感測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)答案電子工業(yè)1-9

1、1 章習(xí)題解答、在圖 1-1-3（ b）中，表頭的滿偏電流為 0.1mA ，內(nèi)阻等于 4900 ，為構(gòu)成 mA 、R1 、R2、R3 分別為多少？50 mA 、 500 mA 三擋量程的直流電流表，所需量程擴(kuò)展電阻 （1 、 9 、90 ）解：據(jù)公式 （1-1-8） 計(jì)算得 R1 R2 R3RgI3Ig49005mA10.1mA100R1 R2I (RgR1I2R2R3)0.1mA50mA(4900100 ) 10R1 IIg (Rg R1 R2I10.1mA500mA(4900100 ) 1故 R2 9 ,R3 90、在圖 1-2-2 中，電壓表 V 的“ /V ”數(shù)為 20k/V,分別用

2、5V 量程和 25 量程測(cè)量端 電壓 U0的讀數(shù)值分別為多少 ?怎樣從兩次測(cè)量讀數(shù)計(jì)算求出E0 的精確值 ?（ 2.50V ， 4.17V ，5.01 V ）解： 5V檔量程內(nèi)阻 RV1 20k V 5 100k ，25V 檔量程內(nèi)阻RV220k V25 500k圖 1-2-2 中E05伏 ， R0100k ，RV1RV1R0E05V 檔讀數(shù) V01100100 1002.5V ，25V 檔讀數(shù) V02RV2E0500500 1004.17V 。K V2 25 5 ，代入公式（ 1-2-8）式得： V15E0K 1U 02U 02U015 1 4.174.1752.55.01V 。3、模擬直流

3、電流表與模擬直流電壓表有何異同？為什么電流表的內(nèi)阻很小，而電壓表 的內(nèi)阻卻很大？解：模擬直流電流表與模擬直流電壓表的表頭都是動(dòng)圈式磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)。 模擬直流電 流表是由“表頭”并聯(lián)很小的分流電阻構(gòu)成， 指針的偏轉(zhuǎn)角與被測(cè)直流電流成正比；模擬直 流電壓表是由“表頭”串聯(lián)很大的分壓電阻構(gòu)成，指針的偏轉(zhuǎn)角與被測(cè)直流電壓成正比。由公式（）和圖可見，電流表的內(nèi)阻為RsRgrRs RgRgnRg Im ,因 IMIMI m ，故 rRg 。即電流表的內(nèi)阻很小。由公式（）和圖可見，電壓表的內(nèi)阻為Rv Rg Rn UM ，Um Rg,因UMUm，故 RvRg 即電壓表的內(nèi)阻很大。I mI m4、用全波整流均值

4、電壓表分別測(cè)量正弦波、三角波和方波，若電壓表示值均為10V ，問三種波形被測(cè)電壓的有效值各為多少?(10V ，10.35 V，9V )解：正弦波： UU0 10V ，U 0.9U a9V ；三角波：U U K F0.9U a K F0.9 1.1510 10.36V ， ；方波：U U K F0.9U aK F 0.9 1 109V 。5、用峰值電壓表分別測(cè)量正弦波、三角波和方波，電壓表均指在10V 位置，問三種波形被測(cè)信號(hào)的峰值和有效值各為多少 ?（14.1 V ， 10V ， 8.16 V，14.1 V）解：三種波形的峰值： UP 2Ua 2 10 14.1V ，三種波形有效值： UP2U

5、a 2 10 14.1V ，正弦波： KP 2, U Ua 10V，三角波： KP 1.73 ， U 14.1 1.73 8.16V ，方波： KP 1，U UP 14.1V 。6、驗(yàn)證表 1-2-1 中半波整流、全波整流、鋸齒波和脈沖信號(hào)的KF、Kp、U 和 U 值。解：1）全波整流：utAsint，1T12UAsin tdt 1Asind，T02012UAsin dAsind20U1T u2 t dt1A2 sin 2dT0202A0 cos2A 4 2A ，22cos1A2 21cos2d220sin22）鋸齒波：1 A T U2T2A，U1TT02 A t dt TA2T3t3A。3。

6、3）脈沖波：U ATtKtTK A，UK A2 dt0AT。4）三角波：1A U21TA22T量程7、證明近似計(jì)算公式（1-2-8）式。證明：量程 U1 檔的內(nèi)阻為 RU1， U 1ImRU 1 ，U2 檔的內(nèi)阻為 RU2，U2 I m RU2，RU 2RU 1U2U1K。U01RU1E 0 ，RU 1 R0RU 1 E0 R00 U 01U 02RU 2E 0，RU 2R0RU 2 E 0 R0U 2 0U 02RU 2 ，RU1U 01E0RU 2U 02E0解得： RU 2RU 2 E0U 02RU 1 E 0U01E0RU 2U 02RU 1 ，U01 E0RU 2RU1RU 2RU1

