传感器原理与应用复习范围

绪论

一、传感器：将各种非电量（包括物理量、化学量、生物量等），按照一定的规律转换成

便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的装置。

二、传感技术：是利用各种功能材料实现信息检测的一门应用技术，是检测（传感）原

理、材料科学、工艺加工等三要素的最佳结合。

三、传感器的组成：传感器一般有敏感元件、转换原件和测量电路三部分组成，有事还

需要加辅助电源。

四、传感器分类：

1.按输入量分类

如输入量分别为温度、压力、位移、速度、加速度、湿度等非电量时，则相应的传感器称为温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器、湿度传感器等。

2.按测量原理分类

现有传感器的测量原理主要是基于电磁原理和固体物理学理论。如根据变电阻的原理，相应的有电位器式、应变式传感器；根据变磁阻的原理，相应的有电感式、差动变压器式、电涡流式传感器；根据半导体有关理论，则相应的有半导体力敏、热敏、光敏、气敏等固态传感器。

3.按结构型和物性型分类

所谓结构型传感器，主要是通过机械结构的几何形状或尺寸的变化，将外界被测参数转换成相应的电阻、电感、电容等物理量的变化，从而检测出被测信号，这种传感器目前应用的最为普遍。物性型传感器则是利用某些材料本身物理性质的变化而实现测量，它是以半导体、电介质、铁电体等作为敏感材料的固态器件。

五、传感器的发展趋向

1.传感器的固态化，2、传感器的集成化和多功能化3.传感器的图像化

4.传感器的智能化

第1章传感器的一般特性

§1-1 传感器的静态特性

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静态特性。

传感器静态特性的主要指标有以下几点：

一、线性度(非线性误差)

在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间最大偏差与满量程(F·S)输出值的百分比称为线性度。

二、灵敏度

传感器的灵敏度指到达稳定工作状态时输出变化量与引起此变化的输入变化量之比。线性传感器校准曲线的斜率就是静态灵敏度K。

三、迟滞

迟滞是指在相同工作条件下作全测量范围校准时，在同一次校准中对应同一输入量的正行程和反行程其输出值间的最大偏差(见图1-6)。其数值用最大偏差或最大偏差的一半与满量程输出值的百分比表示。

四、重复性

重复是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连续变动多次所得特性曲线的不一致性

§1-2 传感器的动态特性

动态特性是指传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。

动态特性指标：上升时间t r 、 稳定时间t s 、 峰值时间t p 、 超调量σ%。

第二章 应变式传感器

§2-1金属应变片式传感器

金属应变片式传感器的核心元件是金属应变片，它可将试件上的应变变化转换成电阻变化。

应用时将应变片用黏结剂牢固地粘贴在被测试件表面上。当试件受力变形时，应变片的敏感栅也随同变形，引起应变片电阻值变化，通过测量电路将其转换为电压或电流信号输出。

应变片的结构：敏感栅1、基底2、盖片3、引线4和黏结剂等组成。 §2-2 压阻式传感器

单晶硅材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象被称为压阻效应。 (二)影响压阻系数的因素

影响压阻系数的因素主要是扩散电阻的表面杂质浓度和温度。扩散杂质浓度NS 增加时，压阻系数就会减小。

第三章 电容式传感器

§3-1 电容式传感器的工作原理

用两块金属平板作电极可构成最简单的电容器。当忽略边缘效应时，其电容量为

式中 C —电容量；

S —极板间相互覆盖面积； d —两极板间距离；

ε—两极板间介质的介电常数

一般电容式传感器可以分成以下三种类型：一、变面积(S )型

二、变介质介电常数(ε)型 三、变极板间距(d )型

§3-3 电容式传感器的误差分析

一、温度对结构尺寸的影响 二、电容电场的边缘效应 三、寄生与分布电容的影响

§3-4 电容式传感器的应用

一、电容式差压变送器 二、电容式测微仪 三、电容式液位计

第四章 电感式传感器

电感式传感器是利用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的一种装置。可以用来测量位移、振动、压力、应变、流量、比重等参数。

根据转换原理不同，可分为自感式和互感式两种；根据结构型式不同，可分为气隙型和螺管型两种。

第五章压电式传感器

压电式传感器是一种典型的有源传感器(或发电型传感器)。它以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质的表面上产生电荷，从而实现非电量电测的目的。 §5-1 压电效应

0r S S C d d

εεε==

某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又重新恢复不带电状态。这种现象称为压电效应。当作用力方向改变时，电荷极性也随着改变。相反，在电介质的极化方向施加电场，这些电介质也会产生变形，这种现象称为逆压电效应(电致伸缩效应)。 一、石英晶体压电效应

天然结构石英晶体是一个正六面体，在晶体学中它可用三根互相垂直的轴来表示。其中纵向轴Z-Z 称为光轴；经过正六面体棱线，并垂直于光轴的X-X 轴称为电轴；与X-X 轴和Z-Z 轴同时垂直的Y-Y 轴(垂直于正六面体的棱面)称为机械轴。通常把沿电轴X-X 方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”，而把沿机械轴Y-Y 方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”，沿光轴Z-Z 方向受力则不产生压电效应。 §5-2 压电材料

应用于压电式传感器中的压电材料主要有两种：一种是压电晶体，如石英等；另一种是压电陶瓷，如钛酸钡、锆钛酸铅等。

二、测量电路

压电式传感器的前置放大器有两个作用：一是把压电式传感器的高输出阻抗变换成低阻抗输出；二是放大压电式传感器输出的弱信号。根据压电式传感器的工作原理及其等效电路，它的输出可以是电压信号也可以是电荷信号。因此设计前置放大器也有两种形式：一种是电压放大器，其输出电压与输入电压(传感器的输出电压)成正比；另一种是电荷放大器，其输出电压与输入电荷成正比。 §5-4 压电式传感器的应用 一、压电式加速度传感器

压电式加速度传感器结构一般有纵向效应型、横向效应型和剪切效应型三种。 二、压电式压力传感器 三、压电式流量计

第六章 数字式传感器

根据工作原理不同可分为脉冲数字式传感器(如光栅传感器、感应同步器、磁栅传感器等)和频率输出式数字传感器(如振弦式、振筒式和振膜式传感器)。 §6-1 码盘式传感器 一、工作原理

