上检测与转换技术复习提纲答案完整版1精品版.docx
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上检测与转换技术复习提纲答案完整版1精品版
“检测与转换技术”复习提纲2011—2012
（2）学期
1.现代信息技术的三大支柱是指哪些技术？
一是信息的采集技术（感测技术），二是信息的传输技术（通信技术），第三是信息的处理技术（计算机技术）
2.传感器的定义、敏感器的定义。
传感器是将非电量转换为与之有确定对应关系电量输出的器件或装置，它本质上是非电系统与电系统之间的接口。
敏感器就是把能把能被测非电量转换为可用非电量的器件或装置。
3．物理型传感器分为哪两种？
每一种的意义。
一、结构：
物性型传感器（物理特性变化实现信号转换换）和结构型传感器（结构参数变花实现信号转换）。
二、能量：
能量转换型）和）能量控制型。
三、输出信号：
模拟式和数字式
4．传感器的线性度、灵敏度、分辨率的含义。
线性度：
在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差（ΔYmax）与满量程输出（Y）的百分比，称为线性度（线性度又称为“非线性误差”），该值越小，表明线性特性越好。
r=[ΔYmax/Y（FS）]X100%
灵敏度：
计量仪器的响应变化值除以相应激励变化值。
（灵敏度是传感器对被测量变化的反应能力，是传感器的基本指标。
）K=Δy/Δx（特性曲线的斜率）
分辨率：
指传感器可感受到的被测量的最小变化的能力。
第3章阻抗（电阻、电容、电感）的测量
5.恒压源供电直流不平衡电桥的分类、连接、特点及输出电压计算方法。
分类
连接
特点
输出电压计算方法
电桥单臂变化（单臂等臂电桥）
1、单臂电桥灵敏度最低。
2、存在线性误差
电桥相对两臂同向变化
电阻增量正负号相同，可以使输出电压Uo成倍地增大。
电桥相邻两臂反向变化（半差动等臂电桥）
电阻增量正负号相反，可以使输出电压Uo成倍地增大。
采用差动电桥可消除差非线性误差非。
电桥四臂差动工作（全差动等臂电桥）
电桥四臂差动工作方式的灵敏度最高，采用差动电桥，可以使输出电压Uo成倍地增大。
（还能实现温度自补偿。
）可以减小和消除非线性
6.交流不平衡电桥的特点、分类和计算，电阻平衡臂，变压器电桥
分类
计算，特点
电阻平衡臂交流电桥
变压器电桥
阻抗—电压转换方法，P38①欧姆法②比例运放法③差动脉冲调宽法
第4章阻抗型传感器
7.电阻式应变传感器的原理及组成
应变电阻效应；基本组成部件包括：
应变片、测量电路、弹性敏感元件及一此附体。
8.什么是应变电阻效应？
P47
导体或半导体材料在受到外力作用时产生机械性变，时机械变形导致形其阻值变化，这种因形变而使变其阻值变化的现象称为“应变电阻效应”。
9.怎样连接应变电桥，能够减小温度变化影响和非线性误差？
（差动电桥连接方式）
将四个电阻应变片传感器组成全差动等臂电桥电路连接方法。
PPt第4章1P20书本P50
10.压阻式传感器的原理（压阻效应）和特点（优缺点），P54
压阻效应：
半导体材料当受到应力作用时，其电阻率会发生变化的现象。
特点：
（1）优点：
灵敏度高、分辨力高、传感器面积小、频率响应高、可测低频和直线加速度；
（2）缺点：
温度误差大，当温度升高时，压阻系数变小，传感器灵敏度降低。
需采用温度补偿电路或在恒温的条件下使用。
11.金属热电阻传感器的原理，铂电阻的特点。
金属热电阻传感器：
金属材料的电阻率随温度变化。
铂电阻的特点：
物理化学性能极为稳定，良好的工艺性，易于提纯，缺点是电阻温度系数较小
12.热敏电阻有哪几种类型？
他们的特点和用途。
P56
类型：
正温度系数热敏电阻PTC,CTC临界温度系数热敏电阻,NTC负温度系数热敏电阻;
特点用途：
由于PTC和系CTC在一定温度范围内，阻值将随温度而剧烈变化，因此可用作开关元件。
NTC电阻温度系数大，灵敏度高，大约是金属热电阻的10倍。
