传感器整理汇总

1 传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标描述？它们一般可用哪些公式表示 静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。人们根据传感器的静特性来选择合适的传

感器。

2 传感器的线性度是如何确定的？确定拟合直线有哪些方法？传感器的线性度表征了什么含义？为什么不能笼统的说传感器的线性度是多少。 1）实际传感器有非线性存在，线性度是将近似后的拟合直线与实际曲线进行比较，其中存在偏差，这个最大偏差称为传感器的非线性误差，即线性度，2）选取拟合的方法很多，主要有：理论线性度(理论拟合）；端基线性度(端点连线拟合)；独立线性度(端点平移拟合)；最小二乘法线性度。3）线性度L

是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数。4）传感器的非线性误差是以一条理想直线作基准，即使

是同一传感器基准不同时得出的线性度也不同，所以不能笼统地提出线性度, 当提出线性度的非线性误差时，必须说明所依据的基准直线。

3 传感器的动态特性主要技术指标有哪些？它们的意义是什么？ 1）传感器动态特性主要有：时间常数τ；固有频率Wn；阻尼系数响应曲线上升越快；当Wn为常数时响应特性取决于阻尼比，阻尼系数

越大，过冲现象减弱，

>=1

。2）含义：τ越小系统需要达到稳定的时间越少；固有频率n越高

时无过冲，不存在振荡，阻尼比直接影响过冲量和振荡次数。

4. 传递函数、频率响应函数和脉冲响应函数的定义是什么？它们之间有何联系与区别？ 5 某力传感器属二阶传感器，固有频率为l000Hz，阻尼比为0.7，试求用它测量频率为600Hz的正弦交变力时的振幅相对误差和相位误差。

所求幅值误差为0.947,相位滞后52°70′

G?j???2?n2s2?2??ns??ns?j??1????1????2j??n??n?

2则，频率为600Hz时的幅值为

|G(j?)|?1??[1?()2]2?[2?]2?n?n?1600226002[1?()]?[2?0.7?]10001000?0.947

相对误差为

（1-0.947）×100%=5.3%

?600)2?0.7??1000??5270'n???tg?1??tg?1?260021?()1?()?1000

2?(6 有一温度传感器，当被测介质温度为t1，测温传感器显示温度为t2时，可用下列方程表示：τ0 Y(t)/dt+ Y(t)=x(t) 当被测介质温度从25℃突然变化到300℃时，测温传感器的时间 常数τ0 =120s，试求经过350s后该传感器的动态误差。

动态误差由稳态误差和暂态误差组成。先求稳态误差：

对方程两边去拉氏变换得：

则传递函数为

对于一阶系统，阶跃输入下的稳态误差 当t=350s时，暂态误差为

故所求动态误差为：

，再求暂态误差：

7 已知某二阶传感器系统的固有频率为20kHz，阻尼比为0.1，若要求传感器的输出幅值误差不大于3%，试确定该传感器的工作频率范围。

2?nG?j???22s?2??ns??ns?j??1????1????2j??n??n?12解：

|G(j?)|?[1?(?

1?22?)]?[2?]2?n?n1?[1?()2]2?[2?0.1?]21000010000??[1?()2]2?[2?0.1?]21000010000??

|G(jw)|?1.03，10000 令

2(?)2??′ 则

?1.93，?2′?0.03 代入上式，得 ?0.0574?0 解得?1′ ?′?1.96?′ ?1?1389Hz，?2?173Hz 令

|G(jw)|?0.97，则

2?1.99（舍负）?′?1.96?′?0.0628?0 解得?3′ 代入上式，得

?3?1411Hz

由图2-18二阶传感器系统的幅频特性曲线知，该传感器的工作频率范围为：

1389Hz＜?＜1411Hz 或 ?＜173Hz

8 设有两只力传感器均可作为二阶系统处理，固有频率分别为800Hz和2.2 kHz,阻尼比均为0.4，欲测量频率为400Hz正弦变化的外力，应选用哪一只？并计算所产生的振幅相对误差和相位误差。

解：ξ=0.4＜1，由二阶传感器的频率特性，固有频率比被测信号频率越大越好，故应选固有频率为2.2kHz的那只。

2?nG?j???22s?2??ns??ns?j??1????1????2j??n??n?1400224002[1?()]?[2?0.4?]220022002

|G(jw)|?