7、 U 02K1RU 1 U 02RU2RU1U 02U 01RU2 RU1 U02U 01RU 1 KU 02U01K 1 U02K U 02U01在使用時(shí)付邊絕對(duì)不允許開路。 否則會(huì)使原鐵心達(dá)到高度飽和狀態(tài)， 使鐵心嚴(yán)重發(fā)熱并在付邊產(chǎn)生很高的電8、使用電流互感器要注意些什么 ? 解：由于電流互感器付邊匝數(shù)遠(yuǎn)大于原邊，邊電流完全變成激磁電流， 壓，引起互感器的熱破壞和電擊穿，對(duì)人身及設(shè)備造成傷害。此外，為了人身安全，互感器 付邊一端必須可靠地接地 （ 安全接地 ） 。9、用電動(dòng)系功率表測(cè)量功率應(yīng)怎樣接線 ?怎樣讀數(shù) ? 解：第一，電流支路與負(fù)載串聯(lián)，電壓支路與負(fù)載并聯(lián)。第二，電流線圈的“ *

8、”端和電壓線圈的“ *”端應(yīng)同是接高電位端或同是接低電位端。否則，電壓線圈與電流線圈之間會(huì)有較大的電位差， 這樣不僅會(huì)由于電場(chǎng)力的影響帶來(lái)測(cè)量 誤差，而且會(huì)使兩組線圈之間的絕緣受到破壞。第三，電流線圈和電壓線圈的“ * ”端應(yīng)同為電流的引入端或引出端，否則，功率表指 針將反向偏轉(zhuǎn)。如果負(fù)載是吸收有功功率( 即負(fù)載中電壓與電流相位差 90) ，則按圖 1-3-2(a) 、 (b) 接線，功率表指針都是正向偏轉(zhuǎn)。如果按此接線時(shí)發(fā)現(xiàn)功率表指針反向偏轉(zhuǎn)， 那就表明被測(cè)負(fù)載實(shí)際上是發(fā)出有功功率的等效電源。 這時(shí)， 須改變電流支路的兩個(gè)端鈕的 接線，變?yōu)閳D 1-3-2 中 (c) 和(d) 的接線方式。為

9、了減小測(cè)量誤差， 應(yīng)根據(jù)負(fù)載阻抗大小和功率表的參數(shù)來(lái)選擇正確的功率表接線方式， 圖 1-3-2 中(a) 和(c) 為“電壓支路前接” 方式，適合于負(fù)載阻抗 Z 遠(yuǎn)大于功率表電流線圈阻 抗 ZA 的情況，例如在變壓器和電動(dòng)機(jī)空載試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)采用這種接法。圖1-3-2 中 (b) 和(d)為“電壓支路后接”方式。適合于負(fù)載阻抗 Z 遠(yuǎn)小于功率表電壓支路阻抗 ZV 的情況。例如 在變壓器和電動(dòng)機(jī)短路實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)采用這種接法。只要讀得功率表的偏轉(zhuǎn)格數(shù) Nx，乘上功率表分格常數(shù) C，就可求得被測(cè)功率的數(shù)值 Px：Px C Nx10、試用時(shí)分割乘法器和 V/F 轉(zhuǎn)換器、通用計(jì)數(shù)器組成一個(gè)數(shù)字式電能表，畫出其

10、框 圖，說(shuō)明其工作原理。解：數(shù)字式電能表框圖如下圖所示。電能 W2 Pdt ，t1采用時(shí)分割乘法將功率轉(zhuǎn)換為電壓 U0，根據(jù)( 1-3-11)式， U0 K3uxuy K3 K1u K2i K1K2K3u i ，K1K2K3P，根據(jù)（ 1-3-14）式， U0 K1K2K 3UI cos經(jīng) U-f 轉(zhuǎn)換，K4U0 K1K2K3K4 P K P ，計(jì)數(shù)值 N f t K P t K W 。第 2 章習(xí)題解答1、采用圖 2-1-3 測(cè)量被測(cè)信號(hào)頻率 fx，已知標(biāo)準(zhǔn)頻率 fc=1MHz ，準(zhǔn)確度為 2 10采用 m=1000 分頻，若 fx=10KHz, 試分別計(jì)算測(cè)頻與測(cè)周時(shí)的最大相對(duì)誤差fx/f

11、x。（ 0.1，10 5 )解：fcfc由題意可知：式：2 10 7 ，1MHz ，103 ， fx 10kHz 。2-1-14)fxfcfcfxmfxfc測(cè)周時(shí)，根據(jù)（ 2-1-22TxfxfxTxfxmfc測(cè)頻時(shí)，根據(jù)（式：1 10633103 10 10310 70.1 2 10 70.1。310 103103 1062 1010 5 。2、已知圖2-1-3中計(jì)數(shù)器為四位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，采用m=100 分頻，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖頻率最大允許值為100MHz ，標(biāo)準(zhǔn)頻率 fc=5MHz ，fc/fc=110 7 ，要求最大相對(duì)誤差 fx/f x=1%，求該頻率計(jì)的測(cè)頻范圍，若已知計(jì)數(shù)結(jié)果（5MHz

