機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)(第三版)課后答案全集

1、機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題解答1-1求周期方波（見圖第一章信號(hào)的分類與描述1-4 ）的傅里葉級(jí)數(shù)（復(fù)指數(shù)函數(shù)形式），劃出| cn| 和 n圖，并與表1-1 對(duì)比。x(t)AT0T022t0T0T0-A圖 1-4 周期方波信號(hào)波形圖解答：在一個(gè)周期的表達(dá)式為A(T0t 0)2x(t).T0 )A(0t2積分區(qū)間?。?-T/2 ， T/2 ）cn1T0x(t)ejnt10Aejnt1T0Aejntdt2T0dt =T00dt +20T0TT022000=jA-1)(n=0,1,2,3,)n(cosn所以復(fù)指數(shù)函數(shù)形式的傅里葉級(jí)數(shù)為x(t)cne jn0tj A1 (1cosn) ejn0t ， n=

2、0,1,2,3,。nnncnIA (1cosn)(n=0,1,2,3,)ncnR022A (12An1,3,cncnRcnIcosn)nn0n0,2,4,6,n1,3,5,2cnInarctan1,3,5,n2cnR0n0,2,4, 6,沒有偶次諧波。其頻譜圖如下圖所示。|cn |n2A/2A/22A/32A/32A/5030502A/5-50-30-0-50-30-00300-/25幅頻圖相頻圖周期方波復(fù)指數(shù)函數(shù)形式頻譜圖1-2求正弦信號(hào) x(t )x0 sin t 的絕對(duì)均值 和均方根值 xrms 。x解答：1T1T2x0TxTxx2 02 sin tdtx(t )d tx0 sin t

3、dtcost2xT0TTT00Txrms1T 2(t )dt1T 22x02T 1cos2tx0TxTx0sintdtdt200T021-3求指數(shù)函數(shù) ()Aeat (a0,t0)的頻譜。x t解答：X ( f )x(t)ej 2f tdtAeatej 2 f te (aj 2 f ) tAA(aj 2 f )dt A0220(aj 2 f )a j 2 fa(2 f )X ( f )k(2 f )2a2( f ) arctan Im X ( f )arctan 2 fRe X ( f )a|X(f)|(f)A/a/20f0f-/2單邊指數(shù)衰減信號(hào)頻譜圖1-4 求符號(hào)函數(shù) ( 見圖 1-25a

4、)和單位階躍函數(shù) ( 見圖 1-25b) 的頻譜。sgn(t)u(t)110t0t-1a)符號(hào)函數(shù)b)階躍函數(shù)圖 1-25 題 1-4 圖a) 符號(hào)函數(shù)的頻譜x(t)sgn(t )1t01t0t =0 處可不予定義，或規(guī)定sgn(0)=0 。該信號(hào)不滿足絕對(duì)可積條件，不能直接求解，但傅里葉變換存在?？梢越柚陔p邊指數(shù)衰減信號(hào)與符號(hào)函數(shù)相乘，這樣便滿足傅里葉變換的條件。先求此乘積信號(hào) x1(t) 的頻譜，然后取極限得出符號(hào)函數(shù)x( t ) 的頻譜。x1(t)e atsgn(t )e att0eatt0x(t)sgn(t ) lim x1(t)a0x1 (t )e j 2 f t dt0j 2 f

5、 t dte ate j 2 f t dtj4 fX1 ( f )eat e220a(2 f )X ( f )Fsgn(t)limX1 ( f )j1a 0f1X ( f )ff02( f )f02x1(t)1|X(f)|(f)/20t0f0-/2f-1x (t)eat sgn(t ) 符號(hào)函數(shù)符號(hào)函數(shù)頻譜1b) 階躍函數(shù)頻譜u(t )1t00t0在跳變點(diǎn) t =0 處函數(shù)值未定義，或規(guī)定 u(0)=1/2。階躍信號(hào)不滿足絕對(duì)可積條件，但卻存在傅里葉變換。由于不滿足絕對(duì)可積條件，不能直接求其傅里葉變換，可采用如下方法求解。解法 1：利用符號(hào)函數(shù)u(t)11sgn(t )22U ( f )F11

