传感.docx

传感.docx

《传感.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

传感

1、传感器从广义上说是指在测量装置和控制系统输入部分中起信号检测作用的器件。

线性传感器的校准线的斜率就是灵敏度，它是传感器的输出量变化和输入量变化之比。

2、各种传感器的工作原理。

a光电池是基于光生伏特（内光电）效应制成的光电元件。

b单晶硅材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象被称为压阻效应。

c结露传感器具有良好的开关特性，在结露点形成阻值的开关状态。

d科宾诺元件采用的原理是霍尔电势被全部短路而不在外部出现，电场呈放射形，电磁在半径方向形成涡旋形流动，这是可以获得最大磁阻效应的一种形状。

e集成温度传感器的工作原理是利用半导体PN结的电流电压特性随温度升高而近乎线性下降的特性。

3、科学家高锟被誉为世界“光纤之父”，获得了2009年诺贝尔物理学奖，同年分享这一奖项的是W.S.Boyle和G.E.Smith，他们于1970年发明了图像传感器CCD，CCD是指图像传感器，它的基本功能是进行光电转换电荷的存储和电荷的转移输出。

（能进行图像信息光电转换、存储、延时和按顺序传送）

4、非线绕电位器是电位器式传感器未来的发展方向。

P16

5、变磁阻式传感器的磁阻由物理磁阻和几何磁阻决定。

6、在光源一定的条件下，物体的颜色取决于反射的光谱。

7、氯化锂湿敏元件的供电使用交流电源，当空气中湿度增加时，感湿膜吸湿，溶液电导率升高。

8、半导体气敏传感器的敏感元件大多是金属氧化物半导体为基础材料，利用半导体气敏元件同气体接触，造成原件电导率随温度升高发生变化，借此检测特定气体的成分及其浓度，可分为电阻式和非电阻式两种。

9、压电式传感器的测量电路（即前置放大器）有两种形式：

电压放大器和电荷放大器，其中后接电荷放大器时，可不受连接电缆长度的限制。

10、磁敏二极管在互补使用时,其磁电特性的正向特性与反向特性曲线基本对称。

11、传感器是指能感受规定的被测量并按一定的规律转换成某种可用信号输出的装置或器件，通常由敏感元件和转换元件组成。

12、各种传感器的工作原理。

fPZT红外传感器采用的原理是热释电效应。

g某些物质在沿一定方向对其施力而使它变形时,其表面上会产生电荷；当外力去掉后,其又重新恢复到不带电状态，这种现象正压电效应。

h栅格型磁阻元件利用的原理是导体或半导体在磁场作用下其阻值发生变化的磁阻效应。

i热电偶是利用导体的热电效应将温度的变化转换为电势变化的元件。

13、不同的物质具有不同的逸出功，即每一个物体都有一个对应的极限频率，称为红限频率或波长限。

14、CCD是MOS电容的一种应用，具有一般电容所不具有的耦合电荷的能力。

15、工业用热电阻有铂热电阻和铜热电阻热电阻两大类，尽管各种热电阻的外形差异很大，但是它们的基本结构却大致相似，一般由感温元件，绝缘套管，保护管和接线盒等主要部分组成。

16、电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型，若要测量厘米数量级的位移则选用变极距。

型电容传感器最为合适。

17、在实际使用中常把两片或两片以上的压电片组合在一起，当有n个压电片（单片电压为U，单片电荷量为q）并联连接时，其输出电压U′等于,极板上的电荷量q′等于。

18、目前常见的二氧化锡系列气敏元件有烧结型、薄膜型和厚膜型三种。

添加稀土金属可以改善元件对某些气体的识别能力，如添加二氧化钍可以提高气敏元件对CO的识别能力。

19、当控制电流和环境温度一定时，霍尔传感器的输出电势与电场强度成正比；在额定控制电流下，无外加磁场时，两个霍尔之间的开路电势差称为不等位电势。

20、传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出和输入关系。

某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为300mV，其灵敏度为60。

（dy∕dx）

21、各种传感器的工作原理。

j电感式传感器是利用电磁感应原理，将被测的物理量转换成线圈的自感系数L或互感系数M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。