12、 100MHz,25MHz,0.2% ）N=500, 求被測(cè)信號(hào)頻率和相對(duì)測(cè)量誤差。解：由題意可知： m 102 ， fmax 50MHz ， fc 5MHz ，fc fc 1 10 7 ，1%，N 500， Nmax 1041 10 4 。因 N m ，故采用測(cè)頻方式，根據(jù)（ 2-1-18）式可得：xminmr5 106102 0.0165 106 Hz 。據(jù)（ 2-1-16）式，N maxx max據(jù)（ 2-1-17）式，102 5 106 500MHz 。102max 50MHz500MHz，故取 f xmax 50MHz 。測(cè)頻范圍： 5MHz 50MHz 。若 N 500，則 f x

13、Nfc5005 10610225MHz 。據(jù)（ 2-1-10）式和（ 2-1-14）式，fx1fcfxNfc5001 10500 0.2% 。3、以圖 2-2-2 為例說(shuō)明怎樣用圖2-2-1a）電路測(cè)量時(shí)間間隔 ?如果需要測(cè)量如圖 -2-2（a） 所示兩個(gè)輸入信號(hào) u1和u2的時(shí)間間隔 t g?？蓪?u1和u2兩個(gè)信號(hào)分別加到圖 -2-1 的 A、 B通道，把圖中開關(guān) S 斷開，觸發(fā)器 A 觸發(fā)電平置于 U1和U 2，觸發(fā)沿選“ +”，觸發(fā)器 B觸發(fā)電平置于 U 2 ，觸發(fā)沿也選“ +”。這樣得到的計(jì)數(shù)結(jié)果N=tg/Tc ，即代表時(shí)間間隔 t g=NTc。4、采用圖 2-3-2 測(cè)量?jī)蓚€(gè)頻率為

14、 1KHz 相位差 72的正弦信號(hào)，若時(shí)標(biāo)脈沖頻率為 500KHz ，試計(jì)算相位量化誤差和計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)結(jié)果。 （ 0.72 ,100）解：相位量化誤差：3600 Tc 3600 fTfc計(jì)數(shù)結(jié)果： N x720100。0.7203600 1 103500 1030.720 ，5、為什么圖 2-3-1 測(cè)量相位差無(wú)須先測(cè)量信號(hào)周期 ?而圖 2-3-2 測(cè)量相位差須先測(cè)量 信號(hào)周期 ?解：由公式（）可得，圖 2-3-1 測(cè)量相位差的輸出數(shù)字為U0Ugx360式中 q為A/D的量化單位，即 N1所對(duì)應(yīng)的模擬輸入電壓）與信號(hào)周期 T 無(wú)關(guān)。因此無(wú)須先測(cè)量信號(hào)周期T。由公式（）可知，圖 2-3-2 測(cè)量相

15、位差的輸出數(shù)字為N T x 與信號(hào)周期 T 有關(guān)。因此須先測(cè)量信號(hào)周期 T。 Tc 360第章習(xí)題解答1、有一交流電橋如圖所示，試問：1）該電橋能否平衡，為什么 ?如果能平衡，寫出其平衡方程式。 （能）2）若只調(diào)節(jié) R2 和 R4，電橋能否平衡 ?為什么 ?（不能）解：電橋平衡的條件是相對(duì)兩臂阻抗的乘積相等，即1R1j L1R3R2R4 ，為此，要求等式兩邊的實(shí)部相等，而且虛部也相等，1 1 3j C3 2 4L1R1即 R1R31R2 R4且 jL1R3 10。1 3C32 4 且 1 3j C3。只調(diào)節(jié) R2 和 R4，電橋不能平衡，因?yàn)橹徽{(diào)節(jié) R2 和 R4，不能使虛部相等的條件也得到

16、滿足。、差動(dòng)電阻傳感器如果不是接入電橋橫跨電源的相鄰兩臂， 而是接入電橋的相對(duì)兩臂， 會(huì)產(chǎn)生什么不好的結(jié)果？Z1 RR , Z2 Z4R , 代入公式（）RRU (2RR()(R2)R2R)U2RR1(1 2RR)( 2RR 1)對(duì)比兩種結(jié)果可見， U 0U0 因此輸出幾乎為零，而且 U0 的分母中包含有RR ，因此存R在非線性，而 U 0 則不存在非線性。、差動(dòng)電阻傳感器電橋與單工作臂電阻傳感器電橋相比有哪些優(yōu)越性 些優(yōu)越性 ?為什么會(huì)有這解：設(shè)被測(cè)非電量引起的電阻變化為 R ，溫度變化引起的電阻變化為RT 。將 Z1 R R RT ，Z2 Z3 Z4 R代入 （3-1-2） 得單工作臂電阻

