传感器与检测技术

1 传感器由哪几部分构成 它们的作用是什么 答 传感器一般由敏感元 件 转换元件及基本转换 电路三部分组成 其作用 如下 1 敏感元件是直 接感受被测物理量 并以 确定关系输出另一物理量 的元件 2 转换元件是将敏感元 件输出的非电量转换成电 路参数及电流或电压等电 信号的元件 3 基本转换 电路则将该电信号转换成 便于传输 处理的电量 2 什么是正压电效应 答 当某些晶体沿一定方 向 受外力作用而变形时 在 相应的两个相对表面将产 生极性相反的电荷 当外 力去掉后 又恢复到不带 电的状态 这种物理现象 称为正压电效应 其中晶 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 3 在实际应用中 机电一体 化系统对测速发电机的主 要要求有哪些 答 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 4 什么是热电效应 答 当两种不同金属导体 两端相互紧密地连接在一 起组成一个闭合电路时 由于两个接触点温度不同 回路中将产生热电动势 并有电流通过 这种把热 能转化为电能的现象称为 热电效应 5 常用的气敏元件有哪些 答 常用的气敏元件有三 种 它们分别是 1 烧 结型气敏元件 2 薄膜型 气敏元件 3 厚膜型气敏 元件 6 有源滤波器与无源滤波器相 比 有哪些优点 答 1 有源滤波器不用 电感线圈 因而在体积 重量 价格 线性度等方 面具有明显的优越性 便 开集成化 2 由于运算 放大器输入阻抗高 输出 阻抗低 可以提供良好的 隔离性能 并可提供所需 增益 3 可以使 低频截止频率达到很低范 围 7 传感器的主要性能指标有哪 些 答 1 测量范围及量程 2 灵敏度 3 线性度 4 精确度 5 重复性 6 稳定性 7 动态特 性 8 环境 参数 8 电容式压力传感器的特点是 什么 答 1 灵敏度高 2 适合测量微压 3 频响好 4 抗干扰能力强 9 什么是绝对湿度 相对湿 度 答 绝对湿度 指一定空 间中水蒸气的绝对含量 相对湿度 指某一被测蒸 气压与相同温度下饱和蒸 气压比值的百分数 10 什么是调制 解调 答 调制 将直流信号变 成交流信号的过程 解调 当直流信号被调制成交流 信号后 若再将该信号还 原成直流信号的过程 11 什么是模拟信号 离散信号 答 模拟信号 在某一自 变量连续变化的间隔内 信号的数值连续 离散信 号 自 变量在某些不连续数值时 输出信号才具有确定性 12 周期信号的频谱特性有什么 特点 答 1 离散性 频谱谱 线是离散的 2 收敛性 谐波幅值总的趋势随谐波 次数的增加而降低 3 谐 波 性 谱线只出现在基频整 数倍的频率处 13 什么是传感器的静态特性 动态特性 答 静态特性 是给传感 器输入已知不变的标准非 电量 测出其输出 给定 标定曲线 标定方程和标 定常 数 计算其灵敏度 线性 度 滞差 重复性等传感 器的静态指标 动态特性 通过确定传感器的线性工 作范围 频率响应函数 幅频特性和相频特性曲线 阶跃响应曲线 来确定传 感器的频率响应范围 幅 值误差和相位误 差 时间常数 阻尼比和 固有频率等 14 什么是逆压电效应 答 在某些晶体的极化方 向施加外电场 晶体本身 将产生机械变形 当外电 场撤去后 变形也随之消 失 这种物理现象称为逆 压电效应 15 压电式加速度传感器在使用 时为什么要接高输入阻抗 的前置放大器 答 压电式传感器本身的 内阻抗很高 而输入的能 量又非常弱 因此在使用 时 必须接入高输入阻抗 的前置放大器 16 视觉传感器在机电一体化系 统中的作用有哪些 答 1 进行位置检测 2 进行图像识别 3 进行物体形状 尺寸缺陷 的检测 17 数模传感器的技术指标包括 哪些 答 1 分辨率 数 模转 换 