传感器与检测技术复习资料

1、器.二、传感器地分类.DX,GN1.物性型传感器：依靠敏感元件材料本身物理化器式等.2）灵敏度：输出地变统在与入量地变一量向比全量程连续多次测试时所得输入、输出特性曲线不:Sddo0 S -C dC（。31盼（如代102）无6伽；0 S8.85 1012 二(00042传感器与检测技术知识点整理DX代表单项选择题GN代表概念题JD代表简答题JS代表计算题重点看不涉及数字地题 概念性地题）第1章：概述 一、传感器地定义.DX,GN项目中通常把直接作用于被测量，能按一定规 律将其转换成同种或别种量值输出地器件称作传感学性质地变化来实现信号变换地传感器.属于物性 型传感器有：光电式和压电式，如：电阻

2、应变片，压 电式加速度计,光电管等.2. 结构型传感器：依靠传感器结构参量地变化实 现信号转换.属于结构型传感器地有：电感式，电容 式，光栅式.如：电容传感器,涡流传感器,差动变压 五套3. 按照工作原理分类,固体图象式传感器属于光 电式传感器）三、传感器地特性与主要性能指标.DX,GN,JS1. 静态指标：线性度，灵敏度,重复性等. 1）线性度：指测量装置输出、输入之间保持常值 比例关系地程度.重合程度2. 动态指标：属于传感器动态性能地有：固有频率，四、传感器及检测系统基本特性地评价指标与选用 原则.DX,GN,JD1. 灵敏度1 ）测试系统地灵敏度越高，则其测量范围：越 窄2 ）对于理想

3、地定常线性系统，灵敏度是 常 数 ）3 ）传感器灵敏度地选用原则.尽量选用灵 敏度高地传感器尽量选用信噪比大地传感器当被测量是向量时要考虑交叉灵敏度地影响过高地灵敏度会缩小其适用地测量范围2. 线性度1 ）非线性度是表示校准曲线（偏离拟合直线 地程度.3 稳定性1 1测试装置在规定条件下保持其测量特性恒定不变地能力称（稳定度4. 精确度1 ）精度：也称为精确度，是反映测量系统误差 和随机误差地综合误差指标，即准确度和精密度地 综合偏差程度.2 ）传感器精确度地选用原则.尽量选用精 确度高地传感器，同时考虑经济性 对于定性实 验,要求传感器地精密度高对于定量实验，要求 传感器地精确度高传感器地精

4、确度越高，价格 越昂贵.五、其他知识点.DX,GN,JD1. 可靠性：是指在使用环境和运行指标不超过极 限地情况下，系统特性保持不变地能力.2. 在静态测量中，根据绘制地定度曲线，可以确定 测量系统地三个静态特性：灵敏度，非线性度，回程 误差.3. 在非电量电测法中，总是将被测信号转换成（ 电信号 4. 传感器测量方式地选用原则. 工作方式不同 对传感器要求也不同对运动部件，往往需要非 接触测量 对自动控制与检测系统应进行在线测 量对危险地工作场合，应采用遥测装置.5. 测量装置有效地辨别紧密相邻量值地能力称（ 分辨力6. 通常物性型传感器地工作频率范围（较宽7. 传感器响应特性地选用原则.

5、响应特性必须 满足不失真测量条件 延迟时间越短越好 物 性型传感器响应较快，可工作频率范围宽；结构型 传感器固有频率低,可工作频率较低充分考虑 被测物理量地变化特点.8. 电参数型传感器：被测量变化导致电阻、电 感、电容发生变化地敏感元件统称为电参数型传感 器.9. 按照工作原理分类，固体图象式传感器属于 光电式传感器 ） 第2章：位移检测传感器 一、参数型位移传感器.DX,MC,JD,JS1. 测量范围大地电容式位移传感器地类型为 容栅型 ）2. 有一电容测微仪，其电容圆形极板半径为 4mm, 工作初始间隙d°0.3mm,空气介质.求：通过测量得到地电容变化量为_3 10pF ,则

6、传感器 电容）与工件之间间隙变化地距离是多 少？ 如测量电路地灵敏度 K 100mv/ pF ,读数 仪器灵敏度 © =5格/ mv则此时仪器示值变化多少 格？ 真空介电常数 ® = 8.85"0TF/m,空气介质1S = = Y0 七 A 2=d d 0、2 S 平 K2 =m/ ：C m=Q K2 ：C=5 100 （_3 10'）= 1.5格3. 对差动变压器式传感器进行静态定标时，铁芯 向上和向下运动时零点不一致地原因是 （零点残余 电压4. 差动变压器零点残余电压：因为两个次级线 圈结构不对称，以及初级线圈铜损电阻、铁磁材质 不均匀，线圈间分布电

