傳感器考試習(xí)題總結(jié)

1、第一章引言1傳感器的定義是什么？請畫出傳感器的組成框圖并說明各部分的作用。能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路三部分組成。測量電路I電源 II<1電量輸出量1. 敏感元件（Sensitive element）:直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。2. 轉(zhuǎn)換元件（Transduction element）:以敏感元件的輸出為輸入，把輸入轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)。3. 轉(zhuǎn)換電路（Transduction circuit）:將上述電路參數(shù)轉(zhuǎn)換成電量輸出。2、寫出傳感器的靈敏度的定義

2、及意義。描述傳感器的輸出量（電學(xué)量）對輸入量（非電學(xué)量）敏感程度的特性參數(shù)輸出量的變化值輸入量的變化值注：傳感器校準曲線的斜率即為靈敏度第二章應(yīng)變式傳感器本章作業(yè)：（作業(yè)題僅是列出）1什么叫應(yīng)變效應(yīng)？利用應(yīng)變效應(yīng)解釋金屬電阻應(yīng)變片的工作原理。2、金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理有何區(qū)別？各有何優(yōu)缺點？3、什么是傳感器的靜態(tài)特性？應(yīng)變計的主要特性中，哪些和靜態(tài)特性有關(guān)？分析之。作業(yè)：1有一金屬電阻應(yīng)變計，其靈敏度k=2.5，R=120歐，設(shè)工作時其應(yīng)變?yōu)?1200，則是多少？若將此應(yīng)變片與 2V的直流電源組成回路，試求無應(yīng)變時和有應(yīng)變時的回路電流。2、什么是直流電橋？若按橋臂工作方式不同，

3、可分為哪幾種？各自的輸出電壓如何計算？3、試述應(yīng)變片溫度誤差的概念，產(chǎn)生原因和補償方法。應(yīng)變式傳感器 基本上是利用金屬的 電阻應(yīng)變效應(yīng) 將被測量轉(zhuǎn)換為電量輸出的一種傳感器，其核心元件是電阻應(yīng)變計（也稱為電阻應(yīng)變片），其功能是將機械構(gòu)件上的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻應(yīng) 變。電阻應(yīng)變計，也稱應(yīng)變計或應(yīng)變片，是一種能將機械構(gòu)件上的應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)化為電阻變化的 傳感元件。電阻應(yīng)變計的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)的。解釋電阻應(yīng)變效應(yīng)： 另見PPT溫度誤差產(chǎn)生的原因把應(yīng)變計安裝在自由膨脹的試件上，即使試件不受任何外力作用，如果環(huán)境溫度發(fā) 生變化，應(yīng)變計的電阻也將發(fā)生變化。這種變化疊加在測量結(jié)果中將產(chǎn)生很大誤差。這種由于環(huán)

4、境溫度改變而帶來的誤差 ，稱為應(yīng)變計的溫度誤差，又稱熱輸出。產(chǎn)生溫度誤差的原因有二：（1）電阻本身隨溫度發(fā)生變化（即電阻溫度系數(shù)的影響）（2 ）試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響當(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)相同時，不論環(huán)境溫度如何變化，電阻絲的變形仍和自由狀態(tài)一樣，不會產(chǎn)生附加變形。 當(dāng)試件和電阻絲線膨脹系數(shù)不同時 ，由于環(huán)境溫度的變化, 電阻絲會產(chǎn)生附加變形，從而產(chǎn)生附加電阻。溫度補償方法：電阻應(yīng)變片的溫度補償方法通常有線路補償法和應(yīng)變片自補償兩大類。1電橋補償法（利用電橋的和、差原理來達到補償?shù)哪康模?測溫元件微型計算機補償法3 應(yīng)變計自補償法第三章光電式傳感器作業(yè)：1. 什么是外光