k光敏三极管是基于光电效应效应制成的光电元件。

lInSb-NiSb共晶磁阻元件利用的原理是几何磁阻效应。

m利用半导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件是热敏电阻。

n温敏二极管是通过对其正向电压的测量实现对温度的检测。

22、光纤呈圆柱形，它由玻璃纤维芯（纤芯）和玻璃包层两个同心圆柱的双层结构组成。

23、菲涅耳透镜是一种由塑料制成的特殊设计的光学透镜，它用来配合热释电红外传感器，以达到提高接受灵敏度的目的。

24、变磁阻式传感器的磁阻由空气隙导磁截面积S和空气隙δ决定。

25、电涡流式传感器按照电涡流在导体内的贯穿情况可分为低频透射式式和高频反射式两类。

为了提高涡流传感器的灵敏度，传感器线圈总是并联一只电容器，构成并联谐振电路电路。

26、符号RH表示相对湿度，是指被测气体中蒸汽压和该气体在相同温度下饱和水蒸气压的百分比。

IH3605集成湿度传感器内部由电容式湿度传感器和电压转换电路组成，空气中湿度的变化引起内部传感器电容量的变化，再经内部电路转换成电压的变化输出。

27、当磁敏二极管外加正偏压，受到外界正向磁场H+作用时，电子和空穴进入长基区受洛仑兹力向向r区偏移，正向电流减少到某一稳定值为止。

28、在实际使用中常把两片或两片以上的压电片组合在一起，当有n个压电片（单片电压为U，单片电荷量为q）串联连接时，其输出电压U′等于,极板上的电荷量q′等于。

29、传感器分辨力是指传感器能检测到的最小的变化能力，在传感器输入零点附近的分辨力称为阈值。

30、各种传感器的工作原理。

o光照射于某物体上，使其导电能力发生变化，这种现象称为光电效应。

p结露传感器具有良好的开关特性，在湿度达到结露状态时形成阻值的开关状态。

q电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介电常数型三种类型，若要检测土壤水分则应用变面积（答案有待研究）型电容传感器原理最为合适。

r半导体应变片采用的原理是：

压阻效应（半导体晶体材料在某一方向受力产生变形时材料的电阻率发生变化的现象）。

s热电阻式流量计是通过测量热电阻来获得介质的平均流速或流量。

31、光纤按其传输模式多少分为单模光纤与多模光纤，其中

单模光纤传输性能好，频带很宽。

32、双结型色彩传感器是在一块单晶硅基片上做两个PN结的三层结构，两个光敏二极管所处位置不同，光谱特性不同。

33、AD590是应用广泛的一种集成温度传感器,其典型的电流温度灵敏度是1.000uA/k，若要输出电压信号，最简单的电路是测温电路（图P136）。

34、差动变压器传感器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，为了消除零点电压值,通常在测量电路中采取补偿措施，如加串联电阻、并联电容、反馈电阻或反馈电容。

35、IH3605湿度集成传感器是一端器件，工作在5V电压时，能在相对湿度0％～100％RH变化时，相应输出0.8到4V的直流电压。

36、当磁敏二极管外加正偏压时，当受到外界反向磁场H-作用时，电子和空穴进入长基区受洛仑兹力向r区的对面的光滑无复合表面（p108）偏移，正向电流增大（增大减小）。

37、压电传感器中的压电晶体承受被测机械力的作用时，在它的两个极板面上出现极性相反但电量相等的电荷（p87）。

在实际使用中常把两片或两片以上的压电片组合在一起以提高压电元件的灵敏度，当采用串联连接时，适合用于以电压（p89）作为输出的场合。

38、传感器分辨力是指传感器能检测到的最小的输入增量，在传感器输入零点附近的分辨力称为阈值。

39、各种传感器的工作原理。

t光电池是基于光生伏特效应制成的光电元件。

u科宾诺元件采用的原理是磁阻效应。

v平板式扫描仪的核心是CCD图像感器，其主要作用就是将照射到其上的光图像转换成电信号。

w压电式超声波发射探头是利用压电材料的逆压电效应。

x利用金属的电阻随温度变化的特性制成的测温元件是。

40、由于光的频率很高，因而相位调制型光纤传感器在探测之前通常都用干涉测量技术把相位调制转换成振幅调制,将相位检测转换成强度检测。

41、菲涅耳透镜是一种由塑料制成的特殊设计的光学透镜，它用来配合热释电红外线传感器，以达到提高接收灵敏度的目的。

42、差动变压器传感器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，为了消除此误差值,通常在测量电路中采取补偿措施，如加串联电阻、加并联电容、加反馈电阻或反馈电容。