光学码盘式传感器是用光电方法把被测角位移转换成以数字代码形式表示的电信号的转换部件。

§6-2 光栅传感器

二、莫尔条纹形成的原理及特点 (一)莫尔条纹的形成原理

把光栅常数相等的主光栅和指示光栅相对叠合在一起(片间留有很小的间隙)，并使两者栅线(光栅刻线)之间保持很小的夹角θ，于是在近于垂直栅线的方向上出现明暗相间的条纹，如图6-11所示。在a-a 线上两光栅的栅线彼此重合，光线从缝隙中通过，形成亮带；在b -b 线上，两光栅的栅线彼此错开，形成暗带。这种明暗相间的条纹称为莫尔条纹。莫尔条纹方向与刻线方向垂直，故又称横向莫尔条纹。 由图6-11可看出，横向莫尔

条纹的斜率为 (6-3)

tan tan

2

θα=

式中 α—亮(暗)带的倾斜角； θ—两光栅的栅线夹角。 横向莫尔条纹(亮带与暗带)之间

距离为

(6-4)

式中 B H —横向莫尔条纹之间的 距离；

W —光栅常数。

由此可见，莫尔条纹的宽度B H 由光栅常数与光栅的夹角θ决定。对于给定光栅常数W 的两光栅，夹角θ愈小，条纹宽度愈大，即条纹愈稀。所以通过调整夹角θ，可以使条纹宽度具有任何所需要的值。

§6-4 振弦式传感器

振弦式传感器以张紧的钢弦作为敏感元件，其弦振动的固有频率与张紧力有关。当振弦长度确定后，弦的振动频率变化量即可表示张紧力的大小。其输入量为力，输出量为频率信号。

第七章 热电式传感器

其中将温度转换为电势的热电式传感器叫热电偶，将温度转换为电阻值的热电式传感器叫热电阻。

§7-1 热电偶

一、热电效应 热电偶是利用热电效应制成的温度传感器。如图7-1所示，把两种不同的导体或半导体材料A 、B 连接成闭合回路，将它们的两个接点分别置于温度为T 及T 0 (设T>T 0)的热源中，则在该回路内就会产生热电动势(简称热电势)，可用E AB(T ，T 0)表示，这种现象称做热电效应。我们把两种不同导体或半导体的这种组合称为热电偶，A 和B 称为热电极，温度高的接点称为热端(或工作端)，温度低的接点称为冷端(或自由端)。

图7-1所示的热电偶回路中所产生的热电势由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势所组成。

H sin

2sin

2

2

BC W W

B AB θ

θ

θ

==≈

三、常用热电偶及结构

从理论上讲，任何两种不同导体(或半导体)都可以配制成热电偶，但是作为实用的测温元件，对它的要求是多方面的。为了保证工程技术中的可靠性，以及足够的测量精度，并不是所有材料都能组成热电偶，一般对热电偶的电极材料基本要求是：

①在测温范围内，热电性质稳定，不随时间而变化，有足够的物理化学稳定性，不易氧化或腐蚀；

②电阻温度系数小，导电率高，比热小；

③测温中产生热电势要大，并且热电势与温度之间呈线性或接近线性的单值函数关系；

④材料复制性好，机械强度高，制造工艺简单，价格便宜。

§7-2 热电阻

绝大多数金属具有正的电阻温度系数αt，温度越高，电阻越大。利用这一规律可制成温度传感器，与热电偶对应，就称为“热电阻”。用于制造热电阻的金属材料应满足以下要求：

①电阻温度系数大，电阻随温度变化保持单值并且最好呈线性关系；

②热容量小；

③电阻率尽量大，这样可以在同样灵敏度情况下使元件尺寸做得小一些；

④在工作范围内，物理和化学性能稳定；

⑤容易获得较纯物质，材料复制性好，价格便宜。

根据以上要求，目前世界上大都采用铂和铜两种金属作为制造热电阻的材料

第八章固体传感器

固体传感器的特点：

①由于传感器原理是基于物性变化，因而没有相对运动部件，不存在磨损问题，

可以做到结构简单，小型轻量；

②感受外界信息灵活，动态响应好，并且输出为电量；

③采用半导体为敏感材料，容易实现传感器集成化、一体化、多功能化、图像化、智

能化；

④功耗低，安全可靠。

§8-1 磁敏传感器

一、霍尔元件

(一)霍尔效应

图8-1为霍尔效应原理图。在与磁场垂直的半导体薄片上通以电流I，假设载流子为电子(N型半导体材料)，它沿与电流I相反的方向运动。由于洛仑兹力f L的作用，电子将向一侧偏转(如图中虚线箭头方向)，并使该侧形成电子的积累。而另一侧形成正电荷积累，于是元件的横向便形成了电场。该电场阻止电子继续向侧面偏移，当电子所受到的电场力f E

与洛仑兹力f L 相等时，电子的积累达到动态平衡。这时在两端横面之间建立的电场称为霍尔电场E H ，相应的电势称为霍尔电势U H 。

§8-2光敏 传感器 一、光电效应

光电器件的物理基础是光电效应。光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。

(一)外光电效应

在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面，向外发射的现象称为外光电效应。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。 (二)内光电效应

受光照的物体导电率发生变化，或产生光生电动势的效应叫内光电效应。内光电效应又可分为以下两大类。

①光电导效应。在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电阻率的变化，这种现象称为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。 ②光生伏特效应。在光线作用下能够使物体产生一定方向电动势的现象叫光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池和光敏晶体管。 §8-3 电荷耦合器件 (一)电荷耦合器件的结构

金属—氧化物—半导体(MOS)电容CCD 是由按照一定规律排列的MOS 电容阵列组成的。其中金属为MOS 结构上的电极，称为“栅极”(此栅极材料不是用金属而是用能够透过一定波长范围光的多晶硅薄膜)。半导体作为底电极，俗称“衬底”。两电极之间夹一层绝缘体，构成电容。 §8-4 气体传感器

气体敏感元件就是能感知环境中某种气体及其浓度的一种装置或者器件。 §8-5 湿度传感器

(一)质量百分比和体积百分比

质量为M 的混合气体中，若含水蒸气的质量为m ，则质量百分比为

(8-67)

在体积为V 的混合气体中，若含水蒸气的体积为v ，则体积百分比为

(8-68)

100%

m M ?100%v

V

?