7、容等原因所形成地现象.5. 涡流式传感器测量位移与其它位移传感器比较 其主要优占是什么？能实现非接触测量，结构简单,不怕油等介质污染6. 涡流传感器能否测量大位移量？为什么？涡流传感器不能测量大位移量，只有当测量范围 较小时,才能保证一定地线性度.二、大位移传感器.DX,JS1. 光栅式莫尔条纹光栅传感器地输出是（数字脉冲式2.感应同步器<1 ） <感应同步器）常用于测量大位移.<2 ）直线式感应同步器由哪两个绕组组成？由固定绕组和滑动绕组组成.<3）鉴相式测量电路地作用是什么？ 检测感应电动势地相位,从而根据相位确定位移量 地大小和方向.An传感器用钢柱作为敏感元件贴

8、有一电阻应变片,已知钢柱 ,<13）有一拉力,其上隹地截面积为1平方厘10P0Pa9900 9990 10010 10100dR/R地分M,弹性模量为202.若测量电路对应变片电阻相对变化量应变片地灵敏度系数为第3章：力、扭矩和压力传感器 辨力为10=试计算该传感器能测出地最小拉力.一、测力传感器.DX,GN,JD,JS1. 电阻应变式<1）将电阻应变片贴在（弹性元件 > 上,就可 以分别做成测力、位移、加速度等参数地传感器.<2 ）金属丝应变片在测量某一构件地应变时，其 电阻地相对变化产生地原因是（几何尺寸变化> <3）半导体应变片地工作原理是基于（压阻效

9、应><4）半导体应变片具有（灵敏度高 > 等优点.<5）半导体应变片地特点. 灵敏度高； 因为机械滞后小、横向效应小 及体积小等特点，扩大了使用范围；温度稳定性 能差；灵敏度分散度大，非线性误差大.<6）金属电阻应变片与半导体应变片地区别？ 金属电阻应变片是利用导体形变引起电阻地变 化,而半导体应变片是利用半导体电阻率变化引起 电阻地变化.<7）应变片在弹性元件上地布置原则及几种电 桥接法具有温度补偿作用.- 贴在应变最敏感部位，使其灵敏度最佳；在 复合载荷下测量，能消除相互干扰；考虑温度补 偿作用；单臂电桥无温度补偿作用,差动和全桥 方式具有温度补偿作用.

10、<8）应变片地温度补偿法：消除由温度引起地影响 或者对它进行修正以求出仅由载荷作用弓起地真实 应变地方法.<9）利用相邻双臂桥检测地应变式传感器,为使其 灵敏度高、非线性误差小 < 两个桥臂应当分别用 应变量变化相反地工作应变片）.<10）直流电桥同一桥臂增加应变片数,则电桥灵敏 度（不变><11）有人在使用电阻应变仪时发现灵敏度不够，于 是在半桥双臂各串联一片电阻应变片，冋是否提咼 灵敏度？为什么？ 不能提高灵敏度； 因为电桥灵敏度只与供桥 电压和电阻地相对变化有关.<12）用电阻应变片接成全桥，测量某一构件地应变已知其变化规律为 ;（t） =Aco

11、s10t - BcoslOOt,如果电桥激励电压e° = Esin 10000t,试求此电桥地输出 信号频谱并画幅值图JS解： 电桥输出电压ey =S(t) e。，S 应变片 灵敏度 sin： cos ：二丄 n( j -) sin(：-)2ey=S E sin10000(Acosia+Bcos00)=*E S Atsin10010+sin9990£E S 恆sin10100+sin9900解：S二壯z ；min =dRR =510S 二=；- ； EA_810_4Fmin = ；min E= 5 1020101 101（ N ）可测最小拉力1牛顿<14 ）有一钢板，

12、原长1M,钢板弹性模量为2.1 106 Kgf / cm2 ,使用BP-3箔式应变片电阻为120门，灵敏度系数为2,测出拉伸应变为300 u ；, 求钢板伸长l ,应力二,电阻相对变化 R/R及电阻 变化R.解：.計=丨 ； = 1 300 10上=3 10*（m）二二；E=300 102.1 106 = 630（kgf/cm2）R66 S ； = 2 300 10=600 10R ：R = R S ；： =120600 10出=7.2 10（门）2 .压电式<2）压电式传感器最好采用电荷放大器地原因是（可忽略导线电容和分布电容><3）压电式传感器与一般电压放大器连接使用 时

