传感器复习大纲 传感器复习题及答案汇总.docx

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传感器复习大纲传感器复习题及答案汇总

传感器复习大纲传感器习题及答案

第一章

传感器的定义：

能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。

传感器的分类：

1.按检测的量分类：

物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器。

2.按输出信号的性质分类：

模拟传感器、数字传感器。

3.按传感器的能源分类：

有源传感器、无源传感器。

第二章

描述传感器静态特性的主要指标：

线性度、迟滞、重复性、阈值、灵敏度、稳定性、噪声、漂移等，它们是衡量传感器静态特性优劣的重要指标参数。

灵敏度：

是指传感器在稳定工作条件下，输出微小变化增量与引起此变化的输入微小变量的比值。

第三章

电阻应变式传感器主要利用金属电阻应变效应或半导体材料的压阻效应制成敏感元件，是测量微小变化的理想传感器。

金属电阻应变片的基本原理是电阻应变效应，了、即导体产生机械形变时它的电阻值发生变化。

对于半导体而言，应变传感器主要是利用半导体材料的压阻效应。

作业。

第四章

变极距型、变面积型、变介质型三种形式电容式传感器。

（大概看一下工作原理。

）

第五章

变磁阻式传感器（自感式传感器）的工作原理。

差动变压器式传感器（互感式传感器）

零点残余电压

差动变压器测量电路：

差动变压器输出交流信号，为正确反映衔铁位移大小和方向，常常采用差动整流电路和相敏检波电路。

P72图

由法拉第电磁感应原理可知：

一个块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中切割磁力线运动时，导体内部会产生闭合的电流，这种电流像水中旋涡，故称为电涡流，这种现象叫做电涡流效应。

根据电涡流效应制作的传感器称涡流传感器。

电涡流传感器的最大特点是能够对被测量进行非接触测量。

用自己的话描述其工作原理。

（根据法拉第电磁感应原理,块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时,导体内将产生呈涡旋状的感应电流,此电流叫电涡流,以上现象称为电涡流效应。

根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。

按照电涡流在导体内的贯穿情况,此传感器可分为高频反射式和低频透射式两类,但从基本工作原理上来说仍是相似的。

电涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量,另外还具有体积小,灵敏度高,频率响应宽等特点,应用极其广泛。

）

第六章

磁电感应式传感器（电动式）分类：

1．恒磁通式：

动圈式、动钢式

2．变磁通式：

开磁路、闭磁路

磁电感应式传感器的测量电路：

接入积分电路可测位移，接入微分电路可测加速度。

霍尔效应的原理

任何材料在一定条件下都能产生霍尔电势，但不是都可以制造霍尔元件的。

只有半导体材料（尤其是N型半导体）的电子迁移率和载流子浓度适中，适于制作霍尔元件。

霍尔元件测位移是由一对极性相反的磁极共同作用，形成梯度磁场。

由电磁学理论可知，在磁铁中心位置磁场强度为零时霍尔电势为零，可作为坐标原点。

霍尔元件沿x轴方向移动时，霍尔元件的感应电势是位移的函数。

霍尔电势的大小、符号分别表示位移变化的大小和方向，其输出特性如图6-15b所示。

这种测量方式的特点是，磁场的梯度越均匀，输出线性越好。

第七章

压电效应：

某些电介质（晶体），当沿着一定方向施加力时，。

内部会产生极化现象、同时在它的两个表面会产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复为不带电状态，这种现象称压电效应。

压电元件作为传感器使用时，有两种等效电路形式，如图7-8所示。

图7-8a为电压源等效电路，图7-8b是电荷源等效电路。

从等效电路可知，只有在外电路负载无穷大，且内部无漏电时，受力产生的电荷才能长期保存下来，如果负载不是无穷大，电路将以时间按指数规律放电，若输出电路的响应时间过长，必然带来测量误差。

实际上传感器内部不可能没有泄漏，负载也不可能无穷大，只有在工作频率较高时，传感器电荷才能得以补充。

从这个意义上说，压电式传感器不适宜做静态信号测量。

P109

第八章

光电效应分类：

1．外光电效应：

在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。

2．内光电效应：

当光线照在物体上，使物体的电导率发生变化或产生光生电动势的现象。

内光电效应又分为：

A．光电导效应：

入射光强改变物质导电率的现象。

B．光生伏特效应：

光照时物体中能产生一定方向电动势的现象。

莫尔条纹通常是由两块光栅叠合而成的，为了避免摩擦，光栅之间留有间隙，对于栅距较大的振幅光栅，可以忽略光的衍射。

图8-48b为两光栅以很近的距离重叠的情况，两光栅的栅线透光部分与透光部分叠加，光线通过透光部分形成亮带；两光栅透光部分分别与另一光栅不透光部分叠加，互相遮挡，光线透不过，形成暗带，这种由光栅重叠形成的光学图案称为莫尔条纹。

