作業(yè)與思考題答案

1、第三章作業(yè)與思考題答案3-1 簡(jiǎn)述傳感器的定義，由哪幾部分組成答：傳感器是一種能把特定的被測(cè)信號(hào)，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種“可用信號(hào)”輸出的器件或者裝置，以滿足信息的傳輸、處理、記錄、顯示和控制等要求。傳感器的組成如圖1所示。圖1 傳感器的組成能夠完成預(yù)變換的單元稱為敏感元件，而轉(zhuǎn)換元件是能夠?qū)⒏袘?yīng)到的被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為電學(xué)物理量，電信號(hào)經(jīng)測(cè)量電路放大、整形、轉(zhuǎn)換后送顯示器顯示，或記錄，或處理，輔助電源負(fù)責(zé)傳感器的電源供給。但是并不是所有傳感器都包括敏感元件和轉(zhuǎn)換元件，有一部分傳感器不需要起預(yù)變換作用的敏感元件，如熱敏電阻、光敏器件等。3-2 簡(jiǎn)述傳感器的作用，傳感器有哪幾種分類答：傳感器處于研究對(duì)

2、象與檢測(cè)系統(tǒng)的接口位置，是感知、獲取與檢測(cè)信息的窗口。它提供物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)賴以進(jìn)行決策和處理所需要的原始數(shù)據(jù)。傳感器有多種分類方法，常用的有如下三種：傳感器按輸入信號(hào)（被測(cè)量）分類可分為物理量傳感器、化學(xué)量傳感器和生物量傳感器三大類；按輸出信號(hào)分類分模擬式傳感器、數(shù)字式傳感器、膺數(shù)字傳感器、開關(guān)量傳感器四大類；按工作原理可分為應(yīng)變式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、熱電式傳感器等若干類。3-3 什么是智能傳感器答：智能傳感器是具有信息處理功能的傳感器。智能傳感器帶有微處理機(jī)，具有采集、處理、交換信息的能力，是傳感器集成化與微處理機(jī)相結(jié)合的產(chǎn)物。智能傳感器的組成如圖2所示。圖2 智能傳感器的組成智

3、能傳感器具有如下功能： 自補(bǔ)償和計(jì)算，例如，溫漂補(bǔ)償； 自診斷功能，例如，故障自診斷； 復(fù)合敏感功能，單個(gè)傳感器可測(cè)量多個(gè)參數(shù)，并可進(jìn)行信息融合； 強(qiáng)大的通訊接口功能，可與外部交換信息； 現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)功能，量程可自適應(yīng)調(diào)整； 提供模擬和數(shù)字輸出； 數(shù)值處理功能； 掉電保護(hù)功能。3-4 簡(jiǎn)述MEMS概念，有何特點(diǎn)答：MEMS（Micro Electro Mechanical System，微機(jī)電系統(tǒng)）是由微傳感器、微執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路、通訊接口和電源等部件組成的一體化的微型器件系統(tǒng)。MEMS是一個(gè)獨(dú)立的智能系統(tǒng)，其尺寸在幾毫米乃至更小，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在微米甚至納米量級(jí)。MEMS把信息的獲取、

4、處理和執(zhí)行集成在一起，組成具有多功能的微型系統(tǒng)，被集成于大尺寸系統(tǒng)中，可大幅度地提高系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化和可靠性水平。MEMS具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、性能優(yōu)異、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，適合大批量生產(chǎn)。3-5 簡(jiǎn)述傳感器接口特點(diǎn)答：傳感器是一種能把特定的被測(cè)信號(hào)按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種“可用信號(hào)”輸出的器件或者裝置，傳感器信號(hào)要由專門的接口電路（測(cè)量電路）才能輸出，傳感器接口電路設(shè)計(jì)要考慮處理如下問(wèn)題： 傳感器輸出信號(hào)比較微弱。有的傳感器輸出電壓僅有0.1V，這就要求接口電路必須有一定的放大能力；(2) 傳感器輸出阻抗比較高。這樣會(huì)使傳感器信號(hào)輸入到測(cè)量電路時(shí)，產(chǎn)生較大的信號(hào)衰減，因此