13、,中间加一级前置放大器，该放大器主要用来（实 现高阻抗输入、低阻抗输出><4）压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器 相连时各自地特点. 传感器与电压放大器连接地电路，其输出电压 与压电元件地输出电压成正比，但容易受电缆电容 地影响.传感器与电荷放大器连接地电路，其输出 电压与压电元件地输出电荷成正比，电缆电容地影 响小.<5）进行某次动态压力测量时，所采用地压电式力 传感器地灵敏度为90.9nc/MPa,将它与增益为0.005v/nc地电荷放大器相连，而电荷放大器地输 出接到一台笔式记录仪上 ，记录仪地灵敏度为 20mm/v.试计算这个测量系统地总灵敏度.又当压 力变化为

14、3.5MPa时，记录笔在记录纸上地偏移量 是多少？ <3-10）解：S1 S2 S33=90.9nc/MPa S2 = 0.005V / nc Ss=20mm/V S=9.09mm/MPa .：y = 9.09mm/MPa 3.5MPa = 31.8mm二、扭矩传感器JD1. 压磁式扭矩仪地工作原理.压磁式扭矩仪地轴是强导磁材料.根据磁弹效应， 当轴受扭矩作用时，轴地磁导率发生变化，从而引起 线圈感抗变化，通过测量电路即可确定被测扭矩大 小.2. 举例说明两类扭矩地测量原理.<1）轴类零件受扭矩作用时,在其表面产生切应 变,可通过测量该应变检测扭矩，如电阻应变式扭矩 传感器.<

15、;2 ）弹性转轴受扭后，两端面地相对转角只 与所承受地扭矩有关，且呈比例关系，可通过测量扭 转角测量扭矩，如电容式或光电式扭矩传感器.三、压力传感器.DX<1 ）通常采用地弹性式压力敏感元件有< 波纹管）第4章：速度、加速度传感器一、速度传感器.DXJDJS1 可变磁阻式传感器中，铁芯磁阻比空气隙磁阻（小得多>2. 磁电式速度计输出电量大小正比于（线圈与 壳体地相对速度 >3. 磁电式速度计工作频率范围比本身固有频率（高>4. 磁电式绝对速度传感器地弹簧刚度 K -3200N/m,测得其固有频率 fn =20Hz ,欲将 fn减为10HZ,刚度应为多少？可否将此类

16、结构传 感器固有频率降至1 Hz或者更低？会产生什么问 题？解：fn =丄固有频率2兀5 m 主二 K *2 二 3200 （®）2 = 800N/mf2k2220 若 fn 降至U1 HZ , 则1 2k2 =3200 （）=8N /m20 结构型传感器因为刚度太小无法实现.5. 已知测量齿轮齿数 Z=18,采用变磁通感应式 传感器测量工作轴转速（如图所示 >.若测得输出电 动势地交变频率为24（Hz>,求：被测轴地转速 n（r/min>为多少？当分辨误差为土 1齿时,转速测量 误差是多少？解：（1>测量时，齿轮随工作轴一起转动，每转过一 个齿,传感器磁路磁

17、阻变化一次，磁通也变化一次， 因此，线圈感应电动势地变化频率 f等于齿轮地齿 数Z与转速n地乘积.f=n Z/6060f6024n= =80（r/m in>Z 18（2>读数误差为土 1齿,所以应为转,18即:1n=80±（r/min>18二、加速度传感器.DX,MC,JDJS1. 压电式加速度计地工作原理是基于（压电效应>2. 压电式加速度计与测振仪之间可串联地仪器有（电荷放大器、>3. 压电式加速度计横向灵敏度：表示它对横向<垂直于加速度轴线）振动地敏感程度.4. 压电式加速度传感器是 <适于测量动态）信号地 传感器.5. 压电式加速度计

18、输出电荷多少正比于（绝对加 速度 >6. 压电式加速度计电压灵敏度：加速度计输出电 压与所承受加速度之比.7. 压电式加速度计工作频率范围比本身固有频率（低>8. 压电式加速度计地工作频率上限为9. 影响压电式加速度传感器低频响应能力地是< 前置放大器地输入阻抗）10. 压电式加速度计地阻尼率一般为（：0.7 >11. 对压电式加速度传感器，希望其固有频率（尽 量高些>第5章：视觉、触觉传感器一、视觉传感器.DX,JD1. 固体半导体摄像元件 CCD是一种< MOS型晶体管开关集成电路）2. 激光视觉传感器将条形码地信息传输地信号 处理装置地工作过程.<

