2022年傳感器原理及工程應(yīng)用考試復(fù)習(xí)總結(jié)

1、20XX年傳感器原理及工程應(yīng)用考試復(fù)習(xí)總結(jié)光通信 071 吳浩 2007031062 此為我根據(jù)老師給的 20XX 年復(fù)習(xí)大綱，采用老師 09、10 年課件、網(wǎng)絡(luò)資料、課本書 籍、以及光電子 072 班同學(xué)的復(fù)習(xí)資料綜合整理的最終復(fù)習(xí)資料，僅供參考，部分內(nèi)容可 能有偏差，請大家找出并糾正及時發(fā)到群郵箱。注：由于很多資料課件上沒有，但因為時 間關(guān)系書中的資料就沒有打上去，請同學(xué)們自己對應(yīng)書頁碼查找。一、考試題型選擇題： 10 3 = 30分填空題： 2 15 = 30分原理及測量電路分析：2 10 = 22分計算題： 1 10 = 10分作圖題： 1 8 = 8 分二、范圍及重點 第一章 1.

2、系統(tǒng)誤差的消除方法： （ 1） 在測量結(jié)果中進行修正； （2）消除系統(tǒng)誤差的根源； （3）在 測量系統(tǒng)中采用補償措施；（4）實時反饋修正。2. 發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差的方法： （1）實驗對比法；（2）殘余誤差觀察法；（3）準則檢查法。3. 測量誤差的表示方法：測量誤差的表示方法有多種 , 含義各異。主要包括 5 種：（1）絕 對誤差： =x-L ；（2）相對誤差： = / L 100%；（3）引用誤差 : = /( 測量范圍上限 -測量范圍下限 ) 100%；（ 4）基本誤差；（ 5）附加誤差。適用場合：當被測量大小相同時，常用絕對誤差來評定測量準確度；相對誤差常用來表示和比較測量結(jié)果的準確度；引用誤差

3、是儀表中通用的一種誤差表示方法，基本誤差、附加誤差適用于傳感器或儀表中。4. 什么是隨機誤差：在同一測量條件下，多次測量被測量值時，其絕對值和符號以不可預(yù) 定方式變化著的誤差，稱為隨機誤差。隨機誤差的特點有：對稱性，單峰性，抵償性和有界 性。5. 隨機誤差產(chǎn)生的原因是什么：隨機誤差是由很多不便掌握或暫時未能掌握的微笑因數(shù)，如：電磁場的微變、 零件的摩擦、 間隙， 熱起伏、 空氣擾動等、 對測量值的綜合影響造成的；綜合為5 點 ： 1). 人為因素； 2). 量具因素； 3). 力量因素； 4). 測量因素； 5). 環(huán)境因素 .6. 如何減小隨機誤差對測量結(jié)果的影響：提高儀器精度、改進測量方法

4、、改善環(huán)境條件。第二章 1. 靜態(tài)特性概念、指標，時域動態(tài)特性指標 靜態(tài)特性概念：指被測量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出與輸入的關(guān)系。指標：靜態(tài)特性指標包括：線性度、遲滯、重復(fù)性、靈敏度、漂移。時域動態(tài)特性指標：時域動態(tài)特性能指標主要包括6 個：時間常數(shù)、延遲時間dt、上升時間rt 、峰值時間t 、超調(diào)量、衰減比d。2. 傳感器的概念、動態(tài)特性概念 傳感器的概念：傳感器定義為能夠感受規(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；動態(tài)特性概念：是指輸入量隨時間變化時傳感器的響應(yīng)特性。3. 什么是傳感器的動態(tài)特性？它有哪幾種分析方法？它們各有哪些性能指標？傳感器的動態(tài)特性：傳感器輸出對時間變

5、化的輸入量的響應(yīng)即反映了傳感器的動態(tài)特性；分析方法及性能指標：時域分析法時間常數(shù)、延遲時間dt、上升時間rt 、峰值時間pt、超調(diào)量、衰減比 d。頻域分析法頻率域特性通頻帶.0707、工作頻帶0. 95、時間常數(shù)、固有頻率n、相位誤差、跟隨角.0 707。第三章 1. 金屬應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及工作原理；結(jié)構(gòu)：包括敏感柵、基片、覆蓋層、引線；工作原理：在外力作用下，導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料產(chǎn)生機械變形，從而引起材料電阻值發(fā)生相應(yīng)變化的現(xiàn)象，稱為應(yīng)變效應(yīng)。 其表達式為dR/R=k ，式中 K 為材料的應(yīng)變靈敏系數(shù)，當應(yīng)變材料為金屬或合金時，在彈性極限內(nèi)K 為常數(shù)。金屬電阻應(yīng)變片的電阻相對變化量dR/R 與金屬材

