傳感器復(fù)習(xí)題與答案

傳感器原理與應(yīng)用復(fù)習(xí)題傳感器概述什么是傳感器？傳感器由哪幾種部分構(gòu)成？試述它們的作用和互相關(guān)系。（1）傳感器定義：廣義的定義：一種能把特定的信息（物理、化學(xué)、生物）按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號輸出的器件和裝置。廣義傳感器一般由信號檢出器件和信號處理器件兩部分構(gòu)成；狹義的定義：能把外界非電信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出的器件。我國國標(biāo)對傳感器的定義是：可以感受規(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。以上定義表明傳感器有這樣三層含義：它是由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成的一種檢測裝置；能按一定規(guī)律將被測量轉(zhuǎn)換成電信號輸出；傳感器的輸出與輸入之間存在確定的關(guān)系。（2）構(gòu)成部分：傳感器由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件，轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。（3）他們的作用和互相關(guān)系：敏感元件是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的物理量；轉(zhuǎn)換元件把敏感元件的輸出作為它的輸入，轉(zhuǎn)換成電路參量；上述電路參數(shù)接入基本轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。2．傳感器的總體發(fā)展趨勢是什么？現(xiàn)代傳感器有哪些特性，目前的傳感器多以什么物理量輸出？（1）發(fā)展趨勢：=1\*GB3①發(fā)展、運用新效應(yīng)；=2\*GB3②開發(fā)新材料；=3\*GB3③提高傳感器性能和檢測范圍；=4\*GB3④微型化與微功耗；=5\*GB3⑤集成化與多功能化；=6\*GB3⑥傳感器的智能化；=7\*GB3⑦傳感器的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。（2）特性：由老式的分立式朝著集成化。數(shù)字化、多動能化、微型化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和光機電一體化的方向發(fā)展，具有高精度、高性能、高敏捷度、高可靠性、高穩(wěn)定性、長壽命、高信噪比、寬量程和無維護等特點。（3）輸出：電量輸出。3．壓力、加速度、轉(zhuǎn)速等常見物理量可用什么傳感器測量？各有什么特點？名稱特點應(yīng)用電阻式傳感器電阻式傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、構(gòu)造簡樸、輸出精度較高、穩(wěn)定性好、適于動態(tài)和靜態(tài)測量等特點。用于力、力矩、壓力、位移、加速度、重量等參數(shù)的測量電容式傳感器小功率、高阻抗；具有很高的輸入阻抗；靜電引力小，工作所需作用力小；有較高的頻率，動態(tài)響應(yīng)特性好；構(gòu)造簡樸，可進行非接觸測量。長處是自身發(fā)熱小，缺陷是輸出非線性。電容式傳感器用于位移、振動、角度、加速度等機械量精密測量。逐漸應(yīng)用于壓力、壓差、液面、成分含量等方面的測量。電感式傳感器具有構(gòu)造簡樸可靠、輸出功率大、辨別力高、線性度好、零點漂移少的長處，不過響應(yīng)時間較長、不適宜頻率較高的動態(tài)測量?？蓽y量位移、振動、壓力、流量、重量、力矩、應(yīng)變、密度等物理量。磁電、磁敏式傳感器磁電式傳感器是種有源傳感器，輸出功率大，構(gòu)造簡樸，穩(wěn)定可靠。但尺寸大、比較重、頻率響應(yīng)低。廣泛用于位移、振動、速度、轉(zhuǎn)速、壓力等測量。壓電式傳感器體積小、質(zhì)量小、構(gòu)造簡樸、工作可靠。但不能測量頻率低的物理量?？梢詫Χ喾N動態(tài)力、機械沖擊、加速度和振動進行測量光電式傳感器具有非接觸、迅速、構(gòu)造簡樸、性能可靠等長處。可測量力、溫度、位移、速度等物理量。熱電式傳感器熱電偶特點：耐高溫、精度高，可測量上千度；熱電阻特點：運用金屬導(dǎo)體電阻隨溫度變化，可測溫幾百度；熱敏電阻特點：體積小、敏捷度高、使用以便，穩(wěn)定性差；集成溫度傳感器特點：體積小、響應(yīng)快、價廉，測量150℃重要測量溫度變化。4．理解傳感器的分類措施。所學(xué)的傳感器分別屬于哪一類？（1）按傳感器檢測的量分類，有物理量、化學(xué)量，生物量；（2）按傳感器的輸出信號性質(zhì)分裂，有模擬和數(shù)字；（3）按傳感器的構(gòu)造分類，有構(gòu)造性、物性型、復(fù)合型；（4）按傳感器功能分類，單功能，多功能，智能；（5）按傳感器轉(zhuǎn)換原理分類，有機電、光電、熱電、磁電、電化學(xué)；（6）按傳感器能源分類，有有源和無源；根據(jù)我國的傳感器分類體系表，重要分為物理量傳感器、化學(xué)量傳感器、生物量傳感器三大類。5．理解傳感器的圖形符號，其中符號代表什么含義。X*X*P

