传感与检测技术大作业
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传感器与检测技术课程复习传感器在检测系统中有什么作用和地位?什么是敏感元件?什么是传感器?1.特性1.1什么是传感器的静特性?有哪些主要指标?线性度、迟滞、重复性、灵敏度、静态误差、分辨力与阀值等的概念和计算。
1.2什么是传感器的动特性?动特性:传递函数和动态响应的物理概念。
1.3传感器的静特性的用途是什么?y = a0a2~a n━非线性系数2. 动态模型在动态信号(输入信号随时间变化)的作用下,输出量Y与输入量X间的关系。
可以用微分方程或系统函数(传递函数)来描述。
一阶传感器传递函数-----可用拉普拉斯变换表示系统的系统函数H(S )。
四、传感器的基本特性1. 静态特性⑴线性度实际的输出——输入曲线与拟合曲线(工作曲线)间最大偏差的相对值即为线性度。
⑵灵敏度SnSn 的定义是传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比即为其静态灵敏度。
⑶重复性重复性指传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。
⑷迟滞现象(回差)回差反映了传感器的输入量在正向行程和反向行程全量程多次测试时,所得到的特性曲线的不重合程度。
⑸分辨率(△x min)在规定的测量范围内,传感器所能检测出输入量的最小变化值。
⑹稳定性传感器在相当长的时间内仍保持其原性能的能力。
⑺漂移传感器在外界的干扰下,输出量发生了与输入量无关的变化,主要有“零点漂移”和“灵敏度漂移”,这两种漂移又可分为“时间漂移——零点或灵敏度随时间而发生缓慢的变化”和“温度漂移——零点或灵敏度随环境温度的变化而改变”。
2. 动态特性⑴频率响应传感器的频率响应是指各种频率不同而幅值相同的正弦信号输入时,其输出的正弦信号的幅值、相位(与输入量间的相差)与频率之间的关系。
即幅频特性和相频特性。
分析切入点:系统的传递函数。
⑵阶跃响应给原来处于静态状态传感器输入阶跃信号,在不太长的一段时间内,传感器的输出特性即为其阶跃响应特性。
①一阶传感器的阶跃响应特性②二阶传感器的阶跃响应特性====================================================工作原理、转换电路、主要特性参数计算。
第五章电感式传感器思考题:1、说明变气隙型电感传感器、差动变压器式传感器和涡流传感器的主要组成、工作原理和基本特性。
答:a)变气隙型电感传感器主要由线圈、铁心、衔铁三部分组成的。
线圈是套在铁心上的,在铁心与衔铁之间有一个空气隙,空气隙厚度为δ。
传感器的运动部分与衔铁相连。
当外部作用力作用在传感器的运动部分时,衔铁将产生位移,使空气隙δ发生变化,磁路磁阻R m发生变化,从而引起线圈电感的变化。
线圈电感L的变化与空气隙δ的变化相对应,这样只要测出线圈的电感就能判定空气隙的大小,也就是衔铁的位移。
b)差动变压器式传感器主要由铁心、衔铁和线圈组成。
线圈又分为初级线圈(也称激励线圈)和次级线圈(也称输出线圈)。
上下两个铁心及初级、次级线圈是对称的。
衔铁位于两个铁心中间。
上下两个初级线圈串联后接交流激磁电压1,两个次级线圈按电势反相串联。
它的优点是灵敏度高,一般用于测量几微米至几百微米的机械位移。
缺点是示值范围小,非线性严重。
c)涡流传感器的结构很简单,有一个扁平线圈固定在框架上构成。
线圈用高强度漆包线或银线绕制而成,用粘合剂站在框架端部,也可以在框架上开一条槽,将导线绕在槽内形成一个线圈。
涡流传感器的工作原理是涡流效应,当一块金属导体放置在一变化的磁场中,导体内就会产生感应电流,这种电流像水中漩涡那样在导体内转圈,所以称之为电涡流或涡流。
这种现象就称为涡流效应。
涡流传感器最大的特点是可以实现非接触式测量,可以测量振动、位移、厚度、转速、温度和硬度等参数,还可以进行无损探伤,并且具有结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量线性范围大、体积小等优点。
2、为什么螺管型电感传感器比变气隙型电感传感器有更大的测位移范围?答:变气隙型灵敏度高,因为原始气隙δ0一般取得很小(0.1~0.5mm),当气隙变化为△δ=1μm时,电感的相对变化量△L/L0可达0.01~0.002,因而它对处理电路的放大倍数要求低。