5、電效應(yīng)？什么是內(nèi)光電效應(yīng)？2. 內(nèi)光電效應(yīng)分為哪幾類？基于各原理工作的器件有哪些？光電效應(yīng) 可分成外光電效應(yīng) 和內(nèi)光電效應(yīng) 兩類。熱釋電效應(yīng)：利用熱效應(yīng)的光電傳感器包含光 -熱、熱-電，兩個階段的信息變換過程。光熱 階段是物質(zhì)吸收了光以后溫度升高，熱電階段是利用某種效應(yīng)將熱轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。熱釋電效?yīng)就是這種效應(yīng)之一。由于溫度的變化，熱釋電晶體和壓電陶瓷等會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的電荷中心相對位移，使它們的自發(fā)極化強度發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電極上的自由電荷發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。光電倍增管 是利用二次電子釋放效應(yīng)，將光電流在管內(nèi)部進行放大。光電池的工作原理是基于光生伏特效應(yīng)”光電池的工作原理:P81光電

6、池是一種直接將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電器件。電池的工作原理是基于光生伏特效應(yīng)”。它實質(zhì)上是一個大面積的 PN結(jié)，當(dāng)光照射到PN結(jié)的一個面，例如p型面時，若光子能 量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度 ，那么p型區(qū)每吸收一個光子就產(chǎn)生一對自由電子和空穴，電子一空穴對從表面向內(nèi)迅速擴散 ，在結(jié)電場的作用下，最后建立一個與光照強度有關(guān)的電動 勢。熱釋電傳感器結(jié)構(gòu)及原理：熱釋電傳感器利用熱釋電效應(yīng)來檢測受光面的溫度升高值，得知光的輻射強度，工作在紅外波段內(nèi)。紅外光黑色膜電極（透明）強電介質(zhì)-圖3.64熱釋電傳感器原理圖圖3.65熱釋電傳感器結(jié)構(gòu)示意圖什么是外光電效應(yīng)？什么是內(nèi)光電效應(yīng)？外光電效應(yīng) 指在光的照射下，電

7、子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象內(nèi)光電效應(yīng) 指受光照后物體（通常為半導(dǎo)體材料）電導(dǎo)率發(fā)生變化或產(chǎn)生光電動勢的效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)分為兩類： 光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng) 指入射光強改變物質(zhì)電導(dǎo)率的現(xiàn)象。光生伏特效應(yīng) 指半導(dǎo)體材料吸收光能后，在PN結(jié)上產(chǎn)生電動勢的效應(yīng)。第四章光纖傳感器作業(yè)1. 說明光導(dǎo)纖維的組成并分析其導(dǎo)光原理，指出光纖導(dǎo)光的必要條件是什么？計算n1=1.64，n2=1.45的階躍折射率光纖的數(shù)值孔徑值。如果外部媒質(zhì)為空氣，求 該光纖的最大入射角。光纖的導(dǎo)光能力取決于纖芯和包層的光學(xué)性能。NA，即反映纖芯接收光量的多少數(shù)值孔徑NA :（概念和計算題） 說明光纖集光本領(lǐng)的術(shù)語叫數(shù)

8、值孔徑定義：光從空氣入射到光纖輸入端面時，在纖芯內(nèi)，此光錐半角的正弦稱為數(shù)值孔徑處在某一角錐內(nèi)的光線一旦進入光纖,NA X 忙）就將被截留數(shù)值孔徑反映纖芯接收光量的多少。其意義是：無論光源發(fā)射功率有多大，只有入射光處于20 c的光錐內(nèi)，光纖才能導(dǎo)光。如入射角過大，則經(jīng)折射后，光線會從包層逸出而產(chǎn)生漏光。所以NA是光纖的一個重要參數(shù)。一般希望有大的數(shù)值孔徑，這有利于耦合效率的提高，但數(shù)值孔徑過大，會造成光信號畸變，所以要適當(dāng)選擇數(shù)值孔徑的數(shù)值。4.2強度型（振幅型）光纖傳感器（聽阿陽說可能考設(shè)計題以及工作原理，具體情況不詳）兀杵此禪-揮頭到破測圉4. 7比纖位訪傳巒器的結(jié)構(gòu)和工件謙豐可能考結(jié)合圖

