检测与变换复习资料.doc

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1、传感器原理复习题10级一填充题1，传感器就是将被测量按一定规律转换成与之有确定对应关系的（ 电量 ）输出的器件或装置。2，描述传感器线性特性的常用拟合直线有（ 端点连线 ）、（端点连线平行线 ）和（ 最小二乘法直线 ）等三种。3，一个高质量的传感器应有良好的（静态）特性和（ 动态 ）特性，才能无失真的完成信号的变换。4，从时域描述传感器的动态特性的指标主要有（ 上升 ）时间、（ 响应 ）时间和（ 过冲量 ）等。5，金属导体的电阻随着它所受机械形变的大小而发生变化的现象，称为金属的（ 电阻应变 ）效应。6，直流电桥常采用（ 电阻 ）预调平衡。7，测量电桥电路中半桥的输出灵敏度是单臂电桥的（ 2倍

2、 ），全桥的输出灵敏度又是单臂电桥的（ 4倍 ）。8，交流电桥常采用（ 电阻法 ）和（ 阻容法 ）预调平衡。9，电阻应变片式传感器的测量电路中，全桥与单臂电桥相比，全桥测量电路的优点是（ 非线性 ）误差小、（ 具有温度 ）补偿作用和（ 灵敏度高 ）高。10，为获得线性输出特性，单端平板变极距电容传感器最好采用（ 恒流源 ）激励，而变面积电容传感器最好采用（恒压源）激励。11，变极距差动电容传感器采用恒流源激励可以大大改善（ 非线性 ）特性，灵敏度是单端变极距电容传感器的（ 2 ）倍。12，简单变气隙电感传感器为获得线性输出特性应采用（恒压源）激励方式。13，热电偶测温与热电偶的（ 冷端 ）温度

3、有密切的关系。所以在测温时要进行（ 冷端温度 ）补偿。14，压电陶瓷与压电石英相比较，压电陶瓷的主要优点是（ 压电系数 ），主要缺点是（ 稳定性差 ）。15，用离子敏感传感器测量离子活度时，常采用（ 氯化银 ）和（ 甘汞电极 ）两种参考电极，最常用是（ 甘汞电极 ）参考电极。16，光敏电阻的暗电阻越（ 大 ）越好，亮电阻越（ 小 ）越好。二选择题1，半导体压阻效应是受外力作用时，主要是由半导体的（ C ）变化引起的。A，形状变化B，温度变化C，电阻率的变化D，体积变化2，金属和它的合金的压阻效应，在受外力作用时，主要是由材料的（ A ）变化引起的。A，形状变化B，温度变化C，电阻率的变化D，体

4、积变化3，磁电式速度传感器的质量块m视为静止参考点的条件是（ C ）。 A，ww0 B，ww0 C，w3w0 D，w3w0 ( 注：w为被测振动频率，w0为传感器的固有振动频率 )4，压电加速度传感器的灵敏度为常数的条件是（ B ）。 A，ww0 B，w03w C，ww0 D，w3w0( 注：w为被测振动频率，w0为传感器的固有振动频率 )5，压电式传感器采用电荷放大器的目的主要是克服输入电缆（ B ）的影响和克服电压放大器（ E ）响应差的缺点。A，分布电容 B，分布电感 C，电阻 D，高频 E，低频6，机械振动的三要素是振幅、振动速度和振动加速度，测振幅的优选传感器是（ D ）、测振动速度

5、的优选传感器是（ E ）、测振动加速度的优选传感器是（ A ）。A，压电式加速度传感器 B，霍尔加速度传感器 C，压电式速度传感器D，电涡流传感器 E，磁电式速度传感器7，压电式加速度传感器的内阻（ B ）。A，很小 B，很大 C，适中8，温敏二极管是利用PN结的（ A ）随温度有良好线性变化特性。A，正向电压 B，反向电压 C，反向电流 D，正向电流9，移动光栅式光纤传感器是属于（ A ）调制光纤传感器。A，光强度 B，光相位 C，光频率10，双金属光纤传感器是属于（ A ）调制光纤传感器。A，光强度 B，光相位 C，光频率三问答题1，传感器的静态特性和动态特性的主要指标有哪些？（P716）

