最新感测技术复习汇总.docx

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最新感测技术复习汇总

一、选择填空：

1.变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（A）

A.增加B.减小C.不变

2.电容传感器的输入被测量与输出量间的关系，除（B）外是线性的。

A变面积型B变极距型C变介电常数型

3.测量微位移工作台的位移量（行程200μm，分辨力1μm），可选用：

（C）

A.应变传感器B.电感传感器C.电容传感器

4.差动变压器一般具有几个线圈：

（C）

A.1个线圈B.2个线圈C.3个线圈

5.测量微位移工作台的位移量（行程200μm，分辨力1μm），可选用：

（C）

A.应变传感器B.电感传感器C.电容传感器

6.测量油库储油罐内油的液位高度，适于采用：

（B）

A电阻应变传感器B电容液位传感器C磁电液位开关

7.电容式液位传感器属于下列那一种型式：

（C）

A变极距型B变面积型C变介质型

8.对生产流水线上的塑料零件进行自动计数，可采用的传感器为：

（）

A光电传感器B霍尔传感器C电容传感器

9.（ A ）传感器属于无源型传感器。

A．压电式                 B．霍尔式                 C．电感式                D．电容式

10.电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化为（ C   ）的输出。

A．电阻                    B．电容                    C．电压                   D．电荷

11.半导体应变片具有（ A   ）等优点。

A．灵敏度高       B．温度稳定性好        C．参数一致性高             D．接口电路简单

12.当半导体材料某一轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象，称（ B   ）

A.光电效应                B.压阻效应                C.压电效应               D.霍尔效

13.导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值发生相应变化的现象，称（ A   ）

A.应变效应                    B.光电效应                C.压电效应               D.霍尔效应

14.差动变压器式传感器可测出微小位移，如想分辨出位移的方向，则应在电路中加（ C   ）电路。

A.调频电路         B.放大电路         C.相敏检波电路     D.交流电桥

15.电感式和电容式传感器采用差动连接的目的是（ D   ）。

A．改善回程误差       B．提高固有频率       C．提高精度              D．提高灵敏度

16.2:

电容传感器做成差动式之后，灵敏度

（1），而且非线性误差

（2）。

（ B  ）

A.1提高，2增大        B.1提高，2减小        C.1降低，2增大        D.1降低，2减小

17.光敏电阻受到一定波长范围的光照时,阻值（亮电阻）急剧

（1），电路中电流迅速

（2）。

（  C    ）。

A.1增大，2减小    B.1增大，2增大    C.1减小，2增大    D.1减小，2减小

18.电涡流式传感器激磁线圈的电源是（C）。

A直流B工频交流C高频交流D低频交流

19.传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的（D）

A.线性度越好B.迟滞越小C.重复性越好D.分辨力越高

20.封装在光电隔离耦合器内部的是（D）

A.两个发光二极管B.一个光敏二极管和一个光敏三极管

C.两个光敏二极管D.一个发光二极管和一个光敏三极管

21.电涡流接近开关可以利用电涡流原理检测出（C）的靠近程度。

A.人体B.水C.金属零件D.塑料零件

22.在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中（B）

A.电容和电感均为变量B.电容是变量，电感保持不变

C.电容保持常数，电感为变量D.电容和电感均保持不变

23.使用压电陶瓷制作的力或压力传感器可测量（C）

A.人的体重B.车刀的压紧力

C.车刀在切削时感受到的切削力的变化量D.自来水管中的水的压力

24.将电阻应变片贴在（C）上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。

A.质量块B.导体C.弹性元件D.机器组件

25.通常用差动变压器传感器测量（A）。

A．位移B．振动C．加速度D．厚度

二、填空

1.霍尔集成电路按输出信号的类型不同，可分为（模拟信号）和（开关信号）两类。

2.块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭合的电流，利用该原理制作的传感器称（电涡流）传感器；这种传感器只能测量（金属）物体。

3.电涡流传感器的线圈与被测物体的距离减少时，互感系数M将（增大）。

4.利用电涡流位移传感器测量转速时，被测轴齿盘的材料必须是（金属材料）。

5.利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量等转换成线圈的（自感）或互感量的变化，这种装置称为（电感式）传感器。

6.传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出（的电参数）与输入（的非电量的物理量之间）的比值。

对线性传感器来说，其灵敏度是（一个常数）。

7、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称（应变）效应；直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度K下降了，这种现象称为（横向）效应。

8、螺线管式差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上差动变压器输出电压（不为零），我们把这个不为零的电压称为（零点残余电压）电压；利用差动变压器测量位移时如果要求区别位移方向（或正负）可采用（相敏检波）电路。

