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(qǐng)畫(huà)出傳感器的組成框圖并說(shuō)明各部分的作用。能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)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。 1.敏感元件（Sensitive element）： 直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)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(xiě)出傳感器的靈敏度的定義及意義。描述傳感器的輸出量（電學(xué)量）

2、對(duì)輸入量（非電學(xué)量）敏感程度的特性參數(shù)注：傳感器校準(zhǔn)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(diǎn)？3、什么是傳感器的靜態(tài)特性？應(yīng)變計(jì)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(jì)，其靈敏度k=2.5，R=120歐，設(shè)工作時(shí)其應(yīng)變?yōu)?200 ，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(wú)應(yīng)變時(shí)和有應(yīng)變時(shí)的回路電流。2、什么是直流電橋？若按橋臂工作方式不同，可分為哪幾種？各自的輸出電壓如何計(jì)算？3、試述應(yīng)變片溫度誤差

3、的概念，產(chǎn)生原因和補(bǔ)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(cè)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(jì)（也稱為電阻應(yīng)變片），其功能是將機(jī)械構(gòu)件上的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻應(yīng)變。電阻應(yīng)變計(jì)，也稱應(yīng)變計(jì)或應(yīng)變片，是一種能將機(jī)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(jì)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(jiàn)PPT溫度誤差產(chǎn)生的原因 把應(yīng)變計(jì)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(jì)的電阻也將發(fā)生變化。 這種變化疊加在測(cè)量結(jié)果中將產(chǎn)生很大誤差。這種由于環(huán)境溫度改變而帶來(lái)的誤差, 稱為應(yīng)變計(jì)的溫度誤差, 又稱熱輸出。

4、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(shí), 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(huì)產(chǎn)生附加變形。當(dāng)試件和電阻絲線膨脹系數(shù)不同時(shí), 由于環(huán)境溫度的變化, 電阻絲會(huì)產(chǎn)生附加變形, 從而產(chǎn)生附加電阻。 溫度補(bǔ)償方法：電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法通常有線路補(bǔ)償法和應(yīng)變片自補(bǔ)償兩大類。 1電橋補(bǔ)償法（利用電橋的和、差原理來(lái)達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?）2.測(cè)溫元件微型計(jì)算機(jī)補(bǔ)償法3應(yīng)變計(jì)自補(bǔ)償法第三章光電式傳感器作業(yè)：1. 什么是外光電效應(yīng)？什么是內(nèi)光電效應(yīng)？2. 內(nèi)光電效應(yīng)分為

5、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(gè)階段的信息變換過(guò)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?hào)。熱釋電效應(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(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的電荷中心相對(duì)位移，使它們的自發(fā)極化強(qiáng)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(jìn)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

6、是基于“光生伏特效應(yīng)”。 它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)大面積的PN結(jié), 當(dāng)光照射到PN結(jié)的一個(gè)面, 例如p型面時(shí), 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(gè)光子就產(chǎn)生一對(duì)自由電子和空穴, 電子空穴對(duì)從表面向內(nèi)迅速擴(kuò)散, 在結(jié)電場(chǎng)的作用下, 最后建立一個(gè)與光照強(qiáng)度有關(guān)的電動(dòng)勢(shì)。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(lái)檢測(cè)受光面的溫度升高值，得知光的輻射強(qiáng)度，工作在紅外波段內(nèi)。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(dòng)勢(shì)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

7、伏特效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)指入射光強(qiáng)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(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。第四章光纖傳感器作業(yè) 1. 說(shuō)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(jì)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。數(shù)值孔徑NA：（概念和計(jì)算題）說(shuō)明光纖集光本領(lǐng)的術(shù)語(yǔ)叫數(shù)值孔徑NA，即反映纖芯接收光量的多少。定義：光從空氣入射到光纖輸入端面時(shí)，處在某一角錐內(nèi)的光線一旦進(jìn)入光纖，就將被截留在纖芯內(nèi)，此光錐半角的正弦稱為數(shù)值孔徑 數(shù)值孔徑反映纖芯接收光量的

