汇总传感器自考.doc

第一章 概述一、填空题 1.传感器能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出的器件成装置。2.传感器的组成敏感元件、转换元件、基本转换电路。3.内部传感器主要检测系统内部的位置.速度.力.力矩.温度及异常变化。4.外部传感器主要检测系统的外部环境。5.物性型是利用某些物质的某种性质随被测量参数的变化而变化的原理制成的。6.结构性是利用物理学中场的定律和运动定律构成的。7.利用半导体和磁场相对运动产生感应电动势是磁电感应式。8.利用半导体集成感光像素光电转换.储存.扫描的是固体图像式。9.正压电式是利用压电元件的压电效应。10.电涡流式是利用电涡流现象改变。11.利用温差电效应塞贝克效应（热电偶）。12.测量物理量适用于使用红外传感器进行测量的是温度、遥感、探伤、气体分析。13.无源型传感器不需要外加电压，而是将被测量的能量的相关的能量转换成电量输出，故又称能量转换型。14.模拟型传感器的输出是与输入物理量变换相对应的连续变化的电量，其输入输出关系是可能是线性的，也可能是非线性的。15.传感器的输入量为常量或随时间做缓慢变化时，传感器的输出与输入之间的关系称为静态特性。16.静态特性指标线性度线性度、灵敏度、重复性。17.阀值指标属于灵敏度指标。18.传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特性称为传感器的动态特性。19.传感器的动态特性取决于传感器的本身及输入信号的形式。20.传感器按其传递.转换信息的形式分为接触式环节、模拟环节、数字环节三类。21.注意稳定性指标，这样才有可能利用电路或微机对传感器误差进行补偿和修正，使传感器成本既底又能达到较高精度。22.量程是测量范围上限（最高）值和下限（最低）值之差。23.工作寿命.平均无故障时间.保险期.疲劳性能.绝缘电阻.耐压叫做可靠性。24.频率特性有频率响范围、幅频特性、相频特性、临界频率。25.阶跃特性过冲量、临速度、稳定时间。26.任何一个机电一体化系统（或产品）均具有信息获取、信息转换、信息传递及信息处理等功能。27.传感器检测系统目前正迅速地由模拟式.数字式向智能化方向发展。28.传感器的精度是表示其输出量与被测物理量的实际值之间的符合程度。29.传感器的频率响应特性，必须在所测量信号频率范围内，保持不失真测量条件。30.传感器的静态标定是给传感器输入已知不变的标准非电量，测其输出，给出标定曲线和标定方程和标定常数，计算其静态指标。31.测量的二维或三维向量，对传感器还应要求交叉耦合灵敏度愈小愈好。32.在频域内，研究动态特性时，则采用正弦输入信号分析传感器检测系统的频率响应，包括幅频特性和相频特性。33.传感器的标定组成被测非电量的标准发生器、待标定传感器、所配接的信号调节器及显示、记录器。34.对传感器的进行静态标定时，首先要建立静态标定系统。35.随着科学技术的进步，标定方法也在不断的改进和发展，利用微机进行数据采集、数据处理、自动绘制特性曲线以及自动控制标定过程的系统。36.符合传感器是同时检测几种物理量具有复合检测功能的传感器。二、选择题1属于传感器动态特征指标的是 D 。 A重复性 B线性度 C灵敏度 D固有频率2.按照工作原理分类，固体图像式传感器属于 A 。 A光电式传感器 B电容式传感器 C压电式传感器 D磁电式传感器3与价格成反比的指标是 B 。 A可靠性 B经济性 C精度 D灵敏度4压电式传感器属于 A 。 A能量转换型传感器 B电容式传感器 C电阻式传感器 D有源型传感器5传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的 D 。A线性度越好 B迟滞越小 C重复性越小 D灵敏度越高 6传感器的标定是在明确传感器的输入与输出关系的前提下，利用某种 C 对传感器进行标定。 A标准原件 B正规器件 C标准器具 D精确器件7传感器的静态标定是给传感器输入已知不变的 C 测其输出。 A标准电量 B正规电量 C标准非电量 D正规非电量8传感器的动态标定是检验传感器的 C 。 A静态性能指标 B频率相应指标 C动态性能指标 D相位误差指标9下列传感器的响应时间最短的是 D 。 A电容式 B磁电式 C电容式 D光电式10基准器中 A 精度最高。 A国家级 B一等级 C二等级 D三等级三、问答题1传感器的静态特征有哪些？传感器的静态特征有线性度、灵敏度、重复性等。2标定系统的基本特征组成部分有哪些？传感器的标定系统组成被测非电量的标准发生器、待标定传感器、所配接的信号调节器及显示、记录器。3什么叫传感器？传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。