圖a圖b：電容式壓力傳感器正方形表達轉(zhuǎn)換元件，三角形表達敏感元件，“X”表達被測量，“*”表達轉(zhuǎn)換原理，如圖b。壓力用P，加速度用a,溫度用t。第二章傳感器特性1．傳感器的性能參數(shù)反應(yīng)了傳感器的什么關(guān)系？傳感器的性能參數(shù)反應(yīng)了傳感器的輸入輸出關(guān)系。2．靜態(tài)特性特性參數(shù)有哪些？多種參數(shù)代表什么意義，描述了傳感器的哪些特性？（1）線性度：傳感器的校準(zhǔn)曲線與選定的擬合直線的偏離程度稱為傳感器的線性度，又稱非線性誤差。（yF.S.——傳感器的滿量程輸出值；Δymax——校準(zhǔn)曲線與擬合直線的最大偏差。）。（2）敏捷度：指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作狀況下輸出變化量與引起此變化的輸入變化量之比。常用Sn表達敏捷度，其體現(xiàn)式為。一般但愿測試系統(tǒng)的敏捷度在滿量程范圍內(nèi)恒定，這樣才便于讀數(shù)。也但愿敏捷度較高，由于S越大，同樣的輸入對應(yīng)的輸出越大。（3）遲滯（遲環(huán)）：在相似工作條件下做全量程范圍校準(zhǔn)時，正行程（輸入量由小到大）和反行程（輸入量由大到小）所得輸出輸入特性曲線不重疊。體現(xiàn)式為。遲滯是由于磁性材料的磁化和材料受力變形，機械部分存在（軸承）間隙、摩擦、（緊固件）松動、材料內(nèi)摩擦、積塵等導(dǎo)致的。（4）反復(fù)性：指傳感器在輸入量按同一方向作全量程持續(xù)多次測試時,所得特性曲線不一致的程度。體現(xiàn)式為：。（5）靜態(tài)誤差：指傳感器在其全量程內(nèi)任一點的輸出值與其理論值的偏離程度。是評價傳感器靜態(tài)特性的綜合指標(biāo)。用非線性、遲滯、反復(fù)性誤差表達；系統(tǒng)誤差加隨機誤差用Δymax表達校準(zhǔn)曲線相對于擬合直線的最大偏差，即系統(tǒng)誤差的極限值；用σ表達按極差法計算所得的原則偏差。（6）漂移：指傳感器被測量不變，而其輸出量卻發(fā)生了變化。漂移包括零點漂移與敏捷度漂移，零點漂移與敏捷度漂移又可分為時間漂移（時漂）和溫度漂移（溫漂）。（7）穩(wěn)定性：表達傳感器在一較長時間內(nèi)保持性能參數(shù)的能力，故又稱長期穩(wěn)定性。（8）辨別率：當(dāng)傳感器的輸入從非零值緩慢增長時，在超過某一增量后，輸出發(fā)生可觀測的變化，這個輸入增量稱為傳感器的辨別率，即最小輸入增量。（9）閾值電壓：指輸入小到某種程度輸出不在發(fā)生變化的值。3．什么是傳感器的動態(tài)誤差？傳遞函數(shù)和頻率特性的定義是什么？（1）一種動態(tài)性能好的傳感器，輸入和輸出之間應(yīng)具有相似的時間函數(shù)，不過除了理想狀態(tài)外，輸出信號一定不會與輸入信號有相似的時間函數(shù)，這種輸入輸出之間的差異就是動態(tài)誤差，范陽了傳感器的動態(tài)特性。動態(tài)誤差一般包括兩個部分：=1\*GB3①輸出到達穩(wěn)定狀態(tài)后與理想輸出之間的差異，稱穩(wěn)態(tài)誤差；=2\*GB3②輸入量發(fā)生躍變時，輸出量由一種穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一種穩(wěn)定狀態(tài)期間的誤差，稱為暫態(tài)誤差。（2）傳遞函數(shù)H(s)表達傳感器系統(tǒng)自身的輸出、轉(zhuǎn)換特性。在數(shù)學(xué)的定義是：初始條件為零（t≤0,y=0）,輸出拉氏變換與輸入拉氏變換之比，輸出的拉氏變換等于輸入的拉氏變換乘以傳遞函數(shù)。（3）當(dāng)傳感器輸入正弦信號時，則分析傳感器動態(tài)特性的相位、振幅、頻率特性，稱之為頻率響應(yīng)或頻率特性。（4）當(dāng)傳感器輸入階躍信號時，則分析傳感器的過渡過程和輸出隨時間變化狀況，稱之為傳感器的階躍響應(yīng)或瞬態(tài)響應(yīng)。4．什么是傳感器的動態(tài)特性?其特性參數(shù)有那些？