傳感器技術及應用期末復習資料

-.z.一、判斷題〔10分，每題2分〕1、傳送帶上塑料零件的計數(shù)通常選用電渦流傳感器。〔×〕2、變壓器電橋電路適合應用于單只變極距型電容器，可以克制它的非線性〔×〕。3、二階傳感器的動態(tài)參數(shù)主要是時間常數(shù)?！病痢?、壓電式傳感器通常應用于靜態(tài)測量?！病痢?、并聯(lián)寄生電容使電感傳感器的有效電感增加，引起靈敏度提高?！病獭扯?、選擇題(10分，每題2分)1、在以下幾種傳感器當中C屬于自源電型傳感器。A、電容式B、電阻式C、磁電式D、電感式2、當石英晶體受壓時，電荷產(chǎn)生在垂直于B軸的晶面上。A、ZB、*C、YD、*、Y、Z3、減小霍爾元件的輸出不等位電勢的方法是C。A、減小鼓勵電流B、減小磁感應強度C、使用電橋調(diào)零電位器4、將機械振動轉換成電信號是利用壓電材料的C。A、應變效應B、電渦流效應C、壓電效應D、逆壓電效應5、電容傳感器的輸入被測量與輸出被測量間的關系，除B外是線性的。A、變面積型B、變極距型C、變介電常數(shù)型三、填空〔此題共20分，每空2分〕1、傳感器由敏感元件、轉換元件、測量電路三局部組成。2、在石英晶片的機械軸上施加力,其電荷產(chǎn)生在與*垂直的晶面。3、霍爾元件采用恒流源鼓勵是為了減小溫漂。4、壓電材料在使用中一般是兩片以上，在以電荷作為輸出的地方一般是壓電元件并聯(lián)起來，而當以電壓作為輸出的時候則一般是把壓電元件串聯(lián)起來。5、金屬電阻的應變電阻效應是金屬電阻應變片工作的物理根底。6、傳感器的重復性是指傳感器在同一工作條件下，輸入量按同一方向做全量程連續(xù)屢次變動時，所得特性曲線間一致程度的指標。7、磁電式傳感器用作慣性傳感器，需滿足的條件是質(zhì)量塊m較大，彈簧彈性系數(shù)k較小，被測物體振動頻率足夠高。四證明題〔此題共10分〕如下圖電路是電阻應變儀中所用的不平衡電橋的簡化電路，圖中R2=R3=R是固定電阻，R1與R4是電阻應變片，工作時R1受拉，R4受壓，ΔR變化相等，橋路處于平衡狀態(tài)，當應變片受力發(fā)生應變時，橋路失去平衡，這時，就用橋路輸出電壓Ucd表示應變片變后電阻值的變化量。試證明：Ucd=-〔E/2〕(ΔR/R)。答：工作時R1受拉，R4受壓，ΔR變化相等，橋路處于平衡狀態(tài)，則R1*R3=R4*R2略去和它的二次項,即可得五論述題〔此題共20分〕1.論述相敏檢波電路用于差動變壓器的測量電路時的工作原理。移相器的作用：使er和es保持同相或反相，且滿足er>>es。R1=R2，C1=C2。當銜鐵處于中間位置時，es=0，只有er起作用。假設er正半周，A+，B-，則D1、D2導通，D4、D3截止，流過R1,R2上的電流分別為i1,i2，其電壓降UCB與UDB大小相等方向相反，所以UCD＝0。假設er負半周，則D4、D3導通，D1、D2截止，流過R1,R2上的電流分別為i3,i4，其電壓降UCB與UDB大小相等方向相反，所以UCD＝0。假設銜鐵上移，es≠0，此時er和es同相，由于er>>es，當er正半周，D1、D2導通，D4、D3截止，D1回路的電勢為er+es/2,D2回路的電勢為er-es/2。所以，回路電流i1〉i2,UCD〉0。當er負半周，D4、D3導通，D1、D2截止，D3回路的電勢為er-es/2，D4回路的電勢為er+es/2，回路電流i4〉i3,UCD〉0。假設銜鐵下移，es≠0，er和es反相，UCD<0輸出信號的正負代表了銜鐵位移的方向。2.推導出二階傳感系統(tǒng)在"頻域最正確阻尼比系數(shù)〞下的諧振頻率ωr.答：由歸一化的幅值增益A〔w〕=1/當A〔w〕對w求導時，如果出現(xiàn)等于0的情況，則此時出現(xiàn)峰值，出現(xiàn)的頻率則為諧振頻率，由dA〔w〕/dw=0求得wr=3.