傳感器與檢測技術(shù)課后題

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第1章概述

什么是傳感器

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(hào)的器件和裝

置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。

傳感器的共性是什么

傳感器的共性就是利用物理規(guī)律或物質(zhì)的物理、化學(xué)、生物特性，將非電量（如位移、

速度、加速度、力等）輸入轉(zhuǎn)換成電量（電壓、電流、電容、電阻等）輸出。

傳感器由哪幾部分組成的

由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成基本組成部分，另外還有信號(hào)調(diào)理電路和輔助電源電路。

傳感器如何進(jìn)行分類

（1）按傳感器的輸入量分類，分為位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、

壓力傳感器等。（2）按傳感器的輸出量進(jìn)行分類，分為模擬式和數(shù)字式傳感器兩類。 （3）按

傳感器工作原理分類，可以分為電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感

器、磁敏式傳感器、熱電式傳感器、光電式傳感器等。 （4）按傳感器的基本效應(yīng)分類，可分

為物理傳感器、化學(xué)傳感器、生物傳感器。 （5）按傳感器的能量關(guān)系進(jìn)行分類，分為能量變

換型和能量控制型傳感器。（6）按傳感器所蘊(yùn)含的技術(shù)特征進(jìn)行分類， 可分為普通型和新型

傳感器。

傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢有哪些

1）開展基礎(chǔ)理論研究（2）傳感器的集成化（3）傳感器的智能化（4）傳感器的網(wǎng)絡(luò)化

5）傳感器的微型化

改善傳感器性能的技術(shù)途徑有哪些

1）差動(dòng)技術(shù)（2）平均技術(shù)（3）補(bǔ)償與修正技術(shù)(4)屏蔽、隔離與干擾抑制

穩(wěn)定性處理

第2章傳感器的基本特性

什么是傳感器的靜態(tài)特性描述傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有哪些

答：傳感器的靜態(tài)特性是指在被測量的各個(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)， 輸出量和輸入量之間的關(guān)系。

主要的性能指標(biāo)主要有線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、精度、分辨率、零點(diǎn)漂移、溫度漂

移。

傳感器輸入-輸出特性的線性化有什么意義如何實(shí)現(xiàn)其線性化

答：傳感器的線性化有助于簡化傳感器的理論分析、數(shù)據(jù)處理、制作標(biāo)定和測試。

常用的線性化方法是：切線或割線擬合， 過零旋轉(zhuǎn)擬合，端點(diǎn)平移來近似， 多數(shù)情況下用最

小二乘法來求出擬合直線。

利用壓力傳感器所得測試數(shù)據(jù)如下表所示，計(jì)算其非線性誤差、遲滯和重復(fù)性誤差。設(shè)壓

力為0MPa時(shí)輸出為 0mV,壓力為時(shí)輸出最大且為 .

非線性誤差略

正反行程最大偏差Hmax0.1mV，所以HHmax100%0.1%0.6%YFS16.50重復(fù)性最大偏差為Rmax0.08，所以RRmax0.080.48%YFS100%16.5什么是傳感器的動(dòng)態(tài)特性如何分析傳感器的動(dòng)態(tài)特性

傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指傳感器對動(dòng)態(tài)激勵(lì)（輸入）的響應(yīng)（輸出）特性，即輸出對隨時(shí)間變

化的輸入量的響應(yīng)特性。

傳感器的動(dòng)態(tài)特性可以從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面分別采用瞬態(tài)響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法來分析。 瞬

態(tài)響應(yīng)常采用階躍信號(hào)作為輸入，頻率響應(yīng)常采用正弦函數(shù)作為輸入。

描述傳感器動(dòng)態(tài)特性的主要指標(biāo)有哪些

零階系統(tǒng)常采用靈敏度

K，一階系統(tǒng)常采用時(shí)間常數(shù)

、靈敏度

K

，二階系統(tǒng)常采用固有

頻率

0、阻尼比

、靈敏度

K來描述。

試解釋線性時(shí)不變系統(tǒng)的疊加性和頻率保持特性的含義及其意義。

當(dāng)檢測系統(tǒng)的輸入信號(hào)是由多個(gè)信號(hào)疊加而成的復(fù)雜信號(hào)時(shí)，根據(jù)疊加性可以把復(fù)雜

信號(hào)的作用看成若干簡單信號(hào)的單獨(dú)作用之和，從而簡化問題。

如果已知線性系統(tǒng)的輸入頻率，根據(jù)頻率保持特性，可確定該系統(tǒng)輸出信號(hào)中只有與

輸入信號(hào)同頻率的成分才可能是該輸入信號(hào)引起的輸出， 其他頻率成分都是噪聲干擾， 可以

采用相應(yīng)的濾波技術(shù)。

用某一階傳感器測量 100Hz的正弦信號(hào)，如要求幅值誤差限制在 5%以內(nèi)，時(shí)間常數(shù)應(yīng)取

多少如果用該傳感器測量 50Hz的正弦信號(hào)，其幅值誤差和相位誤差各為多少

解：一階傳感器頻率響應(yīng)特性：H(j11)，幅頻特性：A()(j)11()2由題意有A(j)5%，即15%1()又22f200，所以00.523ms，取0.523msTA()(1/1()2)11.32%幅值誤差：1100%相位誤差：()arctan()9.30