器的分辨率是指最小输出 电压与最大输出电压之比 2 精度 转换器的精度 是指输出模拟电压的实际 值与理想值之差 3 线 性度 通常用非线性误差 的大小表示数模转换器的 线性度 4 输出电压的 建立时 间 此外还有电源抑制比 功率消耗 温度系数等技 术指标 18 传感器系统中微机接口的基 本方式有哪些 答 1 开关量接口方式 2 数字量接口方式 3 模拟量接口方式 19 对丝式电阻应变片中使用的 金属丝有何要求 答 1 具有较高的电阻 系数 2 具有尽可能大的 电阻应变灵敏度系数 而 且要求电阻应变灵敏度系 数在尽可能大的应变范围 内保持为常数 3 具有较 小的温度系数 4 具有较 高的弹性极限 以便得到 较宽的应变测量范围 5 良好的加工性和焊接性 6 对铜的热电动势要小 20 容栅式电容位移传感器的特 点是什么 答 容栅式电容位移传感 器 具有多极电容及平均效应 所以分辨力高 精度高 量程大 对刻线精度和安 装精度要求低等特点 是 一种很有发展前途的传感 器 21 直流测速发电机工作过程中 产生误差的原因有哪些 答 直流测速发电机在工 作 中 其输出电压与转速不 能保持比例关系 主要有 以下三个原因 1 带负 载时 电枢反映去磁作用 的影响 使其输电压与转 速不再成正比 2 电刷接 触压降的影响 电刷的接 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 使得输出电压很小 3 温度的影响 励磁绕阻中 长期流过电流易发热 其 电阻阻值也相应增大 从 而使得励磁电流减小 22 简述中间导体定律 答 导体 a b 组成的热电阻 当引入第三个导体时 只 要保其两端温度相同 则 对总热电动势无影响 这 一结论被称为中间导体定 律 23 视觉传感器有哪些部分组成 答 视觉传感器是以光电 变换为基础 一般由以下 四部分组成 1 照明部 为了从被测物体得到光学 信息而需要照明 是充分 发挥传感器性能的重要条 件 2 接收部 由透镜和 滤光片组成 具有集成光 学图像或抽出有效信息的 功能 3 光 电转换部 将光学图像信 息转换成电信号 4 扫描 部 将二维图像的电信号 转换为时间序列的一维信 号 24 滤波器的作用是什么 答 从工业现场测得的信 号 经传输线送入检测仪 表的测量电路或微机的接 口 电路 在获取信号或信号 传输的过程中很可能会引 入干扰 使用滤波器 能 使信号在进入测量电路或 接口电路之前削除或减弱 这一干扰 另外也可使用 滤波器获得某一段频率信 号 25 什么是传感器的过载能力 答 一般情况下 在不致 引起传感器的规定性能指 标永久改变的条件下 传 感器允许超过其测量范围 的能力被称为过载能力 26 什么是参量型位移传感器 发电型位移传感器 答 参量型位移传感器是 指 将被测物理量转化为电参 数的位移传感器 发电 型位移传感器是将被测物 理量转换为电源性参量的 位移传感器 27 压电式加速度传感器与电压 放大器和电荷放大器相连 时分别有什么特点 答 1 传感器与电压放 大器连接的电路 其输出 电压与压电元件的输出电 压成正比 但易受电缆电 容的影响 2 传感器与电 荷放大器连接的电路 其 输出电压与压电元件的输 入电荷成正比 电缆电容 的影响作用 甚是微小 28 简述激光式视觉传感器将条 形码的信息传输给信号处 理装置的工作过程 答 1 随着多面棱镜的 高速旋转 将激光器发出 的激光束反射到检测对象 物上的条形码上作一维扫 描 2 条形码反射的光束经光电 转换及放大元件接收并放 大后 再传输给信号处理 装置 从而对条形码进行 识别 29 非接触式温度传感器的工作 原理是什么 答 当物体受热后 电子 运 动的动能增加 有一部分 热能转变为辐射能 辐射 能量的多少与物体的温度 有关 当温度较低时 辐 射能力较弱 