P132、133

第九章

光纤传感器的类型较多，大致可分为功能型和非功能型两大类。

（用自己的话说说两者的区别）P160、161

1．功能型：

功能型又称传感型。

（图9-40）这类传感器利用光纤本身对外界测对象具有敏感能力和检测功能，光纤不仅起到传光作用，而且在被测对象作用下合光强、相位、偏振态等光学特性得到调制，调制后的信号携带了被测信息。

如果外界作用时光纤传播的光信号发生变化，使光的路程和相位改变，将这种信号接收处理后，可以得到与被测信号相关的变化电信号。

2．非功能型：

又称传光型。

（图9-41）这时光纤只作传播光媒介，待测对象的调制功能是由其他转换元件实现的，光纤的状态是不连续的光纤只起传光作用。

绝对湿度：

单位体积空气内所含水汽的质量。

P174

相对湿度：

在被测气体中，实际所含水汽蒸汽压和该气体在相同温度下饱和水蒸气压的百分比，一般用符号%RH表示，无量纲。

P175

1．什么是传感器？

它由哪几个部分组成？

分别起到什么作用？

2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？

3．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？

静态参数有哪些？

各种参数代表什么意义？

动态参数有那些？

应如何选择？

4．某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为300mV，求其灵敏度。

5.某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：

S1=0.2mV/℃、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系统的总的灵敏度。

6．什么是应变效应？

什么是压阻效应？

什么是横向效应？

7、试说明金属应变片与半导体应变片的相同和不同之处。

8、应变片产生温度误差的原因及减小或补偿温度误差的方法是什么？

9、钢材上粘贴的应变片的电阻变化率为0.1%，钢材的应力为10kg/mm2。

试求

10、如图所示为等强度梁测力系统，

为电阻应变片，应变片灵敏度系数

，未受应变时

，当试件受力

时，应变片承受平均应变

，求

（1）应变片电阻变化量

和电阻相对变化量

。

（2）将电阻应变片置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3

，求电桥

输出电压是多少。

（a）（b）

图等强度梁测力系统

11、单臂电桥存在非线性误差，试说明解决方法。

12、某传感器为一阶系统，当受阶跃函数作用时，在t=0时，输出为10mV;t→∞时，输出为100mV;在t=5s时，输出为50mV,试求该传感器的时间常数。

13.交流电桥的平衡条件是什么？

14．涡流的形成范围和渗透深度与哪些因素有关?

被测体对涡流传感器的灵敏度有何影

响?

15．涡流式传感器的主要优点是什么?

16．电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？

17．某电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径

，工作初始极板间距离

，介质为空气。

问：

（1）如果极板间距离变化量

，电容的变化量

是多少？

（2）如果测量电路的灵敏度

，读数仪表的灵敏度

（格／mV）在

时，读数仪表的变化量为多少？

18．寄生电容与电容传感器相关联影响传感器的灵敏度，它的变化为虚假信号影响传感器的精度。

试阐述消除和减小寄生电容影响的几种方法和原理。

19．简述电容式传感器的优缺点。

20．电容式传感器测量电路的作用是什么？

21．简述正、逆压电效应。

22．压电材料的主要特性参数有哪些？

23．简述电压放大器和电荷放大器的优缺点。

24．能否用压电传感器测量静态压力？

为什么？

25．说明霍尔效应的原理？

26．磁电式传感器与电感式传感器有何不同？

27．霍尔元件在一定电流的控制下，其霍尔电势与哪些因素有关？

28．说明热电偶测温的原理及热电偶的基本定律。

29．将一只灵敏度为0.08mv/℃的热电偶与毫伏表相连,已知接线端温度为50℃,毫伏表的输出为60mv,求热电偶热端的温度为多少?

30．试比较热电阻与热敏电阻的异同。

31．什么是光电效应，依其表现形式如何分类，并予以解释。

32．简述CCD的工作原理。

33．说明光纤传输的原理。

34．光纤传感器常用的调制原理有哪些？

35．红外线的最大特点是什么？

什么是红外传感器？

36．超声波在介质中有哪些传播特性？

37．什么是超声波的干涉现象？

38．为什么电感式传感器一般都采用差动形式?

参考答案

1．什么是传感器？

它由哪几个部分组成？

分别起到什么作用？

解：

传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。

敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。

2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？

解：

（1）开发新的敏感、传感材料：

在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。

（2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统

MEMS技术要求研制微型传感器。

如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。

研制仿生传感器

研制海洋探测用传感器

研制成分分析用传感器

研制微弱信号检测传感器

（3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：

如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。

它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。

系统功能最大程度地用软件实现。

（4）传感器发展集成化：

固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。

（5）多功能与多参数传感器的研究：

如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。

3．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？

静态参数有哪些？

各种参数代表什么意义？

动态参数有那些？

应如何选择？

解：

在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。

衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。

1）传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度；

2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx的比值；

3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；

4）传感器的重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。

5）传感器的漂移是指在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。

漂移包括零点漂移和灵敏度漂移等。

传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性：

频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。

1）瞬态响应特性：

传感器的瞬态响应是时间响应。

在研究传感器的动态特性时，有时需要从时域中对传感器的响应和过渡过程进行分析。

这种分析方法是时域