结构简单、体积小，可测量点温度，电阻率高，热惯性小，适合动态测量。
用于温度测量。
13.采取什么方法对NTC热敏电阻进行线性化处理？
P57
并联一个温度系数很小的固定电阻，使等效电阻与温度的关系在一定的温度范围内线性特征明显
14.热敏电阻组成的温度控制器电路和工作原理。
热敏电阻是正温度系数热敏电阻，应安装在恒温控制室内，当实际温度比设定温度低时，RT阻值较小，V1的be间电压大于三极管导通电压，V1导通，V2也导通，继电器工作，常开触点K闭合，电热丝通电加热;当实际温度比设定温度高时，RT阻值较大，V1的be间电压降低，使V1截止，导致V2也截止，继电器不工作，常开触点K断开，电热丝断电停止加热。
RP作用是调节设定温度。
（继电器也可用J表示）下图光电二极管控制路灯电路。
15.气敏电阻的原理，（工作原理）P58页
气敏电阻是利用半导体与气体接触而电阻发生变化的效应制成的气敏元件。
16.气敏电阻的加热器作用
以便烧掉附着在探测部位处的油雾、尘埃、同时加速气体的吸附，从而提高元件的灵敏度和响应速度，对多种可燃性气体敏感。
一般将元件加热到200-400度。
17.气敏电阻组成家用燃气泄漏、酒精气体报警器电路和工作原理（参考教材P232,P233第6题）
18.电容式传感器的原理和分类C=Εs/d，E（介电常数）P62
原理：
以电容器为敏感元件，将被测量变化转换为电容量变化的传感器称为电容式传感器。
分类：
变极距型，变面积，变介质
19.电容式传感器的接口电路选择，P64
差动式电容传感器
20.自感式传感器的原理和分类
原理：
（可变气隙的铁心线圈）由线圈、铁心、衔铁组成；当衔铁随被测量变化而移动时，铁心与衔铁之间的气隙磁阻随之变化，引起线圈的自感反生变化。
分类：
变气隙式，变面积式，螺管式
21.互感式传感器的原理和分类，P69分类同上
原理：
由线圈、铁心、衔铁组成；初级线圈接入交流激励电压，次级线圈感应产生输出电压。
被测量使衔铁移动，引起初次级线圈间的互感变化，输出电压因而也相应变化，次级线圈有两个且按差动式方式连接
分类:
变气隙式，变面积式，螺管式
22.什么是电涡流效应？
P75
金属板置于激励线圈产生的交变磁场中，会产生感应电流i1，这种电流在金属体内是闭合的曲线，类似水涡形状。
23.电涡流传感器的原理、分类和特点，P75两种
原理：
电涡流效应
分类：
反射式、透射式
特点：
反射式涡流传感器：
位移测量；透射式涡流传感器应用：
测量金属板的厚度。
第5章电压型传感器
24.磁电式传感器的原理特点和用途
原理：
利用电磁感应原理将运动速度转变成感应电势输出的传感器。
特点：
不需要电源，是有源传感器；输出功率较大性能稳定，具有一定的工作宽带
用途：
测速
25.什么是压电效应、逆压电效应？
正压电效应：
某些电介质，在一定方向受到外力作用时，内部将产生极化现象，相应地在晶体的两个表面产生符号相反的电荷；当外力作用除去时，又恢复到不带电状态。
当作用力方向改变时，电荷极性也随之变化。
逆压电效应：
当在电介质的极化方向施加电场时，电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形也随之消失。
（电致伸缩效应）
26.压电元件的等效电路，压电元件接口电路有哪两种？
电压放大器和电荷放大器。
27.压电传感器应用在哪些方面？
PPt第5章电压型传感器2（压电式）P32
压电式传感器可用于力、压力、速度、加速度、振动等许多非电量的测量，可做成力传感器、压力传感器、振动传感器等等。
28.热电偶传感器的原理和基本定律及计算，P90
原理（热电效应）：
两种不同导体（或半导体）两端分别焊接在一起，形成闭合回路，当两个接点处于不同温度时，回路产生电动势，形成电流。
基本定律及计算：
29.什么是光电效应？
光电效应有哪几种？
红限频率意义P95
光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，也就是光能量转换成电能。