这两种方法统称为水蒸气百分含量法。 (二)相对湿度和绝对湿度

水蒸气压是指在一定的温度条件下，混合气体中存在的水蒸气分压(e )。而饱和蒸气压是指在同一温度下，混合气体中所含水蒸气压的最大值(e s)。温度越高，饱和水蒸气压越大。在某一温度下，其水蒸气压同饱和蒸气压的百分比，称为相对湿度，其表示式为

(8-69)

绝对湿度表示单位体积内，空气里所含水蒸气的质量，其定义为

(8-70)

式中 m —待测空气中水蒸气质量； V —待测空气的总体积；

ρv —待测空气的绝对湿度。

如果把待测空气看做是一种由水蒸气和干燥空气组成的二元理想混合气体的话，根据道尔顿分压定律和理想气体状态方程，可以得出如下关系式 (8-71)

式中 e —空气中水蒸气分压； M —水蒸气的摩尔质量； R —理想气体常数；

T —空气的绝对温度。

第九章 光导纤维式传感器

光纤传感器用光而不用电来作为敏感信息的载体；用光纤而不用导线来作为传递敏感信息的媒质。因此，它同时具有光纤及光学测量的一些极其宝贵的特点：①电绝缘 ②抗电磁干扰 ③非侵入性 ④高灵敏度 ⑤容易实现对被测信号的远距离监控 一、斯乃尔定理(Snell's Law)

斯乃尔定理指出：当光由光密物质(折射率大)射出至光疏物质(折射率小)时，发生折射如图9-1(a)，其折射角大于入射角，即n 1>n 2时，θr>θi 。

n 1、n 2、θr 、θi 之间的数学关系为 (9-1)

由(9-1)式可以看出：入射角θi 增大时，折射角θr 也随之增大，且始终θr>θi 。当θr=90°时，θi 仍小于 90°，此时，出射光线沿界面传播，如图9-1(b)，称为临界状态。这时有

sin θr=sin 90°=1

sin θi0=n 2/n 1 (9-2) θi0=arcsin(n 2/n 1) (9-3

式中 θi0—临界角。

当θi>θi0时，θr>90°，这时便发生全反射现象， 如图9-1(c)所示，其出射光不再折射而全部反射回来。

RH 100%

s e e =?3/v

m g m V

ρ=v eM RT ρ=

12sin sin i r n n θθ=

图9-1 光在不同物质分界面的传播

(a)光的折射示意图(b)临界状态示意图(c)光全反射示意图

二、光纤结构

要分析光纤导光原理，除了应用斯乃尔定理外还需结合光纤结构来说明。光纤呈圆柱形，它通常由玻璃纤维芯(纤芯)和玻璃包皮(包层)两个同心圆柱的双层结构组成，如图9-2所示。

图9-2 光纤结构

纤芯位于光纤的中心部位，光主要在这里传输。纤芯折射率n1比包层折射率n2稍大些，两层之间形成良好的光学界面。光线在这个界面上反射传播。

三、光纤导光原理及数值孔径NA

由图9-3可以看出：入射光线

AB与纤维轴线OO相交角为θi，

入射后折射(折射角为θj)至纤

芯与包层界面C点，与C点界面法

线DE成θk角，并由界面折射至

包层，CK与DE夹角为θr。由图

9-3可得出

n0sinθi=n1sinθj (9-4)

n1sinθk=n2sinθr (9-5)

由(9-4)式可以推出

sin θi=(n1/n0)sin θj

图9-3 光纤导光示意图 因θj=90°-θk 所以

(9-6)

由(9-5)式可推出sin θk=(n 2/n 1)sin θr 并代入(9-6)式得

(9-7)

(9-7)式中n 0为入射光线AB 所在空间的折射率，一般皆为空气，故n 0≈1；n 1为纤芯折射率，n 2为包层折射率。当n 0=1，由(9-7)式得

(9-8)

当θr=90°的临界状态时，θi=θi0 (9-9)

纤维光学中把(9-9)式中sin θi0定义为“数值孔径”NA (Numerical Aperture)。由于n 1与n 2相差较小，即n 1+n 2≈2n 1，故(9-9)式又可因式分解为 (9-10)

式中 Δ=(n 1-n 2)/n 1称为相对折射率差。 由(9-8)式及图9-3可以看出：

θr=90°时，sin θi0=NA 或θi0=arcsin NA ；

θr>90°时，光线发生全反射，由图9-3夹角关系可以看出θi<θi0=arcsin NA ； θr<90°时，(9-8)式成立，可以看出，sin θi>NA ，θi>arcsin NA ，光线消失。

这说明arcsin NA 是一个临界角，凡入射角θi>arcsin NA 的那些光线进入光纤后都不能传播而在包层消失；相反，只有入射角θi

§9-2 光纤传感器结构原理及分类 一、光纤传感器结构原理

光纤传感器则是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置。由光发送器、敏感元件(光纤或非光纤的)、光接收器、信号处理系统以及光纤构成。

()()

1100sin /sin 90cos i k k n n n n θθθ=-==sin i θ=sin i θ=0sin i θ=0sin i n θ≈

二、光纤传感器的分类

注：MM—多模光纤；SM—单模光纤；PM—偏振保持光纤。

a、b、c为图9-5所示的三类光纤传感器。

传感器原理及应用

温度传感器的应用及原理 温度测量应用非常广泛，不仅生产工艺需要温度控制，有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量，如计算机要监控CPU的温度，马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等，下面介绍几种常用的温度传感器。 温度是实际应用中经常需要测试的参数，从钢铁制造到半导体生产，很多工艺都要依靠温度来实现，温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述，并介绍与电路系统之间的接口。 热敏电阻器 用来测量温度的传感器种类很多，热敏电阻器就是其中之一。许多热敏电阻具有负温度系数(NTC)，也就是说温度下降时它的电阻值会升高。在所有被动式温度传感器中，热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最高，但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。表1是一个典型的NTC热敏电阻器性能参数。 这些数据是对Vishay-Dale热敏电阻进行量测得到的，但它也代表了NTC热敏电阻的总体情况。其中电阻值以一个比率形式给出(R/R25)，该比率表示当前温度下的阻值与25℃时的阻值之比，通常同一系列的热敏电阻器具有类似的特性和相同电阻/温度曲线。以表1中的热敏电阻系列为例，25℃时阻值为10KΩ的电阻，在0℃时电阻为28.1KΩ，60℃时电阻为4.086KΩ；与此类似，25℃时电阻为5KΩ的热敏电阻在0℃时电阻则为 14.050KΩ。 图1是热敏电阻的温度曲线，可以看到电阻/温度曲线是非线性的。