它的主要缺点是非线性严重,为了减小非线性,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,这种传感器制造装配困难。
东北大学2021年9月《传感器与测试技术》作业考核试题及答案参考1. 被测对象处于稳定状态下的测量,称之为( )。
A.接触测量B.静态测量C.动态测量D.直接测量参考答案:B2. 将模拟量转换成与其对应的数字量的过程称为D/A转换,反之,则称为数/模A/D转换。
( )A.错误B.正确参考答案:A3. CCD的噪声可分为( )。
A.冷噪声B.热噪声C.散粒噪声D.转移噪声参考答案:BCD4. 传感器有多种分类方法,包括根据传感器功能分类、根据传感器工作原理分类、根据传感器感知的对象分类,以及根据传感器的应用领域分类等。
( )A.正确B.错误参考答案:A5. 载波频率为fo,调制信号的最高频率为fm,两者的关系为( )。
载波频率为fo,调制信号的最高频率为fm,两者的关系为( )。
A.fo=fmB.fm>>foC.fo>>fmD.fm>fo参考答案:C6. 在下列流量计中采用应变计输出流量信号的是( )流量计。
A.涡轮式B.椭圆齿轮C.压差式D.靶式参考答案:D7. 有一温度计,它的测量范围为0~200℃,精度为0.5级,试求该表可能出现的最大绝对误差为( )。
A.1℃B.0.5℃C.10℃D.200℃参考答案:A8. 呼吸机能型微生物传感器是指好气型细菌呼吸时使有机物氧化,消耗氧并生成,则呼吸机能型微生物传感器的组成是由微生物固化膜和( )。
A.电化学敏感电极B.封闭式氧电极或电化学敏感电极C.O_2电极或CO_2电极D.CO_2电极或电化学敏感电极参考答案:C9. 按传感器能量源分类,需要外加( )才能输出能量的传感器称为有源型传感器。
A.电阻B.电感C.电容D.电源参考答案:D10. 霍尔集成元件可分为非线性型和开关型两大类。
( )T.对F.错参考答案:F11. 下列不属于物联网智能硬件的人机交互技术研究的是( )。
A.桌面交互B.人脸识别C.虚拟现实D.增强现实参考答案:A12. 工业4.0的核心是( )。
机电一体化中传感器与检测技术的应用引言:传感器是将物理、化学、生物等自然科学和机械、土木、化工等工程技术中的费电信号转换成电信号的换能器。
从各行各业到日常生活,传感器几乎是无处不在,无处不用,其主要作用就是信息的采集和获取。
在现代工业生产尤其是自动化生产过程中,要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态,并使产品达到最好的质量。
因此可以说,没有众多的优良的传感器,现代化生产也就失去了基础。
随着微电子技术、控制技术、传感器技术等快速发展,机电一体化也得到了快速发展。
机电一体化系统是多种技术共同结合、共同配合形成的控制系统,最主要的技术是传感器技术。
一、传感器的种类传感器在机电一体化系统的主要作用是测量机电一体化系统各模块性能和目标对象、工作环境等的状态,为可靠地控制、调控机电一体化系统的整体工作提供有效的物理参数信息。
当今,传感器用于检测的方面不同,具有多种种类,原理各异分类方式也不尽相同。
按输入被测量进行分类,一般可分为速度传感器、温度传感器、位移传感器、压力传感器等。
这种分类方法直接反应了检测的目的;按输出量形式可分为数字传感器与模拟传感器两类;按工作机理可分为结构型和物性型;按转换原理可分为电阻式、电容式、电感式、压电式、光电式、热点式传感器等;按信息的传递方式可分为能量转换传感器与能量控制型传感器两类。
具体可以分为测量系统内部模块性能状态的内部数据传感器和系统外部状态的外部数据信息传感器。
系统内部数据信息传感器的主要工作是检查机电一体化系统内部模块的位矢、加速度、力臂、力、温度等的相关状态变化情况。
系统外部数据信息传感器主要职能是采集、检测机电一体化系统外部环境对机械性能的变化状态情况。
传感器能够如人感受器官一样,具有触觉感受和非触觉感受,所以传感器又可以分为接触式传感器和非接触式传感器。
如:接触式的碰触式传感器、压觉传感器;非接触式的温觉传感器、声觉传感器等。
