第4课感知变换——运动传感器
【教学目标】
1．通过对wii游戏机的认识，感知运动传感器。
2．通过自学书本了解运动传感器的定义及应用。
3．制作简易计步器，体验运动传感器。
【教学重、难点】
1．认识运动传感器及其应用。
2．制作和体验计步器。
【教学准备】
PPT课件，会说话的计步器实验器材，wii游戏主机。
【教学过程】
无锡市蠡湖中心小学凌粤
传感器原理及应用 一、单项选择题(每题2分．共40分) 1、热电偶的最基本组成部分是()。 A、热电极 B、保护管 C、绝缘管 D、接线盒 2、为了减小热电偶测温时的测量误差，需要进行的温度补偿方法不包括( )。 A、补偿导线法 B、电桥补偿法 C、冷端恒温法 D、差动放大法 3、热电偶测量温度时( )。 A、需加正向电压 B、需加反向电压 C、加正向、反向电压都可以 D、不需加电压 4、在实际的热电偶测温应用中，引用测量仪表而不影响测量结果是利用了热电偶的哪 个基本定律( )。 A、中间导体定律 B、中间温度定律 C、标准电极定律 D、均质导体定律 5、要形成测温热电偶的下列哪个条件可以不要（）。 A、必须使用两种不同的金属材料； B、热电偶的两端温度必须不同； C、热电偶的冷端温度一定要是零； D、热电偶的冷端温度没有固定要求。 6、下列关于测温传感器的选择中合适的是（）。 A、要想快速测温，应该选用利用PN结形成的集成温度传感器； B、要想快速测温，应该选用热电偶温度传感器； C、要想快速测温，应该选用热电阻式温度传感器； D、没有固定要求。 7、用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是( )。 A、接线方便 B、减小引线电阻变化产生的测量误差 C、减小桥路中其他电阻对热电阻的影响 D、减小桥路中电源对热电阻的影响 8、在分析热电偶直接插入热水中测温过程中，我们得出一阶传感器的实例，其中用到了（）。 A、动量守恒； B、能量守恒； C、机械能守恒； D、电荷量守恒； 9、下列光电器件中，基于光电导效应工作的是( )。 A、光电管 B、光敏电阻 C、光电倍增管 D、光电池
辽宁地质工程职业学院2008～2009学年度 第一学期期末《检测技术》试卷A 使用班级：07电气1、2、3班 出题人：杜慧 审题人：王春 考试时间：90分钟 一、填空题（每空1分，共20分） 1、1、 误差产生的原因和类型很多，其表现形式一般分为三种，分别是(粗大误差 )、（系统误差） 、（随机误差 ）。 2、2、传感器灵敏度是指（ K=x y ??）。 3、MQN 气敏电阻可测量的(还原性气体)浓度。 3、4、电涡流传感器的最大特点是（非接触式）测量。 5、用万用表交流电压档（频率上限为5KHZ ），10V 左右的高频电压，发现示值还不到2V ，误差属于( 系统 )误差 6、自感式传感器常见的类型有(变隙式)（变面积式）（螺线管式）这三种形式 7、热电阻测量转换电桥电路通常采用（三线制）制连接法。 8、实际差动变压器的线性范围仅约为线性骨架长度的（ 1/10 ）左右。 9、气敏电阻工作时必须加热的目的有两方面，分别是（加速被测气体的化学吸附过程）、（烧去气敏电阻表面的污物）。 10、电流变送器电流输出为（4-20 ）mA 。 11、调频法电路的并联谐振频率f=（C O L π21 ）。 12、接近开关采用三线制接线方式，棕色为电源正极，黑色是（输出端）。可直接 带继电器。 13、电容传感器的测量转换电路有三种，分别是（调频电路）、（电桥电路）、（运算放大电路）。 二、选择题（每题2分，共30分） 1、某压力仪表厂生产的压力表满度相对误差均控制在 0.4%~0.6% ，该压力表的精度等级应定为（B ） A. 0 .2 B. 0 .5 C. 1 .0 D. 1.5 2、在选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。这时必须考虑到应尽量使选购的仪表量程为欲测量的左右为宜。（C ） A.3 倍 B.10 倍 C.1.5 倍 D.0.75 倍 3、湿敏电阻用交流电作为激励电源是为了（ B ）。 A. 提高灵敏度 B. 防止产生极化、电解作用 C. 减小交流电桥平衡难度 4、已知待测拉力约为 70N 左右。现有两只测力仪表，1为 0.5 级，测量范围为 0 ～ 500N ；2为 1.0 级，测量范围为 0 ～ 100N 。问选用哪一只测力仪表较好（B ） A.1 B.2 C.3 D.4 5、希望远距离传送信号，应选用具有（ D ）输出的标准变送器。 A. 0~2V B.1~5V C.0~10mA D.4~20mA 6、螺线管式自感传感器采用差动结构是为了（ B ）。 A. 加长线圈的长度从而增加线性范围 B. 提高灵敏度，减小温漂 C. 降低成本 D. 增加线圈对衔铁的吸引力 7、电涡流接近开关可以利用电涡流原理检测出（ C ）的靠近程度。 A. 人体 B. 水 C. 黑色金属零件 D. 塑料零件 8、欲测量镀层厚度，电涡流线圈的激励源频率约为（ D ）。 A. 50~100Hz B. 1~10kHz C.10~50kHz D. 100kHz~2MHz 9、在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中 （ B ） A. 电容和电感均为变量 B. 电容是变量，电感保持不变 C. 电容保持常数，电感为变量 D. 电容和电感均保持不变 10、在使用测谎器时，被测试人由于说谎、紧张而手心出汗，可用（D ）传感器来检测。 A. 应变片 B. 气敏电阻 C. 热敏电阻 D. 湿敏电阻 11、使用压电陶瓷制作的力或压力传感器可测量（ C ） A. 人的体重 B. 车刀的压紧力 C. 车刀在切削时感受到的切削力的变化量 D. 自来水管中的水的压力 12、超声波在有机玻璃中的声速比 在水中的生速（A ），比在钢中的声速（ B ） 题 号 一 二 三 四 五 六 七 八 总 分 得 分 批卷人： 审 核： 得分 得分 装 订 线 注意：考生在填写个人 信息时，必须字迹工整、数据准确、不得漏填。答题时 ，装订 线内禁 考场号：____ 级：____________ 姓名：____ 学号：
