2010年传感器原理及工程应用考试复习总结

1 2010年传感器原理及工程应用考试复习总结—光通信071吴浩2007031062

此为我根据老师给的2010年复习大纲，采用老师09、10年课件、网络资料、课本书籍、以及光电子072班同学的复习资料综合整理的最终复习资料，仅供参考，部分内容可能有偏差，请大家找出并纠正及时发到群邮箱。注：由于很多资料课件上没有，但因为时间关系书中的资料就没有打上去，请同学们自己对应书页码查找。 一、考试题型  选择题： 10×3 = 30分  填空题： 2×15 = 30分  原理及测量电路分析： 2×10 = 22分  计算题： 1×10 = 10分  作图题： 1×8 = 8 分 二、范围及重点 第一章 1.系统误差的消除方法：（1） 在测量结果中进行修正；（2）消除系统误差的根源；（3）在测量系统中采用补偿措施；（4）实时反馈修正。 2.发现系统误差的方法：（1）实验对比法 ；（2）残余误差观察法 ；（3）准则检查法。 3.测量误差的表示方法：测量误差的表示方法有多种, 含义各异。主要包括5种：（1）绝对误差：Δ=x-L ；（2）相对误差：δ=Δ/ L×100%；（3）引用误差:γ=Δ/(测量范围上限-测量范围下限) ×100%；（4）基本误差；（5）附加误差。适用场合：当被测量大小相同时，常用绝对误差来评定测量准确度；相对误差常用来表示和比较测量结果的准确度；引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法，基本误差、附加误差适用于传感器或仪表中。 4.什么是随机误差：在同一测量条件下，多次测量被测量值时，其绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差，称为随机误差。随机误差的特点有：对称性，单峰性，抵偿性和有界性。 5.随机误差产生的原因是什么：随机误差是由很多不便掌握或暂时未能掌握的微笑因数，如：电磁场的微变、零件的摩擦、间隙，热起伏、空气扰动等、对测量值的综合影响造成的；综合为5点：1).人为因素；2). 量具因素；3).力量因素；4).测量因素；5).环境因素. 6.如何减小随机误差对测量结果的影响：提高仪器精度、改进测量方法、改善环境条件。 第二章 1.静态特性概念、指标，时域动态特性指标 静态特性概念：指被测量的值处于稳定状态时的输出与输入的关系。 指标：静态特性指标包括：线性度、迟滞、重复性、灵敏度、漂移。

时域动态特性指标：时域动态特性能指标主要包括6个：时间常数、延迟时间dt、

上升时间rt、峰值时间pt、超调量、衰减比d。 2.传感器的概念、动态特性概念 传感器的概念：传感器定义为能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出 2

信号的器件和装置； 动态特性概念：是指输入量随时间变化时传感器的响应特性。 3.什么是传感器的动态特性？它有哪几种分析方法？它们各有哪些性能指标？ 传感器的动态特性：传感器输出对时间变化的输入量的响应即反映了传感器的动态特

性；分析方法及性能指标：时域分析法——时间常数、延迟时间dt、上升时间rt、峰值

时间pt、超调量、衰减比d。频域分析法——频率域特性——通频带707.0、工作频带

95.0、时间常数、固有频率n、相位误差、跟随角707.0。

第三章 1.金属应变片的结构及工作原理； 结构：包括敏感栅、基片、覆盖层、引线； 工作原理：在外力作用下，导体或半导体材料产生机械变形，从而引起材料电阻值发生相应变化的现象，称为应变效应。其表达式为dR/R=kε，式中K为材料的应变灵敏系数，当应变材料为金属或合金时，在弹性极限内K 为常数。金属电阻应变片的电阻相对变化量dR/R与金属材料的轴向应变ε成正比，因此，利用电阻应变片，可以将被测物体的应变ε 转换成与之成正比关系的电阻相对变化量，这就是金属电阻应变片的工作原理。 2.**桥电路原理及计算：（重点） 桥电路原理及计算： ① 直流电桥的平衡条件：负载RL—∞（开路）电桥平衡时 I0=0 +U0=0 对比积相等 邻臂比相等

此时R1R4=R2R3或4321RRRR（电桥平衡条件） 设R1为应变片，应变时R1变化量为ΔR，这时电桥失衡，不平衡输出电压为

设桥臂比n=R2/R1由于1RR1分母中1R/R1可忽略，考虑到平衡条件4321RRRR上式可改写为U0=2)1(nnERR11电桥电压灵敏度定义为KU=EnnRRU2110)1( 10

1234

RRRUERRRRR





4311(/)(/)RRRR 3

②交流电桥（P53--55）： 3.温度补偿方法及原理； 温度补偿方法：通常有线路补偿和应变片自补偿两大类； ①线路补偿法原理：如下右图所示，被测试件位置上安装一个补偿片处于相同的温度场；电桥输出U0与桥臂参数的关系为：U0=A（R1R4-RBR3） 当温度变化时 R1=ΔRB，电桥平衡， 当有应变时 R1有增量ΔR1=Kε，补偿片RB无变化ΔRB=0电桥输出 U0=AR1R4Kε与温度无关。 ②应变片的自补偿法原理：利用具有温度补偿作用的应