6、料的軸向應(yīng)變 成正比，因此，利用電阻應(yīng)變片， 可以將被測物體的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成與之成正比關(guān)系的電阻相對變化量，這就是金屬電阻應(yīng)變片的工作原理。2.* 橋電路原理及計算：（重點）橋電路原理及計算： 直流電橋的平衡條件：負載 RL（開路）電橋平衡時 I0=0 +U0=0 對比積相等 鄰臂比相等R 1 R 3此時 R1R4 =R2 R3 或（電橋平衡條件）R 2 R 4設(shè) R1為應(yīng)變片， 應(yīng)變時 R1 變化量為 R，這時電橋失衡，不平衡輸出電壓為U0ER 1R 1RRR 3R 3R 44/R3上式可R 2E(1(R4/R3)(R1/R1)R1/R1R2/R1)1R設(shè)橋臂比n=R2 /R 1 由于R 1R

7、3R 1R1分母中R /R 1可忽略， 考慮到平衡條件R 2R 4改寫為 U0 =( 1n)2R 1E電橋電壓靈敏度定義為KU =U0( 1n2ER 1R 1nn )R 1交流電橋（ P53-55 ）：3. 溫度補償方法及原理；溫度補償方法：通常有線路補償和應(yīng)變片自補償兩大類；線路補償法原理： 如下右圖所示， 被測試件位置上安裝一個補償片處于相同的溫度場；電橋輸出 U0 與橋臂參數(shù)的關(guān)系為： U0=A（ R1R4-RBR3）當溫度變化時 R1= RB，電橋平衡，RB無變化 34當有應(yīng)變時 R1 有增量 R1=K ，補償片RB=0電橋輸出 U0=AR1R4K 與溫度無關(guān)。應(yīng)變片的自補償法原理：利

8、用具有溫度補償作用的應(yīng)變片來補償?shù)?。原理為：要實現(xiàn)補償，必須有4. 電阻絲材料的要求； （p43）靈敏系數(shù)大，且在相當大的應(yīng)變范圍內(nèi)保持常數(shù)； 值大，即在同樣長度，同樣橫截面積的電阻絲中具有較大的電阻值；電阻溫度系數(shù)小，否則因環(huán)境溫度變化也會改變電阻值；與銅線的焊接性能好，與其他金屬的接觸電勢小； 機械加工性能 。機械強度高，具有優(yōu)良的5. 應(yīng)變片分類： （書中只分為兩種：絲式電阻應(yīng)變片與箔式電阻應(yīng)變片）以下為 PPT中的。按材料分：金屬式：體型 : 絲式、箔式、薄膜型；半導(dǎo)體體式：體型、薄膜型、擴散型、外延型、 PN 結(jié)型；按結(jié)構(gòu)分：單片、雙片、特殊形狀；按使用環(huán)境：高溫、低溫、高壓、磁場、

9、水下。第四章1. 差動整流電路工作原理；（p74）從電路結(jié)構(gòu)可知，無論兩個次級線圈的輸出瞬時電壓極性如何，流經(jīng)電容 C1 的電流方向總是從 2 到 4，流經(jīng)電容C2 的電流方向總是從6 到 8，故整流電路的輸出電壓為：.U2U.U68當銜鐵在零位時，因為U.U.所以。0；當銜鐵在零位以上時，因242468U 2。，則。0；而當銜鐵在零位一下時，則有。.U 68,則。0.U2的正負表U24U68U2U24U2示銜鐵位移的方向。2. 低頻透射式渦流厚度傳感器工作原理；p82在被測金屬板的上方設(shè)有發(fā)射傳感器線圈L 1, 在被測金屬板下方設(shè)有接受傳感器線圈.L 2 。當在 L 1 上加低頻電壓 U 1

10、 時， L 1上產(chǎn)生交變磁通 1，若兩線圈間無金屬板，則交變磁.通直接耦合至 L 2 中，L 2產(chǎn)生感應(yīng)電壓 U 2。如果將被測金屬板放入兩線圈之間，則 L 1線圈產(chǎn)生的磁場將導(dǎo)致在金屬板中產(chǎn)生電渦流，并將貫穿金屬板，此時磁場能量受損，使到達.L 2 的磁通將減弱為 1，從而使 L2產(chǎn)生的感應(yīng)電壓 U 2 下降。金屬板越厚， 渦流損失就越大，. .電壓 U 2 就越小，因此，可根據(jù) U 2 電壓的大小得知被測金屬板的厚度。第五章1. 變面積電容傳感器靈敏度計算（平動、轉(zhuǎn)動）p88平動型：被測量通過動極板移動引起兩極板有效覆蓋面積 變 化 ， 當 動 極 板 相 對 與 定 極 板 沿 長 度