1??[1?()2]2?[2?]2?n?n??0.940

相对误差为（1-0.940）×100%=6.0%

?400)2?0.4??n2200??833'???tg?1??tg?1?240021?()1?()?2200

2?(故相位滞后8°33′。

9 何为电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？ 导体在受到拉力或压力的外界力作用时，会产生机械变形，同时机械变形会引起导体阻值的变化，这种导体材料因变形而使其电阻值发生变化的现象称为电阻应变效应。当外力作用时，导体的电阻率?、长度l、截面积S都会发生变化，从而引起电阻值R的变化，通过测量电阻值的变化，检测出外界作用力的大小。

10 什么是应变片的灵敏系数？它与电阻丝的灵敏系数有何不同？为什么？ 答：金属丝灵敏系数

k0主要由材料的几何尺寸决定的。受力后材料的几何尺寸变化为

(1?2?)，电阻率的变化为???/??/?。而实际应

变片的灵敏系数应包括基片、粘合剂以及敏感栅的横向效应。虽然长度相同，但应变状态不同，金属丝做成成品的应变片（粘贴到试件上）以后，灵敏系数降低了。

11为什么增加两端电阻条的横截面积便能减小横向效应？ 答敏感栅越窄，基长越长的应变片，横向效应越小，因为结构上两端电阻条的横截面积大的应变片横向效应较小。

12 用应变片测量时，为什么必须采取温度补偿措施？

温度变化时，电阻应变片的电阻也会变化，而且，由温度所引起的电阻变化与试件 应变所造成的电阻变化几乎具有相同数量级，如果不采取温度补偿措施，就会错误地把温度引起的电阻变化当作应变引起的电阻变化，即产生“虚假视应变”

13金属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同？ 金属导体应变片的电阻变化是利用机械形变产生的应变效应，对于半导体而言，应变传感器主要是利用半导体材料的压阻效应。

14半导体应变片灵敏系数范围是多少，金属应变片灵敏系数范围是多少？为什么有这种差别？半导体应变片的最大缺点是什么？

金属电阻丝的灵敏系数可近似写为

k0?1?2?，即k0?1.5～2；半导体灵敏系数近似为 k0????/??/???E≈50～100。

15一应变片的电阻R=120Ω,灵敏系数 k=2.05,用作应变为 800μm/m的传感元件。 求：①△R和△R /R；② 若电源电压U=3V，初始平衡时电桥的输出电压U0。

解：

k?2.05;??800?m/m

??R/R?k???0.0164;应变引起的电阻变化?R?0.2?

当电源电压U?3V时，电桥输出电压 U0?3?R??1.23mV4R

16什么是金属应变效应？什么是压阻效应？什么是横向效应？金属应变片产品灵敏系数称“标称灵敏系数”与金属丝灵敏系数有何不同？

吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象,俗称为电阻应变效应

所谓压阻效应，是指当半导体受到应力作用时，由于应力引起能带的变化，能谷的能量移动，使其电阻率发生变化的现象。

应变片的核心部分是敏感栅。将电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度不变，但其直线段和圆弧段的应变状态不同，其灵敏系数K较整长电阻丝的灵敏系数K0小，该现象称为横向效应。

应变片一般做成丝栅状测量应变时将应变片贴在试件表面上试件的变形很容易传到应变片上。金属应变片的灵敏系数与金属丝灵敏系数是不同的。

第一零件的变形是通过剪力传到金属丝上的。

第二丝沿长度方向承受应变时应变片弯角部分也承受应变其截面积变大则应变片直线部分电阻增加时弯角部分的电阻值减少也使变化的灵敏度下降。因此应变片的灵敏系数比金属丝灵敏系数低。