8、多少。其意義是: 無(wú)論光源發(fā)射功率有多大, 只有入射光處于2c的光錐內(nèi), 光纖才能導(dǎo)光。 如入射角過(guò)大, 則經(jīng)折射后, 光線會(huì)從包層逸出而產(chǎn)生漏光。所以NA是光纖的一個(gè)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(guò)大, 會(huì)造成光信號(hào)畸變, 所以要適當(dāng)選擇數(shù)值孔徑的數(shù)值。 4.2 強(qiáng)度型（振幅型）光纖傳感器（聽(tīng)阿陽(yáng)說(shuō)可能考設(shè)計(jì)題以及工作原理，具體情況不詳）可能考結(jié)合圖說(shuō)原理原理： 根據(jù)被測(cè)目標(biāo)表面反射至接收光纖束的光強(qiáng)度的變化來(lái)測(cè)量被測(cè)表面距離的變化。邁克爾遜（Michelson）干涉儀（解釋原理）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(dòng)平面鏡的

9、光程差小于激光器的相干長(zhǎng)度，則透射到光監(jiān)測(cè)器的兩束光就會(huì)發(fā)生干涉。每當(dāng)移動(dòng)平面鏡移動(dòng)半波長(zhǎng)的時(shí)候，監(jiān)測(cè)器的輸出就會(huì)變化一個(gè)周期。3. 薩格奈克（Sagnac）干涉儀（原理）激光器輸出的兩束光沿著一條由一個(gè)分束器和三個(gè)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(cè)器，同時(shí)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(dòng)，兩個(gè)光程必然改變相同的數(shù)量，檢測(cè)器不會(huì)檢測(cè)到干涉過(guò)程的變化；若使干涉儀沿著垂直于光束平面的軸作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則順時(shí)針?lè)较騻鬏數(shù)墓馐厝粶笥谀鏁r(shí)針傳輸?shù)墓馐?，其光程差為?說(shuō)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

10、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(hù)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(jī)械強(qiáng)度由保護(hù)套維持。 光在空間沿著直線傳播，在光纖中, 光的傳輸限制在光纖中并能隨光纖傳送到很遠(yuǎn)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(gè)端面并與圓柱的軸線成角時(shí), 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

11、角c, 即并在光纖內(nèi)部以同樣的角度反復(fù)逐次反射, 直至傳播到另一端面為滿足光在光纖內(nèi)的全內(nèi)反射, 光入射到光纖端面的臨界入射角c應(yīng)滿足下式所以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(cè)量原理是什么？2. 試討論螺管型差動(dòng)變壓器的輸出特性電感式傳感器的結(jié)構(gòu)組成以及測(cè)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，傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連。當(dāng)銜鐵移動(dòng)時(shí)，氣隙厚度發(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(cè)出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。差動(dòng)變隙式

12、電感傳感器：兩只完全相同電感式傳感器合用一個(gè)活動(dòng)銜鐵便構(gòu)成了差動(dòng)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，另外的另個(gè)橋臂由電阻組成。比較差動(dòng)電感傳感器和差動(dòng)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(gè)活動(dòng)銜鐵便構(gòu)成了差動(dòng)式電感傳感器。測(cè)量時(shí)，銜鐵通過(guò)導(dǎo)桿與被測(cè)位移量相連，當(dāng)被測(cè)體上下移動(dòng)時(shí)，導(dǎo)桿帶動(dòng)銜鐵也以相同的位移上下移動(dòng)，使兩個(gè)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(gè)線圈的電感量增加，另一個(gè)線圈的電感量減小，形成差動(dòng)形式。比較單線圈和差動(dòng)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(dòng)式比單線圈式的靈敏度高一倍。 差動(dòng)式的非線性項(xiàng)等于單

13、線圈非線性項(xiàng)乘以(dD/d0)因子, 因?yàn)椋╠D/d0)1, 所以, 差動(dòng)式的線性度得到明顯改善差動(dòng)變壓器式傳感器：把被測(cè)的非電量變化轉(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(jí)繞組都用差動(dòng)形式連接，故稱差動(dòng)變壓器式傳感器。差動(dòng)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(dòng)變壓器是一個(gè)有可動(dòng)鐵芯和兩個(gè)次級(jí)線圈組成的變壓器，傳感器的可動(dòng)鐵芯和待測(cè)物相連，兩個(gè)次級(jí)線圈接成差動(dòng)形式，可動(dòng)鐵芯的位移利用線圈的互感作用轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電動(dòng)式的變化，從而得到待測(cè)位移。第六章壓電傳感器作業(yè)：1、什么是壓電效應(yīng)？說(shuō)明石英晶體的壓電特性