虽然这里的热敏电阻数据以10℃为增量，但有些热敏电阻可以以5℃甚至1℃为增量。如果想要知道两点之间某一温度下的阻值，可以用这个曲线来估计，也可以直接计算出电阻值，计算公式如下： 这里T指开氏绝对温度，A、B、C、D是常数，根据热敏电阻的特性而各有不同，这些参数由热敏电阻的制造商提供。 热敏电阻一般有一个误差范围，用来规定样品之间的一致性。根据使用的材料不同，误差值通常在1%至10%之间。有些热敏电阻设计成应用时可以互换，用于不能进行现场调节的场合，例如一台仪器，用户或现场工程师只能更换热敏电阻而无法进行校准，这种热敏电阻比普通的精度要高很多，也要贵得多。 图2是利用热敏电阻测量温度的典型电路。电阻R1将热敏电阻的电压拉升到参考电压，一般它与ADC的参考电压一致，因此如果ADC的参考电压是5V，Vref 也将是5V。热敏电阻和电阻串联产生分压，其阻值变化使得节点处的电压也产生变化，该电路的精度取决于热敏电阻和电阻的误差以及参考电压的精度。

传感器原理与应用重点

第一章测量技术基础 检测系统的基本概念 检测系统(测试系统 /测量系统 1、定义:确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作 2、被测对象:宇宙万物(固液气体、动物、植物、天体…… 3、被测信息:物理量(光、电、力、热、磁、声、… 化学量(PH 、成份… 生物量(酶、葡萄糖、… 4检测技术是实验科学的一部分, 主要研究各种物理量的测量原理和信号分析处理方法。 检测技术是信息技术的重要组成部分, 它所研究的内容是信息的提取与处理的理论、方法和技术。 5信息与信号 信息是指客观世界物质运动的内容。 如:天气较冷、某处地震、刀具发生了磨损、李四病了。 信号是指信息的表现形式。 如:刀具磨损,切削力会加大;李四病了,可能会发烧;等等。 6检测技术是进行各种科学实验研究和生产过程参数测量必不可少的手段, 起着人的感官的作用。

简单的检测系统可以只有一个模块, 如玻璃管温度计。它直接将被测温度变化转化为液面示值。没有电量转换和分析电路,很简单,但精度低,无法实现测量自动化。 为提高测量精度和自动化程度, 以便于和其它环节一起构成自动化装置, 通常先将被测物理量转换为电量,再对电信号进行处理和输出。 B ……在电工、电子等课程中讲授,大多数不属于本课程的范围。 检测系统的组成 一般说来,检测系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。 传感器将被测物理量 (如噪声 , 温度检出并转换为电量,中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经 A/D变换后用软件进行信号分析,显示记录装置则将测量结果显示出来,提供给观察者或其它自动控制装置。 第二章传感器概述 传感器的组成和分类 一、传感器定义 传感器是一种以一定的精确度把被测量转成与之有确定关系的, 便于应用的某种物理量的测量装置。 传感器名称:变送器、变换器、探测器、敏感元件、换能器、一次仪表、探头等 二、传感器的组成 三、传感器的分类 按被测参数分类:温度、压力、位移、速度等

《传感器原理与应用》综合练习答案(期末考试)

