài)響應特性好；結(jié) 構簡單，可進行非接觸測量。優(yōu)點是電容式傳感器用于位移、 振動、角度、 加速度等機械量精密測量。逐漸應用 于壓力、壓差、液面、成份含量等方 面的測量

4、。本身發(fā)熱小，缺點是輸出非線性。電感式傳感器具有結(jié)構簡單可靠、輸出功率大、分 辨力高、線性度好、零點漂移少的優(yōu) 點，但是響應時間較長、/、宜頻率較 高的動態(tài)測量?？蓽y量位移、振動、壓力、流量、重 量、力矩、應變、密度等物理量。磁電、磁敏式傳感器磁電式傳感器是種有源傳感器，輸出功率大，結(jié)構簡單，穩(wěn)定可靠。但尺 寸大、比較重、頻率響應低。廣泛用于位移、振動、速度、轉(zhuǎn)速、二|壓力等測量。壓電式傳感器體積小、質(zhì)量小、結(jié)構簡單、工作可 靠。但不能測量頻率低的物理量?？梢詫Ω鞣N動態(tài)力、機械沖擊、加速度和振動進行測量光電式傳感器具有非接觸、快速、結(jié)構簡單、性能可靠等優(yōu)點?？蓽y量力、溫度、位移、速度等物理量。

5、熱電式傳感器熱電偶特點：耐高溫、精度高，可 測量上千度；熱電阻特點：利用金屬 導體電阻隨溫度變化，可測溫幾百 度；熱敏電阻特點：體積小、靈敏度 高、使用方便，穩(wěn)定性差；集成溫度 傳感器特點：體積小、響應快、價廉， 測量150 c以下溫度。主要測量溫度變化。4. 了解傳感器的分類方法。所學的傳感器分別屬于哪一類？(1)按傳感器檢測的量分類，有物理量、化學量，生物量；(2)按傳感器的輸出信號性質(zhì)分裂，有模擬和數(shù)字；(3)按傳感器的結(jié)構分類，有結(jié)構性、物性型、復合型；(4)按傳感器功能分類，單功能，多功能，智能；(5)按傳感器轉(zhuǎn)換原理分類，有機電、光電、熱電、磁電、電化學；(6)按傳感器能源分類，有

6、有源和無源；根據(jù)我國的傳感器分類體系表，主要分為物理量傳感器、化學量傳感器、生物量傳感器三大類。圖b：電容式壓力傳感器正方形表不轉(zhuǎn)換兀件，三角形表不敏感兀件,X”表示被測量,* ”表示轉(zhuǎn)換原理，如圖bo5. 了解傳感器的圖形符號，其中符號代表什么含義。壓力用P,加速度用a,溫度用t。第二章傳感器特性1 .傳感器的性能參數(shù)反映了傳感器的什么關系？傳感器的性能參數(shù)反映了傳感器的輸入輸出關系。2 .靜態(tài)特性特性參數(shù)有哪些？各種參數(shù)代表什么意義，描述了傳感器的哪些特征？(1)線性度：傳感器的校準曲線與選定的擬合直線的偏離程度稱為傳感器的線性度，又稱非線性誤差。eLymax/yFS 100% (yFS

7、傳感器的滿量程輸出值；A/max一校準曲線與擬合直線的最大偏差。)。(2)靈敏度：指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出改變量與引起此變化的輸入改變量之比。常用Sn表示靈敏度，其表達式為 Sn dy/dx。一般希望測試系統(tǒng)的靈敏度在滿量程范圍內(nèi)恒定，這樣才便于讀數(shù)。也希望靈敏度較高，因為 S越大，同樣的輸入對應的輸出越大。(3)遲滯(遲環(huán))：在相同工作條件下做全量程范圍校準時，正行程(輸入量由小到大)和反行程(輸入量由大到小)所得輸出輸入特性曲線不重合。表達式為eh1 ymax2 /f.s.100%遲滯是- 14 -(緊固件)松動、材料內(nèi),所得特性曲線不一致的由于磁性材料的磁化和材料受力變形，機械部分存

8、在(軸承)間隙、摩擦、 摩擦、積塵等造成的。(4)重復性：指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次測試時程度。表達式為：ezymax/yF.S. 100%。(5)靜態(tài)誤差：指傳感器在其全量程內(nèi)任一點的輸出值與其理論值的偏離程度。是評價傳感器 靜態(tài)特性的綜合指標。用非線性、遲滯、重復性誤差表示esej e e ；系統(tǒng)誤差加隨機誤差用A ymax表示校準曲線相對于擬合直線的最大偏差，即系統(tǒng)誤差的極限值； 用°表示按極差法計算所得的標準偏差 es (| ymax|)/yF.S. 100%。(6)漂移：指傳感器被測量不變，而其輸出量卻發(fā)生了改變。漂移包括零點漂移與靈敏度漂移， 零點漂移與靈