《传感器原理与应用》综合练习 一、填空题 1．热电偶中热电势的大小仅与金属的性质、接触点温度有关，而与热电极尺寸、形状及温度分布无关。 2．按热电偶本身结构划分，有普通热电偶、铠装热电偶、微型热电偶。3．热电偶冷端电桥补偿电路中，当冷端温度变化时，由不平衡电桥提供一个电位差随冷端温度变化的附加电势，使热电偶回路的输出不随冷端温度的变化而改变，达到自动补偿的目的。 4．硒光电池的光谱峰值与人类相近，它的入射光波长与人类正常视觉的也相近，因而应用较广。 5．硅光电池的光电特性中，光照度与其短路电流呈线性关系。 6．压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应。 7．压电陶瓷是人工制造的多晶体，是由无数细微的电畴组成。电畴具有自己极化方向。经过极化过的压电陶瓷才具有压电效应。 8．压电陶瓷的压电常数比石英晶体大得多。但石英晶体具有很多优点，尤其是其它压电材料无法比的。 9．压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不能测量频率小的被测量。特别不能测量静态量。 10．霍尔效应是导体中的载流子在磁场中受洛伦茨力作用发生位移的结果。 11．霍尔元件是N型半导体制成扁平长方体，扁平边缘的两对侧面各引出一对电极。一对叫激励电极用于引入激励电流；另一对叫霍尔电极，用于引出霍尔电势。 12．减小霍尔元件温度误差的措施有：（1）利用输入回路的串联电阻减小由输入电阻随温度变化；引起的误差。（2）激励电极采用恒流源，减小由于灵敏度随温度变化引起的误差。 13．霍尔式传感器基本上包括两部分：一部分是弹性元件，将感受的非电量转换成磁物理量的变化；另一部分是霍尔元件和测量电路。 14．磁电式传感器是利用霍尔效应原理将磁参量转换成感应电动势信号输出。 15．变磁通磁电式传感器，通常将齿轮的齿（槽）作为磁路的一部分。当齿轮转动时，引起磁路中，线圈感应电动势输出。 16．热敏电阻正是利用半导体的数目随着温度变化而变化的特性制成的热敏感元件。 17．热敏电阻与金属热电阻的差别在于，它是利用半导体的电阻随温度变化阻值变化的特点制成的一种热敏元件。 18．热敏电阻的阻值与温度之间的关系称为热敏电阻的。它是热敏电阻测温的基础。 19．热敏电阻的基本类型有：负温度系数缓变型、正温度系数剧变型、临界温度型。 20．正温度系数剧变型和临界温度型热敏电阻不能用于温度范围的温度控制，而在某一温度范围内的温度控制中却是十分优良的。 21．正温度系数剧变型和临界温度型热敏电阻属于型，适用于温度监测和温度控制。
一、选择题 1、回程误差表明的是在（）期间输出——输入特性曲线不重合的程度。( D ) A、多次测量 B、同次测量 C、不同测量 D、正反行程 2、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（）( C ) A、线性度、灵敏度、阻尼系数 B、幅频特性、相频特性、稳态误差 C、迟滞、重复性、漂移 D、精度、时间常数、重复性 3、（）是采用真空蒸发或真空沉积等方法，将电阻材料在基底上制成一层各种形式敏感栅而形成应变片。这种应变片灵敏系数高，易实现工业化生产，是一种很有前途的新型应变片。( D ) A、箔式应变片 B、半导体应变片 C、沉积膜应变片 D、薄膜应变片 4、利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（）。( C ) A、两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片 B、两个桥臂都应当用两个工作应变片串联 C、两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片 D、两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片 5、金属丝的电阻随着它所受的机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生相应的变化的现象称为金属的（）。( B ) A、电阻形变效应 B、电阻应变效应 C、压电效应 D、压阻效应 6、下列说法正确的是（）。( D ) A、差动整流电路可以消除零点残余电压，但不能判断衔铁的位置。 B、差动整流电路可以判断衔铁的位置，但不能判断运动的方向。 C、相敏检波电路可以判断位移的大小，但不能判断位移的方向。 D、相敏检波电路可以判断位移的大小，也可以判断位移的方向。 7、随着人们对各项产品技术含量的要求的不断提高，传感器也朝向智能化方面发展，其中，典型的传感器智能化结构模式是（）。( B ) A、传感器+通信技术 B、传感器+微处理器 C、传感器+多媒体技术 D、传感器+计算机
天水师范学院物理与信息科学学院 传感器原理及应用期末综合作业 班级:11电子信息科学与技术(一)班 姓名学号：冯旭彪 20111060106 ：何得中 20111060108 ：刘晓燕 20111060116