4环境参数的定义？环境参数主要是指传感器允许使用的工作温度范围以及环境压力、环境振动和冲击等引起的环境压力误差、环境振动误差、环境振动误差和冲击误差等等。5传感器的稳定性的定义？稳定性是在相同条件、相当长时间内，其输入/输出特性不发生变化的能力。稳定性一般以室温条件下经过一定的时间间隔后，传感器的输出与起始标定时输出的差异来表示。四、简述题1为什么说革新的主角之一就是传感器？ 传感器检测技术是机电一体化的关键技术之一，是当前获得迅速发展的一门技术。当今，在世界范围内掀起的以微机为代表的微电子技术与机械技术的有机结合，给机械以智能的机电一体化技术革命迅猛发展，所以传感器是革新的主角之一。2传感器与检测技术的发展方向是什么？(1)开发新型传感器；(2)传感器检测技术的智能化；(3)复合传感器；(4)研究生物感官，开发仿生传感器五、计算题1某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下：铂电阻温度传感器：0.35/C,电桥：0.01v/,放大器：100倍，笔试记录仪：0.1cm/v求：（1）测温系统的总灵敏度。 （2）记录仪笔尖位移为4cm时，所对应的温度变化值。(1) (2)2某位移传感器在输入量变化5mm时，输出电压变化为300mv，求其灵敏度。3有一传感器，其实际测的输入输出特性曲线与拟合直线的最大偏差为Lmax=3C 而理论满量程测量范围为（-20100）C ,试求该项传感器的线性度。第二章 位移检测传感器一、选择题1.压电式位移传感器将（C）转化为力。A.电压 B.电流 C.位移 D.相位差2.下列测力传感器中，属于小位移传感器的是（C）。A.压电式 B.感应同步式 C.电容式 D.光栅式3.必须选用屏蔽措施的传感器是（A）传感器。 A.电容式 B.互感式 C.电阻应变式 D.涡流式4. 必须选用补偿措施的传感器是（B）。 A. 电容式 B.差动传感器 C.电阻应变式 D.涡流式5.下列选项中，适用于测量大位移的传感器为类型是（C）。 A.电容式 B.互感式 C.光栅式 D.涡流式6.感应同步器的作用是测量（C）。 A.电压 B.电流 C.位移 D.相位差7.下列传感器中，属于发电型位移传感器的是（B）。 A.自感式 B.压电式 C.电容式 D.电阻应变式8.涡流式传感器不可测量（C）。 A.位移 B.厚度 C.温度 D.振动9.最常用的测量角位移的电容是（A）。 A.平板型 B.圆筒型 C.变介质 D.长容栅10.电感式传感器改善性能不考虑的因素是（D）。 A.损耗问题 B.温度误差 C.零点剩余电压 D.线性度11.磁栅式位移传感器不可用于测量（D）。A.线位移 B.角位移 C.速度 D.噪声二、填空题。1.电测法是利用各种传感器将位移量变换成电量或电参数。再经后接测量仪器进一步变换完成对位移检测的一种方法。2.位移测试系统与其他电测系统一样，由传感器、变换电器、显示装置或记录仪器三部分组成。3.电位计还可以将位移或转角变换成与之有某种函数关系的电阻或电压输出。4.对于线绕电位计，其电阻和电压输出空载特性并不是一条理想直线而是呈阶梯状，称为阶梯特性。5.电阻应变式位移传感器是将被测位移引起的应变元件产生的应变，经后续电路变换成电信号输出，从而测出被测位移。6.电容式位移传感器是利用电容量的变化来测量线位移和角位移装置。7.电容量C是几何参数S和及介电常数的函数。8.电容位移传感器有变极距型、变面积型、变介质型。9.电容位移传感器是有灵活多样的使用方式，即可以在封闭形式工作，也可以在开放形式下使用，即利用被测对象作为一个极板，或利用被测对象作为极板间的介质。10.变面积型电容位移传感器可用于线位移测量，也可用于角位移测量。根据不同需要采用平板型极板、圆筒型、镀齿型。这类传感器输入/输出具有线性特性。11.电容位移传感器的电容量一般比较小，如果电源频率不变，则传感器本身的容抗,就会相当大。12.电容传感传感器的极板和周围物体,各种仪器乃至于人体都会发生电容联系，产生附加电容,称为寄生电容。13.电感式位移传感器是将被测量物理量位移转化为自感L、互感M的变化，并通过测量电感的变化确定位移量。14.互感式位移传感器是将被测量的变化转换成互感系数的变化。15.互感位移传感器常接成差动形式，因此常称为差动度。16.差动变压器式电感位移器测量精度高,分辨力可达0.1um。线性范围大有的能达到250mm,稳定性好、使用方便。17.涡流式传感器是利用电涡流效应将被测量变换为传感器线圈阻抗z变化的一种装置。18.涡流位移传感器的金属体上产生的涡流，其渗透深度与传感器线圈的激励电流的频率有关，所以涡流位移传感器主要分变频反射和低频透射两类。19.