这类光致电变的现象被人们统称为光电效应。
外光电效应：
在光照作用下,物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。
光导效应（内光电）：
大多数高电阻率半导体，受光照射吸收光子能量后，产生电阻率降低易于导电现象。
光生伏特效应:
光照射到光敏材料制成的PN结两端,光生电子和空穴分开而产生电位差的现象。
红限频率：
能使光电材料产生光电子发射的光的最低频率和为红限频率。
fo=A/h。
不同的物质具有不同的红限频率。
当入射光的频率低于红限频率时，无论入射光多强，照射时间多久，都不能激发出光子；当入射光频率高于红限频率时，不管它多么微弱，也会使被照射的物体激发电子。
30.光敏传感器的光照特性、光谱特性、伏安特性、频率特性、温度特性含义
光照特性：
电压一定，I=F（E），E是照度；
光谱特性：
电压一定，波长一定的单色光，入射功率相同，I=F（入）；
伏安特性：
光通量或照度一定，I=F（U）;
频率特性:
U和E一定，当入射光强以不同的正弦变频调制时，I或S（灵敏度）随着调制频率f的变化，I=F1（f），或S=F2（f）；
温度特性：
温度变化后，电子热运动也随之变化，由此引起光电元件的光学、电学性质也发生变化。
31.光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池原理和特点P95
有理数的加减混合运算光电管：
外光电效应。
真空和充气，真空：
温度影响小和灵敏度稳定的场合，充气：
光电流增加，灵敏度增加，光电流与入射光强不成比例关系，稳定性较差温度影响大，容易衰老。
光电倍增管：
外光电效应。
能将微小的光电流放大，适合测量微弱的光，用于测量仪器。
光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管：
光导效应。
光敏电阻：
灵敏度高，体积小，重量轻，性能稳定，价格便宜；光敏二极管、光敏三极管：
保持光源与光敏管的合适位置，使入射光恰好聚焦在管芯所在的位置，灵敏度大，为避免其改变，必须保持光源与光敏管的相对位置不变。
光电池：
光生伏特效应；直接将光能转换为电动势的光电器件。
32.由光敏传感器组成路灯自动控制电路和工作原理，
图中有自然光照射光敏二极管时，光敏二极管电流增加，使A点电位升高，V1、V2均导
机器人教学存在的问题通，继电器K工作，常闭触点断开，路灯熄灭；没有自然光照射光敏二极管时，光敏二极管电流减少，使A点电位降低，V1、V2均截止，继电器K不工作，常闭触点闭合，路灯通电发光。
（光敏二极管应安装在路灯灯光不能照到地方，继电器也可用J表示）
有趣的线造型美术教案33.光电传感器的基本应用类型有哪五种及原理？
P103
有趣的线造型美术教案透射式、反射式、辐射式、遮挡式、开关式。
改革开放的历史性标志是（）。
34.什么是霍尔效应？
景山学校通州校区施工情况半导体，薄片置于磁场中，当有电流流过时，在与磁场和电流都垂直的方向上将产生电动势，这种现象为霍尔效应。
教师名言35.霍尔集成电路元件的分类、特性和用途，
数学专业论文选题用途：
它可以直接测量磁场及微位移量，也可以间接测量液位、压力等工业生产过程参数。
霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。
线性型集成电路：
将霍尔元件和恒流源、线性差动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直接使用霍尔元件方便得多。
期中质量检测分析开关型霍尔集成电路：
将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、OC门（集电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。
