2012_0221_北航_传感器技术及应用_001_to
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仪器科学与光电工程学院测试计量技术及仪器(080402)全日制学术硕士研究生培养方案一、适用学科仪器科学与技术(0804)测试计量技术及仪器(080402)二、培养目标培养我国社会主义建设事业需要的德、智、体全面发展的高层次专门人才:热爱祖国,拥护党的基本路线,遵纪守法,品行端正,并具有艰苦奋斗、为人民服务和为社会主义建设事业献身的精神。
本学科全日制学术硕士研究生具有信息的感知获取、数据处理、结果评估以及对相关要素进行控制的基础理论和专门知识,掌握相应的技能和方法,具有从事本学科领域科学研究工作或独立承担专门技术工作的能力,对本学科所从事的研究方向及其有关技术领域有深入的研究。
较熟练掌握一门外语。
三、培养方向测试计量技术及仪器(080402)测试计量技术及仪器学科属信息科学技术领域,研究信息感知获取、数据分析处理、结果验证评估以及对相关要素进行控制的理论与方法,是电子、光学、精密机械、计算机、信息与控制技术多学科互相渗透而形成的一门高新技术密集型综合学科。
主要探讨和研究测量理论和测量方法、各种类型测量仪器、测控系统的工作原理、设计方法和应用技术。
主要培养方向:1.自动测试与诊断2、过程参数测量与成像3. 先进传感技术与系统4、传感网络与信息融合网络化传感系统5. 计算机视觉及模式识别6、光电精密测试与系统7、动态计量与校准四、培养模式及学习年限本学科学术硕士研究生主要按二级学科培养,鼓励开展跨学科交叉培养、校企联合培养、本研统筹培养,实行导师或联合导师负责制,负责制订研究生个人培养计划、指导科学研究和学位论文。
硕士研究生实行学分制,学制为两年半至三年,一般在1年内完成课程学习,要求在申请硕士论文答辩前按培养方案获得知识结构中所规定的各部分学分及总学分。
若因客观原因不能按时完成学业者,可申请适当延长培养年限,延长时间不得超过一年。
五、知识和能力结构本学科硕士研究生培养方案的知识和能力结构由学位理论课程和综合实践能力两部分构成,如下表所示。
《传感器技术及其应用》第2版答案第1章1. 答: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或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。
敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分;转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号的部分。
2. 答:传感器有许多分类方法,但常用的分类方法有两种:一种是按被测输入量来分;另一种是按传感器的工作原理来分。
前者的优点是便于使用者根据用途选用,后者的优点是对传感器的工作原理比较清楚,类别少,有利于传感器专业工作者对传感器的深入研究分析。
3. 答:传感器测量静态量时表现的输入、输出量的对应关系为静态特性,常用的静态特性技术指标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、漂移等。
4.答:传感器的灵敏度k=dyyx=6x+35. 答:产生误差的原因有:测量方法的近似、仪表本身的精度限制、测量人员的习惯、外界环境因素影响等多种原因,有的是有规律可循,有的是随机产生的,因此测量误差也可分为系统误差、随机误差和粗大误差。
6. 答:绝对误差Δt=±800−−200×0.5%=±5℃相对误差γ=±5500×100%=±1%7. 相对误差γ1=±5300−−200=±1%γ2=±5800−0=±0.625%答:因为γ1>γ2所以测量范围为0~800℃的仪表精度高8. 相对误差γ1=±600×2.5%500=±3%>2.5%γ2=± 600×2.0% 500=±2.4%<2.5% γ3=± 600×1.5% 500=±1.8%<2.5% 答:可见2.0级与1.5级都能满足测量误差要求,考虑性价比建议选择2.0级,若只需考虑测量精度则选择1.5级。
《传感器技术及应用》复习资料思考题与习题第3章应变传感器3.1 电阻应变式传感器3.1.1 应变片的结构和类型3.1.2 常用的应变片3.2 薄膜应变电阻及传感器3.2.1 薄膜分类3.2.2 薄膜的工作原理3.2.3 薄膜应变传感器的特点3.3 电阻应变传感器使用中应注意的一些问题思考题与习题第4章磁敏传感器4.1 磁敏传感器的物理基础——霍尔、磁阻、形状效应4.1.1 基础知识4.1.2 霍尔效应4.1.3 磁阻效应4.1.4 形状效应4.2 霍尔元件4.2.1 霍尔元件的工作原理4.2.2 霍尔元件的结构4.2.3 基本电路4.2.4 电磁特性4.2.5 误差分析及误差补偿4.3 磁阻元件4.3.1 长方形磁阻元件4.3.2 科尔宾元件4.3.3 平面电极元件4.3.4 InSb—NiSb共晶磁阻元件4.3.5 曲折形磁阻元件4.3.6 磁阻元件的温度补偿4.4 磁敏二极管4.4.1 磁敏二极管的结构4.4.2 磁敏二极管的工作原理4.4.3 磁敏二极管的特性4.4.4 磁敏二极管的补偿技术4.5 磁敏三极管4.5.1 磁敏三极管的结构4.5.2 磁敏三极管的工作原理4.5.3 磁敏三极管的特性4.5.4 温度补偿技术4.6 磁敏传感器的应用4.6.1 霍尔元件的应用4.6.2 磁阻元件的应用思考题与习题第5章压电传感器5.1 压电效应5.1.1 石英晶体的压电效应5.1.2 压电常数5.1 _3压电陶瓷的压电效应5.2 压电材料5.2.1 