傳感器與檢測(cè)技術(shù)課后習(xí)題答案

第一章1.什么是傳感器?它由哪幾個(gè)部分組成?分別起到什么作用?解：傳感器是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測(cè)量裝置，能完成檢測(cè)任務(wù)；傳感器由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件，轉(zhuǎn)換電路組成。敏感元件是直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)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.傳感器技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向表現(xiàn)在哪幾個(gè)方面?解：(1)開發(fā)新的敏感、傳感材料：在發(fā)現(xiàn)力、熱、光、磁、氣體等物理量都會(huì)使半導(dǎo)體硅材料的性能改變，從而制成力敏、熱敏、光敏、磁敏和氣敏等敏感元件后，尋找發(fā)現(xiàn)具有新(2)開發(fā)研制新型傳感器及組成新型測(cè)試系統(tǒng)①M(fèi)EMS技術(shù)要求研制微型傳感器。如用于微型偵察機(jī)的CCD傳感器、用于管道爬④研制成分分析用傳感器⑤研制微弱信號(hào)檢測(cè)傳感器(3)研究新一代的智能化傳感器及測(cè)試系統(tǒng)：如電子血壓計(jì)，智能水、電、煤氣、熱量表。它們的特點(diǎn)是傳感器與微型計(jì)算機(jī)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成智能傳感器。系統(tǒng)功能最大程度地用(4)傳感器發(fā)展集成化：固體功能材料的進(jìn)一步開發(fā)和集成技術(shù)的不斷發(fā)展，為傳感器(5)多功能與多參數(shù)傳感器的研究：如同時(shí)檢測(cè)壓力、溫度和液位的傳感器已逐步走向3.傳感器的性能參數(shù)反映了傳感器的什么關(guān)系?靜態(tài)參數(shù)有哪些?各種參數(shù)代表什么意義?動(dòng)態(tài)參數(shù)有那些?應(yīng)如何選擇?解：在生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，要對(duì)各種各樣的參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和控制，就要求傳感器能感受被測(cè)非電量的變化并將其不失真地變換成相應(yīng)的電量，這取決于傳感器的基本特性，即輸出1)傳感器的線性度是指?jìng)鞲衅鞯妮敵雠c輸入之間數(shù)量關(guān)系的線性程度；2)傳感器的靈敏度S是指?jìng)鞲衅鞯妮敵隽吭隽俊鱵與引起輸出量增量△y的輸入量增量△x3)傳感器的遲滯是指?jìng)鞲衅髟谡?輸入量增大)反(輸入量減小)行程期間其輸出-輸入特文檔鑒賞4)傳感器的重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓堪赐环较蜃魅砍踢B續(xù)多次變化時(shí)，所得特性曲5)傳感器的漂移是指在外界的干擾下，輸出量發(fā)生與輸入量無(wú)關(guān)的、不需要的變化。漂移1)瞬態(tài)響應(yīng)特性：傳感器的瞬態(tài)響應(yīng)是時(shí)間響應(yīng)。在研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性時(shí)，有時(shí)需要從時(shí)域中對(duì)傳感器的響應(yīng)和過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行分析。這種分析方法是時(shí)域分析法，傳感器對(duì)所加激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)稱瞬態(tài)響應(yīng)。常用激勵(lì)信號(hào)有階躍函數(shù)、斜坡函數(shù)、脈沖函數(shù)等。2)頻率響應(yīng)特性：傳感器對(duì)正弦輸入信號(hào)的響應(yīng)特性，稱為頻率響應(yīng)特性。頻率響應(yīng)法是從傳感器的頻率特性出發(fā)研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性。