当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC门由高阻态变为导通状态，输出变为低电平；当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变为高阻态，输出高电平。
36.霍尔元件的符号（看书P105）、基本测量电路，输出霍尔电势与哪些因素有关？
位移x的大小,提高磁场强度B和增大激励电流I，也可获得较大的霍尔电势。
智慧树材料与社会答案第6章半导体传感器
37.热敏二极管、热敏三极
管传感器的原理和特点、测量温度范围。
二极管：
当正向电流恒定时，在一定温度范围内，PN结的正向电压随温度增加而线性减少的原理。
特点：
输出特性成线性，测温精度高。
范围：
-50~+1500C。
在0~250范围内，温度升高1摄氏度，正向电压降低2mV
三极管：
晶体管发射结有更好线性和互换性，常把晶体管的基极、集电极短接作温度传感器。
发射结的正向压降随温度上升而近似线性下降。
范围：
约-2mV/度，测温范围-50----+150度。
35.霍尔集成电路元件的分类（开并型集成霍尔传感器、线性集成霍尔传感器）、特性和用途。
38.集成温度传感器（测温范围-50~+1500C）的特点和分类，P120
原理：
将PN结及辅助电路集成在同一芯片上的半导体温度传感器。
特点:
线性度好,体积小,稳定性好,输出信号大,后续电路简单。
分类：
电压输出型、电流输出型（最宽-55~+150度）、数字输出型（最宽-55~+150度）。
第7章数字式传感器（不考）
39.编码器的原理与转角计算P124（转角计算看书）
是直接将角位移或线位移转换为二元码的数字式传感器。
码盘式编码器也称为绝对编码器，它将角度或直线坐标转换为数字编码。
40.光栅原理与莫尔条纹的主要特性
光栅原理：
上面有很多等节距的刻线均匀相间排列的光器件（在镀膜玻璃上均匀刻制许多有明暗相间、等间距分布的细小条纹（又称为刻线），这就是光栅。
）主要用于线位移和角位移的测量。
还可以扩展到速度、加速度、振动、质量和表面轮廓等方面。
“莫尔条纹”：
当指示光栅和标尺光栅的线纹相交一个微小的夹角时，由于挡光效应，在与光栅线纹大致垂直的方向上（两线纹夹角的等分线上）产生出亮、暗相间的条纹。
主要特性：
移动方向、移动距离、平均效应
41.感应同步器的原理。
定尺或滑尺其中一种绕组上通以交流激励电压，由于电磁耦合，在另一种绕组上就产生感应电动势，该电动势随定尺与滑尺的相对位置不同呈正弦、余弦函数变化。
再通过对此信号的处理，便可测量出直线位移量。
第8章新型传感器
42.CCD器件的工作原理。
CCD是一种半导体器件，由若干个电荷耦合单元组成。
CCD的最小单元是在P型（或N型）硅衬底上生长一层SiO2，再在SiO2层上依次沉积金属或掺杂多晶硅电极而构成金属-氧化物-半导体的光敏元。
当栅极加正电压时，空穴被排斥，电子被半导体吸引，表面形成耗尽层，叫表面势阱，当光照射半导体时，若光子能量大于半导体禁带宽度，半导体内产生光生载流子，在栅极电压作用下，电子被势阱吸收，势阱内吸收的光生电子数与入射光强成正比，实现光信号与电信号转换。
38.数码相机拍摄景物的工作过程。
P152最后一段
43.热释电探测器的工作原理和特点。
热释电效应：
热释电晶体受热时，在两电极表面将产生数量相等，符号相反的电荷，两电极间就出现了一个与温度变化速率成正比的电压。
特点：
热释电传感器产生信号的强弱取决于晶体片温度变化的快慢，即正比于入射光红外辐射变化的速率。
响应速度比其他热探测器快得多，即工作于低频，也工作于高频。
第10章机械量电测法P190
40.等截面梁与等强度梁（力敏感器）的特点及应变计算方法。
41.使用电阻应变片传感器和等强度梁组成电子秤的方法及全差动等臂电桥输出电压计算。
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