当温度较高 时 辐射能力很强 当温 度高于一定数值之后 可 以用肉眼观察到发光 其 发光亮度与温度有 一定的关系 30 简述汽车机电一体化的中心 内容 答 汽车机电一体化的中 心内容是以微机为中心的 自动控制系统取代原有纯 机械式控制部件 从而改 善汽车的性能 增加汽车 的功能 实现汽车降低油 耗 减少排气污染 提高 汽车行驶的安全性 可靠 性 操作方便和舒适性 31 传感器的标定系统由哪几部 分组成 答 1 被测非电量的标 准发生器或被测非电量的 标 准测试系统 2 待标定传 感器 3 它所配接的信号 调节器及显示 记录器等 32 简述亮度式温度传感器的工 作原理 答 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辐射 体的亮度进行比较来测量 温度 33 什么是串扰 应如何克服串 扰 答 相邻信号在导线上产 生的噪声或一信号耦合到 另一导线上所产生的干扰 为 串扰 在设计及组装检测 系统时 应注意以下几方 面的问题 1 信号线 数据线 控制线尽可能分 开 以避免不同类型的走 线平行或靠近 2 走线尽 可能短 尽可能不在集成 芯片之间走线 3 电源线 和地线要设 计的尽量粗而短 4 对于 单稳态 多谐振荡器等易 受电源影响的器件要在近 旁的电源 地线之间接 入电容器进行去耦 易受 干扰的器件要远离振荡器 等 34 热电动势由哪几组成 它们 分别是怎样产生的 答 热电动势由接触电动 势和温差电动势两部分组 成 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 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 35 CPU 控制 A D 转换器的转 换与传送的方式有哪些 答 1 延时等待式 2 中断式 3 查询式 36 振动的激励方式有哪些 答 1 稳定正弦激振 其工作原理是对被测对象 施加一个稳定 单一频率 的正 弦激振力 2 随机激振 随机激振一般用白噪声或 伪随机信号发生器作为信 号源 是一种宽带激振方 法 3 瞬态激振 瞬态激 振与随机激振一样 同属 于宽带激振法 所以可有 激振力和响应的自谱密度 函数和 互谱密度函数求得系统的 频响函数 37 改善电感式位移传感器的性 能时需要考虑哪些因素 答 1 损耗问题 主要 损耗有 一是线圈 二是 铁心 2 气隙边缘效应的 影响 3 温度误差 4 差动式 电感位移传感器的零点剩 余电压问题 38 什么是压磁效应 答 在机械力的作用下 铁磁材料内部产生应力或 应力变化 使磁导率发生 变化 磁阻相应也发生变 化的现象称为压磁效应 39 与电阻应变片相比 半导体 应变片有何特点 答 1 半导体应变片的 工作原理是基于压阻效应 压阻效应是指固体受到应 力作用时 其电阻率发生 变化 2 半导体应变片的 应变灵敏度系数比电阻应 变片 大 50 70 倍 因而适用 于需要大信号输出的场合 此外 半导体应变片的横 向效应小 其横向灵敏度 几乎为零 机械滞后小 可制成小型和超小型片子 这对测量局部应变很有用 3 半导体应变片的缺点 是应变 灵敏度系数的离散性大 机械强度低 非线性误差 大 温度系数大 40 为什么要对热电隅进行温度 补偿 答 热电隅的输出电动势 仅反映出两个结点之间的 温度差 为了使输出电动 势能 正确反映被测温度的真实 值 要求参考端温度恒为 0 但实际热电隅使用的 环境不能保证参考端温度 为 0 因此必须对其进行 温度补偿 41 简述传感器检测系统的组 成 答 一个完整的传感器检 测系统通常由传感器 中 间转换电路 微机接口电 路 分析处理及控制显示 电路等部分组成 分别完 成信息的获取 转换 传 输 分析处理 显示记录 等功能 传感器处于被测 