6、2，传感器主要由哪几个部分组成？每个部分的主要作用是什么？（P2）答：1）画出传感器的组成框图。2）每个部分的主要作用：敏感元件 直接感受被测量（非电量）能产生有确定关系的输出量（一般为非电量）传感元件 把敏感元件的输出量转换为电量输出。变换电路 把传感元件的输出电量变换为便于处理、传输、记录、显示和控制的有用电信号电路。3，传感器的定义是什么？（P1）4，电阻应变片有哪些特性参数？(P37)5，恒流源激励适用于哪几种电容传感器？为什么？(P7583)6，恒压源激励适用于哪几种电容传感器？为什么？(P7583)7，为什么说差动电容传感器采用差动变压器电桥电路是属于恒流源激励？(P79)答：要点

7、1）题示电路可以用等效电路（a）表示。2）当负载电阻时，即负载开路，实际应用中常可满足。电路可进一步简化成（b）。3）组成差动电容传感器的两电容器可以视为极距为的一个电容器，等效电容：差动电容传感器在测量过程中，一个电容的极距增加，另一个的极距减小同样的距离，所以在测试过程中电容不变。若是恒压正弦电压，则次级输出电压也是恒压正弦电压，由图（b）在一个固定电容C两端加一个恒压2，流过的电流是恒定的，所以是恒流源激励。8，为什么说使用磁电式速度传感器测量速度时被测振动频率w要大于传感器的固有振动频率w0三倍以上？(分析)(P127129)9，石英和压电陶瓷的压电效应的物理解释是什么？（P13814

8、0）答：要点石英晶体：可用下图解释：石英晶体的压电效应与内部分子结构有关： 1）当晶体不受力时F=0，正负离子分布在六边形顶角，电偶极矩，晶体呈中性； 2）当晶体受沿X轴方向的应力时，X方向压缩形变，电偶极矩在X轴的正方向出现正电荷； 3）当晶体受沿Y轴方向的应力时，Y方向压缩形变，电偶极矩 在X轴的正方向出现负电荷； 这样就出现了压电效应。电陶瓷：1） 压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料，材料的内部晶粒有许多自发极化的电畴，他有一定的极化方向。 2）无电场作用时，电畴在晶体中分布杂乱分布，极化相互抵消，呈中性。3）施加外电场时，电畴的极化方向发生转动，趋向外电场方向排列。外电场强度达到饱和程

9、度时，所有的电畴与外电场一致。 4）外电场去掉后，电畴极化方向基本不变，剩余极化强度很大。所以，压电陶瓷极化才具有压电特性，未极化时是非压电体。5）晶体极化后，沿极化方向（垂直极化平面）作用力时，引起剩余极化强度变化，在极化面上产生电荷，电荷量的大小与外力成正比关系： 电荷密度： 式中 F作用力 d33压电陶瓷的纵向压电常数 Q电荷量10,压电传感器对前置电压放大器有什么要求？为什么？（P142）11,书P144页图7.13 zk-1阻抗换器原理图电路中采取了哪些办法提高输入阻抗。答：要点1）采用场效应管放大器2）采用共漏极组态电路。3）利用放大加深负反馈4）利用场效应管栅极无电流，选用阻值尽

10、可能大的电阻。5）用组成自举电路，使两端电位相等，无电流，可视为开路，消除偏置电路对输入电阻的影响。12,热电偶冷端温度对热电偶的热电势有什么影响?为消除冷端温度的影响可采用哪些措施?(P185)答：要点1）影响：从热电效应的原理可知，热电偶产生的热电动势与两端温度有关。只有将冷端的温度恒定，热电动势才是热端温度的单值函数。由于热电偶分度表是以冷端温度为0时作出的，因此在使用时要正确反映热端温度(被测温度)，最好设法使冷端温度恒为0。但在实际应用中，热电偶的冷端通常靠近被测对象，且受到周围环境温度的影响，其温度不是恒定不变的。为此，必须采取一些相应的措施进行补偿或修正。2）常用的消除方法： （