某溫度傳感器為時(shí)間常數(shù) 3s的一階系統(tǒng)，當(dāng)傳感器受突變溫度作用后，試求傳感器溫

差的三分之一和二分之一所需的時(shí)間。

溫差為二分之一時(shí)， t=

溫差為三分之一時(shí)， t=

玻璃水銀溫度計(jì)通過玻璃溫包將熱量傳給水銀，可用一階微分方程來表示?，F(xiàn)已知某玻璃

水銀溫度計(jì)特性的微分方程是 2dy 2y 2 103x，y代表水銀柱高（m），x代表輸入溫dt

度（℃）。求該溫度計(jì)的時(shí)間常數(shù)及靈敏度。

=1s

;

K 1 10

3

某傳感器為一階系統(tǒng)，當(dāng)受階躍函數(shù)作用時(shí)，在

t=0

時(shí)，輸出為

10mV，在

t=5s

時(shí)，輸出

為50mV；在

t

時(shí)，輸出為

100mV。試求該傳感器的時(shí)間常數(shù)。

=

某一質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)在階躍輸入激勵(lì)下，出現(xiàn)的超調(diào)量大約是最終穩(wěn)態(tài)值的 40%。如果

從階躍輸入開始至超調(diào)量出現(xiàn)所需的時(shí)間為，試估算阻尼比和固有角頻率的大小。

在某二階傳感器的頻率特性測試中發(fā)現(xiàn)， 諧振發(fā)生在頻率 216Hz處，并得到最大的幅值比為，

試估算該傳感器的阻尼比和固有角頻率的大小。

1解：二階系統(tǒng)A(){[1()2]42()2}2nn

n時(shí)共振，則A()max1當(dāng)1.4,0.362所以：n2f22161357rad/s

設(shè)一力傳感器可簡化為典型的質(zhì)量 -彈簧-阻尼二階系統(tǒng)，已知該傳感器的固有頻率

f0 1000Hz，若其阻尼比為，試問用它測量頻率為 600Hz、400Hz的正弦交變力時(shí)，其輸

出與輸入幅值比 A( )和相位差 ( )各為多少

第三章 思考題和習(xí)題

應(yīng)變電阻式傳感器的工作原理是什么

電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng)的。

當(dāng)被測物理量作用在彈性元件上， 彈性元件在力、力矩或壓力等作用下發(fā)生形變， 變換

成相應(yīng)的應(yīng)變或位移， 然后傳遞給與之相連的應(yīng)變片， 將引起應(yīng)變敏感元件的電阻值發(fā)生變

化，通過轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出。輸出的電量大小反映了被測物理量的大小。

電阻應(yīng)變片的種類有哪些各有何特點(diǎn)按組成材料有金屬和半導(dǎo)體之分，金屬應(yīng)變片受力時(shí)，主要是基于應(yīng)變效應(yīng)，是引起應(yīng)變片的外形變化進(jìn)而引起電阻值變化，而半導(dǎo)體應(yīng)變片時(shí)基于壓阻效應(yīng)工作的，當(dāng)受力時(shí)，引起應(yīng)變片的電阻率變化進(jìn)而引起電阻值變化。按結(jié)構(gòu)形式有絲式和箔式之分。絲式是應(yīng)變金屬絲彎曲成柵式結(jié)構(gòu)，工藝簡單，價(jià)錢便宜。箔式是采用光刻和腐蝕等工藝制成的，工藝復(fù)雜，精度高，價(jià)錢較貴。引起電阻應(yīng)變片溫度誤差的原因是什么電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法是什么一是電阻溫度系數(shù)，二是線膨脹系數(shù)不同。單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片，雙絲組合式自補(bǔ)償應(yīng)變片，補(bǔ)償電路試分析差動(dòng)測量電路在應(yīng)變式傳感器中的好處。靈敏度提高一倍，非線性得到改善。如果將100應(yīng)變片粘貼在彈性元件上，試件截面積S0.5104m2，彈性模量E21011N/m2，若5104N的拉力引起應(yīng)變計(jì)電阻變化為1，求該應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)。

解：KR/，已知R1，所以R1RR100F50103N/m211092A0.5104N/m，由E得E11095103，21011所以KR/R1/10025103一個(gè)量程為10kN的應(yīng)變式測力傳感器，其彈性元件為薄壁圓筒軸向受力，外徑20mm，內(nèi)