水位探测传感器在自动上水系统中的应用 班级：11级电信（1）班姓名：冯旭彪何得中刘晓燕 一、应用背景。 现代传感技术、电子技术、计算机技术、自动控制技术、信息处理技术和新工艺、新材料的发展为智能检测系统的发展带来了前所未有的奇迹。在工业、国防、科研等许多应用领域，智能检测系统正发挥着越来越大的作用。检测设备就像神经和感官，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，成为人们认识自然、改造自然的有力工具。 现代的水塔水位自动控制系统应包括一切以计算机（单片机、PC机、工控机、系统机）为信息处理核心的检测设备。因此，水塔水位自动控制系统包括了信息获取、信息传送、信息处理和信息输出等多个硬、软件环节。从某种程度上来说，水塔水位自动控制系统的发展水平表现了一个国家的科技和设计水平。 水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而以往水位的检测是由人工完成的，值班人员全天候地对水位的变化进行监测，用有线电话及时把水位变化情况报知主控室。然后主控室再开动电机进行给排水。很显然上述重复性的工作无论从人员、时间和资金上都将造成很大的浪费。同时也容易出差错。因此急需一种能自动检测水位，并根据水位变化的情况自动调节的自动控制系统。 水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。本论文采用单片机进行主控制，在水池上安装一个自动测水位装置。利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台应用单片微机对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、控制及故障报警等功能。 在实际生活中，有些水泵与水塔（或蓄水池、水位）距离较远，要实现自动供水，铺设电缆成本过高或不符合实际，传输信号线较远距离时，信号失真或达不到要求，而且在工程现场，时间较长，信号线损坏率比较大，而无线电传输成本过高和信号容易受障碍物干扰，天气恶劣的情况下，无线电信号受空气中电
传感器技术期末考试试卷(A) 一、名词解释（每题4分，共20分） 1. 传感器：（传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便 于应用的另一种量的测量装置） （能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通 常由敏感元件和转换元件组成） 2. 电位器式传感器：（是一种将机械位移转换成电信号的机电转换元件，，又可做分 压器用的测量装置） 3. 电容式传感器：（将被测量（如压力、尺寸等）的变化转换成电容量变化的一种传感 器） 4. 霍尔传感器：（是利用霍尔元件的霍尔效应制作的半导体磁敏传感器） 5. 测量：（是将被测量与同性质的标准量通过专门的技术和设备进行比较，获得被测量 对比该标准量的倍数，从而在量值上给出被测量的大小和符号） 二、填空题（每空1分，共20分） 1. 电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的 变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现信号测量的装置。 2.压电式传感器元件是力敏元件，它能测量最终能变换为力的那些物理量是： 应力、压力、加速度等。 3.压电陶瓷是人工制造的多晶体，由无数细微的电畴组成。 4.测定温度传感器通常是用热电偶、热电阻及热敏电阻三种。 5. 电涡流式传感器是根据电涡流效应制成的。 6.在光线作用下，半导体的电导率增加的现象称为光电效应。 7.功能型光纤传感器分为：相位调制型传感器、光强调制型传感 器和偏振态调制型传感器三种类型。 8.直接测量的方法通常有三种方法，即：偏差法、零位法和微差法。 9. 电位器式传感器是一种将机械位移转换成电信号的机电转换元件，又可 做分压器用的测量装置 三、简答题（每题10分，共30分） 1. 按传感器的工作原理分类有哪些？
一、填空题（每题3分） 1、传感器静态性是指 传感器在被测量的各个值处于稳定状态时 ，输出量和输入量之间的关系称为传感器的静态特性。 2、静态特性指标其中的线性度的定义是指 。 3、静态特性指标其中的灵敏度的定义是指 。 4、静态特性指标其中的精度等级的定义式是 传感器的精度等级是允许的最大绝对误差相对于其测量范围的百分数 ，即A ＝ΔA/Y FS ＊100％。 5、最小检测量和分辨力的表达式是 。 6、我们把 叫传感器的迟滞。 7、传感器是重复性的物理含意是 。 8、传感器是零点漂移是指 。 9、传感器是温度漂移是指 。 10、 传感器对随时间变化的输入量的响应特性 叫传感器动态性。 11、动态特性中对一阶传感器主要技术指标有 时间常数 。 12、动态特性中对二阶传感器主要技术指标有 固有频率 、阻尼比。 13、动态特性中对二阶传感器主要技术指标有 固有频率、 阻尼比。 14、传感器确定拟合直线有 切线法、端基法和最小二乘法 3种方法。 15、传感器确定拟合直线切线法是将 过实验曲线上的初始点的切线作为按惯例直线的方法 。 16、传感器确定拟合直线端基法是将 把传感器校准数据的零点输出的平均值a 0和滿量程输出的平均值b 0连成直线a 0b 0作为传感器特性的拟合直线 。 17、传感器确定拟合直线最小二乘法是 用最小二乘法确定拟合直线的截距和斜率从而确定拟全直线方程的方法 。 25、传感器的传递函数的定义是 H(S)=Y(S)/X(S) 。 29、幅频特性是指 传递函数的幅值随被测频率的变化规律 。 Y K X ?= ?CN M K =max max 100%100%H H F S F S H H Y Y δδ????=±?=±?2或23100%K F S Y δδδ?-=± ????0F S 100% Y Y 零漂＝max 100%F S T Y ???? max *100% L F S Y Y σ??=±