9、說原理原理：根據(jù)被測目標表面反射至接收光纖束的光強度的變化來測量被測表面距離的變化。邁克爾遜（Michels on ）干涉儀（解釋原理）圖4*19邁克爾遜干涉儀分束器：部分反射、部分透射的平面鏡 如果光往返于固定平面鏡和活動平面鏡的光程差小于激光器的相干長度，則透射到光監(jiān)測 器的兩束光就會發(fā)生干涉。每當(dāng)移動平面鏡移動半波長的時候，監(jiān)測器的輸出就會變化一 個周期。3.薩格奈克（Sagnac）干涉儀（原理）薩格奈克激光器輸出的兩束光沿著一條由一個分束器和三個平面鏡構(gòu)成的閉合光路反方向傳輸，它們重新合路后再入射到光檢測器，同時 一部分光返回到激光器。如果某塊平面鏡沿著與反射面垂直的方向移動，兩個光程

10、必然改 變相同的數(shù)量，檢測器不會檢測到干涉過程的變化；若使干涉儀沿著垂直于光束平面的軸 作順時針旋轉(zhuǎn)，則順時針方向傳輸?shù)墓馐厝粶笥谀鏁r針傳輸?shù)墓馐?，其光程差為：L 4Ac說明光導(dǎo)纖維的組成并分析其導(dǎo)光原理，指出光纖導(dǎo)光的必要條件是什么？光纖目前基本上還是采用石英玻璃，是由中心的圓柱體（纖芯）和圍繞著纖芯的圓形外層 （包層）組成的雙層同心圓柱結(jié)構(gòu)。 纖芯和包層主要由不同摻雜的石英玻璃制成。纖芯的折射率n1（光密介質(zhì)）略大于包層的折射率 n2 （光疏介質(zhì)），在包層外面還常有一層保護套，多為尼龍材 料。光纖的導(dǎo)光能力取決于纖芯和包層的性質(zhì)，而光纖的機械強度由保護套維持。光在空間沿著直線傳播，在光

11、纖中，光的傳輸限制在光纖中并能隨光纖傳送到很遠的距離，光纖的傳輸是基于光的全內(nèi)反射。當(dāng)光線射入一個端面并與圓柱的軸線成B角時，根據(jù)斯涅耳光的折射定律，在光纖內(nèi)折射成,然后以$角入射至纖芯與包層的界面。若要在 界面上發(fā)生全反射，則纖芯與界面的光線入射角$應(yīng)大于臨界角$ c,即carcs/ni并在光纖內(nèi)部以同樣的角度反復(fù)逐次反射,直至傳播到另一端為滿足光在光纖內(nèi)的全內(nèi)反射,光入射到光纖端面的臨界入射角B c應(yīng)滿足下式n1 sinn1 sin(2c) ni cos cni (1 sin2 c)(n： n；)所以no sin c (n； n；)第五章電感式傳感器作業(yè)：1. 電感式傳感器的結(jié)構(gòu)組成以及測

12、量原理是什么？2. 試討論螺管型差動變壓器的輸出特性電感式傳感器的結(jié)構(gòu)組成以及測量原理是什么？電感式傳感器由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料如硅鋼片或坡莫合金 制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為3,傳感器的運動部分與銜鐵相連。當(dāng)銜鐵移動時，氣隙厚度3發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導(dǎo)致電感線圈的電感值變化，因此只要能測出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。線圈；2鐵芯（定鐵芯）* 3-銜鐵（動鐵芯）圖5-1變磁阻武傳感器差動變隙式電感傳感器： 兩只完全相同電感式傳感器合用一個活動銜鐵便構(gòu)成了差動式電感傳感器。傳感器的兩只電感線圈接成交流電橋的相鄰的兩臂，另

13、外的另個橋臂由電阻組成。比較差動電感傳感器和差動變壓器式傳感器的異同：待議！兩只完全相同電感式傳感器合用一個活動銜鐵便構(gòu)成了差動式電感傳感器。測量時，銜鐵通過導(dǎo)桿與被測位移量相連，當(dāng)被測體上下移動時， 導(dǎo)桿帶動銜鐵也以相同的位移上下移動，使兩個磁回路中磁阻發(fā)生大小相等，方向相反的變化，導(dǎo)致一個線圈的電感量增加，另一個線圈的電感量減小，形成差動形式。比較單線圈和差動兩種變間隙式電感傳感器的特性，可以得到如下結(jié)論： 差動式比單線圈式的靈敏度高一倍。 差動式的非線性項等于單線圈非線性項乘以（/ 0）因子，因為（/ 0）<<1,所以，差動式的線性度得到明顯改善差動變壓器式傳感器：把被測的非