6、1( f )1111u(t ) F2F sgn(t)2j( f )j22f2fU ( f )12 ( f )122f結(jié)果表明，單位階躍信號(hào)u( t ) 的頻譜在 f =0 處存在一個(gè)沖激分量，這是因?yàn)閡( t ) 含有直流分量，在預(yù)料之中。同時(shí)，由于u( t ) 不是純直流信號(hào)，在t =0 處有跳變，因此在頻譜中還包含其它頻率分量。|U (f)|(f)/20f(1/2)-/20f單位階躍信號(hào)頻譜解法 2：利用沖激函數(shù)1t時(shí)u(t )t( )dt時(shí)00根據(jù)傅里葉變換的積分特性U ( f )Ft()d1( f )1(0) ( f )1( f ) j 1j 2 f22f1-5 求被截?cái)嗟挠嘞液瘮?shù)co

7、s 0t ( 見圖 1-26) 的傅里葉變換。x(t)cos0ttTx(t)0tT1解： x(t ) w(t)cos(2 f0 t)w( t ) 為矩形脈沖信號(hào)0tW ( f )2T sinc(2Tf )-TTcos(2f0 t)1ej 2 f 0tej 2 f 0 t-121 w(t)e j 2 f 0tw(t)所以 x(t)1 w(t )ej 2f 0t122根據(jù)頻移特性和疊加性得：X ( f )1 W ( ff0 )1 W ( ff 0 )-T0Tt22T sinc2T ( ff0 )T sinc2T ( ff0 )圖 1-26 被截?cái)嗟挠嘞液瘮?shù)可見被截?cái)嘤嘞液瘮?shù)的頻譜等于將矩形脈沖的頻

8、譜一分為二，各向左右移動(dòng) f，同時(shí)譜0線高度減小一半。也說明，單一頻率的簡諧信號(hào)由于截?cái)鄬?dǎo)致頻譜變得無限寬。X(f)T-f 0f0f被截?cái)嗟挠嘞液瘮?shù)頻譜1-6求指數(shù)衰減信號(hào)x(t )e at sin 0t 的頻譜x(t)指數(shù)衰減信號(hào)解答：sin(0t)1e j0t2 j所以 x(t)e at1e j0t2 jeej 0tj 0t單邊指數(shù)衰減信號(hào)x1 (t )e at (a0, t0) 的頻譜密度函數(shù)為X1 ( f )x(t)jtatjt1aj1edte edt220aja根據(jù)頻移特性和疊加性得：X ( )1X1 (0) X1(0 )1a j (0 )a j (0 )2 j2 j a2(0 )2

9、a2(0 )20 a2( 202)j2a 0 a2(0 )2 a2(0 )2(0 ) 2 a2(0)2 a2X()()0-0指數(shù)衰減信號(hào)的頻譜圖1-7設(shè) 有 一 時(shí) 間 函 數(shù)f ( t ) 及 其 頻 譜 如 圖1-27所 示 。 現(xiàn) 乘 以 余 弦 型 振 蕩cos0 t(0m ) 。在這個(gè)關(guān)系中，函數(shù) f ( t ) 叫做調(diào)制信號(hào)，余弦振蕩cos 0t 叫做載波。試求調(diào)幅信號(hào)f (t) cos0t 的傅里葉變換， 示意畫出調(diào)幅信號(hào)及其頻譜。又問：若 0 m 時(shí)將會(huì)出現(xiàn)什么情況？f(t)F()0t-m0m 圖 1-27題1-7圖解： x(t )f (t)cos(0t )F ( )F f (

10、t)cos(0t )1 e j0 te j 0t121 f (t )e j所以 x(t)f (t )e j 0t0t22根據(jù)頻移特性和疊加性得：X ( f )1 F (0 )1 F (0 )22可見調(diào)幅信號(hào)的頻譜等于將調(diào)制信號(hào)的頻譜一分為二，各向左右移動(dòng)載頻 0，同時(shí)譜線高度減小一半。X(f)-00f矩形調(diào)幅信號(hào)頻譜若 0m 將發(fā)生混疊。1-8 求正弦信號(hào) x(t )x0 sin( t) 的均值 x、均方值 x2和概率密度函數(shù)p( x) 。解答：(1)1T1T0，式中2limxt)dtx0 sin(t t0T0正弦信號(hào)周期xT(T00)dT0(2)2lim 1T2()dt1T02sin2 ()

