傳感器基礎知識

1、第1章傳感器的基本知識一、簡述題1-1何謂結構型傳感器？何謂物性型傳感器？試述兩者的應用特點。1-2一個實用的傳感器由哪幾部分構成？各部分的功用是什么？用框圖標示出你所理解的傳感器系統(tǒng)1-3衡量傳感器靜態(tài)特性的主要指標有哪些？說明它們的含義。1-4什么是傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性？差別何在？1-5怎么評價傳感器的綜合靜態(tài)性能和動態(tài)性能？二、計算題1-6有一只壓力傳感器的校準數(shù)據如下表所列。根據這些數(shù)據求最小二乘法線性化的擬合直線方程，并求其線性度項目次數(shù)行程精度等級00.52.02.5正行程0.00200.20150.799511.0000校反行程0.00300.20200.8005準2正行程

2、0.00250.20200.79950.9995數(shù)反行程0.00350.20300.8005據3正行程0.00350.20200.79950.9990反行程0.00400.20300.80051-7液體溫度傳感器是一階傳感器，現(xiàn)已知某玻璃水銀溫度計特性的微分方程為4dy/dx+2y=2xl03x。式中y為汞柱高(m),x為被測溫度(C)。試求：水銀溫度計的傳遞函數(shù)；溫度計的時間常數(shù)及靜態(tài)靈敏度；若被測物體的溫度是頻率為0.5Hz的正弦信號，求此時傳感器的輸出信號振幅誤差和相角誤差。1-8今有兩加速度傳感器均可作為二階系統(tǒng)來處理，其中一只固有頻率為25kHz,另一只為35kHz,阻尼比均為0.3

3、。若欲測量頻率為10kHz的正弦振動加速度，應選用哪一只傳感器？試計算測量時將帶來多大的振幅誤差和相位誤差。第3章電感式傳感器3-1簡述變氣隙式自感傳感器的工作原理和輸出特性，傳感器的靈敏度與哪些因素有關？如何提高其靈敏度？3-2電源頻率波動對自感式傳感器的靈敏度有何影響？如何確定傳感器的最佳電源頻率？3-3差動變壓器式傳感器的等效電路包括哪些元件和參數(shù)？各自的含義是什么？3-4試分析差動變壓器式電感傳感器的相敏整流測量電路的工作過程。帶相敏整流的電橋電路具有哪些優(yōu)點？3-5差動變壓器式傳感器的零點殘余電壓產生的原因是什么？怎樣減小和消除它的影響？3-6圖3.38所示為差動變壓器式接近開關原理

4、圖，結構中使用H型鐵芯，分析它的工作原理，并設計后續(xù)信號處理電路，使被測金屬部件與探頭距離達設定距離時，繼電器吸合。3-7某差動變壓器式傳感器的技術參數(shù)如下，試說明它們的含義。線性度：0.4%分辨力：零點殘余電壓：0.5%熱漂移：0.1%/C輸出阻抗：2.5響應時間：1ms3-8電渦流傳感器常用的測量電路有幾種？分析它們的工作原理和特點3-9如何利用電渦流傳感器測量金屬板厚度？第5章壓電式傳感器一、選擇題1壓電式加速度傳感器是()傳感器。A.結構型B.適于測量直流信號的C.適于測量緩變信號的D.適于測量動態(tài)信號的2沿石英晶體的光軸z的方向施加作用力時，()。A.晶體不產生壓電效應B.在晶體的電

5、軸x方向產生電荷C.在晶體的機械軸y方向產生電荷D.在晶體的光軸z方向產生電荷3在電介質極化方向施加電場，電介質產生變形的現(xiàn)象稱為()。A.正壓電效應B.逆壓電效應C.橫向壓電效應D.縱向壓電效應4天然石英晶體與壓電陶瓷比，石英晶體壓電常數(shù)()，壓電陶瓷的穩(wěn)定性()A.咼，差B.咼，好C.低，差D.低，好5沿電軸y方向施加作用力產生電荷的壓電效應稱為()。A.橫向壓電效應B.縱向壓電效應C.正壓電效應D.逆壓電效應6為提高壓電傳感器的輸出靈敏度，將兩片壓電片并聯(lián)在一起，此時總電荷量等于()倍單片電荷量，總電容量等于()倍單片電容量。A.1，2B.2，2C.1，1/2D.2，1二、簡答題7什么是

