《现代检测技术及仪表》第2版习题解答

1 1：钱学森院士对新技术革命的论述中说：“新技术革命的关键技术是信息技术。信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成。测量技术则是关键和基础”。如果没有仪器仪表作为测量的工具，就不能获取生产、科学、环境、社会等领域中全方位的信息，进入信息时代将是不可能的。因此可以说，仪器技术是信息的源头技术。仪器工业是信息工业的重要组成部分。 1：同非电的方法相比，电测法具有无可比拟的优越性： 1、便于采用电子技术，用放大和衰减的办法灵活地改变测量仪器的灵敏度，从而大大扩展仪器的测量幅值范围 (量程 )。 2、电子测量仪器具有极小的惯性，既能测量缓慢变化的量，也可测量快速变化的量，因此采用电测技术将具有很宽的测量频率范围 (频带 )。 3、把非电量变成电信号后，便于远距离传送和控制，这样就可实现远距离的自动测量。 4、把非电量转换为数字电信号，不仅能实现测量结果的数字显示，而且更重要的是能与计算机技术相结合，便于用计算机对测量数据进行处理，实现测量的微机化和智能化。 1：各类仪器仪表都是人类获取信息的手段和工具。尽管各种仪器仪表的型号、原理和用途不同，但都由三大必要的部分组成：信息获取部分、信息处理部分、信息 显示部分。从“硬件”方面来看，如果把常见的各类仪器仪表“化整为零”地解剖开来，我们会发现它们内部组成模块大多是相同的。从“软件”方面来看，如果把各个模块“化零为整”地组装起来，我们会发现它们的整机原理、总体设计思想、主要的软件算法也是大体相近的。这就是说，常见的各类仪器仪表尽管用途、名称型号、性能各不相同，但它们有很多的共性，而且共性和个性相比，共性是主要的，它们共同的理论基础和技术基础实质就是“检测技术”。常见的各类仪器仪表只不过是作为其“共同基础”的“检测技术”与各个具体应用领域的“特殊要求”相结合的产 物。 1： “能把外界非电信息转换成电信号输出的器件或装置”或“能把非电量转换成电量的器件或装置”叫做传感器。能把被测非电量转换为传感器能够接受和转换的非电量(即可用非电量 )的装置或器件，叫做敏感器。如果把传感器称为变换器，那么敏感器则可称作预变换器。敏感器与传感器虽然都是对被测非电量进行转换，但敏感器是把被测非电量转换为可用非电量，而不是象传感器那样把非电量转换成电量。 1：目前，国内常规（常用）的检测仪表与系统按照终端部分的不同，可分为以下三种类型： 1、普通模拟式检测仪表 基本上由模拟传感器 、模拟测量电路、和模拟显示器三部分组成，如题 1所示。 题 1 2、普通数字式检测仪表 基本上由模拟传感器、模拟测量电路、和数字显示器三部分组成，如题 1所示。 按照显示数字产生的方式，普通数字式检测仪表又可分为模数转换式和脉冲计数式两种类型。 题 1 2 3、微机化检测仪表 其简化框图题 1所示。微机化检测仪表通常为多路数据采集系统，能巡回检测多个测量点或多种被测参数的静态量或动态量。每个测量对象都通过一路传感器和测量通道与微机相连，测 量通道由模拟测量电路（又称信号调理电路）和数字测量电路（又称数据采集电路）组成。传感器将被测非电量转换成电量，测量通道对传感器信号进行信号调理和数据采集，转换成数字信号，送入微机进行必要的处理后，由显示器显示出来，并由记录器记录下来。在某些对生产过程进行监测的场合，如果被测参数超过规定的限度时，微机还将及时地起动报警器发出报警信号。 题 1 第 2 章 2 ： 灵敏度为3001300 =。 2： (1)测温系统的总灵敏度； (2)记录 仪笔尖位移 4对应的温度变化值。 