9、传感器的输入输出特性指标可分为（静态）和动态指标两大类，线性度和灵敏度是传感器的（静态）指标，而频率响应特性是传感器的（动态）指标。

10、采用（交流）电源供电的电桥称为交流电桥。

11、采用（直流）电源供电的电桥称为直流电桥。

三、判断对错（正确：

√，错误：

×）

1.接触式传感器将会产生测量力，从而带来测量误差，影响测量精度。

（×）

2.半导体应变传感器的灵敏度远远高于金属应变传感器，主要是因为半导体材料的压阻效应占主要地位。

（√）

3.用于测量金属板材厚度的电涡流传感器，常采用两个测头和较高的激励频率，以便满足大多数板材厚度的测量需求。

（√）

4.电荷放大器是将传感器输出的电荷进行放大的前置放大器，由于它可以使用较长的电缆并不受分布电容的影响，因而收到欢迎。

（×）

5.压电式力传感器既可以测量静态力，也可以测量动态力。

（×）

6.热敏电阻的电阻值将随着温度的升高而下降。

（×）

7.由于光敏电阻的光照特性是非线性的，因此不宜用作精密测量元件。

（√）

8.由于光电池的开路输出电压与光强成正比，因此可以用于测量光强。

（×）

9.电感式位移传感器由于属于接触式测量，所以不适于高频动态位移的测量。

（×）

10.调频式电感传感器转换电路由于输出信号是脉冲信号，因此抗干扰能力强，易于数字化和远距离传输信号。

（√）

11.如果电容传感器的电缆丢失了，更换另一个电缆后，可以不必对测量系统重新进行标定，也可直接使用。

（×）

12.由于光敏电阻的光照特性是非线性的，因此不宜用作测量元件。

但由于光敏电阻的响应时间很短，因此可以用作高速光电开关。

（√）

13.迟滞（或称迟环）特性表明传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间输出和输入特性曲线不重合的程度。

（√）

14.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号（×）

15.电子秤所使用的测力装置是力传感器（√）

四、简答题：

1、传感器的定义？

能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用的输出电信号的器件或装置。

2、传感器由哪几部分组成？

各部分的作用？

传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。

敏感元件：

它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一种量的元件。

转换元件：

敏感元件的输出量就是转换元件的输入量，转换元件把输入量转换成电路参量。

转换电路：

把转换元件的输出电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。

3、用什么来描述传感器的基本特性？

用动态特性和静态特性来描述传感器的基本特性。

4、什么是传感器静态特性？

传感器静态特性的主要技术指标有哪些？

传感器的静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。

静态特性的主要技术指标有线性度、灵敏度、迟滞性、重复性、分辨率、漂移等。

5、什么是传感器动态特性？

动态特性是指检测系统的输入为随时间变化的信号时，系统的输出与输入之间的关系。

主要动态特性的性能指标有时域单位阶跃响应性能指标和频域频率特性性能指标

6、什么是传感器的标定？

传感器的标定是指在明确传感器的输出与输入关系的前提下，利用某种标准器具对传感器进行标度。

7、传感器的标定分为几种？

分为动态标定和静态标定两种。

8、什么是应变效应？

导体或半导体材料在受到外界力（拉力或压力）作用时，将产生机械变形，机械变形会导致其阻值变化，这种因形变而使其阻值变化的现象成为“应变效应”。

9、电阻应变片的测量电路有哪些？

各有何特点？

请画出相应电路示意图？

电阻应变片的测量电路分直流电桥和交流电桥两种电路，其中直流电桥电路又分为单臂电桥、差动半桥和差动全桥电路。

单臂电桥：

，有温漂。

差动半桥：

，有温度补偿作用。

差动全桥：

，有温度补偿作用。

电路略：

10、什么是正压电效应？

某些电介质物质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面上产生电荷；当外力去掉后，又重新回到不带电的状态，这种将机械能转变为电能的现象称为“正压电效应”。

11、什么是逆压电效应？

在电介质的极化方向上施加电场，它会产生机械变形，当去掉外加电场时，电介质的变形随之消失。

这种将电能转化为机械能的现象称为“逆压电效应”

12、举例说明“正压电效应”和“逆压电效应”在实际中的应用？

13、压电传感器的前置放大器电路形式主要有哪两种？

一种是电压放大器，其输出电压与输入电压（传感器的输出电压）成正比；另一种是电荷放大器，其输出电压与输入电荷成正比。

电荷放大器是一个高增益，带电容反馈的运算放大器。

14、测量的定义？

测量是以确定被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。

所以,测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数。

15、什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？

答：

绝对误差是测量结果与真值之差，即:

绝对误差=测量值—真值

相对误差是绝对误差与被测量真值之比，常用绝对误差与测量值之比,以百分数表示，

即：

相对误差=绝对误差/测量值×100%

引用误差是绝对误差与量程之比,以百分数表示，即:

  引用误差=绝对误差/量程×100%

16、什么是直流电桥？

若按桥臂工作方式不同，可分为哪几种？

各自的输出电压如何计算？

答：

如图所示电路为电桥电路。

若电桥电路的工作电源E为直流电源，则该电桥称为直流电桥。

按应变所在电桥不同的工作桥臂，电桥可分为：

1单臂电桥电路，R1为电阻应变片，R2、R3、R4为电桥固定电阻。

其输出电压为

。

2差动半桥电路，R1、R2为两个所受应变方向相反的应变片，R3、R4为电桥固定电阻。

其输出电压为：

。

⑶差动全桥电路，R1、R2、R3、R4均为电阻应变片，且相邻两桥臂应变片所受应变方向相反。

其输出电压为：

。

17、电容式传感器有几种基本类型？

各有什么特点？

电容式传感器可以有三种基本类型

即变极距或变间隙

型、（用来测量微小变化量）

变面积（S）型、（可测量范围较大的线位移和角位移）

变介电常数

型。

（用来测量电介质，位移，液位，根据极间介质的介电常数随温度和湿度改变而变化测量温度和湿度）

18、电感式传感器有几种类型？

有三种，即自感式，差动变压器式，电涡流式传

19、简述电阻应变片式传感器的工作原理？

电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。

20、直流电桥和交流电桥有何区别？

根据电源不同分为直流和交流电桥。

直流电桥优点：

高稳定度直流电源容易获得，电桥平衡电路简单，传感器至测量仪表的连接导线分布参数影响小。

但是后续要采用直流放大器，容易产生零点漂移，线路也较复杂。

交流电桥在这些方面都有改进。

它们的区别主要是直流电桥用直流电源，只适用于直流元件，如电阻应变片，交流电桥用交流电源，适用于所有电路元件，如电阻应变片、电容、电感元件。

21、为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量?

因为压电式传感器是将被子测量转换成压电晶体的电荷量，可等效成一定的电容，如被测量为静态时，很难将电荷转换成一定的电压信号输出，故只能用于动态测量。

22、简述电容式传感器的工作原理。

两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为

式中:

ε——极板间介质的介电常数，

S——极板的遮盖面积；

δ——极板间的距离。

当被测量的变化使式中的ε、S或δ任一参数发生变化时，电容量C也就随之变化。

23、差动变压器式传感器有几种结构形式?

各有什么样特点?

变间隙式差动变压器，适合微位移测量。

螺线管式差动变压器，适合范围较大的位移测量。

变截面式差动变压器，适合旋转角度和转速的测量。

差动传感器有三个优点：

灵敏度提高一倍，非线性误差降低一级，补偿温度误差。

24、传感器的分辨力

分辨力是指传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。

也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化。

当输入变化值未超过某一数值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。

只有当输入量的变化超过分辨力时，其输出才会发生变化。

通常传感器在满量程范围内各点的分辨力并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的最大变化值作为衡量分辨力的指标。

上述指标若用满量程的百分比表示，则称为分辨率。

分辨率与传感器的稳定性有负相相关性

五、综合题

1、有一测力传感器利用等强度梁制成，梁的上下面各粘贴两片相同的电阻应变片，并构成全等臂桥路，如下图所示。

（1）请在电桥的四个桥臂上填写正确的应变片符号；

（2）请推导全等臂电桥输出公式：

；

证明过程略。

2、有一等截面圆环受力如图所示，为测压力在环内表面贴有四个同类型的应变片，请在图上随意画出环上四应变片的位置编号，并说明各自产生的应变类型及对应变片阻值的影响？

（应变类型为拉力还是压力？

应变片阻值的影响是阻值增大还是减少？

）

3、如图所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中R2=R3=R是固定电阻，R1与R4是两个相同的电阻应变片，工作时R1受拉，R4受压，当ΔR=0，桥路处于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥路失去平衡，这时，就用桥路输出电压Ucd表示应变片变后电阻值的变化量。

试证明：

。

证明：

因为R2=R3=R

因为

很小，

就更小了，故略去

的二次项,即可得

4、图为用电阻应变式传感器测量金属材料的弯曲变形的原理图，简支梁在力F的作用下发性弯曲，在梁的上下表面各贴一片应变片，试说明这个测量系统的工作原理。

a．画出测试电路的原理图，并给出计算公式。

b．图中用两个应变片有什么好处？

）

电路如图所示是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中R3、R4为固定电阻且R3=R4，R1、R2是两个相同的电阻应变片，当不受力时R1=R2=R，ΔR=0，桥路处于平衡状态，当工作受力时R1受压，R2受拉，即R1-ΔR，R2+ΔR，应变片受力发生应变时，桥路失去平衡，这时，就用桥路输出电压Ucd表示应变片变后电阻值的变化量。