第1章 传感与检测技术基础第2章 电阻式传感器 第3章 电感式传感器1、电感式传感器有哪些种类?它们的工作原理分别是什么?2、说明3、变气隙长度自感式传感器的输出特性与哪些因素有关?怎样改善其非线性?怎样提高其灵敏度?答:根据变气隙自感式传感器的计算式:00022l S W L μ=,线圈自感的大小,即线圈自感的输出与线圈的匝数、等效截面积S 0和空气中的磁导率有关,还与磁路上空气隙的长度l 0有关;传感器的非线性误差:%100])([200⨯+∆+∆= l ll l r 。
由此可见,要改善非线性,必须使l l∆要小,一般控制在0.1~0.2。
(因要求传感器的灵敏度不能太小,即初始间隙l 0应尽量小,故l ∆不能过大。
)传感器的灵敏度:20022l S W dl dL l L K l ⨯-=≈∆∆≈μ,由此式可以看出,为提高灵敏度可增加线圈匝数W ,增大等效截面积S 0,但这样都会增加传感器的尺寸;同时也可以减小初始间隙l 0,效果最明显。
4、试推导 5、气隙型 6、简述 7、试分析 8、试推导 9、试分析 10、如何通过11、互感式12、零点残余电压产生的原因是什么?怎样减小和消除它的影响?答:在差动式自感传感器和差动变压器中,衔铁位于零点位置时,理论上电桥输出或差动变压器的两个次级线圈反向串接后电压输出为零。
但实际输出并不为零,这个电压就是零点残余电压。
残差产生原因:①由于差动式自感传感器的两个线圈结构上不对称,如几何尺寸不对称、电气参数不对称。
②存在寄生参数;③供电电源中有高次谐波,而电桥只能对基波较好地预平衡。
④供电电源很好,但磁路本身存在非线性。
⑤工频干扰。
差动变压器的零点残余电压可用以下几种方法减少或消除:①设计时,尽量使上、下磁路对称;并提高线圈的品质因素Q=ωL/R;②制造时,上、下磁性材料性能一致,线圈松紧、每层匝数一致等③采用试探法。
在桥臂上串/并电位器,或并联电容等进行调整,调试使零残最小后,再接入阻止相同的固定电阻和电容。
传感器与检测技术习题答案传感器与检测技术习题答案随着科技的不断发展,传感器与检测技术在各个领域中起着至关重要的作用。
无论是工业生产、医疗健康还是环境监测,传感器和检测技术都扮演着不可或缺的角色。
在这篇文章中,我们将给出一些与传感器和检测技术相关的习题答案,希望能够帮助读者更好地理解和应用这一领域的知识。
1. 传感器的定义是什么?请举例说明传感器的应用。
答案:传感器是一种能够将非电信号转换为电信号的装置,用于测量和检测各种物理量。
传感器的应用非常广泛,例如温度传感器可用于监测环境温度,压力传感器可用于测量液体或气体的压力,光敏传感器可用于检测光线强度等。
2. 请简要介绍一下传感器的工作原理。
答案:传感器的工作原理基于物理效应或化学反应。
当传感器与被测量物质接触或受到外界刺激时,会产生相应的物理或化学变化,传感器通过转换这些变化为电信号来实现测量和检测。
3. 什么是传感器的灵敏度?如何提高传感器的灵敏度?答案:传感器的灵敏度是指传感器对被测量物质变化的响应能力。
要提高传感器的灵敏度,可以采取以下方法:优化传感器的结构设计,增加传感器的敏感区域;改进传感器的材料选择,选择具有更高灵敏度的材料;提高信号处理电路的性能,增强对信号的放大和处理能力。
4. 什么是传感器的分辨率?如何提高传感器的分辨率?答案:传感器的分辨率是指传感器能够检测到的最小变化量。
要提高传感器的分辨率,可以采取以下方法:增加传感器的量程,使得传感器能够检测到更小的变化;改进传感器的信号处理算法,提高对信号的处理和提取能力;降低传感器的噪声水平,减少对信号的干扰。
5. 请简要介绍一下常见的传感器类型及其应用。
答案:常见的传感器类型包括温度传感器、压力传感器、光敏传感器、湿度传感器、加速度传感器等。
温度传感器广泛应用于空调、冰箱等家电产品中;压力传感器常用于工业生产中的液位、气体压力检测;光敏传感器可用于照明控制、安防监控等领域;湿度传感器常用于气象观测、农业生产等;加速度传感器可用于汽车安全系统、智能手机中的运动检测等。
《传感器与测试技术》作业(1)和(2)答案按照《传感器与测试技术》课程教学设计方案的要求,本课程的平时作业共布置4次记分作业,每次作业满分2.5分,共10分。
在完成记分作业的前提下,辅导教师还可根据学生学习的实际情况,再布置一些有针对性的作业,作为对记分作业的补充,供学生更好地掌握学习内容。