17、傳感器電橋的輸出電壓為解：差動(dòng)電阻傳感器如果接入橫跨電源的相鄰兩臂即令Z1RR，Z2RR， Z3 Z 4 R ，代入公式（）得RRRRU0UU2R2R2R差動(dòng)電阻傳感器如果接入電橋的相對(duì)兩臂即令將 Z1 R RURT ， Z2RT Z3 Z4 R代入 （3-1-2） 得差動(dòng)電阻傳感器電橋的輸出電壓為U0）可成倍提高輸出電壓，）可消除非兩式對(duì)比可見，采用差動(dòng)電橋有三個(gè)優(yōu)越性：線性誤差，）可減小溫度誤差。、圖 3-2-4 電路輸出端若接入一個(gè)量程為伏的電壓表，相應(yīng)的Rx 的量程會(huì)變?yōu)槎嗌?？?dāng)量程開關(guān) SW 置于檔時(shí)，若測(cè)得 U 0=2.5 伏，試問 Rx 為多少歐姆？解：由公式（）可得， SW 置

18、于檔時(shí) Rx的量程為U 0M 5RxMUU0reMf RN 52 200 500 ，同理 SW置于、檔時(shí) Rx的量程分別為 5k ,50k ,500k ,5M 。當(dāng)量程開關(guān) SW置于檔時(shí)，若測(cè)得 U0=2.5 伏，則 Rx為RxU0Uref2.5 200250、怎樣選取圖 3-2-6 中濾波器的類型及頻率 ?為什么要這樣選擇 ?解：圖 3-2-6 中濾波器應(yīng)選取低通濾波器。為了濾去方波基波及其諧波而且允許頻率f x 的被測(cè)非電信號(hào)通過，一般選取解：圖中當(dāng)觸發(fā)器 Q端為高電平 UOH 時(shí)，UOH 通過 R對(duì) C充電，當(dāng)觸發(fā)器Q端為低電平時(shí)， C通過二極管放電。 圖中當(dāng)觸發(fā)器 Q端為高電平 UOH

19、 時(shí)，UOH 通過 R對(duì)L充電，當(dāng)觸發(fā)器 Q端為低電平時(shí)， L 通過二極管放電。RL電路的方程為 uidiL dt u0L du0R dtu0du0dtu0RC電路的方程為 uiRi u0RCddut0u0du0dtu0兩個(gè)方程都是一階微分方程，此一階微分方程的解為u0(t) u0 ( )u0(0) u0( ) et/當(dāng) u i 從跳變到高電平U OH 時(shí)， u0 (0)0,u0 ( )U OH ，代入上式得u0(t) UOH (1 et/)，u0從 0上升到UR 的時(shí)間為ln U OHU OH U將RC, 代入上式即得到公式(3-2-11)和(3-2-12), 將公式 (3-2-11) 和

20、(3-2-12) 代入公式 (3-2-13) 即得到公式 (3-2-14) 。同理將時(shí)間常數(shù)L/ R代入上式即得到L1 lnR1U OHU OH，T2U R 2L2 ln U OH，將這兩式代入公式 (3-2-13) 即得到公R2 U OH U R式(3-2-18) 。、試用恒流源、 并說(shuō)明其工作原理。解：圖 1-1-8 中， 有：555 定時(shí)器和通用計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)一個(gè)電容數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，輸入電流改用恒流源 IN，電容 C 改為被測(cè)電容 CX，N，畫出其框圖，根據(jù)( 1-1-20)式I N TXV DD C3 CXfX I NVDD C X所以，上圖中 TX VDD C X 。3I N采用圖 2-1

21、-6通用計(jì)數(shù)器，圖 1-1-8輸出接圖 2-1-6 的 B輸入端，晶振 fc接圖 2-1-6 的 A 輸入端，將( 2-1-13)式代入上式得： N mf c VDD CX 。c 3I NX、試設(shè)計(jì)一個(gè)采用熱敏電阻的溫度頻率變換電路，說(shuō)明其原理。解：電路 1：R3 R1 C 2 若將上圖中 R5與Rx不接，則是一個(gè) RC正弦振蕩器， 起振條件為： 3 1 2，振R4 R2 C1蕩頻率為：1R1 R2C1C 2圖中 Rx為熱敏電阻，引入 R5與 R2是為了改善傳感器的線性度。令 R2 R2 / R5 Rx ，代入上式得振蕩頻率與熱敏電阻Rx 得關(guān)系為：1f 1R2 R5 Rx2 。2R1R2 R

22、5 Rx C1 C2電路 2 ：采用圖 3-3-3 電路，熱敏電阻接入圖中 Rx。根據(jù)（ 3-3-7 ）式得到：R6 R7 A RR R01 t R6 R7 A16R5 R6 C R0R0 t16R5 R6C第 4 章習(xí)題解答1、為什么線繞式電位器容易實(shí)現(xiàn)各種非線性特性而且分辨力比非線繞式電位器低答：線繞式電位器的電阻器是由電阻系數(shù)很高的極細(xì)的絕緣導(dǎo)線， 整齊地繞在一個(gè)絕緣 骨架上制成的。 在電阻器與電刷相接觸的部分， 導(dǎo)線表面的絕緣層被去掉并拋光， 使兩者在 相對(duì)滑動(dòng)過程中保持可靠地接觸和導(dǎo)電。 電刷滑過一匝線圈， 電阻就增加或減小一匝線圈的 電阻值。 因此電位器的電阻隨電刷位移呈階梯狀變化