什么是諧振子的機械品質(zhì)因數(shù)Q"它對諧振系統(tǒng)的測量有什么影響"解：實際系統(tǒng)的諧振頻率與系統(tǒng)的固有頻率存在一定的差異，為了描述諧振狀態(tài)的優(yōu)劣程度，引入諧振子的機械品質(zhì)因素Q值，Q值反映了諧振子振動中阻尼比系數(shù)的大小及消耗能量快慢的程度，也反映了幅頻特性曲線陡峭程度，即諧振敏感元件選頻能力的強弱，從系統(tǒng)振動能量來說，Q值越高說明相對于給定的諧振子每周存儲的能量而言，由阻尼等消耗的能量就越小，系統(tǒng)的儲能效率就越高，系統(tǒng)抗干擾能力越強；同時Q值越高，說明諧振子的諧振頻率與系統(tǒng)的固有頻率就越接近，系統(tǒng)的選頻特性就越好，越容易檢測到系統(tǒng)的諧振頻率，同時系統(tǒng)的振動頻率就越穩(wěn)定，重復性就越好。4.簡述二階測試系統(tǒng)的〞時域最正確阻尼比系數(shù)〞和〞頻域最正確阻尼比系數(shù)〞的物理意義.答：根據(jù)所允許的相對誤差σt確定系統(tǒng)的超調(diào)量σp的原則來選擇阻尼比系數(shù)ξn，這時的阻尼比系數(shù)就為時域最正確阻尼比系數(shù)。對于一樣的允許誤差σF，必定有一個使二階傳感器獲得最大工作頻帶的阻尼比系數(shù)，稱之為頻域最正確阻尼比系數(shù)。六計算題〔共30分〕1〔共10分〕有個傳感器測量系統(tǒng)，其動態(tài)特性可以分別用下面微分方程描述，試求這兩個系統(tǒng)的時間常數(shù)和靜態(tài)靈敏度K?！?〕式中,y——輸出電壓，V；T——輸入溫度，℃。〔4分〕解：時間常數(shù)=a1/a0=30/3=10〔S〕;靜態(tài)靈敏度K=b0/a0=(1.5*10^-5)/3=5*10-6〔V/℃〕〔2〕*一壓電式加速度傳感器的動態(tài)特性可以用如下的微分方程來描述，即式中，y——輸出電荷量，pC；*——輸入加速度，m/s2。試求其固有振蕩頻率n和阻尼比?！?分〕解：由題給微分方程可得：2一只傳感器測得的數(shù)據(jù)如下，根據(jù)這些數(shù)據(jù)求端點法的擬合直線，并求其線性度?！?0分〕*0.92.53.34.55.76.7y1.11.62.63.24.05.0解：設直線方程為:兩點法確定擬合直線方程y=0.672*+0.495則滿量程輸出為：直線擬合值：Y1.09982.1752.71263.5194.32544.9974非線性誤差-0.099990.5750.11260.3190.32540.0026線性度：ΔLma*=0.575;Yes=3.8976;所以eL=0.575/3.8976*100%=14.75%;3.〔共10分〕有一臺變間隙非接觸式電容測微儀，其傳感器的極板半徑r=4mm，假設與被測工件的初始間隙d0=0.3mm。試求：(1)如果傳感器與工件的間隙變化量△d=±10μm，電容變化量為多少"〔5分〕(2)如果測量電路的靈敏度足Ku=100mV/pF，則在△d=±1μm時的輸出電壓為多少"(5分)由，則當Δd=±10um時(2)當Δd=±1μm時由Ku=100mV/pF=U0/ΔC，則U0=KuΔC=100mV/pF×(±0.0049pF)=±0.49mV2如下圖的差動電感式傳感器的橋式測量電路，L1、L2為傳感器的兩差動電感線圈的電感，其初始值均為L0。R1、R2為標準電阻，u為電源電壓。試寫出輸出電壓u0與傳感器電感變化量△L間的關系。解：當且時，有：3如習題圖3所示氣隙型電感傳感器，銜鐵截面積S=4×4mm2，氣隙總長度δ=0.8mm，銜鐵最大位移△δ=±0.08mm，鼓勵線圈匝數(shù)W=2500匝，導線直徑d=0.06mm，電阻率ρ=1.75×10-6，當鼓勵電源頻率f=4000Hz時，忽略漏磁及鐵損，求：(1)線圈電感值；(2)電感的最大變化量；(3)線圈的直流電阻值；(4)線圈的品質(zhì)因數(shù)；(5)當線圈存在200pF分布電容與之并聯(lián)后其等效電感值。圖3解:(1)〔2〕線圈邊長a=4+0.03=4.03mm〔4〕4壓電式加速度傳感器的阻尼比ζ=0.1，其無阻尼固有頻率f0=32kHz，假設要求傳感器的輸出幅值誤差在5％以。問：根據(jù)此條件得出的響應頻率是傳感器的最高響應頻率還是最低響應頻率？并確定該響應頻率。解：這是傳感器的最高響應頻率。3對圖二所示的變間隙差動電容傳感器構造，討論溫度變化對構造穩(wěn)定性的影響。圖二變間隙電容差動構造只有溫度變化時:溫度變化和動極板向上運動同時發(fā)生時:2.*傳感器的輸出/輸入數(shù)據(jù)如下表所示,試用平移端基直線法求線性度.*123456y2.024.005.987.91