11、dtx02T0 1cos2(t ) dtx02xTxtTx0tT22T00000(3) 在一個(gè)周期內(nèi)Tx 0t1t22 tP xx(t )xxlimTxTx02 tTTT0T0p(x)limP xx(t )xxlim 2t 2 dt1x 0xx 0 T0x T0 dx x02x2x(t)ttx+xxt正弦信號(hào)第二章測(cè)試裝置的基本特性2-1進(jìn)行某動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量時(shí)，所采用的壓電式力傳感器的靈敏度為90.9nC/MPa，將它與增益為0.005V/nC 的電荷放大器相連，而電荷放大器的輸出接到一臺(tái)筆式記錄儀上，記錄儀的靈敏度為20mm/V。試計(jì)算這個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的總靈敏度。當(dāng)壓力變化為3.5MPa 時(shí)，記錄

12、筆在記錄紙上的偏移量是多少？解：若不考慮負(fù)載效應(yīng)，則各裝置串聯(lián)后總的靈敏度等于各裝置靈敏度相乘，即S=90.9(nC/MPa)0.005(V/nC)20(mm/V)=9.09mm/MPa。偏移量： y=S 3.5=9.093.5=31.815mm 。2-2用一個(gè)時(shí)間常數(shù)為0.35s 的一階裝置去測(cè)量周期分別為1s、 2s 和 5s 的正弦信號(hào)，問穩(wěn)態(tài)響應(yīng)幅值誤差將是多少？解：設(shè)一階系統(tǒng) H (s)1， H ()1s 11 jA() H()11，T 是輸入的正弦信號(hào)的周期( )2211)2(T穩(wěn)態(tài)響應(yīng)相對(duì)幅值誤差A(yù)1 100% ，將已知周期代入得58.6%T1s32.7%T2s8.5%T5s2-

13、3 求 周 期 信 號(hào) x( t )=0.5cos10 t +0.2cos(100 t - 45 ) 通 過 傳 遞 函 數(shù) 為 H( s)=1/(0.005 s+1) 的裝置后得到的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。解：H( )1，A( )1，( )arctan(0.005 )1 (0.005 ) 21j 0.005該裝置是一線性定常系統(tǒng)，設(shè)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為 y( t ) ，根據(jù)線性定常系統(tǒng)的頻率保持性、比例性和疊加性得到y(tǒng)( t )= y01 cos(10 t + 1)+ y02cos(100 t - 45 + 2)y0(1 A 11) 10其中0 x0.，1(20001(10)arctan(0.00510)2.86y

14、02A(100)x0210.2 0.179，1(0.005100)22(100)arctan(0.005100)26.57所以穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為y(t)0.499cos(10t2.86 )0.179cos(100 t71.57 )2-4氣象氣球攜帶一種時(shí)間常數(shù)為15s 的一階溫度計(jì)， 以 5m/s 的上升速度通過大氣層。設(shè)溫度按每升高 30m 下降 0.15 的規(guī)律而變化，氣球?qū)囟群透叨鹊臄?shù)據(jù)用無線電送回地面。在 3000m處所記錄的溫度為 - l 。試問實(shí)際出現(xiàn) - l 的真實(shí)高度是多少？解：該溫度計(jì)為一階系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)設(shè)為1。溫度隨高度線性變化，對(duì)H (s)15s1溫度計(jì)來說相當(dāng)于輸入了一個(gè)斜

