傳感器原理及應(yīng)用復(fù)習(xí)題

一、名詞解釋線性度；靈敏度；遲滯；閾值；壓阻效應(yīng)；驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù)；零點(diǎn)殘余電壓；霍爾效應(yīng)；磁阻效應(yīng)；電渦流；壓電效應(yīng)；外光電效應(yīng)；光電導(dǎo)效應(yīng)；光生伏特效應(yīng)；熱電效應(yīng)；二、判斷題（在正確的后面劃√，錯(cuò)誤的后面劃×）1.傳感器是獲取信息的重要途徑和手段，它相當(dāng)于人的五官。傳感器技術(shù)是構(gòu)成現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一，在一定程度上它決定著機(jī)器人水平的高低。（）2.傳感器正從傳統(tǒng)的分立式朝著集成化、微型化、多功能化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、光機(jī)電一體化的方向發(fā)展。（）3.物聯(lián)網(wǎng)是將各種信息傳感器設(shè)備按約定的協(xié)議與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)，形成一個(gè)巨大的網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化的識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。（）4.在穩(wěn)定工作條件下，傳感器的靈敏度是一個(gè)無(wú)單位的常數(shù)，它與外加電源電壓無(wú)關(guān)。（）5.一階傳感器系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)主要取決于時(shí)間常數(shù)，越小越好，減少時(shí)間常數(shù)可以改善傳感器頻率特性，加快響應(yīng)過(guò)程。（）6.二階傳感器對(duì)階躍信號(hào)響應(yīng)和頻率響應(yīng)特性的好壞很大程度上取決于阻尼系數(shù)和固有頻率。（）7.直線電阻絲繞成敏感柵后，雖然長(zhǎng)度相同，但應(yīng)變不同，圓弧部分使靈敏度下降，這種現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)。敏感柵越窄，基片越長(zhǎng)的應(yīng)變片，橫向效應(yīng)越小。（）8.壓阻式傳感器是利用半導(dǎo)體材料壓阻效應(yīng)制作的電阻式應(yīng)變傳感器，其性能優(yōu)于金屬應(yīng)變效應(yīng)制作的電阻式應(yīng)變傳感器，主要用于壓力測(cè)量。（）9．電容傳感器本身電容量較大，連接電纜的電容量很?。棵讕装倨しǎ?，這樣在低頻時(shí)電纜的容抗較大，對(duì)傳感器靈敏度影響就較大，因此低頻工作時(shí)的電容傳感器連接電纜的長(zhǎng)度不能任意變化。（）10．脈沖寬度調(diào)制電路適用于任何形式的電容傳感器，并有理論線性度。該電路不需解調(diào)、檢波，對(duì)電源也沒(méi)有什么嚴(yán)格要求，是電容傳感器的常用電路。（）11．根據(jù)電渦流效應(yīng)制作的傳感器稱電渦流傳感器。電渦流傳感器的最大特點(diǎn)是能夠?qū)Ρ粶y(cè)量進(jìn)行非接觸測(cè)量，并且靈敏度與被測(cè)對(duì)象的材質(zhì)無(wú)關(guān)。（）12．用石英晶體制作的壓電傳感器，晶面上產(chǎn)生的電壓與作用在晶面上外力成正比，而與晶片的厚度和面積無(wú)關(guān)。（）13．壓電傳感器是一種有源傳感器，但由于其輸出信號(hào)很弱，內(nèi)阻很高，要求前置放大器有相當(dāng)高的輸入阻抗，將傳感器高阻抗輸出變換為低阻抗輸出，在放大微弱信號(hào)的同時(shí)完成阻抗變換。（）14．壓電陶瓷是人工制造的多晶體，是由無(wú)數(shù)細(xì)微的電疇組成。電疇具有自發(fā)的極化方向，經(jīng)過(guò)外加電場(chǎng)極化的壓電陶瓷才具有壓電效應(yīng)。（）15．集成溫度傳感器是利用晶體管PN的電流電壓特性隨溫度變化的關(guān)系制作的熱電傳感器，主要用于低溫測(cè)量。（）16.熱電偶的冷端也稱參比端，在用熱電偶測(cè)溫時(shí)參比端溫度要保持恒定，當(dāng)參比端溫度不是0℃時(shí)，測(cè)得的溫度應(yīng)加上參比端的溫度才是真正的待測(cè)溫度。（）17．磁電感應(yīng)式傳感器是一種有源型傳感器，工作時(shí)必須外加工作電源。該類傳感器只能測(cè)量運(yùn)動(dòng)速度。（）18．