徑18mm，在其表面粘貼八個(gè)應(yīng)變片，四個(gè)沿軸向粘貼，四個(gè)沿周向粘貼，應(yīng)變片的電阻值

均為120 ，靈敏度為，泊松比為，材料彈性模量為 2.11011Pa，要求：

1）繪出彈性元件貼片位置及全橋電路。

2）計(jì)算傳感器在滿量程時(shí)，各應(yīng)變片電阻變化。

3）當(dāng)橋路的供電電壓為10V時(shí)，計(jì)算傳感器的輸出電壓。

解：（2）A(R2r2)59.7106m2（3）U01mV

圖中，設(shè)負(fù)載電阻為無窮大（開路） ，圖中，E=4V,

解：（1）U0E[R1R1R3]4(1011VVR1)R2R3201)0.01(R1R42（2）U0E[R1R1R3]41011VV(R1R1)(R2R2)R3()0R420123）當(dāng)R1受拉應(yīng)變，R2受壓應(yīng)變時(shí)，當(dāng)R1受壓應(yīng)變，R2受拉應(yīng)變時(shí)，

圖3-11中，設(shè)電阻應(yīng)變片R1的靈敏度系數(shù)K2.05，未受應(yīng)變時(shí)，R1120。當(dāng)試件受力為F時(shí)，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變800m/m，試求：（1）應(yīng)變片的電阻變化量R1和電阻相對變化量R1/R1。（2）將電阻應(yīng)變片R1置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流3V，求電橋輸出電壓及其

非線性誤差。

（3）如果要減小非線性誤差，應(yīng)采取何種措施分析其電橋輸出電壓及非線性誤差的大小。

解：（1）R1/R1K2.058001061.64103（2）U0ER131.641031.23mV4R143）若要減小非線性誤差，一是要提高橋臂比，二是要采用差動(dòng)電橋。第4章

根據(jù)工作原理的不同，電感式傳感器可分為哪些種類

可分為變磁阻式（自感式）、變壓器式和渦流式（互感式）試分析變氣隙厚度變磁阻式電感式傳感器的工作原理。

當(dāng)被測位移變化時(shí)， 銜鐵移動(dòng)，氣隙厚度發(fā)生變化，引起磁路中磁阻變化， 從而導(dǎo)致線

圈的電感值變化。通過測量電感量的變化就能確定銜鐵位移量的大小和方向。

已知變氣隙厚度電感式傳感器的鐵芯截面積 S 1.5cm2，磁路長度 L 20cm，相對磁導(dǎo)

率 r 5000，氣隙 0 0.5cm， 0.1mm，真空磁導(dǎo)率 0 4 107H/m，線

圈匝數(shù)W 3000，求單線圈式傳感器的靈敏度 L/ 。若將其做成差動(dòng)結(jié)構(gòu)，靈敏度如

何變化

解： L L0 ,K

0

L

54 10所以：K0.5 10

310.8 34，2

做成差動(dòng)結(jié)構(gòu)形式靈敏度將提高一倍。

差動(dòng)變磁阻式傳感器比單圈式變磁阻式傳感器在靈敏度和線性度方面有什么優(yōu)勢為什么

靈敏度提高一倍。

非線性得到改善。

試分析交流電橋測量電路的工作原理。

電感式傳感器用交流電橋測量時(shí)，把傳感器的兩個(gè)線圈作為電橋的兩個(gè)橋臂，另外兩

個(gè)相鄰橋臂用純電阻代替。當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)，電橋無輸出；

U當(dāng)銜鐵上移時(shí)， U02

U當(dāng)銜鐵下移時(shí)， U02

，電橋輸出電壓與氣隙厚度的變化量 成正比；

0

0

因輸入是交流電壓，所以可以根據(jù)輸出電壓判斷銜鐵位移大小，當(dāng)可能辨別方向。

試分析變壓器式交流電橋測量電路的工作原理。

變壓器式交流電橋本質(zhì)上與交流電橋的分析方法一樣。 電橋兩臂Z1,Z2為傳感器線圈阻

抗，另外兩個(gè)橋臂為交流變壓器二次繞組阻抗的一半。

當(dāng)傳感器的銜鐵位于中間位置時(shí)，輸出電壓為 0，電橋處于平衡狀態(tài)。

當(dāng)傳感器銜鐵上移時(shí)，U0UZUL2Z04L0當(dāng)傳感器銜鐵下移時(shí)，U0UZUL，可得到與交流電橋完全一致的結(jié)果。2Z04L0試分析差動(dòng)變壓器式傳感器工作原理。在A、B兩個(gè)鐵芯上繞有兩個(gè)一次繞組W1a,W1bW1，和兩個(gè)二次繞組W2a,W2bW2，兩個(gè)一次繞組順向串接，兩個(gè)二次繞組反向串接。銜鐵處于初始位置時(shí)，差動(dòng)變壓器輸出電壓為零；銜鐵上移時(shí)，U0W2Ui；0W1銜鐵下移時(shí)，U0W2Ui0W1變壓器輸出電壓可以表示銜鐵位移大小，但不能辨別方向。