对象与检测系统的界面位 置 为检测系统提供必须 的原始信号 中间转换电 路是将传感器的输出信号 转换成易于测量或处理的 电压或电流信号 42 简述振动测试的目的与内 容 答 振动测试的目的 1 检测机器运转时的振动特 性 检验产品质量 为设 计提供依据 2 考核机器 设备承受振动和冲击的能 力及对系统的动态响应特 性进行测试 3 分析查明 振动产生的原因 寻找振 源 为减振和隔振措施提 供资 料 4 对工作机器进行故 障监控 避免重大事故发 生 振动测试的主要内 容 1 振动参数的测试 2 物体结构参数的测试 43 什么是传感器的动特性 它与哪些因素有关 答 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 简称动特性 传感器 的动特性取决于传感器的 本身及输入信号的形式 44 简述磁栅式位移传感器的 工作原理与特点 答 磁栅式位移传感器根 据 用途可分为长磁栅和圆磁 栅位移传感器 它是在非 磁性金属尺的平整表面上 镀一层磁性材料薄膜 用 录音磁头沿长度方向按一 定波长记录一周期性信号 以剩磁的形式保留在磁尺 上 录制后磁尺的磁化图 形排列成 SN NS 状态 测 量时利用重放磁头将记录 信号还原 磁栅式位 移传感器有较高精度 目 前还可以做到系统精度达 0 01mm m 分辨力为 1 5um 但磁信号的均匀性 和稳定性对磁栅式位移测 量的精度影响较大 45 简述人工视觉系统的硬件 构成 答 人工视觉的硬件构成 一般由图像输入 图像处 理 图像存储和图像输出 四个子系统构成 1 图 像输入通过视觉传感器将 对象物体变为二维或三维 图像 再 经过光电变换将光信号变 为电信号 再通过扫描采 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 2 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 面校正 以提高信噪比 3 图像存储是把表示图 像各个像素的信息送到存 储器中存储 以备调用 4 图像输出装置大致分 为两类 一类是只要求瞬 时知道处理结果以及计算 机用对话 形式进行处理的显示终端 另一类可长时间保存结果 46 简述半导体温度传感器的 工作原理 答 半导体温度传感器以 半导体 P N 结的温度特 性为理论依据 因为当 PN 结的正向压降或反向压降 保持不变时 正向电流和 反向电流都随着温度的改 变而改变 而当正向电流 保持不变时 PN 结的正向 压降随温度的变化而近似 于线性变化 大致以 2mv 的斜率随温度变化 因此 利用 PN 结的这一特 性 可以对温度 进行测量 半导体温度传 感器利用晶体二极管和晶 体三极管作为感温元件 47 抑制传感器检测系统中的 干扰的方法有哪些 答 1 单点接地 2 屏蔽隔离 3 滤波 48 简述数字滤波的特点和方 法 答 数字滤波能够用数字 计算的方法增强信号 降 低干扰 提取有用信息 它与 RC 滤波相比有许多优 点 由于数字滤波利用程 序来实现 因而不需要增 加硬件 而且可靠性高 稳定性好 灵活 方便 常用的数字滤 波方法有 限定最大偏差 法 算术平均值法 加权 平均滤波法等 49 简述压电力传感器的选用 原则 答 1 量程和频带的选 择 对被测力的大小加以 估计 选择量程适宜的传感器 使所测力的大小不超过额 定量程 所选传感器的工 作频带能覆盖待测力的频 带 2 电荷放大器的选择 测量准静态力信号 要求 电荷放大器输出阻抗高于 10 12 10 的 12 次方欧姆 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 50 感应同步器测位移的特点 是什么 答 用感应同步器检测位 移的特点是精度较高 对 环境 要求较低 