压电晶体5.2.2 压电陶瓷5.2.3 新型压电材料5.3 等效电路与测量电路5.3.1 等效电路5.3.2 测量电路5.4 压电传感器及其应用5.4.1 压电传感器中压电片的连接5.4.2 压电式力传感器5.4.3 压电式压力传感器5.4.4 压电式加速度传感器5.4.5 应用实例思考题与习题第6章光纤传感器6.1 基础知识6.1.1 光纤的结构6.1.2 光纤的种类6.1.3 光纤的传光原理6.1.4 光纤的特性6.1.5 光纤的耦合6.2 光纤传感器的分类及构成6.2.1 分类6.2.2 构成部件6.3 功能型光纤传感器举例6.3.1 相位调制型光纤传感器6.3.2 光强调制型光纤传感器6.3.3 偏振态调制型光纤传感器6.4 非功能型光纤传感器举例6.4.1 传输光强调制型光纤传感器6.4.2 反射光强调制型光纤传感器6.4.3 频率调制型光纤传感器6.4.4 光纤液位传感器思考题与习题第7章光栅传感器7.1 光栅基础7.1.1 光栅的分类及结构7.1.2 莫尔条纹的原理7.1.3 莫尔条纹的特点7.2 光栅传感器的工作原理7.2.1 光电转换原理7.2.2 莫尔条纹测量位移的原理7.2.3 辨向原理7.3 莫尔条纹细分技术7.3.1 细分方法7.3.2 光电元件直接细分7.3.3 CCD直接细分7.3.4 光栅传感器的误差7.4 常用光学系统7.4.1 透射直读式光路7.4.2 反射直读式光路7.4.3 反射积分式光路思考题与习题第8章光电传感器8.1 光电传感器的基本效应8.1.1 生导体的粒子特性8.1.2 光电效应8.2 外光电效应光电元件8.2.1 光电管8.2.2 光电倍增管8.3 光电导效应及光电元件8.3.1 光敏电阻的结构及原理8.3.2 光敏电阻的特性8.4 光电伏特效应及光电元件8.4.1 光电导结型光电元件8.4.2 光电伏特型光电元件8.5 CCD图像传感器8.6 应用光路8.6.1 反射式8.6.2 透射式8.6.3 线纹瞄准用光电传感器8.6.4 脉冲式光电传感器思考题与习题第9章气、湿敏传感器9.1 气敏传感器9.1.1 半导体气敏元件的分类及必备条件9.1.2 表面控制型电阻式半导体气敏元件……第10章智能传感器第11章传感器应用技术第12章传感器的选择与使用第1章传感器的特性传感器(transducer/sensor)是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
露点温度传感器发展趋势综述聂晶,刘曦(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京 100191)摘要:介绍了目前露点温度传感器领域的研究现状,阐述了光学式、谐振式、电学式、热学式、重量式、化学式露点温度传感器的原理及构造,指出光学式露点温度传感器测量精度极高,其中冷镜式露点仪可作为湿度计量标准;谐振式露点温度传感器具有体积小、成本低、响应时间短、灵敏度高、可靠性好的特点;电学式露点温度传感器灵敏度高、功耗小,便于实现小型化、集成化;重量法是准确度最高的湿度绝对测量方法;化学法常用来测量低湿环境下的有机混合气体。
探讨了露点温度传感器在环境监测、工业制造、医疗诊断等领域的应用情况,指出未来露点温度传感器将会向高精度、高稳定性、高响应的方向发展,且应用范围将进一步拓展,以满足极端环境下的测量需求。
关键词:湿度测量;露点温度传感器;湿度传感器中图分类号:TB94;TP212 文献标志码:A 文章编号:1674-5795(2024)01-0043-17Review of the development trends of dew point temperature sensorsNIE Jing, LIU Xi(School of Instrumentation and Optoelectronic Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China) Abstract: Introducing the current research status in the field of dew‐point temperature sensors, and expounding the principles and structures of optical, resonant, electrical, thermal, weight and chemical dew‐point temperature sensors. It is pointed out that the optical dew point temperature sensor has high measurement accuracy, and the cold mirror dew point sensor can be used as the humidity measurement standard. The resonant dew point temperature sensor has the characteris‐tics of small size, low cost, short response time, high sensitivity and good reliability. The electrical dew point temperature sensor has high sensitivity and low power consumption, which is convenient for miniaturization and