這些參數(shù)反應(yīng)了傳感器的哪些特性，應(yīng)怎樣選擇？（1）傳感器的動態(tài)特性是指傳感器輸出對時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。（2）1）頻率響應(yīng)特性指標(biāo)①頻帶：傳感器增益保持在一定值內(nèi)的頻率范圍，即對數(shù)幅頻特性曲線上幅值衰減3dB時所對應(yīng)的頻率范圍，稱為傳感器的頻帶或通頻帶，對應(yīng)有上、下截止頻率。②時間常數(shù)τ：用時間常數(shù)τ來表征一階傳感器的動態(tài)特性，τ越小，頻帶越寬。③固有頻率ωn：二階傳感器的固有頻率ωn表征了其動態(tài)特性。2）瞬態(tài)響應(yīng)特性指標(biāo)①時間常數(shù)τ,一階傳感器時間常數(shù)τ越小,響應(yīng)速度越快。②延時時間,傳感器輸出到達穩(wěn)態(tài)值的50%所需時間。③上升時間,傳感器輸出到達穩(wěn)態(tài)值的90%所需時間。④超調(diào)量,傳感器輸出超過穩(wěn)態(tài)值的最大值。1）對于一階傳感器的動態(tài)響應(yīng)重要取決于時間常數(shù)τ，τ越小越好，τ越小，減小時間常數(shù)τ，傳感器上限頻率越高，工作頻率越寬，頻率響應(yīng)特性越好。2）二階傳感器對階躍信號響應(yīng)和頻率響應(yīng)特性的好壞很大程度上取決于阻尼系數(shù)和傳感器的固有頻率ωn。5．有一溫度傳感器，微分方程為30dy/dt+3y=0.15x，其中y為輸出電壓（mV),x為輸入溫度（℃）。試求該傳感器的時間常數(shù)和靜態(tài)敏捷度。由溫度傳感器的微分方程30dy/dt+3y=0.15x可知a1=30,a0=3,b0=0.15由一階傳感器的定義時間常數(shù)τ=a1/a0=30/3=10(S)靜態(tài)敏捷度k=b0/a0=0.15/3=0.05(mV/℃）6．有一溫度傳感器，當(dāng)被測介質(zhì)溫度為t1，測溫傳感器顯示溫度為t2時，可用下列方程表達：。當(dāng)被測介質(zhì)溫度從25℃忽然變化到300℃時，測溫傳感器的時間常數(shù)τ0動態(tài)誤差由穩(wěn)態(tài)誤差和暫態(tài)誤差構(gòu)成。先求穩(wěn)態(tài)誤差：對方程兩邊去拉氏變換得：則傳遞函數(shù)為對于一階系統(tǒng)，階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差，再求暫態(tài)誤差：當(dāng)t=350s時，暫態(tài)誤差為故所求動態(tài)誤差為：第三章應(yīng)變式傳感器1．什么是應(yīng)變效應(yīng)？什么是壓阻效應(yīng)？什么是橫向效應(yīng)？電阻應(yīng)變效應(yīng)：導(dǎo)體在收到外界拉力或壓力的作用時會產(chǎn)生機械變形，同步機械變形會引起導(dǎo)體阻值的變化，這種導(dǎo)體材料因變形而使其電阻值變化的現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。壓阻效應(yīng)：是指當(dāng)半導(dǎo)體受到某一軸向上的外應(yīng)力作用時，會引起半導(dǎo)體能帶變化，使載流子遷移率的發(fā)生變化，進而導(dǎo)致電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。橫向效應(yīng)：將直的電阻絲繞成敏感柵后，雖然長度不變，但應(yīng)變狀態(tài)不一樣，圓弧部分使敏捷度下降了，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變傳感器的橫向效應(yīng)。2．什么是應(yīng)變片的敏捷系數(shù)？半導(dǎo)體應(yīng)變片敏捷系數(shù)范圍是多少，金屬應(yīng)變片敏捷系數(shù)范圍是多少？闡明金屬絲電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的相似點和不一樣點。（1）應(yīng)變片是一種重要的敏感元件，是應(yīng)變和應(yīng)力測量的重要傳感器，如電子秤、壓力計、加速度計、線位移裝置常使用應(yīng)變片做轉(zhuǎn)換元件。（2）金屬電阻絲的敏捷系數(shù)可近似寫為，即；半導(dǎo)體敏捷系數(shù)近似為≈50～100（3）金屬絲電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的比較相似點：都重要引起兩個方面的變化：=1\*GB3①材料幾何尺寸變化（1+2μ）；=2\*GB3②材料電阻率的變化（Δρ/ρ）/ε不一樣點：金屬導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻變化是運用機械形變產(chǎn)生的應(yīng)變效應(yīng)，對于半導(dǎo)體而言，應(yīng)變傳感器重要是運用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。