激光型光纤电流传感器频率的零漂_钱景仁

3.采用阻值为120Ω灵敏度系数K =2.0的金属电阻应变片和阻值为120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为4V ，并假定负载电阻无穷大。

当应变片上的应变分别为1和1 000时，试求单臂、双臂和全桥工作时的输出电压，并比较三种情况下的灵敏度。

解：单臂时40U K U ε=，所以应变为1时660102410244--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ，应变为1000时应为330102410244--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ；双臂时20U K U ε=，所以应变为1时660104210242--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ，应变为1000时应为330104210242--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ；全桥时U K U ε=0，所以应变为1时60108-⨯=U /V ，应变为1000时应为30108-⨯=U /V 。

从上面的计算可知：单臂时灵敏度最低，双臂时为其两倍，全桥时最高，为单臂的四倍。

3.有一平面直线位移差动传感器特性其测量电路采用变压器交流电桥，结构组成如图所示。

电容传感器起始时b 1=b 2=b =200mm ，a 1=a 2=20mm 极距d =2mm ，极间介质为空气，测量电路u 1=3sinωt V ，且u=u 0。

试求当动极板上输入一位移量△x =5mm 时,电桥输出电压u 0。

b 1d a 1Δxb 2a 2C 1C 2C 1C 2u i u 0u u题3图解：根据测量电路可得 t t u a x u C C u u i i ϖϖsin 750sin 320500=⨯=∆=∆==/mV4.变间隙电容传感器的测量电路为运算放大器电路，如图所示。

C 0=200pF ，传感器的起始电容量C x0=20pF ,定动极板距离d 0=1.5mm ,运算放大器为理想放大器(即K →∞,Z i →∞),R f 极大,输入电压u 1=5sinωt V 。

求当电容传感动极板上输入一位移量△x =0.15mm 使d 0减小时,电路输出电压u 0为多少?+-u i u 0ＮＣx R fＣ0解：由测量电路可得ϖϖsin 45sin 515.05.15.120200000000=⨯-⨯=∆--=-=t u xd d C C u C C u i x i x/V 1．为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量?答：因为压电式传感器是将被子测量转换成压电晶体的电荷量，可等效成一定的电容，如被测量为静态时，很难将电荷转换成一定的电压信号输出，故只能用于动态测量。

厦门大学金兴良等研究了Nafion-结晶紫光纤湿度传感器，其测量范围为30％～80％RH，响应时间2min； 清华大学王立伟等研制了利用水凝胶涂层的长周期光栅相对湿度传感器，测量范围38.9％～100％RH，湿度精度为±2.3％RH。 浙江大学盛德仁等研制了一种基于布拉格光纤光栅的湿蒸汽两相流湿度场测量系统； 中国科学院西安光学精密机械研究所张向东、李育林等研制了采用聚酰亚胺感湿薄膜的光纤光栅型温湿度传感器，其温度测量范围为20～80℃、测湿量范围为17%～60%RH，实现温度测量精度为±0.2℃和湿度测量±5%RH的实时测量,且响应时间≤15 s。 国内外大部分研究机构均未对该类湿度传感器的温度交叉敏感特性进行补偿。
求解式（4）与式（5），即可获得相对湿度变化值ΔSH和温度变化值ΔT。 光纤布拉格光栅湿度传感器动态响应时间小于15 s （取决于PI湿敏涂覆层厚度）。主要受FBG解调系统精度和PI湿敏涂覆层厚度均匀性的限制，光纤光栅式湿度传感器的相对湿度和温度测量精度可分别做到±5%RH和±0.5℃。
4 结论
光纤湿度传感器相对于传统湿度传感器有许多优势，如制作工艺更简单、体积更小，能做成直径0.3mm以下的微型探头；抗腐蚀，耐温性能更好（直接测量可达200℃以上）；使用寿命长，稳定性好；不受电磁干扰和核辐射影响，耐恶劣环境。湿度测量范围较宽（典型值10％～90％RH）；响应速度快（典型值可小于15s），湿滞回差小（典型值≤±1.5％）；灵敏度高（最高0.03dB/％RH），温度系数小（典型值0.25dB/℃）。利用改性聚酰亚胺或多孔硅薄膜的光纤BRAGG光栅湿度传感器，测量范围宽，测量下限较低（可达5％RH），比较易于进行温度补偿，寿命长，且复用功能强，解调相对容易。可作为狭窄空间多点长期监测的湿度传感器。但光纤式湿度传感器的测量范围在低湿段尚未达到3％RH，高湿段未达到95％RH，有待于进一步研究。

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。

光路系统有透射式光路和反射式光路。

9．说明人工视觉系统中图像处理部分的作用。

传感器技术习题解答【完善版by在水一方】第一章传感器的一般特性1-6题1－1：答：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传感器的静态特性；其主要指标有线性度、灵敏度、精确度、最小检测量和分辨力、迟滞、重复性、零点漂移、温漂。

1－2：答：（1）动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性；（2）描述动态特性的指标：对一阶传感器：时间常数对二阶传感器：固有频率、阻尼比。

1－3：答：传感器的精度等级是允许的最大绝对误差相对于其测量范围的百分数，即A＝ΔA/Y FS＊100％1－4；答：（1）：传感器标定曲线与拟合直线的最大偏差与满量程输出值的百分比叫传感器的线性度；（2）拟合直线的常用求法有：端基法和最小二乘法。

1－5：答：由一阶传感器频率传递函数w(jw)=K/(1+jωτ),确定输出信号失真、测量结果在所要求精度的工作段，即由B/A=K/(1+(ωτ)2)1/2,从而确定ω，进而求出f=ω/(2π).1－6：答：若某传感器的位移特性曲线方程为y1=a0+a1x+a2x2+a3x3+…….让另一传感器感受相反方向的位移，其特性曲线方程为y2=a0－a1x＋a2x2－a3x3＋……，则Δy=y1－y2=2(a1x+a3x3+ a5x5……),这种方法称为差动测量法。

其特点输出信号中没有偶次项，从而使线性范围增大，减小了非线性误差，灵敏度也提高了一倍，也消除了零点误差。

1－7：解：Y FS=200-0=200由A=ΔA/Y FS＊100％有A＝4/200＊100％＝2％。

精度特级为2.5级。

1－8：解：根据精度定义表达式：A＝ΔA/Ay FS*100%,由题意可知：A＝1.5％，Y FS＝100所以ΔA＝A Y FS＝1.5因为 1.4＜1.5所以合格。

1－9：解：Δhmax＝103－98＝5Y FS＝250－0＝250故δH＝Δhmax/Y FS*100%＝2%故此在该点的迟滞是2％。