前2次的记分作业如下:第1次记分作业:第5周前完成1.画出测试系统的组成框图,并说明各组成部分的作用。
答:传感器做为测试系统的第一环节,将被测系统或测试过程中需要观测的信息转化为人们所熟悉的各种信号。
通常,传感器将被测物理量转换成以电量为主要形式的电信号。
信号变换部分是对传感器所送出的信号进行加工,对信号进行放大等。
显示与记录部分将所测信号变为一种能为人们所理解的形式,以供人们观测和分析。
2.为满足测试需要,对传感器的一般要求有哪些?答:(1)灵敏度高,线性度好;(2)输出信号信噪比高,这要求其内噪声低,同时不应引入外噪声;(3)滞后、漂移小;(4)特性的复现性好,具有互换性;(5)动态性好;(6)对测量对象的影响小,即“负载效应”较低。
3.传感器的动态特性的评价指标有哪些?答:(1)时间常数τ(2)上升时间(3)稳定时间(或响应时间)(4)超调量δ4.提高传感器性能的方法有哪些?答:(1)非线性校正(2)温度补偿(3)零位法、微差法(4)闭环技术(5)平均技术(6)差动技术(7)采用屏蔽、隔离与抑制干扰措施5.简述应变式电阻传感器的工作原理。
答:电阻丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值发生变化,这一现象就是电阻丝的应变效应。
设有一段长为,截面为,电阻率为的金属丝,则它的电阻为当它受到轴向力F而被拉伸(或压缩)时,其、、均发生变化,因应变而导致金属电阻值的变化,即是应变式电阻传感器的工作原理。
6.《传感器与测试技术》教材P80第5题。
答:(1)(2)7.简述压阻式传感器电桥采用恒压源供电和恒流源供电各自的特点。
题目1量程或测量范围、过载能力等属于()。
a. 环境要求指标b. 输入量的性能指标正确c. 静态特性指标d. 可靠性指标正确答案是:输入量的性能指标题目2以下()项可以提高应变片测量电桥的输出电压灵敏度。
a. 不受应变片功率限制提高电桥供电电压b. 不受应变片功率限制降低电桥供电电压c. 在应变片功率范围内提高电桥供电电压正确d. 在应变片功率范围内降低电桥供电电压正确答案是:在应变片功率范围内提高电桥供电电压题目3按照传感器()的方式可分为能量转换型、能量控制型等。
a. 能量转换正确b. 工作原理c. 输出信号d. 工作机理正确答案是:能量转换题目4按照传感器()的方式可分为应变式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、光电式传感器等。
a. 输出信号b. 工作原理正确c. 输出信号d. 工作机理正确答案是:工作原理题目5以下()项可以降低应变片测量电桥的非线性误差。
a. 在应变片功率范围内降低电桥供电电压b. 采用全桥接法正确c. 在应变片功率范围内提高电桥供电电压d. 采用半桥单臂接法正确答案是:采用全桥接法题目6差动变压器属于()。
a. 电阻式传感器b. 压电式传感器c. 电感式传感器正确d. 电容式传感器正确答案是:电感式传感器题目7声控灯中没有传感器装置。
选择一项:对错正确正确的答案是“错”。
题目8传感器通常由敏感器件和基本转换电路两部分组成。
选择一项:对错正确正确的答案是“错”。
题目9测试系统中,传感器被视为仪表,其主要作用是能准确传递和检测出某一形态的信息,并将其转换成另一形态的信息。
选择一项:对正确错正确的答案是“对”。
题目10测量转换电路是测量系统的组成部分。
选择一项:对正确错正确的答案是“对”。
题目11测量转换电路首先要具有高精度,能够准确地将传感器的信号进行高精度的转换,这是进行精确控制的基础。
选择一项:对正确错正确的答案是“对”。
题目12能将模拟信号转换成数字信号的电路,称为D/A转换器,简称DAC。
东北大学2021年9月《传感器与测试技术》作业考核试题及答案参考1. 当金属板置于变化着的磁场中时,或者在磁场中运动时,在金属板上产生感应电流,这就是电感式传感器的工作原理。
( )A.错误B.正确参考答案:A2. 对应于该简谐振动的速度v和加速度a,速度的最大值比位移的最大值滞后,加速度的最大值要比位移最大值滞后。
( )对应于该简谐振动的速度v和加速度a,速度的最大值比位移的最大值滞后,加速度的最大值要比位移最大值滞后。