金屬的尺寸變化大，半導(dǎo)體電阻率變化大，據(jù)此敏捷度去不一樣的等效。（4）半導(dǎo)體應(yīng)變片比金屬應(yīng)變片在性能上的優(yōu)缺陷長處：敏捷度高，體積小，耗電少，動態(tài)響應(yīng)好，精度高，測量范圍寬，有正負(fù)兩種符號的應(yīng)力效應(yīng)，易于微型化和集成化。缺陷：受溫度影響較大。3．比較電阻應(yīng)變片構(gòu)成的單橋、半橋、全橋電路的特點。單橋電路：只在很小的條件下滿足線性關(guān)系，其他條件下非線性誤差不能滿足測量規(guī)定。半橋差動電路：Uo與ΔR1/R1成線性關(guān)系，無非線性誤差，并且電橋電壓敏捷度KU=E/2，是單臂工作時的兩倍。全橋差動電路：不僅沒有非線性誤差，并且電壓敏捷度為單片工作時的4倍。4.在傳感器測量電路中，直流電橋與交流電橋有什么不一樣，怎樣考慮應(yīng)用場所？直流電橋的電源穩(wěn)定，構(gòu)造簡樸，但存在零漂和工頻干擾，規(guī)定有較高的敏捷度，實際應(yīng)用中輸出端一般會接入放大電路；交流電橋放大電路簡樸，無零漂，不易受干擾，但不易獲得高精度，需專用的測量儀器或電路。5.已知：有四個性能完全相似的金屬絲應(yīng)變片（應(yīng)變敏捷系數(shù)）,將其粘貼在梁式測力彈性元件上，如圖3-30所示。在距梁端處應(yīng)變計算公式為設(shè)力，，,,。求：①闡明是一種什么形式的梁。在梁式測力彈性元件距梁端處畫出四個應(yīng)變片粘貼位置，并畫出對應(yīng)的測量橋路原理圖；②求出各應(yīng)變片電阻相對變化量；③當(dāng)橋路電源電壓為6V時，負(fù)載電阻為無窮大，求橋路輸出電壓U0是多少？①梁為一種等截面懸臂梁；應(yīng)變片沿梁的方向上下平行各粘貼兩個；②③第四章電容式傳感器1．電容傳感器有哪些類型？分別適合檢測什么參數(shù)？論述變極距型電容傳感器的工作原理、輸出特性。（1）類型：變極距型；變面積型；變介質(zhì)型（2）變極距型：變化極板距離的電容器，合適做小位移測量；變面積型：變化極板面積的電容器，特點為測量范圍較大，用于測線位移、角位移；變介質(zhì)型：變化極板介質(zhì)的電容器，用于液面高度測量、介質(zhì)厚度測量，可制成料位計等。變極距型電容式傳感器是將被測非電量（極板距離）變化成電容量的變化。變極距型電容式傳感器輸出特性：1）變極距型電容傳感器敏捷度為要提高傳感器敏捷度應(yīng)減小初始極距，但初始極距受電容擊穿電壓限制；2）非線性誤差隨相對的位移的增長而增長,為保證線性度應(yīng)限制相對位移；3）起始極距與敏捷度相矛盾，變極距型電容傳感器適合測小位移；4）為提高敏捷度和改善非線性，一般采用差動構(gòu)造。2．為何電感式和電容式傳感器的構(gòu)造多采用差動形式，差動構(gòu)造形式的特點是什么？電感兩端的電壓與通過的電流的變化量成正比，流過電容的位移電流與其兩端電壓的變化量成正比，而差分方式恰好放大的是電壓或電流的變化量，故一般采用這種構(gòu)造。差動式電容或電感傳感器比單個電容或電感敏捷度提高一倍；非線性誤差減小（多乘因子），線性度明顯改善；可以抵消溫度、噪聲干擾的影響。3．電容傳感器的測量電路有哪些？差動脈沖調(diào)寬電路用于電容傳感器測量電路具有什么特點?電容傳感器的測量電路有交流電橋、二極管雙T型電路、差動脈沖調(diào)寬電路、運算放大器電路。差動脈沖調(diào)寬電路用于電容傳感器測量電路特點：合用于任何差動電容傳感器，并有理論線性度，與雙T型相似，該電路不需加解調(diào)、檢波，由濾波器直接獲得直流輸出，并且對矩形波純度規(guī)定不高，只需穩(wěn)定的電源即可。4．為何高頻工作時的電容式傳感器連接電纜的長度不能任意變化？低頻時容抗較大，傳播線的等效電感和電阻可忽視。而高頻時容抗減小，等效電感和電阻不可忽視，這時接在傳感器輸出端相稱于一種串聯(lián)諧振，有一種諧振頻率存在，當(dāng)工作頻率諧振頻率時，串聯(lián)諧振阻抗最小，電流最大，諧振對傳感器的輸出起破壞作用，使電路不能正常工作。一般工作頻率10MHz以上就要考慮電纜線等效電感的影響。5．一單極板變極距型平板電容傳感器，初始極距0=1mm，若規(guī)定測量的線性度為0.1%，求測量容許的極距最大變化量是多少？在同樣的條件和規(guī)定下，假如是差動變極距型平板電容傳感器，那么容許的極距最大變化量又是多少？