17应变仪主要电路由哪几个部分组成，请画出电路原理框图及各单元电路输出波形。说明相敏检波器在传感器检测电路中的作用。 18有一吊车的拉力传感器如图所示：其中电阻应变片 R1、R2、R3、R4 贴在等截面轴上。已知 R1、R2、R3、R4标称阻值均为120Ω，桥路电压为2V，物重M引起R1、R2变化增量为1.2Ω。请完成以下内容： 画出应变片组成的电桥电路, 标出各应变片； 计算电桥输出电压和电桥的输出灵敏度； 说明R3、R4起到什么作用？ 应变片组成半桥电路

19下图所示悬臂梁，距梁端部为L位置上下各粘贴完全相同的电阻应变片 R1、R2、R3、R4。 已知电源电压U=4V，R是固定电阻；并且R1=R2=R3=R4=R=250Ω ，当有一个F力作用时，应变片电阻变化量为ΔR=2.5Ω。分别求出(b)、(c)、(d)、(e)四种桥臂接法的桥路输出电压U0。

20 已知一平板式电容位移传感器：极板间介质为空气， 极板尺寸a=b=4mm，极板间隙δ0= 0.5mm。求: 传感器静态灵敏度。若极板沿 a 方向移动=2mm 时电容量是多少？

21电容式料位计如何通过电容量进行料位检测？ 电容器由两个相互绝缘的同轴圆柱极板内电极和外电极组成，在两筒之间充以介电常数为ε的电介质，液位变化时就会引起电容的变化。即可知道液位的高低（书P81 介质变化型）

22 电容式压力传感器结构有哪些特征，怎样设计可测量压差。

它一般采用圆形金属薄膜或镀金属薄膜作为电容器的一个电极，当薄膜感受压力而变形时，薄膜与固定电极之间形成的电容量发生变化，通过测量电路即可输出与电压成一定关系的电信号。电容式压力传感器属于极距变化型电容式传感器，可分为单电容式压力传感器和差动电容式压力传感器

23 力平衡加速度传感器用于哪些系统的测量，属于几阶系统？ 用于桥梁、建筑、舰船等交通工具以及防地震等的长周期振动测量

还可用于水准角和倾斜角的精确测量。

24新型电容式指纹传感器与其它指纹传感器相比有什么特点？ 指纹识别是当前进行身份认证的一种比较可靠的方法具有体积小、成本低、功耗少和成像清晰等优点,因而具有广泛的应用。

25 传感器在机器系统中可以起到感官作用，请说明可以相当于人的哪些感觉器官。

传感器应用传感器的目的，是要将各种被检测量转换成便于测量和处理的量。在检测和自动控制系统中，传感器的使用非常普遍，其作用相当于人的各种感觉器官的延伸。根据传感器感知外界信息的原理不同，可将传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器等。其中物理传感器中的压力传感器和超声波传感器是应用最广泛的

26什么是金属应变效应？金属应变片工作是利用什么效应；半导体应变片是利用什么效应。金属应变片的灵敏系数k0主要什么变化由引起的，半导体应变片的灵敏系数k0主要由什么变化引起的？

金属导体的电阻值随着它受力所产生机械变形(拉伸或压缩)的大小而发生变化的现象称之为金属的电阻应变效应。

金属电阻的应变效应主要是由于其几何形状的变化而产生的，半导体材料的应变效应则主要取决于材料的电阻率随应变所引起的变化产生的。

金属应变片的灵敏系数k0主要横向效应变化由引起的 半导体应变片的灵敏系数k0主要由压阻效应变化引起的

27电阻式传感器主要有哪两种应用方式？ 变阻器式和电阻应变式 28根据电容的定义，电容传感器可以有哪三种形式？分别可以进行那些物理量的测量？ （p79-p81）

29 什么是正压电效应和逆压电效应？纵向压电效应和横向压电效应的区别是什么？试结合压电晶体加以说明。

某些电介质在沿一定的方向受到外力的作用变形时，由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状态；而当作用力方向改变时，电荷的极性随着改变。晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象称为正压电效应。如对晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随之消失，称为逆压电效应