減少霍爾元件溫度誤差的補(bǔ)償方法是采用恒流源激勵(lì)，同時(shí)并聯(lián)一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻分流，以達(dá)到霍爾電勢(shì)保持不變。（）19．磁敏電阻是一種基于磁阻效應(yīng)制作的磁敏傳感器，其電阻值隨著磁場(chǎng)的增加而增大。但磁敏電阻沒(méi)有判斷極性的能力，只能與輔助磁鋼并用，才具有識(shí)別磁極的能力。（）20．磁敏二極管都是長(zhǎng)“基區(qū)”（本征區(qū)）的P+-I-N+型二極管結(jié)構(gòu)。在弱磁場(chǎng)情況下可獲得較大的輸出電壓，但輸出電壓不對(duì)稱，這是磁敏二極管與霍爾元件和磁敏電阻所不同之處。（）21．超聲波傳感器主要是利用壓電材料(晶體、陶瓷)的壓電效應(yīng)，其中超聲波的發(fā)射器利用逆壓電效應(yīng)制成，將高頻電振動(dòng)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生超聲波；超聲波接收器利用正壓電效應(yīng)制成，將超聲波機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。（）22．人體輻射紅外線波長(zhǎng)在8~12m范圍，人活動(dòng)頻率范圍一般在0.1~10Hz之間，熱釋電傳感器可以監(jiān)控人的活動(dòng)情況。（）23.光電傳感器的工作原理是利用各種光電效應(yīng)。光敏電阻、光電管和光電二極管都是基于光電導(dǎo)效應(yīng)制作的光電傳感器。（）24．光電池是基于光生伏特效應(yīng)制成的一種有源光電傳感器，作為測(cè)量元件使用時(shí)，應(yīng)按電流源的形式應(yīng)用。（）25．半導(dǎo)體色敏傳感器相當(dāng)于兩只結(jié)構(gòu)不同的光電二極管，淺結(jié)的光電二極管對(duì)短波長(zhǎng)的紫外光靈敏度高，深結(jié)的光電二極管對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅外光靈敏度高。（）三、選擇題1.金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為k，被測(cè)應(yīng)變?yōu)椋捎脝伪垭姌蜃鳒y(cè)量電路時(shí)，如果電源電壓為U，則其輸出電壓和非線性誤差分別為[]。A．，B．，C．，D．，2.已知某一階傳感器的傳遞函數(shù)為，則該傳感器的靜態(tài)靈敏度和時(shí)間常數(shù)分別為[]。A．k=10，=5B．k=1，=0.5C．k=5，=0.2D．k=2，=0.23.一差動(dòng)變極距型電容傳感器，初始極距0為1mm，被測(cè)量引起的最大極距變化為0.02mm，則此電容傳感器的相對(duì)非線性誤差為[]。A．2.0%B．0.04%C．0.2%D．0.02%4.一電機(jī)軸的周圍等距離嵌有極性相反的6對(duì)永久磁鐵，當(dāng)電機(jī)以60/s的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器的輸出信號(hào)頻率為[]。A．300HzB．180HzC．450HzD．150Hz。5.為了獲得較好的動(dòng)態(tài)特性，在二階傳感器設(shè)計(jì)時(shí)，一般阻尼系數(shù)選擇[]。A．>1B．≈0C．=1D．≈0.76.利用電渦流式傳感器測(cè)量位移時(shí)，為了得到較好的線性和靈敏度，其激勵(lì)線圈半徑r與被測(cè)物體的距離x應(yīng)該滿足[]A．r≈xB．r>xC．r>>xD．r<x7.要設(shè)計(jì)一個(gè)能測(cè)量-200~800℃范圍的溫度儀表，應(yīng)選用[]。A．K型熱電偶B．鉑熱電阻C．熱敏電阻D．LM35集成溫度傳感器8.電阻應(yīng)變式傳感器是應(yīng)用最廣泛的傳感器之一，它[]。A．只能測(cè)量應(yīng)變B．只能測(cè)量電阻的相對(duì)變化C．可以測(cè)量所有的被測(cè)量D．可以測(cè)量能轉(zhuǎn)化為應(yīng)變的被測(cè)量9.差動(dòng)電容傳感器采用差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路時(shí)，其輸出電壓正比于[]。A．電源電壓B．參考電壓C．觸發(fā)器輸出的高電平電壓D．觸發(fā)器輸出的低電平電壓10.按照傳感器的一般分類方法，熱電偶屬于[]。A．無(wú)源結(jié)構(gòu)型傳感器B．有源結(jié)構(gòu)型傳感器C．無(wú)源物性型傳感器D．有源物性型傳感器11.在傳感器的組成部分中，直接感受被測(cè)量的是[]。A．敏感元件B．轉(zhuǎn)換元件C．