傳感器原理及應(yīng)用復習(簡答題)

1、精品一簡答題（ 40 分）1. 傳感器的基本概念及基本功能？傳感器就是借助于檢測元件（敏感元件）接受一定形式的信息，并按一定的規(guī)律將它轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。它獲取的信息，可以是各種物理量、化學量和生物量，而轉(zhuǎn)化后的信息也有各種形式。目前，將傳感器接收到的信息轉(zhuǎn)化為電信號是最常用的一種形式（電信號包括電壓，電流及頻率信號）基本功能：信息收集，信號數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換2. 傳感器的基本組成并說出每部分的功能？傳感器通常是由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路三部分組成其中敏感元件是指傳感器中能夠直接感受或響應(yīng)被測量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能夠?qū)⒚舾性惺芑蝽憫?yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成電信號的部分；調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路是指

2、將非適合電量進一步轉(zhuǎn)換成適合電量的部分。被測量非電量電量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路適合電量敏感元件轉(zhuǎn)換元件輔助電源圖 1-1 傳感器的組成3. 傳感器的發(fā)展趨勢？1 新特性（努力實現(xiàn)傳感器的新特性）2 可靠性（確保傳感器的可靠性，延長其使用壽命）3 集成智能（體感傳感器的集成化和智能化程度）4 微型（傳感器微型化）5 仿生（發(fā)展仿生物傳感器）6 新材料（新型功能材料開發(fā)）7 多融合（多傳感器信息融合）4. 按被測量的不同傳感器可以分為哪幾類？1 按感知外界信息基本效應(yīng)不同分為物理傳感器，化學傳感器，和生物傳感器等2 按被測量不同分為力學量 / 熱量 / 液體成分 / 氣體成分 / 真空 / 光/ 磁 / 離

3、子 / 放射線傳感器等 2 按敏感材料不同分為金屬 / 半導體 / 光纖 / 陶瓷 / 高分子材料 / 復合材料傳感器等3 按工作原理不同分為應(yīng)變式 / 電感式 / 電容式 / 壓電式 / 磁電式 / 光電式 / 熱電式 / 氣敏 / 濕敏傳感器等5. 傳感器的特性及其概念？6. 傳感器的靜態(tài)特性包括那幾個重要指標？傳感器的特性是指傳感器的輸入量和輸出量之間的對應(yīng)關(guān)系。通常分為靜態(tài)特性：輸入不隨時間變化而變化的特性（重要指標包括線性度、靈敏度、重復性、遲滯、零點漂移、溫度漂移等）動態(tài)特性：輸入隨時間變化而變化的特性（可從時域和頻率方面即對應(yīng)階躍響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法方面分析）感謝下載載精品7. 電

4、感式傳感器的概念及每類傳感器的基本概念？1 應(yīng)變式傳感器：基于電阻應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)（對半導體應(yīng)變片而言為壓阻效應(yīng)）。2 電感式傳感器：基于電磁感應(yīng)原理，利用磁路磁阻變化引起傳感器線圈的電感（自感系數(shù)或互感系數(shù)）變化來檢測非電量的一種機電轉(zhuǎn)換裝置。常見有自感式，互感式，渦流式等。3 電容式傳感器：可以把某些非電量的變化通過一個可變電容器轉(zhuǎn)換成電容量變化的裝置。常見有變極距型，變面積型，變介質(zhì)型。4 壓電式傳感器：基于壓電材料受力作用而變形時，其表面會有電荷產(chǎn)生，從而實現(xiàn)非電量測量原理。壓電式傳感器是典型的有源傳感器，常見有單向力，雙向力，三向力。5 磁電式傳感器：利用電磁感應(yīng)原理將運動速度轉(zhuǎn)換成

5、感應(yīng)電動勢輸出的傳感器。又稱感應(yīng)式或電動式傳感器。常見有磁電感應(yīng)式，霍爾式，磁敏電阻，慈磁敏二極管，磁敏晶體管。6 光電式傳感器：利用光電器件把光信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。先將被測量的變化轉(zhuǎn)換成光量的變化，通過光電器件把光量的變化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電量變化，實現(xiàn)非電量測量。常見有光敏電阻，光敏二極管，光敏晶體管。7 熱電式傳感器：將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置，它利用敏感元件的特征參數(shù)隨溫度變化而變化的特性來達到測量目的。常見有熱電阻，熱電偶，熱敏元件。8 氣敏傳感器：用來測量氣體的類別，濃度和成分的傳感器。由“識別”和“放大”兩部分非組成。常見分為半導體氣敏傳感器和非半導體氣敏傳感器兩類。9 濕敏傳