即：

或

。

电路中用两个应变片可以使电路的输出灵敏度和温度稳定性得到提高，减小温漂。

5、如下图所示，请说出相应的传感器类型及其特点？

（a）、（b）

变间隙式差动变压器，适合微位移测量。

（c）、（d）

螺线管式差动变压器，适合范围较大的位移测量。

（e）、（f）

变截面式差动变压器，适合旋转角度和转速的测量。

差动传感器有三个优点：

灵敏度提高一倍，非线性误差降低一级，补偿温度误差。

6、图为一直流应变电桥，E=4V，R1=R2=R3=R4=350Ω，求：

①R1为应变片其余为外接电阻，R1增量为△R1=3.5Ω时输出U0=?

。

②R1、R2是应变片，感受应变极性大小相同其余为电阻，电压输出U0=?

。

③R1、R2感受应变极性相反,输出U0=?

。

④R1、R2、R3、R4都是应变片,对臂同性，邻臂异性，电压输出U0=?

。

7、图1为一直流应变电桥。

，试求：

①

为金属应变片，其余为外接电阻，当

变化量为

时，电桥输出电压

②

都是应变片，且批号相同，感受应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥的输出电压

③题②中，如果

感受应变的极性相反，且

，电桥的输出电压

图1直流应变电桥

8、试分析变面积式电容传感器和变间隙式电容的灵敏度?

为了提高传感器的灵敏度可采取什么措施?

答：

如图所示是一直线位移型电容式传感器的示意图。

当动极板移动△x后，覆盖面积就发生变化，电容量也随之改变，其值为

（1）

电容因位移而产生的变化量为

其灵敏度为

可见增加b或减小d均可提高传感器的灵敏度。

9、根据图14所示的光电数字转速表的工作原理，如果转盘的孔数为N，每秒钟光电二极管的脉冲个数为f，试问转速为每分钟多少？

10、如图所示为电容式液位计测量原理图。

请为该测量装置设计匹配的测量电路，要求输出电流Io与液位h之间呈线性关系。

（要求画出电路图，并写出输出电流Io与液位h之间线性关系的表达式）

答：

由题意要求可知：

与之匹配的测量电路为环形二极管充放电法测量电路，其电路如图所示：

我们大学生没有固定的经济来源，但我们也不乏缺少潮流时尚的理念，没有哪个女生是不喜欢琳琅满目的小饰品，珠光宝气、穿金戴银便是时尚的时代早已被推出轨道，简洁、个性化的饰品成为现代时尚女性的钟爱。

因此饰品这一行总是吸引很多投资者的目光。

然而我们女生更注重的是感性消费，我们的消费欲望往往建立在潮流、时尚和产品的新颖性上，所以要想在饰品行业有立足之地，又尚未具备雄厚的资金条件的话，就有必要与传统首饰区别开来，自制饰品就是近一两年来沿海城市最新流行的一种。

§8-4情境因素与消费者行为2004年3月20日

年轻有活力是我们最大的本钱。

我们这个自己动手做的小店，就应该与时尚打交道，要有独特的新颖性，这正是我们年轻女孩的优势。

在该电路中：

如图所示的电容式传感器的电容

（三）DIY手工艺品的“自助化”

尽管售价不菲，但仍没挡住喜欢它的人来来往往。

这里有营业员们向顾客们示范着制作各种风格迥异的饰品，许多顾客也是学得不亦乐乎。

在现场，有上班族在里面精挑细选成品，有细心的小女孩在仔细盘算着用料和价钱，准备自己制作的原料。

可以想见，用本来稀奇的原料，加上别具匠心的制作，每一款成品都必是独一无二的。

而这也许正是自己制造所能带来最大的快乐吧。

其中：

5、你认为一件DIY手工艺制品在什么价位可以接受？

在电路中调节Cd=C0则

根据调查资料分析：

大学生的消费购买能力还是有限的，为此DIY手工艺品的消费不能高，这才有广阔的市场。

由上式可知输出电流IO与介质液面高度h成正比。

（1）专业知识限制

世界上的每一个国家和民族都有自己的饰品文化，将这些饰品汇集到一起再进行新的组合，便可以无穷繁衍下去，满足每一个人不同的个性需求。

11、拟在等截面的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片组成差动全桥电路，试问：

（1）四个应变片应怎样粘贴在悬臂梁上?

3、竞争对手分析

（2）画出相应的电桥电路连接图。

答：

（1）四个应变片粘贴如图所示

（2）相应的电桥电路连接图如图所示。

（可以与此图不同，但应该将极性相同的应变片连接到对臂，极性不同的应变片连接到邻臂。

）