9、敏度漂移又可分為時間漂移(時漂)和溫度漂移(溫漂)。(7)穩(wěn)定性：表示傳感器在一較長時間內(nèi)保持性能參數(shù)的能力，故又稱長期穩(wěn)定性。(8)分辨率：當傳感器的輸入從非零值緩慢增加時，在超過某一增量后，輸出發(fā)生可觀測的變 化，這個輸入增量稱為傳感器的分辨率，即最小輸入增量。(9)閾值電壓：指輸入小到某種程度輸出不在發(fā)生變化的值。3 .什么是傳感器的動態(tài)誤差？傳遞函數(shù)和頻率特性的定義是什么？(1) 一個動態(tài)性能好的傳感器，輸入和輸出之間應具有相同的時間函數(shù)，但是除了理想狀態(tài)外，輸出信號一定不會與輸入信號有相同的時間函數(shù)，這種輸入輸出之間的差異就是動態(tài)誤差，范陽了 傳感器的動態(tài)特性。動態(tài)誤差通常包括兩個部

10、分：輸出達到穩(wěn)定狀態(tài)后與理想輸出之間的差別， 稱穩(wěn)態(tài)誤差；輸入量發(fā)生躍變時，輸出量由一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一個穩(wěn)定狀態(tài)期間的誤差，稱 為暫態(tài)誤差。(2)傳遞函數(shù) H(s)表示傳感器系統(tǒng)本身的輸出、轉(zhuǎn)換特性。在數(shù)學的定義是：初始條件為零(t旬,y=0),輸出拉氏變換與輸入拉氏變換之比，輸出的拉氏變換等于輸入的拉氏變換乘以傳遞函 數(shù) y(s) x(s)H(s)。(3)當傳感器輸入正弦信號時，則分析傳感器動態(tài)特性的相位、振幅、頻率特性，稱之為頻率 響應或頻率特性。(4)當傳感器輸入階躍信號時，則分析傳感器的過渡過程和輸出隨時間變化情況，稱之為傳感 器的階躍響應或瞬態(tài)響應。4 .什么是傳感器的動態(tài)特性

11、？其特性參數(shù)有那些？這些參數(shù)反映了傳感器的哪些特征，應如何選擇？(1) 傳感器的動態(tài)特性是指傳感器輸出對時間變化的輸入量的響應特性。(2) 1)頻率響應特性指標頻帶：傳感器增益保持在一定值內(nèi)的頻率范圍，即對數(shù)幅頻特性曲線上幅值衰減3dB時所對應的頻率范圍，稱為傳感器的頻帶或通頻帶，對應有上、下截止頻率。時間常數(shù)°:用時間常數(shù)。來表征一階傳感器的動態(tài)特性，。越小，頻帶越寬。固有頻率co n：二階傳感器的固有頻率co n表征了其動態(tài)特性。2)瞬態(tài)響應特性指標時間常數(shù)。，一階傳感器時間常數(shù)。越小，響應速度越快。延時時間，傳感器輸出達到穩(wěn)態(tài)值的50%所需時間。上升時間，傳感器輸出達到穩(wěn)態(tài)值的

12、90%所需時間。超調(diào)量，傳感器輸出超過穩(wěn)態(tài)值的最大值。(3) 1)對于一階傳感器的動態(tài)響應主要取決于時間常數(shù)一。越小越好，。越小，減小時間常數(shù)。，傳感器上限頻率h越高，工作頻率越寬，頻率響應特性越好。2 )二階傳感器對階躍信號響應和頻率響應特性的好壞很大程度上取決于阻尼系數(shù)和傳感器的固有頻率n。5 .有一溫度傳感器， 微分方程為30dy/dt+3y=0.15x,其中y為輸出電壓(mV) , x為輸入溫度(C)。 試求該傳感器的時間常數(shù)和靜態(tài)靈敏度。由溫度傳感器的微分方程30dy/dt+3y=0.15x 可知a1=30 , a 0=3 , b 0=0.15由一階傳感器的定義時間常數(shù)t =a&qu

13、ot;a 0=30/3=10(S)靜態(tài)靈敏度k=b0/a 0=0.15/3=0.05(mV / C)6 .有一溫度傳感器，當被測介質(zhì)溫度為tl,測溫傳感器顯示溫度為t2時，可用下列方程表示：tit20 dt2/d。當被測介質(zhì)溫度從25c突然變化到300c時，測溫傳感器的時間常數(shù)T 0 =120s，試求經(jīng)過350s后該傳感器的動態(tài)誤差。動態(tài)誤差由穩(wěn)態(tài)誤差和暫態(tài)誤差組成。先求穩(wěn)態(tài)誤差：對方程兩邊去拉氏變換得：Tl(s) T2(s)0ST2(S)T 2(s)1則傳遞函數(shù)為L(s) T 1(s)0s 1對于一階系統(tǒng)，階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差ess 0,再求暫態(tài)誤差：當 t=350s 時，暫態(tài)誤差為 e(t