发电型位移传感器是将被测量物理量转换为电源性参量，这种传感器是一种能量转换型传感器。20.磁头分动态和静态两种。动态磁头又称速度磁头,只有一个绕组。当磁头沿磁尺作相对运动时才有信号输出。21.静态磁头又称磁通响应式磁头，该磁头有两个绕组，一为励磁绕组,另一为输出绕组。22.静态磁头一般用两个，二者之间间距为，即两者空间相差。23.光栅条纹密度有25条/mm、50条/mm、100条/mm或更密，栅线长度为6-12mm。24.光栅可以制成透射光栅和反射光栅,透射的栅线刻制的透明材料上，要求较高时，可以采用光学玻璃；而指示光栅最好采用光学玻璃。反射光栅的栅线刻制在具有反射率很高的金属或镀以金属膜的玻璃上。25.感应同步器是利用电磁感应原理将线位移和角位移转换成电信号的一种装置。26.在直线式感应同步器中，固定绕组为定尺,绕组是连续的，可动绕组为滑尺,绕组是分段的。且分两组，在空间相差90度相位角，称正、余弦绕组。27.脉冲发生器发出的频率一定的脉冲序列,经脉冲相位变换器进行分频，输出信号方波和指令信号方波。28.激光器、光学元件、光电转换元件构成的激光测量系统，将被测位移量转换成电信号。29.激光干涉式测长传感器分为单频激光干涉和单频激光干涉传感器。30.差动变压器式传感器可以直接用于位移测量，也可以测量与位移有关的任何机械量，如压力、重量、膨胀等。三.问答题。1.选用位移传感器应考虑哪些问题？损耗问题、气隙边缘效应的影响、温度误差、差动位移传感器的零点剩余电压问题。2.举例说明什么是发电型传感器？什么是参数型传感器？发电型传感器是将被测物理量转换为电源性参量，如电动势、电荷等等，这种传感器是一种能量转换型传感器；参数型传感器的工作原理是将被测物理量转化为电参数，即电阻、电容或电感等等3. 差动式电容位移传感器和差动电感位移传感器的特点是什么？差动式电容位移传感器，灵敏度高，同时在零点附近工作的线性度也得到改善。差动电感位移传感器测量精度高，分辨力可达0.1um，有的能达到250mm，线性范围大，稳定性好，使用方便4. 哪些传感器有可能被选作小位移测量传感器？为什么？电阻式位移传感器、电阻应变式传感器、电容式位移传感器、电感式位移传感器。因为他们的灵敏度高，精确度也高。5. 容栅式位移传感器和电容式位移传感器有何区别？ 容栅式位移传感器因多极电容及平均效应，所以分辨力高，精度高，量程大，对刻划精度和安装精度要求可有所降低。电容式位移传感器的电容量一般比较小，若电源频率不高，则传感器本身的容抗就会相当大，此类传感器应放置于金属壳内，并接地，从而消除不稳定的寄生电容。6. 简述透射式涡流位移传感器的工作原理。 透射式涡流位移传感器的工作原理：线圈加音频电压，线圈中便有同频交流电流，并在周围空间产生交变磁场。这一磁场穿过金属片后作用于线圈，并感应出电压。当磁场穿过金属片时，在金属片中产生涡流，消耗部分磁场能量，使输出电压有所下降。金属片越厚，涡流损耗越大，输出电压越低，输出电压间接反映金属片M的厚度。7.请回答下列与直线式感应同步器有关的问题： （1）它由哪两个绕组组成？ （2）鉴相式测量电路的作用是什么？(1)固定绕组和可动绕组；(2)鉴相式测量电路的作用是可根据感应电动式E的相位来鉴别位移量，将代表位移量的感应电动势相位的变化转换成数字量，然后显示出来。8.电感式位移传感器有哪些种类？它们的工作原理？（P20）电感式位移传感器有自感式电感位移传感器、互感式位移传感器、涡流式位移传感器和压磁式四计算题。1.在变极板面积型电容位移传感器中，原始电容C0=20uf,角位移Q= /4，求此时电容为多少？2. 在光栅式位移传感器中，有两块刻线数目相同，切线圆半经分别为10mm,20mm的切向圆光栅同心放置，其中光栅条纹 密度为w=50条/mm，R=60mm,所产生莫尔条纹间距为多少？五设计题。 请设计一装置用于测量钢板厚度。（P24）第三章、力、扭矩和压力传感器一、填空题1.电气式测力传感器，根据转换方式不同分为参量型和发电型两种。2.电阻应变式测力传感器是将力作用在弹性元件上，在力作用下产生应变。利用贴在弹性元件的应变片将应变转换成电阻的变化。3.柱型弹性元件当力或荷重沿中心线对其作用时，受力后的应变为 4.梁型弹性元件常用的有悬臂梁式和两端固定式两种5.应变片是非电量电测中一种常见的转换元件。6.金属丝的作用是感受机械试件的应变变化，称它为敏感栅。7.用玻璃纤维布制作的底基能耐的高温，多用于中温和高温的情况下。8.箔式电阻应变片的敏感栅是用（35）um厚的金属箔粘于胶基上，用光刻技术加工成需要的形状。9.压阻效应是指固体受到应力作用时，其中电阻率发生变化，这种现象称为压阻效应。10.半导体应变片的应变灵敏系数比电阻应变片大，而适用于需要大信号的场合。11.