為了減小動(dòng)態(tài)誤差和擴(kuò)大頻率響應(yīng)范圍，一般是提高傳感器固有頻率om。4.某位移傳感器，在輸入量變化5mm時(shí)，輸出電壓變化為300mV,求其靈敏度。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)?解：應(yīng)變效應(yīng)，是指在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。壓阻效應(yīng)，是指半導(dǎo)體材料在某一軸向受外力作用時(shí)，其電阻率p發(fā)生變化的現(xiàn)象。橫向效應(yīng)，是指將直的電阻絲繞成敏感柵后，雖然長(zhǎng)度不變，應(yīng)變狀態(tài)相同，但由于應(yīng)變片敏感柵的電阻變化較小，因而其靈敏系數(shù)k較電阻絲的靈敏系數(shù)k小的現(xiàn)象。解：金屬應(yīng)變片由敏感柵、基片、覆蓋層和引線等部分組成。金屬電阻應(yīng)變片的敏感柵有絲式、箔式和薄膜式三種。箔式應(yīng)變片是利用光刻、腐蝕等工藝制成的一種很薄的金屬箔柵，其優(yōu)點(diǎn)是散熱條件好，允許通過(guò)的電流較大，便于批量生產(chǎn)，可制成各種所需的形狀；缺點(diǎn)是電阻分散性大。薄膜式應(yīng)變片是采用真空蒸發(fā)或真空沉淀等方法在薄的絕緣基片上形成允許電流密度大，工作范圍廣。半導(dǎo)體應(yīng)變片是用半導(dǎo)體材料制成的，其工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體應(yīng)變片的突出優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，比金屬絲式應(yīng)變片高50～80倍，尺寸小，橫向效應(yīng)小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。但它有溫度系數(shù)大，應(yīng)變時(shí)非線性比較嚴(yán)重等缺點(diǎn)。3、應(yīng)變片產(chǎn)生溫度誤差的原因及減小或補(bǔ)償溫度誤差的方法是什么?文檔鑒賞(應(yīng)變)=0.0005=5×105、如系題圖1-1所示為等強(qiáng)度梁測(cè)力系統(tǒng)，R,為電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片靈敏 ;第三章解：電渦流的徑向形成范圍大約在傳感器線圈外徑的1.8～2.5倍范圍內(nèi)，且分布h=k√p/(μf),體的平面不應(yīng)小于傳感器線圈外D的2倍，厚度大于2倍貫穿度h時(shí)，傳感器靈敏度幾乎不受影響。第四章1.某電容傳感器(平行極板電容器)的圓形極板半徑r=4(mm),工作初始極板間距離,其中S=πr2(2)根據(jù)公式 5.下圖為變極距型平板電容傳感器的一種測(cè)量電路，其中Cx為傳感器電容，C為固定電容，假設(shè)運(yùn)放增益A=,輸入阻抗Z=～;試推導(dǎo)輸出電壓Uo與極板間距的關(guān)系，并分析其工作特點(diǎn)。I?=I?x兩邊積分得到：第五章文檔鑒賞可表示為第六章文檔鑒賞向加有均勻磁場(chǎng)B=0.3T,傳感器的靈敏度系數(shù)為22V/A.●T,試求其輸出霍爾電勢(shì)及載解：,式中KH=R/d稱為霍爾片的靈,式中令3.磁電式傳感器與電感式傳感器有何不同?解：磁敏式傳感器是通過(guò)磁電作用將被測(cè)量(如振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速等)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳感器。磁電感應(yīng)式傳感器也稱為電動(dòng)式傳感器或感應(yīng)式傳感器。換成線圈自感量L或互感量M的變化，再由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出的裝4.霍爾元件在一定電流的控制下，其霍爾電勢(shì)與哪些因素有關(guān)?解：根據(jù)下面這個(gè)公式可以得到L和寬度b有關(guān)。第七章1.什么是熱電勢(shì)、接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)?解：兩種不同的金屬A和B構(gòu)成的閉合回路，如果將它們的兩個(gè)接點(diǎn)中的一個(gè)進(jìn)行加熱，使其溫度為T,而另一點(diǎn)置于室溫T?