14、電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感量變化的傳感器稱為互感式傳感 器。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，并且次級繞組都用差動形式連接，故稱差動變壓器式傳感器。 差動變壓器結(jié)構(gòu)形式較多，有變隙式、變面積式和螺線管式等，但其工 作原理基本一樣。差動變壓器是一個有可動鐵芯和兩個次級線圈組成的變壓器，傳感器的可動鐵芯和待 測物相連，兩個次級線圈接成差動形式，可動鐵芯的位移利用線圈的互感作用轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電動式的變化，從而得到待測位移。第六章壓電傳感器作業(yè)：1、什么是壓電效應(yīng)？說明石英晶體的壓電特性。2、壓電加速度傳感器的工作原理是什么？1、 用石英晶體加速度計及電荷放大器測量機器的振動，已知：加速度計靈敏度為5p

15、c/g，電荷放大器靈敏度為 50mv/pc，當(dāng)機器達到最大加速度值時相應(yīng)的輸出電壓幅值等于2V，試計算該機器的振動加速度。2、聲表面波傳感器的基本原理是什么？當(dāng)某些晶體沿一定方向伸長或壓縮時，在其表面上會產(chǎn)生電荷（束縛電荷） ，這種效應(yīng)稱為 壓電效應(yīng)壓電式加速度傳感器的工作原理： P138 壓電式加速度傳感器主要由壓電元件、質(zhì)量塊、預(yù)壓彈簧、基座及外殼等組成。整個部件裝 在外殼內(nèi) , 并用螺栓加以固定。當(dāng)加速度傳感器和被測物一起受到?jīng)_擊振動時 , 壓電元件受 質(zhì)量塊慣性力的作用，此時慣性力 F 作用于壓電元件上 , 因而產(chǎn)生交變電荷。SAW 傳感器的基本原理 P148 在壓電材料表面形成叉指換

16、能器，構(gòu)成 SAW 振蕩器或諧振器， 使待測量作用 SAW 的傳播 路徑，引起 SAW 的傳播速度發(fā)生變化，從而使得振蕩頻率發(fā)生變化，通過頻率的變化檢測 待測量。最后是本章作業(yè)和 SAW 加速度的傳感器有關(guān)計算（具體不詳） 第七章壓電聲傳感器機電等效圖：等效線路法，等效電路法，是把機械振動、電振蕩以及機電轉(zhuǎn)換過程用機電 類比的原理，形象的組合在一個等效圖中，該等效圖和它所代表的壓電振子等效。厚度振動換能器原理： P157 利用壓電陶瓷的厚度振動模式，厚度換能器主要是由壓電陶瓷 晶片、保護膜和背襯組成圓柱形壓電換能器原理：圓柱形壓電換能器的轉(zhuǎn)換元件為一壓電陶瓷圓管， 極化方向常沿著半徑方向 （徑

17、向極化） 和 長度方向 （縱向極化） ，做接收換能器時， 有時極化方向也沿著圓周的切線方向 （切向極化） 。 當(dāng)換能器工作于發(fā)射狀態(tài)時， 壓電陶瓷圓管在電場的作用下， 借助反向壓電效應(yīng)， 發(fā)生伸張 或收縮， 從而向媒質(zhì)發(fā)射聲波。 當(dāng)換能器工作于接收狀態(tài)時， 壓電陶瓷圓管在聲信號的作用 下發(fā)生伸張或收縮，借助正壓電效應(yīng)，轉(zhuǎn)換為電信號輸出。第八章半導(dǎo)體傳感器 熱敏電阻的分類：1. 正溫度系數(shù)型（ Positive Temperature Coefficient ）（簡稱 PTC 型）2. 負溫度系數(shù)型（ Negative Temperature Coefficient ）（簡稱 NTC 型）3.

