C
传感器无失真检测的条件是什么
答：传感器无失真检测条件是：幅频特性应当是常数（即水平直线）；相频特性应该是线性关系。
传感器是由哪几部分组成各有何功能
答：传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。敏感元件是直接感受被测物理量，并输出与被测量成确定关系的某一种量。转换元件接收敏感元件的
输出并把输入转换成电路的参量。转换电路把转换元件输出电路参数转换成电量输出。
测定频响函数的方法是什么常用输入标准信号有哪几种（测定频响函数的方法有哪几种）
答：确定频响函数的方法是以标准信号输入，测出其输山信号，从而求得需要的特性。输入的标准信号有正弦信号、脉冲信号和阶跃信号。
磁电式传感器有何优点
答：磁电式传感器直接从被测物体吸收机械能并转换成电信号输出，且输出功率大，性能稳定，它的工作不需要电源，调理电路简单，由于磁电式传感器通常具有较高的灵敏度，所以一般不需要高增益放大器。
超声波的波型有几种是根据什么来分类的
答：超声波的波型有纵波、横波、表面波（亦称瑞利波）、兰姆波
依据超声场中质点的振动与声能量传播方向之间的关系来分。
常用的超声波探伤方法有哪些各有什么特点
答：常用的超声波探伤法有共振法、穿透法、脉冲反射法等。
共振法的特点是：（1）可精确的测厚，特别适宜测量薄板及薄壁管；（2）工件表面光洁度要求高，否则不能进行测量。
穿透法具有以下特点：（1）探测灵敏度较低，不易发现小缺陷；（2）根据能量的变化即可判断有无缺陷，但不能定位；（3）适宜探测超声波衰减大的材料；（4）可避免盲区，适宜探测薄板；（5）指示简单，便于自动探伤；（6）对两探头的相对距离和位置要求较高。
脉冲反射法的特点是：（1）探测灵敏度高；（2）能准确地确定缺陷的位置和深度；（3）可用不同波型探测，应用范围广。
D
电桥是传感器的常用变换电路，请画直流电桥与交流电桥的电路图，并列出各自的平衡条件。
答：
（1）直流电桥的平衡条件是：R1R3=R2R4
（2）交流电桥的平衡条件是：Z1Z3=Z2Z4，Z i=z i e jφi；也可表达为z1e jφ1z3e jφ3=z2e jφ2z4e jφ4；即Z1Z3=Z2Z4，φ1+φ3=φ2+φ4
电容传感器分为变间距型、变面积型和变介电常数型三种形式，比较这三种传感器侧位移时的量程、灵敏度和线性度。
答：变间距型电容传感器的量程小，灵敏度高，输入被测量与输出电容之间的关系为非线性；变面积型和变介电常数型量程大，灵敏度低，传感器的输入被测量与输出电容之间的关系为线性。
G
光电传感器的光谱特性和频谱特性有何区别选用光电元件时考虑这两种特性有何意义
答：当光敏元件加一定电压时，如果照射在光敏元件上的是一单色光，当入射光功率不变时，光电流随入射光波长变化而变化的关系I=f(λ)，称为光谱特性。
光谱特性对选择光电器件和光源有重要意义，当光电器件的光谱特性与光源的光谱分布协调一致时，光电传感器的性能较好，效率也高。在检测中，应选择最大灵敏度在需要测量的光谱范围内的光敏元件，才有可能获得最高灵敏度。
在相同的电压和相同幅值的光强度下，当入射光以不同的正弦交变频率调，光敏元件输出的光电流I和灵敏度S随调制频率f 变化的关系I=f1(f)、S=f2(f)称为频率特性。
选择光电器件时应选用响应频率高的元件，以保证测量时对传感器响应时间的要求。
H
画出霍尔钳形电流表的工作原理图，并简述其工作原理。
答：（1）霍尔钳形电流表的探头是用环形铁芯做的集束器，霍尔器件放在空隙中，由安培定律可知，在载流导体周围会产生一正比于该电流的磁场。（2）霍尔元件在磁场中产生的霍尔电势：U H=K H IB。电路表中霍尔元件的灵敏度K H、控制电路I为定值。霍尔元件输出的霍尔电动势与磁场成正比，通过对磁场的测量可间接测得电流的大小。
画出测试系统的组成框图并说明各组成部分的作用。
答：传感器作为测试系统的第—环节，将被测量转化为人们所熟悉的各种信号，通常传感器将被测量转换成电信号；信号变换部分是对传感器所送出的信号进行加于，如信号的放大、滤波、补偿、校正、模数转换、数模转换等，经过处理使传感器输出的信号便于传输、佩示或记录：显示与记录部分将所测信号变为便于人们理解的形式，以供人们观测和分析。
何谓热电阻式传感器常用的热电阻类型有哪些
答：利用导电材料的电阻率随本身温度而变化的温度电阻效应制成的传感器，称为热电阻式传感器。
热电阻式传感器的类型包括：铂热电阻、铜热电阻、锰电阻、铟电阻等。
何为传感器的分辨力和阀值
答：分辨力是指传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。阀值是能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。
J
简述电容式传感器的工作原理。根据工作原理，电容式传感器可分为哪几种类型
答：两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为C=εS/δ。
当被测量的变换使δ（电容极板间距）、S（电容极板有效面积）或ε（电容极板间介质的介电常数）任一参数发生变化时，电容量C也就随之变化，这就是电容式传感器的工作原理。电容式传感器分为三类：变极距（或变间隙型）、变面积型和变介电常数型。
简述传感器的选用原则与设计测试系统时应考虑的因素。
答：传感器选用原则和应考虑的因素：（1）仔细研究所测试的信号，分析测试环境和干扰因素。根据测试范围确定选用什么样的传感器、确定测试方法、考虑传感器的体积被测位置是否能安下，研究传感器的来源、价格等因素。（2）传感器的灵敏度、频率响应特性、稳定性、精度。
设计测试系统时应考虑的因素：灵敏度、精准度、响应特性、线性范围、稳定性、测量方式、各环节之间的配合、并尽量兼顾体积下、重量轻、结构简单、易于维修、价格便宜、便于携带、通用化和标准化等一系列因素。
简述电容式传感器的优点。
答：电容式传感器的优点：①温度稳定性好；②结构简单，适应性强；③动态响应好；④町以实现非接触测量，具有平均效应；⑤灵敏度、分辨力高。
接近开关有哪些选择接近开关应考虑哪些因素
答：（1）接近开关有涡流式、电容式、霍尔式、光电式、热释电，以及利用多普勒效应制成的超声波、微波接近开关。（2）选择接近开关应考虑应用对象、重复定位精度、开关频率、负载接法、动作差程、以及工作电压范围、负载电流大小、工作温度范围、动作距离、通态压降、以及断态漏流等。
金属应变片有哪些类型
答：电阻丝应变片和金属箔式应变片。
激光干涉传感器的作用是测量长度，其基本原理就是光的干涉原理，测量精度高、分辨力高。如图所示是迈克尔逊双光束干涉系统，图中S是光源，B是分光镜，M1是固定反射镜，M2是可动反射镜，P是观察屏处，试介绍其工作原理。
答：来自光源S的光经半反半透分光镜B后分成两路，一路由固定反射镜M1反射，另一路经可动反射镜M2和B反射，在观察屏P处相遇产生干涉。当M2每移动半个光波波长时，干涉条纹亮暗变化一次，因此被测长度为x=N λ0/2n。式中，x-被测长度；N—干涉条纹亮暗变化次数；λ0—真空中光波波长；n—空气折射率。
L
两金属应变片R1和R2阻值均为120Ω，灵敏度系数k=2；两应变片一受拉，另一受压，应变均为1000με。两者接入直流电桥组成半桥双臂工作电桥，电源电压U=5V。求1) ΔR和ΔR/R；
2) 电桥的输出电压Uo。
答：灵敏度系数k=ΔR/（Rε）=2
应变均为1000με，即ε=0.001
则ΔR/R=2ε=0.002，ΔR=0.002R=0.002×120Ω=0.24Ω
电桥输出电压U0=U[（R1+ΔR)/(R1+ΔR+R2+ΔR)]+U/2=0.005V
螺管型电感传感器与变气隙型电感传感器各有何优点