解： （ 1）= （ 2）记录仪笔尖位移 4对应的温度变化值为 : =t 2 ： 据公式（）5110050)()5( =2 ：据公式（ 2， 二 阶 传 感 器 的 幅 频 特 性 为 ：222211)( 。 当 0 时， 1K ，无幅值误差。当 0 时， K 一般不等于 1，即出现幅值误差。 由 题 意 知 02 ， ， 要 确 定 满 足 %31 K 也 就 是 满 足 K 的传感器工作频率范围。 (222=+=n ； 3 (222=+=n ，n 。 由于 ，根据二阶传感器的特性曲线可知，上面三个解确定了两个频段，即 0 2 和3 1 。 前者在特征曲线的谐振峰左侧，后者在特征曲线的谐振峰右侧。对于后者，尽管在该频段内也有幅值误差不大于 3，但是该频段的相频特性很差而通常不被采用。所以，只有 0 2 频段为有用频段。由kH =可得 ，即工作频率范围为 0 2 ： 据题意知， 10 K，阻尼比 1/ 2 ， 代入公式（）得幅频特性为 4011)(+=测量频率为 60060011)(4=+=）得相位差为 536 0 01 0 0 01 0 0 06 0 02ar ct f同理可得测量频率为 400幅值比和相位差分别为 2： 按式（ 2此电流表的最大引用误差 %0 05 a x 即该表的基本误差超 出 表的允许值。所以该表的精度不合格。但该表最大引用误差小于 表的允许值，若其它性能合格可降作 表使用。 2 ： 据公式（ 2 3）计算，用四种表进行测量可能产生的最大绝对误差分别为： A 表L =30 V= 表L =50 V= 表L =50 V= 表L =360 V=者比较可见，选用 A 表进行测量所产生的测量误差较小。 3绕式电位器的电阻器是由电阻系数很高的极细的绝缘导线，整齐地绕在一个绝缘 骨架上制成的。在电阻器与电刷相接触的部分，导线表面的绝缘层被去掉并抛光，使两 4 者在相对滑动过程中保持可靠地接触和导电。电刷滑过一匝线圈，电阻就增加或减小一匝线圈的电阻值。因此电位器的电阻随电刷位移呈阶梯状变化。只要精确设计绝缘骨架尺寸按一定规律变化，如图 3b)所示，就可使位移电阻特性呈现所需要的非线性曲线形状。由 3 1-2(a)可见，只有当电刷的位移大于相邻两匝线圈的间距时，线绕式电位器的电阻才会变化一个台阶。而非线绕式电位器电刷是在电阻膜上滑动，电阻呈连续变化，因此线绕式电位器分辨力比非线绕式电 位器低。 3： 据公式（ 3对于空载电位器，其输出电压与输入位移呈线性关系， 由上式可见，电位器灵敏度的提高几乎是完全依靠增加电源电压来得到。但是电源电压不可能任意增加，它是由电位器线圈的细电阻丝允许的最大消耗功率 P 决定的。所以，允许的电源电压为 01 0 0 0 由题意知， L=4x=人公式（ 3算得，电位器空载输出电压为 3变片的灵敏系数 应变电阻材料的应变灵敏系数 指应变电阻材料的阻值的相对变化与应变电阻材料的应变之比。实验表明： k 其原因除了黏结层传递应变有损失外，另一重要原因是存在横向效应的缘故。 应变片的敏感栅通常由多条轴向纵栅和圆弧横栅组成。当试件承受单向应力时，其表面处于平面应变状态，即轴向拉伸 x 和横向收缩 y。粘贴在试件表面的应变片，其纵栅承受 x 电阻增加，而横栅承受 y 电阻 却减小。由于存在这种横向效应，从而引起总的电阻变化为 ( 1 )x x y y x xR k k k ， 按照定义，应变片的灵敏系数为 )1(/ ， 因 0 ，横向效应系数 0故 0x 。 