传感器原理及应用期末复习资料

柱。什么是传感器？件和装置。狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。的器件或装置。传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？3．传感器的总体发展趋势是什么？传感器的应用情况。利用新效应；开发新材料；提高传感器性能和检测范围；微型化与微功耗；集成化与多功能化；传感器的智能化；传感器的数字化和网络化。4．了解传感器的分类方法。所学的传感器分别属于哪一类？按传感器的输出信号分类：模拟传感器、数字传感器按传感器的功能分类：单功能传感器、多功能传感器、智能传感器器、磁—电传感器电化学传感器按传感器的能源分类：有源传感器、无源传感器感器12气体、离子、温度传感器以及生化量、生理量传感器。1．传感器的性能参数反映了传感器的输入输出关系传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标描述？主要性能参数的意义是什么1线性度传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比， 线性度RL是表征实际特性拟合直线不吻合的参数拟合方法：理论线性度(理论拟合)c(端点连线拟合)d性度(端点平移)最小二乘法线性度（环。灵敏度:在稳定条件下输出微小增量与输入微小增量的比值传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。 灵敏度S反映输入变量引起的输出变化量x有关。漂移与灵敏度漂移，稳定性：传感器在一较长时间内保持性能参数的能力传递函数的定义是什么？4.电涡流传感器有较好的线性和灵敏度什么是传感器的动态特性?其特性参数有那些？其意义是什么？动态特性：输入量随时间变化时输出和输入之间的关系。固有频率：越大曲线上升越快，时间常数：达到稳定的时间越小，阻尼比：越大过冲现象越小。应变效应：导体产生机械形变时电阻值会发生变化。压阻效应：某一轴向上的外力会引起扳道器电阻率发生变化。部分使灵敏度下降了，这种现象称为横向效应。片灵敏系数范围是多少？说明金属丝电阻应变片与半导体应变片的相同点和不同点。应变片单位变化引起电阻值的改变；50-100；1.5-2；金属应变片：电阻应半导体：半导体材料压阻效应，优,灵敏度高，体积小，耗电小，动态响应制造工艺复杂。4.合？直流电桥的电源稳定，结构简单，但存在零漂和工频干扰，要求有较高的无零漂，不易受干扰，但不易取得高精度，需专用的测量仪器或电路。器的工作原理、输出特性。变面积型电容传感器：测量范围大，多用于测线位移、角位移；变极距型电容式传感器：适宜做小位移测量；位计等。测得电筒两的变化量就可测得极板间距变化量。为什么电感式和电容式传感器的结构多采用差动形式，差动结构形式的特点是什么？化量，故一般采用这种结构。路具有什么特点?TT不需加解调、检波，由滤波器直接获得直流输出，而且对矩形波纯度要求不高，只需稳定的电源即可。为什么高频工作时的电容式传感器连接电缆的长度不能任意变化？XC破坏作用，使电路不能正常工作。变磁阻式传感器的工作原理和主要应用。传感器运动部分与衔铁部分相连接，衔铁移动时间隙厚度发生变化，仪器Rm测量工具中。及减少此电压的有效措施。差动变压器传感器的铁心处于中间位置是输出电压并不等于零，在零点附近总有一个最小输出电压ΔUo出与位移成正比的电压，又能根据电压的正负区别位移的方向？同一铁心上，线圈可以不同。参数测量？一个块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中切割磁力线运动时，导体内部会产生闭合的电流，这种现象称为涡流效应。范围，径向，线圈外位移、振动、转速、厚度、材料、温度、电涡流探伤。电流、不可以检测非金属工作时不需外加电源，导体和磁场发生相对运动是会在导体两端输出感应电动势。恒磁通式、变磁通式。速度信号？