答：（1）变气隙型电感传感器灵敏度高，因而它对电路的放大倍数要求低。它的主要缺点是非线性严重，为了减少非线性，量程就必须限制在较小范围内，通常为气隙δ0的1/5以下，同时，这种传感器装配制造困难。（2）螺管型电感传感器灵敏度低，但量程大，线性度较好，制造装配方便，批量生产的互换性强。
N
粘贴到试件上的电阻应变片，环境温度变化会引起电阻的相对变化，产生虚假应变，这种现象称为温度效应，简述产生这种效应的原因。
答：①环境温度变化时，由于敏感栅材料的电阻温度系数的存在，引起应变片电阻相对变化；
②环境温度变化时，敏感栅材料和试件材料的膨胀系数不同，应变片产生附加的拉长(或压缩)，引起电阻的相对变化。
Q
请画出两种霍尔元件的驱动电路，简述其优缺点。
答：对霍尔元件可采用恒流驱动或恒压驱动，恒压驱动电路简单，但性能较差，随着磁感应强度增加，线性变化坏，仅用于精度要求不太高的场合；恒流驱动线性度高，精度高，受温度影响小。两种驱动方式各有优缺点，应根据工作要求确定驱动方式。
R
如图所示是两种光电转速传感器的工作原理，试介绍其工作原理。
答：反射型光电转速传感器在电机的转轴上沿轴向均匀涂上黑白相间条纹。光源发出的光照在电机轴上再反射到光敏元件上。由于电机转动时电机轴上反光面和不反光面交替出现所以光敏元件间断地接收光的反射信号输出相应的电脉冲。电脉冲经放大整形电路变换为方波根据方波的频率就可测得电机的转速。
直射型光电转速传感器在电机轴上装有带孔的圆盘，圆盘的一边设置光源，另一边放置光电元件。当光线通过圆盘上的孔时，光电元件产生一个电脉冲。当电机转动时，圆盘随着转动，光电元件就产生一列与转速及圆盘上的孔数成正比的电脉冲数，由此可测得电机的转速。
电机的转速n为n＝60f／N，式中，N——圆盘的孔数或白条纹的条数；F——电脉冲的频率。
如图所示是电容式差压传感器结构示意图及其转换电路，图中1为玻璃盘，2为镀金层，3为金属膜片，试介绍其工作原理。
答：电容式差压传感器由两个玻璃盘和一个金属膜片组成。两个玻璃圆盘上凹盘上面各镀以金作为电容传感器的两个固定电极，夹在两凹盘中的膜片则为传感器的可动电极。当两边压力相等时，膜片处在中间位置与左、右固定电极间距相等，转换电路输出U0=0；当P1>P2（或P2>P1）时，膜片弯向右侧（或左侧)，Cdb 答：如图所示是一种开磁路变磁通式传感器的结构，齿轮安装在被测转轴上，与转轴一起旋转。当齿轮转动时，每转过一个齿，磁路的磁阻就变化一次，因而磁通量也变化一次，线圈中产生感应电动势，线圈中产生感应电动势的变化频率等于齿轮和转速的乘积，由此可求得转轴的转速。 如图所示是带有等位环的平板电容器结构原理图，请介绍等位环的作用。 答：使电极2的边缘电力线平直，两电极间的电场基本均匀，消除和减少边缘效应，提高电容式传感器的灵敏度和线性度。 如图所示是超声波液位计的原理图，简述其工作原理。 答：如图所示是自发自收单换能器方式，换能器安装在最高液位之上的空气或气体中，超声换能器发出的超声脉冲在气体中从换能器传至液面，反射后再从液面返回同一换能器而被接收。如换能器至液面的垂直距离为L，从发到收经过的时间为t，超声波在气体中的传播速度为c，则L=（1/2）ct。 如图所示是PSD光学三角法测距系统的工作原理图，光源发出的光经过凸镜L1聚焦后投向待测物体的表面。反射光由透镜L2聚焦到一维PSD上，形成一个光点。令透镜L1与L2间的中心距离为b，透镜L2到PSD表面之间的距离（即透镜L2的焦距）为f，聚焦在PSD表面的光点距离透镜L2中心的距离为x，求待测距离D的值。 答：光源发出的光经透镜L1聚焦后投向待侧体的表面，反射光由透镜L2聚焦到一维PSD上，形成一个光点。 只要测出PSD的光点位置坐标x的值，即可测出待侧体的距离。 若透镜L1与L2间的中心距离为b，透镜L2到PSD表面之间的距离为f，聚焦在PSD表面的光点距离透镜L2中心的距离为x，则根据相似三角形的性质，可得出待测距离D为：D=bf/x。如何用磁电式传感器测量位移和加速度 答：当传感器结构参数和磁场的磁感应强度确定后，磁电式传感器的感应电动势e与线圈相对磁场的运动速度v或w成正比，可通过磁电式传感器感应电动势e求得线速度和角速度，再对测得的速度进行积分或微分就可求出位移和加速度。 S 什么是金属应变片的横向效应 答：沿应变片轴向的应变εX，必然引起应变片电阻的相对变化，而沿垂直于应变片轴向的横向应变εX也会引起其电阻的相对变化，这种现象称为横向效应。 什么是传感器画出其组成框图并介绍各个环节的功能。 答：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，以便于精确处理的另外一种量的测量装置或系统。传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。 敏感元件直接感受被测量，并输出与被测量构成有确定关系的某一种量；转换元件把敏感元件的输出量转换成电路参量（电阻、电容、电感）；转换电路将转换元件输出的电路参数转换成电量输出。 什么是传感器的动态特性 答：传感器的动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 什么叫涡流效应 答：当一块金属导体放置在一变化的磁场小，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中旋涡那样在导体内转囤，所以称之为电涡流或涡流。这种现象就称为涡流效应。 T 图示是BYM型压力传感器的结构原理图。弹簧管1的自由端与差动式电感传感器衔铁2相连，衔铁2位于传感器两差动线圈5和6的中间位置。试介绍其工作原理。 答：（1）线圈和衔铁构成差动变气隙自感式电感传感器，当压力P发生变化时，弹簧管1的自由端产生位移，使衔铁2产生移动，使两差动线圈5和6的电感值一个增加，一个减少。 （2）衔铁位移的大小决定传感器输出信号的大小，衔铁移动的方向决定输出信号的相位，传感器输出信号的大小和相位与两差动线圈电感值的变化，衔铁的位置、压力之间有一个确定的关系，由此可以测得压力的大小。 W 无失真检测的条件是什么 答：幅频特性应当是常数（即水平直线）；相频特性应该是线性关系。 为什么用应变片测量时必须采用温度补偿措施 答：粘贴到试件上的电阻应变片，除感受机械应变而产生电阻相对变化外，在环境温度变化时，也会引起电阻的相对变化，产生虚假应变，因此采用温度补偿措施． Y 由安培定律可知，在载流导体周围会产生一正比于该电流的磁场，霍尔钳形电流表的探头是用环形铁芯做集束器，霍尔器件放在空隙中间，如图所示。试介绍霍尔钳形电流表的工作原理。答：由安培定律可知，在载流导体周围会产生一正比于该电流的磁场，霍尔元件在磁场中产生的霍尔电势：UH=KHIB。电流表中霍尔元件的灵敏度KH、控制电流I为定值，霍尔元件输出的霍尔电势与磁场成正比，通过对磁场的测量可间接测得电流的大小。 用涡流传感器测量金属板厚度是是否需要恒温，为什么 答：导体的电阻率ρ随温度变化，在较小的温度范围内导体的电阻率ρ与温度关系为线性关系，在其他条件不变的情况下，导体电阻率的改变可导致涡流传感器输出信号的变化，引起测量误差，所以用涡流传感器测量金属板厚度时需要恒温。 Z 只要磁通量发生变化，就有感应电动势产生，说出三种产生感应电动势的方法 答：(1)线圈与磁场发生相对运动；(2)磁路中磁阻变化；(3)恒定磁场中线圈面积变化。 复习题 1 绪论 选择题： 1.依据机敏材料本身的物性随被测量的变化来实现信号转换的装置称为（ A ） A.物理型传感器 B.结构型传感器 C.电桥 D.A/D转换器 2. 一个被测量与一个预定标准之间进行定量比较，从而获得被测对象的数值结果过程称为（ B ） A．测试 B．测量 C. 试验 D．传感 3. 电测法具有测试范围广、精度高、灵敏度高、响应速度快等优点，特别适合于（ C ） A．静态测试 B．线性测试 C. 动态测试 D．非线性测试 填空题： 1.