單極板變極距型平板電容傳感器線性輸出近似為忽視高次項為線性度為測量的容許變化范圍為第五章電感式傳感器（變磁阻式、差動變壓器式、電渦流式）1.何謂電感式傳感器？電感式傳感器分為哪幾類？各有何特點？（1）電感式傳感器是運用線圈自感和互感的變化實現(xiàn)非電量電測的一種裝置，傳感器運用電磁感應(yīng)定律將被測非電量轉(zhuǎn)換為電感或互感的變化。（2）電感式傳感器種類：自感式、差動式、互感式、渦流式。（3）自感式構(gòu)造簡樸、測量范圍小、非線性誤差大；互感式構(gòu)造復(fù)雜、測量范圍較大、有零點殘存電壓；渦流式可以進行非接觸測量、但對象必須是金屬材料。2.什么是零點殘存電壓？闡明差動變壓器式傳感器產(chǎn)生零點殘存電壓的原因及減少此電壓的有效措施。（1）差動變壓器式傳感器的鐵芯處在中間位置時，在零點附近總有一種最小的輸出電壓，將鐵芯處在中間位置時，最小不為零的電壓稱為零點殘存電壓。（2）產(chǎn)生零點殘存電壓的重要原因是由于兩個次級線圈繞組電氣系數(shù)（互感M、電感L、內(nèi)阻R）不完全相似，幾何尺寸也不完全相似，工藝上很難保證完全一致。（3）為減小零點殘存電壓的影響，除工業(yè)上采用措施外，一般要用電路進行賠償：①串聯(lián)電阻；②并聯(lián)電阻、電容，消除基波分量的相位差異，減小諧波分量；③加反饋支路，初、次級間加入反饋，減小諧波分量；④相敏檢波電路對零點殘存誤差有很好的克制作用。3.差動自感傳感器和差動變壓器有什么區(qū)別？采用哪種轉(zhuǎn)換電路既能直接輸出與位移成正比的電壓，又能根據(jù)電壓的正負(fù)區(qū)別位移的方向？（1）差動自感傳感器的線圈必須相似，但不繞在同一鐵心上，磁通在線圈內(nèi)不交鏈；而差動變壓器的線圈可以不一樣，但線圈必須要繞在同一鐵心上，磁通在線圈內(nèi)相交鏈感應(yīng)。（2）采用差動變壓式轉(zhuǎn)換電路既能直接輸出與位移成正比的電壓，又能根據(jù)電壓的正負(fù)區(qū)別位移的方向。4.什么是電渦流效應(yīng)？渦流的分布范圍。電渦流傳感器可以進行哪些非電量參數(shù)測量？（1）一種塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中切割磁力線運動時，導(dǎo)體內(nèi)部會產(chǎn)生閉合的電流，這種現(xiàn)象稱為渦流效應(yīng)。（2）分布范圍：徑向：渦流范圍與渦流線圈外徑有固定比例關(guān)系，渦流密度的最大值只在線圈外徑附近一種狹窄區(qū)域內(nèi)；線圈中心為零。軸向：由于趨膚效應(yīng)只在表面薄層存在。（3）可用于非接觸式測量，位移、振動、轉(zhuǎn)速、厚度、材料、溫度。5.電渦流傳感器是由哪種電參量轉(zhuǎn)換實現(xiàn)電量輸出的？電渦流傳感器可以檢測金屬材料，也可以檢測非金屬材料嗎？（1）電渦流傳感器是由電流轉(zhuǎn)換實現(xiàn)電量輸出。（2）電渦流傳感器不可以直接測量非金屬物體，這是由于傳感器自身特性決定的。渦流傳感器與被測體共同構(gòu)成傳感器，因此被測體必須是導(dǎo)體。第六章磁電式傳感器（磁電感應(yīng)式、霍爾式、磁敏元件）1．為何說磁電感應(yīng)式傳感器是一種有源傳感器？常用的構(gòu)造形式有哪些？（1）磁電感應(yīng)式運用電磁感應(yīng)原理將運動速度、位移轉(zhuǎn)換成線圈中的感應(yīng)電動勢輸出。工作時不需外加電源，導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運動是會在導(dǎo)體兩端輸出感應(yīng)電動勢。（2）有恒磁通式、變磁通式兩種構(gòu)造形式。2．磁電式傳感器是速度傳感器，它怎樣通過測量電路獲得相對應(yīng)的位移和加速度信號？磁電式傳感器的輸出信號直接經(jīng)主放大器輸出，該信號與速度成正比。前置放大器分別接積分電路或微分電路，接入積分電路時，感應(yīng)電動勢輸出正比于位移信號；接入微分電路時，感應(yīng)電動勢輸出正比于加速度信號。3．什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電勢的大小與方向和哪些原因有關(guān)？霍爾元件不等位電勢產(chǎn)生的原因有哪些？(1)通電的導(dǎo)體（半導(dǎo)體）放在磁場中，電流與磁場垂直，在導(dǎo)體此外兩側(cè)會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。(2)霍爾電勢：，式中v表達電子運動速度，B表達磁場強度，b表達電子流過霍爾元件的寬度；表達敏捷度，I表達流過的電流。(3)霍爾電勢不為零的原因是：=1\*GB3①霍爾引出電極安裝不對稱，不在同一等電位面上；=2\*GB3②鼓勵電極接觸不良，半導(dǎo)體材料不均勻?qū)е码娮杪什痪鶆虻仍颉?．