传感器与检测技术课后习题答案.ppt

1、第0章，0.1 :传感器位于研究对象和测试系统的接口位置，即检测和控制的首位。 传感器是探测、获取、检测信息的窗口，所有科研和自动生产过程中获取的信息都需要通过传感器获取，并通过传感器转换成易于传输和处理的电信号，其作用和地位尤为重要。 下一页，门，画廊，第0章，0.2 :传感器：感应器中直接测量的部分。 传感器：能够接受规定的测量并根据一定的规则转换为可使用的输出信号的设备或装置。 通常由传感器和转换元件构成。 信号调整器：转换输入输出信号的装置。 发射器：能够输出标准信号的传感器。下一页、前一页、门、画廊、第1章、1.1解：1.2解：下一页、前一页、门、画廊、第1章、1.3解：取入数据：下

2、一页、前一页该温度传感器受到的宽度为r的阶跃响应(动态方程式为初始第一章，1.5解：该问题与炉温实验的测量跳跃曲线相似： 1.6解：下一页，前一页，返回，图库1.8 :静特性是输入量为常数或变化极慢时传感器的输入输出特性，其主要指标是线性、延迟、重复性、分辨率1.9 :传感器的静态特性反映在静态特性曲线上，静态特性曲线从实际映射中得到。 1.10 :人们根据传感器的静态特性选择合适的传感器。下一页、前一页、返回、图库、第1章、1.11解：理论线性度：端点线性度：基于两端点的模拟和直线中间的4点和拟合直线误差：0.17 0.16 0.11 0.08因此，下一页、前一页、返回图库、第1章画廊，第1

3、章，1.13解：质量体(质量m )，弹簧(刚性c )，阻尼器(阻尼系数b )依据达朗贝尔的原理。 分为金属线式和箔式。 其主要特性残奥表：灵敏度系数、横向效应、机械延迟、零漂移及蠕变、温度效应、应变极限、疲劳寿命、绝缘电阻、最大工作电流、动态响应特性。 2.4 :下一页、前页、门、画廊、第二章、2.5解：下一页、前页、门、画廊、第二章、2.5、下一页、前页、门、画廊下一页、前页、返回、画廊、第二章、 上页、返回、画廊、第2章3.1 :种类：自感式、涡电流式、差动式、变压式、压磁式、感应同步的原理：自感、互感、涡电流、压磁3.2a :差动式灵敏度：下页、上页、返回、 画廊3.3 :相敏检测电路的

4、原理是通过鉴别相位来识别位移的方向，即差动变压器输出的振幅调制波经过相敏检波，可以输出反映位移的大小和位移极性双方的测量信号。 经过相敏检波电路，正位移输出正电压，负位移输出负电压，电压值的大小表示位移的大小，电压的正负表示位移的方向。改变了下一页、前一页、返回、画廊、第3章、3.4 :气隙长度的改善方法，是因为尽可能缩小初始气隙距离，同时灵敏度的非线性也增加，使用差动式传感器时灵敏度增加，非线性减少。下一页、前一页、返回、画廊、第3章、3.5解：下一页、前一页、返回、画廊、第3章、3.5、下一页、前一页、返回、画廊、第3章、3.8 :压磁效应：一些强磁性物质对外界的机械力只有一定条件下的压磁

5、效应有单位特性，但不是线性关系。 应变效应：导体机械变形时，电阻值随之变化。 在电阻线拉伸比例的极限，电阻的相对变化与对应成比例。下页、前页、回廊、第4章、4.1解：差动式静电电容传感器的灵敏度：单极式静电电容传感器：差动式静电电容传感器的灵敏度比单极式提高了2倍，非线性也大幅减少。下一页、前一页、返回、画廊、第4章、4.2 :原理：物理上已知的由两个平行金属极板组成的电容器。 如果不考虑其边缘效应，其容量在C=S/D式中是两个极板间的介电常数，s是两个极板对的有效面积，d是两个极板间的距离。 根据这个公式，有三种改变容量c的方法。 一种是改变介质介电常数的方法。 其二是改变形成的电容的有效面