测试泛指测量和试验两个方面的技术，是具有试验性质的测量，是测量和试验的综合。 2.测量是指一个被测量与一个预定标准之间进行定量比较，从而获得被测对象的数值结果，即以确定被测对象的量值为目的的全部操作，可分为直接比较法和间接比较法。 3.依据机敏材料本身的物性随被测量的变化来实现信号转换的装置称为物理型传感器。 4.随着新材料的开发，传感器正经历着从机构型为主向物性型为主的转变。 名词解释： 1.电测法 答：电测法是将非电量先转换为电量，然后用各种电测仪表和装置乃至计算机对电信号进行处理和分析的方法。 2. 间接比较法 答：间接比较法利用仪器仪表把待测物理量的变化变换成与之保持已知函数关系的另一种物理量的变化。 3.直接比较法 答：直接比较法无须经过函数关系的计算，直接通过测量仪器得到被测量值。 简答题： 1.试述测量与测试的概念及其区别。 答：测量是指一个被测量与一个预定标准之间进行定量比较，从而获得被测对象的数值结果，即以确定被测对象的量值为目的的全部操作。测试是对信号的获取、加工、处理、显示记录及分析的过程。测量是被动的、静态的、较孤立的记录性操作，其重要性在于它提供了系统所要求的和实际所取得的结果之间的一种比较；测试是主动地、涉及过程动态的、系统的记 传感器与检测技术（胡向东，第2版）习题解答 王涛 第1章概述 什么是传感器？ 答：传感器是能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 传感器的共性是什么？ 答：传感器的共性就是利用物理定律或物质的物理、化学或生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、频率、电荷、电容、电阻等）输出。 传感器一般由哪几部分组成？ 答：传感器的基本组成分为敏感元件和转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。 为普遍。 ①按传感器的输入量（即被测参数）进行分类 按输入量分类的传感器以被测物理量命名，如位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。 ②按传感器的工作原理进行分类 根据传感器的工作原理（物理定律、物理效应、半导体理论、化学原理等），可以分为电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。 ③按传感器的基本效应进行分类 根据传感器敏感元件所蕴含的基本效应，可以将传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。 改善传感器性能的技术途径有哪些？ 答：①差动技术；②平均技术；③补偿与修正技术；④屏蔽、隔离与干扰抑制；⑤稳定性处理。 第2章传感器的基本特性 什么是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？答：传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入、输出关系。静态特性所描述的传感器的输入-输出关系中不含时间变量。 衡量传感器静态特性的主要指标是线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性和漂移。 利用压力传感器所得测试数据如下表所示，计算非线性误差、迟滞和重复性误差。设压力为0MPa时输出为0mV，压力为时输出最大且为。 1?传感器的特性一般指输入、输出特性，有动、静之分。静态特性指标的 有____ 、____ 、—、—、等。P18— P20 2. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照测量结果的显示方式，可以分为—和_。P7 3. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照是否在工位上测量可以 分为_和________ 。P7 4. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照测量的具体手段，可以 分为_、_和________ 。P7 5. 某0.1级电流表满度值X m = 100mA，测量60mA的绝对误差为—。 &服从正态分布的随机误差具有如下性质 ______ 、—、____ 。P13 7. ____________________________ 硅光电池的光电特性中，当___________ 时，光电流在很大范围内与照度呈__________ 。 P230 8、把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 的基本原理制成的，其次级绕组都用______ 形式连接，所以又叫差动变压器式传感 器。P67 9、霍尔传感器的霍尔电势U H为_若改变—或 _就能得到变化的霍尔电势。 P183 10、电容式传感器中，变极距式一般用来测量—的位移。 11、压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不适宜测量________ 的被测量，特别是不能测量_________ 。 12、差动电感式传感器与单线圈电感式传感器相比,线性 _____ 灵感度提高倍、测量精度高。 13、热电偶冷端温度有如下补偿方法：、、、仪表机械零点调整法。 P210 14. 空气介质变间隙式电容传感器中，提高其灵敏度和减少非线性误差是矛盾 的，为此实际中大都采用_______式电容传感器。 传感器与检测技术试卷及答案精选文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8- 1．属于传感器动态特性指标的是（D ） A 重复性 B 线性度 C 灵敏度 D 固有频率 2 误差分类，下列不属于的是（B ） A 系统误差 B 绝对误差 C 随机误差 D粗大误差 3、非线性度是表示校准（B ）的程度。 A、接近真值 B、偏离拟合直线 C、正反行程不重合 D、重复性 4、传感器的组成成分中，直接感受被侧物理量的是（B ） A、转换元件 B、敏感元件 C、转换电路 D、放大电路 5、传感器的灵敏度高，表示该传感器（C） A 工作频率宽 B 线性范围宽 C 单位输入量引起的输出量大 D 允许输入量大 6 下列不属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（B） A 应变式传感器 B 化学型传感器 C 压电式传感器 D热电式传感器 7 传感器主要完成两个方面的功能：检测和（D） A 测量 B感知 C 信号调节 D 转换 8 回程误差表明的是在（C）期间输出输入特性曲线不重合的程度 A 多次测量 B 同次测量 C 正反行程 D 不同测量 9、仪表的精度等级是用仪表的（C）来表示的。 A 相对误差 B 绝对误差 C 引用误差 D粗大误差 二、判断 1.在同一测量条件下，多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在改变条件时，按一定规律变化的误差称为系统误差。（√） 2 系统误差可消除，那么随机误差也可消除。（×） 3 对于具体的测量，精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，所以精确度高的准确度不一定高（×） 4 平均值就是真值。