5、，接口電路要有一定的放大能力補(bǔ)償信號(hào)衰減。(3) 傳感器輸出信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍很寬。輸出信號(hào)隨著輸入物理量的變化而變化，但它們之間的關(guān)系不一定是線性比例關(guān)系，這就要求接口能夠處理非線性變換問(wèn)題。故此，傳感器接口具有信號(hào)放大、衰減補(bǔ)償及非線性轉(zhuǎn)化等特點(diǎn)。3-6 簡(jiǎn)要描述傳感器與微機(jī)接口的一般結(jié)構(gòu)答：傳感器與微機(jī)接口的一般結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3 傳感器與微機(jī)接口的一般結(jié)構(gòu)微機(jī)處于圖3結(jié)構(gòu)的核心位置，負(fù)責(zé)采集傳感器信號(hào)（輸入），經(jīng)處理后輸出給驅(qū)動(dòng)器，完成對(duì)象控制。對(duì)于微機(jī)來(lái)說(shuō)，其輸入通道的特點(diǎn)如下： 輸入通道的結(jié)構(gòu)類型取決于傳感器送來(lái)的信號(hào)大小和類型； 輸入通道的主要技術(shù)指標(biāo)是信號(hào)轉(zhuǎn)換精度和實(shí)時(shí)性，后者為實(shí)

6、時(shí)檢測(cè)和控制系統(tǒng)的特殊要求； 輸入通道是一個(gè)模擬、數(shù)字信號(hào)混合的電路，常需利用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，一般沒(méi)有功率驅(qū)動(dòng)要求； 被測(cè)信號(hào)所在的現(xiàn)場(chǎng)可能存在各種電磁干擾，必須考慮各種抗干擾措施。對(duì)于微機(jī)來(lái)說(shuō)，其輸出通道的特點(diǎn)如下： 輸出通道的結(jié)構(gòu)取決于系統(tǒng)要求，其中的信號(hào)有數(shù)字量和模擬量?jī)纱箢悾玫降霓D(zhuǎn)換器件主要是DA轉(zhuǎn)換器； 微機(jī)輸出信號(hào)的電平和功率都很小，而被控裝置所要求的信號(hào)電平和功率往往比較大，因此在輸出通道中要有功率放大，即輸出驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)； 輸出通道連接被控裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，各種電磁干擾會(huì)經(jīng)通道串入微機(jī)系統(tǒng)，因此必須在輸出通道中采取抗干擾措施（如光電隔離）。3-7 什么是濕度，什么是露點(diǎn)

7、答：絕對(duì)濕度：是大氣中水汽的密度，即單位大氣中所含水汽的質(zhì)量。常用大氣的壓強(qiáng)表示，符號(hào)為D，單位為 mmHg(毫米汞柱)。相對(duì)濕度：指空氣中水汽壓與飽和水汽壓的百分比，或濕空氣的絕對(duì)濕度與相同溫度下可能達(dá)到的最大絕對(duì)濕度之比，或濕空氣中水蒸氣分壓力與相同溫度下的飽和壓力之比。露點(diǎn)：使大氣中原來(lái)所含有的未飽和水汽變成飽和水汽所必須降低的溫度值。當(dāng)未飽和水汽接觸溫度較低物體時(shí)，就會(huì)在這些物體表面凝結(jié)成水滴（結(jié)露現(xiàn)象），對(duì)電子產(chǎn)品有害。3-8 舉例說(shuō)明超聲波傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域及前景答：超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)?；诔暡ㄌ匦匝兄频膫鞲衅鞣Q為“超聲波傳感器”，廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。例如：（1）集裝箱物位檢測(cè)：超聲波傳感器可以對(duì)集裝箱狀態(tài)進(jìn)行探測(cè)。將超聲波傳感器安裝在塑料熔體罐或塑料粒料室頂部，向集裝箱內(nèi)