14、) (300 25)e 350/12014.88 C故所求動態(tài)誤差為：e ess &) 14.88 C第三章應變式傳感器1 .什么是應變效應？什么是壓阻效應？什么是橫向效應？電阻應變效應：導體在收到外界拉力或壓力的作用時會產(chǎn)生機械變形，同時機械變形會引起導體阻值的變化，這種導體材料因變形而使其電阻值變化的現(xiàn)象稱為電阻應變效應。壓阻效應：是指當半導體受到某一軸向上的外應力作用時，會引起半導體能帶變化，使載流子遷移率的發(fā)生變化，進而造成電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。橫向效應：將直的電阻絲繞成敏感柵后，雖然長度不變，但應變狀態(tài)不同，圓弧部分使靈敏度下降了，這種現(xiàn)象稱為應變傳感器的橫向效應。2 .什么

15、是應變片的靈敏系數(shù)？半導體應變片靈敏系數(shù)范圍是多少，金屬應變片靈敏系數(shù)范圍是多少？說明金屬絲電阻應變片與半導體應變片的相同點和不同點。(1)應變片是一種重要的敏感元件，是應變和應力測量的主要傳感器，如電子秤、壓力計、加速度計、線位移裝置常使用應變片做轉(zhuǎn)換元件。(2)金屬電阻絲的靈敏系數(shù)可近似寫為k0 1 2 ，即k0 1.52 ；半導體靈敏系數(shù)近似為k0/ /E= 50 100(3)金屬絲電阻應變片與半導體應變片的比較相同點：都主要引起兩個方面的變化：材料幾何尺寸變化(1+2科)；材料電阻率的變化(A p / p) / e不同點：金屬導體應變片的電阻變化是利用機械形變產(chǎn)生的應變效應，對于半導體

16、而言，應變傳感器主要是利用半導體材料的壓阻效應。金屬的尺寸變化大，半導體電阻率變化大，據(jù)此 靈敏度去不同的等效。(4)半導體應變片比金屬應變片在性能上的優(yōu)缺點優(yōu)點：靈敏度高，體積小，耗電少，動態(tài)響應好，精度高，測量范圍寬，有正負兩種符號 的應力效應，易于微型化和集成化。缺點：受溫度影響較大。3 .比較電阻應變片組成的單橋、半橋、全橋電路的特點。單橋電路：只在 Ku很小的條件下滿足線性關系，其他條件下非線性誤差不能滿足測量要求。半橋差動電路：Uo與A R1/R1成線性關系，無非線性誤差，而且電橋電壓靈敏度KU=E/2,是單臂工作時的兩倍。全橋差動電路：不僅沒有非線性誤差，而且電壓靈敏度為單片工作

17、時的4倍。4 .在傳感器測量電路中，直流電橋與交流電橋有什么不同，如何考慮應用場合？直流電橋的電源穩(wěn)定，結(jié)構簡單，但存在零漂和工頻干擾，要求有較高的靈敏度，實際應用中輸出端通常會接入放大電路；交流電橋放大電路簡單，無零漂，不易受干擾，但不易取得高精度， 需專用的測量儀器或電路。5 .已知：有四個性能完全相同的金屬絲應變片(應變靈敏系數(shù)k 2),將其粘貼在梁式測力彈性6FL兀件上，如圖3-30所不。在距梁端10處應變計算公式為-20設力F 100N , lo 100mm,Eh b52h 5mm, b 20mm, E 2 10 N /mm。求：說明是一種什么形式的梁。在梁式測力彈性元件距梁端l0處

18、畫出四個應變片粘貼位置，并畫出相應的測量橋路原理圖；求出各應變片電阻相對變化量；當橋路電源電壓為 6V時，負載電阻為無窮大，求橋路輸出電壓U0是多少？梁為一種等截面懸臂梁；應變片沿梁的方向上下平行各粘貼兩個;Q k 2; F 100N;1o 100mm; h5mm; b應變片相對變化量為:R 橋路電壓6V時，輸出電壓為：U0 6 0.072VR第四章電容式傳感器1.電容傳感器有哪些類型？分別適合檢測什么參數(shù)？敘述變極距型電容傳感器的工作原理、輸出特性。(1)類型：變極距型；變面積型；變介質(zhì)型(2)變極距型：改變極板距離的電容器，適宜做小位移測量；變面積型：改變極板面積的電容器，特點為測量范圍較

19、大，用于測線位移、角位移；變介質(zhì)型：改變極板介質(zhì)的電容器， 用于液面高度測量、 介質(zhì)厚度測量，可制成料位計等。(3)變極距型電容式傳感器是將被測非電量(極板距離)變化成電容量的變化。(4)變極距型電容式傳感器輸出特性：C C 11)變極距型電容傳感器靈敏度為ko 0 一要提高傳感器靈敏度 ko應減小初始0極距0，但初始極距受電容擊穿電壓限制；2)非線性誤差隨相對的位移/ o的增加而增加，為保證線性度應限制相對位移；3)起始極距 o與靈敏度相矛盾，變極距型電容傳感器適合測小位移；4)為提高靈敏度和改善非線性，一般采用差動結(jié)構。2 .為什么電感式和電容式傳感器的結(jié)構多采用差動形式，差動結(jié)構形式的特