6、壓電效應？縱向壓電效應與橫向壓電效應有什么區(qū)別？8壓電式傳感器為何不能測量靜態(tài)信號？9壓電式傳感器連接前置放大器的作用是什么？電壓式與電荷式放大器有何區(qū)別？10影響壓電加速度傳感器靈敏度的因素有哪些？如何改善？三、計算題5-11某石英壓電元件x軸向切片dll=2.31xlO-12C/N，相對介電常數(shù)er=4.5，截面積S=8cm2，厚度h=0.6cm,受到的縱向壓力Fx=10N。試求兩極片間輸出電壓。12某壓電式傳感器將兩片完全相同的石英晶片的不同極性端粘接在一起，每片的尺寸為(3x2x0.3)cm3,當0.5MPa的壓力沿x軸垂直作用時，求傳感器輸出的電荷量和總電容。5-13某壓電式加速度計

7、的阻尼比=0.，固有頻率fn=50kHz，其輸出幅值誤差規(guī)定在2%以內。試確定其最高響應頻率。5-14某壓電式加速度計的靈敏度為4pC/g(g為重力加速度)，連接電荷放大器，其靈敏度為125mV/pC,系統(tǒng)的滿量程輸出電壓為5V。試求可測試的加速度量程。15對于如圖5.36所示前置電荷放大器電路，設Ca=19000pF，Ra無窮大，CF=100pF，當A=104時，規(guī)定輸出信號的衰減不大于2%，若考慮Cc的影響，對于電纜電容為50pF/m的電纜，其最大允許長度是多少？第6章磁電式傳感器一、簡答題1試述磁電感應式傳感器的工作原理及基本結構。2簡述恒磁通式和變磁通式磁電傳感器的工作原理。3為什么說

8、磁電感應式傳感器是一種有源傳感器？4磁電式傳感器與電感式傳感器有哪些不同？磁電式傳感器主要用于測量哪些物理量？5為什么霍爾元件用半導體薄片制成？6簡述霍爾效應以及霍爾式傳感器可能的應用場合。7霍爾元件的不等位電動勢的概念是什么？溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？8動態(tài)磁頭式和靜態(tài)磁頭式磁柵傳感器有哪些不同點？9請說明鑒相型磁柵信號處理方式的基本原理。二、計算題6-10已知恒磁通磁電式速度傳感器的固有頻率為10Hz,質量塊重2.08N,氣隙磁感應強度為1T,單匝線圈長度為4mm,線圈總匝數(shù)為1500匝，試求彈簧剛度k值和電壓靈敏度Ku(mV(m/s)。6-11某霍爾元件lxbxd=10mmx3.5mmxl

9、mm,沿1方向通以電流I=1.0mA,在垂直于lb面方向上加有均勻磁場B=0.3T,傳感器的靈敏度系數(shù)KH=22V/(A!)試求其輸岀霍爾電動勢及載流子濃度。12有一霍爾元件，其靈敏度KH=1.2mV/(mAkGs),把它放在一個梯度為5kGs/mm的磁場中，如果額定控制電流是20mA,設霍爾元件在平衡點附近作0.1mm的擺動,問輸岀電壓范圍是多少？13有一測量轉速裝置，調制盤上有100對永久磁極，N、S極交替放置，調制盤由轉軸帶動旋轉，在磁極上方固定一個霍爾元件，每通過一對磁極霍爾元件產生一個方脈沖送到計數(shù)器。假定t=5min采樣時間內，計數(shù)器收到N=15(萬)個脈沖，求轉速n(r/min)

10、。第7章熱電式傳感器一、填空題1熱電偶測溫必須具備的條件是，。2熱電阻是將轉變?yōu)榈膫鞲衅鳌?熱敏電阻是將轉變?yōu)榈膫鞲衅?。二、簡答題4常用的熱電阻有哪幾種?適用范圍如何？5熱敏電阻與熱電阻相比較有什么優(yōu)缺點？6用熱敏電阻進行線性溫度測量時必須注意什么問題?7什么是中間導體定律和中間溫度定律？它們在利用熱電偶測溫時有什么實際意義？8什么是均勻導體定律?它有什么實際意義？8-11如何提高光柵傳感器的分辨力？8-11如何提高光柵傳感器的分辨力？7-9圖7.21所示的哪根曲線屬于PTC熱敏電阻、NTC熱敏電阻、CTR熱敏電阻?10熱敏電阻與IC溫度傳感器這兩種傳感器有何不同？11數(shù)字輸出溫度傳感器與其他

11、3種主要類型模擬輸出溫度傳感器（熱電偶、RTD和熱敏電阻）有何不同?12實驗室備有鉑銠-鉑熱電偶、鉑電阻器和半導體熱敏電阻器，今欲測量某設備外殼的溫度，已知其溫度約為300400C,要求精度達到2C,試問應選用哪一種?為什么?三、計算題7-13用鉑銠10-鉑熱電偶（S型）測溫，已知冷端溫度TH=35C，這時熱電動勢為11.348mV。請用補正系數(shù)法求被測溫度T。14用鎳鉻-鎳硅熱電偶測得高爐溫度為800C,若參考溫度為25C,問高爐的實際溫度為多少？第8章光電式傳感器一、填空題1光電式傳感器的物理基礎是光電效應，常用的外光電器件有等，常用的內光電器件有、等。2光敏電阻的光電流是指與之差。3光敏