光勇 0909111621 物联网1102班《传感器技术》作业 第一章习题一 1-1衡量传感器静态特性的主要指标。说明含义。 1、线性度——表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合（或偏 离）程度的指标。 2、回差（滞后）—反应传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程过程中输出- 输入曲线的不重合程度。 3、重复性——衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次变 动时，所得特性曲线间一致程度。各条特性曲线越靠近，重复性越好。 4、灵敏度——传感器输出量增量与被测输入量增量之比。 5、分辨力——传感器在规定测量围所能检测出的被测输入量的最小变化量。 6、阀值——使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附近的分辨 力。 7、稳定性——即传感器在相当长时间仍保持其性能的能力。 8、漂移——在一定时间间隔，传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的变 化。 9、静态误差（精度）——传感器在满量程任一点输出值相对理论值的可能偏离（逼近） 程度。 1-2计算传感器线性度的方法，差别。 1、理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，与实际测试值无关。 2、端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。 3、“最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反行程校 准曲线对它的正负偏差相等并且最小。这种方法的拟合精度最高。 4、最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数据的残差 平方和最小。 1—4 传感器有哪些组成部分？在检测过程中各起什么作用？ 答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。 各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 1-5传感器有哪些分类方法？各有哪些传感器？ 答：按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器；按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等； 按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式；按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。 1-6 测量误差是如何分类的？ 答：按表示方法分有绝对误差和相对误差；按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。
《传感器原理及应用》的试题及答案 一、 填空（30分，每空1分） 1. 有一温度计，它的量程范围为0∽200℃，精度等级为0.5级。该表可能出现 的最大误差为 ±1℃，当测量100℃ 时的示值相对误差为 ±1% 。 2. 在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的 1．5 倍 倍左右为宜。 3. 传感器由 、 、 三部分组成。 4. 利用热敏电阻对电动机实施过热保护，应选择 突变 型热敏电阻。 5. 霍尔元件采用恒流源激励是为了 减小温漂 。 6. 传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出变化量与输入变化量的比值。对 线性传感器来说，其灵敏度是 常数 。 7. 被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据 变压器 的基本原理制成的，其次级绕组都用 同名端反向 形式连接，所以又 叫差动变压器式传感器。 8. 闭磁路变隙式电感传感器工作时，衔铁与被测物体连接。当被测物体移动时， 引起磁路中气隙 尺寸 发生相对变化，从而导致圈 磁阻 的变化。 9. 当半导体材料在某一方向承受应力时，它的 电阻率 发生显著变化的 现象称为半导体压阻效应。 10. 传感器静态性是指 传感器在被测量的各个值处于稳定状态时 ，输出量和 输入量之间的关系称为传感器的静态特性。 11. 静态特性指标其中的线性度的定义是指 。 12. 静态特性指标其中的精度等级的定义式是 即A ＝ΔA/Y FS ＊100％。 13. 传感器确定拟合直线有 切线法、端基法和最小二乘法3种方法。 14. 传感器的差动测量方法的优点是 减小了非线性误差 、提高了测量灵敏度。 15. 金属丝应变片和半导体应变片比较其相同点是 它们都是在外界力作用下产生机械变 形 ，从而导致材料的电阻发生变化。 金属丝应变片和半导体应变片比较其不同点是 金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。 16. 金属箔应变片的灵敏度系数与金属丝应变片灵敏度系数不同点是金属应变片的灵敏度系 数与金属丝应变片灵敏度系数不同，金属丝应变片由于由金属丝弯折而成，具有横向效应，使其灵敏度小于金属箔式应变片的灵敏度。 17. 采用应变片进行测量时要进行温度补偿的原因是：电阻丝有温度系数，试件与电阻丝的线 膨胀系数不同。 18. 对电阻应变式传感器常用温补方法有 单丝自补偿 ，双丝组合式自补偿和电路补偿法 三种。 19. 单位应变引起的 电阻的相对变化 称为电阻丝的灵敏系数。 20. 金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称 应变效应 。 21. 固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称 压阻 效应。 22. 应变式传感器是利用电阻应变片将 应变 转换为电阻变化的传感器。 23. 电感式传感器可以把输入的物理量转换为 线圈的自感系数 或线圈的互感系数的变化， 并通过测量电路进一步转换为电量的变化，进而实现对非电量的测量。 24. 与差动变压器传感器配用的测量电路中，常用的有两种: 差动整流 电路和相敏 max *100%L F S Y Y σ??=±