3： 应变片用导线连接到测量系统的前后，应变片的应变量相同，都为 2 / R 应变片用导线连接到测量系统后，导线电阻将使应变电阻的相对变化减小，从而使应变片的灵敏度降低为 3： 将题中给出的参数值，代人书上的公式（ 3计算得由温度变化引起的附加电阻相对变化为： 5 。 折合成附加应变为 4400 K RR 。 3 解： 由题知 W（ 100） =入公式（ 3计算得电阻 温度系数为 )/(0001000 R t 当温度为 50 时，代入公式（ 3算得，此时的电阻值为 )(121)00)501(050 t=92 时，代入公式（ 3算得，此时的温度值为 )( 0 0920 t 3 解： 0 =273K， 500k； T=100 =373K，代人公式（ 3算得热敏电 阻的阻值为 7313731(2900273373 3用金属材料制作的电阻式温度传感器称为金属热电阻，简称热电阻。一般说来，金属的电阻率随温度的升高而升高，从而使金属的电阻也随温度的升高而升高。因此金属热电阻的电阻温度系数为正值。 采用半导体材料制作的电阻式温度传感器称为半导体热敏电阻，简称热敏电阻。按其电阻 温度特性，可分为三类： (1)负温度系数热敏电阻 ( (2)正温度系数热敏电阻 (3)临界温度系数热敏电阻 (因为在温度测量中使用最多的是 所以， 通常所说的热敏电阻一般指负温度系数热敏电阻。 3 3电冰箱的温控范围 窗口 题 3 6 比较器的窗口电压 定。调节电位器 调整 图中温度上升时，高。当冰箱内温度 时， ，窗口比较器使 端为低电平， R 端为高电平， 体管导通，继电器 J 线圈通电而动作，继电器常开触点闭合，电冰箱压缩机启动制冷。冰箱内温度降低。 当冰箱内温度 时， ，窗口比较器使 端为高电平， Q 输出端为低电平，晶体管截止，继电器线圈失电而动作，继电器常开触点复位，电冰箱压缩机停机。 当冰箱内温度 时， ，窗口比较器使 发器的 S 端和 缩机继续运转或继续停机。 3： 气敏电阻是利用半导体陶瓷与气体接触而电阻发生变化的效应制成的气敏元件。 气敏电阻都 附有加热器，以便烧掉附着在探测部位处的油雾、尘埃，同时加速气体的吸附，从而提高元件的灵敏度和响应速度。半导瓷气敏电阻元件一般要加热到 200 400，元件在加热开始时阻值急剧地下降，然后上升，一般经 2 10分钟才达到稳定，称之为初始稳定状态，元件只有在达到初始稳定状态后才可用于气体检测。 3：下图为一个简易的家用有害气体报警电路。图中变压器次级绕组为气敏电阻压器初级中心抽头产生的 110到由 1k 电位 器、气敏电阻和蜂鸣器串联组成的测量电路。当 还原性有害气体的浓度上升时，气敏电阻减小，流过蜂鸣器的电流增大，当有害气体的浓度使蜂鸣器的电流增大到一定值时，蜂鸣器就鸣叫报警。调整电位器可调整蜂鸣器灵敏度，即产生报警的有害气体最低浓度。图中氖灯防止意外短路，变压器初级安装了 3 3中电流 ： 213 （ 电流表满量程） 负特性湿敏电阻。 湿度 。 湿度测量范围 7 湿度 值 因要求 I 即321 ， 所以增大 1R 可减小 即扩大测湿量程 3：测湿电路通常为 湿敏电阻构成的电桥电路。如果 采用直流电源供电， 湿敏电阻体在工作过程中会出现离子的定向迁移和积累，致使元件失效或性能降低，因此所有湿敏电阻的供电电源都必须是交流或换向直流 (注意：不是脉动直流 )。 3：温度变化时，电阻应变片的电阻也会变化，而且，由温度所引起 的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎具有相同数量级，如果不采取温度补偿措施，就会错误地把温度引起的电阻变化当作应变引起的电阻变化，即产生“虚假视应变”。 把两个承受相同应变的应变片接入电桥的相对两臂，并不能补偿温度误差。