应变仪中多采用交流电桥，电源以载波频率供电，四个桥臂均为电阻，由可调电容平衡分布电容。12.当某些晶体沿一定方向受外力用而变形时，在其相应的两个相对表面产生极性相反的电荷，当外力去掉后，又恢复到不带电状态，这种物理现象称为正压电效应。13.晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比，电荷的极性取决于变形的形式。14.压电元件既是敏感元件，又是转换元件。它将被测力或压力转换成电荷或电压输出。15.与压电传感器配套使用的前置放大器用于放大压电元件输出的微弱信号并把高阻抗转换为低阻抗输出。16.电荷放大器的电缆电容影响很小，可忽略不计。但价格较高，电路较复杂，调态较困难。17.压磁效应时，外力是拉力时，在作用力方向铁磁材料磁导率提高作用力方向磁导率降低。18.只要转轴的尺寸，材料确定，转轴的切应变和两端面的相对转角只与轴上所承受的扭矩有关，且成正比关系。19.集流环是将转动中轴体上的电信号与固定测量电路装置相关联的专用部件。20.感应式激流装置是利用电磁感应原理将旋转部分的电信号耦合列固定部分上，去掉了各种接触点，而称无接触集流环装置。21.根据磁弹效应，受扭矩作用的轴的导磁性（磁导率）也要发生相应的变化，即磁导率发生变化，从而引起线圈 的感抗变化，通过测量电路测量感抗的变化可确定扭矩。22.电容式扭矩测量仪是利用机械结构，将轴受扭矩作用后的两端面向相对转角变化变换成电容器两极板之间的相对 有效面积的变化，引起电容量得变化来测量扭矩。23.扭力传感器的工作转速为（100800）r/min测量精度为1%。24.液柱式压力计利用液柱产生的压力与被测介质压力相平衡的原理进行测压。25.大多数指针式压力计的弹性元件是波登管26.C形、螺线形和螺旋形波登管横截面的 直径比愈大，则灵敏度愈大，但强度减弱27.电量式压力计是用各种传感器或测量元件将压力变换成电量或电参数，再经后接相应的测量电路进行一步变换，最后由显示或记录仪显示或记录下来，以实现压力测量的装置。28.电容式压力传感器的特点是灵敏度高，适合测量微压、频响好、抗干扰能力强。29.电阻应变片中，将试件的应变通过底基传给敏感栅30.应变电桥多采用交流电桥。二、选择题。1.下列哪种传感器不属于参量型测力传感器 （D）A、电阻式 B、电容式 C、电感式 D、压电式2.在电阻应变片中对金属丝的要求，下列哪一项是正确的 （C）A、具有比较低的电阻系数 B具有较大的温度系数C、具有较高的弹性极限 D对铜的热电动势要大3.下列哪种工作方式不是应变仪电桥工作方式 （C）A、 单臂 B、双臂 C、三臂 D、四臂4.电量式压力计不包括 （B）A、电感式 B、液光式 C、压电式 D、霍尔式5.底基中胶基的适宜温度为 （C）A、70度以下 B、70100度 C、1000300度D、400500度6.下列哪一项传感器不属于压电式力传感器 （D）A、 单分量 B、三分量 C、四分量 D、五分量7.光电式扭矩传感器的测量精度为 （A）A、 1% B、 2% C、 5% D、 4%8.压磁式扭矩仪又称 （D）A、 电容式扭矩仪B、非磁弹式扭矩仪C、光电式扭矩仪D、磁弹式扭矩仪9.在压力低于20MPa时，采用（B）作波登管。A、 铁 B、磷铜 C、铍青铜 D、不锈钢10.应变片不具有的特点 （D）A、精度高 B、动态响应好 C、使用简单 D、体积大11.压电传感器的选用原则不包括 （B）A、量程 B、电动势 C、频带 D、电荷放大器12.常见的测力系统不包括 （B）A、 电容式 B、电动势 C、电阻式 D、电感式三、问答题1.金属电阻丝应变片与半导体应变片的工作原理是什么？各有什么优缺点？ 金属电阻应变片是基于金属的电阻应变效应原理。半导体应变片是基于压阻效应。压阻式的优点：1.灵敏度高；2.机械滞后小，横向效应小，精度高，体积小、重量轻、动态频响高，易于集成；缺点：温度稳定性差，灵敏度分散度大，较大的应力作用下非线性误差大，机械强度低。电阻应变式传感器特点：1精度高，测量范围广；2使用寿命长，性能稳定可靠；3结构简单，体积小，重量轻；4频率响应较好，既可用于静态测量又可用于动态测量；5价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用。2.应变片布桥方式有几种？各有什么特点？电桥有单臂、双臂、四臂工作方式。3.压电式力传感器的工作原理是什么？压电式力传感器与电压放大器配套使用应注意什么问题？工作原理：压电式力传感利用压电晶体的纵向和剪切向压电效应，并以压电晶体作为敏感原件与转化元件。注意的问题：所选传感的工作频带能覆盖待测力的频带；要求电荷放大器输入阻抗高于1012，低频响应为0.001Hz；选用受振动、压力变化等影响所产生噪声小的低噪声电缆。