23、。 只要按精確設(shè)計(jì)絕緣骨架尺寸按一定 規(guī)律變化，就可使位移電阻特性呈現(xiàn)所需要的非線性曲線形狀。 只有當(dāng)電刷的位移大于相鄰兩匝線圈的間距時(shí)， 線繞式電位器的電阻才會(huì)變化一個(gè)臺(tái)階。 而非線繞式電位器電刷是在電阻膜上滑動(dòng)， 電阻呈連續(xù)變化， 因此線繞式電位器分辨力比非 線繞式電位器低。、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)比應(yīng)變電阻材料本身的靈敏系數(shù)小嗎?為什么 ?答：應(yīng)變片的靈敏系數(shù) k 是指應(yīng)變片的阻值相對(duì)變化與試件表面上安裝應(yīng)變片區(qū)域的 軸向應(yīng)變之比稱為，而應(yīng)變電阻材料的應(yīng)變靈敏系數(shù)k0 是指應(yīng)變電阻材料的阻值的相對(duì)變化與應(yīng)變電阻材料的應(yīng)變之比。 實(shí)驗(yàn)表明： kI 2，UacUbc， 故 I ab0， Uab

24、0;當(dāng)銜鐵位于零位以下時(shí)， I 1I 2,UacUbc, 故 I ab0,Uab0。因此通過 I ab 和 Uab 的正負(fù)可判別銜鐵移動(dòng)方向。又因?yàn)镮ab和 Uabde 大小與銜鐵位移成正比，因此通過Iab 和Uab 的大小可判別銜鐵位移的大小。調(diào)整圖中電位器滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置， 可以使差動(dòng)變壓器兩個(gè)次級(jí)線圈的電路對(duì)稱， 在銜鐵 居中即位移為零時(shí)，圖電路輸出電流或電壓為零。、何謂壓磁效應(yīng) ?試說(shuō)明圖 4-3-1 互感型壓磁傳感器工作原理。 答：鐵磁物質(zhì)在外界機(jī)械力 （拉、壓、扭 ）作用下，磁導(dǎo)率發(fā)生變化，外力取消后，磁導(dǎo) 率復(fù)原，這種現(xiàn)象稱為“壓磁效應(yīng)” 。圖 3-13 為一種常用的互感型壓磁傳感

25、器。由硅鋼片粘疊而成的壓磁元件上沖有四 個(gè)對(duì)稱的孔，孔 1、2的連線與孔 3、4的連線相互垂直，孔 1、 2間繞有初級(jí) （激磁 ）繞組， 孔 3、4 間繞有次級(jí) （ 輸出） 繞組，在不受力時(shí)，鐵芯的磁阻在各個(gè)方向上是一致的，初級(jí)線 圈的磁力線對(duì)稱地分布，不與次級(jí)線圈發(fā)生交鏈，因而不能在次級(jí)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 當(dāng)傳感器受壓力 F時(shí)，在平行于作用力方向上磁導(dǎo)率減小， 磁阻增大， 在垂直于作用力方向 上磁導(dǎo)率增大，磁阻減小，初級(jí)線圈產(chǎn)生的磁力線將重新分布如圖 3-13（c） 所示。此時(shí) 一部分磁力線與次級(jí)繞組交鏈，而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。F 的值越大，交鏈的磁通量越多，感應(yīng)電壓也越大。感應(yīng)電壓經(jīng)變換處

26、理后，就可以用來(lái)表示被測(cè)力 F 的數(shù)值。、當(dāng)采用渦流傳感器測(cè)量金屬板厚度時(shí)，需不需要恒溫?為什么 ?答：溫度變化時(shí)，金屬的電阻率 會(huì)發(fā)生變化，據(jù)公式（） ，將使渦流的 滲透深度 h 隨之變化，據(jù)公式（）可知，這將使透射式渦流傳感器接收線圈中 的感應(yīng)電壓 U 2 隨溫度變化。為了防止溫度變化產(chǎn)生的電壓變化同金屬板厚度變化產(chǎn)生的電 壓變化相混淆， 采用渦流傳感器測(cè)量金屬板厚度時(shí)， 需要采取恒溫措施或考慮溫度變化的影響。、渦流式傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是什么?它可以應(yīng)用在哪些方面 ?答：其主要優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量。、反射式渦流傳感器與透射式渦流傳感器有何異同 ?答：相同點(diǎn)： 都包含有產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的傳感器

27、線圈 （激勵(lì)線圈）和置于該線圈附近的金屬導(dǎo) 體，金屬導(dǎo)體內(nèi)，都產(chǎn)生環(huán)狀渦流。 不同點(diǎn)： 反射式渦流傳感器只有產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)的傳 感器線圈， 金屬板表面感應(yīng)的渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)原激勵(lì)磁場(chǎng)起抵消削弱作用， 從而導(dǎo)致傳感 器線圈的電感量、 阻抗和品質(zhì)因數(shù)都發(fā)生變化。 而透射式渦流傳感器有兩個(gè)線圈： 發(fā)射線圈 （激勵(lì)線圈） L1、接收線圈 L2，分別位于被測(cè)金屬板的兩對(duì)側(cè)。金屬板表面感應(yīng)的渦流產(chǎn)生 的磁場(chǎng)在接收線圈 L2 中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，此感應(yīng)電壓與金屬板厚度有關(guān)。、收集一個(gè)電冰箱溫控電路實(shí)例，剖析其工作原理。答：下面是日本生產(chǎn)的某電冰箱溫控電路。該電冰箱的溫控范圍TL TH 由窗口比較器的窗口電壓