可测大位移 感应同步器工作可靠 抗 干扰能力强 维护简单 寿命长 51 简述压电陀螺式角速度传 感器的类型及各自的特点 答 振梁型的特点是稳定 可靠性好 适用于恶劣环 境 平均无故障间隙大于 10000h 2 双晶片型的特 点是体积小 寿命长 响 应快 线性度好 滞后可 忽略 功率小 价廉 重 量约 100g 可抑制振动和 加速度干扰 3 圆管型的 特点是结构简单 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 52 什么是图像的前处理 专 用图像处理器包括哪些类 型 答 输入的图像信息含有 噪声 且并非每个像素都 具有实际意义 因此 必 须清除噪声 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 从所需的物体图像中去掉 不必要的像素 这就是图 像的前处理 专用图像处 理器包括局部并列型 完 全并列型 流水线型 多 处理型等 53 结露传感器的优点有哪些 答 1 实际使用时 传 感器特性并不因表面的垃 圾和尘埃以及其它气体的 污染而受到影响 2 可以 利用高湿状态 3 具有快 速开关特性 所以工作点 变动小 4 工作电路可用 直流 电压 54 简述电感式位移传感器的 工作原理和主要类型 答 电感式位移传感器是 将被测量转化为自感 L 互 感 M 的变化 并通过测量 电感量的变化确定位移量 电感位移传感器的主要类 型有自 感式 互感式 涡流式 和压磁式等 由于电感式 位移传感器输出功率大 灵敏度高 稳定性好等优 点 所以得到广泛应用 55 与丝式电阻应变片相比 箔式电阻应变片有哪些点 答 1 金属箔很薄 因 而 所感受的应力状态与试件 表面的应力状态更接近 2 箔式敏感栅面积大 散热条件好 允许通过较 大的电流 因而灵敏度高 输出信号的功率比较大 可为丝式电阻应变片的 100 400 倍 3 箔式敏 感栅的尺寸 可以做得很准确 基长可 以很短 并能制成任意形 状 从而可扩大使用范围 4 便于批量生产 56 简述变磁通式速度传感器 的分类及各自特点 答 1 变磁通式速度传 感器可分为开磁路式和闭 磁路式两种 2 开磁路式 工作时 其传感器不动 将导磁材料制成的测量齿 轮安装在被测转体上 测 量时 齿轮随被测旋转体 一起转动 闭磁路式工作 时 转子 定子和永久磁 铁组成磁路系统 3 开磁 式结构简单 体积小 但输出信号弱 不易测量高的转速 闭磁 路式测量范围大 为 50 4000r min 可连续使 用 且方便 可靠 57 简述热敏电阻式湿度传感 器的工作原理和特点 答 1 工作原理 给两 个 珠形热敏电阻通以电流 自身加热到 200 左右 一 个封入空气中 另一个为 湿敏元件 共同组成湿度 传感器 2 特点 灵敏度 高且响应快 无滞后现象 不像干湿球温度计需要水 和纱布及其他维修保养 可连续测 量 抗受风 油 尘埃能 力强 58 金属氧化物湿传感器元件 有何特点 答 1 可连续测量 5 99 RH 不确定度在 2 0 RH 以内 2 反应迅 速 3 工作湿度在 10 100 之间 4 不影响环 境气体的流速 5 滞后现 象少 6 抗机械冲击强 7 加强清洗周期长 不 易污垢 8 小型 9 传 感器电阻比一般的低一个 数量级 较容易在电路上 使用 10 环境适应性强 59 简述汽车用压力传感器的 主要功能 答 汽车用压力传感器不 仅用于检测发电机负压 还可以检测其它压力 其 主要功能 1 检测气缸 负压 从而控制点火和燃 料喷射 2 检测大气压 从而控制爬坡 时的空燃比 3 检测涡轮 发动机的升压比 4 检测 气缸内压 5 检测 EGR 废气再循环 流量 6 检测发动机油压 7 检测变速箱油压 8 检测制动器油压 9 检测翻斗车油压 10 检测轮胎空气压力 