20、點是什么？電感兩端的電壓與通過的電流的變化量成正比，流過電容的位移電流與其兩端電壓的變化量成正比，而差分方式正好放大的是電壓或電流的變化量，故一般采用這種結(jié)構。差動式電容或電感傳感器比單個電容或電感靈敏度提高一倍；非線性誤差減小(多乘/ 0因子)，線性度明顯改善；可以抵消溫度、噪聲干擾的影響。3 .電容傳感器的測量電路有哪些？差動脈沖調(diào)寬電路用于電容傳感器測量電路具有什么特點？電容傳感器的測量電路有交流電橋、二極管雙T型電路、差動脈沖調(diào)寬電路、運算放大器電路。差動脈沖調(diào)寬電路用于電容傳感器測量電路特點：適用于任何差動電容傳感器，并有理論線性度，與雙T型相似，該電路不需加解調(diào)、檢波，由濾波器直接

21、獲得直流輸出，而且對矩形波純度要求不高，只需穩(wěn)定的電源即可。4 .為什么高頻工作時的電容式傳感器連接電纜的長度不能任意變化？低頻時容抗Xc較大，傳輸線的等效電感 L和電阻R可忽略。而高頻時容抗 Xc減小，等效電感和電阻不可忽略，這時接在傳感器輸出端相當于一個串聯(lián)諧振，有一個諧振頻率f0存在，當工作頻率f fo諧振頻率時，串聯(lián)諧振阻抗最小，電流最大，諧振對傳感器的輸出起破壞作用，使電路不能正常工作。通常工作頻率 10MHz以上就要考慮電纜線等效電感Lo的影響。5 . 一單極板變極距型平板電容傳感器，初始極距o=1mm若要求測量白線性度為。.1%,求測量允許的極距最大變化量是多少？在同樣的條件和要

22、求下，如果是差動變極距型平板電容傳感器, 那么允許的極距最大變化量又是多少？單極板變極距型平板電容傳感器線性輸出近似為CC0忽略高次項為線性度為LCC0-100C Co C CoC Co測量的允許變化范圍為00.001mm第五章電感式傳感器(變磁阻式、差動變壓器式、電渦流式)1 .何謂電感式傳感器？電感式傳感器分為哪幾類？各有何特點?(1)電感式傳感器是利用線圈自感和互感的變化實現(xiàn)非電量電測的一種裝置，傳感器利用電磁感應定律將被測非電量轉(zhuǎn)換為電感或互感的變化。(2)電感式傳感器種類：自感式、差動式、互感式、渦流式。(3)自感式結(jié)構簡單、測量范圍小、非線性誤差大；互感式結(jié)構復雜、測量范圍較大、有

23、零點殘余電壓；渦流式可以進行非接觸測量、但對象必須是金屬材料。2 .什么是零點殘余電壓？說明差動變壓器式傳感器產(chǎn)生零點殘余電壓的原因及減少此電壓的有效 措施。(1)差動變壓器式傳感器的鐵芯處于中間位置時，在零點附近總有一個最小的輸出電壓U0, 將鐵芯處于中間位置時，最小不為零的電壓稱為零點殘余電壓。(2)產(chǎn)生零點殘余電壓的主要原因是由于兩個次級線圈繞組電氣系數(shù)(互感M、電感L、內(nèi)阻R)不完全相同，幾何尺寸也不完全相同，工藝上很難保證完全一致。(3)為減小零點殘余電壓的影響，除工業(yè)上采取措施外，一般要用電路進行補償：串聯(lián)電阻； 并聯(lián)電阻、電容，消除基波分量的相位差異，減小諧波分量；加反饋支路，初

24、、次級間加入反 饋，減小諧波分量；相敏檢波電路對零點殘余誤差有很好的抑制作用。3 .差動自感傳感器和差動變壓器有什么區(qū)別？采用哪種轉(zhuǎn)換電路既能直接輸出與位移成正比的電壓，又能根據(jù)電壓的正負區(qū)別位移的方向？(1)差動自感傳感器的線圈必須相同，但不繞在同一鐵心上，磁通在線圈內(nèi)不交鏈；而差動變 壓器的線圈可以不同，但線圈必須要繞在同一鐵心上，磁通在線圈內(nèi)相交鏈感應。(2)采用差動變壓式轉(zhuǎn)換電路既能直接輸出與位移成正比的電壓，又能根據(jù)電壓的正負區(qū)別位移的方向。4 .什么是電渦流效應？渦流的分布范圍。電渦流傳感器可以進行哪些非電量參數(shù)測量？(1) 一個塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中切割磁力線運動