28、VL和VH決定。調(diào)節(jié)電位器 RP可調(diào)整TL 。圖中 Rt為熱敏電阻，當(dāng)溫度上升 時(shí)， Rt減小， VT 升高。當(dāng)冰箱內(nèi)溫度 T TH時(shí)， VT VH VL ，窗口比較器使 RS觸發(fā)器 的 S 端為低電平， R 端為高電平， Q輸出端為高電平， 晶體管導(dǎo)通， 繼電器線圈通電而動(dòng)作， 繼電器常開觸點(diǎn)閉合，電冰箱壓縮機(jī)啟動(dòng)制冷。冰箱內(nèi)溫度降低。當(dāng)冰箱內(nèi)溫度 T TL 時(shí)， VT VL VH ，窗口比較器使 RS觸發(fā)器的 S 端為高電平， R 端為低電平， Q 輸出端為低電平，晶體管截止，繼電器線圈失電而動(dòng)作，繼電器常開觸點(diǎn)復(fù) 位，電冰箱壓縮機(jī)停機(jī)。當(dāng)冰箱內(nèi)溫度 TL T TH 時(shí)， VL VT VH

29、 ，窗口比較器使 RS觸發(fā)器的 S端和 R 端均為 高電平， RS觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變，壓縮機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或繼續(xù)停機(jī)。第章習(xí)題解答1、磁敏二極管、三極管基本原理有哪些異同?答：相同點(diǎn)：磁敏二極管和磁敏三極管都是PN結(jié)型的磁敏元件，都有本征區(qū)I ，本征區(qū) I 的長(zhǎng)度較長(zhǎng)， 其一個(gè)側(cè)面磨成光滑面， 另一面打毛。 粗糙的表面處容易使電子空穴對(duì) 復(fù)合而消失，稱為 r（recombination） 面 （ 或 r 區(qū)） ，不同點(diǎn)：磁敏二極管的結(jié)構(gòu)是在高阻半導(dǎo)體芯片（本征型 ）I 兩端，分別制作 P、N 兩個(gè)電極， 形成 P-I-N 結(jié)。當(dāng)磁敏二極管未受到外界磁場(chǎng)作用時(shí)， 外加正偏壓， 則有大量的空穴 從 P

30、區(qū)通過 I 區(qū)進(jìn)入 N區(qū)，同時(shí)也有大量電子注入 P區(qū)，形成電流。 當(dāng)磁敏二極管受到外界 磁場(chǎng) H+（正向磁場(chǎng) ） 作用時(shí)，電子和空穴受到洛倫茲力的作用而向r 區(qū)偏轉(zhuǎn)，由于 r 區(qū)的電子和空穴復(fù)合消失速度比光滑面 I 區(qū)快， 因此形成的電流因復(fù)合速度快而減小。 當(dāng)磁敏二極 管受到外界磁場(chǎng) H-（ 反向磁場(chǎng) ） 作用時(shí)，電子空穴對(duì)受到洛倫茲力作用向光滑面偏轉(zhuǎn)，電 子空穴的復(fù)合率明顯減小， 因而形成的電流變大。 磁敏二極管反向偏置時(shí)， 僅流過很微小 電流，幾乎與磁場(chǎng)無(wú)關(guān)。磁敏三極管的結(jié)構(gòu)是在弱 P型近本征半導(dǎo)體（本征區(qū) I ）上，用合金法或擴(kuò)散法形成三 個(gè)結(jié)，即發(fā)射結(jié)、基極結(jié)、集電結(jié)。當(dāng)磁敏三極管未

31、受到磁場(chǎng)作用時(shí)，基極電流大于集電極 電流，使 =I c/I bW），光電元件的輸出電壓變化一個(gè)周期。在 y=0 處和 y=H/4 處各安放一個(gè)光電元件，這兩個(gè)光電元件的輸出信號(hào)u1 和 u2 的相位差正好等于 /2 。將它們送到圖 7-1-8 所示辨向電路， 就可測(cè)量出光柵的移動(dòng)方向和移動(dòng)的 柵距數(shù)。主光柵每移動(dòng)一個(gè)光柵柵距 W，莫爾條紋信號(hào) u1和 u2就相應(yīng)地變化一個(gè)周期，圖 6-18 中或門就產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，可逆計(jì)數(shù)器就加1 或減 1，可逆計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果就是主光柵移動(dòng)的柵距數(shù)。顯然，圖 7-1-8 電路的分辨率就是一個(gè)光柵柵距。如果在主光柵移動(dòng)一個(gè)柵距過程中即莫爾條紋信號(hào)變化一個(gè)周期