检测与转换技术结课业 题目：汽车速速度传感器检测系统分析设计 学生姓名： 学号： 专业名称： 日期：
汽车速速度传感器检测系统分析设计 摘要 汽车车速传感器检测系统设计是一种传感器检测装置。利用车速传感器把检测到的转速信号转变成的电压信号输送给计算机，计算机通过变频器来控制电机速度，利用传感器检测的速度值与规定值进行比较，达到对传感器的检测目的。本文介绍了车速传感器检测系统的工作原理，详细讲述了系统的组成、原理和检测方法。系统采用硬件兼软件对测量过程及测量结果进行处理。与传统的检测技术相比，此种传感器检测装置有结构简单、新颖、易于实现的特点。实践证明在检测，维修范围内都取得了良好的效果，系统具有良好的稳态精度及动态响应性能，检测实用性强、准确度高,具有广阔的应用前景。 引言 随着电子技术的发展，汽车电子化程度不断提高，通常的机械系统已经难以解决某些与汽车功能要求有关的问题，而被电子控制系统代替。传感器的作用就是根据规定的被测量的大小，定量提供有用的电输出信号的部件，亦即传感器把光、时间、电、温度、压力及气体等的物理、化学量转换成信号的变换器。传感器作为汽车电控系统的关键部件，它直接影响汽车的技术性能的发挥。 随着现代电子技术的发展，车辆电子化的程度越来越高，车辆传感器成为汽车电子控制系统的重要组成部件，也是车辆电子技术领域研究的核心技术之一。车辆内传感器的工作环境十分恶劣，因此对传感器的要求也十分严格。这些传感器必须要经受40℃～150℃的温度变化，而且要求精度高、可靠性好、反应快、抗干扰和抗振动能力强，才能准确地实时检测车辆运行的有关状态，速度传感器是列车安全行驶的重要设备，它能否稳定工作，将直接影响到车辆的正常运行。 作为现代信息技术三大支柱之一的传感器技术,已成为21世纪人们在高新技术发展方面争夺的一个制高点。在现代汽车电子控制中，传感器广泛用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统中，传感器的使用数量和技术水平决定了现代车辆控制系统的性能，为汽车性能的改善提供了有力保障。传
（填空题）1、按照传感机理，可将传感器分为结构型和物性型两种型式。2、传感器一般由敏感元件、转换元件和 测量电路三部分组成。3、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出变化量与输入变化量的比值。对线性传感器来说，其灵敏度是理想曲线的斜率4、将导体或半导体置于磁场中并通入电流，若电流方向与磁场方向正交，则在与磁场和电流两者都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象称为霍尔效应5、在应变式传感器的测量电路中为改善传感器的非线性误差和提高输出灵敏度常采用差动半桥或全桥电路。6、电涡流传感器是基于电涡流效应原理进行工作的，可以进行厚度测量、位移测量、振幅测量、转速测量和涡流探伤等应用。7、电阻应变片式传感器按制造材料可分为①金属导体材料和② 半导体材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由形变形成的，而②的电阻变化主要是由压阻效应造成的，半导体材料传感器的灵敏度较大。 1、传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。 2、温度测量方法有接触式测温和非接触式测温两大类。 3、电涡流传感器是利用电涡流效应进行工作的，主要有低频透射式和高频反射式两种类型。 4、在半导体气敏传感器中，加热是为了有助于氧化反应进程，材料中加入催化剂是为了改善传感器的选择性。 5、光电效应分为内光电效应和外光电效应两大类。光敏二极管在电路中一般处于反向工作状态，没有光照时，暗电阻很大暗电流很小；当光照射在PN 结上时，形成的电流为光电流。 6、采用差动式结构的自感传感器利用铁心线圈的参数变化带动线圈的自感变化来进行测量；差动变压器是利用线圈间的互感变化进行测量的。 7、常用电容传感器的测量电路有耦合式电感电桥、双T 二极管交流电桥、脉冲调宽电路和运算放大器电路。 1、按照传感机理，可将传感器分为物性型和结构型两种型式。 2、传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。 3、传感器的输入输出特性指标可分为静态和动态指标两大类，线性度和灵敏度是传感器的静态指标，而频率响应特性是传感器的动态指标。 4、导电丝材的截面尺寸发生变化后其电阻会发生变化，用这一原理可制成的传感器称为电阻应变式式传感器，利用有料具有磁致伸缩效应可制成的压磁式传感器也可用以测量力，而压电式传感器则利用了一些具有离子型晶体电介质的压电效应，它敏感的最基本的物理量也是力。 5、热电式传感器中，能将温度变化转换为电阻变化的一类称为热电阻，而能将温度变化转换为电势的称为热电偶，其中热电偶式传感器在应用时需要做温度补偿(冷端补偿)。 6、旋转式编码器用以测量转轴的角位移，其中绝对编码器在任意位置都有固定的数字编码与位置对应，线数为360线的增量式编码器分辨力为1（角）度。 7、光电效应分为内光电效应和外光电效应两大类。 8、温度测量可分为接触式和非接触式两种方式。 （选择题）1、应变片温度效应产生的主要原因有（AB ）。A.敏感栅的热阻效B.敏感栅与试件的热膨胀失配C.