15、坡信號(hào)，而這樣的一階系統(tǒng)對(duì)斜坡信號(hào)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)滯后時(shí)間為時(shí)間常數(shù)=15s，如果不計(jì)無線電波傳送時(shí)間，則溫度計(jì)的輸出實(shí)際上是15s 以前的溫度，所以實(shí)際出現(xiàn) - l 的真實(shí)高度是Hz=H- V =3000-5 15=2925m2-5 想用一個(gè)一階系統(tǒng)做100Hz 正弦信號(hào)的測(cè)量，如要求限制振幅誤差在5%以內(nèi)，那么時(shí)間常數(shù)應(yīng)取多少？若用該系統(tǒng)測(cè)量50Hz 正弦信號(hào)，問此時(shí)的振幅誤差和相角差是多少？解：設(shè)該一階系統(tǒng)的頻響函數(shù)為H ( )1， 是時(shí)間常數(shù)1j則 A()11()2穩(wěn)態(tài)響應(yīng)相對(duì)幅值誤差A(yù)()1100%11100%(2f ) 21令 5%，f =100Hz，解得 523s。如果 f =50Hz

16、，則相對(duì)幅值誤差：11100%11100%1.3%1(2f )252310 650)21 (2相角差：()arctan(2f )arctan(252310 650)9.332-6試說明二階裝置阻尼比多采用 0.60.8的原因。解答：從不失真條件出發(fā)分析。在 0.707左右時(shí)， 幅頻特性近似常數(shù)的頻率范圍最寬，而相頻特性曲線最接近直線。2-7將信號(hào) cost輸入一個(gè)傳遞函數(shù)為()=1/(s+1) 的一階裝置后， 試求其包括瞬態(tài)H s過程在內(nèi)的輸出y( t ) 的表達(dá)式。解答：令 x( t )=cost ，則 X ( s)s，所以s21s2Y(s)H (s) X ( s)s 1 s22利用部分分式

17、法可得到Y(jié)(s)1111111() 21s2(1j ) sj2(1 j) sj利用逆拉普拉斯變換得到11t1jt1j t) 2 ey(t)LY( s)1(2(1j)e2(1 j ) e1tej te jtj(e jte j t )e1()221()2 11)2costsinte t /(11)21()2cos(tarctan)e t /(2-8求頻率響應(yīng)函數(shù)為3155072 / (1 + 0.01j)(1577536 + 1760j-2) 的系統(tǒng)對(duì)正弦輸入 x( t )=10sin(62.8t ) 的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的均值顯示。解：該系統(tǒng)可以看成是一個(gè)一階線性定常系統(tǒng)和一個(gè)二階線性定常系統(tǒng)的串聯(lián)，串聯(lián)

18、后仍然為線性定常系統(tǒng)。根據(jù)線性定常系統(tǒng)的頻率保持性可知，當(dāng)輸入為正弦信號(hào)時(shí)，其穩(wěn)態(tài)響應(yīng)仍然為同頻率的正弦信號(hào)，而正弦信號(hào)的平均值為0，所以穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的均值顯示為0。2-9試求傳遞函數(shù)分別為1.5/(3.5s + 0.5)和41n2/(s2 + 1.4ns +n2) 的兩環(huán)節(jié)串聯(lián)后組成的系統(tǒng)的總靈敏度（不考慮負(fù)載效應(yīng)）。解：1.53K1，即靜態(tài)靈敏度 K1=3H 1( s)0.57s17s3.5s1H 2 ( s)41 n2K 2 n 2，即靜態(tài)靈敏度K2 =41n2s2n 2s2 1.4 ns1.4 n s因?yàn)閮烧叽?lián)無負(fù)載效應(yīng)，所以總靜態(tài)靈敏度 K = K 1K2=341 = 1232-10

19、設(shè)某力傳感器可作為二階振蕩系統(tǒng)處理。已知傳感器的固有頻率為800Hz，阻尼比 =0.14 ，問使用該傳感器作頻率為400Hz 的正弦力測(cè)試時(shí)，其幅值比A()和相角差 ( )各為多少？若該裝置的阻尼比改為=0.7 ，問 () 和 ( ) 又將如何變化？A2解：設(shè) H( )n，則s22n s2n12A( )，( )arctann，即2222112nnnf12A( f )，( f )arctanfn2222fff1f n12fnf n將 f n = 800Hz ，= 0.14， f = 400Hz ，代入上面的式子得到(400)1.31 ， (400)- 10.57A如果= 0.7 ，則 A(400