18、臨界溫度系數(shù)型（ Critical Temperature Resistor ）（簡稱 CTR 型）。電宓率隨溫度升高較均勻減小.（NTO 熱 敏電阻硬咒 最早，生產(chǎn)最 成熟是應(yīng)用 敏電魁之一， 特別適合于 -100 300* C之間 前溫度測量, 其色標様記為綠営。SUic10s10e105o3IO21004090120ifZ圖8.1半導(dǎo)體熱敏電阻的溫度特性溫度升高到接近茶一 溫度時，電阻率大大 下降,產(chǎn)生突變的特 性-曲線斜率在此區(qū) 段特射陡悄,靈敏度 極肓，其角標標記為 白角。此特性可用于 自妙揑溫和舉警電路 中。合圖正溫度系數(shù)（PTC ）型熱敏電阻是由在BaTiO3和SrTiO3為主的

19、成分中加入少量 Y2O3和 Mn2O3構(gòu)成的燒結(jié)體。其特性曲線是隨溫度升高而阻值增大，其色標標記為紅色。開關(guān)型正溫度系數(shù)熱敏電阻在居里點附近阻值發(fā)生突變，有斜率最大的區(qū)段，通過成分配比和添加劑的改變，可使其斜率最大的區(qū)段處在不同的溫度范圍里，例如加入適量鉛其居里溫度升高。若將鉛換成鍶，其居里溫度下降。臨界型（CTR ）熱敏電阻，它是負溫度系數(shù)型，但在某個溫度范圍里阻值急劇下降，曲線 斜率在此區(qū)段特別陡峭，靈敏度極高，其色標標記為白色。此特性可用于自動控溫和報警 電路中。負溫度系數(shù)（NTC ）型半導(dǎo)體熱敏電阻 研究最早，生產(chǎn)最成熟，是應(yīng)用最廣泛的熱敏電阻 之一，通常是一種氧化物的復(fù)合燒結(jié)體，特別

20、適合于-100300 ° C之間的溫度測量，其色標標記為綠色 濕度的定義：在物理學(xué)和氣象學(xué)中，對大氣（空氣）濕度的表征通常使用絕對濕度、相對濕度和露（霜） 點濕度。在一定溫度和壓力條件下，單位體積的混合氣體中所含水蒸氣的質(zhì)量為絕對濕度,所謂相對濕度是指氣體的絕對濕度與同一溫度下達到飽和狀態(tài)的絕對濕度PS的百分比，即滿足如下關(guān)系：HP/ 100%Ps保持壓力一定而降溫，使混合氣體中的水蒸氣達到飽和而開始結(jié)露或結(jié)霜時的溫度稱為露點溫度，單位為c。本章作業(yè)：只是列出1. 非接觸型半導(dǎo)體溫度傳感器的測溫原理是什么？2. 濕度的定義是什么？相對濕度的定義又是什么呢？1半導(dǎo)體濕度傳感器有哪些類型

21、？各種類型的代表性結(jié)構(gòu)是什么？2 半導(dǎo)體氣敏器件的工作原理是什么？霍爾器件(分析解釋)見 PPT P206零位誤差主要原因有以下幾種 :(1) 不等位電勢 (2) 寄生直流電勢 (3)感應(yīng)零電勢 Ui0 以及本章作業(yè)：1. 解釋霍爾式傳感器的工作原理。2. 霍爾元件的不等位電勢和溫度影響是如何產(chǎn)生的?可采取哪些方法來減小之1. 磁二極管的工作原理是什么？2. 引起霍爾器件零位誤差的主要原因有哪些？請解釋之。作業(yè)講解：見 PPT第九章電位器式傳感器本章作業(yè)：1. 電壓分辨率和行程分辨率的定義是什么？電壓分辨率定義：在電刷行程內(nèi)，電位器輸出電壓階梯的最大值與最大輸出電壓Umax 之比的百分數(shù) .行程分辨率定義 : 在電刷行程內(nèi)，能使電位器產(chǎn)生一個可測出變化的電刷最小行程與整個 行程之比的百分數(shù)非線性電位器 : 在空載時，輸出電壓(或電阻)與電刷行程之間具有非線性函數(shù)關(guān)系的一種電位器，也稱為函數(shù)電位器骨架變化的規(guī)律：結(jié)構(gòu)參數(shù)p、 A、t不變，只改變骨架寬度 b或高度