传感器课后习题
計算機組成原理速成課
數據庫速成課
第一章
1.傳感器的信號調理一般有哪幾種類型？傳感器輸出接口標準化有何意義？
信號調理大致分為五種類型：電平調整、線性化、信號形式變換、濾波、阻抗匹配。
輸出接口標準化的好處：相關人員就不比深入了解各功能模塊的內部原理及結構，就可以對整個系統進行設計、實現及維護。
2.與有源傳感器比較，無源傳感器存在哪些不利因素？
由于需要為 敏感元件提供激勵源，無源傳感器通常比有源傳感器有更多的引線，傳感器的總體靈敏度也受激勵信號幅度的影響。此外，激勵源的存在可能增加在易燃，易爆氣體環境中引起爆炸的危險，在某些特殊的場合需要引起足夠的重視
3.物聯網用傳感器一般有哪些共性要求或特點？應用于野外環境監測的無線傳感器一般還應主要注重哪些要求？
物聯網對2傳感器最普遍的要求除了性價比高、尺寸小、低功耗，還有提高性能和方便使用，具有便于實現網絡化測量的接口和采用自能化的方式也是必須的。
要求傳感器的可靠性高，抗干擾能力強。
第二章
1.傳感器的總特性主要包括哪些？傳感器的工作特性包括哪些？
傳感器的總特性主要包括傳感器的自身特性及其與被測對象和后接儀器組成的測量系統的輸入和輸出匹配。傳感器的自身特性主要是機械特性和工作特性，其中工作特性全包括靜態特性、動態特性、環境特性及可靠性等。
2.傳感器的靜態特性是什么？主要由哪些性能指標描述？
靜態特性表示的是傳感器在被測量處于穩定狀態時的輸出與輸入關系，主要指標包括靈敏度、線性度、遲滯和重復性等。
3.傳感器的靈敏度如何定義？若某壓力傳感器的靈敏度為1.5mV(V.MPa)，說明該傳感器對應多大的壓力和多少伏激勵電壓時有1.5mV的輸出量變化。
定義：靈敏度指傳感器的輸入量和輸出增量之比。
在1Mpa的壓力和1V的電壓下有1.5mV的輸出變化量。
4.為何只研究傳感器對正弦周期信號和階躍信號的響應就可反映傳感器的特性？
傳感器的動態特性要從時域和頻域兩個方面分析。因此，在時域類研究對階躍函數的響應特性，在頻域類研究對正弦函數的頻率響應特性。采用階躍輸入研究傳感器時域動態響應特性時，用上升時間tr響應時間ts和過沖量（或超掉量）等參數來綜合描述。
5.一階、二階傳感器各有哪些動態特性指標？
一階傳感器：具有簡單能量變換的傳感器，如多數物性型傳感器，其動態性能可用一階微分方程來描述。
二階傳感器：在電氣系統中具有R、L、C的電路呈現二階頻率響應。同樣，對具有阻尼、質量、和彈簧的機械系統，如測力和測量震動的傳感器，也有類似特性。
6.如何合理選擇傳感器？選擇傳感器的過程一般從哪個環節開始？
整體需要原則：傳感器的技術指標是作為孤立產品或部件給出，不是測量系統的整體目標，因此，應按測量系統整體設計要求，是所選傳感器和測量方法適用于實際場合。
高可靠性原則：在多種可選傳感器滿足基本技術指標的情況下，把可靠性列為首要考慮；在滿足性能的前提下，盡量采用元器件少的簡單方案，使得系統安全性可靠性高。
高性價比的原則：在符合要求的同時注重經濟性，除了傳感器造價低外，其使用和維護成本也要低。
合理的選用包括合理選擇和正確使用，傳感器的選用無固定模式。
第三章
1.測量電阻有哪些常見方法？各適用與何種情況？
偏轉法。最簡單的偏轉法是恒壓供電測電阻電流，或者恒壓供電測電阻電壓。
分壓法。分壓器方法常用于測量組織變化很大的傳感器，以及非線性傳感器的電阻如負溫度系數熱敏電阻。
電橋法。用于測量小阻值的變化，最簡單的方法是平衡測量法，利用電動或手動反饋調節標準電阻器的值。
2.對于單臂敏感電阻工作的電橋，采用不平衡電壓作為輸出時，該檢測電路的靈敏度與敏感電阻的變化程度有何種關系？什么情況下靈敏度最高？
非線性關系，在R1=R4；R2=R3的情況下靈敏度最高。
3.對于敏感電阻變化程度接近或超過100%的電阻傳感器，采用相鄰橋臂電阻比值為1的電橋會產生嚴重非線性，有哪些改進方法？
一是采用模擬或數字技術校正非線性輸出，二是犧牲靈敏度換取線性。