25、時，導體內(nèi)部會產(chǎn)生閉合 的電流，這種現(xiàn)象稱為渦流效應。(2)分布范圍：徑向：渦流范圍與渦流線圈外徑有固定比例關系，渦流密度的最大值只在線圈外徑附近一個狹窄區(qū)域內(nèi)；線圈中心為零。軸向：由于趨膚效應只在表面薄層存在。(3)可用于非接觸式測量，位移、振動、轉(zhuǎn)速、厚度、材料、溫度。5 .電渦流傳感器是由哪種電參量轉(zhuǎn)換實現(xiàn)電量輸出的？電渦流傳感器可以檢測金屬材料，也可以檢測非金屬材料嗎？(1)電渦流傳感器是由電流轉(zhuǎn)換實現(xiàn)電量輸出。(2)電渦流傳感器不可以直接測量非金屬物體，這是由于傳感器本身特性決定的。渦流傳感器與被測體共同構成傳感器，因此被測體必須是導體。第六章 磁電式傳感器(磁電感應式、霍爾式、磁敏

26、元件)1 .為什么說磁電感應式傳感器是一種有源傳感器？常用的結(jié)構形式有哪些？(1)磁電感應式利用電磁感應原理將運動速度、位移轉(zhuǎn)換成線圈中的感應電動勢輸出。工作時 不需外加電源，導體和磁場發(fā)生相對運動是會在導體兩端輸出感應電動勢。(2)有恒磁通式、變磁通式兩種結(jié)構形式。2 .磁電式傳感器是速度傳感器，它如何通過測量電路獲得相對應的位移和加速度信號？磁電式傳感器的輸出信號直接經(jīng)主放大器輸出，該信號與速度成正比。前置放大器分別接積分 電路或微分電路，接入積分電路時，感應電動勢輸出正比于位移信號；接入微分電路時，感應電動 勢輸出正比于加速度信號。3 .什么是霍爾效應？霍爾電勢的大小與方向和哪些因素有關

27、？霍爾元件不等位電勢產(chǎn)生的因素有哪些？(1)通電的導體(半導體)放在磁場中，電流與磁場垂直，在導體另外兩側(cè)會產(chǎn)生感應電動勢, 這種現(xiàn)象稱霍爾效應。(2) 霍爾電勢：UhvBb Kh IB ,式中v表小電子運動速度，B表小磁場強度，b表小電子流R1、過霍爾兀件的范度；Kh (Rh一)表示靈敏度，I表示流過的電流。dne（3）霍爾電勢不為零的原因是：霍爾引出電極安裝不對稱，不在同一等電位面上；激勵電極接觸不良，半導體材料不均勻造成電阻率不均勻等原因。4 霍爾元件的溫度補償方法有哪些？霍爾元件的常見應用。（ 1）外界溫度敏感元件進行補償：兩種連接方式，恒流源激勵，恒壓源激勵。（ 2）測位移：極性相反

28、磁極共同作用，形成梯度磁場；磁電編碼器：金屬齒輪計算脈沖數(shù)測轉(zhuǎn)速；測壓力壓差；交流直流鉗形數(shù)字電流表。5 半導體磁敏元件有哪些？它們的電路符號怎樣? 它們可以檢測什么物理量？（ 1 ）半導體磁敏元件：磁敏電阻，磁敏二極管，磁敏三極管等。（ 2） 1）磁敏電阻與霍爾元件屬同一類，都是磁電轉(zhuǎn)換元件，兩者本質(zhì)不同是磁敏電阻沒有判斷極性的能力，只有與輔助材料（磁鋼 ）并用才具有識別磁極的能力。2） 磁敏二極管可用來檢測交直流磁場，特別是弱磁場。 可用作無觸點開關、 作箱位電流計、對高壓線不斷線測電流、小量程高斯計、漏磁儀、磁力探傷儀等設備裝置。3）磁敏三極管具有較好的磁靈敏度，主要應用于磁場測量，特別

29、適于10-6T以下的弱磁場測量，不僅可測量磁場的大小，還可測出磁場方向；電流測量。特別是大電流不斷線地檢測和保護；制作無觸點開關和電位器，如計算機無觸點電鍵、機床接近開關等；漏磁探傷及位移、轉(zhuǎn)速、流量、壓力、速度等各種工業(yè)控制中參數(shù)測量。第七章 壓電式傳感器1 什么是壓電效應？壓電傳感器能否用于靜態(tài)測量？為什么？（ 1）某些晶體，當沿著一定方向施加力時，內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，兩個表面會產(chǎn)生符號相反地電荷，外力去掉后又恢復不帶電狀態(tài)。作用力方向改變電荷極性也改變。（ 2）壓電式傳感器以電介質(zhì)的壓電效應為基礎，外力作用下在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，從而實現(xiàn)非電量測量, 是一種典型的發(fā)電型傳感器。不適用于測量