4.活塞式压力计使用时有哪些要求？ 要求测量活塞插入活塞筒内的深度不小于总长的2/3，活塞在活塞筒内能均匀平稳转动，并且保持足够的持续旋转时间，以减少活塞与活塞筒壁之间的摩擦力。5.电容式扭矩测量仪怎样测量扭矩的？ 电容式扭矩测量仪是利用机械结构，将轴受扭矩作用后的两端面相对转角变化变换成电容器两极板之间的相对有效面积的变化，引起电容量的变化来测量扭转。6.简述电阻应变式测力传感器的工作原理？ 电阻应变式测力传感器是将力作用在弹性元件上，在力作用下产生应变。利用贴在弹性元件的应变片将应变转换成电阻的变化。然后利用电桥将电阻变化转换成电压的变化，再送入测量放大电路测量，最后利用标定的电压和力之间的对应关系，可测出力的大小。7.集流环的关键零件是什么？说明其制作材料。 集流环的关键零件是电刷和滑环，一般用途的集流装置，滑环用紫铜制成，电刷用石墨-铜合金制成；对于测量精度高的，滑环用纯银或蒙乃尔合金制成，电刷用石墨-银合金制成8.压电式力传感器的选用原则是什么？ 1.量程和频带的选择：选择量程合适的传感器，传感器的工作频带能覆盖待测力的频带；2.电荷放大器的选择：电荷放大器的输入阻抗要高于，低频响应为0.001Hz；3.电缆选择：选用受振动、压力变化等影响所产生噪声小的低噪声电缆；9.压磁式力传感器主要有什么组成？ 压磁式力传感器主要由压磁元件、弹性机架、基座和传力钢球等组成。10.为什么压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量？如作用在压电组件上的力是静态力，则电荷会泄露，无法进行测量。所以压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量。四、计算题1、 计算：1 已知电路求等效电阻Req2、供电电源Ui=3V R3=R4=100欧姆，R1和R2为相同型号的电阻应变片，灵敏度系数K=2.0 其电阻均有200欧姆，两只应变片分别粘贴于等强度梁同一截面的正、反两面，设等强度梁在受力后产生的应变为5000u，试求此时电桥输出端电压U。3、有一吊车的拉力传感器，其中电阻应变片R1，R2，R3，R4贴在等截面轴上。已知R1，R2，R3，R4标称阻值为120，桥路电压为2V，物重m引起R1，R2变化增量为1.2。画出应变片组成的电桥电路说明R3，R4起到什么作用。第四章 速度、加速度传感器一、选择题1.影响压电式加速度传感器低频响应的能力是（D）A 电缆的安装与固定方式 B电缆的长度 C前置放大器的输出阻抗 D 前置放大器的输入阻抗2. 对于压电式加速度传感器，希望其固有频率（C）A 接近零 B尽量低些 C尽量高些D 任意3.直流测速发电机空载时，输出电压与电枢感应电动势相比（C）A 要大 B要小 C相等D 不确定4. 直流测速发电机有负载时，输出电压应比空载时（B）A 要大 B要小 C相等D 不确定5.用变磁通式速度传感器测转速时，若传感器转子的齿数越多，则输出的感应电动势的频率（A） A. 越高 B. 越低 C. 越平稳 D. 没有变化6. 交流测速发电机转子有40个齿，被测转速为1200/min，则该交流发电机输出电动势的频率为（D）A. 0.5Hz B. 2Hz C. 20Hz D. 800Hz7. 电缆分布电容对电荷放大器的输出电压（C） A. 有较大影响 B. 有一定影响 C. 无影响 D. 不能确定8. 下列不属于压电陀螺式角速度传感器的是（A）A. 柱型 B. 振梁型 C. 圆管型 D. 双晶片型9. 下列不属于压电式加速度传感器的特点的是（D） A. 重量型 B. 体积小 C. 对被测机构的影响小 D. 稳定可靠性好10. 高输入阻抗电压放大器的输入阻抗应大于（D）A. 106 B. 107 C. 108 D. 10911. （B）角速度传感器是利用压电晶体的压电效应工作。A 转子陀螺式 B压电陀螺式 C激光陀螺式 D 光纤陀螺式12. （C）压电式加速度传感器的结构简单、体积小、重量轻、灵敏度高。A 压缩型 B剪切型 C弯曲型 D 振梁型2、 填空题1.测速发电机是机电一体化系统中用于测量和自动电机运转的一种传感器。2.在恒定磁场中，旋转的电框绕组切割磁通，并产生感应电动势。3.空载时，直流测速发电机的输出电压和电框感应电动势相等。因而输出电压与转速成正比。4.交流测速发电机可分为永磁式、感应式、脉冲式三种。5.感应式测速发电机与脉冲式测速发电机的工作原理相同，都是利用定子、转子、齿槽、相对位置的变化，使输出绕组的磁通产生脉冲，从而感应出电动势。6.脉冲式测速发电机以脉冲频率作为输出信号。7.当转子的齿与定子的齿相对时，气隙最小，磁路系统的磁通最大。而齿与槽相对时，则气隙最大、磁通最小。8.转子陀螺的Y轴称为测量轴或输入轴，X轴称为输出轴。