4.根據電容變化的原理不同，電容傳感器有哪幾類？各自的主要用途是什么？
1、變極距型電容傳感器：差動式比單極式靈敏度提高一倍，且非線性誤差大為減小。由于結構上的對稱性，它還能有效地補償溫度變化所造成的誤差。由于變極距型的分辨力極高，可測小至0.01μm的線位移，故在微位移檢測中應用最廣。
2、變面積型電容傳感器：變面積型電容傳感器與變極距型相比，其靈敏度較低。這種傳感器的輸出特性呈線性。因而其量程不受線性范圍的限制，適合于測量較大的直線位移和角位移。在實際應用中，也采用差動式結構，以提高靈敏度。
3、變介質型電容傳感器：可用于非導電散材物料的物位測量
5.從電容傳感器的構成看，有直接作用式和間接作用式，各有何特點和適用場合？
直接作用式：直接作用式的電容傳感器就是電容變換器，不需要彈性元件而直接感受被測量。
間接作用式：間接作用式電容傳感器由彈性元件和電容變換器組成。由敏感元件感受被測量，輸出中間變量。感根據彈性元件的不同，可以構成壓力，位移加速度等傳感器。
6.電感傳感器主要由哪些元件組成？按電感變化原理不同，電感傳感器有哪幾類？
由鐵芯，銜鐵，線圈組成。
分為：變氣隙型自感式傳感器，氣隙面積變化型自感傳感器，螺管型自感式傳感器。
7.簡述電渦流傳感器的原理、結構和性能特點，說明電渦流傳感器可直接測量的參量，以及根據其直接測量量可間接測量的其他物理量。
當金屬導體置于變化的磁場中或者在磁場中運動時，在金屬導體內部會產生感應電流，由于這種電流在金屬導體內是自身閉合的，因此稱為電渦流或者渦流。
渦流傳感器結構簡單、使用方便，廣泛應用于位移、震動和材料參數的測量，以及無損探傷等。其最大的特點是可對一些參數進行非接觸測量，其測量范圍和精度取決于傳感器的結構尺寸、線圈匝數以及勵磁頻率等因素。渦流傳感器分為高頻反射式和低頻透射式兩種。
第四章1
1.彈性元件的特性用哪些參數表示？其固有頻率高有何益處？如何估計固有頻率？
彈性元件的特性用k表示剛度用K代表靈敏度。
固有頻率高可以減少動態誤差。
一般通過計算和實驗結合的方式估計。計算時給出最低固有頻率，也可以用式子 f=來計算。
2.什么是壓阻效應？固態壓阻器件有何結構特性？如何補償壓阻系數的溫度影響？
壓阻效應 用來描述半導體在外力作用下，其電阻發生改變的現象。這種變化僅對材料的電阻率產生影響。與壓電效應不同，壓阻效應不能用于在設備上產生電壓。
在圓形硅膜片上擴散得到4個p型電阻，構成惠斯通電橋的四臂。
將電橋的4個橋臂的擴散電阻做的大小相同，溫度系數相同，電橋的零位溫漂就會很小。
3.什么是壓電效應？帶前置放大的壓電元件的等效電路有哪兩種？各適用于什么應用場合？
壓電效應：某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內部會產生極化現象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態，這種現象稱為正壓電效應。
電壓放大器和電荷放大器
4.為何壓電傳感器不能測量靜態信號（從等效電路的輸入輸出幅值關系分析說明）？
不不能，壓電傳感器測量只能測量動態信號，因為， 壓電式傳感器是一種典型的自發電式傳感器，他是以某些晶體受力后在其表面產生電荷的壓電效應為轉換原理的傳感器。 某些晶體，當沿著一定方向受到外力作用時，內部就產生極化現象，同時在某兩個表面上便產生符號相反的電荷。當外力去掉后，又恢復到不帶電的狀態。當作用力方向改變時，電荷的極性也隨之改變，晶體受力所產生的電荷量與外力的大小成正比。上述現象稱之為正壓電效應。壓電式傳感器大都是利用壓電材料的正壓電效應制成的。 從壓電傳感器的原理可以看出，它是一個動態的變化過程，如果測量變化緩慢的應力信號這種壓電變化會消失而反應不出來。所以測量不出來靜態信號
5.什么是外光電效應、內光電效應？什么是光電導效應和光伏效應？各列舉一兩例基于這幾個效應的對應器件。
外光電效應：金屬在光照射下電子溢出金屬表面的現象
