东大15春学期《传感器与测试技术》在线作业3答案

第1章传感器与检测技术基础思考题答案l.检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用。

答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。

当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。

下图给出了检测系统的组成框图。

检测系统的组成框图传感器是把被测量转换成电学量的装置，显然，传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的，因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。

测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。

通常传感器输出信号是微弱的，就需要由测量电路加以放大，以满足显示记录装置的要求。

根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作。

显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。

2.传感器的型号有几部分组成，各部分有何意义?依次为主称（传感器）被测量—转换原理—序号主称——传感器，代号C；被测量——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。

见附录表2；转换原理——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。

见附录表3；序号——用一个阿拉伯数字标记，厂家自定，用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等。

若产品性能参数不变，仅在局部有改动或变动时，其序号可在原序号后面顺序地加注大写字母A、B、C等，（其中I、Q不用）。

例：应变式位移传感器：C WY-YB-20；光纤压力传感器：C Y-GQ-2。

3.测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，应当采用何种测量方法? 如何进行?答：测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情况时，最好采用微差式测量。

此时输出电压认可表示为U0，U0=U+△U，其中△U是负载电阻变化所引起的输出电压变化量，相对U 来讲为一小量。

第3次记分作业：1. 能否用压电传感器测量变化比较缓慢的力信号？试说明其理由。

答：不能。

压电式传感器是利用弹簧质量系统原理。

敏感芯体质量受振动加速度作用后产生一个与加速度成正比的力，压电材料受此力作用后沿其表面形成与这一力成正比的电荷信号。

由于压电加速度传感器是测量振动的加速度值，而在相同的位移幅值条件下加速度值与信号的频率平方成正比，所以不同频段的加速度信号大小相差甚大。

大型结构的低频振动其振动量的加速度值可能会相当小，例如当振动位移为 1mm, 频率为1 Hz 的信号其加速度值仅为0.04m/s2 (0.004g)；然而对高频振动当位移为0.1mm，频率为10 kHz的信号其加速度值可达4 x 10 5m/s2 (40000g)。

因此尽管压电式加速度传感器具有较大的测量量程范围，但对用于测量高低两端频率的振动信号，选择加速度传感器灵敏度时应对信号有充分的估计。

所以变化缓慢的信号频率低，无法被分辨。

2. 比较各种压电材料的优缺点。

答：1）压电晶体（单晶）如：石英晶体的主要性能特点是：第一，压电系数和介电系数的温度稳定性好，常温下几乎不变，在20~200℃范围内气电压系数变化率仅为-0.016%；第二，机械强度和品质因数搞，允许应力高达6.8×107~9.8×107Pa，刚度大，动态特性好；第三，居里点573℃，无热释电性，绝缘性好，重复性好。

天然石英较之人工石英性能更好，所以常用于精度和稳定性要求高的场合和制作标准传感器。

如：铌酸锂是一种无色或者淡黄色单晶，属三角系，熔点1250℃，居里点高达1200℃，它的时间稳定性好，适于做高温传感器。

此外，它还具有较好的光电、声光效应，在光电、微波声学、激光调制等方面都有重要应用。

它的各向异性很明显，质地脆、抗机械和热冲击性差，因而加工和使用时要小心。

2）压电陶瓷（多晶半导瓷）二元系陶瓷如：钛酸钡压电系数和相对介电常数较高，但居里点较低，为120℃，机械强度差，价格便宜。

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――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——传感器在规定测量范围内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内仍保持其性能的能力。

8、漂移——在一定时间间隔内，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）——传感器在满量程内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。

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。

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。

“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。

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。

1-3什么是传感器的静态特性和动态特性？为什么要分静和动？静态特性表示传感器在被测输入量各个值处于稳定状态时的输出-输入关系。

主要考虑其非线性与随机变化等因素。

动态特性是反映传感器对于随时间变化的输入量的响应特性，研究其频率响应特性与阶跃响应特性，分析其动态误差。

区分是为了在数学上分析方便。

1-4分析改善传感器性能的技术途径和措施。

1、结构、材料与参数的合理选择；2、差动技术；3、平均技术；4、稳定性处理；5、屏蔽、隔离与干扰抑制；6、零示法、微差法与闭环技术；7、补偿、校正与“有源化”；8、集成化、智能化与信息融合。

测试与传感技术作业三答案测试与传感技术作业三答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1、在光的作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，引起物体电阻率的变化，这种现象称为（ D ）A磁电效应 B声光效应 C光生伏特效应 D光电导效应 2、码盘式传感器是建立在编码器的基础上的，它能够将角度转换为数字编码，是一种数字式的传感器。

码盘按结构可以分为接触式、光电式和（ C ）三种。

A变电式 B磁电式 C电磁式 D感应同步器3、利用测量仪表指针相对于刻度初始点的位移来决定被测量的方法称为（ C ）A 零位式测量B 微差式测量C 偏差式测量D 直接测量 4、（ C ）的数值越大,热电偶的输出热电势就越大。

A、热端直径 B、热端和冷端的温度 C、热端和冷端的温差 D、热电极的电导率5、在仿型机床当中利用电感式传感器来检测工件尺寸，该加工检测装置是采了（ C ）测量方法。

A、微差式B、零位式C、偏差式D、零点式6、时域阶跃响应法和频率响应法是研究传感器的（ A ）的方法。

A 动态特性 B 静态特性 C 灵敏性 D 迟滞性7.将电阻应变片贴在( C )上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。

A.质量块 A.上升B.导体C.弹性元件D.机器组件D.归零 D.电阻值8.半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率( B )B.迅速下降C.保持不变 B.体积大小 C.结构参数9结构型传感器是依靠传感器( C )的变化实现信号变换的。

A.材料物理特性10.阻抗头是测量振动系统( D )的拾振器。

A.振动位移B.振动加速度C.激振力D.激振力及其响应二、填空题（每题3分，共30分）1.如果仅仅检测是否与对象物体接触，可使用ON-OFF型微动开关作为传感器。

2．码盘式传感器是建立在编码器的基础上的，它能够将角度转换为数字编码，是一种数字式的传感器。

码盘按结构可以分为接触式、_光电式_和_电磁式__三种。

3．应变片的选择包括类型的选择、材料的选用、___阻值的选择___、__尺寸的选择___等。