从表 3（ b）计算公式可知，电桥输出电压为 )(22 TT ，由此可见，温度引起的电阻变化 也影响电桥输出电压，此时，从电桥输出电压测出的应变并不是真实应变 ，而是 )( T ，其中包含有虚假视应变即温度误差 T 。 3：一个应变片接入等臂电桥，属于单臂工作的情况，将（ 3代入（ 3得 40（ 1） 由上式可见，电源电压越高，输出电压越大，但是电源电压受应变片允许电流的限制，由题意知， 应变片允许工作电流是 15此激 励电源电压应选为 1 0 0101522 3 代入（ 1）式计算得，电桥输出电压为 5钢制试件上应变片的应变为 330 105 0 0544 公式（ 3）图 3c）所示电容传感器的初始电容为 21002010如果空气隙减小了 d ，则电容值变为 2102121021021011 双层介质差动式变极距型 电容传感器的电容与动极板位移的关系式为 8 12121 题 3 3：题 3所示为变介质式电容传感器，设极板宽为 b ，长为 l 。极板间无介质块时的电容为2110 dd ，极板间有介质块时的电容为， 2121210012122111)(上式 表明传感器电容与介质块位移 3 3 解： 由 题 3和 题中参数可求得 初始电容 2=S/d=0r2/ . 676106761060 101210858 1232312 变压器 电桥输出端电压 其中 别为差动电容传感器 阻抗 .，将公式（ 3入上式计算得 )(s i i du 3：自感传感器有三种类型：变气隙式、变面积式和螺管式。变气隙式灵敏度最高，螺管式灵敏度 最低。变气隙式的主要缺点是：非线性严重，为了限制非线性误差，示值范围只能较小；它的自由行程受铁心限制，制造装配困难。变面积式和螺管式的优点是具有较好的线性，因而示值范围可取大些，自由行程可按需要安排，制造装配也较方便。此外， 9 螺管式与变面积式相比，批量生产中的互换性好。由于具备上述优点，而灵敏度低的问题可在放大电路方面加以解决，因此目前螺管型自感传感器的应用越来越多。 3： 设纸页厚度为 ，磁导率为 ，其磁阻远大于铁 心和衔铁的磁阻，因此据公式（ 3 5）可推得，题 3所示自感式传感器的自感为22 ，电流表的读数为 22可见电流表的读数与纸页厚度成线性关系。 3： 将题中参数代人书上的公式（ 3分别计算铁芯磁路磁阻和气隙磁阻，计算结果证明，铁芯磁路磁阻远小于气隙磁阻，因此该变隙式电感传感器的电感可采用书上的公式（ 3似计算。由公式（ 3（ 3知， 当衔铁移动时， 传感器的电感变化为0000001111+=+= 3人上式得，变隙式电感传感器 的灵敏度为 200202002000211211 =+=据题意知： A 104 70 ， 3000N 。代人上式计算得变隙式电感传感器 的灵敏度为 247220 02 若将其做成差动结构形式，则灵敏度为单一式的两倍，且线性度也会得到明显改善。 3：由自感传感器的等效电路图 3见，自感传感器工作时，并不是一个理想的纯电感 L，还存在线圈的匝间电容和电缆线分布电容组成的并联寄生电容 C。更换连接电缆后，连接电缆线分布电容的改变会引起并联寄生电容 而导致自感传感器的等效电感改变，因此在更换连接电缆后应重新校正或采用并联电容加以调整。 3：差动自感式传感器与差动变压器式传感器的相同点是都有一对对称的线圈铁心和一个共用的活动衔铁，而且也都有变气隙式、变面积式、螺管式三种类型。不同点是，差动自感式传感器的一对对称线圈是作为一对差动自感接入交流电桥或差动脉冲调宽电路，将衔铁位移转换成电压。