《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。

传感器原理与应用作业参考答案

《传感器原理与应用》作业参考答案 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

传感器原理与应用复习要点

第一章传感器的一般特性 1.传感器技术的三要素。传感器由哪3部分组成？ 2.传感器的静态特性有哪些指标？并理解其意义。 3.画出传感器的组成方框图，理解各部分的作用。 4.什么是传感器的精度等级？一个0.5级电压表的测量范围是 0~100V，那么该仪表的最大绝对误差为多少伏？ 5.传感器工作在差动状态与非差动状态时的优点有哪些？灵敏度、 非线性度？ 第二章应变式传感器 6.应变片有那些种类？金属丝式、金属箔式、半导体式。 7.什么是压阻效应？ 8.应变式传感器接成应变桥式电路的理解、输出信号计算。应变片 桥式传感器为什么应配差动放器？ 9.掌握电子称的基本原理框图，以及各部分的作用。 10.电阻应变片/半导体应变片的工作原理各基于什么效应？ 11.半导体应变片与金属应变片各有哪些特点。 第三章电容式传感器 12.电容式传感器按工作原理可分为哪3种？ 13.寄生电容和分布电容对电容式传感器有什么影响？解决电缆电容 影响的方法有那些？ 14.什么是电容电场的边缘效应？理解等位环的工作原理。 15.运算法电容传感器测量电路的原理及特点。 第四章电感式传感器 16.了解差动变压器的用途及特点。 17.差动变压器的零点残余电压产生的原因？ 第五章压电式传感器 18.什么是压电效应？什么是逆压电效应？常用压电材料有哪些？ 19.压电传感器能否测量缓慢变化和静态信号？为什么？ 20.压电传感器的前置放大器电路形式主要有哪两种？理解电压放大 器、电荷放大器的作用。 第六章数字式传感器 21.光栅传感器的原理。采用什么技术可测量小于栅距的位移量？ 22.振弦式传感器的工作原理。 第七章热电式传感器 23.热电偶的热电势由那几部分组成？ 24.热电偶的三定律的理解。 25.掌握热电偶的热电效应。 26.热电偶冷端补偿原理和必要性及补偿电桥法的补偿原理。 27.铂电阻采用三线制接线方式的原理和特点？ 28.采用负温度系数热敏电阻稳定晶体管放大器静态工作点的工作原 理。 29.集成温度传感器AD590的主要特点。 30.数字式集成温度传感器DS18B20的主要特点。 第八章固态传感器 31.霍尔效应 32.霍尔集成传感器——线性、开关两类内部构成。 33.探测微弱光应采用何种传感器？ 34.什么是光电效应，什么是光电导效应和光生伏特效应？ 35.什么是内/外光电效应？利用此效应制作的典型传感器有那些？ 36.为什么光电池作光照度测量时要采用短路输出形式？ 37.硅光电池的最大开路电压是多少？ 38.硅光电池的光电转换效率理论最大值和实际值？ 39.在电路中使用光敏二极管怎样偏置？ 40.光电隔离耦合器的内部结构是怎样的？ 41.气敏传感器的原理，掌握可燃气体报警电路工作原理。 42.用电阻式湿度传感器测量湿度时，所加的激励电源为什么应为交 流电源？。 43.用光敏传感器设计一个自动开关路灯的控制电路。 第九章光纤式传感器 44.光纤传感器的特点有哪些？ 45.光纤传感器的分类？ 第十章传感器的标定 46.什么是传感器的标定？何情况下需要标定？第一章传感器的一般特性 1.传感器技术的三要素。传感器由哪3部分组成？ 2.传感器的静态特性有哪些？并理解其意义。 3.画出传感器的组成方框图，理解各部分的作用。 4.什么是传感器的精度等级？一个0.5级电压表的测量范围是 0~100V，那么该仪表的最大绝对误差为多少伏？ 5.传感器工作在差动状态与非差动状态时的优点有哪些？灵敏度、 非线性度？ 第二章应变式传感器 6.应变片有那些种类？金属丝式、金属箔式、半导体式。 7.什么是压阻效应？ 8.应变式传感器接成应变桥式电路的理解、输出信号计算。应变片 桥式传感器为什么应配差动放器？ 9.掌握电子称的基本原理框图，以及各部分的作用。 10.电阻应变片/半导体应变片的工作原理各基于什么效应？ 11.半导体应变片与金属应变片各有哪些特点。 第三章电容式传感器 12.电容式传感器按工作原理可分为哪3种？ 13.寄生电容和分布电容对电容式传感器有什么影响？解决电缆电 容影响的方法有那些？ 14.什么是电容电场的边缘效应？理解等位环的工作原理。 15.运算法电容传感器测量电路的原理及特点。 第四章电感式传感器 16.了解差动变压器的用途及特点。 17.差动变压器的零点残余电压产生的原因？ 第五章压电式传感器 18.什么是压电效应？什么是逆压电效应？常用压电材料有哪些？ 19.压电传感器能否测量缓慢变化和静态信号？为什么？ 20.压电传感器的前置放大器电路形式主要有哪两种？理解电压放 大器、电荷放大器的作用。 第六章数字式传感器 21.光栅传感器的原理。采用什么技术可测量小于栅距的位移量？ 22.振弦式传感器的工作原理。 第七章热电式传感器 23.热电偶的热电势由那几部分组成？ 24.热电偶的三定律的理解。 25.掌握热电偶的热电效应。 26.热电偶冷端补偿原理和必要性及补偿电桥法的补偿原理。 27.铂电阻采用三线制接线方式的原理和特点？ 28.采用负温度系数热敏电阻稳定晶体管放大器静态工作点的工作 原理。 29.集成温度传感器AD590的主要特点。 30.数字式集成温度传感器DS18B20的主要特点。 第八章固态传感器 31.霍尔效应 32.霍尔集成传感器——线性、开关两类内部构成。 33.探测微弱光应采用何种传感器？ 34.什么是光电效应，什么是光电导效应和光生伏特效应？ 35.什么是内/外光电效应？利用此效应制作的典型传感器有那些？ 36.为什么光电池作光照度测量时要采用短路输出形式？ 37.硅光电池的最大开路电压是多少？ 38.硅光电池的光电转换效率理论最大值和实际值？ 39.在电路中使用光敏二极管怎样偏置？ 40.光电隔离耦合器的内部结构是怎样的？ 41.气敏传感器的原理，掌握可燃气体报警电路工作原理。 42.用电阻式湿度传感器测量湿度时，所加的激励电源为什么应为交 流电源？。 43.用光敏传感器设计一个自动开关路灯的控制电路。 第九章光纤式传感器 44.光纤传感器的特点有哪些？ 45.光纤传感器的分类？ 第十章传感器的标定 46.什么是传感器的标定？何情况下需要标定？

传感器原理及应用期末复习资料精装版

信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术，是现代信息产业的三大支柱。 1．什么是传感器？ 广义：传感器是一种能把特定的信息按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。 狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 国家标准：定义：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或装置。 2．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？ 传感器一般由敏感元件、转换原件和基本电路组成。敏感元件感受被测量，转换原件将其响应的被测量转换成电参量，基本电路把电参量接入电路转换成电量。传感器的核心部分是转换原件，转换原件决定传感器的工作原理。 3．传感器的总体发展趋势是什么？传感器的应用情况。 传感器正从传统的分立式朝着集成化、数字化、多功能化，微型化、智能化、网络化和光机电一体化的方向发展，具有高精度、高性能、高灵敏度、高可靠性、高稳定性、长寿命、高信噪比、宽量程和无维护等特点。未来还会有更新的材料，如纳米材料，更有利于传感器的小型化。发展趋势主要体现在这几个方面：发展、利用新效应；开发新材料；提高传感器性能和检测范围；微型化与微功耗；集成化与多功能化；传感器的智能化；传感器的数字化和网络化。 4．了解传感器的分类方法。所学的传感器分别属于哪一类？ 按传感器检测的范畴分类：物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器 按传感器的输出信号分类：模拟传感器、数字传感器 按传感器的结构分类：结构型传感器、物性型传感器、复合型传感器 按传感器的功能分类：单功能传感器、多功能传感器、智能传感器 按传感器的转换原理分类：机—电传感器、光—电传感器、热—电电传感器、磁—电传感器 电化学传感器 按传感器的能源分类：有源传感器、无源传感器 国标制定的传感器分类体系表将传感器分为：物理量、化学量、生物类传感器 含12个小类：力学量、热学量、光学量、磁学量、电学量、声学量、射线、气体、离子、温度传感器以及生化量、生理量传感器。 1．传感器的性能参数反映了传感器的输入输出关系 2．传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标描述？主要性能参数的意义是什么 1线性度：传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比，线性度RL是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数 拟合方法：理论线性度(理论拟合)、c、端基线性度(端点连线拟合)d、独立线性度(端点平移) 最小二乘法线性度 2迟滞：传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不重合的现象称迟滞（迟环）。 3重复性：传感器输入量按同一方向作多次测量时输出特性不一致的程度。 4灵敏度: 在稳定条件下输出微小增量与输入微小增量的比值 传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。灵敏度S 反映输入变量能引起的输出变化量 ①纯线性传感器灵敏度为常数，与输入量大小无关；②非线性传感器灵敏度与x有关。 5分辨率和阈值：分辨率——传感器能够检测到的最小输入增量； 阈值——输入小到某种程度输出不再变化的值 6 漂移是指传感器的输入被测量不变，而其输出量却发生了改变。包括零点漂移与灵敏度漂移， 7稳定性：传感器在一较长时间内保持性能参数的能力 3．传递函数的定义是什么？ 初始条件为零时输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比。 4.电涡流传感器有较好的线性和灵敏度