60 一般情况下 如何表示传 感器的稳定性 答 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 61 简述电荷放大器的特点及 电荷放大器与压电式传感 器相连时的特点 答 电荷放大器的特点是 增益高 输入阻抗大 与 压电式传感器相连时 其 输出电压与压电元件的输 出电荷成正比 电缆电容 的影响小 62 简要说明人工视觉系统的 硬件构成 答 一般由图像输入 图 像处理 图像存储和图像 输出四个子系统构成 63简述亮度式温度传感器的 工作原理 答 利用物体的单色辐射 亮度随温度变化的特点 将被测物体光谱的一个狭 窄区域内的亮度与标准辐 射体的亮度进行比较 64简述金属导体材料形成温 差电动势的机理 答 温差电动势指的是在 一个金属导体中 由于其 两端的温度不同而产生的 热电 动势 在金属导体材料中 当其两端存在温差时 高 温端的电子能量比低温端 的电子能量大 从而高温 端容易失去电子带正电 低温端容易得到电子带负 电 于是在金属导体上形 成与材料性质及两端温差 有关的电 位差 65简述金属铂热电阻的测温 特点 答 特性稳定 抗氧化能 力强 精度高 测量温度 范围宽 测量灵敏度低 价格高 66人工视觉系统识别物体前 计算机如何获取该物体的 明亮度信息 答 计算机借助 A D 转换 器将明亮度信息数字化 从而形成由像素组成的数 字图像 67在设计计算机数据采集系 统时 选择模 数转换器应 考虑的主要技术指标是什 么 答 1 分辨率 2 相 对精度 3 转换速度 68什么是有源型传感器 举 例说明 答 将被测物理量转换为 电源性参数的传感器是有 源型传感器 如测转速的 测速发电机 将动能转换 为电能 69简述霍尔式压力传感器的 工作原理 答 波登管在压力作用下 其末端产生位移 带动霍 尔元件在均匀梯度的磁场 中运动 当霍尔元件通入 恒定 电流时 便产生与被测压 力成正比的霍尔电动势 完成压力至电量的变换 70金属导体材料温差电动势 与哪些因素有关 答 金属导体材料温差电 动势与材料两端的温度 T T0 材料的汤姆逊系数 有关 71为什么要把烧结型半导体 陶瓷湿敏元件短时间加热 到 500 的高温 答 是为了去除没污 有 机物和尘埃等气氛对器件 的污染 72说明视觉传感器在机电一 体化系统中的主要作用 答 1 进行位置检测 2 进行图像识别 3 进行物体形状 尺寸缺陷 的检测 73简述低通滤波器的作用 答 低通滤波器具有低频 信号容易通过 并抑制高 频信号的作用 适合于精 度要求不高的场合 1 传感器由哪几部分构成 它 们的作用是什么 2 什么是正压电效应 3 在实际应用中 机电一体化 系 统对测速发电机的主要要求 有哪些 4 什么是热电效应 5 常用的气敏元件有哪些 6 有源滤波器与无源滤波器相 比 有哪些优点 7 传感器的主要性能指标有哪 些 8 电容式压力传感器的特点是 什么 9 什么是绝对湿度 相对湿度 10 什么是调制 解调 11 什么是模拟信号 离散信号 12 周期信号的频谱特性有什么 特点 13 什么是传感器的静态特性 动态特性 14 什么是逆压电效应 15 压电式加速度传感器在使用 时为什么要接高输入阻抗 的前置放大器 16 视觉传感器在机电一体化系 统中的作用有哪些 17 数模传感器的技术指标包括 哪些 18 传感器系统中微机接口的基 本方式有哪些 19 对丝式电阻应变片中使用的 金属丝有何要求 20 直流测速发电机工作过程中 产生误差的原因有哪些 21 直流测速发电机工作过程中 产生误差的原因有哪些 22 简述中间导体定律 23 视觉传感器有哪些部分组 成 24 滤波器的作用是什么 25 什么是传感器的过载能力 26 什么是参量型位移传感器 发电型位移传感器 27 压电式加速度传感器与电压 放大器和电荷