而差动变压器式传感器的一对对称线圈是作为变压器的次级线圈，此外，差动变压器式传感器还有初级线圈（差动自感式传感器没有），初级线圈接激励电压，两个次级线圈差动连接，将衔铁位移转换成差动输出电压。 3 (a)和图 (b)的输出电流为 1 (c)和图 (d)的输出电压为 衔铁位于零位时， ,;当衔铁位于零位以上时， 2， ， ;当衔铁位于零位以下时， 1 36120 = ( )， 310,= NF m， =， 据公式（ 4110=， 20=+=+= ( ) 31212 = 13 4根据（ 4 12123331 101 9 010782231212 101010341034 T ， 0510101034 12331200 或 132312 0 。 223312 10136102010101034 ， 。 4 (4）式和定积分性质可知 ),()()()(),(),(000000中间温度定律证毕。据 (4）式和对数性质、定积分性质可知 ),()()()(),(),(0000000004： 图 4简化为题 4 (a)。我们仿照书上介绍的“巡游一周法”， 从热端出发沿回路一周，按照遇到的导体和温度的顺序，依次写出各接触电势和温差电势，并将它们相加起来便是图 (a)中整个回路的总热电势： )(),()(),()(),()( 00000 ),()(),( 0 （ 1） 依据公式（ 4对数的性质，很容易证明： ）)()( (2) )()(000 ）（ 3） 因 0),(00 ，故 (2)、（ 3）式代入（ 1）式并整理可得： ),()(),()( 14 ),()(),()( 000 ),(,(0 ）（ 4） 补偿导线满足公式（ 4条件，将（ 4代入上式，并引用中间温度定律（ 4，可得 ） 000 ,(,(,(),(,( （ 5） 从以上推导过程可以看出，图 4题 4 (a) 中补偿导线 A B满足公式（ 43条件，故可将热电偶的冷端延伸，而保证整个回路的 热电势仍然不变。 题 4 如果改用普通的铜导线来延伸热电偶的冷端，如图题 4 (b)所示，则整个回路的热电势为： ),()(),(),()(),()( 00 （ 6） 依据积分的性质可知 0),(),(00 （ 7） 依据公式（ 4对数的性质，很容易证明： )()( ）（ 8） （ 7）、（ 8）式代入（ 6）式得 ),(),(),()(),()( 0 （ 9） 从以上推导过程可以看出，普通的铜导线不能用来延伸热电偶的冷端。 4由题意可知：50，( ) n 60, =， ( ) = 灵敏度， ( ) ( ) ( ) 44600,0, =+=+， ( ) 40, = 灵敏度 或( ) ( ) ( ) = 灵敏度， 0 =+=T。 4： 采用与其相配的补偿导线时，将公式（ 4入公式（ 4，仪表测 15 得的电压为 )0,()0,(),(),(),(0001 从 K 型热电偶的分度表上查得对应 400 和 20的热电势，代入上式计算得 K ,20()0,400(1 若错用了分度号为 E 的热电偶的补偿导线，则仪表测得的电压为 )0,20()0,30()0,30()0,400()0,()0,()0,()0,(),(),(002 查 E 型和 K 型热电偶的分度表上对应 400、 30 和 20的热电势，代入上式计算得 仪表指示的变化为 4：不可接反。因为图 4,(0，毫伏表读数为 ),(),(),(),( 00 如果 4V 直流电源的极性接反，则补偿电桥的电压也会改变极性，即 ),(0，此时 ),(),(),(),(00 。 4 ：由题意知，本题所求解的补偿电桥就是书上图 4示电路。而且，题中给出了：铜电阻 = ,热电偶的电压温度系数 /，0时 0 ,( 。 