11、方 向 平 移CCC00rbx/d， 電 容 相 對 變 化 量 為Cx；靈敏度 K=CbC0aXC00drA 0， 當0 ，轉(zhuǎn) 動 型 ： 當0 ,C0rA 0( 1/)C00C0/。d02. 電容式傳感器的種類A 改變，從而得到電容量的 x 時 ， 則 電 容 變 化 量 為種類：變面積型電容式傳感器；變極距型電容式傳感器；變介質(zhì)型電容式傳感器（變 介電常數(shù)型） 。第六章 1. 壓電材料分類，壓電材料特性參數(shù)及含義；分類 : 壓電晶體，壓電陶瓷。系到壓電輸 特性參數(shù)及含義 : 壓電常數(shù)： 衡量材料壓電效應(yīng)強弱的參數(shù)，直接關(guān) 出靈敏度。 彈性常數(shù)： 彈性常數(shù)、剛度決定壓電器件的固有頻率和動態(tài)

12、特性。介電常數(shù)： 與元件固有電容有關(guān)，而電容影響傳感器的頻率下限。機械耦合系數(shù) ：衡量機 - 電能量轉(zhuǎn)換效率的重要參數(shù)。 電阻：絕緣電阻將減少電荷泄露，從而改善傳感器的低頻特性。居里點溫度：材料開始喪失壓電特性的溫度。2.* 壓電效應(yīng)產(chǎn)生的原理 及分類 （原理重點）產(chǎn)生原理：某些電介質(zhì)，當沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r，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(fù)到不帶電狀 態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。分類：壓電效應(yīng)可分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。第七章 1. 霍爾式微位移傳感器工作原理；p122 工作原理： . 磁場強度相同的兩塊永久磁鐵，同極性的

13、相對放置，霍爾元件處在兩塊 磁鐵的中間，由于磁鐵中間的磁感應(yīng)強度 B=0，因此霍爾元件輸出的霍爾電勢 UH也等于零，此時位移 x 0，若霍爾元件在兩磁鐵中產(chǎn)生相對位移，霍爾元件感受到的磁感應(yīng)強度也 UH不為零，其量值大小反映出霍爾元件與磁鐵之間相對位置的變化量。這 隨之變化，這時種結(jié)構(gòu)的傳感器其動態(tài)范圍可大5mm，分辨率為 0.001mm；. 結(jié)構(gòu)簡單的霍爾位移傳感器是由一塊永久磁鐵組成磁路的傳感器，在霍爾元件處于初始位置x0時，霍爾電勢UH不等于零； . 有兩個結(jié)構(gòu)相同的磁路組成的霍爾式位移傳感器，為了獲得較好的線性分布，在磁極端面裝有極靴，霍爾元件調(diào)整好初始位置時，可以使霍爾電勢UH=0,

14、 這種傳感器靈敏度很高，但它所能檢測的位移量較小，適合于微位移量及振動的測量。2. 動圈式振動速度傳感器工作原理 工作原理：工作時，傳感器與被測物體剛性連接，當物體振動時 , 傳感器外殼和永久磁 鐵隨之振動， 而架空的芯軸線圈和阻尼環(huán)因慣性而不隨之振動，因而， 磁路空氣隙中的線圈 該 切割磁力線而產(chǎn)生正比于振動速度的感應(yīng)電動勢，線圈的輸出通過引線輸出到測量電路，傳感器測量的是振動速度參數(shù)，若在測量電路中接入積分電路，則輸出電勢與位移成正比，若在測量電路中接入微分電路，則輸出與加速度成正比。第八章 1. 光纖傳輸損耗因素 光纖傳輸損耗因素：主要來源于材料吸收損耗、散射損耗和光波導(dǎo)彎曲損耗。例：在

15、一根率減率為10dB/Km的光纖中， 表示當光纖傳輸1Km后，光強下降到入射時的1/10 。2. 光敏電阻的光譜特性概念及結(jié)論 光譜特性概念：光敏電阻的相對光敏靈敏度與入射波長的關(guān)系稱為光敏電阻的光譜特 性，亦稱為光譜響應(yīng)。結(jié)論：不同材料的光敏電阻的靈敏度是不同的，而且不同材料的光敏電阻光譜響應(yīng)曲 線也是不同的。3. 光電效應(yīng)概念、分類及對應(yīng)的光電器件 概念：入射光強改變物質(zhì)導(dǎo)電率的物理現(xiàn)象稱光電效應(yīng)。分類：外光電效應(yīng)；內(nèi)光電效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)。光電器件：外光電效應(yīng)對應(yīng)器件：光電管、光電倍增管等；內(nèi)光電效應(yīng)對應(yīng)器件：光 敏電阻、光電池、光敏二極管、光敏晶體管。4. 光線傳感器的組成