敏感栅承受应力不同 D.敏感栅与试件材料不同2、当变极距式电容传感器两极板间的初始距离增加时，将导致传感器的（AD ）。A.灵敏度增加B.灵敏度减小C.非线性误差增加D.非线性误差减小3、反射式电涡流传感器的激励信号是（C ）。A.直流B.工频交流C.高频交流D.低频交流4、差动式传感器产生零位误差的原因有（AC ）。A.磁路不对称B.电源电压太高C.磁路工作于饱和状态 D.温度影响5、压电石英晶体表面上产生的电荷密度与（C ）。A.晶体厚度成正比B.晶体面积成反比C.作用在晶片上的压力成正比D.剩余极化强度成正比6、光敏二极管工作时，其上（B ）。A.加正向电压B.加反向电压 C.不需加电压D.加正向、反向电压都可以7、热电偶中产生热电动势的条件分别为（BC ）。A.两电极材料相同B.两电极材料不相同C.两电极的端点温度不同D.两电极的端点温度不相同8、Pt100中100是指（A ）。A.铂电阻在100oC 时的电阻值 B.铂电阻在常温25oC 时的电阻值C.铂电阻在0oC 时的电阻值 D.铂电阻的最高工作温度为100oC 9、霍尔效应中，霍尔电动势与（AC ）。A.激励电流成正比B.激励电流成反比C.磁感应强度成正比D.磁感应强度成反比10、湿度传感器按信号转换方式可以分为（ABC ）。A.电阻式 B.电容式C.频率式 D.磁电式 1、下列传感器中（ABD ）属于物性型传感器。A.扩散硅式压力传感器B.霍尔转速传感器C.感应同步器D.热电偶 2、霍尔效应中，霍尔电动势与（AC ） A ．激励电流成正比 B ．激励电流成反比 C ．磁感应强度成正比 D ．磁感应强度成反比3、压电式传感器是一种典型的有源传感器，它的工作原理是基于某些物质的（B ）A.压阻效应B.压电效应C.压磁效应D.电磁感应4、反映传感器在正反行程过程中输入与输出特性曲线不重合程度的指标为（D ）A ．重复性 B.零点漂移C.温度漂移D.回差（滞后）5、电容式传感器在结构上增设等位环，目的是为消除（A ）A.边缘效应B.寄生电容C.环境温度D.电磁干扰6、下列器件中，能完成转速检测任务的是（BCD ）。A.电容传感器B.磁电传感器C.电涡流传感器 D.光电元件7、基于外光电效应工作的器件有（AD ）。A.光电管 B.光电池 C.光敏电阻 D.光电倍增管8、n 位的二进制码盘具有（A ）种不同的编码。A.2n B.2n+1 C.2n -1D.2n+1 -19、莫尔条纹的三大特点是（ABC ）。A.运动的对应关系 B.误差平均作用 C.位移放大作用D.细分作用10、湿度传感器按信号转换方式可以分为（ABC ）。 A.电阻式B.电容式C.频率式D.磁电式 1、传感器的A 是指传感器的输出与输入之间的线性程度。A 线性度B 灵敏度C 迟滞D 重复性 2、按照传感器的 C ，可以分物理型、化学型、生物型等。A 构成原理B 能量转换情况C 工作机理D 物理原理 3、传感器无输入时，每隔一段时间进行读数，其输出偏离零值，即为B 。A 重复性B 零点漂移C 温度漂移D 迟滞 4、扩散型压阻式压力传感器的工作原理是基于半导体材料的 C 。A 应变效应B 霍尔效应C 压阻效应D 压电效应 5、当电容式传感器的电容值很小，却因环境温度较高等某些原因必须将测量电路与传感器分开时，可以采用 C 确保电容传感器正常工作。A 屏蔽技术B 接地技术C 驱动电缆技术D 集成技术 6、电感式传感器是利用线圈的BD 的变化实现非电量测量的一种装置。A 磁路磁阻B 自感C 电涡流D 互感 7、涡流的大小与导体ABCDE 等参数有关。A 电阻率ρB 磁导率μC 厚度tD 导体与线圈的距离xE 激励电流频率f 8、自感式传感器常见的有BCD 三种。A 变线圈匝数式B 螺管式C 变隙式D 变截面积式 9、光电传感器在检测与控制中应用非常广泛，它基本可以分为 AC 两类。A 模拟式传感器B 数字式传感器C 脉冲式传感器D 频率式传感器 10、光栅细分技术的方法很多，常用的有BCD 。A 间接细分B 直接细分C 电阻电桥细分法 D 电阻链细分法 （分析与计算）1.简述传感器的定义、种类、组成、工作特性、标定方法等[定义：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置。组成：敏感元件、转换元件、转换电路。种类：工作机理：物理型、化学型、生物型等；构成原理：结构型，物性型等；能量转换：能量控制型、能量转换型；物理原理：电参量式传感器、磁电式传感器等。工作特性：静态特性与动态特性。静态特性：线性度，灵敏度，迟滞，重复性，零点漂移，温度漂移；动态特性：瞬态响应特性；频率响应特性等。标定方法：静态标定和动态标定。静态标定: 目的是确定传感器的静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等；动态标定:目的是确定传感器的动态特性参数，如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。] 2.何为准确度、精密度、精确度?并阐述其与系统误差和随机误差的关系。[准确度:反映测量结果中系统误差的影响程度。精密度:反映测量结果中随机误差的影响程度。精确度:反映测量结果中系统误差和随机误差综合的的影响程度,其定量特征可用测量的不确定度表示。] 3.检定2.5级（即引用误差为2.5%），量程为100V 的电压表，发现50V 刻度点的示值误差2V 为最大误差，问该电压表是否合格？[取个最大误差，跟在题中刻度点没关系。精度=（测量值－真实值）/量程*100%也就是检定的等级。那么2/100*100%＝2.0%，是符合此表精度等级的。所以合格。] 4. 5.测量某物质铁的含量为：1.52、1.46、1.61、1.54、1.55、1.49、1.68、1.46、1.83、1.5、1.56（单位略），试用3σ准则检查测量值中是否有坏值？ 172 15636411..i x x n = = =∑2 01202545456().x x -=∑ 2 1 01045573 ().n i i x x n σ =-==∑183156364026636 0266363....σ -=<根据3σ准则，测量数据没有坏值。