引起零點(diǎn)殘余電壓的原因是什么如何消除零點(diǎn)殘余電壓

原因有三：（1）傳感器的兩個(gè)次級(jí)繞組的電氣參數(shù)不同和幾何尺寸不對稱（ 2）磁性材

料的磁化曲線的非線性（ 3）勵(lì)磁電壓本身含高次諧波。

消除方法：（1）盡可能保證傳感器的幾何尺寸、繞組線圈電氣參數(shù)和磁路的對稱； （2）

采用適當(dāng)?shù)臏y量電路，如相敏整流電路。

在使用螺線管式傳感器時(shí)，如何根據(jù)輸出電壓來判斷銜鐵的位置

活動(dòng)銜鐵在中間時(shí)，輸出電壓 =0；

活動(dòng)銜鐵位于中間位置以上時(shí)，輸出電壓與輸入電壓同頻同相；

活動(dòng)銜鐵位于中間位置以下時(shí)，輸出電壓與輸入電壓同頻反相。

需要采用專門的相敏檢波電路辨別位移的方向

如何通過相敏檢波電路實(shí)現(xiàn)對位移大小和方向的判定

相敏檢波電路的原理是通過鑒別相位來辨別位移的方向， 即差分變壓器輸出的調(diào)幅波經(jīng)

相敏檢波后，便能輸出既反映位移大小，又反映位移極性的測量信號(hào)。經(jīng)過相敏檢波電路，

正位移輸出正電壓， 負(fù)位移輸出負(fù)電壓， 電壓值的大小表明位移的大小， 電壓的正負(fù)表明位

移的方向。

電渦流式傳感器的線圈機(jī)械品質(zhì)因素會(huì)發(fā)生什么變化為什么

產(chǎn)生電渦流效應(yīng)后， 由于電渦流的影響， 線圈復(fù)阻抗的實(shí)部（等效電阻）增大、虛部（等

效電感）減小，因此，線圈的等效機(jī)械品質(zhì)因素下降。

為什么電渦流式傳感器被歸類為電感式傳感器它屬于自感式還是互感式

電渦流式傳感器的等效電氣參數(shù)都是互感系數(shù) M2的函數(shù)。通?？偸抢闷涞刃щ姼械?/p>

變化組成測量電路，因此，電渦流式傳感器屬于（互感式）電感式傳感器。

舉例說明變磁阻式傳感器、 變壓器式傳感器、 螺線管式傳感器和電渦流式傳感器的應(yīng)用， 并

分析工作原理。

根據(jù)電容式傳感器的工作時(shí)變換參數(shù)的不同， 可以將電容式傳感器分為哪幾種類型各有何特

點(diǎn)

變面積式、變極距式、變介電常數(shù)

一個(gè)以空氣為介質(zhì)的平板電容式傳感器結(jié)構(gòu)如圖 5-3a所示，其中 a=10mm、b=16mm，兩極

板間距d0 1mm。測量時(shí)，一塊極板在原始位置上向左平移了 2mm，求該傳感器的電容

變化量、電容相對變化量和位移靈敏度 K0(已知空氣的相對介電常數(shù) r 1，真空時(shí)的介電

常數(shù) 8.854 1012F/m)。0

解：（1）電容變化量

試討論變極距型電容式傳感器的非線性及其補(bǔ)償方法。

差動(dòng)結(jié)構(gòu)Ld100%d0有一個(gè)直徑為2m、高5m的鐵桶，往桶內(nèi)連續(xù)注水，當(dāng)注水?dāng)?shù)量達(dá)到桶容量的80%時(shí)停止，

試分析用應(yīng)變片式傳感器或電容式傳感器來解決該問題的途徑和方法。

采用應(yīng)變式傳感器時(shí)， 把應(yīng)變片貼在圓筒的外壁上， 電阻分別受縱向和橫向應(yīng)變， 并把

應(yīng)變電阻組成差動(dòng)結(jié)構(gòu)的測量電路。

變介電常數(shù)型電容傳感器測液位（差分式） ，通過測量水內(nèi)的重力，來控制注水?dāng)?shù)量。

試分析電容式厚度傳感器的工作原理。

試推導(dǎo)圖5-19所示變介質(zhì)型電容式位移傳感器的特性方程C=f(x)。設(shè)真空的介電常數(shù)為0，圖中21，極板寬度為W。其他參數(shù)如圖5-19所示。在題5-6中，設(shè)d1mm，極板為正方形（邊長50mm）。11,24。試針對

0~50mm的范圍內(nèi)，繪出此位移傳感器的特性曲線，并給以適當(dāng)說明。

某電容測微儀，其傳感器的圓形極板半徑 r 4mm，工作初始間隙 d 0.3mm，問：

（1）工作時(shí)，如果傳感器與工件的間隙變化量d2m時(shí)，電容變化量是多少（2）如果測量電路的靈敏度S100mV/pF，讀數(shù)儀表的靈敏度2格/mV,在1S=5d2m時(shí)，讀數(shù)儀表的示值變化多少格解：（1）C0.9871014F（2）5格