30、頻率太低的物理量，更不能測量靜態(tài)量。當輸入信號頻率0 時，電壓放大器輸入信號為零，即 U L 0 ; 因此壓電傳感器不能測靜態(tài)物理量。2. 石英晶體和壓電陶瓷的壓電效應有何不同之處？比較幾種常用壓電材料的優(yōu)缺點， 說出它們各自 適用的場合。（ 1）石英晶體整體是中性的，受外力作用而變形時沒有體積變形壓電效應，但它具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應。壓電陶瓷PZT 是一種多晶材料，本身并不具有壓電性，必須在一定溫度下極化處理后，才呈現(xiàn)壓電特性。(2)石英晶體優(yōu)點穩(wěn)定性好，工作溫度范圍大，缺點靈敏度低，難于加工；適用于精度要求較 高，不需要維護的場合。壓電陶瓷優(yōu)點靈敏度高，缺點是穩(wěn)定性差，易碎；

31、適用于精度要求不太高 且較易維護的場合。壓電薄膜優(yōu)點柔性好，便于加工，靈敏度高，缺點容易劃破，耐高溫性能差；適用于受力較小且工作溫度不高的場合。3.壓電元件在使用時常采用多片串聯(lián)或并聯(lián)的結(jié)構形式。試述在不同接法下輸出電壓、電荷、電容的關系，它們分別適用于何種應用場合？(1)在壓電式傳感器中，為了提高靈敏度，往往采用多片壓電芯片構成一個壓電組件。其中最 常用的是兩片結(jié)構；根據(jù)兩片壓電片的連接關系，可分為串聯(lián)和并聯(lián)連接。(2)如果按相同極性粘貼，相當兩個壓電片(電容)串聯(lián)。輸出總電容為單片電容的一半，輸 出電荷與單片電荷相等，輸出電壓是單片的兩倍；適合測量變化較快且以電壓輸出的場合；若按不 同極性

32、粘貼，相當兩個壓電片(電容)并聯(lián)，輸出電容為單電容的兩倍，極板上電荷量是單片的兩 倍，但輸出電壓與單片相等，適合測量變化較慢且以電荷輸出的場合。4.壓電傳感器的等效電路怎樣？前置放大器起什么作用？電壓放大器和電荷放大器各有什么特點？(1)等效電路壓電傳感器等效電壓源壓電傳感器等效電荷源(2)前置放大器起放大微弱信號和阻抗變換(將傳感器高阻輸出變換為低阻輸出)的作用。(3) 1)電壓放大器：高頻響應特性好。一般認為當3 ° >3時輸入電壓與信號頻率無關；低頻響應差。從電壓靈敏度 Ku可見，連接電纜的分布電容 Cc影響傳感器靈敏度，使用時更換電纜就 要求重新標定，測量系統(tǒng)對電纜長度

33、變化很敏感，這是電壓放大器的缺點。2)電荷放大器：為解決電纜分布電容Cc對傳感器靈敏度的影響，和低頻響應差的缺點可采用電荷放大，集成運放組成的電荷放大器有較好的性能。電荷放大器的輸出電壓U0只取決于輸入電荷量Q和反饋電容Cf ,輸出電壓與電纜電容 Cc無關，與Q成正比，與電容 Cf成反比， 這是電荷放大器的突出優(yōu)點。缺點是電路復雜、價格昂貴。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5pC/g,電荷放大器靈敏度為50mV/pC,最大加速度日輸出幅值 2V,試求機器振動加速度。已知加速度計靈敏度為5PC/g,電荷放大器靈敏度為50mV/PC當輸出幅值為2V時，機器振

34、動加速度為：g 2V / 50mV / PC 0.8g5PC/g6 .什么是超聲波？其頻率范圍是多少？頻率在幾十千赫茲到幾十兆赫茲，一種人聽不到的聲波。7 .超聲波傳感器的發(fā)射與接收分別利用什么效應？常用的超聲波傳感器（探頭）有哪幾種形式？（1）超聲波傳感器主要利用壓電材料（晶體、陶瓷）的壓電效應，其中超聲波發(fā)射器利用逆壓 電效應制成發(fā)射元件，將高頻電振動轉(zhuǎn)換為機械振動產(chǎn)生超聲波；超聲波接收器利用正壓電效應制 成接收元件，將超聲波機械振動轉(zhuǎn)換為電信號。（2）按工作形式簡單超聲波傳感器有專用型和兼用型兩種形式，兼用型傳感器是將發(fā)射（TX）和接收（RX）元件制作在一起，器件可同時完成超聲波的發(fā)射與