（×） 目录 一、绪论 (3) 1、什么是测试有哪两种类型 (3) 2、基本的测试系统由哪几部分组成 (3) 3、测试技术有哪些应用 (3) 4、测试技术的重要性 (3) 5、测试技术的发展趋势 (4) 6、什么是信息、信号、噪声 (4) 7、测试工作的实质（目的任务） (4) 8、测量按测量值获得的方法进行分类有哪些 (4) 二、信号及其描述 (4) 1、周期信号频谱的特点： (4) 2、傅里叶变换的性质： (5) 3、非周期信号频谱的特点： (5) 4、简述信号的时域描述和频域描述 (5) 5、什么是时域采样采样定理是什么 (5) 6、为什么采样间隔不能太大，也不能太小 (5) 7、解释一下混叠、截断和泄漏 (5) 8、自相关函数的性质有哪些 (6) 9、互相关函数的性质有哪些 (6) 10、信号分析和处理必需遵循的原则有哪几点 (6) 11、在机械工程中常见的有哪些参数的测量 (6) 12、试叙述信号的采样和截断的过程是怎样实现的，结果如何 (6) 三、测试装置的基本特性 (7) 1、测量装置的静态特性是什么 (7) 2、传递函数的特点： (7) 3、一阶测试系统和二阶测试系统主要涉及哪些动态特性参数，动态特性参数的取值对系统 性能有何影响一般采用怎样的取值原则 (7) 4、试说明测试系统的阻尼比 大多采用7.0~6.0的原因。 (8) 5、什么是不失真测试，不失真测试的条件是什么 (8) 6、线性时不变系统的主要性质有哪些 (8) 7、什么是负载效应减轻负载效应的办法 (9) 8、简要说明如何求解测试装置动态特性的数学描述的3个函数，它们之间有何内在关系 9 9、测试装置2个环节的串联后的频率响应函数与它的2个组成之间的关系是什么为什么所 有的系统都可以由一阶和二阶系统来组成 (9) 四、常用传感器 (9) 1、电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别各有何优缺点应如何针对具体情况 来选用 (9) 2、电感传感器（自感型）的灵敏度与哪些因素有关要提高灵敏度可采取哪些措施采取这些 措施会带来什么样后果 (10) 3、光电传感器包含哪儿种类型各有何特点用光电式传感器可以测量哪些物理量 (10) 4、何谓霍尔效应其物理本质是什么用霍尔元件可测哪些物理量 (11) 5、试说明压电式加速度计、超声换能器、声发射传感器之间的异同点。 (11) 6、有一批涡轮机叶片，需要检测是否有裂纹，简述检测方法并阐明所用传感器的工作原理。 (11) 7、试分析差动变压器相敏检测电路的工作原理。 (11) 8、试比较自感式传感器与差动变压器式传感器的异同。 (12) 9、电容式传感器有哪些有缺点说明其主要应用场合以及使用中应注意的问题。 (12) 10、用压电式传感器能测量静态或变化很缓慢的信号吗为什么 (12) 11、什么是压电效应逆压电效应 (12) 12、什么是热电效应 (13) 14、热电偶回路的特点 (13) 《传感器与检测技术》课程学习综述 目录 第一章摘要 (1) 第二章传感器基本特性 (3) 一、传感器的静态特性 (3) 二、传感器的动态特性 (4) 第三章传感器 (5) 一、电阻式传感器 (5) 二. 电感式传感器 (5) 三、电容式传感器 (6) 四、压电式传感器 (7) 五、磁敏感式传感器 (8) 六、热电式传感器 (9) 七、光电式传感器 (10) 八、辐射与波式 (10) 九、化学传感器 (11) 十、新型传感器 (12) 第四章检测技术 (14) 一、参数检测基本概念 (14) 二、参数检测的一般方法 (16) 三、基本参数测量 (17) 第五章测量不确定度与回归分析 (19) 一、测量误差 (19) 二、测量不确定度 (20) 第六章自动监测系统 (21) 一、组成 (21) 二、设计方案 (22) 第七章课程总结 (25) 第一章摘要 《传感器与检测技术》顾名思义围绕着传感器和检测技术来进行的讲解，对于传感器和检测技术的学习对于自动化与电气工程类的我而言十分重要。传感器位于研究对象与测控系统之间的接口位置，是感知、获取与检测信息的窗口同时传感器也是实现对物理环境或人类社会信息获取的基本工具，是检测系统的首要环节，是信息技术的源头。 作为自动化与电气工程类的学生，即使专业分流之后我们还是会用到大量的传感器知识，掌握传感器方面的知识对我们以后的发展尤为重要。 本课程先从传感器的概述谈起，先让我们知道什么叫做传感器以及传感器的特点和传感器技术的发展再到传感器的基本特性的讲解。在了解了传感器的基本概述和基本特性之后就需要实例来深入对传感器与检测技术的了解。本书列举了许多经典的传感器类型，由易到难，从电阻式传感器到电感、电容式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器与光电式传感器等，同时也涵盖了参数检测自动检测系统等来进行了全面详细的讲解。从原理到测量电路再到应用，环环相扣使人了解原理。 在学习传感器之前我对传感器的理解就是一个很简单的工具，根据物理学原理而实现的各种测量。学习了之后才明白传感器并非那么简单，不同的参数需要我们用不同的传感器去进行测量，同时有的传 第一章课后习题答案 1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？ 解：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、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？ 解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。 （2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统 ①MEMS技术要求研制微型传感器。如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。 ②研制仿生传感器 ③研制海洋探测用传感器 ④研制成分分析用传感器 ⑤研制微弱信号检测传感器 （3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。系统功能最大程度地用软件实现。 （4）传感器发展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。 （5）多功能与多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。 3．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？ 解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。 1）传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度； 2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx 的比值； 3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象； 《传感器与检测技术》试题 一、填空：（20分） 1，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。（2分） 2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。 3、光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为 三类。第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有光电管、 光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料部电阻率改变的光电 效应，这类元件有光 敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元 件有光电池、光电仪表。 