变片来补偿的。原理为：要实现补偿，必须有

4.电阻丝材料的要求；（p43） ①灵敏系数大，且在相当大的应变范围内保持常数；②值大，即在同样长度，同样横截面积的电阻丝中具有较大的电阻值；③电阻温度系数小，否则因环境温度变化也会改变电阻值；④与铜线的焊接性能好，与其他金属的接触电势小；⑤ 机械强度高，具有优良的机械加工性能。 5.应变片分类：（书中只分为两种：丝式电阻应变片与箔式电阻应变片）以下为PPT中的。 按材料分：金属式：体型:丝式、箔式、薄膜型 ；半导体体式：体型、薄膜型、扩散型、外延型、PN结型；按结构分：单片、双片、特殊形状；按使用环境：高温、低温、高压、磁场、水下。 第四章 1.差动整流电路工作原理；（p74）

从电路结构可知，无论两个次级线圈的输出瞬时电压极性如何，流经电容C1的电流方向总是从2到4，流经电容C2的电流方向总是从6到8，故整流电路的输出电压为：.68.24.2.UUU当衔铁在零位时，因为；所以。0U2.68.24UU当衔铁在零位以上时，因

34 4

0.U,UU0UUU2.682426824。。。。。则时，则有；而当衔铁在零位一下，则.2U的正负表

示衔铁位移的方向。 2.低频透射式涡流厚度传感器工作原理；p82

在被测金属板的上方设有发射传感器线圈L1,在被测金属板下方设有接受传感器线圈

L2。当在L1上加低频电压.1U时，L1上产生交变磁通1，若两线圈间无金属板，则交变磁通直接耦合至2L中，L2产生感应电压.2U。如果将被测金属板放入两线圈之间，则L1线圈产生的磁场将导致在金属板中产生电涡流，并将贯穿金属板，此时磁场能量受损，使到达

L2的磁通将减弱为'1，从而使L2产生的感应电压.2U下降。金属板越厚，涡流损失就越大，电压.2U就越小，因此，可根据.2U电压的大小得知被测金属板的厚度。 第五章 1.变面积电容传感器灵敏度计算（平动、转动）p88 平动型：被测量通过动极板移动引起两极板有效覆盖面积A改变，从而得到电容量的变化，当动极板相对与定极板沿长度方向平移x时，则电容变化量为

dxbCCCr/00，电容相对变化量为

axCC0；灵敏度K=bXC

转动型：当0,0000dACr，当0，/)/1(00000CCdACr。

2.电容式传感器的种类 种类：变面积型电容式传感器；变极距型电容式传感器；变介质型电容式传感器（变介电常数型）。 第六章 1.压电材料分类，压电材料特性参数及含义； 分类:压电晶体，压电陶瓷。 特性参数及含义: 压电常数：衡量材料压电效应强弱的参数，直接关 系到压电输出灵敏度。弹性常数：弹性常数、刚度决定压电器件的固有频率和动态特性。介电常数：与元件固有电容有关，而电容影响传感器的频率下限。机械耦合系数：衡量机-电能量转换效率的重要参数。电阻：绝缘电阻将减少电荷泄露，从而改善传感器的低频特性。居里点温度：材料开始丧失压电特性的温度。 2.**压电效应产生的原理及分类（原理重点） 5

产生原理：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便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态，这种现象称为压电效应。分类：压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。 第七章 1.霍尔式微位移传感器工作原理；p122 工作原理：①.磁场强度相同的两块永久磁铁，同极性的相对放置，霍尔元件处在两块磁铁的中间，由于磁铁中间的磁感应强度B=0，因此霍尔元件输出的霍尔电势UH也等于零，此时位移0x，若霍尔元件在两磁铁中产生相对位移，霍尔元件感受到的磁感应强度也随之变化，这时UH不为零，其量值大小反映出霍尔元件与磁铁之间相对位置的变化量。这种结构的传感器其动态范围可大5mm，分辨率为0.001mm；②.结构简单的霍尔位移传感器是由一块永久磁铁组成磁路的传感器，在霍尔元件处于初始位置0x时，霍尔电势UH不等于零；③.有两个结构相同的磁路组成的霍尔式位移传感器，为了获得较好的线性分布，在磁极端面装有极靴，霍尔元件调整好初始位置时，可以使霍尔电势UH=0,这种传感器灵敏度很高，但它所能检测的位移量较小，适合于微位移量及振动的测量。 2.动圈式振动速度传感器工作原理 工作原理：工作时，传感器与被测物体刚性连接，当物体振动时,传感器外壳和永久磁铁随之振动，而架空的芯轴线圈和阻尼环因惯性而不随之振动，因而，磁路空气隙中的线圈切割磁力线而产生正比于振动速度的感应电动势，线圈的输出通过引线输出到测量电路，该传感器测量的是振动速度参数，若在测量电路中接入积分电路，则输出电势与位移成正比，若在测量电路中接入微分电路，则输出与加速度成正比。 第八章 1.光纤传输损耗因素 光纤传输损耗因素：主要来源于材料吸收损耗、散射损耗和光波导弯曲损耗。 例：在一根率减率为10dB/Km的光纤中，表示当光纤传输1Km后，光强下降到入射时的1/10。 2.光敏电阻的光谱特性概念及结论 光谱特性概念：光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光敏电阻的光谱特性，亦称为光谱响应。 结论：不同材料的光敏电阻的灵敏度是不同的，而且不同材料的光敏电阻光谱响应曲线也是不同的。 3.光电效应概念、分类及对应的光电器件 概念：入射光强改变物质导电率的物理现象称光电效应。 分类：外光电效应；内光电效应——光电导效应、光生伏特效应。 光电器件：外光电效应对应器件：光电管、光电倍增管等；内光电效应对应器件：光敏电阻、光电池、光敏二极管、光敏晶体管。 4.光线传感器的组成 组成：由光源、敏感元件、管探测器、信号处理系统及光纤组成。 5.光纤的基本特性及含义