6、感器：用以感受大氣濕度并轉(zhuǎn)化為適當電信號的傳感器。8. 畫圖并說明電渦流傳感器測轉(zhuǎn)速的基本原理？在一個旋轉(zhuǎn)金屬體上加一個有 N 個齒的齒輪，旁邊安裝電渦流傳感器，如下圖所示，當旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動時，電渦流傳感器將周期地改變輸出信號，改輸出信號的頻率可由頻率計測出，由此可計算出轉(zhuǎn)速9. 根據(jù)電容量大小的公式說明電容式傳感器的幾種類型，并畫出電容式傳感器的等效電路？CA8.85 10 12 F / m ，為真空介電常數(shù)； r電容式傳感器的電容量為d ，其中0 r ， 0為極板間介質(zhì)相對介電常數(shù)；A 為兩平行板所覆蓋的面積；d 為兩平行板間的距離。據(jù)此原理，故可將電容式傳感器分為變極距型，變面積型，變介質(zhì)型

7、。其等效電路如圖所示。A感謝下載載B精品其中 Rs 代表引線電阻、電容支架和極板間的電阻（其值隨著f 增大而增大，故在高頻時才加以考慮）。L應(yīng)包括電纜的電感。Rp 為并聯(lián)損耗電阻 ,代表極板間的泄漏電阻和極板間的介質(zhì)損耗（隨著f 增大其值即容抗減小，對系統(tǒng)的影響隨之減弱）10. 什么是壓電效應(yīng)及其分類。為什么不能用壓電傳感器測靜態(tài)壓力？壓電效應(yīng)是當沿著一定方向?qū)δ承╇娊橘|(zhì)施力而使它變形時，其內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象， 同時在它的兩個表面上便產(chǎn)生符號相反的電荷；當外力去掉后，又重新恢復不帶電狀態(tài)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象又稱為正壓電效應(yīng)。（當作用力的方向改變時，電荷的極性也隨著改變）相反，當在電介質(zhì)的極化方向上

8、施加電場時，這些電解質(zhì)也會產(chǎn)生變形，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。正壓電變形（壓力）極化（電場）逆壓電機械能電能能壓電傳感器可以等效為一個電荷發(fā)生器或電容器，但其產(chǎn)生的電荷量很微弱,在極短的時間內(nèi)便會由自身泄漏掉，只有在動態(tài)力作用下，電荷才可以不斷補充，不至于完全泄漏掉。故在靜態(tài)作用力作用下，無論是否受力，無論受力多大，都無信號輸出。所以壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量。11. 說明壓電傳感器轉(zhuǎn)換電路中的電壓放大器與電荷放大器的優(yōu)缺點及各自要解決的問題？壓電式傳感器本身的內(nèi)阻抗很高，而輸出能量較小，因此它的轉(zhuǎn)換電路通常需要接入一個高輸入阻抗的前置放大器，其作用為：1. 把它的高輸出阻抗變換為低輸出阻抗；2

9、. 放大傳感器輸出的微弱信號。壓電傳感器的輸出可以是電壓信號，也可以是電荷信號，因此前置放大器也有兩種形式：電壓放大器和電荷放大器。電壓放大器：輸出電壓U sc 與壓電元件的輸出電壓成正比，但易受電纜電容Cc 的影響。電荷放大器：基于密勒效應(yīng)。低頻響應(yīng)較電壓放大器好得多，可以實現(xiàn)對準靜態(tài)的物理量進行測量。輸出電壓 U sc 與 q 成正比，與電纜電容 Cc 無關(guān)。價格高，電路復雜，維護較為困難。12. 磁電感應(yīng)式傳感器的基本概念及其分類（與第七題重合）？利用電磁感應(yīng)原理將運動速度轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電動勢輸出的傳感器。又稱感應(yīng)式或電動式傳感器。磁電感應(yīng)式傳感器是一種機電能量轉(zhuǎn)換型傳感器，是利用導體和磁場

10、發(fā)生相對運動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的原理而制作。適用于振動，轉(zhuǎn)速，扭矩等測量。常見有磁電感應(yīng)式，霍爾式，磁敏電阻，慈磁敏二極管，磁敏晶體管。13. 霍爾傳感器基本原理及其可能應(yīng)用場合？基于霍爾元件的霍爾效應(yīng)，霍爾效應(yīng)是物質(zhì)在磁場中表現(xiàn)的一種特性，它是由于運動電荷在磁場中受到洛侖茲力作用產(chǎn)生的結(jié)果。當把一塊金屬或半導體薄片垂直放在磁感應(yīng)強度為B 的磁場中，沿著垂直于磁場方向通電流 I c ，就會在薄片的另一對側(cè)面積間產(chǎn)生電動勢U h ，這種 = 現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電動勢稱為霍爾電動勢，這種薄片（一般為半導體）稱為霍爾片或霍爾元件。霍爾元件有對磁場敏感，結(jié)構(gòu)簡單，頻率響應(yīng)寬，動態(tài)范圍大，壽命長，無