4.热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为 Eab （T ，To ）=T B A T T B A 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ?+-。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移 至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。 5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其部产生机械压力，从 而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产 生机械变形，这种现象称为负压电效应。（2分） 6. 变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③ 不变）（2分） 7. 仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的（2分） 8. 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（① 变面积型 ② 变极距型 ③ 变 介电常数型）外是线性的。（2分） 9. 电位器传器的（线性），假定电位器全长为Xmax, 其总电阻为Rmax ，它的滑臂间的阻值 可以用Rx = （① Xmax/x Rmax,②x/Xmax Rmax ,③ Xmax/XRmax ④X/XmaxRmax ）来计算， 其中电阻灵敏度Rr=（① 2p(b+h)/At , ② 2pAt/b+h, ③ 2A(b+b)/pt, ④ 2Atp(b+h)） 1、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈 的电感量（①增大，②减小，③不变）。 2、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型， ②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。 3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与原方线圈的匝数成（①正比， ②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁 阻成（①正比，②反比，③不成比例）。 4、传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置， 传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件 和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信 号调节转换电路组成。 5、热电偶所产生的热电热是由两种导体的接触电热和单一导体的温差电热组成。 2、电阻应变片式传感器按制造材料可分为① _金属_ 材料和②____半导体__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 _电阻应变效应 形 成的，而②的电阻变化主要是由 温度效应造成的。 半导体 材料传感器的灵敏度较大。 3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与 绕组匝数 成正比，与 穿过 线圈的磁通_成正比，与磁回路中 磁阻成反比，而单个空气隙磁阻的大小可用公式 __ 表示。 1.热电偶所产生的热电势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式 为E ab （T,T o ）=T B A T T B A 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ?+-。在热电偶温度补偿中，补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线 和热电偶之间，接入延长线它的作用是将热电偶的参 考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。（7分） 3.电位器或电阻传感器按特性不同，可分为线性电位器和非线性电位器。线性电位器的 一、选择题 1、差动式变极距式电容传感器的灵敏度是变极距式传感器的____2__倍. 2、信号有多种类型，从分析域上看，经典的分析方法有__时域法_和__频域法_。 3、压电式传感器的转换原理是利用晶体材料的__压电效应____。 4、传感器的静态特性中，输出量的变化量与引起此变化的输入量的变化量之比称为___灵敏度___。 6、信息与信号二者间关系是___信息在信号之中___。 7、当两信号的互相关函数在t 0有峰值，表明其中一个信号和另一个信号时移t 0时，相关程度___最高__。 8、传感器的灵敏度越高，意味着传感器所能感知的___被测量__越小。 9、测试工作的任务主要是要从复杂的信号中提取(有用信号) 10、时域信号的时移，则频谱变化为（ 相移 ） 11、 记录磁带快录慢放，放演信号的频谱带宽(变窄，幅值增高) 12、 用二阶系统作测量装置时，为获得较宽的工作频率范围，则系统的阻尼比应(接近1/√2 ) 13、 对二阶系统输入信号x(t)=A1sinw1t+A2sinw2t,则系统稳态输出方程的通式为(A1＇sin （w1t+φ＇１）+A2＇sin （w2t+φ２＇）) 14、 概率密度函数提供了随机信号（沿幅值域分布）的信息 15、 在测量位移的传感器中，符合非接触测量，而且不受油污等介质影响的是(电涡流式) 16、 只使在fe 1～fe 2间频率的信号通过，应采用（带通）滤波器 17、 在选用振子时，除了使阻尼比接近０.７外，应使被测正弦信号的最高频率fm(≤（０.５-０.６） )振动子的固有频率fn 18、 为使电缆的长度不影响压电式传感器的灵敏度，应选用（电荷）放大器。 19、 当τ→∞时,信号x （t ）的自相关函数Rx （τ）呈周期性变化,说明该信号(含有周期成份)。 20、 正弦信号的自相关函数，使原有的相位信息(丢失) 21、 不能用确定的数学公式表达的信号是（随机）信号。 22、 非线性度是表示定度曲线（偏离其拟合直线）的程度。 23、 自相关函数一定是（偶）函数。 24、 为了能从调幅波中很好地恢复出原被测信号，通常用（相敏检波器）做为解调器。 25、 采样时为了不产生频谱混叠，采样频率必须大于信号最高频率的（2 ）倍 26、 压电式传感器前置放大器的主要作用是（把传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出）。 27、在电桥测量电路中，由于电桥接法不同，输出的电压灵敏度也不同，___全桥___接法可以获得最大的输出。 28、压电传感器所使用的前置放大器在电路中起着很重要的作用，以下说法错误的是___将传感器的低阻抗输入变成高阻抗输出___。 29、幅值调制装置实质是一个乘法器 30、理想滤波器在通带内的幅频特性为常数 31．变极距型电容传感器的输出与输入，成（非线性）关系。 32．如果窗函数频谱的主瓣峰值相对于左右旁瓣峰值越大，则该窗函数的泄漏误差（越小）。 33．不能用涡流式传感器进行测量的是(非金属材料)。 34．设时域信号x(t)的频谱为X(f)，则时域信号（C ）的频谱为X(f ＋f0）。 A . )(0t t x - B. )(0t t x + C. t f j e t x 02)(π- D. t f j e t x 0 2)(π 35．