放大元件D．轉(zhuǎn)換電路12.熱釋電紅外探測(cè)器對(duì)波長(zhǎng)沒(méi)有選擇性，在用于人體防盜報(bào)警時(shí)，濾光片應(yīng)只允許通過(guò)的波長(zhǎng)范圍大致為[]。A．0.8~1.3mB．3~5mC．8~12mD．15~20m13.磁電感應(yīng)式傳感器的輸出電動(dòng)勢(shì)正比于[]。A．位移B．應(yīng)力C．速度D．溫度14.設(shè)單個(gè)壓電晶片的電荷量為Q、電壓為U、電容為C，則如圖連接的壓電晶片的電荷量、電壓和電容分別為[]。A．Q、U、CB．Q、2U、C/2C．Q、2U、2CD．2Q、U、2C15.磁電感應(yīng)式傳感器測(cè)量加速度時(shí)，其后應(yīng)接入下面如圖所示的電路[]。A．B．C．D．三、填空題1.傳感器一般由、和三部分組成。分辨率和穩(wěn)定性屬于傳感器的特性，幅頻特性和相頻特性屬于傳感器的特性。2.電感式傳感器是利用將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為或的變化。3.理論上講，差動(dòng)變壓器式傳感器的鐵心位于位置時(shí)，輸出電壓應(yīng)為零，而實(shí)際上輸出電壓不為零，這個(gè)電壓稱為電壓，這主要原因是兩個(gè)次級(jí)線圈繞組的不完全相同。電路對(duì)該誤差有很好的抑制作用，又能正確反映位移的大小和方向。4.金屬應(yīng)變片工作原理是利用效應(yīng)；半導(dǎo)體應(yīng)變片工作原理是利用效應(yīng)。二者靈敏系數(shù)主要區(qū)別是：金屬應(yīng)變片的電阻變化主要由引起的，半導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻變化主要由引起的。5.電容傳感器可分為、和三種基本結(jié)構(gòu)形式。為了減小非線性誤差，傳感器通常做成結(jié)構(gòu)。6.電容傳感器，變極距型多用于檢測(cè)，變面積型主要用于檢測(cè)，變介質(zhì)型可用于檢測(cè)。在工作頻率時(shí)，電容傳感器連接電纜的長(zhǎng)度不能任意變化；常采用技術(shù)，克服分布電容的影響，提高傳感器的穩(wěn)定性。7.電阻應(yīng)變片轉(zhuǎn)換測(cè)量電路采用差動(dòng)電橋時(shí)，不僅可以消除，同時(shí)還能起到的作用。8.集成溫度傳感器利用晶體管伏安特性與溫度的關(guān)系進(jìn)行溫度測(cè)量，一般測(cè)溫范圍為至。AD590是典型的輸出型集成溫度傳感器。9.光電倍增管是基于效應(yīng)制作的光電傳感器，它主要由光電陰極、陽(yáng)極和組成；其電流增益很高，且與有關(guān)，要求工作電源有極好的。10.光電池是基于光生伏特效應(yīng)制作的有源光電傳感器，其與光照度成線性關(guān)系，與光照度成非線性關(guān)系。硅光電池的開(kāi)路電壓一般可達(dá)。11.內(nèi)光電效應(yīng)又分為效應(yīng)和效應(yīng)；光敏三極管是基于效應(yīng)制作的光電傳感器，它一般沒(méi)有極引線，除特性外，其他特性都比光敏二極管差。12.頻率高于Hz的機(jī)械波稱為超聲波，超聲波在液體中的傳播速度于其在空氣中的傳播速度；超聲波傳感器的檢測(cè)方式有式和式兩種，其測(cè)量流量主要是根據(jù)超聲波的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。13.超聲波傳感器的檢測(cè)方式有式和式兩種；超聲波傳感器的發(fā)射利用效應(yīng)，超聲波的接收利用效應(yīng)；超聲波傳感器測(cè)距精度取決于，測(cè)距范圍取決于。14.壓電傳感器的測(cè)量電路（即前置放大器）有兩種形式：放大器和放大器，后接放大器時(shí)，可不受連接電纜長(zhǎng)度的限制。15.磁電感應(yīng)式傳感器按電磁感應(yīng)原理可以分為式和式兩類，它只適用于測(cè)量，直接測(cè)量的是物體的或。若要測(cè)量位移時(shí)則應(yīng)接入電路，測(cè)量加速度時(shí)應(yīng)接入電路。16.由兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體A、B串接成閉合回路，若兩接合點(diǎn)處的溫度不同，則在兩導(dǎo)體間產(chǎn)生熱電勢(shì)，并在回路中有一定大小的電流，這種現(xiàn)象稱。此閉合回路中兩種導(dǎo)體稱為；兩個(gè)結(jié)點(diǎn)中，一個(gè)稱，另一個(gè)稱。17．