43、超声波测距是通过测量发射与接收超声脉冲的时差来实现的，是一种非接触（接触非接触）式测量。

44、如果两种导体（A和B）分别与第三种导体（C）组成热电偶所产生的热电势为EAC（T,T0）和EBC（T,T0）,则由这两个导体（A,B）组成的热电偶产生的热电势EAB（T,T0）为。

45、半导体气敏传感器按照半导体变化的物理性质，可分为电阻型和

非电阻型两种。

MOS二极管气敏元件的工作原理是利用MOS二极管的电容－电压变化特性制成气敏元件，主要用于对氢气浓度的检测。

46、压电晶体不适合于静态（静态动态）测量。

在实际使用中常把两片或两片以上的压电片组合在一起以提高压电元件的灵敏度，当采用并联连接时，适合用于以电荷（p89）作为输出的场合。

47、AD590的电流温度灵敏度是1uA/K，测温时通常把AD590与1kΩ串联,以得到正比于绝对温度的电压输出。

48、氧化锌气敏元件通过掺杂可以获得不同气体的选择性（p159），如掺杂铂作催化剂时，对烷烃类气体有较高的灵敏度，而掺杂钯则对氢、CO等有较高的灵敏度。

49、在电涡流式传感器的设计或使用中，必须同时考虑被测体

的物理性能、几何形状和尺寸等因素。

50、频率高于20KHz的机械波，称为超声波。

简答：

1、怎样利用电涡流效应进行位移测量？

答：

电涡流传感器阻抗的变化完全取决于被测金属导体的电涡流效应。

当被测体的电阻率P，磁阻率U以及几何形状一定，传感器线圈阻抗Z就仅仅和线圈L至被测金属板之间的距离有关。

通过与传感器配用的测量电路测出阻抗Z的变化量，即可实现对位移的测量。

2、请用光敏三极管设计一简单光控开关电路。

解答：

当有光照时，Ｔ１导通，其集电极处低电位，二极管截止，

Ｔ２管截止，ＵＯ输出高电平。

电动机运转

当无光时，Ｔ１截止，集电极处高电位，二极管导通，Ｔ２管导通，ＵＯ输出低电平。

3、什么是光纤的数值孔径？

有何含义？

解答：

数值孔径反映纤芯吸收光量的多少，是标志光纤接受性能的重要参数。

其意义是：

无论光源发射功率有多大，只有2θ角之内的光功率能被光纤接收。

4、图2-1所示霍尔元件温度补偿电路中输出UH为负温度系数，分析说明热敏电阻R（t）的类型。

5、如何利用霍尔传感器测量转速？

6、说明超声波测距原理。

解答：

超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到被测物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。

超声波在急哦那个其中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距被测物的距离（s），即：

s=340t/2。

7、用铜-康铜热电偶测某一温度T，参比端在室温环境（设室温TH=15℃）中，当放大器的增益为100倍时测得热电动势EAB（T，TH）=0.135V，求此时热端温度T为多少度？

解答：

查此种热电偶的分度表可知，EAB（25，0）=V1（0.995mV）,

故得：

EAB（T，0）=EAB（T，25）+EAB（25，T0）=V2

=1.71+0.995

=2.705（mV）

再次查分度表，与V2（2.705mV）接近的值2.698mV，

对应的的热端温度T=65℃

8、分析半导体应变片的灵敏度。

9、简述光电耦合器的工作原理

解答：

原理：

当电信号送入光电耦合器的输入端时，发光二

极管通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流，输出

导通；当输入端无信号，发光二极管不亮，光敏元件截止，

输出断开。

对于数位量，当输入为低电平“0”时，光敏三

极管截止，输出为高电平“1”；当输入为高电平“1”时，光

敏三极管饱和导通，输出为低电平“0”。

10、图2-1为结露传感器的特性曲线，请说明它的湿度——阻值关系。

11、如何利用低频透射式涡流传感器测量金属板厚度？

12、说明超声波相位差法测流体的平均流速原理。

解答：

相位差法测流量

当A为发射探头、B为接收探头时，接收信号相对发射超声波的相位角φ1（当φ1很小时）为：

式中 ω—超声波的角频率。

当B为发射探头、A为接收探头时，接收信号相对发射超声波的相位角φ2为:

同样由于c>>v，于是上式可近似为:

，流体的平均流速为:

13、利用图2-3所示集成温度传感器测量某点温度，若所测温度为60摄氏度,则测得输出电压应为多少mV？

14、分析图2-2所示电路的工作原理，并推导输入输出关系。

15、如何分析霍尔元件不等位电势？

P10

答：

原因：

①霍尔电极安装位置不对称或不再同一等电位面上②半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不均匀③控制电极接触不良造成控制电流不均匀分布等

补偿的方法：

不等位电势与霍尔电势具有相同的数量级，有时甚至超过霍尔电势，而实用中要消除不等位电势是极其困难的，因而必须采用补偿的方法。

为了减小或消除不等位电势，可以采用电桥平衡原理进行补偿。

在分析不等位电势时，可以把霍尔元件等效为一个电桥。

下图为霍尔元件的等效电路，其中1、1’为控制电极，2、2’为霍尔电极，电极分布电阻分别用r1、r2、r3、r4表示，把它们看作电桥的四个桥臂。

理想情况下，电极A、B处于同一等位面上，r1=r2=r3=r4，电桥平衡，不等位电势U0为0。

实际上，由于2、2’电极不在同一等位面上，此四个电阻阻值不相等，电桥不平衡，不等位电势不等于零。

在制造过程中如确知霍尔电极偏离等位面的方向，就应采用机械修磨或用化学腐蚀元件的方法来减小不等位电势。

或者采用补偿线路，此时可根据A,B两点电位的高低，判断应在某一桥臂上并联一定的电阻，使电桥达到平衡

16、说明在汽车倒车系统中超声波的作用。

17、以下说法是否正确，为什么？

某热电偶当自由端温度为

时测得的工作端温度为，而当自由端温度为测得的工作端温度为，由于温差均为，因此两次测量的热电势相等。

18、电涡流传感器能测量温度吗？

为什么？

解答：

能。

电涡流传感器的应用没有特定的目标，一切与涡流有关的因素，在原则上都可用于测量目的。

电涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量。

19、请用光敏二极管设计一简单光亮控制开关电路。

20、画一磁敏二极管的温度补偿电路并简单说明其补偿原理。

综合题：

1、如图3-1所示为一直流应变电桥。

图中

，试求：

（1）

都是应变片，且批号相同，如果

与

感受应变的极性相反，且

，

其余为外接电阻，求电桥的输出

；

（2）若四个电阻都为金属应变片,接成差动全桥，

在图上标出它们的受力方向，

当

时，电桥输出电压

为多少？

（3）若在题

（2）的四个应变片桥臂中中各串联一片与原来相同的应变片，求此时电桥的输出

，并和题

（2）比较输出电压灵敏度。

2、试述光电耦合器的结构、原理、作用和应用场合。

解答：

光电耦合器的结构

（1）金属密封型采用金属外壳和玻璃绝缘体的结构，在其中部对接，采用环焊以保证发光二极管和发光三极管对准，以此来提高灵敏度。

（2）塑料密封型采用双列直插式用塑料封装的结果。

管心先安装于管脚上，中间再用透明树脂固定，具有集光作用，故此种结构灵敏度较高。

光电耦合器的原理

当电信号送入光电耦合器的输入端时，发光二极管通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流，输出导通；当输入端无信号，发光二极管不亮，光敏元件截止，输出断开。

对于数位量，当输入为低电平“0”时，光敏三极管截止，输出为高电平“1”；当输入为高电平“1”时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平“0”