霍爾元件的溫度賠償措施有哪些？霍爾元件的常見應(yīng)用。（1）外界溫度敏感元件進行賠償：兩種連接方式，恒流源鼓勵，恒壓源鼓勵。（2）測位移：極性相反磁極共同作用，形成梯度磁場；磁電編碼器：金屬齒輪計算脈沖數(shù)測轉(zhuǎn)速；測壓力壓差；交流直流鉗形數(shù)字電流表。5．半導(dǎo)體磁敏元件有哪些？它們的電路符號怎樣?它們可以檢測什么物理量？（1）半導(dǎo)體磁敏元件：磁敏電阻，磁敏二極管，磁敏三極管等。（2）1）磁敏電阻與霍爾元件屬同一類，都是磁電轉(zhuǎn)換元件，兩者本質(zhì)不一樣是磁敏電阻沒有判斷極性的能力，只有與輔助材料(磁鋼)并用才具有識別磁極的能力。2）磁敏二極管可用來檢測交直流磁場，尤其是弱磁場?？捎米鳠o觸點開關(guān)、作箱位電流計、對高壓線不停線測電流、小量程高斯計、漏磁儀、磁力探傷儀等設(shè)備裝置。3）磁敏三極管具有很好的磁敏捷度，重要應(yīng)用于①磁場測量，尤其適于10-6T如下的弱磁場測量，不僅可測量磁場的大小，還可測出磁場方向；②電流測量。尤其是大電流不停線地檢測和保護；③制作無觸點開關(guān)和電位器，如計算機無觸點電鍵、機床靠近開關(guān)等；④漏磁探傷及位移、轉(zhuǎn)速、流量、壓力、速度等多種工業(yè)控制中參數(shù)測量。第七章壓電式傳感器1．什么是壓電效應(yīng)？壓電傳感器能否用于靜態(tài)測量？為何？（1）某些晶體，當(dāng)沿著一定方向施加力時，內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，兩個表面會產(chǎn)生符號相反地電荷，外力去掉后又恢復(fù)不帶電狀態(tài)。作用力方向變化電荷極性也變化。（2）壓電式傳感器以電介質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)，外力作用下在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，從而實現(xiàn)非電量測量,是一種經(jīng)典的發(fā)電型傳感器。不合用于測量頻率太低的物理量，更不能測量靜態(tài)量。當(dāng)輸入信號頻率時，電壓放大器輸入信號為零，即;因此壓電傳感器不能測靜態(tài)物理量。2.石英晶體和壓電陶瓷的壓電效應(yīng)有何不一樣之處？比較幾種常用壓電材料的優(yōu)缺陷，說出它們各自合用的場所。（1）石英晶體整體是中性的，受外力作用而變形時沒有體積變形壓電效應(yīng)，但它具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應(yīng)。壓電陶瓷PZT是一種多晶材料，自身并不具有壓電性，必須在一定溫度下極化處理后，才展現(xiàn)壓電特性。（2）石英晶體長處穩(wěn)定性好，工作溫度范圍大，缺陷敏捷度低，難于加工；合用于精度規(guī)定較高，不需要維護的場所。壓電陶瓷長處敏捷度高，缺陷是穩(wěn)定性差，易碎；合用于精度規(guī)定不太高且較易維護的場所。壓電薄膜長處柔性好，便于加工，敏捷度高，缺陷輕易劃破，耐高溫性能差；合用于受力較小且工作溫度不高的場所。3．壓電元件在使用時常采用多片串聯(lián)或并聯(lián)的構(gòu)造形式。試述在不一樣接法下輸出電壓、電荷、電容的關(guān)系，它們分別合用于何種應(yīng)用場所？（1）在壓電式傳感器中，為了提高敏捷度，往往采用多片壓電芯片構(gòu)成一種壓電組件。其中最常用的是兩片構(gòu)造；根據(jù)兩片壓電片的連接關(guān)系，可分為串聯(lián)和并聯(lián)連接。（2）假如按相似極性粘貼，相稱兩個壓電片（電容）串聯(lián)。輸出總電容為單片電容的二分之一，輸出電荷與單片電荷相等，輸出電壓是單片的兩倍；適合測量變化較快且以電壓輸出的場所；若按不一樣極性粘貼，相稱兩個壓電片（電容）并聯(lián)，輸出電容為單電容的兩倍，極板上電荷量是單片的兩倍，但輸出電壓與單片相等，適合測量變化較慢且以電荷輸出的場所。4.壓電傳感器的等效電路怎樣？前置放大器起什么作用？電壓放大器和電荷放大器各有什么特點？（1）等效電路壓電傳感器等效電壓源壓電傳感器等效電荷源（2）前置放大器起放大微弱信號和阻抗變換（將傳感器高阻輸出變換為低阻輸出）的作用。（3）1）電壓放大器：高頻響應(yīng)特性好。一般認(rèn)為當(dāng)ωτ≥3時輸入電壓與信號頻率無關(guān)；低頻響應(yīng)差。從電壓敏捷度Ku可見，連接電纜的分布電容Cc影響傳感器敏捷度，使用時更換電纜就規(guī)定重新標(biāo)定，測量系統(tǒng)對電纜長度變化很敏感，這是電壓放大器的缺陷。2）電荷放大器：為處理電纜分布電容Cc對傳感器敏捷度的影響，和低頻響應(yīng)差的缺陷可采用電荷放大，集成運放構(gòu)成的電荷放大器有很好的性能。