20、)0.975 ， (400)- 43.032-11對(duì)一個(gè)可視為二階系統(tǒng)的裝置輸入一單位階躍函數(shù)后，測(cè)得其響應(yīng)的第一個(gè)超調(diào)量峰值為 1.5, 振蕩周期為 6.28s 。設(shè)已知該裝置的靜態(tài)增益為 3，求該裝置的傳遞函數(shù)和該裝置在無阻尼固有頻率處的頻率響應(yīng)。解：110.215221ln( M / Kx0 )1ln(1.5/ 3)因?yàn)?d= 6.28s，所以d = 2/ d = 1rad/snd11.024rad/s12120.215所以 H (s)3 n23.15s22n s2s20.44s1.05nH ( )3n23.1522j 21.052j0.44nnA()322210.44nn2()arct

21、an1n2n當(dāng)=n 時(shí)，A( n )36.8222210.44nn( n )90第三章常用傳感器與敏感元件3-1在機(jī)械式傳感器中，影響線性度的主要因素是什么？可舉例說明。解答：主要因素是彈性敏感元件的蠕變、彈性后效等。3-2試舉出你所熟悉的五種機(jī)械式傳感器，并說明它們的變換原理。解答：氣壓表、彈簧秤、雙金屬片溫度傳感器、液體溫度傳感器、毛發(fā)濕度計(jì)等。3-3電阻絲應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何區(qū)別？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？應(yīng)如何針對(duì)具體情況來選用？解答：電阻絲應(yīng)變片主要利用形變效應(yīng)，而半導(dǎo)體應(yīng)變片主要利用壓阻效應(yīng)。電阻絲應(yīng)變片主要優(yōu)點(diǎn)是性能穩(wěn)定，現(xiàn)行較好；主要缺點(diǎn)是靈敏度低，橫向效應(yīng)大。半導(dǎo)體應(yīng)變片

22、主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、 機(jī)械滯后小、 橫向效應(yīng)?。?主要缺點(diǎn)是溫度穩(wěn)定性差、靈敏度離散度大、非線性大。選用時(shí)要根據(jù)測(cè)量精度要求、現(xiàn)場(chǎng)條件、靈敏度要求等來選擇。3-4有一電阻應(yīng)變片（見圖3-84 ），其靈敏度Sg 2，R 120。設(shè)工作時(shí)其應(yīng)變?yōu)?000，問 R？設(shè)將此應(yīng)變片接成如圖所示的電路，試求：1）無應(yīng)變時(shí)電流表示值；2）有應(yīng)變時(shí)電流表示值；3）電流表指示值相對(duì)變化量；4）試分析這個(gè)變量能否從表中讀出？1.5V圖 3-84 題 3-4 圖解：根據(jù)應(yīng)變效應(yīng)表達(dá)式R/ R=Sg得-6R=Sg R=2 1000 10120=0.241） I 1=1.5/R=1.5/120=0.0125A=12.5

23、mA2） I 2=1.5/(R+R)=1.5/(120+0.24)0.012475A=12.475mA3） =(I 2-I1)/ I1100%=0.2%4）電流變化量太小，很難從電流表中讀出。如果采用高靈敏度小量程的微安表，則量程不夠，無法測(cè)量 12.5mA 的電流；如果采用毫安表，無法分辨 0.025mA 的電流變化。一般需要電橋來測(cè)量， 將無應(yīng)變時(shí)的靈位電流平衡掉， 只取有應(yīng)變時(shí)的微小輸出量， 并可根據(jù)需要采用放大器放大。3-5電感傳感器 （自感型） 的靈敏度與哪些因素有關(guān)？要提高靈敏度可采取哪些措施？采取這些措施會(huì)帶來什么樣后果？解答：以氣隙變化式為例進(jìn)行分析。dLN 20A0S22d又