integration. Gravimetric method is the most accurate absolute humidity measurement method and the basis for establishing humidity benchmark. Chemical methods are often used to measure organic gas mixtures in low humidity. The application of dew point tempera‐ture sensor in environmental monitoring, industrial manufacturing, medical diagnosis and other fields is discussed. It is pointed out that dew point temperature sensors will develop towards high precision, high stability and high response in the future, and their application range will be further expanded to meet the measurement needs in extreme environments.Key words: humidity measurement; dew point temperature sensor; humidity sensor0 引言湿度表示大气中水汽含量的多少,即大气的干、湿程度。
传感器在航空航天测控中的应用研究航空航天领域一直是人类探索未知、追求进步的重要方向。
在这个充满挑战和机遇的领域中,测控技术起着至关重要的作用。
而传感器作为测控系统的关键组成部分,为航空航天任务的成功实施提供了不可或缺的支持。
传感器就像是航空航天系统的“眼睛”和“耳朵”,能够感知各种物理量和环境参数,并将其转化为电信号,为控制系统提供准确、及时的信息。
在航空航天领域,传感器的应用范围十分广泛,涵盖了飞行器的结构健康监测、飞行姿态控制、发动机性能监测、环境参数测量等多个方面。
在飞行器的结构健康监测中,传感器发挥着至关重要的作用。
由于飞行器在飞行过程中会承受巨大的压力、振动和温度变化,其结构容易出现疲劳损伤和裂纹扩展等问题。
为了确保飞行器的安全可靠,需要对其结构进行实时监测。
例如,应变传感器可以安装在飞行器的关键结构部位,如机翼、机身和发动机支架等,通过测量结构的应变变化来监测其疲劳损伤情况。
此外,光纤传感器具有抗电磁干扰、耐高温、耐腐蚀等优点,在结构健康监测中也得到了广泛应用。
通过在飞行器结构中布设光纤传感器网络,可以实现对结构的分布式监测,及时发现潜在的损伤和故障。
飞行姿态控制是保证飞行器稳定飞行和完成任务的关键。
在这一过程中,传感器提供了准确的姿态信息,包括角速度、加速度、姿态角等。
陀螺仪是测量角速度的重要传感器,它能够感知飞行器的旋转运动。
加速度计则用于测量飞行器的线加速度,通过对加速度的积分可以得到飞行器的速度和位移信息。
惯性测量单元(IMU)通常集成了陀螺仪和加速度计,能够提供全面的姿态和运动信息。
此外,磁传感器可以测量地球磁场的方向,与陀螺仪和加速度计的信息相结合,进一步提高姿态测量的精度。
发动机是飞行器的核心部件,其性能直接影响着飞行器的飞行性能和可靠性。
传感器在发动机性能监测中扮演着重要角色。
例如,温度传感器可以测量发动机各个部位的温度,包括燃烧室、涡轮叶片和排气口等,以确保发动机在正常的温度范围内工作。
高性能传感器在航空领域的应用在航空领域,高性能传感器就如同飞机的“敏锐感官”,为飞行安全、性能优化和任务执行提供着关键的支持。
它们能够感知和收集各种关键数据,使得飞行员和地面控制人员能够做出及时、准确的决策。
航空领域对于传感器的性能要求极为严苛。
首先,由于飞行环境的复杂性和多变性,传感器必须能够在极端的温度、压力和振动条件下稳定工作。
例如,在高空,温度可能会骤降至零下数十度,而在飞机发动机内部,温度又可能高达数千度,高性能传感器需要在这样的温差范围内保持精准的测量能力。
其次,传感器的精度和响应速度也是至关重要的。
在飞行中,哪怕是微小的误差都可能导致严重的后果,因此传感器必须能够提供高度精确的数据,并且能够迅速对变化的环境做出响应。
再者,可靠性是另一个关键因素。
一旦传感器出现故障,可能会引发一系列的连锁反应,威胁到整个飞行任务的安全,所以传感器需要具备高度的可靠性和容错能力。
压力传感器在航空领域中发挥着重要作用。
在飞机的飞行控制系统中,压力传感器能够测量大气压力,从而帮助飞机确定高度。
通过精确测量不同高度的气压变化,飞行员可以准确地掌握飞机的飞行高度,这对于避免与其他飞行器或地形发生碰撞至关重要。
此外,压力传感器还被用于监测飞机发动机内部的油压和气压,以确保发动机的正常运行。
它们能够及时检测到压力的异常变化,为维修人员提供早期预警,避免潜在的故障。
温度传感器同样不可或缺。
飞机发动机在运行过程中会产生大量的热量,如果温度过高可能会导致部件损坏甚至发动机故障。
温度传感器能够实时监测发动机各个部位的温度,包括燃烧室、涡轮叶片等关键部位。
一旦温度超过安全阈值,控制系统会自动采取措施,如调整燃油供应、增加冷却等,以保证发动机的安全运行。
在飞机的客舱和货舱中,温度传感器也用于维持舒适的环境温度,为乘客和货物提供适宜的条件。
加速度传感器对于飞行安全和性能优化具有重要意义。
它们能够测量飞机在三个坐标轴上的加速度变化,从而帮助飞行员了解飞机的姿态和运动状态。