電荷放大器的輸出電壓U0只取決于輸入電荷量Q和反饋電容Cf，輸出電壓與電纜電容Cc無關(guān)，與Q成正比，與電容Cf成反比，這是電荷放大器的突出長處。缺陷是電路復(fù)雜、價格昂貴。5．用石英晶體加速度計及電荷放大器測量機器振動，已知，加速度計敏捷度為5pC/g，電荷放大器敏捷度為50mV/pC，最大加速度時輸出幅值2V，試求機器振動加速度。當(dāng)輸出幅值為2V時，機器振動加速度為：6．什么是超聲波？其頻率范圍是多少？頻率在幾十千赫茲到幾十兆赫茲，一種人聽不到的聲波。7.超聲波傳感器的發(fā)射與接受分別運用什么效應(yīng)？常用的超聲波傳感器（探頭）有哪幾種形式？（1）超聲波傳感器重要運用壓電材料（晶體、陶瓷）的壓電效應(yīng)，其中超聲波發(fā)射器運用逆壓電效應(yīng)制成發(fā)射元件，將高頻電振動轉(zhuǎn)換為機械振動產(chǎn)生超聲波；超聲波接受器運用正壓電效應(yīng)制成接受元件，將超聲波機械振動轉(zhuǎn)換為電信號。（2）按工作形式簡樸超聲波傳感器有專用型和兼用型兩種形式，兼用型傳感器是將發(fā)射（TX）和接受（RX）元件制作在一起，器件可同步完畢超聲波的發(fā)射與接受；專用型傳感器的發(fā)送（TX）和接受（RX）器件各自獨立。按構(gòu)造形式有密封性和開放型，超聲波傳感器上一般標(biāo)有中心頻率（23kHz、40kHz、75kHz、200kHz、400kHz），表達傳感器工作頻率。8.簡述超聲波測距的原理。最大測距范圍和測量精度分別由什么決定？（1）超聲波測距是通過定期控制電路、觸發(fā)邏輯電路、放大檢波電路實現(xiàn)脈沖的發(fā)射和接受，運用時鐘脈沖對發(fā)射和接受之間的延遲時間進行計數(shù)，再通過數(shù)據(jù)處理電路將計數(shù)值與每個脈沖的周期相乘得到超聲波的傳播時間，進而根據(jù)超聲波的傳播速度得到被測的距離。（2）根據(jù)被測物體的距離范圍設(shè)定反射脈沖時間間隔，調(diào)整晶振器觸發(fā)時間。測量精度由檢波電路決定。第八章光電傳感器1．什么是外光電效應(yīng)？內(nèi)光電效應(yīng)？（光生伏特效應(yīng)、光電導(dǎo)效應(yīng)）。光電器件中的光照特性、光譜特性分別描述的是光電器件的什么性能？當(dāng)用光照射物體時，物體受到一連串具有能量的光子的轟擊，于是物體材料中的電子吸取光子能量而發(fā)生對應(yīng)的電效應(yīng)（如電阻率變化、發(fā)射電子或產(chǎn)生電動勢等）。這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。（1）當(dāng)光線照在物體上,使物體的電導(dǎo)率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象叫做內(nèi)光電效應(yīng)，內(nèi)光電效應(yīng)又分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。入射光強變化物質(zhì)導(dǎo)電率的物理現(xiàn)象稱光電導(dǎo)效應(yīng)，經(jīng)典的光電器件有光敏電阻；光照時物體中能產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象叫光生伏特效應(yīng)，光電池、光敏晶體管。（2）在光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，經(jīng)典的光電器件有光電管、光電倍增管。（3）光照特性描述光元件的照度與光電流光、電壓的關(guān)系；光譜特性描述光元件的波長與敏捷度的關(guān)系。2．試述光電管、光敏電阻、光敏二極管、光電池的工作原理，各基于哪種光電效應(yīng)?其電路符號怎樣?（1）光敏電阻的工作原理基于光電導(dǎo)效應(yīng)（內(nèi)），玻璃底板上涂一層對光敏感的半導(dǎo)體物質(zhì)，兩端有梳狀金屬電極，然后在半導(dǎo)體上覆蓋一層漆膜或壓入塑料封裝體內(nèi)。光照導(dǎo)電性增長，電阻下降電流增長，光照越強電流越大，無光照恢復(fù)。（2）光敏晶體管工作原理基于光生伏特效應(yīng)（內(nèi)）PN結(jié)，工作時加反向電壓，無光照時處在截止?fàn)顟B(tài)，光強與電流成正比。光敏三極管把二極管產(chǎn)生電流深入放大。（3）光電池工作原理基于光生伏特效應(yīng)（內(nèi)），實質(zhì)是一種大面積的PN結(jié)，上電極為柵狀受光電極，柵狀電極下涂有抗反射膜，用以增長透光減小反射，下電極是一層鋁襯底。光敏電阻光敏晶體管光敏電池3.什么是光敏電阻的亮電阻和暗電阻？