9.压电陀螺利用压电晶体的压电效应工作，这种角速度传感器有振梁型、双晶片型和圆管型三类。10.双晶片型压电陀螺式角速度传感器采用四块弯曲振动模式的压电元件，两端成90。连接，固定在基底上的两个驱动压电元件以相反方向给其基波频率驱动。11.激光陀螺式角速度传感器，利用单晶硅块或石英块中控制成三角环形激光腔，腔内充有氦氖混合气体，并装有电极、反射镜和分光镜用胶合法固定。12.光纤陀螺式角速度传感器具有无机械传动部件，无需预热时间，对加速度不敏感，动态范围宽，体积小，灵敏度高等优点。13.对10mm见方的A-1203陶瓷衬底上裸露放置的晶体管硅芯片进行测量，对流速为(1100)m/s的气体和流速为0.0012m/s的液体，测量误差1%。14.压电加速度传感器属于发电型传感器可把它看成是电压源或电荷源。故灵敏度有电压灵敏度和电荷灵敏度两种表示方式前者是加速度传感器输出电压（mV）与所承受加速度之比，后者是加速度传感器输出电荷（Q）与所承受加速度之比。15.加速度是运动参数。加速度传感器首先要经过质量-弹簧惯性系统将加速度转为力，再将力作用于弹性元件，从而将力转变为应变，通过测量应变可以测量加速度。16.MII-02型传感器有两种，一种能在低到10HZ频率范围内测的加速度值。17.在开环压阻式加速度传感器的基础上，对敏感质量进行力反馈，使得在工作范围内，敏感质量所感受的由外界加速度引起的惯性力与反馈力始终处于大小相等，方向相反的状态，构成闭环压阻式加速度传感器。18.利用压阻效应构成的半导体加速度敏感元件，悬臂由于加速度而产生位移，该位移引起扩散压阻层区域变形从而引起压阻层电阻变化，检测其电阻变化即可检测出加速度大小。19.磁效伸缩元件设置在永久磁铁上，线圈绕在磁致伸缩元件上，由振动引起的磁效伸缩效应通过其周围的线圈以电抗变化形式检测出来。20.力平衡式伺服加速度传感器由惯性敏感系统，位移传感器，伺服放大器和磁电式力发生器组成，使用时，将力平衡式加速度传感器固定在被测体上。21. 单片微型力平衡式伺服加速度传感器采用集成电路加工技术，将敏感元件及电子电路集成在一片硅片上制成的。22.加速度传感器最常用的有压电式和应变式，磁致伸缩式。23.在实际应用中，机电一体化系统测速发电机的主要要求有输出电压对转速应保持较准确的正比关系，转动惯量要小，灵敏度要高，即测速发电机的输出电压对转速的变化反应要灵敏。24.脉冲式测速发电机适用于鉴频锁相的速度控制系统。25.电荷放大器的灵敏度即使在连接电缆在百米以上无明显变化。三、简答题1.试说明测速发电机工作原理？P57 测速发电机工作原理是根据电磁感应原理，当转子绕组供给励磁电压并随被测电动机转动时，定子绕组则产生与转速成正比的感应电动势。2.变磁通感应式速度传感器中的开磁路式与闭磁路式各有何优缺点？61 开磁路式结构简单，体积较小，但输出信号弱，不易测量高转速。闭磁路式测量范围大，为（504000）r/min,可连续使用，且方便、可靠。3.试述压电陀螺式角速度传感器三种类型的特点？63 振梁型：稳定可靠性好，适用于恶劣环境，平均无故障间隙10000h.工作温度（-4060） 双晶片型：体积小，寿命长，响应快，线性度好，滞后可忽略，功耗小，价廉，重量约100g，可抑制振动和加速度干扰。 圆管型：结构简单，易批量生产，可靠性高，成本低。适用于精度要求不太高的稳定系统。4.试述加速度传感器的工作原理。66 是利用惯性质量受加速度所产生的惯性力而造成的各种效应，进一步转化成电量后间接度量被测加速度。5.为什么压电式加速度传感器要使用高输入阻抗电荷放大器？67 压电传感器本身的内阻抗很高，而输出的能量又非常微弱，因此在使用时，必须接高输入阻抗的前置放大器。6.霍尔传感器的工作原理是什么？61 在被测物体上粘有好多对小磁钢，霍尔元件固定于小磁钢附近。当被测物转动时，每当一个小磁钢转过霍尔元件（通过电流），霍尔元件输出一个相应的脉冲。测的单位时间内的脉冲个数，即可求得被测物的转速和角速度。7.简述直流测速发电机差生误差的原因和改进方法。58 直流测速发电机差生误差的原因有三个：其一是有负载时，电枢反应去磁作用的影响，使输出电压不再与转速成正比，遇到这种情况可以在定子磁极上安装补偿绕组，或使负载电阻大于规定值；其二是电刷接触压降的影响。这是因为电刷接触电阻是非线性的，即当电机转速较低、相应的电枢电流较小时，接触电阻较大，从而使输出电压很小。只有当转速较高、电枢电流较大时，电刷压降才可以认为是常数。为了减小电刷接触压降的影响，即缩小不灵敏区，应采用接触压降较小的铜-石墨电极或铜电极，并在它与换向器相接触的表面上镀银；其三是温度的影响。这是因为励磁绕组中长期流过电流易发热，其电阻值也相应增大，从而使励磁电流减小的缘故。