压电式传感器后面的放大器的主要功能为（阻抗变换和信号放大）。 36．一个相邻双臂工作的测力电桥，如果将两工作臂的一个应变片均改为两个应变片串联，则电桥的输 出电压（加大两倍） 二、判断题 传感器与检测技术复习资料(总6页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1 -CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除 第一章 by YYZ 都是老师上课给的应该全都有了。 1.传感器是一种以一定精确度把被测量（主要是非电量）转换为与之有确定 关系、便与应用的某种物理量（主要是电量）的测量装置。 2.传感器的组成：信号从敏感元件到转换元件转换电路。 3.敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理 量的元件。 4.转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成为电路参数。 5.转换电路：将电路参数接入转换电路，便可转换为电量输出。 6.误差的分类：系统误差（测量设备的缺陷），随机误差（满足正态分 布），粗大误差。 7.系统误差：在同一条件下，多次测量同一量值时绝对值和符号保持不变， 按一定规律变化的误差称为系统误差。材料、零部件及工艺的缺陷，标准测量值，仪器刻度的标准，温度，压力会引起系统误差。 8.随机误差：绝对值和符号以不可预定的变化方式的误差。仪表中的转动部 件的间隙和摩擦，连接件的弹性形变可引起随机误差，随机误具有随机变量的一切特点。 9.粗大误差：超出规定条件下的预期的误差。粗大误差明显歪曲测量结果， 应该舍去不用。 10.精度：反映测量结果与真值接近度的值。 11.精度可分为准确度、精密度、精确度。 12.准确度：反映测量结果中系统误差的影响程度。 13.精密度：反映测量结果中随机误差的影响程度。 14.精确度：反映测量结果中系统误差和随机误差综合的影响程度，其定量特 征可以用测量的不确定度（或极限误差）表示。 15.精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，但精确度高， 则精密度和准确度都高。 中国自考人(https://www.doczj.com/doc/2115051414.html,)——700门自考课程永久免费、完整在线学习快快加入我们吧！ 中国自考人(https://www.doczj.com/doc/2115051414.html,)——700门自考课程永久免费、完整在线学习快快加入我们吧！ 浙江省2003年1月自考传感器与检测技术试题 课程代码：02202 一、填空题(每空1分，共15分) 1. 如果所测试的信号随时间周期变化或变化很快，这种测试称为________测试。 2. 确定静态标定系统的关键是选用被测非电量(或电量)的_______和标准测试系统。 3. 涡流传感器的线圈与被测物体的距离减小时，互感系数M将________。 4. 半导体应变片以压阻效应为主，它的灵敏度系数为金属应变片的________倍。 5. 测量准静态力信号时，要求电荷放大器的输入阻抗________1012(Ω)。 6. 周期信号展开为傅立叶级数后，其中A0表示直流分量的幅值，A n表示________分量的幅值。 7. 当τ→∞时，信号x(t)的自相关函数R x(τ)呈周期性变化，说明该信号为________。 8. LCD是液晶显示器，是一种________功耗器件。 9. A/D卡的转换速率表示________。 10. 在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，________接法可以得到最大灵敏度输出。 11. 一阶有源低通滤波器的主要优点是带负载能力强，主要缺点是________。为克服该缺点，可采用二阶或二阶以 上有源低通滤波器。 12. 绝对湿度给出了水分在空间的具体含量，而相对湿度给出了大气的________程度，它比绝对湿度使用更广泛。 13. 氧化型气体吸附到N型半导体气敏元件上，将使截流子数目减少，从而使材料的电阻率________。 14. 半导体温度传感器以P-N结的温度特性为理论基础。二极管感温元件利用P-N结在恒定电流下，其________与 温度之间的近似线性关系实现。 15. 图像处理的主要目的是________。 二、单项选择题(在每小题的四个备选答案中选出一个正确答案，并将其号码填在题后的括号内。每小题1分，共 15分) 1. 为了抑制干扰，常采用的电路有( ) A. A/D转换器 B. D/A转换器 C. 变压器耦合 D. 调谐电路 2. 选择二阶装置的阻尼比ζ=0.707，其目的是( )。 A. 阻抗匹配 B. 增大输出量 C. 减小输出量 D. 接近不失真条件 3. 自相关函数一定是( )函数。 A. 偶 B. 奇 C. 周期 D. 随机 4. 用脉冲锤激振时，为了获得较宽的激振频率，可( ) A. 增加敲击力 B. 增加锤头硬度 C. 增大锤重 D. 减小冲击力 5. 记录磁带慢录快放，放演信号的频宽将( ) A. 扩展，幅值减小 B. 变窄，幅值减小 C 传感器无失真检测的条件是什么 答：传感器无失真检测条件是：幅频特性应当是常数（即水平直线）；相频特性应该是线性关系。 传感器是由哪几部分组成各有何功能 答：传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。敏感元件是直接感受被测物理量，并输出与被测量成确定关系的某一种量。转换元件接收敏感元件的 输出并把输入转换成电路的参量。转换电路把转换元件输出电路参数转换成电量输出。 测定频响函数的方法是什么常用输入标准信号有哪几种（测定频响函数的方法有哪几种） 答：确定频响函数的方法是以标准信号输入，测出其输山信号，从而求得需要的特性。输入的标准信号有正弦信号、脉冲信号和阶跃信号。 磁电式传感器有何优点 答：磁电式传感器直接从被测物体吸收机械能并转换成电信号输出，且输出功率大，性能稳定，它的工作不需要电源，调理电路简单，由于磁电式传感器通常具有较高的灵敏度，所以一般不需要高增益放大器。 超声波的波型有几种是根据什么来分类的 答：超声波的波型有纵波、横波、表面波（亦称瑞利波）、兰姆波 依据超声场中质点的振动与声能量传播方向之间的关系来分。 常用的超声波探伤方法有哪些各有什么特点 答：常用的超声波探伤法有共振法、穿透法、脉冲反射法等。 共振法的特点是：（1）可精确的测厚，特别适宜测量薄板及薄壁管；（2）工件表面光洁度要求高，否则不能进行测量。 穿透法具有以下特点：（1）探测灵敏度较低，不易发现小缺陷；（2）根据能量的变化即可判断有无缺陷，但不能定位；（3）适宜探测超声波衰减大的材料；（4）可避免盲区，适宜探测薄板；（5）指示简单，便于自动探伤；（6）对两探头的相对距离和位置要求较高。 脉冲反射法的特点是：（1）探测灵敏度高；（2）能准确地确定缺陷的位置和深度；（3）可用不同波型探测，应用范围广。 D 电桥是传感器的常用变换电路，请画直流电桥与交流电桥的电路图，并列出各自的平衡条件。 答： （1）直流电桥的平衡条件是：R1R3=R2R4 （2）交流电桥的平衡条件是：Z1Z3=Z2Z4，Z i=z i e jφi；也可表达为z1e jφ1z3e jφ3=z2e jφ2z4e jφ4；即Z1Z3=Z2Z4，φ1+φ3=φ2+φ4 电容传感器分为变间距型、变面积型和变介电常数型三种形式，比较这三种传感器侧位移时的量程、灵敏度和线性度。 答：变间距型电容传感器的量程小，灵敏度高，输入被测量与输出电容之间的关系为非线性；变面积型和变介电常数型量程大，灵敏度低，传感器的输入被测量与输出电容之间的关系为线性。 