什么是壓電效應(yīng)什么是逆壓電效應(yīng)

某些電介質(zhì)，沿一定方向施加外力使其變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象而在表面出現(xiàn)正

負(fù)電荷，外力去掉后，又恢復(fù)成不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。

當(dāng)在壓電材料上施加交流電壓時(shí)，會(huì)使壓電材料產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)而變形，這種由電能轉(zhuǎn)換

成機(jī)械能的現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。

什么是壓電式傳感器它有何特點(diǎn)其主要用途是什么

利用壓電效應(yīng)制成的傳感器稱為壓電式傳感器， 其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、

工作頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、工作可靠、測量范圍廣等。

壓力式傳感器的用途：與力相關(guān)的動(dòng)態(tài)參數(shù)測量，如動(dòng)態(tài)力、機(jī)械沖擊、振動(dòng)等，它可

以把加速度、壓力、位移、溫度等許多非電量轉(zhuǎn)換為電量。

試分析石英晶體的壓電效應(yīng)機(jī)理。

石英晶體內(nèi)部為正立方體結(jié)構(gòu)，從晶體上切下一塊晶片，分析其壓電效應(yīng)：

當(dāng)沿x軸方向施加作用力，將在 yz平面上產(chǎn)生電荷，其大小為 qx d11fx

當(dāng)沿著y軸方向施加作用力，仍然在 yz平面上產(chǎn)生電荷，但極性相反，其大小為

當(dāng)沿著z軸方向施加作用力，不會(huì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)，沒有電荷產(chǎn)生。

試分析壓電陶瓷的壓電效應(yīng)機(jī)理。

壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料。其內(nèi)部晶粒有一定的極化方向，在無外電場

作用下時(shí)，壓電陶瓷呈電中性。

當(dāng)在陶瓷上施加外電場時(shí)，晶粒的極化方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)部極化，此時(shí)去掉外電場，

材料的整體極化方向不變，壓電陶瓷具有壓電特性。

極化后當(dāng)受到外力作用時(shí)，將導(dǎo)致在垂直于極化方向的平面上出現(xiàn)極化電荷，電荷量

的大小與外力成正比關(guān)系。

壓電材料的主要指標(biāo)有哪些其各自含義是什么

壓電系數(shù)

彈性系數(shù)

介電常數(shù)

機(jī)械耦合系數(shù)

電阻

居里點(diǎn)

在進(jìn)行壓電式材料的選取時(shí)，一般考慮的因素是什么

轉(zhuǎn)換性能

機(jī)械性能

電性能

溫度、濕度穩(wěn)定性好

時(shí)間穩(wěn)定性

試分析壓電式傳感器的等效電路。

壓電式傳感器等效為一個(gè)電容器，正負(fù)電荷聚集的兩個(gè)表面相當(dāng)于電容的兩個(gè)極板。

當(dāng)壓電元件受力作用時(shí)在其表面產(chǎn)生正負(fù)電荷，所以可以等效為一個(gè)電荷源和一個(gè)電

容器并聯(lián)，也可以等效為一個(gè)電壓源和一個(gè)電容器串聯(lián)。

試分析電荷放大器和電壓放大器兩種壓電式傳感器測量電路的輸出特性。

傳感器與電壓放大器連接的電路，其輸出電壓與壓電元件的輸出電壓成正比，但容易

受到電纜電容的影響。

傳感器與電荷放大器連接的電路，其輸出電壓與壓電元件的輸出電荷成正比，電路電

容的影響小。

壓電元件在使用時(shí)常采用串聯(lián)或并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式，試述在不同接法下輸出電壓、輸出電荷、

輸出電容的關(guān)系，以及每種接法的適用場合。

并聯(lián)接法在外力作用下正負(fù)電極上的電荷量增加了 1倍，電容量也增加了 1倍，輸出電

壓與單片時(shí)相同。適宜測量慢變信號(hào)且以電荷作為輸出量的場合。

串聯(lián)接法上、下極板的電荷量與單片時(shí)相同，總電容量為單片時(shí)的一半，輸出電壓增大

1倍。適宜以電壓作為輸出信號(hào)且測量電路輸入阻抗很高的場合。壓電元件的變形方式主要有哪些

厚度變形、長度變形、體積變形、厚度剪切變形。何謂電壓靈敏度、電荷靈敏度，兩者有何關(guān)系

試分析圖6-11所示壓電式力傳感器工作原理。

試分析圖6-12所示壓電式加速度傳感器工作原理。

簡述變磁通式和恒磁通式磁電感應(yīng)式傳感器的工作原理。

恒磁通式傳感器是指在測量過程中使導(dǎo)體（線圈）位置相對于恒定磁通變化而實(shí)現(xiàn)測量的一類磁電感應(yīng)式傳感器。

變磁通式磁電傳感器主要是靠改變磁路的磁通大小來進(jìn)行測量的，即通過改變測量磁

路中氣隙的大小，從而改變磁路的磁阻來實(shí)現(xiàn)測量的。

為什么磁電感應(yīng)式傳感器的靈敏度在工作頻率很高時(shí)，將隨頻率增加而下降。

試解釋霍爾式位移傳感器的輸出電壓與位移成正比關(guān)系。

影響霍爾元件輸出零點(diǎn)的因素有哪些如何補(bǔ)償

不等位電勢、溫度誤差

什么是霍爾效應(yīng)霍爾電動(dòng)勢與哪些因素有關(guān)