暗電阻阻值一般在什么范圍？暗電阻：無光照時的電阻為暗電阻，暗電阻電阻值范圍一般為0.5～200MΩ；亮電阻：受光照時的電阻稱亮電阻，亮電阻的阻值一般為0.5～20KΩ。4.闡明光敏二極管與光電池的構(gòu)造有什么不一樣？它們是怎樣工作的？（1）光電池構(gòu)造：有一種大的PN結(jié)，上電極為柵裝受光電極，下電極是一層鋁襯底，光照時電子空穴對迅速擴散，在PN結(jié)電場作用下產(chǎn)生電動勢。當(dāng)光照射PN結(jié)的一種面時，電子—空穴對迅速擴散，在結(jié)電場作用下建立一種與光照強度有關(guān)的電動勢。一般一般光電池可產(chǎn)生0.2V～0.6V電壓，50mA電流。（2）光敏二極管構(gòu)造：有一種PN結(jié)，并且都是單向?qū)щ姷姆蔷€性元件。為了提高轉(zhuǎn)換效率有大面積受光，P-N結(jié)面積比一般二極管大。光敏二極管在電路中一般處在反向偏置狀態(tài)，無光照時，反向電阻很大，反向電流很??；有光照時，P-N結(jié)處產(chǎn)生光生電子-空穴對；在電場作用下形成光電流，光照越強光電流越大；光電流方向與反向電流一致。5.光電傳感器控制電路如圖所示，試分析電路工作原理：①GP-IS01是什么器件，內(nèi)部由哪兩種器件構(gòu)成？②當(dāng)用物體遮擋光路時，發(fā)光二極管LED有什么變化？③R1是什么電阻，在電路中起到什么作用？假如VD二極管的最大額定電流為60mA，R1應(yīng)當(dāng)怎樣選擇？④假如GP-IS01中的VD二極管反向連接，電路狀態(tài)怎樣？晶體管VT、LED怎樣變化？1）GP-IS01是光電開關(guān)器件，內(nèi)部由發(fā)光二極管和光敏晶體管構(gòu)成；2）當(dāng)用物體遮擋光路時，Vg無光電流，VT截止，發(fā)光二極管LED不發(fā)光；3）R1是限流電阻，在電路中可起到保護發(fā)光二極管VD的作用；假如VD二極管的最大額定電流為60mA，由于RI=（12V-0.7）/0.06=188Ω，RI可選擇不小于或等于200電阻。4）假如GP-IS01中的VD二極管反向連接，VD將不發(fā)光，Vg無光電流，VT截止，發(fā)光二極管LED不發(fā)光；物體遮擋，電路無狀態(tài)變化。第九章新型光電傳感器1．PSD、CCD等英文縮寫是什么傳感器？各有什么用途？（1）PSD光電位置傳感器：用于測量光斑的位置或位置的移動量。（2）電荷耦合器件，又稱CCD圖象傳感器，是一種大規(guī)模集成電路光電器件；電荷耦合器件具有光電轉(zhuǎn)換，信息存儲、轉(zhuǎn)移傳播、處理以及電子快門等功能。2.CCD器件重要由哪兩個部分構(gòu)成？CCD器件可分為哪幾類？（1）CCD基本構(gòu)造分兩部分：MOS光敏元陣列和讀出移位寄存器。（2）根據(jù)相數(shù)不一樣，可將電極構(gòu)造分為二相、三相、四相等類型；根據(jù)電機制造特點，可將電機構(gòu)造分為單層、二層和三層等。3.光纖的構(gòu)造和傳光原理。光纖的性能和分類。（1）重要由三部分構(gòu)成：中心——纖芯；外層——包層；護套——尼龍料。（2）光纖的傳播基于光的全反射原理。當(dāng)光線以不一樣角度入射到光纖端面時，在端面發(fā)生折射后進入光纖；光線在光纖端面入射角θ減小到某一角度θc時，光線所有反射。（3）光纖性能：①數(shù)值孔徑（NA）:表達光纖的集光能力，無論光源的發(fā)射功率有多大，只要在2θc張角之內(nèi)的入射光才能被光纖接受、傳播。若入射角超過這一范圍，光線會進入包層漏光。②光纖模式（V）：指光波沿光纖傳播的途徑和方式，不一樣入射角度光線在界面上反射的次數(shù)不一樣。光波之間的干涉產(chǎn)生的強度分布也不一樣。模式值越大，容許傳播的模式值越多。③傳播損耗（A）：光纖在傳播時，由于材料的吸取、散射和彎曲的輻射損耗影響，不可防止的要有損耗。=4\*GB3④光纖耦合器是實現(xiàn)光信號分路/合路的功能器件。耦合分為強耦合和弱耦合兩種。有拼接式、熔融拉錐式和腐蝕光纖耦合器。傳播損耗分類：1）吸取損耗：物質(zhì)的吸取作用將使傳播的光能變成熱能，導(dǎo)致光能的損失。與構(gòu)成光纖的材料的電子受激躍遷和分子共振有關(guān)。2）散射損耗：由于材料密度的微觀變化，成分起伏，以及在制造光纖過程中產(chǎn)生的構(gòu)造上的不均勻性或缺陷引起的。3）彎曲損耗：光纖彎曲時部分光纖內(nèi)的光會因散射而損失掉，導(dǎo)致?lián)p耗。4.光纖傳感器由哪幾部分構(gòu)成？光纖傳感器可分為哪兩大類？各有何特點？（1）光纖傳感器由（2）光纖傳感器可分為功能型（又稱傳感型）和非功能型（又稱傳光型）兩大類。（3）1）功能型：運用光纖自身對外界被測對象具有敏感能力和檢測功能，光纖不僅起到傳光作用，并且在被測對象作