G 光电传感器的光谱特性和频谱特性有何区别选用光电元件时考虑这两种特性有何意义 答：当光敏元件加一定电压时，如果照射在光敏元件上的是一单色光，当入射光功率不变时，光电流随入射光波长变化而变化的关系I=f(λ)，称为光谱特性。 光谱特性对选择光电器件和光源有重要意义，当光电器件的光谱特性与光源的光谱分布协调一致时，光电传感器的性能较好，效率也高。在检测中，应选择最大灵敏度在需要测量的光谱范围内的光敏元件，才有可能获得最高灵敏度。 在相同的电压和相同幅值的光强度下，当入射光以不同的正弦交变频率调，光敏元件输出的光电流I和灵敏度S随调制频率f 变化的关系I=f1(f)、S=f2(f)称为频率特性。 选择光电器件时应选用响应频率高的元件，以保证测量时对传感器响应时间的要求。 H 画出霍尔钳形电流表的工作原理图，并简述其工作原理。 答：（1）霍尔钳形电流表的探头是用环形铁芯做的集束器，霍尔器件放在空隙中，由安培定律可知，在载流导体周围会产生一正比于该电流的磁场。（2）霍尔元件在磁场中产生的霍尔电势：U H=K H IB。电路表中霍尔元件的灵敏度K H、控制电路I为定值。霍尔元件输出的霍尔电动势与磁场成正比，通过对磁场的测量可间接测得电流的大小。 画出测试系统的组成框图并说明各组成部分的作用。 答：传感器作为测试系统的第—环节，将被测量转化为人们所熟悉的各种信号，通常传感器将被测量转换成电信号；信号变换部分是对传感器所送出的信号进行加于，如信号的放大、滤波、补偿、校正、模数转换、数模转换等，经过处理使传感器输出的信号便于传输、佩示或记录：显示与记录部分将所测信号变为便于人们理解的形式，以供人们观测和分析。 何谓热电阻式传感器常用的热电阻类型有哪些 答：利用导电材料的电阻率随本身温度而变化的温度电阻效应制成的传感器，称为热电阻式传感器。 热电阻式传感器的类型包括：铂热电阻、铜热电阻、锰电阻、铟电阻等。 何为传感器的分辨力和阀值 答：分辨力是指传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。阀值是能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。 J 简述电容式传感器的工作原理。根据工作原理，电容式传感器可分为哪几种类型 答：两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为C=εS/δ。 当被测量的变换使δ（电容极板间距）、S（电容极板有效面积）或ε（电容极板间介质的介电常数）任一参数发生变化时，电容量C也就随之变化，这就是电容式传感器的工作原理。电容式传感器分为三类：变极距（或变间隙型）、变面积型和变介电常数型。 2018电大本科《传感器与测试技术》形考1-4 形考作业一 一、判断题（Y对/N错） 1．测试技术在自动控制系统中也是一个十分重要的环节。Y 2．金属应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏系数小。Y 3．热敏电阻传感器的应用范围很广，但是不能应用于宇宙飞船、医学、工业及家用电器等方面用作测温使用。N 4．电容式传感器的结构简单，分辨率高，但是工作可靠性差。N 5．电容式传感器可进行非接触测量，并能在高温、辐射、强烈振动等恶劣条件下工作。Y 6．电容式传感器不能用于力、压力、压差、振动、位移、加速度、液位的测量。Y 7．电感传感器的基本原理不是电磁感应原理。N 8．电感式传感器可以将被测非电量转换成线圈自感系数L或互感系数M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。Y 9．互感传感器本身是变压器，有一次绕组圈和二次绕组。Y 10．差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等，但其工作原理基本一样。Y 11．传感器通常由敏感器件、转换器件和基本转换电路三部分组成。Y 12．电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的一种传感器。Y 13．电阻应变片的绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测试件之间的电阻值。Y 14．线性度是指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。Y 15．测量误差越小，传感器的精度越高。Y 16．传感器的灵敏度k等于传感器输出增量与被测量增量之比。N 17．传感器能检测到输入量最小变化量的能力称为分辨力，当分辨力以满量程输出的百分数表示时则称为分辨率。Y 18．测量转换电路首先要具有高精度，这是进行精确控制的基础。N 19．电桥是将电阻、电容、电感等参数的变化转换成电压或者电流输出的一种测量电路。Y 传感器与测试技术习题及答案 1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？ 2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？ 3．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？ 4．某位移传感器，在输入量变化5 mm 时，输出电压变化为300 mV ，求其灵敏度。 5. 某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为： S1=0.2mV/℃、S2=2.0V/mV 、S3=5.0mm/V ，求系统的总的灵敏度。 6．什么是应变效应？什么是压阻效应？什么是横向效应？ 7、试说明金属应变片与半导体应变片的相同和不同之处。 8、 应变片产生温度误差的原因及减小或补偿温度误差的方法是什么？ 9、钢材上粘贴的应变片的电阻变化率为0.1%，钢材的应力为10kg/mm 2。试求 10、如图所示为等强度梁测力系统，1R 为电阻应变片，应变片灵敏度系数 05.2=k ，未受应变时Ω=1201R ，当试件受力F 时，应变片承受平均应变4108-?=ε，求 （1）应变片电阻变化量1R ?和电阻相对变化量11/R R ?。 （2）将电阻应变片置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V ，求电桥 输出电压是多少。 （a ） （b ） 图等强度梁测力系统 11、单臂电桥存在非线性误差，试说明解决方法。 12、某传感器为一阶系统，当受阶跃函数作用时，在t=0时，输出为10mV;t →∞时，输出为100mV;在t=5s 时，输出为50mV,试求该传感器的时间常数。 13. 交流电桥的平衡条件是什么？ 14．涡流的形成围和渗透深度与哪些因素有关?被测体对涡流传感器的灵敏度有何影 响? 15．涡流式传感器的主要优点是什么? 16．电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？ 17．某电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径)(4mm r =，工作初始极板间距离)(3.00mm =δ，介质为空气。问： （1）如果极板间距离变化量)(1m μδ±=?，电容的变化量C ?是多少？ （2）如果测量电路的灵敏度)(1001pF mV k =，读数仪表的灵敏度52=k （格／mV ）在)(1m μδ±=?时，读数仪表的变化量为多少？ 18．寄生电容与电容传感器相关联影响传感器的灵敏度，它的变化为虚假信号影响传感器的精度。试阐述消除和减小寄生电容影响的几种方法和原理。 19．简述电容式传感器的优缺点。 