读书破万卷下笔如有神 作业一 1．传感器有哪些组成部分？在检测过程中各起什么作用？ 答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。 各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 2. 传感器有哪些分类方法？各有哪些传感器？ 答：按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器；按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等；按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式；按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。 3. 测量误差是如何分类的？ 答：按表示方法分有绝对误差和相对误差；按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按 使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。 4. 弹性敏感元件在传感器中起什么作用？ 答：弹性敏感元件在传感器技术中占有很重要的地位，是检测系统的基本元件，它能直接感受被测物理量（如力、位移、速度、压力等）的变化，进而将其转化为本身的应变或位移，然后再由各种不同形式的传感元件将这些量变换成电量。 5. 弹性敏感元件有哪几种基本形式？各有什么用途和特点？ 答：弹性敏感元件形式上基本分成两大类，即将力变换成应变或位移的变换力的弹性敏感元件和将压力变换成应变或位移的变换压力的弹性敏感元件。 变换力的弹性敏感元件通常有等截面轴、环状弹性敏感元件、悬臂梁和扭转轴等。实心等截面轴在力的作用下其位移很小，因此常用它的应变作为输出量。它的主要优点是结构简单、加工方便、测量范围宽、可承受极大的载荷、缺点是灵敏度低。空心圆柱体的灵敏度相对实心轴要高许多，在同样的截面积下，轴的直径可加大数倍，这样可提高轴的抗弯能力，但其过载能力相对弱，载荷较大时会产生较明显的桶形形变，使输出应变复杂而影响精度。环状敏感元件一般为等截面圆环结构，圆环受力后容易变形，所以它的灵敏度较高，多用于测量较小的力，缺点是圆环加工困难，环的各个部位的应变及应力都不相等。悬臂梁的特点是结构简单，易于加工，输出位移(或应变)大，灵敏度高，所以常用于较小力的测量。扭转轴式弹性敏感元件用于测量力矩和转矩。变换压力的弹性敏感元件通常有弹簧管、波纹管、等截面薄板、波纹膜片和膜盒、薄壁圆筒和薄壁半球等。弹簧管可以把压力变换成位移，且弹簧管的自由端的位移量、中心角的变化量与压力 p成正比，其刚度较大，灵敏度较小，但过载能力强，常用于测量较大压力。波纹管的线性特性易被破坏，因此它主要用于测量较小压力或压差测量中。 作业二 1. 何谓电阻式传感器？它主要分成哪几种？ 答：电阻式传感器是将被测量转换成电阻值，再经相应测量电路处理后，在显示器记录仪上显示或记录被测量的变化状态的一种传感器。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏电阻、气敏电阻及湿敏电阻等电阻式传感器。 2. 什么是电阻应变效应？ 答：导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形（拉伸或压缩）时，其电阻值也随之发生相应
2011-2012学年 第 一 学期末考试试题（A 卷） 课程名称：传感器原理及应用（开卷） 使用班级： 09060441/2，09060241/2 一． 填空题（共18分，每空1分） 1、传感器一般由 和 两个基本部分组成。 2、热电阻包括 和_ 。Pt100是指在0℃的标准电阻值为_ 。 3、对于二阶传感器系统的阶跃响应，在 的情形下，阶跃信号输入时的输出信号为 ，其振荡角频率（阻尼振荡角频率）为 ；幅值按 ， 越大，即阻尼越 ，衰减越 。 4、为了使测试结果能精确地再现被测信号的波形，在传感器设计时，必须使其阻尼比 ，固有频率w 0至少应大于被测信号频率w 的 倍。 5、直流电桥平衡条件 。 6、利用激振台对加速度传感器进行灵敏度标定的方法是 。 7、涡流传感器的测量属于 测量，特别是用于测量 的物体。 8、单晶硅在 晶面上有最大的压阻系数，影响压阻系数大小的主要因素是扩散杂质的 ，压阻系数随扩散杂质浓度的增加而 。 10<<ξd ωξ
二、（共6分） 设平面与X轴、Y轴、Z轴的截矩分别为-3，-3，6，求晶其体的密勒指数，晶向，晶面，晶面族。 三、(共6分) 光电效应可分为哪几个类型？简单说明各类型对应的传感器基本原理。并分别列出以之为基础的各类光电传感器。
四、(共6分) 请简述热电效应，并说明热电偶测温回路的热电动势由哪两部分组成？由同一种导体组成的闭合回路能产生热电势吗？ 五、（共10分） 1）、什么是传感器的静态特性和动态特性，各包含哪些方面指标？ 2）、简述在什么频域条件下只研究静态特性就能满足通常的需要。而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性。 3）、从传感器的静动态特性两个方面来考虑，请详述如何选用传感器？