6、积，其三是改变各极板间的距离，得到的电表的输出是电容值的增量，构成静电容量式传感器。下页、前页、门、画廊、第4章、4.2型：可变极距型静电电容传感器、可变面积型静电电容传感器、可变介电常数型静电电容传感器。 电容传感器可用于测量线性位移、角位移和振动振幅。 特别适用于测温、高频振动振幅、精密轴系旋转精度、加速度等机械量。 也可用于测量压力、压力差、液位、材料面、粮食中的水分含量、非金属材料的涂层、油膜厚度、介质的湿度、密度、厚度等。 下页、前页、返回、画廊、第4章、4.3 :可选择差分容量或选择应变片式液径传感器。 4.4答：优点： a温度稳定性好，b结构简单，适应性强，c动态响应好，缺点：

7、a能够实现非接触测量，具有平均效应，b输出阻抗高，负载能力差，c寄生电容影响大，下一页，前一页，返回，画廊，第4章， 4.4使用时请注意输出特性为非线性的保护绝缘材料的绝缘性能。去除边缘效应和降低寄生电容的影响，降低外界的干扰，防止和降低。 4.5解：下一页、前一页、下一页、前一页、返回、画廊、第4章、4.6略4.7 :动作原理：传感器为初始状态，即a点为高电平，即Ua=U； 另一方面，b点为低电平、即Ub=0的差动脉冲宽度调制型电路的特征在于其线性变换特性。下一页、前一页、返回、画廊、第5章、5.1 :磁电式传感器是通过磁电作用被转换为测量的电信号的传感器。 感应式传感器是利用线圈的自感和互

8、感来进行测量的装置。 磁电式传感器具有频率响应宽、动态范围宽的特点。 另一方面，感应式传感器存在交流零信号，不适合高频动态信号检测的响应速度慢，迅速的动态测量也不适合。 磁电式传感器测量的物理残奥表为磁场、电流、位移、压力、振动、转速。、下一页、上一页、返回、画廊、第5章、5.2 :霍尔组件可以测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。 霍尔组件的不等位电位是霍尔组件通过额定控制电流未施加磁场时两输出电极间的无负载电位，可以用能够输出的电压表示。 温度补偿方法： a分流电阻法：适用于恒流源供给控制电流的情况。 b桥补偿法、下一页、前一页、返回、画廊、第5章、5.3a:1 :将1张长度为l、宽度

9、为d的半导体薄片置于磁感应强度为磁场(磁场方向与薄片垂直)的位置，当电流I流动时，在与电流和磁场垂直的方向上产生电动势Uh。 这种现象称为霍尔效应。 孔组件多为n型半导体材料，比较薄。 霍尔传感器转换效率低，温度影响大，但结构简单，体积小，牢固，频率响应宽，动态范围(输出电位变化)大，无接点，长寿命，可靠性高，容易小型化和集成电路化，因此测量技术、自动控制、电磁测量、下一页6.1 :某电介质在一定方向受到外力的作用而变形时，由于内部电极化现象，两面同时产生符号相反的电荷，外力被去除后，变为不带电的状态，另一方面，作为施力方向变化时，电荷的极性发生变化。 晶体受力产生的电荷量与外力的大小成正比。

10、 这种现象称为正压电效应。 相反，如果对结晶施加一定的变电场，结晶本身就会发生机械变形，外部电场逃逸，随之变形也消失，被称为逆压电效应。 压电材料具有水晶结晶、一系列单晶硅、多晶陶瓷、有机高分子聚合材料、下一页、前页、返回、画廊、第6章、6.1结构和应用特点：在压电式传感器中，为了提高灵敏度，往往使用多片压电芯片作为一个压电模块其中最常用的是两片结构，根据两片压电芯片的连接关系，可分为串联和并联，通常为并联，可增大输出电荷，提高灵敏度。 使用时，两片压电芯片需要一定的弹力，在保证压电模块在动作中总是受到压力作用的同时，消除两片压电芯片的接触不良引起的非线性误差，保证输出信号和输入操作力的线性关