中，則在回路中會(huì)產(chǎn)生的電勢(shì)就叫做熱電勢(shì)。由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動(dòng)勢(shì)叫做接觸電勢(shì)。溫差電勢(shì)(又稱湯姆森電勢(shì))是同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種熱電勢(shì)。第八章5.光纖傳感器常用的調(diào)制原理有哪些?解：1)強(qiáng)度調(diào)制原理2)相位調(diào)制原理3)頻率調(diào)制原理4)偏振調(diào)制原理6.紅外線的最大特點(diǎn)是什么?什么是紅外傳感器?解：紅外線的最大特點(diǎn)是具有光熱效應(yīng)，可以輻射熱量，它是光譜中的最大光熱效應(yīng)區(qū)。能將紅外輻射量的變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置稱為紅外探測(cè)器或紅外傳感器。紅外傳感器一般由光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)器、信號(hào)調(diào)理電路及顯示系統(tǒng)等組成。7.光敏電阻、光電池、光敏二極管和光敏三極管在性能上有什么差異，它們分別在什么情況下選用最合適?(1)伏安特性：在一定照度下，流過(guò)光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的電壓的關(guān)系稱為光敏電阻的伏安特性。光敏電阻在一定的電壓范圍內(nèi)，其I-U曲線為直線，說(shuō)明其阻值與入射光量有關(guān)，而與電壓、電流無(wú)關(guān)。在給定的偏壓情況下，光照度越大，光電流也就越大；在一定光照度下，加的電壓越大，光電流越大，沒(méi)有飽和現(xiàn)象。光敏電阻的最高工作電壓是由耗散功率決定的，耗散功率又和面積以及散熱條件等因素有關(guān)。(2)光譜特性：光敏電阻的相對(duì)光敏靈敏度與入射波長(zhǎng)的關(guān)系稱為光譜特性，亦稱為光譜響應(yīng)。光敏電阻的靈敏度是不同的。從圖中可見(jiàn)硫化鎘光敏電阻的區(qū)域，常被用作光度量測(cè)量(照度計(jì))的探頭。而硫化鉛光敏電阻響應(yīng)于近紅外和中紅外區(qū)，(3)光照特性：由于光敏電阻的光照特性呈非線性，因此不宜作為測(cè)量元件，一般在自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用作開關(guān)式光電信號(hào)傳感元件。(4)溫度特性：光敏電阻受溫度的影響較大。當(dāng)溫度升高時(shí)，它的暗電阻和靈敏度都下降。溫度變化影響光敏電阻的光譜響應(yīng)，尤其是響應(yīng)于紅外區(qū)的硫化鉛光敏電阻受溫度影響更(1)光譜特性：一般來(lái)講，鍺管的暗電流較大，因此性能較差，故在可見(jiàn)光或探測(cè)赤熱狀(2)伏安特性：光敏晶體管的光電流比相同管型的二極管大上百倍。(3)溫度特性：從特性曲線可以看出，溫度變化對(duì)光電流影響很小，而對(duì)暗電流影響很大，所以在電子線路中應(yīng)該對(duì)暗電流進(jìn)行溫度補(bǔ)償，否則將會(huì)導(dǎo)致輸出誤差。(1)光譜特性：光電池對(duì)不同波長(zhǎng)的光的靈敏度是不同的。光譜響應(yīng)峰值所對(duì)應(yīng)的入射光(2)光照特性：光電池在不同光照度下，光電流和光生電動(dòng)勢(shì)是不同的，它們之間的關(guān)系就是光照特性。短路電流在很大范圍內(nèi)與光照強(qiáng)度成線性關(guān)系，開路電壓(負(fù)截電阻RL無(wú)限大時(shí))與光照度的關(guān)系是非線性的，并且當(dāng)照度在20001x時(shí)就趨于飽和了。因此光把電池作為測(cè)量元件時(shí)，應(yīng)把它當(dāng)作電流源的形式來(lái)使用，不能用作電壓源。(3)溫度特性：光電池的溫度特性是描述光電池的開路電壓和短路電流隨溫度變化的情況。由于它關(guān)系到應(yīng)用光電池的儀器或設(shè)備的溫度漂移，影響到測(cè)量精度或控制精度等重要指標(biāo)，因此溫度特性是光電池的重要特性之一。開路電壓隨溫度升高路電流隨溫度升高而緩慢增加。由于溫度對(duì)光電池的工作有很大影件應(yīng)用時(shí)，最好能保證溫度恒定或采取溫度補(bǔ)償措施。第九章1.超聲波在介質(zhì)中有哪些傳播特性?解：