《传感器原理与应用》课程作业答案 作业一 1．传感器有哪些组成部分？在检测过程中各起什么作用？ 答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。 各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 2. 传感器有哪些分类方法？各有哪些传感器？ 答：按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器；按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等；按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式；按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。 3. 测量误差是如何分类的？ 答：按表示方法分有绝对误差和相对误差；按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。 4. 弹性敏感元件在传感器中起什么作用？ 答：弹性敏感元件在传感器技术中占有很重要的地位，是检测系统的基本元件，它能直接感受被测物理量（如力、位移、速度、压力等）的变化，进而将其转化为本身的应变或位移，然后再由各种不同形式的传感元件将这些量变换成电量。 5. 弹性敏感元件有哪几种基本形式？各有什么用途和特点？ 答：弹性敏感元件形式上基本分成两大类，即将力变换成应变或位移的变换力的弹性敏感元件和将压力变换成应变或位移的变换压力的弹性敏感元件。 变换力的弹性敏感元件通常有等截面轴、环状弹性敏感元件、悬臂梁和扭转轴等。实心等截面轴在力的作用下其位移很小，因此常用它的应变作为输出量。它的主要优点是结构简单、加工方便、测量范围宽、可承受极大的载荷、缺点是灵敏度低。空心圆柱体的灵敏度相对实心轴要高许多，在同样的截面积下，轴的直径可加大数倍，这样可提高轴的抗弯能力，但其过载能力相对弱，载荷较大时会产生较明显的桶形形变，使输出应变复杂而影响精度。环状敏感元件一般为等截面圆环结构，圆环受力后容易变形，所以它的灵敏度较高，多用于测量较小的力，缺点是圆环加工困难，环的各个部位的应变及应力都不相等。悬臂梁的特点是结构简单，易于加工，输出位移(或应变)大，灵敏度高，所以常用于较小力的测量。扭转轴式弹性敏感元件用于测量力矩和转矩。 变换压力的弹性敏感元件通常有弹簧管、波纹管、等截面薄板、波纹膜片和膜盒、薄壁圆筒和薄壁半球等。弹簧管可以把压力变换成位移，且弹簧管的自由端的位移量、中心角的变化量与压力p成正比，其刚度较大，灵敏度较小，但过载能力强，常用于测量较大压力。波纹管的线性特性易被破坏，因此它主要用于测量较小压力或压差测量中。 作业二 1. 何谓电阻式传感器？它主要分成哪几种？ 答：电阻式传感器是将被测量转换成电阻值，再经相应测量电路处理后，在显示器记录仪上显示或记录被测量的变化状态的一种传感器。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏电阻、气敏电阻及湿敏电阻等电阻式传感器。 2. 什么是电阻应变效应？ 答：导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形（拉伸或压缩）时，其电阻值也随之发生相应的变
《传感器技术与应用》课外作业 课程目标1 掌握传感器基本原理 1、传感器的两种组成方式是什么？使用敏感元件的目的是什么？电参量与电量的区别是什 么？ 答：传感器由敏感元件（与传感元件）和测量转换电路组成。 敏感元件是在传感器中直接感受被测量的元件，即被测量通过传感器的敏感元件转换成与被测量有确定关系、更易于检测的非电量； 电参量：与电量有对应关系的一些量，如电阻等； 电量：能通过仪表直接测量的量，如电流，电压，频率等； 2、简述在时域里的三种信号选择方式。 答： 1）固定方式；把被测量以外的变量固定为一个值，或者采用某种控制手段使其为定值。2）补偿方式； 把被测量和干扰变量共同作用的函数量称为第一函数量，把只有干扰量作用的称为第二函数量。补偿方式就是指利用第一函数量和第二函数量之差或之比来消除干扰变量影响的一种方式。 3）差动方式； 将被测量在反对称方向上作用，干扰量在对称方向上作用，以此构成的两个状态量取其差，从而选择被测量的一种方式。 3、根据测量手段，测量方法可分为哪几类，并简述每类的原理及优缺点。 答： 1.偏位式测量：直接以仪表的偏移量表示被测量的测量方式；虽然过程简单、迅速，但准确度不高，易产生灵敏度漂移和零点漂移；
2.零位式测量：当测量系统达到平衡时，用已知标准量的值决定被测量的值。特点是准确度高，但平衡耗时，多用于缓慢信号的测量； 3.微差法测量：综合了偏位式测量法速度快和零位式测量法准确度高的优点的一种测量方法。这种方法预先使被测量与测量装置内部的标准量取得平衡。当被测量有微小变化时，测量装置失去平衡。用偏位式仪表指示出其变化部分的数值。 课程目标2 传感器工作原理分析（分析类；计算类） 1、参见教材图1-8，请说明：对于电位器式压力传感器，敏感元件、传感元件、测量转换 电路分别是什么？被测量、敏感元件转换后的非电量、传感元件转换后的电参量、测量转换电路输出的电量分别是什么？ 答：敏感元件：弹簧管、传感元件：电位器； 测量转换电路：电位器； 被测量：压力p、敏感元件转换后的非电量；角位移a； 传感元件转换后的电参量：电阻值 测量转换电路输出的电量：输出电压U0； 2、参见教材图3-3（a），请分析：（1）根据测量手段，该传感器属于哪种测量方法？（2） 该传感器属于哪种信号选择方式？（3）与单个自感传感器相比，差动传感器有什么优点？ 答：（1）微差式测量法 （2）差动方式 （3）差动式电感传感器对外界影响，如温度的变化、电源频率的变化等基本上可以互相抵消，衔铁承受的电磁吸力也较小，从而减小了测量误差。差动式电感传感器的线性较好，且输出曲线较陡，灵敏度约为非差动式电感传感器的两倍。 3、习题2-5。