传感器原理及应用试题库

一：填空题（每空1分） 1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元件， 测量电路三个部分组成。 2.半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。 3.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，根据光电效应可以分为 外光电效应，光电效应，热释电效应三种。 4.亮电流与暗电流之差称为光电流。 5.光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域。 6.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可采用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 7.反射式光纤位移传感器在位移-输出曲线的前坡区呈线性关系，在后坡区与 距离的平方成反比关系。 8.根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温度传感 器。 9.画出达林顿光电三极管部接线方式： U CE 10.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为：传 感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公式表示k（x）=Δy/Δx 。 11.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一 种度量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最

小二乘法线性度。 12.根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体式两大 类。 13.利用热效应的光电传感器包含光---热、热---电两个阶段的信息变换过程。 14.应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法电桥补偿 法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 15.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 16.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。 17.在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，入 射光强改变物质导电率的物理现象称为光电效应。 18.光电管是一个装有光电阴极和阳极的真空玻璃管。 19.光电管的频率响应是指一定频率的调制光照射时光电输出的电流随频率变 化的关系，与其物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有关。多数光电器件灵敏度与调制频率的关系为Sr（f）=Sr。/(1+4π2f2τ2) 20.光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。 21.国家标准GB 7665--87对传感器下的定义是：能够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或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 22.传感器按输出量是模拟量还是数字量，可分为模拟量传感器和数字量传感器 23.传感器静态特性的灵敏度用公式表示为：k(x)=输出量的变化值/输入量的变 化值=△y/△x 24.应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有：有一定的粘贴强度；能准确传递应变；

传感器原理与应用期末试卷

盐城师范学院考试试卷 2006 - 2007 学年第一学期 物电院电子信息工程专业《传感器原理与应用》试卷A 班级学号姓名 一、填空题（本大题30空 ,每空1分,共30分） 1. 电容传感器的转换电路除可用谐振调幅和调频电路外，较多采用的 电路还有、、、。 2.将温度转换为电势大小的热电式传感器是传感器，而将温 度变化转换为电阻大小的热电式传感器是（金属材料）或（半导体材料）。 3.用于制作压电传感器的常用压电材料是和。 4.在磁敏式传感器中，传感器和传感器属于体型磁 敏传感器，和属于结型磁敏传感器。 5. 光纤传感器由光源、光纤和三部分组成，光纤传感器一般分 为两大类，即传光型光纤传感器，也称为非功能性光纤传感器，另一类是光纤传感器，也称为光纤传感器，前者多使用光纤，而后者只能用光纤。 6.基于外光电效应的器件有和；基于内光电效 应的器件有、、等。 7. 湿敏电阻是一种随环境变化而变化的敏感元件。 8. 目前常用的数字式传感器有、、、四 大类。 9. 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_ __。

二、选择题（本大题10小题 ,每小题2分,共20分） 1．目前，我国使用的铂热电阻的测量范围是（）。 A. －200~850?C B. －50~850?C C. －200~150?C D. －200~50?C 2．通常用应变式传感器测量（）。 A.温度 B.密度 C.加速度 D.电阻 3.在光线作用下，半导体电导率增加的现象属于（）。 A. 外光电效应 B. 内光电效应 C. 光电发射 4.位置敏感器件的缩写为 ( )。 A.PSD B. CCD C.PZT 5. 常见的数显游标卡尺用( )作基准器件。 A.感应同步器 B. 光栅尺 C.容栅尺 6．气敏传感器中的加热器是为了( )。 A．去除吸附在表面的气体 B. 去除吸附在表面的油污和尘埃 C．去除传感器中的水分 D. 起温度补偿作用 7. 霍尔效应中，霍尔电势与（）。 A．霍尔常数成正比B．霍尔常数成反比 C．霍尔元件的厚度成正比D．霍尔元件的厚度成反比 8.压电陶瓷传感器与压电石英晶体传感器的比较是（）。 A．前者比后者灵敏度高得多B．后者比前者灵敏度高得多 C．前者比后者性能稳定性高得多D．后者比前者性能稳定性高得多9．计量光栅上出现莫尔条纹的条件有（）。 A．两块栅距相等的光栅叠在一起B．两块光栅的刻线之间有较大的夹角C．两块光栅的刻线之间有较小的夹角D．两块光栅刻线之间必须平行

(完整版)传感器原理及应用试题库(已做)

:填空题（每空1分） 1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元件 测量电路三个部分组成。 2.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可米用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 3. 根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温度传感器 4. 灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为：传 感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公式表示 k （x）=△ y△ x。 5. 线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一 种度量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、端 基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最小二乘法线性 度。 6. 根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体式两大类。 7. 应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法电桥补偿法、 计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 8. 应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 9. 传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。 10. 国家标准GB7665--87对传感器下的定义是：能够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或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。11. 传感器按输出量是模拟量还是数字量， 可分为模拟量传感器和数字量传感器12. 传感器静态特性的灵敏度用公式表示为：心）=输出量的变化值/输入量的变化 值=△ y/ △ x 13. 应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有：有一定的粘贴强度；能准确传递应变；蠕 变小；机械滞后小；耐疲劳性好；具有足够的稳定性能：对弹性元件和应变计不产生化学腐蚀作用；有适当的储存期；应有较大的温度适用范围。 14. 根据传感器感知外界信息所依据的基本校园，可以将传感器分成三大类：物理传 感器，化学传感器，生物传感器。