11、接觸等優(yōu)點，可廣泛用于測量技術(shù)、自動化技術(shù)、和信息處理等方面。例如霍爾位移傳感器，霍爾轉(zhuǎn)速測量，汽車霍爾點火器，霍爾傳感器無接觸測電流。14. 什么是外光電效應(yīng)，內(nèi)光電效應(yīng)？感謝下載載精品15. 什么是光生伏特效應(yīng)，光電導效應(yīng)，分別列舉相關(guān)器件？光電效應(yīng)即為光電器件在光能的激發(fā)下產(chǎn)生某些電特性的變化。1 在光照射下，電子逸出物體表面向外發(fā)射發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，又稱光電發(fā)射效應(yīng)?；诖嗽砉ぷ鞯墓怆娛絺鞲衅饔泄怆姽芎凸怆姳对龉?。2 通過入射光子引起物質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生光生載流子，這些光生載流子引起物質(zhì)電學性質(zhì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)分為和光電導效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。a.光電導效應(yīng)

12、：絕大多數(shù)高電阻率的半導體，受光照射吸收光子能量后，產(chǎn)生電阻率降低而易于導電的現(xiàn)象?；诖嗽砉ぷ鞯墓怆娛絺鞲衅饔泄饷綦娮琛.光生伏特效應(yīng)：光照射引起 PN 結(jié)兩端產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。基于此原理工作的光電式傳感器有光敏二極管，光敏晶體管（又稱光敏三極管）。-+P-+N+-+-+-光生電子空穴對圖 15-2-bPN 結(jié)光生伏特效應(yīng)原理圖16. 什么叫熱電效應(yīng)，熱電偶的基本工作原理是什么？在兩種不同的導體（或半導體） A 和 B 組成的閉合回路中，如果他們兩個的結(jié)點的溫度不同，則回路中會產(chǎn)生一個電動勢，通常稱這種電動勢為熱電動勢，這種現(xiàn)象就是熱電效。熱電偶的工作原理便是基于熱電效應(yīng)

13、。A測量端 TT0參考端B圖 16 熱電偶結(jié)構(gòu)17. 熱電偶有哪些基本定律？1 中間溫度定理：熱電偶 AB 的熱電動勢僅取決于熱電偶的材料及結(jié)點溫度。而與溫度沿熱電極的分布以及熱電極的尺寸和形狀無關(guān)。2 中間導體定律：在熱電偶 AB 回路中，只要接入的第三導體兩端溫度相同，則對回路的總熱電動勢沒有影響。3 標準電極定律：當熱電偶回路的兩個結(jié)點溫度為 T 、 T0 時，用導體 AB 組成熱電偶的熱電動勢等于熱電偶 AC 和熱電偶 CB 的熱電動勢的代數(shù)和。18. 什么是智能傳感器，常見的智能傳感器的形式？智能傳感器就是帶微處理器、 兼有信息監(jiān)測和信息處理功能的傳感器，其最大特點是將傳感器檢測信息

14、的功能與微處理器的信息處理功能有機的融合在一起。簡而言之，智能傳感器就是帶有智能芯片的集成傳感器。 形式： 1 將傳感器與微處理器集成在一個芯片上。2 傳感器通過總線接口直接匹配微處理器。感謝下載載精品19. 智能傳感器的基本功能及其特點？功能：1 具有自校準和故障自診斷功能2 具有數(shù)據(jù)儲存、邏輯判斷、和信息處理功能3 具有組態(tài)功能，使用靈活4 具有雙向通信功能特點：1 精度高2 量程寬3 多參數(shù)多功能測量4 自適應(yīng)能力強5 較高的性能價格比20.C 語言和匯編語言混合編程形式？1C 語言內(nèi)嵌匯編語言2 匯編語言使用C 語言定義的全局變量3C 語言中調(diào)用匯編函數(shù)4 匯編語言中調(diào)用C 語言函數(shù)21. 智能傳感器中使用的六種總線？HART(Highway Addressable Remote Transducer)，可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議1.1-wire總線 (單總線 )2. I 2 C 總線 (兩線式串行總線Inte