32、內(nèi)，能得到 m 個(gè)彼此 相位差 360 /m 的正弦交流信號(hào) ui ，光柵每移動(dòng)一個(gè)柵距 W，m個(gè) ui 波形便可依次得 m個(gè)過 零脈沖，而與光柵位移 x 對(duì)應(yīng)的過零脈沖計(jì)數(shù)值即位移的數(shù)字測(cè)量結(jié)果為：xNmW由上式可見，分辨率不再是xW/mW,而是 W/m，這樣就達(dá)到m細(xì)分的目的。因此，光柵傳感器能測(cè)量很微小的位移。4、用四只光敏二極管接收長(zhǎng)光柵的莫爾條紋信號(hào)，如果光敏二極管響應(yīng)時(shí)間為 10 6 秒，（20m/S）W3 故V W 5010130m6 s20m/ s5、已知長(zhǎng)光柵的柵距為 紋寬度以及當(dāng)標(biāo)尺光柵移動(dòng)20 微米，標(biāo)尺光柵與指示光柵的夾角為100 微米時(shí)，莫爾條紋移動(dòng)的距離。 (0.2

33、 度，試計(jì)算莫爾條5.73mm,2.865cm )答：莫爾條紋寬度為H2sin2320 10 3mm 5.73mm0.2 2sin 2光柵的柵線密度為 50 線/毫米，試計(jì)算一下長(zhǎng)光柵所允許的移動(dòng)速度。答：長(zhǎng)光柵所允許的移動(dòng)速度 V 受光敏二極管響應(yīng)時(shí)間 的限制當(dāng)標(biāo)尺光柵移動(dòng) 100 微米時(shí)，莫爾條紋移動(dòng)的距離為5.73mm20 10 66100 10 628.65mm6、磁柵與光柵相比，有哪些相同點(diǎn) ?有哪些不同點(diǎn) ? 答：相同點(diǎn)：磁柵與光柵都是柵式傳感器，光柵上面刻有節(jié)距為W的刻線， 磁柵上面記錄有節(jié)距為 W的矩形波或正弦波磁信號(hào)。 光柵有兩個(gè)彼此相距 (n 1/4)W 的光電元件產(chǎn)生相

34、位差 /2 的兩個(gè)檢測(cè)信號(hào)。磁柵也兩個(gè)彼此相距(n 1/4)W 的靜態(tài)磁頭產(chǎn)生相位差 /2 的兩個(gè)檢測(cè)信號(hào)。磁柵與光柵每移動(dòng)一個(gè)柵距W，兩個(gè)檢測(cè)信號(hào)就變化一個(gè)周期。不同點(diǎn)： 光柵是利用光電效應(yīng)， 把主光柵相對(duì)與指示光柵的位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)； 磁柵是 利用磁電效應(yīng)， 把磁頭相對(duì)于磁柵的位置或位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 磁柵可方便地錄制任意節(jié)距 的磁柵，發(fā)現(xiàn)所錄磁柵不合適時(shí)可抹去重錄。光柵的柵線刻好后卻不能再改變。7、在長(zhǎng)感應(yīng)同步器的滑尺上，相鄰正弦繞組與余弦繞組，相鄰正弦繞組和正弦繞組， 相鄰余弦繞組與余弦繞組的間距分別為多少 ?答：相鄰正弦繞組與余弦繞組的間距為 (n/2+1/4)W ，斷續(xù)繞組中， 與

35、連續(xù)繞組間的互感 為余弦函數(shù)的繞組稱為余弦繞組。距余弦繞組l 1=(n/2+1/4) 節(jié)距 W。相鄰正弦繞組和正弦繞組，相鄰余弦繞組與余弦繞組的間距都為 n 倍節(jié)距 W。8、感應(yīng)同步器測(cè)量系統(tǒng)對(duì)位移的分辨率是由哪些因素決定的?怎樣提高位移分辨率 ?答：感應(yīng)同步器測(cè)量系統(tǒng)對(duì)位移的分辨率W / m是由節(jié)距 W 和細(xì)分?jǐn)?shù) m 決定的，因此要提高位移分辨率，就要選用節(jié)距 W 小的感應(yīng)同步器和增大細(xì)分?jǐn)?shù) m。9、感應(yīng)同步器為什么要設(shè)置正弦繞組與余弦繞組?答：感應(yīng)同步器設(shè)置正弦繞組與余弦繞組是為了能判別位移的方向。10、試指出振弦、振筒、振膜、振梁式四種頻率式傳感器的共同的特點(diǎn)和共同的工作原理?答：振弦、