传感器原理及其应用考试重点

传感器原理及其应用 第一章传感器的一般特性 1）信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术，是现代信息产业的三大支柱。 2）传感器又称变换器、探测器或检测器，是获取信息的工具 广义：传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。 狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 国家标准（GB7665-87）：定义：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或装置。 3）传感器的组成： 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某一物理量的元件。 转换元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。 基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。 4）传感器的静态性能指标 （1）灵敏度 定义: 传感器输出量的变化值与相应的被测量（输入量）的变化值之比, 传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。 ①纯线性传感器灵敏度为常数，与输入量大小无关；②非线性传感器灵敏度与x有关。（2）线性度 定义:传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比，称为传感器的“非线性误差”或“线性度”。 线性度又可分为： ①绝对线性度：为传感器的实际平均输出特性曲线与理论直线的最大偏差。 ②端基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对端基直线的最大偏差。 端基直线定义：实际平均输出特性首、末两端点的连线。 ③零基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对零基直线的最大偏差。 ④独立线性度：以最佳直线作为参考直线的线性度。 ⑤最小二乘线性度：用最小二乘法求得校准数据的理论直线。 （3）迟滞 定义：对某一输入量，传感器在正行程时的输出量不同于其在反行程时的输出量，这一现象称为迟滞。 即：传感器在正(输入量增大)反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。 （4）重复性 定义：在相同工作条件下，在一段短的时间间隔内，同一输入量值多次测量所得的输

传感器原理及应用期末试题3

传感器原理及应用期末试题 一．判断题.(本题共10分，对则打“√”，不对则打“×”) 1．A/D转换就是把模拟信号转换成连续的数字信号。（） 2．固有频率fn=400Hz的振动子的工作频率范围为f>400Hz。（） 3．信号在时域上波形有所变化，必然引起频谱的相应变化。（） 4．一台仪器的重复性很好，但测得的结果并不准确，这是由于存在随机误差的缘故。（）5．一般来说测量系统的固有频率越高，则其灵敏度就越低。（） 6．交流电桥的输出信号经放大后，直接记录就能获得其输入信号的模拟信号了。（）7．测量小应变时，应选用灵敏度高的金属丝应变片，测量大应变时，应选用灵敏度低的半导体应 变片。（） 8．传递函数表征了系统的传递特性，并反映了物理结构，因此凡传递函数相同的系统，其物理结 构必然相同。（） 9．/称为信号x(t)的频率响应函数。（） 10．作为温度补偿的应变片应和工作应变片作相邻桥臂且分别贴在与被测试件相同的置于同一温度场的材料上。（） 选择题(共24分，每空1.5分，每题只有一个正确答案) 1.压电式加速度计测量系统的工作频率下限取决于（） a.加速度计力学系统的频率特性； b.压电晶体的电路特性； c.测量电路的时间常数。 2.用惯性式加速度计进行测量，为保证相位关系不变，应选择适当的阻尼比β，一般取β=（） 或β=（）;而对惯性式位移传感器应有β=（） a.β=0; b.β=0.7; c.β=1; d.β=0.86 3.要测量x(t)=5aSin40πt+aSin2000πt的振动位移信号，为了尽量减少失真，应采用（）的惯性加速度计。 a.fn=15Hz、β=0.707; b.fn=1000Hz、β=0.707; c.fn=50kHz、β=0.04 4.压电式加速度传感器的阻尼率一般为（） a.β>1; b.0.707<β<1; c.β=0.707; d.β<<0.707 5.描述非周期信号的数学工具是（）。 a.三角函数； b.拉氏变换； c.付氏变换； d.付氏级数 6.复杂周期信号的频谱是（） a.离散谱； b.连续谱； c.δ函数； d.sinc函数 7.对某二阶系统输入周期信号X(t)=A0sinωmt，则系统输出信号有以下特性（）。 [注：ωm>ωn] 幅值、频率、相位皆不变；b.频率改变，幅值、相位不变；c.幅值、相位改变，频率不变； d.相位不变，幅值、频率改变 8.测量等速变化的温度时，为了减小测量误差，希望测温传感器的时间常数（） a.大些好； b.小些好； c.要适中； d.可不考虑 9.半导体应变片是根据（）原理工作的；压电式加速度计的工作原理是基于（） 电阻应变效应；b.压阻效应；c.压电效应；d.电磁效应 10.金属丝应变片在测量某一构件的应变时，其电阻的相对变化主要由（）引起的。

传感器原理设计与应用重点总结

本文档根据老师最后一次课上课时所说的相关内容并根据我自己的个人情况简要整理，相对简洁，和大家分享一下。考虑到老师说的内容和考试内容相比，可能不够完整；而且个人水平有限，不可能把握的很准确，所以只是参考而已。。。建议大家根据自己的理解补充完善~ 第一章：传感器概论 1、传感器的定义：传感器（或敏感元件）基于一定的变换原理/规律将被测量（主要是非电量的测量，可采用非电量电测技术）转换成电量信号。变换原理/规律涉及到物理、化学、生物学、材料学等学科。 2、传感器的组成：传感器一般由敏感元件（将非电量变成某一中间量）、转换元件（将中间量转换成电量）、测量电路（将转换元件输出的电量变换成可直接利用的电信号）三部分组成，有的传感器还需加上辅助电源。 3、传感器的分类 按变换原理分类——>利用不同的效应构成物理型、化学型、生物型等传感器。 按构成原理分类： 结构型：依靠机械结构参数变化来实现变换。 物性型：利用材料本身的物理性质来实现变换。 按输入量的不同分类——>温度、压力、位移、流量、速度等传感器 按变换工作原理分类: 电路参数型:电阻型、电容型、电感型传感器 按参电量如：Q（电量）、I、U、E 等分类:磁电型、热电型、压电型、霍尔型、光电式传感器 4、传感器技术的发展动向： 教材表述：发现新现象、开发新材料、采用微细加工技术、研制多功能集成传感器、智能化传感器、新一代航天传感器、仿生传感器 老师表述：微型化、集成化、廉价。 第二章：传感器的一般特性 1、静态特性 检测系统的四种典型静态特性 线性度：传感器的输出与输入之间的线性程度。传感器的理想输出-输入特性是线性的。 灵敏度：系统在静态工作的条件下，其单位输入所产生的输出，实为拟合曲线上某点的斜率。 即S N=输入量的变化/输出量的变化=dy/dx 迟滞性：特性表明传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间输出-输入特性曲线不重合的程度。 （产生的原因：传感器机械部分存在的不可避免的缺陷。） 重复性：重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程多次测量时所得特性曲线不一致程度。曲线的重复性好，误差也小。产生的原因与迟滞性类似。 精确度. 测量范围和量程. 零漂和温漂. 2、动态特性：（传感器对激励（输入）的响应（输出）特性） 动态误差：输出信号不与输入信号具有完全相同的时间函数，它们之间的差异。包括：稳态动态误差、暂态动态误差