14、。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(jì)及電荷放大器測(cè)量機(jī)器的振動(dòng)，已知：加速度計(jì)靈敏度為5pc/g，電荷放大器靈敏度為50mv/pc，當(dāng)機(jī)器達(dá)到最大加速度值時(shí)相應(yīng)的輸出電壓幅值等于2V，試計(jì)算該機(jī)器的振動(dòng)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(zhǎng)或壓縮時(shí)，在其表面上會(huì)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(gè)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(cè)物一起受到?jīng)_擊振動(dòng)時(shí), 壓電元件受質(zhì)量塊慣性力的作用，此時(shí)慣性力F作用于

15、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能器，構(gòu)成SAW振蕩器或諧振器，使待測(cè)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(guò)頻率的變化檢測(cè)待測(cè)量。最后是本章作業(yè)和SAW加速度的傳感器有關(guān)計(jì)算（具體不詳）第七章壓電聲傳感器機(jī)電等效圖：等效線路法，等效電路法，是把機(jī)械振動(dòng)、電振蕩以及機(jī)電轉(zhuǎn)換過(guò)程用機(jī)電類比的原理，形象的組合在一個(gè)等效圖中，該等效圖和它所代表的壓電振子等效。厚度振動(dòng)換能器原理：P157利用壓電陶瓷的厚度振動(dòng)模式，厚度換能器主要是由壓電陶瓷晶片、保護(hù)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)

16、換元件為一壓電陶瓷圓管，極化方向常沿著半徑方向（徑向極化）和長(zhǎng)度方向（縱向極化），做接收換能器時(shí)，有時(shí)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(shí)，壓電陶瓷圓管在電場(chǎng)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(shí)，壓電陶瓷圓管在聲信號(hào)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(hào)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(jiǎn)稱PTC型）2. 負(fù)溫度系數(shù)型（Negative Temperature Coefficient）（簡(jiǎn)稱NTC型）3.

17、臨界溫度系數(shù)型（Critical Temperature Resistor）（簡(jiǎn)稱CTR型）。結(jié)合圖正溫度系數(shù)（PTC）型熱敏電阻是由在BaTiO3和SrTiO3為主的成分中加入少量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(biāo)標(biāo)記為紅色。開(kāi)關(guān)型正溫度系數(shù)熱敏電阻在居里點(diǎn)附近阻值發(fā)生突變，有斜率最大的區(qū)段，通過(guò)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(fù)溫度系數(shù)型，但在某個(gè)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(biāo)標(biāo)記為白色。此

18、特性可用于自動(dòng)控溫和報(bào)警電路中。負(fù)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，特別適合于-100300C之間的溫度測(cè)量，其色標(biāo)標(biāo)記為綠色濕度的定義：在物理學(xué)和氣象學(xué)中，對(duì)大氣（空氣）濕度的表征通常使用絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度和露（霜）點(diǎn)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(duì)濕度，所謂相對(duì)濕度是指氣體的絕對(duì)濕度與同一溫度下達(dá)到飽和狀態(tài)的絕對(duì)濕度PS的百分比，即滿足如下關(guān)系:保持壓力一定而降溫，使混合氣體中的水蒸氣達(dá)到飽和而開(kāi)始結(jié)露或結(jié)霜時(shí)的溫度稱為露點(diǎn)溫度，單位為。 本章作業(yè)：只是列出 1. 非接觸

19、型半導(dǎo)體溫度傳感器的測(cè)溫原理是什么？ 2. 濕度的定義是什么？相對(duì)濕度的定義又是什么呢？ 半導(dǎo)體濕度傳感器有哪些類型？各種類型的代表性結(jié)構(gòu)是什么？ 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(jiàn)PPT P206零位誤差主要原因有以下幾種:(1) 不等位電勢(shì)(2) 寄生直流電勢(shì)(3)感應(yīng)零電勢(shì)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(shì)和溫度影響是如何產(chǎn)生的?可采取哪些方法來(lái)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(qǐng)解釋之。作業(yè)講解：見(jiàn)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?jǐn)?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(gè)可測(cè)出變化的電刷最小行程與整個(gè)行程之比的百分?jǐn)?shù)非線性電位器 :在空載時(shí)，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)、A、t不變，只改變骨架寬度b或高度h2.比