20．电容式传感器测量电路的作用是什么？ 21．简述正、逆压电效应。 22．压电材料的主要特性参数有哪些？ 23．简述电压放大器和电荷放大器的优缺点。 24．能否用压电传感器测量静态压力？为什么？ 25．说明霍尔效应的原理？ 26．磁电式传感器与电感式传感器有何不同？ 27．霍尔元件在一定电流的控制下，其霍尔电势与哪些因素有关？ 28．说明热电偶测温的原理及热电偶的基本定律。 29．将一只灵敏度为0.08mv/℃ 的热电偶与毫伏表相连,已知接线端温度为50℃,毫伏表的输出为60 mv, 求热电偶热端的温度为多少? 30．试比较热电阻与热敏电阻的异同。 一、信号及其描述 1、周期信号频谱的特点：①离散性——周期信号的频谱是离散的； ②谐波性——每条谱线只出现在基波频率的整数倍上，基波频率是诸分量频率的公约数；③收敛性——谐波分量的幅值按各自不同的规律收敛。 2、傅里叶变换的性质：奇偶虚实性、对称性、线性叠加性、时间尺度改变特性、时移和频移特性、卷积特性、积分和微分特性。 3、非周期信号频谱的特点：①非周期信号可分解成许多不同频率的正弦、余弦分量之和，包含了从零到无穷大的所有频率分量；②非周期信号的频谱是连续的；③非周期信号的频谱由频谱密度函数来描述，表示单位频宽上的幅值和相位；④非周期信号频域描述的数学基础是傅里叶变换。 二、测试装置的基本特性 1、测量装置的静态特性是在静态测量情况下描述实际测量装置与理想时不变线性系统的接近程度。线性度——测量装置输入、输出之间的关系与理想比例关系的偏离程度。灵敏度——单位输入变化所引起的输出变化。回程误差——描述测量装置同输入变化方向有关的输出特性，在整个测量范围内，最大的差值称为回程误差。分辨力——能引起输出量发生变化的最小输入量。零点漂移——测量装置的输出零点偏离原始零点的距离，它是可以随时间缓慢变化的量。灵敏度漂移——由于材料性质的变化所引起的输入与输出关系的变化。 2、传递函数的特点：①()s H与输入()t x及系统的初始状态无关，它只表达系统的传输特性；②()s H是对物理系统的微分描述，只反映系统传输特性而不拘泥于系统的物理结构；③对于实际的物理系统，输入()t x和输出()t y都具备各自的量纲；④()s H中的分母取决于系统的结构。 3、一阶测试系统和二阶测试系统主要涉及哪些动态特性参数，动态特性参数的取值对系统性能有何影响？一般采用怎样的取值原则？答：测试系统的动态性能指标：一阶系统的参数是时间常数τ；二阶系统的参数是固有频率 ω和阻尼比ξ。对系统的影响：一阶系统 n 的时间常数τ值越小，系统的工作频率范围越大，响应速度越快。二阶系统的阻尼比ξ一定时， ω越高，系统的工作频率范围越大，响应 n 速度越快；阻尼比ξ的取值与给定的误差范围大小和输入信号的形式有关。取值原则：一阶系统的时间常数τ愈小愈好；二阶系统的 填空： 1.传感器是把外界输入的非电信号转换成(电信号)的装置。 2.传感器是能感受规定的(被测量)并按照一定规律转换成可用(输出信号)的器件或装置。 3.传感器一般由(敏感元件)与转换元件组成。 (敏感元件)是指传感器中能直接感受被测量的部分 (转换元件)是指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。 4.半导体应变片使用半导体材料制成，其工作原理是基于半导体材料的(压阻效应)。 5.半导体应变片与金属丝式应变片相比较优点是(灵敏系数)比金属丝高50~80倍。 6.压阻效应是指半导体材料某一轴向受到外力作用时，其(电阻率ρ)发生变化的现象。 7.电阻应变片的工作原理是基于(应变效应), 即在导体产生机械变形时, 它的电阻值相应发生变化。 8.金属应变片由(敏感栅)、基片、覆盖层和引线等部分组成。 9.常用的应变片可分为两类: (金属电阻应变片)和(半导体电阻应变片)。 半导体应变片工作原理是基于半导体材料的(压阻效应)。金属电阻应变片的工作原理基于电阻的(应变效应)。 10.金属应变片有（丝式电阻应变片）、（箔式应变片）和薄膜式应变片三种。 11.弹性敏感元件及其基本特性:物体在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为(变形),而当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状，这种变形称为(弹性变形)。 12.直线电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度相同，但应变不同，园弧部分使灵敏系数K↓下降，这种现象称为(横向效应)。 13.为了减小横向效应产生的测量误差, 现在一般多采用(箔式应变片)。 14.电阻应变片的温度补偿方法 1) 应变片的自补偿法 这种温度补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片(称之为温度自补偿应变片)来补偿的，应变片的自补偿法有（单丝自补偿）和（双丝组合式自补偿）。 15.产生应变片温度误差的主要因素有下述两个方面。 1) (电阻温度系数)的影响 2) 试件材料和电阻丝材料的(线膨胀系数不同)的影响 第一次作业答案 1√2√3×4×5×6×7×8√9√10√ 1、敏感元件、转换元件 2、电容式 3、被测构件 4、线性度 5、高 6、输出、输入 7、传感器的分辨率、分辨率 8、高精度 9、电压、电流 10、直流电桥和交流电桥 三、 1.模拟信号和数字信号，模拟信号的如电阻式传感器、电容式传感器等，数字信号的如光电式编码器 2.p41页，常用的分类方法有按选频作用进行分类（低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器）、根据构成滤波器的元器件类型进行分类（CR、LC或晶体谐振滤波器）、根据构成滤波器的电路性质进行分类（有源滤波器、无源滤波器）、根据滤波器所处理信号的性质进行分类（模拟滤波器和数字滤波器） 3.电阻应变片的工作原理是基于应变—电阻效应制作的，即导体或半导体材料在外力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，这种现象称为应变电阻效应。 电阻应变片的工作原理是基于应变效应。电阻应变片的测量原理为：金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之外，还与金属丝的长度，横截面积有关。将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。dR/R=Ks*ε 其中，Ks为材料的灵敏系数，其物理意义是单位应变的电阻变化率，标志着该类丝材电阻应变片效应显着与否。ε为测点处应变，为无量纲的量，但习惯上仍给以单位微应变，常用符号με表示。由此可知，金属丝在产生应变效应时，应变ε与电阻变化率dR/R成线性关系，这就是利用金属应变片来测量构件应变的理论基础。 4.课本74页 5.课本71页 6.当金属线材受到单位拉力时，由于整根金属线的每段都受到同样大小的拉力，其应变也是相同的，故线材总电阻的增加值为各微段电阻增加之和。但整根金属线材弯折成栅状，制成应变片后，在应变片的灵敏轴向施以拉力，则直线段部分的电阻丝仍产生沿轴向的拉伸应变，其电阻式增加的，而各圆弧段，除了有沿轴向产生的应变外，还有在与轴向垂直的方向上产生的压缩应变，使得圆弧段截面积增大，电阻值减小。虽然金属丝敏感栅的电阻总的变现为增加，但是，由于各圆弧段电阻减小的影响，使得应变片的灵敏系数要比同样长度单纯受轴向力的金属丝的灵敏系数小，这种由弯折处应变的变化使灵敏系数减小的现象称为应变片的 横向效应。测试技术复习题2 (1)
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