人教版高中物理选修3-2知识点整理及重点题型梳理] 传感器(原理及典型应用)

人教版高中物理选修3-2 知识点梳理 重点题型（常考知识点）巩固练习 传感器（原理及典型应用） 【学习目标】 1．知道什么是传感器，常见的传感器有哪些。 2．了解一些传感器的工作原理和实际应用。 3．了解传感器的应用模式，能够运用这一模式去理解传感器的实际运用。 4．了解传感器在生活、科技中的运用和发挥的巨大作用。 【要点梳理】 要点一、传感器 1．现代技术中，传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。 2．传感器原理 传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作。传感器原理如下图所示。 3．传感器的分类 常用传感器是利用某些物理、化学或生物效应进行工作的。根据测量目的不同，可将传感器分为物理型、化学型和生物型三类。 物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质（如电阻、电压、电容、磁场等）发生明显变化的特性制成的，如光电传感器、力学传感器等。 化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转换成为电学量的敏感元件制成的。 生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成的，用以检测与识别生物体内化学成分的传感器，生物或生物物质主要是指各种酶、微生物、抗体等，分别对应酶传感器、微生物传感器、免疫传感器等等。 要点二、光敏电阻 光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻大小这个电学量，一般随光照的增强电阻值减小。 要点诠释：光敏电阻是用半导体材料制成的，硫化镉在无光时，载流子（导电电荷）极少，导电性能不好，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好。

传感器原理及应用期末考试试卷(含答案)

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 10、构成CCD的基本单元是( )。 A、 P型硅 B、PN结 C、光敏二极管 D、MOS电容器

传感器原理及应用

《传感器原理及应用》 实 验 指 导 书 测控技术实验室

实验一金属箔式应变片----单臂、半臂、全桥性能实验 一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂、半臂、全电桥工 作原理和性能。 二、基本原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值发生变化, 这就是电阻应变效应,描述电阻应变效应的关系式为:ΔR/R=Kε式中:ΔR/R 为:ΔR/R电阻丝电阻相对变化, K为应变灵敏系数, ε=ΔL/L为电阻丝长度相对变化, 金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部件受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压Uο1=Ek?/4。在半桥性能实验中，不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压Uο2=Ek?/2。在全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，当应变片初始阻力值：R1=R2=R3=R4，其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时，其桥路输出电压Uο3=Ek?。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。 三、实验设备：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、 ±15V、±4V直流电源、万用表。 四、实验方法和要求： 1、根据电子电路知识，实验前设计出实验电路连线图。 2、独力完成实验电路连线。 3、找出这三种电桥输出电压与加负载重量之间的关系，并作出V o=F(m) 的关系曲线。

4、分析、计算三种不同桥路的系统灵敏度S=ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化 量，ΔW重量变化量）和非线性误差：δf1=Δm/yF·s×100%式中Δm为 输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：yF·s满量程 输出平均值，此处为200g。 五、思考题 1、单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2） 负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。 2、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1） 对边（2）邻边。 3、全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1=R3， R2=R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。

传感器技术及应用教学大纲

传感器及应用教学大纲 一、课程说明 课程性质：专业核心课 课程描述： “传感器技术”是电子、机电与自动控制类专业的专业核心课，是必修课。通过本课程的学习，学生能了解传感器的基本概念、传感器的构成、传感器工作的有关定律、传感器的作用、传感器和现代检测技术发展的趋势。其作用是通过本课程的学习，培养学生利用现代电子技术、传感器技术和计算机技术解决生产实际中信息采集与处理问题的能力，为工业测控系统的设计与开发奠定基础。知识目标：掌握主要传感器的原理、特性，各种应用条件下传感器的选用原则和应用电路设计。 技能目标：独立分析、解决传感器方面问题的能力；利用网络、数据手册、厂商名录等获取和查阅传感器技术资料的能力。 素质目标：具有较强的专业素质，不断进行创新。 教学重点与难点： 课程重点：电阻式、电感式传感器的原理与应用，霍尔式传感器，电流、电压传感器。 课程难点：各种传感器的温度误差与补偿，电容式传感器的屏蔽技术，光纤传感器的原理。 适用专业：机电一体化、电气自动化专业 学时数：80学时 二、教学目的与内容 1 传感器技术基础（2学时） 教学目的与要求： 明确“传感器技术”在专业培养计划中的地位，课程的性质、任务和大体内容，传感器在现代生产、生活中的作用。了解检测技术与传感器的定义、组成、作用和分类，了解传感器的静、动态特性，掌握传感器常用的技术指标。 教学重点与难点： 教学重点：传感器的定义、组成和作用 教学难点：传感器的技术指标 教学内容： 1）传感器简介 （1）传感器的定义

（2）传感器的组成与作用 2）传感器的分类 （1）按工作原理分 （2）按被测量分 （3）按输出信号性质分 3）传感器的特性及主要技术指标 （1）静态特性和动态特性 （2）主要技术指标 2 电阻式传感器（6学时） 教学目的与要求： 理解电阻式传感器的组成和基本原理，了解电阻式传感器的常用类型。掌握应变片式传感器的形式、特点、应用方法和转换电路。 教学重点与难点： 教学重点：电阻式传感器的组成和基本原理 教学难点：电阻应变片的工作原理 教学内容： 1）电位器式传感器（2学时） （1）电位器式传感器的基本工作原理 （2）电位器式传感器的输出特性 （3）电位器式传感器的特性 （4）电位器式位移传感器 2）应变式传感器（2学时） （1）电阻应变片的结构和工作原理 （2）电阻应变片的特性 （3）测量电路 （4）温度误差与补偿 3）压阻式传感器（2学时） （1）压阻效应 （2）结构与特性 （3）固态压阻传感器测量电路 （4）温度补偿 3 变磁阻式传感器（4学时） 教学目的与要求： 掌握三种变磁阻式传感器（电感式传感器、差分变压器式传感器、电涡流式传感器）的基本结构和工作原理，了解上述传感器将非电量信号转换成电信号的过程，了解三种变磁阻式传感器的特点、

传感器原理及应用期末考试试卷

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 10、构成CCD的基本单元是()。 A、P型硅 B、PN结 C、光敏二极管 D、MOS电容器