24、因?yàn)榫€圈阻抗Z= L，所以靈敏度又可寫成dZN 20A0S22d由上式可見，靈敏度與磁路橫截面積A0、線圈匝數(shù)N、電源角頻率、鐵芯磁導(dǎo)率0，氣隙等有關(guān)。如果加大磁路橫截面積A0、線圈匝數(shù)N、電源角頻率、鐵芯磁導(dǎo)率0，減小氣隙，都可提高靈敏度。加大磁路橫截面積 A0、線圈匝數(shù) N會(huì)增大傳感器尺寸，重量增加，并影響到動(dòng)態(tài)特性；減小氣隙 會(huì)增大非線性。3-6電容式、電感式、電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路有何異同？舉例說明。解答：電容式傳感器的測(cè)量電路諧振式調(diào)幅電路調(diào)幅電路電橋電路直放式調(diào)頻電路外差式運(yùn)算放大器電路二極管 T 型網(wǎng)絡(luò)差動(dòng)脈寬調(diào)制電路極化電路等自感型變磁阻式電感傳感器的測(cè)量電路：諧振式調(diào)幅電

25、路惠斯登電橋調(diào)幅電路變壓器電橋電橋電路緊耦合電感臂電橋帶相敏檢波的電橋等調(diào)頻電路調(diào)相電路等電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路：電橋電路（直流電橋和交流電橋）。相同點(diǎn)：都可使用電橋電路， 都可輸出調(diào)幅波。 電容、電感式傳感器都可使用調(diào)幅電路、調(diào)頻電路等。不同點(diǎn)：電阻應(yīng)變式傳感器可以使用直流電橋電路，而電容式、電感式則不能。另外電容式、電感式傳感器測(cè)量電路種類繁多。3-7一個(gè)電容測(cè)微儀，其傳感器的圓形極板半徑r 4mm，工作初始間隙=0.3mm，問： 1）工作時(shí)， 如果傳感器與工件的間隙變化量1 m時(shí)，電容變化量是多少？2）如果測(cè)量電路的靈敏度S1=100mV/pF，讀數(shù)儀表的靈敏度S2=5 格/mV，在

26、 1 m時(shí)，讀數(shù)儀表的指示值變化多少格？解： 1）C0 A0008.8510 12A0A0 A0 ( 0)210(4 10 3)2( 1 10 6)(0.3 103) 24.94 10 15 F 4.9410 3 pF2） B=S1S2 C=100 5 (4.9410-3 )2.47 格答：3-8 把一個(gè)變阻器式傳感器按圖 3-85 接線。它的輸人量是什么？輸出量是什么？在什么樣條件下它的輸出量與輸人量之間有較好的線性關(guān)系？uoRLxRxxpRpue圖 3-85 題 3-8 圖解答：輸入量是電刷相對(duì)電阻元件的位移x，輸出量為電刷到端點(diǎn)電阻x 。如果接入分壓式R測(cè)量電路，則輸出量可以認(rèn)為是電壓u

27、 。oRxx Rp kl xx ，輸出電阻與輸入位移成線性關(guān)系。xpuex ueuoxp，輸出電壓與輸入位移成非線性關(guān)系。x p Rp (1x ) 1Rp x (1x )x RLxpRL xpxp由上式可見，只有當(dāng)p/ L0 時(shí)，才有uoxx 。所以要求后續(xù)測(cè)量儀表的輸入R Ruexp阻抗 RL 要遠(yuǎn)大于變阻器式傳感器的電阻 Rp，只有這樣才能使輸出電壓和輸入位移有較好的線性關(guān)系。3-9試按接觸式與非接觸式區(qū)分傳感器，列出它們的名稱、變換原理，用在何處？解答：接觸式：變阻器式、電阻應(yīng)變式、電感式（渦流式除外） 、電容式、磁電式、壓電式、熱電式、廣線式、熱敏電阻、氣敏、濕敏等傳感器。非接觸式：渦