當(dāng)載流導(dǎo)體中通電電流方向與磁場方向垂直時(shí)， 在導(dǎo)體的兩個(gè)端面上就有電勢產(chǎn)生， 這

種現(xiàn)象叫做霍爾效應(yīng)。

與載流子濃度、激勵(lì)電流大小、磁場強(qiáng)度、電子遷移率、載流導(dǎo)體的厚度有關(guān)。

某霍爾元件尺寸（l、b、d）為**，沿著l方向通以電流I1.0mA，在垂直lb面加有均勻磁場B0.3T，傳感器的靈敏度系數(shù)為22V/AT，求其輸出霍爾電動(dòng)勢和載流子濃度。解：UHKHIB221.01030.3mV6.6mV

什么是熱電效應(yīng)、接觸電動(dòng)勢、溫差電動(dòng)勢

兩種不同導(dǎo)體組成閉合回路，如果兩接點(diǎn)溫度不同，則在閉合回路中就有熱電勢產(chǎn)生，

這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。

在熱電效應(yīng)中因?yàn)閷?dǎo)體電子密度不同，因接觸而產(chǎn)生的熱電勢稱為接觸電動(dòng)勢

單一導(dǎo)體內(nèi)部，因?yàn)閮啥说臏囟炔煌a(chǎn)生的熱電勢稱為溫差電勢。

熱電偶的工作原理是什么

熱電偶是基于熱電效應(yīng)工作的溫度傳感器。

什么是中間導(dǎo)體定律、中間溫度定律、標(biāo)準(zhǔn)電極定律、均質(zhì)導(dǎo)體定律

中間導(dǎo)體定律 ：在熱電偶測溫回路內(nèi)接入第三種導(dǎo)體，只要其兩端溫度相同，則回路的

總熱電動(dòng)勢不變。

中間溫度定律：熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為t,t0時(shí)的熱電動(dòng)勢EAB(t,t0)等于它在接點(diǎn)溫度t,tc和tc,t0時(shí)的熱電動(dòng)勢EAB(t,tc)和EAB(tc,t0)的代數(shù)和。

標(biāo)準(zhǔn)電極定律 ：如果兩種導(dǎo)體 A、B分別與第三種導(dǎo)體 C組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)

勢已知，則由這兩個(gè)導(dǎo)體 A、B組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢可由下式來確定：

EAB(t,t0)=EAC(t,t0)-EBC(t,t0)

均質(zhì)導(dǎo)體定律 ：如果組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的材料相同， 無論兩接點(diǎn)的溫度是否相同，

熱電偶回路中的總熱電勢均為 0.

試說明熱電偶的類型與特點(diǎn)。

結(jié)構(gòu)上分為普通熱電偶和特殊熱電偶。

熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償有哪些方法各自的原理是什么

補(bǔ)償導(dǎo)線法、冷端溫度恒溫法、冷端溫度計(jì)算校正法、電橋法。

試設(shè)計(jì)測溫電路，實(shí)現(xiàn)對某一點(diǎn)的溫度、某兩點(diǎn)的溫度差、某三點(diǎn)的平均溫度進(jìn)行測量。

用兩只K型熱電偶測量兩點(diǎn)溫度差，其連接電路如圖8-30所示。已知t14200C，t0300C，測得兩點(diǎn)的溫差電勢為，問兩點(diǎn)的溫差是多少如果測量t1溫度的那只熱電偶錯(cuò)

用的是E型熱電偶，其他都正確，則兩點(diǎn)的實(shí)際溫度是多少

將一支鎳鉻-鎳硅熱電偶與電壓表相連，電壓表接線端是 50℃，若電位計(jì)上讀數(shù)是，問熱電

偶熱端溫度是多少 197度

鉑電阻溫度計(jì)在

100℃時(shí)的電阻值是

139

，當(dāng)它與熱的氣體接觸時(shí)，電阻值增至

281 ，

試確定該氣體的溫度（設(shè) 0℃時(shí)的電阻值為 100 ）.