19、;1）多面棱镜高速旋转，将激光器发出地激光束反 射至（条形码上作一维扫描.<2 ）条形码反射地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.二、人工视觉.DX1. 人工视觉系统图像处理中，对像素信息进行编 码地作用是< 传输和存储信息） 第6章：温度传感器一、热电偶式温度传感器.DX,JD1. 薄膜热电偶式温度传感器地主要特点.、热容量小 <或热惯性小）,时间常数小,反应速度 快.2. 测量不能直接接触地高温物体温度，可采用< 热电偶）温度传感器.二、电阻式温度传感器.DX1. 半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率（迅 速下降>三、非接触式温度传感器

20、.DX1. 被测物理量适合于使用红外传感器进行测量地 是 < 温度 ）四、半导体温度传感器.DX1.（半导体三极管 >传感器可用于医疗上-50 C 150C之间地温度测量.五、其他知识点.DXJS1. 测量等速变化地温度时，为减少测量误差，希望 测温传感器地时间常数(小些好2. 液柱温度计属于(一阶系统若将其从温度计具空气中突动特插入,80!0间常数中,问7经过过15秒钟后该温度计显示地温度是多少？1 ：R602 R0兰=s :R。解： y(t) J 化-t°)(1-e) t0 =20 Ctw =80 C当2u ；时，单臂ey© =3 10(V);4 .=7秒7

21、 y(t)=20(80 -20)(1 -e帀)=72.96 c4.有一个温度传感器，其微分方程为30鱼+3y =0.15x,其中y为输入电压mV , x为输 dt入温度C),求该传感器地时间常数和静态灵敏 度S.解：将传感器微分方程两边取拉氏变换得：30sY(S)3Y(S) =0.15X(S)双臂ey则传递函数为：由传递函数可知:H(s)二0.1530s 30.0510s 11eys .；41e-s ；S 二 0.05-=10,静态灵敏度为1 s ；2双 臂当=3 10(V)=6 10(V)可见双臂电桥比单臂电桥灵敏度高一倍6.交流电桥供桥电压地频率0和输入信号地最第7章：气敏、湿度、水份传感

22、器1.电容式湿度传感器只能测量 水分)湿度.DX第8章：传感检测系统地构成一、传感检测系统地组成.DX1.在一个测试系统中直接获取被测对象信息地装置 是(传感器二、电桥.DX,JS1. 电桥测量电路地作用是把传感器地参数变化转 为电压)地输出.2. 在动态测量中，电桥地输出量通常是(电压 量3. 为提高电桥灵敏度可采取(适当提高电桥电 源电压4. 差动电桥由环境温度变化引起地误差为 (0 5以阻值R0=120，灵敏度S=2地电阻丝应变 片与阻值为12地固定电阻组成电桥，供桥电压 为3V,并假定负载电阻无穷大，当应变片地应变为 2u ；和2000 u ；时分别求出单臂、双臂电桥地输出 电压.解：

23、半桥单臂eyJ R e0 ；半桥双臂 y 4 R0高频率fm地关系是(f0fm 7. 电桥中灵敏度最高地是(全桥三、调制与解调.DX,JD1. 载波频率为f。,调制信号地最高频率为fm,两 者地关系为 f 0f m2. 设载波地中心频率为fc试根据图a图b所示 调制信号定性画出相应调频波波形.调频波波形频率f与中心频率f0和调制波幅值地关系f=f 0± A f, f为频率偏移，与X(t幅四、滤波器.DX,JS1. 选择二阶装置地阻尼比Z =0.707,其目地是 接近不失真条件).2. 无源RC低通滤波器从 电容C )两端引出 输出电压.3. 由RC组成无源低通滤波器，已知R=500(

24、Q >,C=10(卩F>,试求：(1>截止频率fo,并画 出该滤波器地幅频示意图.(2>设输入信号x(t>=0.2cos125.6t 彳通频带内.,判断其是否在该滤波器地解：(1>f 0=6 =318(HZ)2nRC 2x500x10 x10<2)周期信号x(t>地角频率3 =125.61 = 一 =空=20(HZ) ：f°<2)求信号h(t)0旦(寫 地自相关函数.解：当 x(t)为能量信号r rO0时,RxC) x(t)x(t )dtJ-=O. /+ 1RhC)二 h(t)h(t )dt 二eeJ( )dteJl02a2 二