30 压电传感器能否用于静态测量？为什么？说明压电式传感器可测动 态信号频率范围与哪些因素有关。

由压电传感器的等效电路可见，要保证输出信号与输入作用力间的线性关系，只有在负载电阻较大，工作频率较高时，传感器电荷才能得以保存补充，需要测量电路具有无限大的输入阻抗。但实际上这是不可能的，故压电传感器只能作动态测量，不宜作静态信号测量，只能在其上加交变力，电荷才能不断得到补充，并给测量电路一定的电流。

31电荷放大器和电压放大器各有何特点？它们分别适用于什么场合？ 电压放大器特点:

电缆电容C变化对整个测量系统影响大,导致传感器输出电压u的变化，使仪器的灵敏度也发生变化。 电荷放大器特点：要把电荷量变成与之相应的输出电压，要求输入阻抗极高，输出对输入具有良好的积分关系

32 压电元件在使用时常采用多片串联或并联的结构形式。试述在不同 接法下输出电压、电荷、电容的关系，它们适用于何种应用场合？ 在压电式传感器中，为了提高灵敏度，往往采用多片压电芯片构成一个压电组件。其中最常用的是两片结构；根据两片压电芯片的连接关系，可分为串联和并联连接，常用的是并联连接，可以增大输出电荷，提高灵敏度。

2）如果按相同极性粘贴，相当两个压电片（电容）串联。输出总电容为单片电容的一半，输出电荷与单片电荷相等，输出电压是单片的两倍；若按不同极性粘贴，相当两个压电片（电容）并联，输出电容为单电容的两倍，极板上电荷量是单片的两倍，但输出电压与单片相等。

33何谓电感式传感器？电感式传感器分为哪几类？各有何特点？

34提高电感式传感器线性度有哪些有效的方法。 电感传感器采用差动形式，转换电路采用相敏检波电路可有效改善线性度。

35 说明单线圈和差动变间隙式电感传感器的结构、工作原理和基本特性。

单线圈变隙式电感传感器主要由线圈、衔铁和铁芯组成。差动变隙式电感传感器主要由两个相同的电感线圈、铁芯、衔铁和导杆组成。 两种传感器的工作原理的共同点是：它们的衔铁都随被测体同步移动，引起磁路中气隙中的磁阻发生相应的变化，从而导致线圈电感的变化，只要能测出线圈电感变化的大小和极性，就能确定被测体位移的大小和方向。两种传感器工作原理的 第4页 共6页 不同点是：差动式两线圈的电感产生大小相等、极性相反的变化，配用差动电桥测量电路。单线圈变隙式只有一个线圈，测量电路配用单臂电桥。 差动式与单线圈式相比，前者的灵敏度高，线性度好。

36说明产生零位残余电压的原因及减小此电压的有效措施。 答：差动变压器式传感器的铁芯处于中间位置时，在零点附近总有一个最小的输出电压 0U

零的电

压称为零点残余电压。产生零点残余电压 的主要原因是由于两个次级线圈绕组电气系数（互感 M 、电感L、内阻R）不完全相同，几何尺寸也不完全相同，工艺上很难保证完全一致。 为减小零点残余电压的影响，除工业上采取措施外，一般要用电路进行补偿：①串联电阻；②并联电阻、电容，消除基波分量的相位差异，减小谐波分量；③加反馈支路，初、次级间加入反馈，减小谐波分量；④相敏检波电路对零点残余误差有很好的抑制作用。

37 差动变压器式传感器的测量电路有几种类型？试述它们的组成和基本原理。为什么这类电路可以消除零点残余电压？ 反串电路和桥路两种。零点残余电压可用以下几种方法消除： 1。 提高框架和线圈的对称性，特别是两组次级线圈的对称。

2。 采用适当的测量线路，一般可采用在放大电路前加相敏整流器的方法，使其特性曲线发生变化，这样不仅使输出电压能反映铁芯移动的方向，而且使零点残余电压可以小到忽略不计的程度。

3。 采用适当的补偿电路，使零点残余电压为最小接近于零值。下面有三个补偿电路的例子。 当使用时，在没有输入信号（铁芯在中间）情况下，调整电位器Rw或电容C，使次级绕组输出为零。

38什么叫电涡流效应？电涡流式传感器的基本工作原理是什么?