36、振筒、振膜、振梁式四種頻率式傳感器的共同的特點(diǎn)是都由由振動(dòng)體、激振 器、拾振器和放大振蕩電路組成一個(gè)反饋振蕩系統(tǒng)，作為振動(dòng)體的振弦、振筒、振膜、振梁 都是用具有導(dǎo)磁性的恒彈性合金制成， 當(dāng)激振器使振動(dòng)體振動(dòng)時(shí)， 磁路的磁阻交替變化， 在 拾振器中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓的變化頻率等于振動(dòng)體振動(dòng)頻率。它們共同的工作原理是， 被測(cè)非電量如力、 壓力、 密度等使振動(dòng)體振動(dòng)頻率即拾振器感 應(yīng)電壓的頻率改變，因此測(cè)量拾振器感應(yīng)電壓的頻率就可測(cè)出被測(cè)非電量。11、石英晶體諧振式傳感器的原理是什么 ?有哪些用途 ? 答：當(dāng)給石英晶體的電極上施加交變激勵(lì)電壓時(shí)， 根據(jù)逆壓電效應(yīng)， 石英晶體會(huì)產(chǎn)生機(jī) 械振動(dòng)， 而

37、當(dāng)晶體振動(dòng)時(shí)兩電極上又會(huì)出現(xiàn)交變電壓， 如果把石英晶體接入具有正反饋的放 大電路中， 兩電極上出現(xiàn)的電壓經(jīng)放大后又以相同的相位反饋到晶體電極上， 加強(qiáng)了原來(lái)的 交變電場(chǎng)。 于是晶體的振動(dòng)能夠繼續(xù)維持， 這就是石英晶體振蕩器的基本原理。 石英晶體是 彈性體，它存在固有振動(dòng)頻率。當(dāng)強(qiáng)迫振動(dòng)頻率等于它的固有振動(dòng)頻率時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生諧振。 因此石英晶體振蕩器的振蕩頻率就是石英晶體的固有頻率。 利用石英晶體的諧振特性， 可以 組成石英晶體諧振式傳感器 （ 也稱石英晶體頻率式傳感器 ）。當(dāng)石英諧振器承受靜態(tài)壓力或者感受溫度變化時(shí)，其固有頻率發(fā)生相應(yīng)的變化，因此， 將石英諧振器接入振蕩電路， 就可以制成石英晶體

38、諧振式壓力傳感器或石英晶體頻率式溫度 傳感器。12、能不能用無(wú)導(dǎo)磁性的金屬絲做振弦傳感器的振弦？為什么？ 答：不能。因?yàn)橛脹]有導(dǎo)磁性的金屬絲細(xì)弦做振弦，振弦就不能與磁鐵組成磁路，因此 激勵(lì)線圈和電磁鐵就不能吸引金屬細(xì)弦振動(dòng)， 金屬細(xì)弦振動(dòng)時(shí)， 磁鐵磁路的磁阻也不能變化， 繞在永久磁鋼上的拾振線圈也就不能產(chǎn)生感應(yīng)電壓。 這樣就不能通過測(cè)量感應(yīng)電壓的頻率而 測(cè)量出振弦的固有頻率。第章習(xí)題解答1、試說(shuō)明光纖傳光的原理與條件。答：光導(dǎo)纖維簡(jiǎn)稱光纖， 由透光的纖芯和包層以及不透光的尼龍外套組成。 纖芯內(nèi)傳播的光入射到纖芯和包層的交界面時(shí)，由于纖芯的折射率比包層的折射率大，只要入射角大于臨界角 c，即 1

39、 c arcsin（n2 ） ，光就不會(huì)穿過兩個(gè)介質(zhì)的分界面，而只會(huì)完全反 n1射回來(lái)，這種只有反射沒有透射的情況稱為全反射。在光纖的入射端，光線從空氣（折射率為 n0=1） 中以入射角 0射入光纖纖芯，當(dāng)入射角arcsinn0時(shí)，就會(huì)使 1 c 即滿足全反射條件，這樣，光線就能在纖芯和包層的界面上不斷地產(chǎn)生全反射， 呈鋸齒形路線在纖芯內(nèi)向前傳播， 從光纖的一端以光 速傳播到另一端，這就是光纖傳光原理。2、為什么圖 8-1-7 中受力越大，光纖出射端輸出的光強(qiáng)度越小?答：當(dāng)光纖發(fā)生彎曲到一定程度使光線入射角小于臨界角時(shí)， 射到纖芯與包層界面上的 光有一部分將穿過界面透射進(jìn)包層造成傳輸損耗微彎損耗， 從而引起光纖出射端輸出的 光通量發(fā)生變化。 圖 8-1-7 中變形器的位移或所受力越大， 變形器使光纖發(fā)生周期性彎曲就 越厲害， 引起傳輸光的微彎損耗越大， 光纖出射端輸出的光強(qiáng)度越小。 通過檢測(cè)光纖輸出的 光強(qiáng)變化就能測(cè)出位移或力信號(hào)。3、試說(shuō)明圖 8-2-6 中 16 個(gè)光敏單元的“電荷包”產(chǎn)生、轉(zhuǎn)移及移出過程，并指明移出 順序。答：在曝光（光積分）時(shí)間，圖 7-2-6 中各個(gè)光敏元曝光，吸收光生電荷，產(chǎn)生“電荷 包”。曝光結(jié)束時(shí)，全部“電荷