代入书上公式 （ 4算，直接求得 可调电阻的阻值 (5)1106 0 6 4算得 ）（ 106 6 是 0100 之间变化时的平均值，故据此计算出的 0 102 9 ,( 计算出的 4： 因为该温度显示仪表是按照 镍铬镍硅热电偶 分度表刻度的，所以只有在冷端温度为 0的情况下，仪表显示的温度才与实际温度相符。查 镍铬镍硅热电偶 分度表可知， 500对应的热电势是 此我们可推断 ：既然 显示仪表指示温度为 500，表明此时 仪表所加的电压为 为此时 冷端温度是 60而不是 0，所以此时 仪表所加的电压应该是 60,不是 0,将 仪表 测得的 60,查表得 16 到的 0,60E =4算得 ,60()60,()0,( 再反查 镍铬镍硅热电偶 分度表，与此热电势 0,应的温度在 557和558中间即 这个温度值才是实际的温度值， 如果 热端温度不变，设法使冷端温度保持在 20，此时仪表所加的电压将变为)20,(将前面计算得的 0,查表得到的 0,20E =人公式（ 4算得 ,20()0,()20,( 再反查 镍铬镍硅热电偶 分度表可知，此电压加到仪表上，仪表显示温度将是与 ,( 对应的温度值，应当在 538 与 539中间约 而此时的实际温度依然是 因此此时仪表显示的温度误差为 通过以上计算对比可见， 冷端温度降低时，显示仪表的指示温度值更接近实际温度值。 4：基于光电效应原理工作的光电转换元件称为光电器件或光敏元件。光电效 应一般分为外光电效应、光导效应和光生伏特效应，相对应的光电器件也有以下三种类型：、光电发射型光电器件，有光电管（符号见图 42）和光电倍增管（符号见图 44（ b）；、光导型光电器件，有光敏电阻（符号见图 46），、光伏型光电器件，有光电池（符号见图 412）。 4：有种常见形式。、透射式，可用于测量液体、气体和固体的透明度和混浊度；、反射式，可用于测量表面粗糙度等参数；、辐射式，可用于光电高温计和炉子燃烧监视装置；、遮挡式，可用于测量物体面积、尺寸和位移等参量；、 开关式，可用于开关，如光电继电器；计数，将光脉冲转换为电脉冲进行产品计数或是测量转速等；编码，利用不同的码反映不同的参数。 4电器件输出的光电流与入射光波长的关系 I=F( )为光谱特性。在同样的电压和同样幅值的光强度下，当以不同的正弦交变频率调制时，光电器件输出的光电流 与入射光强度变化频率 =F1(f)或 S=F2(f)称为频率特性。 光谱特性对选择光电器件和辐射能源有重要意义。当光电器件的光谱特性与光源辐射能量的光谱分布协调一致时，光电传感器的性能较好，效率较高。在检测 时，光电器件的最佳灵敏度最好在需要测量的波长处。 选用光电元件时，应考虑其频率特性是否能适应于入射光强度变化的情况。也就是说，光电元件的频率响应特性的上限频率应远高于入射光强度变化的频率。 4题 3敏电阻改为光敏电阻与串联电阻5缩机改为路灯。 4：由公式 (4见，增大（或减少）霍尔片控制电流可增大（或减少）霍尔式钳形电流表的灵敏度；图 4流表灵敏度便会增大几倍。用这种办法可成倍地改变霍尔式钳形电流表的灵敏度和量程。 17 4输出的霍尔电势为： ）（ H 由 ，可得载流子浓度为： 320319 /1 4：如图 4示，由于工艺上的原因，很难保证霍尔电极、装配在同一等位面上 ,这时即使不加外磁场，只通以额定激励电流 I，在两电极间也有电压 就是 不等位电压。 两截面之间的电阻 R。此外霍尔元件电阻率不均匀或厚度不均匀也会产生不等位电压。 不等位电压是霍尔传感器的一个主要的零位误差，其数值甚至会超过霍尔电压，所以必须从工艺上设法减小，并采用电路补偿措施。