鎳鉻-鎳硅熱電偶的靈敏度為℃ ,把它放在溫度為 1200℃處，若以指示表作為冷端，

為50℃，試求熱電動(dòng)勢的大小。 46mV

將一靈敏度為℃的熱電偶與電壓表連接， 電壓表接線端是 50℃，若電位計(jì)上讀數(shù)

熱電偶的熱端溫度。 800

此處溫度

60mV，求

使用K型熱電偶，參考端溫度為 0℃，測量熱端溫度為 30℃和900℃時(shí)，溫差電勢分別為和。

當(dāng)參考端溫度為 30℃，測量點(diǎn)溫度為 900℃時(shí)的溫差電勢為多少

如果將圖 8-12中得兩支相同類型的熱電偶順向串聯(lián)，是否可以測量兩點(diǎn)間的平均溫度，為

什么可以測量總溫度

熱電阻有什么特點(diǎn)

1）熱電阻測量電路優(yōu)點(diǎn)：精度高，性能穩(wěn)定，適于測低溫。

2）熱慣性大，需輔助電源。

試分析三線制和四線制接法在熱電阻測量中的原理及其不同特點(diǎn)。

三線制：熱電阻引出 3根導(dǎo)線，其中兩根分別與電橋的相鄰兩臂串聯(lián)， 另外一根與電橋電源

相串聯(lián)，它對電橋的平衡沒有影響。廣泛用于工業(yè)測溫。

四線制：熱電阻引出 4根導(dǎo)線，分別接在電流和電壓的回路， 4根導(dǎo)線的電阻對測量都沒有

影響。

對熱敏電阻進(jìn)行分類，并敘述其各自不同的特點(diǎn)。

正溫度系數(shù)、正溫度系數(shù)、臨界溫度系數(shù)熱敏電阻。

某熱敏電阻，其 B值為2900K，若冰點(diǎn)電阻為 500k ,求該熱敏電阻在 100℃時(shí)的阻抗。

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什么是光電式傳感器光電式傳感器的基本工作原理是什么

利用光電器件把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（電壓、電流、電阻等）的裝置。

光電式傳感器的基本工作原理是基于光電效應(yīng)的，即因光照引起物體的電學(xué)特性而改

變的現(xiàn)象。

光電式傳感器按照工作原理可分為哪四大類

反射式、透射式、

光電式傳感器的基本形式有哪些

什么是光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)外光電效應(yīng)

內(nèi)光電效應(yīng)、外光電效應(yīng)

典型的光電器件有哪些

光電管、光敏電阻、光敏晶體管、光敏二極管、光電耦合器

光電管是如何工作的其主要特性是什么

光照在光電管的陰極上，陰極電子吸收光子，克服表面功，向外發(fā)生電子，電子在外加

電場的作用下，被光電管的陽極收集并形成光電流。

簡述光電倍增管得工作原理。光電倍增管的主要參數(shù)有哪些

倍增系數(shù)；光電陰極靈敏度和光電管總靈敏度；暗電流；光譜特性。

試畫出光敏電阻的結(jié)構(gòu)；光敏電阻的主要參數(shù)有哪些

暗電阻，亮電阻，暗電流，亮電流，光電流。

試區(qū)分硅光電池和硒光電池的結(jié)構(gòu)與工作原理。

試解釋光敏管的工作原理。介紹光敏二極管和光敏晶體管的主要特性。

光譜特性、伏安特性、光照特性、頻率特性。

試介紹MOS光敏單元的工作原理。

一個(gè)MOS電容器是一個(gè)光敏元，可以感受一個(gè)像素點(diǎn)， CCD的基本功能是信號(hào)電荷的

產(chǎn)生、存儲(chǔ)、傳輸和輸出。

的電荷轉(zhuǎn)移原理是什么

CCD器件基本結(jié)構(gòu)式一系列彼此非?？拷?MOS光敏元，這些光敏元使用同一半導(dǎo)體襯底：

氧化層均勻、連續(xù)；相鄰金屬電極間隔極小。 任何可移動(dòng)的電荷都將力圖向表面勢大的位置

移動(dòng)。為了保證信號(hào)電荷按確定的方向和路線移動(dòng)，在 MOS光敏元陣列上所加的各路電壓

脈沖要求嚴(yán)格滿足相位要求。

試對面陣型 CCD圖像傳感器進(jìn)行分類，并介紹它們各自有何特點(diǎn)

