PA1拉杆式直线位移传感器

传感器实验指南 1

前 言

CSY系列传感器与检测技术实验台主要用于各大、中专院校及职业院校开设的“传感器原理与技术”“自动化检测技术”“非电量电测技术”“工业自动化仪表与控制”“机械量电测”等课程的实验教学。

CSY系列传感器与检测技术实验台上采用的大部分传感器虽然是教学传感器（透明结构便于教学），

但其结构与线路是工业应用的基础，希望通过实验帮助广大学生加强对书本知识的理解，并在实验的进行过程中，通过信号的拾取，转换，分析，掌握作为一个科技工作者应具有的基本的操作技能与动手能力。

CSY2000与3000系列传感器与检测技术实验台是本公司多年生产传感技术教学实验装置的基础上，为适应不同类别、不同层次的专业需要，最新推出的模块化的新产品。

其优点在于：

能适应不同专业的需要，不同专业可以有不同的菜单，本公司还可以为用户的特殊要求制作模板。

能适应不断发展的形势，作为信息拾取的工具，传感器发展很快，可以不断补充新型的传感器模板。

指导教师和学生自己可以开发与组织新实验，本公司可以提供空白的模板。

可以利用主控台的共用源用于学生课程设计、毕业设计和自制装置。

本实验指南，由于编写时间仓促，水平所限，难免有疏漏廖误之处，热切期望实验指导老师与学生们，能提出宝贵意见，谢谢。 2 传感器实验指南

CSY－2000系列传感器与检测技术实验台

说 明 书

一、实验台的组成

CSY－2000系列传感器与检测技术实验台由主机箱、温度源、转动源、振动源、传感器、相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验台桌等组成。

1、主机箱：提供高稳定的±15V、±5V、＋5V、±2V－±10V（步进可调）、＋2V－＋24V（连续可调）直流稳压电源；音频信号源（音频振荡器）1KHz～10KHz（连续可调）；低频信号源（低频振荡器）1Hz～30Hz（连续可调）；气压源0－20KPa（可调）；温度（转速）智能调节仪；计算机通信口；主机箱面板上装有电压、频率转速、气压、计时器数显表；漏电保护开关等。其中，直流稳压电源、音频振荡器、低频振荡器都具有过载切断保护功能，在排除接线错误后重新开机恢复正常工作。

1.简述压电式加速度传感器和压电式力传感器在基本结构上的不同点。

答：压电式加速度传感器有一惯性质量块，并通过弹簧压在压电元件上，感受了被测振动的质量块产生的惯性力，使得压电元件受力变形。

压电式力传感器，被测力通过传力元件实现测量，不需要惯性质量块。

2.涡流式位移传感器的涡流大小与哪些参数有关？

答：（1）线圈激励电源的频率与幅值。

（2）线圈的几何参数，如匝数、半径等。

（3）金属导体的电阻率、磁导率、厚度等。

（4）线圈与金属导体的距离。

3.图示为电感式压力传感器原理图，图中p为被测压力试说明其工作原理。

答：（1）压力p作用时，膜片变形产生位移，且位移与压力成正比。

（2）膜片与铁芯的距离变化，导致线圈的电感发生变化，电感变化量与输入压力成正比。

4.简述金属热电阻的测温机理。

答：金属导体通过自由电子导电，而导电的实质是电子的定向运动过程。当温度升高时，金属导体中的自由电子获得了更多的能量，因此使自由电子进行定向运动所需要的电能将增大，导电率减弱，电阻率增大。反之当温度降低时，导电率增强，电阻率减小。

5.人工视觉系统图像输出装置大致分为哪两类？

（1）一类是软拷贝。

（2）另一类是硬拷贝。

6.试回答与干扰有关的下列问题

(1)什么是噪声？

(2)形成干扰的条件是什么？

答：（1）噪声定义为：在一有用频带内任何不希望的干扰或任何不希望的信号。

（2）形成干扰的三个条件为：干扰源、干扰的耦合通道、干扰的接收通道。

7．用框图表示传感器的组成原理，并简要说明各部分的作用。

答：框图如下所示：

敏感元件感受被测物理量，且以确定关系输出另一个物理量；转换元件是将敏感元件输出的非电量转换为电路参数及电流或电压信号；基本转换电路将电信号转换为便于传输、处理的电量。

8．在光栅式位移传感器中，光路系统选择的依据是什么?有哪几种光路系统?