12、電阻的光譜特性反映的是光敏電阻的靈敏度與的關系。4莫爾條紋的3個重要特性是、。二、簡答題5什么是光電效應？光電效應有哪幾種？與之對應的光電元器件各有哪些？6敘述光電倍增管的工作原理。7常用的半導體光電器件有哪些？它們的電路符號是什么？8什么是光電器件的光譜特性？9為什么說光敏電阻不適合于用作線性測量元件？10莫爾條紋是如何形成的？它有哪些特性？12模擬式光電傳感器有哪幾種常見形式？10-8舉例說明紅外探測器有哪些工業(yè)應用。10-8舉例說明紅外探測器有哪些工業(yè)應用。8-13絕對式光電編碼器和增量式光電編碼器各有何優(yōu)缺點？8-14要想提高增量編碼器的分辨力，應該如何實現(xiàn)？三、計算題8-15若兩個1

13、00線/mm的光柵相互疊合，它們的夾角為0.1，試計算所形成的莫爾條紋的寬度。8-16用4個光敏二極管接收長光柵的莫爾條紋信號，如果光敏二極管的響應時間為1x10-6s,光柵的線密度為50線/mm,試計算長光柵所允許的運動速度。17一光電式增量編碼器的計數(shù)器計了100個脈沖，對應的角位移量為=17.58，則該編碼器的分辨力為多少？第9章光纖傳感器1光纖傳感器與其他類型的傳感器相比有何優(yōu)點？2什么叫功能性光強調制的光纖傳感器？3光纖強度調制傳感器如何補償光源強度波動對測量的影響？試給出簡單結構圖。4相位調制光纖傳感器是如何實現(xiàn)相位測量的?5頻率調制光纖傳感器所依據的原理是什么？目前有哪些應用?6

14、簡述光纖陀螺測量的基本原理。第10章紅外傳感器1紅外線是指波長范圍大致在范圍的電磁波。2紅外儀器工作的3個波段區(qū)間是、和。10-3黑體是指。4按探測機理的不同，紅外傳感器分為和兩大類。5請比較紅外光子傳感器和紅外熱傳感器，簡述它們的特點。6簡述熱釋電紅外探測器的工作原理和應用特點。7紅外探測技術有哪些優(yōu)點？10-9紅外測溫技術有哪些優(yōu)點？12-2傳感器靜態(tài)標定的主要步驟是什么？標定條件是什么？10-10什么是輻射溫度、亮度溫度、比色溫度？11全輻射測溫時發(fā)射率為0.8的物體的溫度測量值TF=1000K,物體實際溫度為多少？測溫誤差多大？當物體發(fā)射率變?yōu)?.81后，溫度測量值變化多少？第11章其

15、他傳感器1半導體氣敏傳感器有哪幾種類型？2為什么多數(shù)氣敏器件都附有加熱器？3如何提高半導體氣敏傳感器對氣體的選擇性和氣體檢測靈敏度？4什么叫絕對濕度和相對濕度？5氯化鋰和半導體陶瓷濕敏電阻各有什么特點？6請利用氯化鋰電阻式濕敏元件設計一個恒濕控制裝置，且恒濕的值可任意設定。11-7超聲波傳感器的基本原理是什么？超聲波探頭有哪幾種結構形式？11-8利用超聲波進行厚度檢測的方法是什么？11-9在脈沖回波法測厚時，若已知超聲波在工件中的聲速c=5640m/s,測得的時間間隔t=22，試求其工件厚度。11-10微波的檢測方法是什么？11-11微波測濕的物理基礎是什么？11-12在圖11.26所示的微波液位計中，若發(fā)射天線與接收天線的連線不平行于液面，對測量結果有什么影響？11-13簡述應力和溫度對光纖光柵的影響。11-14光纖光柵傳感系統(tǒng)是由哪幾部分構成的?試闡述其作用。11-15什么是智能傳感器?智能傳感器的實現(xiàn)途徑有哪些?11-16非線性校正的方法有哪些？17介紹你所知道的幾種智能傳感器。第12章傳感器的標定1傳感器標定、靜態(tài)標定及動態(tài)標定的意義是什么？12-3如何利用階躍信號響應法確定一階傳感器的時間常數(shù)t？、mV2.4