11、1）、0冷端恒温法（2）、冷端恒温法（3）、冷端补偿器法（4）、冷端补偿线法（5）采用不需要冷端补偿的热电偶。13,为什么说光纤传感器的发展前途极大?(P274290)14，设计温敏二极管测温电路时，通过温敏二极管的电流模式有哪三种？为什么要严格按固定电流模式工作？为什么温敏二极管常采用图所示的电桥电路作测温电路？(P196)答：要点1）温敏二极管的工作电流模式有三种。a，恒定电流b，正比于绝对温度的电流c，正比于绝对温度次幂的电流：2）因不同的工作电流模式温敏二极管的与T的关系线性不同，b的线性比a好，c比b，但c的电路复杂，很少使用。3）图示电路为电桥检测电路，它有如下优点a，可实现参考温

12、度零输出。b，当DVM的内阻为很大，可视为开路，温敏二极管工作在正比于绝对温度的电流工作模式，获得与T的良好的线性关系。c，电路简单，调整容易。所以获得了广泛的应用。四分析计算题 1，图示电路是采用理想运放恒流源激励电容传感器原理电路图，图中为变极距电容传感器的电容，其大小为。（1）此电路为什么是恒流源激励吗？（2）推导出输出电压与d的关系式；（3）从结果说明这种变换电路的最大优点是什么？ 解：（1）按理想运放的基本法则，运放A的反相端为虚地点，流过的电流为，只与和有关。理想运放的输入电流，所以流过传感器的电流，不因变化而变化，对为恒流源激励。 （2）运放为理想运放，输入电阻为无穷大，输入电流

13、为0，反相输入端为虚地点，下列方程成立：上式表明，流过电容器的电流等于,是恒压源和固定电容组成的恒流源，由电路可知，输出为：（3）从此式可知，输出与极距d成正比，说明用恒流源激励变极距电容传感器可获得线性输出的优点。2，压阻式传感器通常是在一块硅片上扩散四个电阻接成全桥，并用恒流源供电，如图所示。（1）请写出电桥输出的表达式；（2）并说明恒流源供电的检测电桥的主要优点是什么？（图中 DR表示应变产生的电阻变化值，示温度变化产生的电阻变化值。）解：（1）假设电桥的两个支路的电阻相等，则所以流过上下两支路电流相等，即,电桥输出为：可得 （2）可见，电桥的输出与电阻变化成正比，即与被测量成正比，也与

14、电源电流成正比，输出电压与恒流源电流的大小和精度有关，但与温度无关。所以恒流源供电的检测电桥的主要优点是具有线性的输出特性和良好的温度补偿。3，下图是用差动变压器电桥电路检测差动电容传感器的原理图。请分析 （1），此电路的电容传感器是恒流源激励。（2）推导出输出电压与d的关系式；解：(1)题示电路可以用等效电路（a）表示。当负载电阻时，即负载开路，实际应用中常可满足。电路可进一步简化成（b），组成差动电容传感器的两电容器可以视为极距为的一个电容器，等效电容：差动电容传感器在测量过程中，一个电容的极距增加，另一个的极距减小同样的距离，所以在测试过程中电容不变。若是恒压正弦电压，则次级输出电压也是恒压正弦电压，由图（b）在一个固定电容C两端加一个恒压2，流过的电流是恒定的，所以是恒流源激励。（2）由等效电路（a）由克希荷夫定理，列出方程组：解方程组得到： 当时： 当动片移动时：，代入得由此可知，当负载阻抗为无穷大时，可获得理想线性的输出特性。