內光電效應：內光電效應是光電效應的一種，主要由于光量子作用，引發物質電化學性質變化（比如電阻率改變，這是與外光電效應的區別，外光電效應則是逸出電子）。內光電效應又可分為光電導效應和光生伏特效應。
光電導效應，又稱為光電效應、光敏效應，光照射到某些物體上后，引起其電性能變化的一類光致電改變現象的總稱。當光照射到半導體材料時，材料吸收光子的能量，使非傳導態電子變為傳導態電子，引起載流子濃度增大，因而導致材料電導率增大。
光生伏特效應簡稱為光伏效應，指光照使不均勻半導體或半導體與金屬組合的不同部位之間產生電位差的現象。
第四章
1.簡述熱電偶的測溫原理和方法。產生熱電勢需要滿足什么條件？
（1）把兩種不同的導體或半導體連接成閉合回路，回路的兩個接點溫度不同時，回路內就會產生熱電勢，這種現象稱為熱電效應。熱電偶測溫計就是利用這個原理工作的。
（2）常用的熱電偶有鉑銠—鉑、鎳鉻—鎳硅、銅—銅鎳（康銅）等。
2.什么是霍爾效應？霍爾元件為何容易受溫度影響？如何補償環境溫度變化對霍爾器件輸出的影響？
霍爾效應：將導體薄片或半導體薄片置于均勻電場中，沿薄片長度方向控制電流時，將在寬度方向上產生一個橫向電場。
影響霍爾元件溫度特性的主要因素是霍爾電壓、電流端子和霍爾端子間的內阻。
輸入端并聯電阻或者采用熱敏元件。
3.什么是磁致伸縮效應和壓磁效應？
所有的磁性材料都在某種程度上具有磁致伸縮效應，磁致伸縮效應是由于自旋－軌道耦合能和物質的彈性能平衡而產生的。磁致伸縮產生也是滿足能量最小條件的必然結果。從自由能極小的觀點來看，磁性材料的磁化狀態發生變化時，其自身的形狀和體積都要改變，因為這樣才能使整個體系的總能量最小。
4.簡述超聲波傳感器的工作原理，采用超聲波測距時為何要考慮溫度影響？
通過超聲發生器先將超聲波發射出去，再將接收回來的超聲波變換成電信號，完成這些工作的裝置稱為超聲波傳感器。
在測距精度要求過高的情況下，可以實測溫度進行補償。
6,7章
1
1特殊性:只能進行溫度相等或不想等的描述，不能對兩個溫度相加或相減。
2.接觸式測溫和非接觸式測溫。
3.接觸式測溫特點:這種測量方式比較直觀，可靠，測量儀表也相對簡單。
4.非接觸式測溫特點:不破壞原溫度場，
有較高測溫上限，話用干測量運動物體的溫度和較快變的溫度。
2
u=0.08 所以△t=50/0.08=625℃ 又△t=t-40℃ 所以t=625+40=665℃
3
1.優點:靈敏度高，體積小，響應快，功耗低，價格低。
2.缺點:阻值隨溫度表現出非線性變化，元件的互換性差。
3.實用性:如果測溫范圍小，要求靈敏，
可以用熱敏電阻。范圍大，精度高，則用熱電阻。
4
1中間導體定律:在熱電偶回路中，若中
間導體c兩端溫度相同，則接入中間導體c對熱電偶回路總熱電勢E無影響。意義:為測量熱電勢提供了方法和依據。
2中間溫度定律:兩端溫度為Tn和Tc的熱電偶的熱電勢等于同種熱電偶在兩端溫度分別為Tn，Tm，Tc時的熱電勢之和，Tm為Tn和Tc之間的任一溫度，即
E(Tn，Tc)=E(Tn，Tm)+E(Tm，Tc)式中，E(Tn，Tc)為冷端溫度Tc=0，熱端溫度為Tn時的熱電勢。E(Tn，Tm)為冷端溫度為 Tm，熱端溫度為Tn的熱電勢。E(Tm，Tc)為冷端溫度Tc=0，熱端溫度為Tn的熱電勢。意義:為制定熱電偶分度表奠定了理論基礎。
5
34.84mv
6、
折射式光纖溫度傳感器
7
1.線陣:適用于掃描儀，傳真機和復印機等都是采用線陣CCD作勻速掃描運動的系統。
2.面陣:適用于自動控制和自動測量中的圖像采集和識別。
8
1.共同點:都能進行亮度控制，都使用光敏二極管。不同:照度傳感器需要亮度放大器。亮度傳感器需要一個外加元件。
2.照度傳感器用途:主要用于燈具的自動
亮/滅控制，如路燈，廣告燈，背景亮度自動調節。
3.亮度傳感器用途:可根據環境亮度自動調節背光源亮度。
9
光纖電壓傳感器
總結
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