答：光路系统应根据传感器中所采用的光栅的形式来选择。

1 / 20 传感器与检测技术（胡向东，第2版）习题解答

王涛

第1章 概述

1.1 什么是传感器？

答：传感器是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和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

1.2 传感器的共性是什么？

答：传感器的共性就是利用物理定律或物质的物理、化学或生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、频率、电荷、电容、电阻等）输出。

1.3 传感器一般由哪几部分组成？

答：传感器的基本组成分为敏感元件和转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。

另外还需要信号调理与转换电路，辅助电源。

1.4 传感器是如何分类的？

答：传感器可按输入量、输出量、工作原理、基本效应、能量变换关系以和所蕴含的技术特征等分类，其中按输入量和工作原理的分类方式应用较为普遍。

① 按传感器的输入量（即被测参数）进行分类

按输入量分类的传感器以被测物理量命名，如位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。

② 按传感器的工作原理进行分类

根据传感器的工作原理（物理定律、物理效应、半导体理论、化学原理等），可以分为电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。

③按传感器的基本效应进行分类

根据传感器敏感元件所蕴含的基本效应，可以将传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。

1.6 改善传感器性能的技术途径有哪些？

答：① 差动技术；② 平均技术；③ 补偿与修正技术；④ 屏蔽、隔离与干扰抑制；⑤ 稳定性处理。

第2章 传感器的基本特性

2.1 什么是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？

答：传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入、输出关系。静态特性所描述的传感器的输入-输出关系中不含时间变量。

衡量传感器静态特性的主要指标是线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性和漂移。

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模块一 传感器的基本知识

课题1 传感器的认识

一、 填空题

1. 传感器技术

2. 非电量信息

3. 敏感元件；传感器元件；测量电路

4. 物理效应

5. 传感器

二、 判断题

1. √

2. √

3. ×

4. ×

5. √

三、 名词解释

1. 敏感元件是传感器中将被测量转换成与其有确定关系的、更易于转换的非电

量的元件。如很多称重传感器，先将重力转化成位移，位移更易于转换和检

测。

2. 传感元件是将传感器中的敏感元件转换的非电量进一步转换成电量，便于信

号采集的元件。如很多称重传感器，敏感元件先将重力转换成位移，传感元

件再将位移转换成电阻变化，经检测电路成为便于测量的电压信号或电流信

号。

四、 简答题

1. 在信号检测和自动化控制系统中，传感器用于接收各种外部环境信息，其作

用类似于人的感官，例如光敏传感器的作用类似视觉器官，气敏传感器的作

用类似嗅觉器官。

2. 传感器种类多种多样，比较常用的分类方法有三种：○1按传感器测量的物理

量分类，可分为温度传感器、压力传感器、流量传感器、位移传感器等。○2

按传感器工作原理分类，可分为电阻传感器、电容传感器、电感传感器、光2

电传感器等。○3按传感器输出信号的性质分类，可分为开关型传感器、模拟

型传感器、数字型传感器。

3. 传感器测量转换电路将传感元件输出的幅度很小且混杂有干扰信号的信号

转换成为具有最佳特性的、线性化的电信号，并放大成易于测量、处理的电

信号，如电压、电流、频率等。

五、 综合应用题

1. 答案要点：一辆中级轿车中装有上千种传感器，以保证汽车的动力性、安全

性、舒适性等。当速度传感器感受到汽车速度为零时，输出信号使得汽车刹

车启动，实现自动启停功能；汽车碰撞时，冲击传感器感受到冲击，输出信

号将气囊打开，保护驾驶员的安全性。温度传感器能够使汽车内部环境舒适

宜人，保证驾驶员及乘坐人员的舒适性。

2. 答案要点：机器人能看到障碍物，它可能用了图像传感器，类似于相机中的