光电耦合器的作用

主要作用是隔离传输和隔离控制

光电耦合器的应用

（1）开关电路：

对于开关电路，往往要求控制电路和开关电路之间要有很好的电隔离，这对于一般的电子开关来说是很难做到的，但采用光电耦合器就很容易实现了。

（2）电平转换电路：

对于不同电平的转换电路或输入、输出电路的电位需要分开时，采用光电耦合器显得十分方便。

3、请举出四种采用不同传感器的非接触开关，并说明它们的工作原理及应用场合。

4、如图3-1所示为等强度梁测力系统，

为电阻应变片，应变片灵敏系数

，未受应变时，

＝100Ω。

当试件受力F时，若应变片电阻变化量

＝0.1Ω，求：

（1）求其承受平均应变

，将电阻应变片

置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流4V,求电桥输出电压。

图3-1

（2）若有这样4片相同的应变片，为提高灵敏度，应如何粘贴？

在图上标出应变片粘贴位置，画出相应的电桥电路，分析其电桥输出电压，并求相应电压灵敏度，和

（1）比较。

5、分析光敏电阻、光电池、光电二极管和光敏三极管的光照特性，给出什么情况下应选用哪种器件最为合适的评述。

6、想测量轴的转速，请设计四种采用不同传感器的测量方案，简要说明其工作原理。

答：

①霍尔元件传感器。

霍尔元件能够感应磁场的变化，将其近距离的安装在可随轴旋转的磁极旋转时磁极产生的变动磁场使霍尔元件发出电脉冲。

将电脉冲放大，用电子计数器计数，并换算为转速

②发电传感器。

其原理就是一个小型发电机。

发电机旋转时将发出电压，电压的大小与转速成正比（非线性），用一个具有与转速对应刻度的电压表测量这个电压

③离心传感器，成对配置的离心重块在离心力的作用下克服向心的弹力偏离转轴的中心，用一个指针机构指示重块偏离中心的程度，根据指针的刻度读出转速。

7、有四个性能完全相同的应变片（K=2.0），将其贴在下图所示的压力传感器圆板形感压膜片上。

现将四个应变片组成全桥测量电路，供桥电压Ui=6V。

求

（1）确定应变片在感压膜片上的位置，并画出位置示意图；

（2）画出相应的全桥测量电路图；

（3）当各应变片的应变绝对值为

时，求测量桥路输出电压U0；

（4）该压力传感器是否具有温度补偿作用?

为什么?

8、试比较热电偶测温和热电阻测温有什么不同（从原理、测温系统组成和应用场合三方面考虑）

答：

将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。

当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流，这种现象称为热电效应。

热电偶就是利用这一效应来工作的，热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。

要用于某些特殊场合的测量。

热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。

热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成，广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。

9、请设计四种采用不同传感器的测量压力的测量方案，简要说明其工作原理。

解答：

（1）应变式压力传感器

原理：

（2）电容式压力传感器

原理：

一般采用圆形金属薄膜或镀金属薄膜作为电容的一个电极，当薄膜感受压力而变形时，薄膜与固定电极之间形成的电容量发生变化，通过测量电路即可输出与电压成一定关系的电信号。

（3）压电式压力传感器

原理：

压电式压力传感器的主要原理是压电效应，它是利用电气元件和其他机械把待测的压力转换成电量，再进行相关测量工作的测量精密仪器

（4）压阻式压力传感器

原理：

半导体小条在其纵向受到压力作用时，其电阻值会发生改变。

半导体应变片就是利用这一原理来进行物理量测量的。

不同类型的半导体，施加载荷的方向不同，压阻效应也不一样。

目前使用最多的是单晶硅半导体。

（5）光纤压力传感器

原理:

（1）被测力作用于膜片，膜片感受到被测力向内弯曲，使光钎与膜片间的气隙减小，使棱镜与光吸收层之间的气隙发生改变。

（2）气隙发生改变引起棱镜界面上全内反射的局部剖坏，照成一部分光离开棱镜的上界面，进入吸收层并吸收，致使反射回接收光钎的光强减小。

（3）接收光钎内反射光强度的改变可由桥式光接收器检测出来。

（4）桥式光接收器输出信号的大小只与光钎和膜片间的距离和膜片的形状有关

光钎压力传感器的响应频率相当的高，如直径为2mm，宽度为0.65mm的不锈钢膜片，其固有频率可达128kHZ，因此在动态压力测量中也是比较理想的传感器。