35、接收；專用型傳感器的發(fā)送（TX）和接收（RX）器件各自獨立。按結(jié)構形式有密封性和開放型，超聲波傳感器上一般標有中心頻率（23kHz、40kHz、75kHz、200kHz、400kHz）,表示傳感器工作頻率。8 .簡述超聲波測距的原理。最大測距范圍和測量精度分別由什么決定？（1）超聲波測距是通過定時控制電路、觸發(fā)邏輯電路、放大檢波電路實現(xiàn)脈沖的發(fā)射和接收， 利用時鐘脈沖對發(fā)射和接收之間的延遲時間進行計數(shù)，再通過數(shù)據(jù)處理電路將計數(shù)值與每個脈沖的 周期相乘得到超聲波的傳播時間，進而根據(jù)超聲波的傳播速度得到被測的距離。（2）根據(jù)被測物體的距離范圍設定反射脈沖時間間隔，調(diào)整晶振器觸發(fā)時間。測量精度由檢波

36、 電路決定。第八章光電傳感器1 .什么是外光電效應？內(nèi)光電效應？（光生伏特效應、光電導效應）。光電器件中的光照特性、光譜特性分別描述的是光電器件的什么性能？當用光照射物體時，物體受到一連串具有能量的光子的轟擊，于是物體材料中的電子吸收光子 能量而發(fā)生相應的電效應（如電阻率變化、發(fā)射電子或產(chǎn)生電動勢等）。這種現(xiàn)象稱為光電效應。（1）當光線照在物體上，使物體的電導率發(fā)生變化， 或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象叫做內(nèi)光電效應， 內(nèi)光電效應又分為光電導效應和光生伏特效應。入射光強改變物質(zhì)導電率的物理現(xiàn)象稱光電導效應，典型的光電器件有光敏電阻；光照時物體中能產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象叫光生伏特效應，光電池、光敏晶體

37、管。（2）在光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應，典型的光電 器件有光電管、光電倍增管。（3）光照特性描述光元件的照度與光電流光、電壓的關系；光譜特性描述光元件的波長與靈敏 度的關系。2 .試述光電管、光敏電阻、光敏二極管、光電池的工作原理，各基于哪種光電效應？其電路符號怎樣？(1)光敏電阻的工作原理基于光電導效應(內(nèi))，玻璃底板上涂一層對光敏感的半導體物質(zhì)，兩端有梳狀金屬電極，然后在半導體上覆蓋一層漆膜或壓入塑料封裝體內(nèi)。光照導電性增加，電阻下降電流增加，光照越強電流越大，無光照恢復。(2)光敏晶體管工作原理基于光生伏特效應(內(nèi))PN結(jié)，工作時加反向電壓，無光照時

38、處于截止狀態(tài)，光強與電流成正比。光敏三極管把二極管產(chǎn)生電流進一步放大。(3)光電池工作原理基于光生伏特效應(內(nèi))，實質(zhì)是一個大面積的 PN結(jié)，上電極為柵狀受光電極，柵狀電極下涂有抗反射膜，用以增加透光減小反射，下電極是一層鋁襯底。3 .什么是光敏電阻的亮電阻和暗電阻？暗電阻阻值通常在什么范圍？暗電阻：無光照時的電阻為暗電阻，暗電阻電阻值范圍一般為0.5200MQ;亮電阻：受光照時的電阻稱亮電阻，亮電阻的阻值一般為0.520KQ。4 .說明光敏二極管與光電池的結(jié)構有什么不同？它們是如何工作的？(1)光電池結(jié)構：有一個大的 PN結(jié)，上電極為柵裝受光電極，下電極是一層鋁襯底，光照時電子空穴對迅速擴散

39、，在 PN結(jié)電場作用下產(chǎn)生電動勢。當光照射PN結(jié)的一個面時，電子一空穴對迅速擴散，在結(jié)電場作用下建立一個與光照強度有關的電動勢。一般普通光電池可產(chǎn)生0.2V0.6V電壓，50mA電流。(2)光敏二極管結(jié)構：有一個 PN結(jié)，并且都是單向?qū)щ姷姆蔷€性元件。為了提高轉(zhuǎn)換效率有大面積受光，P-N結(jié)面積比一般二極管大。光敏二極管 在電路中一般處于反向偏置狀態(tài)，無光照時，反向電阻12V很大，反向電流很?。挥泄庹諘r，P-N結(jié)處產(chǎn)生光生電子-空穴對；在電場作用下形成光電流，光照越強光電 流越大；光電流方向與反向電流一致。5 .光電傳感器控制電路如圖所示，試分析電路工作原理：GP-IS01是什么器件，內(nèi)部由哪兩

40、種器件組成？ 當用物體遮擋光路時， 發(fā)光二極管LED 有什么變化？ R是什么電阻，在電路中起到什么作用？如果 Vd二極管的最大額定電流為 60mA R應該如何選擇？ 如果GP-IS01中的Vd二極管反向連接，電路狀態(tài)如何？晶體管 VT、LED 如何變化？1) GP-IS01是光電開關器件，內(nèi)部由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成；2)當用物體遮擋光路時，Vg無光電流，VT截止，發(fā)光二極管 LED不發(fā)光;3） Ri是限流電阻，在電路中可起到保護發(fā)光二極管Vd的作用；如果Vd二極管的最大額定電流為60mA,由于Ri = （12V-0.7） /0.06 = 188 R Ri可選擇大于或等于 200電阻。4）