前置放大器分别接积分电路或微分电路，接入积分电路时，感应电动势输出正比于位移信号；接入微分电路时，感应电动势输出正比于加速度信号。位电势产生的原因有哪些？通电的导体放在磁场中，电流方向与磁场方向垂直，在导体另外两侧会产生感应电动势，这种现象称为，原因：霍尔引出电极安装不对称，不在同一等位面上；激励电极接触不良，半导体材料不均匀造成电阻率不均匀。霍尔元件的温度补偿方法有哪些？霍尔元件的常见应用。测位移：极性相反磁极共同作用，形成梯度磁场；磁电编码器：金属齿轮计算脉冲数测转速；测压力压差；交流直流钳形数字电流表。半导体磁敏元件有哪些？它们有哪些相同之处和不同之处？它们的电路符号怎样?大小又方向1．什么是压电效应？压电传感器能否用于静态测量？为什么？生符号相变。2象是怎样的？给压电陶瓷施加外加电场使电畴规则排列。优缺点，说出它们各自适用的场合。用维修的场合，稳定性好，但灵敏度低；压电陶瓷灵敏度高，稳定性差，适用于环境稳定，便于校准修正的场合。输出电压、电荷、电容的关系，它们分别适用于何种应用场合？输出电压与单片相等，适合测变化缓慢的信号，接电荷放大器。串联黏贴：C'=C/2，Q'=Q,U'=2U放大。放大器各有什么特点？电压；电荷放大器是有深度反馈的高增益放大器，输入量是电荷。什么是外光电效应？内光电效应？（光生伏特效应、光电导效应件中的光照特性、光谱特性分别描述的是光电器件的什么性能？应。光线照在物体上使物体电导率发生变化或产生光生电动势的现象叫内光电效应。入射光强改变物质电导率的现象称为光电导效应；光照时物体能产生一定方向电动势的现象叫光生伏特效应。照度与光电流光电压的关系；波长与灵敏度的关系。简述光电倍增管的工作原理。说明它有何特点？灵敏度比普通光电管高得多。电路符号怎样?增加，光照越强电流越大，无光照恢复。状态，光强与电流成正比。光敏三极管把二极管产生电流进一步放大。光电池：光生伏特效应。无光照时的电阻，0.4-500M0.5-200K说明光敏二极管与光电池的结构有什么不同？它们是如何工作的？PNPNPSD、CCD等英文缩写是什么传感器？各有什么用途光电位置传感器 图像传感器二维坐标检测系统CCDCCD器件可分为哪几类？MOS光敏元阵列；读出移位寄存器。CD器件分为线阵CCD和面阵CCD；CCDCCDCCDCCD。光纤的结构和传光原理。光纤的性能和分类。光纤的光导材料基本采用石英玻璃，其中有不同掺杂a.光纤的传播基于光的全反射原理。当光线以不同角度入射到光纤端面时，光线在光纤端面入射角θ减小到某一角度θc时，光线全部反射。光线全部被反射时的入射角θc称临界角;c.满足全反射条件即θ＜θc，光在纤芯和包层界面上经若干次全反射向前传播，最后从另一端面射出。性能：①数值孔径（NA）②光纤模式（V）③传播损耗（A）组成：光源、透镜、入射光纤、调制器、出射光纤、光敏器件等。光纤的类型较多致可分为功能型和非功能型两大类。而且有传感能力。件实现的；测温范围。热电偶：两种不同类型金属导体两端分别接在仪器构成闭合回路，两节点铠装热电偶。最高铂铑，1600.耐高温，精度高。+850在云母板、玻璃或陶瓷上。中温平板、珠…体积小，热惯性小，可进行点温测量，40-1000K。什么是热电效应，产生热电势的必要条件是什么？热电偶测温回路的热电动势由哪两部分组成?差时，导体回路有电流流动，产生热电势。温差。接触电势和温差电势。热电偶的基本定律和分类。中间导体定律，参考电极定律；贵金属热电偶，普通热电偶。的目的是什么？铂热电阻，10欧和100欧，5热等因素的影响一般很剧烈的，专业点的说法就是，光和热可以作为半导体的激发源，半导体受光，或者热的作用，其载流子的浓度也能会增加好几个数量级，导电性能或者阻抗发生很大变化。反过来可以用这些效应来确定光或者温度的参数。金属当热电阻的意思是，金属的电阻会随温度的增加而变大，主要是温度使得金属原子的振动增加，对电子的散射作用增加。y（mV)x为输入温度（℃对微分方程两边进行拉氏变换，Y(s)(30s+3)=0.15X(s)则该传感器系统的传递函数为：H(s)Y(s)