16、組成：由光源、敏感元件、管探測器、信號處理系統(tǒng)及光纖組成。5. 光纖的基本特性及含義光纖的基本特性及含義：數(shù)值孔徑、光纖模式、光纖傳輸損耗。數(shù)值孔徑：數(shù)值孔徑定義為 NA sin c 1n 1 2n 2 2反映光纖接受光量的多少，其意義是：無論光源發(fā)射功n 0率有多大，只有入射角處于 2 c 的光椎角內(nèi)，光纖才能導(dǎo)光。光纖模式：是指光波傳播的途徑和方式， 對于不同入射角的光線，在界面反射的次數(shù)是不同的，傳遞的光波之間的干涉所產(chǎn)生的橫向強度分布也是不同的，這就是傳播模式不同。6. 光控電子開關(guān)電路工作原理，天然氣點火確認電路工作原理光控電子開關(guān)電路工作原理：電路如上圖所示，220V 交流電通過燈

17、泡H及整流全橋后，變成直流脈動電壓，作為正向偏壓，加在可控硅VS及 R支路上。白天，亮度大于一定程度時，光敏二極管 D呈現(xiàn)底阻狀態(tài)1K ，使三極管 V截止，其發(fā)射極無電流輸出，單向可控硅 VS因無觸發(fā)電流而阻斷。此時流過燈泡 H的電流 2.2mA, 燈泡 H不能發(fā)光。 電阻 R1和穩(wěn)壓二極管 DW使三極管 V 偏壓不超過6.8V ，對三極管起保護作用。夜晚，亮度小于一定程度時，光敏二極管D呈現(xiàn)高阻狀態(tài)100K ，使三極管 V正向?qū)ǎ?發(fā)射極約有0.8V 的電壓，使可控硅 VS觸發(fā)導(dǎo)通，燈泡H發(fā)光。 RP是清晨或傍晚實現(xiàn)開關(guān)轉(zhuǎn)換的亮度選擇元件。高 壓 打 火 針 打 火 確 認 針VccR1

18、C 1R2 R3 R6 R7天然氣點火確認電路：由于燃氣是易燃、易爆氣體，所以對燃氣器具中的點火控制器 V 1 V 3V 2的要求是安全、穩(wěn)定、可靠。為此電路中有這樣一個功能，即打火確認針產(chǎn)生火花，才可以 T V B C 2打開燃氣閥門； 否則燃氣閥門關(guān)閉，這樣就保證使用燃氣器具的安全性。R5 V D 圖為燃氣器具中高 強 吸 閥 線 圈壓打火確認電路原理圖。在高壓打火時， 火花電壓可達 1 萬多伏， 這個脈沖高電壓對電路工作影響極大，為了使電路正常工作，采用光電耦合器VB 進行電平隔離，大大增加了電路抗干擾能力。 當高壓打火針對打火確認針放電時，光電耦合器中的發(fā)光二極管發(fā)光，耦合器中的光敏三

19、極管導(dǎo)通，經(jīng) V1、V2、V3 放大，驅(qū)動強吸電磁閥，將氣路打開，燃氣碰到火花即燃燒。若高壓打火針與打火確認針之間不放電，則光電耦合器不工作，V1 等不導(dǎo)通，燃氣閥門關(guān)閉。光電耦合器實際上是一個電隔離轉(zhuǎn)換器，它具有抗干擾性能和單向信號傳輸功能，廣泛應(yīng)用于電路隔離、電平轉(zhuǎn)換、噪聲抑制等場合。三、重點名稱 1. 傳感器：按國家標準（GB766587）把傳感器定義為能夠感受規(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。2. 應(yīng)變效應(yīng)；在外力作用下，導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料產(chǎn)生機械變形，從而引起材料電阻值發(fā)生 相應(yīng)變化的現(xiàn)象，稱為應(yīng)變效應(yīng)。其表達式為 dR/R=k 。3. 霍爾效應(yīng)：通電的導(dǎo)體（半導(dǎo)體）放在磁場中，電流 兩側(cè)會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。I 與磁場 B 方向垂直，在導(dǎo)體另外4. 光電效應(yīng) : 入射光強改變物質(zhì)導(dǎo)電率的物理現(xiàn)象稱光電效應(yīng)。分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。 在光線作用下， 物體內(nèi)的電子溢出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，對應(yīng)的器件有：光電管、光電倍增管等。在光