41、如果GP-IS01中的Vd二極管反向連接，Vd將不發(fā)光，Vg無光電流，VT截止，發(fā)光二極管 LED 不發(fā)光；物體遮擋，電路無狀態(tài)變化。第九章 新型光電傳感器1. . PSD CC*英文縮寫是什么傳感器？各有什么用途？（1） PSD）t電位置傳感器：用于測量光斑的位置或位置的移動量。（2）電荷耦合器件，又稱CCD0象傳感器，是一種大規(guī)模集成電路光電器件；電荷耦合器件具有光電轉(zhuǎn)換，信息存儲、轉(zhuǎn)移傳輸、處理以及電子快門等功能。2. CC郵件主要由哪兩個部分組成？CC郵件可分為哪幾類？（1） CC成本結(jié)構分兩部分：MOSt敏元陣列和讀出移位寄存器。（ 2）根據(jù)相數(shù)不同，可將電極結(jié)構分為二相、三相、四相

42、等類型；根據(jù)電機制造特點，可將電機結(jié)構分為單層、二層和三層等。3. 光纖的結(jié)構和傳光原理。光纖的性能和分類。（ 1）主要由三部分組成：中心纖芯；外層包層；護套尼龍料。（ 2）光纖的傳播基于光的全反射原理。當光線以不同角度入射到光纖端面時，在端面發(fā)生折射后進入光纖；光線在光纖端面入射角0減小到某一角度0 c時，光線全部反射。（ 3）光纖性能：數(shù)值孔徑（NA）:表示光纖的集光能力，無論光源的發(fā)射功率有多大，只要在29 c張角之內(nèi)的入射光才能被光纖接收、傳播。若入射角超出這一范圍，光線會進入包層漏光。 光纖模式（V） ：指光波沿光纖傳播的途徑和方式，不同入射角度光線在界面上反射的次數(shù)不同。光波之間的

43、干涉產(chǎn)生的強度分布也不同。模式值越大，允許傳播的模式值越多。 傳播損耗（A） ：光纖在傳播時，由于材料的吸收、散射和彎曲的輻射損耗影響，不可避免的要有損耗。 光纖耦合器是實現(xiàn)光信號分路 / 合路的功能器件。 耦合分為強耦合和弱耦合兩種。 有拼接式、熔融拉錐式和腐蝕光纖耦合器。（ 4）傳播損耗分類：1 ）吸收損耗：物質(zhì)的吸收作用將使傳輸?shù)墓饽茏兂蔁崮埽斐晒饽艿膿p失。與組成光纖的材料的電子受激躍遷和分子共振有關。2 ）散射損耗：由于材料密度的微觀變化，成分起伏，以及在制造光纖過程中產(chǎn)生的結(jié)構上的不均勻性或缺陷引起的。3 ）彎曲損耗：光纖彎曲時部分光纖內(nèi)的光會因散射而損失掉，造成損耗。4 .光纖傳

44、感器由哪幾部分組成？光纖傳感器可分為哪兩大類？各有何特點？(1)光纖傳感器由(2)光纖傳感器可分為功能型(又稱傳感型)和非功能型(又稱傳光型)兩大類。(3) 1)功能型：利用光纖本身對外界被測對象具有敏感能力和檢測功能，光纖不僅起到傳光 作用，而且在被測對象作用下，如光強、相位、偏振態(tài)等光學特性得到調(diào)制，調(diào)制后的信號攜帶了 被測信息。2)非功能性：光纖只當作傳播光的媒介，待測對象的調(diào)制功能是由其它光電轉(zhuǎn)換元件實現(xiàn)的，光纖的狀態(tài)是不連續(xù)的，光纖只起傳光作用。第十二章熱電式傳感器1.溫度傳感器有哪些類型？ 了解不同溫度傳感器的工作原理和結(jié)構特征以及測溫范圍。(1)溫度傳感器按原理分：接觸式，非接觸式。淵源方法測溫原理溫度傳感器接 觸 式因體想膨眼 體積變化一液體熱膨眠 氣體熱膨脹地金屬溫度計 玻璃管液體湍度計 氣體溫度計、質(zhì)力溫度計電阻變化金屬電阻溫度傳熱播 半導體熱敏電阻接觸式熱電效應貴金屬熱電偶 普通金屬熱電偶非金國塔電偶頻率變化石英晶體溫度傳感器光學的先舒溫度傳感器i液晶溫度傳感器聲學1妣超聲波孤度傳感器非 接 觸 式越法熱輻射全輻射法 七色法 紅外法光學高溫計 全幅射高溫計 比色高溫計 紅外溫度傳感器氣流變化射流溫度傳感器(2) 1)熱電偶：測溫范圍寬，可以測量上千度高溫，并且精度高、性能好，但其熱電勢