28、電流式、光電式、熱釋電式、霍爾式、固態(tài)圖像傳感器等?？梢詫?shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量的是：電容式、光纖式等傳感器。3-10欲測(cè)量液體壓力，擬采用電容式、電感式、電阻應(yīng)變式和壓電式傳感器，請(qǐng)繪出可行方案原理圖，并作比較。3-11一壓電式壓力傳感器的靈敏度S=90pC/MPa，把它和一臺(tái)靈敏度調(diào)到0.005V/pC 的電荷放大器連接，放大器的輸出又接到一靈敏度已調(diào)到20mm/V的光線示波器上記錄，試?yán)L出這個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的框圖，并計(jì)算其總的靈敏度。解：框圖如下壓力P壓力傳感器電荷放大器光線示波器各裝置串聯(lián)，如果忽略負(fù)載效應(yīng)，則總靈敏度S 等于各裝置靈敏度相乘，即=x/ P=90 0.005 20=9mm/MPa。S3

29、-12 光電傳感器包含哪兒種類型？各有何特點(diǎn)？用光電式傳感器可以測(cè)量哪些物理量？解答： 包括利用外光電效應(yīng)工作的光電傳感器、利用內(nèi)光電效應(yīng)工作的光電傳感器、利用光生伏特效應(yīng)工作的光電傳感器三種。外光電效應(yīng)（亦稱光電子發(fā)射效應(yīng)）光線照射物體，使物體的電子逸出表面的現(xiàn)象，包括光電管和光電倍增管。內(nèi)光電效應(yīng) （亦稱光導(dǎo)效應(yīng)） 物體受到光線照射時(shí)， 物體的電子吸收光能是其導(dǎo)電性增加，電阻率下降的現(xiàn)象，有光敏電阻和由其制成的光導(dǎo)管。光生伏特效應(yīng)光線使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)。如遙控器，自動(dòng)門（熱釋電紅外探測(cè)器），光電鼠標(biāo)器，照相機(jī)自動(dòng)測(cè)光計(jì)，光度計(jì)，光電耦合器， 光電開關(guān) （計(jì)數(shù)、位置、行程開關(guān)等），濁

30、度檢測(cè)，火災(zāi)報(bào)警，光電閱讀器 （如紙帶閱讀機(jī)、條形碼讀出器、考卷自動(dòng)評(píng)閱機(jī)等） ，光纖通信，光纖傳感， CCD，色差，顏色標(biāo)記，防盜報(bào)警，電視機(jī)中亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)，路燈、航標(biāo)燈控制，光控?zé)糇?，音樂石英鐘控制（晚上不奏樂?，紅外遙感、干手器、沖水機(jī)等。在 CCD圖象傳感器、紅外成像儀、光纖傳感器、激光傳感器等中都得到了廣泛應(yīng)用。 3-13 何謂霍爾效應(yīng)？其物理本質(zhì)是什么？用霍爾元件可測(cè)哪些物理量？請(qǐng)舉出三個(gè)例子說明。解答：霍爾（ Hall ）效應(yīng)：金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流流過薄片時(shí)，則在垂直于電流和磁場(chǎng)方向的兩側(cè)面上將產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，產(chǎn)生的電位差稱為霍爾電勢(shì)?；魻栃?yīng)產(chǎn)生的機(jī)理（物理本質(zhì)） ：在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的電荷受到磁場(chǎng)力 FL（稱為洛侖茲力）作用，而向垂直于磁場(chǎng)和運(yùn)動(dòng)方向的方向移動(dòng)，在兩側(cè)面產(chǎn)生正、負(fù)電荷積累。應(yīng)用舉例： 電流的測(cè)量， 位移測(cè)量， 磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量， 力測(cè)量； 計(jì)數(shù)裝置， 轉(zhuǎn)速測(cè)量 （如計(jì)程表等），流量測(cè)量，位置檢測(cè)與控制，電子點(diǎn)火器，制做霍爾電機(jī)無刷電機(jī)等。3-14試說明壓電式加速度計(jì)、超聲換能器、聲發(fā)射傳感器之間的異同點(diǎn)。解答：相同點(diǎn)：都是利用材料的壓電效應(yīng)（正壓電效應(yīng)或逆壓電效應(yīng)）。不同點(diǎn)： 壓電式加速度計(jì)利用正壓電效應(yīng)，通過慣性質(zhì)量快將振動(dòng)加速度轉(zhuǎn)換成力作用