為什么要求 CCD器件的電荷轉(zhuǎn)移效率要很高

舉例說明 CCD圖像傳感器的應(yīng)用。

什么是全反射光纖的數(shù)值孔徑有何意義

數(shù)值孔徑是光纖的一個(gè)重要參數(shù)，它能反映光纖的集光能力，光纖的數(shù)值孔徑越大，集

光能力就越強(qiáng)。

試區(qū)分功能型和非功能型光纖傳感器。

功能型是傳感型，非功能型是傳光型。

試解釋波長調(diào)制型光纖傳感器的工作原理。

舉例說明利用光纖傳感器實(shí)現(xiàn)溫度的測量方法。

試分析二進(jìn)制碼盤和循環(huán)碼盤的特點(diǎn)。

二進(jìn)制碼盤最大的問題是任何微小的制作誤差，都可能造成讀數(shù)的粗誤差。

循環(huán)碼是無權(quán)碼，任何相鄰的兩個(gè)數(shù)碼間只有一位是變化的。

試區(qū)別接觸式碼盤和非接觸式碼盤的優(yōu)缺點(diǎn)。

試解釋光電編碼器的工作原理。

一個(gè) 8位光電碼盤的最小分辨率是多少如果要求每個(gè)最小分辨率對應(yīng)的碼盤圓弧長度至少

為，則碼盤半徑應(yīng)有多大

度，弧度，

利用某循環(huán)碼盤測得結(jié)果為“ 0110”，其實(shí)際轉(zhuǎn)過的角度是多少

二進(jìn)制碼為 0100，90度

試分析脈沖盤式編碼器的辨向原理。

計(jì)量光柵是如何實(shí)現(xiàn)測量位移的

主光柵與運(yùn)動(dòng)部件連在一起， 當(dāng)被測物體運(yùn)動(dòng)時(shí)， 在主光柵、指示光柵后面形成黑白相間

的莫爾條紋，條紋寬度和運(yùn)動(dòng)部件的位移成正比。

計(jì)量光柵中為何要引入細(xì)分技術(shù)細(xì)分的基本原理是什么

光柵測量原理是以移過的莫爾條紋數(shù)量來確定位移量， 其分辨率為光柵柵距。 現(xiàn)代測量不斷

提出高精度的要求，為了提高分辨率，測量比光柵柵距更小的位移量，可以采用細(xì)分技術(shù)。

細(xì)分就是為了得到比柵距更小的分度值， 即在莫爾條紋信號(hào)變化的一個(gè)周期內(nèi)， 發(fā)出若干個(gè)

計(jì)數(shù)脈沖，以減少每個(gè)脈沖相當(dāng)?shù)奈灰?，相?yīng)地提高測量精度。

紅外探測器有哪些類型并說明它們的工作原理。

1）熱探測器：有熱敏電阻型、熱電阻型、高萊氣動(dòng)型和熱釋電型

2）光子探測器

什么是熱釋電效應(yīng)熱釋電效應(yīng)與哪些因素有關(guān)

在居里點(diǎn)以下時(shí)，由于溫度的變化引起鐵電體的極化強(qiáng)度改變的現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。

熱釋電效應(yīng)與鐵電體材料、敏感面、厚度均有關(guān)（等效電容）

什么被稱為“大氣窗口” ，它對紅外線的傳播有什么影響

通常把太陽光通過大氣層時(shí)透過率較高的光譜段稱為大氣窗口。

紅外線傳播過程中通過大氣窗口時(shí)，會(huì)使紅外輻射逐漸減弱。

紅外敏感元件大致分為哪兩類它們的主要區(qū)別是什么

熱探測器：響應(yīng)波段寬，響應(yīng)范圍為整個(gè)紅外區(qū)域，室溫下工作，使用方便。

光子探測器：靈敏度高、響應(yīng)速度快，具有較高的響應(yīng)頻率，但探測器波段較窄，一般

工作于低溫

請根據(jù)氣體對紅外線有選擇性吸收的特性， 設(shè)計(jì)一個(gè)紅外線氣體分析儀。 使其能對氣體的成

分進(jìn)行分析。（提示：不同氣體對紅外線能量的吸收是不同的）

微波的特點(diǎn)是什么

1）需要定向輻射裝置

2）遇到障礙物容易反射

3）繞射能力差

4）傳輸特性好，傳輸過程中受煙霧、灰塵等的影響較小

5）介質(zhì)對微波的吸收大小與介質(zhì)介電常數(shù)成正比。試分析反射式和遮斷式微波傳感器的工作原理。

（1）反射式：發(fā)生天線和接收天線位于檢測物體的同一側(cè)， 根據(jù)檢測物體反射回來的微

波信號(hào)的功率或微波信號(hào)從發(fā)出到接收到的時(shí)間間隔來實(shí)現(xiàn)測量位置和位移等參數(shù)。

2）遮斷式：發(fā)生天線和接收天線位于檢測物體的兩邊，根據(jù)接收天線收到的微波功率的大小來判斷發(fā)送天線和接收天線之間有無被測物體或位置等。

試分析微波傳感器的主要組成及其各自的功能。

微波發(fā)生器、微波天線、微波檢測器。

微波傳感器有何優(yōu)缺點(diǎn)

1）優(yōu)點(diǎn)：非接觸式傳感器；波長范圍為1m～1mm，有極寬的頻譜；頻率高、時(shí)間常數(shù)小、反應(yīng)速度快；無須進(jìn)行非電量轉(zhuǎn)換；適合遙測、遙控；不會(huì)帶來顯著的輻射。

2）缺點(diǎn)：存在零點(diǎn)漂移；測量環(huán)境對測量結(jié)果影響較大。舉例說明微波傳感器的應(yīng)用。

1）微波液位計(jì)

2）微波濕度傳感器

3）微波輻射計(jì)

4）微波無損檢測儀

5）微波物位計(jì)

6）微波定位傳感器

7）微波多普