补偿的基本思想是把矩形霍尔元件等效为一个四臂电桥，如图 4等位电压相当于该电桥在不满足理想条件 2=4情况下的不平衡输出电压。因而一切使桥路平衡的方法均可作为不等位电压的补偿措施。图4 (a)是在阻值较大 的臂上并联电阻，图 (b)(c)是在两个臂上同时并联电阻，显然方案 (c)调整比较方便。 4能。因为热敏电阻 图 4a)中，当温度升高时，过 霍尔元件的控制电流 大，从而使霍尔元件输出电压 增大，这就可补偿负温度系数的 温度升高而减小的作用。如果把图 4a)中热敏电阻换成金属电阻丝，因为金属电阻丝具有正温度系数，当温 度升高时，金属电阻丝电阻增大 ，流过 霍尔元件的控制电流 小，从而使霍尔元件输出电压也 减小，这只能补偿正温度系数的 温度升高而增加的作用，不能补偿负温度系数的 果图 4b)中金属电阻丝换成热敏电阻 当温度升高时，小，流过 流增大，流过霍尔元件的控制电流 小，从而使霍尔元件输出电压 减小，这也只能补偿正温度系数的 温度升高而增加的作用，不能补偿负温度系数的 温度升高而减小的作用。 5：相同点： 磁敏二极管和磁敏三极管 都是 有本征区 I，本征区 一个侧面磨成光滑面，另一面打毛。粗糙的表面处容易使电子 空穴对复合而消失，称为 r( (或 ， 不同点： 磁敏二极管的结构是在高阻半导体芯片 (本征型 )I 两端，分别制作 P、 N 两个电极，形成 磁敏二极管未受到外界磁场作用时，外加正偏压，则有大量的空穴从 区进入 N 区，同时也有大量电子注入 P 区，形成电流。当磁敏二极管受到外界磁场 H+(正向磁场 )作用时，电子和空穴受到洛伦兹力的作用而向 r 区偏转，由于 r 区的电子 和空穴复合消失速度比光滑面 此形成的电流因复合速度快而减小。当磁敏二极管受到外界磁场 向磁场 )作用时，电子 空穴对受到洛伦兹力作用向光滑面偏转，电子 空穴的复合率明显减小，因而形成的电流变大。磁敏二极管反向偏置时，仅流过很微小 18 电流，几乎与磁场无关。 磁敏三极管的结构是在弱 征区 I）上，用合金法或扩散法形成三个结，即发射结、基极结、集电结。当磁敏三极管未受到磁场作用时，基极电流大于集电极电流，使 =bW），光电元件的输出电压变化一个周期，光栅辩向电路产生一个脉冲计数，采用电子细分技术后，主光栅移动一个光栅栅 距 W，细分电路将产生 栅的分辨率即一个脉冲计数代表的位移就从 W 变成 W/m。子细分数在 12 60甚至更多，因此 光栅传感器能测量很微小的位移 。 光栅传感器中有两个相距四分之一莫尔条纹间距的光电元件，这两个光电元件的输出信号 2。当位移反方向时，正向位移时原来相位超前的那个光电元件的输出信号的相位，就从相对超前变为相对迟后，这就会使相关的辨向电路控制计数器从脉冲加计数变成脉冲减计数，因此计数器的计数结果反映位移正负两抵后的净位移。 6光栅所允许的移动速度 V 受光敏二极管响应时间 的限制 4 故 201050 10 63 6： 六位循环码码盘测量角位移的最小分辨率为： ra 0 6 。 码盘半径应为： 循环码 101101 的二进制码为 110110，十进制数为 54； 循环码 110100 的二进制码为 100111，十进制数为 39。 码盘实际转过的角度为： 954( 。 6尔条纹宽度为因为标尺光栅每移动一个栅距 W，莫尔条纹就移动一个条纹宽度 H 的距离 ,所以当标尺光栅移动 100微米时，莫尔条纹移动的距离为 01020 6 6： 相邻正弦绕组与余弦绕组的间距为 (n/2+1/4)W。 相邻正弦绕组和正弦绕组，相邻余弦绕组与余弦绕组的间距都为 n 倍 节距 W。 