11、系，下一页，前一页，返回，画廊，第6章，6 但是，由于实际上是不可能的，所以压电传感器不应该进行静态测量，只要施加交变力，电荷就会不断补充，可以给测量电路提供一定的电流。 因此，压电传感器只能动态测量。 6.2 :如果作用于压电模块的力为静态力，则电荷泄漏无法测量。 因而，压电传感器通常用于测量动态的或瞬时的残奥仪表。下一页、前一页、返回、图库、第6章、6.3 :水晶结晶整体为中性，在外力作用下变形时，虽然没有体积变形压电效应，但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。 压电陶瓷是多晶铁电体。 原始的压电陶瓷材料不具有压电性，必须在一定的温度下进行极化处理才能发现压电性。 所谓极化，就是用强电场

12、使“畴”有规律地排列，畴在极化电场去除后几乎没有变化，残留着强残留极化。 当外力作用于极化后的强电介质时，其残留极化强度随之变化，在一定的表面分别产生正负电荷。下页、前页、门、画廊、第6章、6.3极化方向压电效果最显着。 铁电体的残奥仪表也随时间变化而劣化，铁电体的劣化会削弱压电效应。 6.4 :基本考虑是更好地改变传感器的频率特性，以便传感器可以在更广泛的领域使用。6.5略、下一页、前页、返回、画廊、第7章、7.1 :物体受到具有一系列能量的光子的冲击，物体材料中的电子吸收光子的能量有相应的电学效应(例如，电阻率的变化、电子的发射、电动势的产生等) 这种现象称为光电效应。 7.2 :吸收损耗

13、：吸收损耗与构成光纤的材料的中子激发和分子共振有关，当光的频率与分子的振动频率接近或相等时，产生共振，大量吸收光能，引起能量损耗。 散射性损失：由于材料密度的微观变化、成分、下一页、前一页、返回、画廊、第7章、7.2分起伏以及制造过程中产生的结构上的不均匀性和缺陷。 一部分光向所有方向散射，不能传到终点，散射性受损。 放射性损失：光纤以一定曲率半径弯曲时，产生放射磁性粒子。 a弯曲半径比光纤直径大很多的弯曲b微弯曲：如果将光纤与光缆组合，光纤的轴线可能会产生随机的微弯曲。下一页、前一页、返回、画廊、第7章、7.3 :光纤的工作基础是光的全反射，当入射光的入射角大于光纤包层间的临界角时，在光纤的

14、界面发生全反射，以光纤内部以后的角度反复逐次反射优点： a具有优良的传输性能，传输损耗小的b频带宽度，可进行超高速测量，灵敏度和线性好的c在恶劣环境下工作，可进行远距离信号传输，下一页，前页，返回，画廊，第7章， 7.3功能光纤传感器不仅可以作为光传播的波导，而且可以利用外部物理因素改变光纤内的光的强度、相位、偏振状态或波长，进行外部因素的测量和数据传输。 下一页、前一页、返回、画廊、第7章、7.4a:CCD是在n型或p型硅基板上生长薄的SiO2，进而在SiO2薄层上依次堆积金属电极的半导体器件， 在该规则排列的MOS电容排列中加上两端的输入输出二极管，构成ccd芯片的一个脉冲能够反映一个光接

15、收元件的光接收状况，脉冲宽度的高低反映该光接收元件的光接收的强弱，输出脉冲的顺序能够反映光接收元件的位置，这就是图像传感器的作用、下一页、前一页、返回、画廊、第8章、8.1 :测温电阻体传感器被分类为精度高、稳定性好、性能可靠的类型。 主要用作标准电阻温度校正，也常用于工业测量。 此外，它还广泛应用于温度标准、标准的传递，是目前测温再现性最好的一种。 铜电阻传感器：比白金便宜。 测温范围较小时，稳定性优异。 温度系数比较大，电阻值和温度之间接近线性关系。 材料容易精制，价格便宜。 不足之处是测量精度略低于铂电阻，电阻率小。下一页、前一页、返回、画廊、第8章、8.1铁电阻和镍电阻：由于铁和镍两种金属的电阻温度系数高、电阻率大，可作为体积小、灵敏度高的电阻温度校正，其缺点容易氧化、化学稳定性差、难以精制、复制性下一页，前一页，上门，画廊，第8章，8.2 :热电动势：两种不同材料的导体(或半导体) a，b连接到一个闭合回路上，使两个节点处于不同的温度，则回路上存在热电势。 产生电流的相应热电势称为温差电势或塞贝克电势，统称为热电势。 接触电动势：接触电位是两种不同导体的自由电子，其密度