熱電效應(yīng)是指兩種類型的金屬導(dǎo)體兩端分別接在一起構(gòu)成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度時(shí)，導(dǎo)體回路里有電流流動(dòng)，產(chǎn)生熱電勢(shì)的現(xiàn)象。熱電勢(shì)由和兩部分組成。以0℃為基準(zhǔn)端溫度的條件下，給出測(cè)量端的溫度與該熱電勢(shì)的電壓數(shù)值對(duì)照表，稱為熱電偶。18.NTC型熱敏電阻為溫度系數(shù)的熱敏電阻，隨著溫度的升高，電阻，同時(shí)靈敏度也有所。19.在采用直線擬合線性化時(shí)，傳感器輸出輸入的實(shí)際曲線與其擬合直線之間的最大偏差，通常用相對(duì)誤差L來(lái)表示，稱為，即L=±(ΔLmax/yFS)×100%，其中ΔLmax為最大非線性誤差，yFS為。20.傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指輸入量隨時(shí)間變化時(shí)輸出和輸入間的關(guān)系，影響動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)的主要參數(shù)是、和。四、簡(jiǎn)答題1．什么是傳感器？一般由哪幾部分組成？它們之間的作用及相互關(guān)系怎樣？2.什么是靈敏系數(shù)？半導(dǎo)體應(yīng)變片靈敏系數(shù)范圍是多少，金屬應(yīng)變片靈敏系數(shù)范圍是多少？說(shuō)明金屬絲電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。3．為什么高頻工作時(shí)電容傳感器連接電纜的長(zhǎng)度不能任意變化？什么是驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù)？4．比較說(shuō)明光電管、光敏電阻和光電池的工作原理、性能特性和用途。5．何為霍爾元件的不等位電勢(shì)？說(shuō)明其產(chǎn)生的原因，以及減小不等位電勢(shì)的有效方法。6．壓電傳感器為什么要采用前置放大電路？前置放大電路都有哪些類型？各有何特點(diǎn)？7．什么是溫標(biāo)？我國(guó)目前實(shí)行的是什么溫標(biāo)？常用接觸式溫度測(cè)量的傳感器都有哪些？各有什么特點(diǎn)？8．半導(dǎo)體磁敏元件有哪些？各有什么特點(diǎn)？它們可以檢測(cè)什么物理量？9．什么是超聲波？簡(jiǎn)述超聲波傳感器測(cè)距的原理。10.哪些傳感器能進(jìn)行非接觸測(cè)量？分別有什么特點(diǎn)？五、綜合題1．說(shuō)明熱電偶的中間導(dǎo)體定律，并證明之。2．對(duì)于初始電容的電容傳感器，試求變間距式電容傳感器的靈敏度和線性度？為了增加靈敏度和減小非線性誤差，一般采用什么結(jié)構(gòu)？3．厚度和轉(zhuǎn)速測(cè)量可以分別采用哪些傳感器（列舉不少于3種）？各有什么要求和特點(diǎn)？4．說(shuō)明磁敏二極管的特點(diǎn)，并給出差分式溫度補(bǔ)償電路。5．霍爾元件通常適合用什么材料制作？給出霍爾元件的溫度補(bǔ)償電路，并說(shuō)明溫度補(bǔ)償原理。6．如圖a所示的懸臂梁，距梁端部為L(zhǎng)位置上下各粘貼完全相同的電阻應(yīng)變片R1、R2、R3、R4。已知電源電壓U=4V，R為固定電阻，并且R=R1=R2=R3=R4=250，當(dāng)有一個(gè)力F作用時(shí)，應(yīng)變片電阻變化量為△R=2.5，試分別求圖b、c、d、e四種橋臂接法的橋路輸出電壓。7．某壓電加速度傳感器的電容為Cs=100pF，電荷靈敏度Kq=2.5pC/g。(1)求壓電加速度傳感器的電壓靈敏度；(2)外接電纜和示波器組成一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，電纜電容Cc=100pF，示波器的輸入阻抗為Ri=100MΩ和并聯(lián)電容為Ci=50pF，如測(cè)量系統(tǒng)允許的幅值誤差為5%，最低可測(cè)頻率是多少？8.用鎳鉻-鎳硅（K型）熱電偶測(cè)量加熱爐溫度，已知冷端溫度T0=40℃，測(cè)得熱電勢(shì)為33.58mV，求加熱爐溫度為多少。鎳鉻-鎳硅K型熱電偶分度表(參考端溫度為0℃溫度/℃0102030405060708090熱電勢(shì)/mV08000.00033.2770.39733.6860.79834.0951.20334.5021.61134.9092.02235.3142.43635.7182.85036.1213.26636.5243.68136.9259.某力平衡式電容加速度傳感器原理如下圖所示，，K1，K2，β均為比例環(huán)節(jié)，求：①U0對(duì)a的傳遞函數(shù)；②若為一個(gè)二階系統(tǒng)，其靜態(tài)靈敏度、固有頻率、