在实际使用时，可在直流测速发电机的绕组回路中串联一个电阻值较大的附加电阻，再接到励磁电源上。这样，当励磁绕组温度升高时，其电阻虽有增加，但励磁回路总电阻的变化却小，故可保持励磁电流几乎不变。8. 机电一体化系统对测速发电机的要求有哪些？57 1：输出电压对转速应保持较精确的正比关系；2：转动惯量要小；3：灵敏度要高，即测速发电机的输出电压对转速的变化反应要灵敏。第五章 视觉 触觉传感器一、填空题1.视觉传感器在机电一体化系统中的作用进行位置检测、进行图像识别、进行物体形状、尺寸缺陷的检测。2.接收部分、光电转换部分、扫描部分制成一体，构成视觉传感器。3.固体半导体摄像机所使用的固体摄像元件为CCD，为电荷耦合。4.它有许多光电二极管组成阵列，作为摄像机的感光部分，以代替光导摄像管。5.固体半导体摄像机由摄像元件、信号处理电路、驱动电路和电源组成。CCD摄像元件一种MOS型晶体管开关集成电路。6.二维CCD摄像元件的构成要有隔行传送方式和帧送方式两种。7.红外图像传感器是把波长（220um）的红外光图像变换成如同电视机图像的时序扫描信号输出的传感器。它由红外敏感元件和电子扫描电路组成。8.由于热电型光导摄像管的信号比可见光弱一个数量级，因此必须采用信噪比良好的前置放大器。9.使用固体电子扫描的红外摄像传感器，一般称为红外CCD.10.觉系统的组成光源、环境、摄像机、电源。11.人工视觉系统的硬件构成图像输入、图像处理、图像存储和图像输出。12.图像处理是在研究图像时，对获得的图像信息进行预处理，以滤去干扰、噪声并作几何、色彩方向校正，以提高信噪。13.明亮度信息可借助A/D转换器数字化410比特，形成像素组成的数字图像。14.引起人的接触不在于皮肤表面层的变形，而是由于作用于其上的微小压力。15.灰度无变化的区域其梯度为零，灰度变化的大小决定其梯度的大小，灰度发生突变的边缘区，其梯度值最大。16.区域法与微分法不同，它不直接检测灰度的变化点，而是以了解物体灰度，以及颜色、距离信息是否适宜。17.区域的划分方法，除灰度以外，也可使用颜色及距离信息。18.滑动觉用以感知相接触物件的相对移动。通过滑动可以了解物体表面状态，以及握持力是否适宜。19.接触觉传感器的种类导电橡胶、含碳海绵、微动开关、碳素海绵、纤维海绵。20.压觉中最使人感兴趣的是分布压觉。通过高密度配置这种传感器，可以获得同物体接触时各部分不同的压力。将该压力换成相应处的电压信号，可以获取关于物体形状的信息。21.人工皮肤由导电橡胶两块电极构成，上面电极由具有金属镀膜的柔软材料构成，下面则有许多规则分布的屏蔽环，电极分别置于环的中心。22.识别物体前需先将物体的有关信息输入列计算机内，被输入的信息主要有明亮度信息，颜色信息和距离信息。23.红外图像传感器是把220m波长的红外观图像变换成如同电视图像的时序扫描信号输出的传感器。二、单项选择1.视觉传感器的接收部分的主要作用是（D）。A.充分发挥传感器性能的重要条件；B.将光学图像信号转换成电信号；C.将二维图像的电信号转换为时间序列的一位信号； D.抽出有效信号。2.光导摄像管不具有的功能是(C)。A.光电转换的功能； B.扫描功能； C.D /A功能； D.存储功能。3.去噪声的主要方法有（D）。A.压缩 B.卷积 C.微分 D.平滑化4.由弹簧组成的压觉传感器不具有的特点（D）。A.动作准确 B.精度高 C.体积大 D.高密度配置5.微动开关不具有的特点是（C）A.范围广 B.简单 C.响应速度快 D.不受电磁干扰6.视觉传感器的扫描部的主要作用是（C）A.聚成光学图像信号B.将光学图像信号转换成电信号C.将二维图像的信号转换为时间序列的一维信号D.抽出有效信号7.视觉传感器能源以（A）为基础。A.光电转换 B.图像处理技术 C.记忆功能 D.存储功能8.CCD摄像元件是一种（A）型晶体管开关集成电路。A.MOS B.PD C.PN D.S9.红外光的波长为（A）A.220 B.400080000 C.150050000 D.00.510.明亮度信息可以借助（B）进行数字化。A.D/A转换器 B.A/D转换器 C.加法器 D.积分器11.引起人的接触觉不在于皮肤表层的变化，而是作用其上的（C）A.位移 B.力 C.微小压力 D.滑动12.引起人的压觉不在于外部压力，而是其上的（A）A.皮肤变形 B.位移 C.微小压力 D.滑动三、简答题1.视觉传感器在机电一体化系统中有哪些作用？视觉传感器在机电一体化系统中的作用进行位置检测、进行图像识别、进行物体形状、尺寸缺陷的检测。2. 试说明视觉传感器的光电变换原理。（P77） 经透镜成像的光信号，在摄像管的靶面上作为模拟量而被记忆下来，从阴极发射的电子束，依次在靶面上扫描，将图像的光信号转换成时间序列的电信号输出。