6： 感应同步器测量系统对位移的分辨率 是由节距 W 和细分数 m 决定的，因此要提高位移分辨率，就要选用节距 W 小的感应同步器和增大细分数 m。 6： 感应同步器设置正弦绕组与余弦绕组是为了能在测量位移大小的同时还能判别位移的方向。 6分析环境温度变化，对振弦式传感器灵敏度的影响。 解： 在温度变化时，振弦的有效长度也随之变化： )1(0 式中 t 和 分别为温度和温度膨胀系数，0t 0 时的弦长。由于振弦的截面积很小，可认为当温度变比时其截面积 A 不变。 振弦的应力 =F/A 代人教材上公式（ 5振弦的振荡频率可表示为 21 取振弦式传感器灵敏度则由上式可得 1)1(411410 由上式可见，温度增加，振弦灵敏度降低。 6：振弦、振筒两种频率式传感器的共同的特点是都由振动体、激振器、拾振器 25 和放大振荡电路组成一个反馈振荡系统，作为振动体的振弦、振筒都是用具有导磁性的恒弹性合金制成，当激振器使振动体振动时，磁路的磁阻交替变化，在拾振器中产生感应电压，感应电压的变化频率等于振动体振动频率。 它们共同的工作原理是，被测非电量如力、压力、密度等使振动体振动频率即拾振器感应电压的频率改变，因此测量拾振器感应电压的频率就可测出被测非电量。 7导纤维 简称光纤，由透光的纤芯和包层以及不透光的尼龙外套组成。纤芯内传播的光入射到纤芯和包层的交界面时，由于纤芯的折射率比包层的折射率大，只要入射角 1大于 临界角 c，即 )21 ，光就不会穿过两个介质的分界面，而只会完全反射回来，这种只有反射没有透射的情况称为全反射。 在光纤的入射端，光线从空气 (折射率为 )中以入射角0射入光纤纤芯，当入射角 022210 a r c s in 时，就会使 1 c 即满足全反射条件，这样 ，光线就能在纤芯和包层的界面上不断地产生全反射，呈锯齿形路线在纤芯内向前传播，从光纤的一端以光速传播到另一端，这就是光纤传光原理。 7光纤发生弯曲到一定程度使光线入射角小于临界角时，射到纤芯与包层界面上的光有一部分将穿过界面透射进包层造成传输损耗 微弯损耗，从而引起光纤出射端输出的光通量发生变化。图 7形器使光纤发生周期性弯曲就越厉害，引起传输光的微弯损耗越大，光纤出射端输出的光强度越小。通过检测光纤输出的光强变化就能测出位移或力信号。 7曝光（光积 分）时间，图 7收光生电荷，产生“电荷包”。曝光结束时，全部“电荷包”实行场转移，亦即在一个瞬间内将感光区整场的“电荷包”图象迅速地转移到存贮器列阵中去，譬如将脚注为 时光敏元开始第二次曝光（光积分），而存储器列阵则将它里面存贮的光生电荷信息一行行地转移到读出移位寄存器，在高速时钟驱动下的读出移位寄存器，读出每行中各位的光敏信息，如第一次将 出移位寄存器 立即将它们按 着再将 ，直至最后由读出移位寄存器输出 7外探测器是能够把红外辐射量的变化转换为电量变化的器件，它是红外传感器的关键部件 传感元件。按其所依据的物理效应可分为光敏和热敏两大类型，其中光敏红外探测器用得最多。 光敏红外探测器是采用电真空光电器件或半导体光电器件，通过红外辐射的光电效应，把红外辐射的光量变化转换为电量变化。 热敏红外探测器是采用热敏电阻、热电偶和热 电堆，通过红外辐射的热电效应，把红外辐射的热量变化转换为电量变化。 7声波探头按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等。实际使用中压电式探头最为常见。压电式超声波探头是利用压电材料的压电效应来工作的。逆压电效应将高频电振动转换成机械振动，以产生超声波。正压电效应将接收的超声振动转换成电信号。由于压电效应的可逆性，