( )A.错误B.正确参考答案:A3. 热电偶所产生的热电动势是由两种导体的接触电动势和单一导体的温差电动势组成。
( )T.对F.错参考答案:T4. 传感器的分类方法包括( )。
A.根据传感器功能分类B.根据传感器工作原理分类C.根据传感器感知的对象分类D.根据传感器的地址分类参考答案:ABC5. RC低通滤波器电路的电容阻与输出并联。
( )A.错误B.正确参考答案:A6. 主要的人机交互方式包括( )。
A.文字交互B.语音交互C.视频交互D.基于视觉的交互参考答案:ABD7. 欲利用光电池在灯光(约200lx)下驱动液晶计算器(1.5V)工作,必须将( )片光电池串联起来才能正常工作。
A.2片B.3片C.5片D.20片参考答案:C8. 热电偶测量平均温度时,常采用( )线路。
A.串连B.并联C.半桥电桥D.全桥电桥参考答案:B9. 在单自由度K、M、C系统中,系统基础运动产生的受迫振动的频率响应函数H(ω)是单自由度系统的受迫振动的频率响应函数的ω/ωn倍。
( )A.正确B.错误参考答案:A10. 在振动测试中,表示信号变化快慢的参数是( )。
在振动测试中,表示信号变化快慢的参数是( )。
A.幅值B.频率C.相位D.阻尼参考答案:B11. X射线测厚仪的放射源和检测器均置于被测带材的上方。
当射线发射时,一部分射线被材料吸收;另一部分则被测材料反射进入检测器,为检测器所吸收。
( )A.错误B.正确参考答案:A12. 下列不属于物联网智能交通的研究思路的是( )。
1、现用一只镍铬-镍硅热电偶测某换热器内的温度,其冷端温度为30℃,而显示仪表机械零位为0℃,这时指示值为400℃,若认为换热器内的温度为430℃,对吗?为什么?正确值为多少?E(30,0)=1.203mV ,镍铬-镍硅热电偶分度表如下表所示。
2有一测量吊车起吊物质量的拉力传感器如图1所示。
电阻应变片R 1、R 2、R 3、R 4贴在等截面轴上。
已知等截面轴的截面积为0.000256m 2,弹性模量E 为2.0
×1011 N/m 2
,泊松比μ为0.3, R 1、R 2、R 3、R 4标称为100Ω,灵敏度为0.2,它们组成全桥如图桥路电压为2V ,测得输出电压为2.6mV ,求:(1)等截面轴的纵向应变及横向应变?(2)重物m 的质量有多少?
图1。
东北大学2021年9月《传感器与测试技术》作业考核试题及答案参考1. 下列不属于物联网智能交通的研究思路的是( )。
A.面向城市交通的大系统,利用物联网的感知、传输与智能技术,实现人与人、人与车、车与路的信息互联互通B.针对“人、车、路、基础设施”其中一个主要问题,采取“专项治理”的思路去解决C.通过提高车辆主动安全性,达到进一步提高车与人通行的安全性与道路通行效率的目的D.实现“人、车、路、基础设施与计算机、网络”的深度融合参考答案:B2. 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增大。
( )T.对F.错参考答案:T3. 数值孔径越大,光纤与光源的耦合越容易,光信号的畸变也越大。
( )A.正确B.错误参考答案:A4. 下列流量测量中,进行质量流量测量的是:( )。
A.科里奥里力流量计B.腰轮流量计C.漩涡流量计D.涡轮流量计参考答案:A5. 不等位电动势的产生原因为:( )A.输入电流不稳定B.四个电极间尺寸不对称C.磁场梯度线性度不高D.磁场和霍尔元件不垂直参考答案:B6. 极距变化型电容式传感器的灵敏度K与极距平方成反比。
( )A.正确B.错误参考答案:A7. CCD的输出类型:( )A.电流输出B.浮置栅放大器输出C.浮置扩散放大器输出D.电压输出参考答案:ABC8. 直接比较型A/D转换器将输入模拟电压信号直接与作为标准的参考电压信号相比较,得到相应的数字编码。
( )直接比较型A/D转换器将输入模拟电压信号直接与作为标准的参考电压信号相比较,得到相应的数字编码。
( )A.错误B.正确参考答案:B9. 测量CPU散热片的温度应选用( )型的热电偶。
A.普通B.铠装C.薄膜D.热电堆参考答案:C10. 周期信号频谱是离散的,只出现在基波频率的整数倍上。
( )周期信号频谱是离散的,只出现在基波频率的整数倍上。
( )A.错误B.正确参考答案:B11. 将超声波转化为电信号是利用压电材料的正压电效应。