3.人工视觉图像处理的方法有几种？ 人工视觉图像处理的方法有微分法和区域法。4. 请说明人工视觉的物体图像识别原理。（P80） 通过视觉传感器经光电变换将光信号变为电信号，通过扫描采样将图像分解成许多像素，再把表示各个像素信息的数据输入计算机进行图像处理。5.什么是图像前处理？ 将全部像素的集合进行再处理，以构成为线段或区域等有效的像素组合，从所需要的物体图像中去掉不必要的像素，这就是图像前处理。6.简述人工皮肤的构成。 人工皮肤由导电橡胶两块电极构成，上面电极由具有金属镀膜的柔软材料构成，下面则有许多规则分布的屏蔽环，电极分别置于环的中心。7.简述物体图像识别。 首先输入被识别物体的图像模型，并抽出其几何形状特征，然后用视觉传感器输入物体的图像并抽出其几何形状特征，用比较程序比较两者的异同四、计算题已知图像，试用sobel一次微分差分近似法求a、b、c、d的方向值。122022222212124323232264266222426676242326266dcab第六章 温度传感器一、填空题。1.温标的种类热力学温标、摄氏度温标、华氏度温标。2.测量温度的方法：接触式和非接触式。3.国际温标的1k=1/273.16 Ttr。4.热电偶式温度传感器属于接触式热电动势型传感器。5.接触电动势是由于两种不同导体的自由电子密度不同，而在接触处形成的电动势。6.温差电动势是在同一根导体中由于两端温度不同而产生的电动势。7.热电偶的定律：均质导体定律、参考电极定律、中间导体定律、中间温度定律。8.热电偶通常由热电极、绝缘材料、接线盒和保护套等组成。9.铠装热电偶的特点是测量结热容量小、热惯性小、动态响应快、挠性好、强度高、抗震性好，适于用普通热电偶不能测量的空间温度。10.薄膜热电偶主要用于测量固体表面小面积瞬时变化的温度。11.用于测量平均温度的方法是并联热电偶。12.用于测量热电动势之和的是串联热电偶。13.热电偶的输出电动势仅反应映出两个结点之间的温度差，为了使输出电动势能正确反映被测的温度的真实值，要求参考端温度T0恒为0，常用的方法恒温法、温度修正法、电桥补偿法、冷端补偿法、电位补偿法等。14.热电阻传感器分为金属电阻式和热敏电阻式两大类。15.温度敏感元件是电阻体，电阻体由金属导体构成。16.热电阻的结构主要由不同材料的电阻丝绕制而成，为了避免通过交流电时产生感抗,或有高变磁场时产生感应电动势，在绕制时要采用双线无感绕制法。17.按照不同的物理特性，热敏电阻可分为正温度系数热敏电阻、临界温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻。18.负温度系数热敏电阻，其阻值随温度增加而呈下降趋势，一般用于（-50300）之间的温度测量。19.总之热敏电阻的温度系数比金属热敏电阻大，而且体积小、重量轻，很适用于空间温度测量，又由于它的热惯性小，反应速度快,故适于测量快速变化的温度。20.全辐射温度传感器利用物体在全光谱范围内总辐射能量与温度的关系测量温度。21.非黑体的总辐射能量ET等于绝对黑体的总辐射能量时，黑体的温度即为非黑体的辐射温度Tr，则物体真实温度T与辐射温度Tr的关系为:。22.亮度式温度传感器利用物体的单色辐射亮度随温度变化的原理，并以被测物体光谱的一个狭窄区域内的亮度与标准的亮度进行比较来测量温度。23.非黑体辐射的两个波长入1和入2的亮度L入1T和L入2T之比等于绝对黑体相应的亮度和比值时，绝对黑体的温度称为该黑体的比色温度。24.半导体温度传感器以半导体P-N结的温度特性为理论基础。25.热电偶所产生的热电动势是由温差电动势和结点温度特性组成，其表达式为Eab(T，To)=。二、单项选择题。1.下列（C）温度传感器属于接触式温度传感器。全辐射亮度式电阻式半导体.不属于非接触式温度传感器的是（D）A全辐射温度传感器 B.亮度式温度传感器 C.比色温度传感器 D.热电偶式温度传感器 3.下列温度传感器不属于热电偶式温度传感器的是（D）A.普通热电偶 B.铠装热电偶 C.薄膜热电偶 D.热敏电阻热电偶4.温差电动势是在同一根导体中由于两端（B）不同而产生的电动势。A.压强 B.温度 C.电阻 D.电压5.一般情况下，要求热敏电阻式传感器的热敏电阻(D)A.呈正弦关系 B.呈余弦关系 C.呈线性关系 D.在一定范围内呈线性关系6.金属热电阻式温度传感器所测量的温度越高，其敏感元件中的自由电子运动（D）A.越规则 B.越不规则 C.呈正态分布 D.呈线性分布7.通常用热电阻式传感器测量（A）A.温度 B.密度 C.加速度 D.电阻8.热电动势的大小只与组成热电偶的导体材料和两接点的温度有关，而与(B)无关。A.冷端温度 B.尺寸形状 C.补偿导线 D.热源9.随着温度的升高，陶瓷半导体电子