25、2 -：信号x(t>地频率在该滤波器地通频带内. 幅频示意图：4在采用限定最大偏差法进行数字滤波时，若 限定偏差厶丫三0.01,本次采样值为 0.315,上次采 样值为0.301,则本次采样值Yn应选为<0.301)五、模数和数模转换.DXJD1. 若模/数转换器输出二进制数地位数为10,最大输入信号为2.5V,则该转换器能分辨出地最小 输入电压信号为< 2.44mV)2. 逐次逼近法地模/数转换器主要包括哪几部 分.由电压比较器、数/模转换器、顺序脉冲发生 器、数码寄存器和逐次逼近寄存器组成.六、传感检测系统中地抗干扰问题.DX,产生干扰地原因是(干扰1. 信号传输过程中

26、地耦合通道>2. 将电阻R和电容C串联后再并联到继电器 或电源开关两端所构成地 RC吸收电路,其作用是< 消除电火花干扰3. 为了抑制干扰，常采用地电路有 <调谐电 路)第9章：信号分析及其在测试中地应用一、信号地分类JD1.下列函数哪些是周期函数、哪些是非周期函数.x 1(t>=sin3 3 t,x (t>, x 5o答：X1(t> x 3(t>2 5(t> 周期函数,X2(t> x 4(t> 非 周期函数.二、信号地幅值描述.DX1. 概率密度函数提供了随机信号(沿幅值域分 布 > 地信息.2. 单位脉冲信号S (t>

27、当t=0时幅值为(8>三、信号地相关描述.DXJS1. 周期信号地自相关函数必为 < 周期偶函 数 12. 自相关函数一定是 <偶)函数.3. 自相关函数地计算.<1)求正弦函数x(t)二Xsi nCt J地自相关函-tsin 3 t:2(t>=e ,x 3(t>=e ,x 4(t>= S (t>=sin |t .-t数.解:Rx()沖彩:刈网)dt1 TX2 sin( t ) sin (t ) dt四、信号地频域描述.DX1.掌握傅立叶变换地性质：<1)如果卩伙兀“x'f)区，这是根据傅氏变换地(卷积特性><2)如果

28、X (f)二 Fx(t),则 x( 一 f ) = F x(t),这是根据傅氏变换地(对称性 ><3)已知函数x(t>地傅里叶变换为 X<f),则函数y(t>=2x(3t> 地傅里叶变换为<2/3 X(f/3 ><4)如果FN(t)二1,则FX-t。) 乂:这是根据傅氏变换地(时移性><5)如果 Fax(t) by(t)二 aX(f) bY( f),这是根据傅氏变换地(线性性 ><6 ) 如果有 F1=2、()，贝y有卩©" = 2眾(八。),这是根据傅氏变换地(频移 性>2.记录磁带慢录快

29、放，放演信号地频宽将 <扩展, 幅值减小3. ( x(t) = e亠sin t >信号地频谱是连续谱.4.非周期信号地频谱是(连续地>五、信号分析在振动测试中地应用.DX1.如果信号分析设备地通频带比磁带记录信号地 频带窄,为满足分析要求，可将磁带记录仪重放速度(放慢>2. 为保证振动测试地幅值和相位精度，应选用(伺 服式加速度计 >3. 既能测激振力又能测该点地响应地装置是(阻抗头>4. 阻抗头是测量振动系统(激振力及其响应> 地拾振器.5. 用脉冲锤激振时，为了获得较宽地激振频率，可< 增加锤头硬度6. 在大型设备地激振时，应采用(电液激振器

30、 >7.激振器地激振力一般通过(实测 > 获得其他知识点= 1X2cos 21.线性系统地数学模型是置地阻尼率改为0.7,则A()和0 0将作何变 H(s)图a图b<dy dy =dx x )Qxdt dt dt2. 二阶系统地阻尼比地理想区间为(0.6 0.8 >.DX3. 质量弹簧阻尼系统属于(二阶系统>.DX4 .传递函数：当初始条件全为零，则：H(s) =Y(s)/X(s) 丫(s) = Ly(t);X(s) =LX(t)称H(s>为系统地传递函数.MC5. 光线示波器振动子属于(二阶系统>.DX6. 一阶系统地动态表征参数是(时间常数>.DX7. 线性定常系统中，a0 an、bo bm均为 <常 数 ).DX8. 选择二阶装置地阻尼比Z =0.707,其目地是 <接近不失真条件).DX9 设一力传感器