0.15

0.05X(s) 30s3 10s1该传感器的时间常数

灵敏度k=0.05 k=2.05，用作应变为800m/m的传感元件。求：①R和/RU=3VU0。解：k2.05;800m/mR/Rk0.0164;应变引起的电阻变化R0.2当电源电压U时，电桥输出电压U0

3R4 R

1.23mV集成温度传感器的原理及分类输出信号的模式,感器、模拟式温度传感器。有一吊车的拉力传感器如图所示，其中电阻应变片R1R2R3R4贴在R1、R2、R3、R4120Ω，MR1、R21.2Ω。灵敏度；③说明R3、R4起到什么作用？应变片组成半桥电路，如下图所示；②计算出测得的输出电压和电桥输出灵敏度。R3、R4压差传感器结构如图4-30a所示，传感器接入二极管双T型电路，电路原理示意图如图4-30bUE=10Vf=1MHR1=R2Ω，C1=C2=10pF，RL=20kΩP使HΔC=1pFURL平均值的大小与方向。PLH21解：当 PLH21

时，C1C

C；C2C

2CR(R2R) 4080EURULLEURULLRL (RR)2L

f

C) 21041010621012260602

0.36VC 由于 ，电压UEC 1 2 RL

=100pFc

一压电=1000pF加速度a 计，供电压灵敏度为Ku电压灵敏度K

100V/gd d

它专用/g 电缆的u C C C 100pF1000pFCc a i i

长度为因C较小忽略前置电路输入电容i电压灵敏度为：K d d

，电缆电容为100pF压电片本身电容为1000pF。出厂标定电压灵u C Cc a求出：d0.11106更换电缆，电容Cc

100pF1000pF

敏度为/g，若使用中改用另一根长其电容量为300pF，问其电压灵敏度如何改变？电压灵敏度为：K d 0.11106

84.62V/gu C C 300pF1000pF解： c a可见电缆加长后电压灵敏度下降。光电传感器控制电路如图8-53所示，试分析电路工作原理：①GP—IS01是什么器件，内部由哪两种器件组成？②当用物体遮挡光路时，发光二极管LED有什么变化？③R是什么电阻，在电路中起到什么1作用？如果VD

二极管的最大额定电R1

应该如何选择？④如果GP—IS01中的VD

二极管反向连接，电路状态如何？晶体管VT、LED如何变化？GP—IS01是光电开关器件，内部由发光二极管和光敏晶体管组成；当用物体遮挡光路时，VgVTLED不发光；R V R V 1 D D60mAR1=（12V-0.7）/0.618.8Ω。4）如果GP—IS01VDVT截止，发光二LED不发光；电路无状态变化。6．用石英晶体加速度计及电荷放大器测量加速度，已知，加速度计灵敏度为器振动加速度。解：5PC/50mV/PC2V时，机器振动加速度为： 2V/50mV g 0.8g5PC/g6K5006020℃，此时显示仪表指示多少度？EAB(t、0℃)＝EAB(t、tn)＋EAB(tn、0℃)为理论依据。首先用水银温度计测出热电偶冷端温度tn，然后在该类热电偶的分度表中查出EAB(tn、0℃)，再与热电偶所测得的电势EAB(t、tn)相加，其和即是补正EAB(t0℃)t。解题步骤:1、查500℃分度号为K的对应数值为24.902mV2、查60℃分度号为K的对应数值为2.436mV3 、式 EAB(t 、0℃) ＝