块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作用切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭和的电流，这种电流叫电涡流，这种现象叫做电涡流效应

形成涡流必须具备两个条件：第一存在交变磁场；第二导电体处于交变磁场中。电涡流式传感器通电后线圈周围产生交变磁场，金属导体置于线圈附近。当金属导体靠近交变磁场中时，导体内部就会产生涡流，这个涡流同样产生交变磁场。由于磁场的反作用使线圈的等效电感和等效阻抗发生变化，使流过线圈的电流大小、相位都发生变化。通过检测与阻抗有关的参数进行非电量检测。

39 电涡流式传感器的基本特性有哪些？

形成涡流必须具备两个条件：第一存在交变磁场；第二导电体处于交变磁场中。电涡流式传感器通电后线圈周围产生交变磁场，金属导体置于线圈附近。当金属导体靠近交变磁场中时，导体内部就会产生涡流，这个涡流同样产生交变磁场。由于磁场的反作用使线圈的等效电感和等效阻抗发生变化，使流过线圈的电流大小、相位都发生变化。通过检测与阻抗有关的参数进行非电量检测。

40 电涡流式传感器可以进行哪些物理量的检测？能否可测量非金属物体，为什么？

电涡流传感器是一种建立在电涡流效应原理上的传感器，这种传感器可以实现非接触测量物体表面为金属导体的的多种物理量。如果在非金属表面镀有金属层或贴有金属薄膜是可以测量的。

41 试用电涡流式传感器设计一在线检测的钢球计数装置，请画出检测原理框图和电路原理框图。 42已知螺线管型差动电感式传感器，结构如图a所示。

传感器线圈 电阻 R1= R2= 40 Ω，电感 L1= L2 = 30mH，用两只匹配电阻设计等臂阻抗电桥，如图b。求：匹配电阻R3和R4值为多大才能使电压灵敏度达到最大值？

当ΔZ = 10 Ω，电源电压为U = 4V ，f = 400Hz时，求电桥输出电压值 Usc 是多少？

44 试述磁电感应式振动传感器的工作原理和结构形式。 磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器。

磁电式传感器有时也称作电动式或感应式传感器， 它只适合进行动态测量。由于它有较大的输出功率，故配用电路较简单；零位及性能稳定；工作频带一般为10～1000Hz。

磁电式传感器具有双向转换特性，利用其逆转换效应可构成力(矩)发生器和电磁激振器等。根据这一原理，可以设计成变磁通式和恒磁通式两种结构型式，构成测量线速度或角速度的磁电式传感器。下图所示为分别用于旋转角速度及振动速度测量的变磁通式结构。 变磁通式结构中，永久磁铁与线圈均固定，动铁心的运动使气隙和磁路磁阻变化，引起磁通变化而在线圈中产生感应电势，因此又称变磁阻式结构。

在恒磁通式结构中，工作气隙中的磁通恒定，感应电势是由于永久磁铁与线圈之间有相对运动——线圈切割磁力线而产生。这类结构有两种。

为提高灵敏度，应选用具有磁能积较大的永久磁铁和尽量小的气隙长度，以提高气隙磁通密度B；增加la和W也能提高灵敏度，但它们受到体积和重量、内电阻及工作频率等因素的限制。

为了保证传感器输出的线性度，要保证线圈始终在均匀磁场内运动。设计者的任务是选择合理的结构形式、材料和结构尺寸，以满足传

感器基本性能要求。

45 什么是霍尔效应？霍尔元件常用材料有哪些？为什么不用金属做霍尔元件材料？\\ 通电的导体(半导体）放在磁场中，电流与磁场垂直，在导体另外两侧会产生感应电动势，这种现象称霍尔效应任何材料在一定条件下都能产生霍尔电势，但不是都可以制造霍尔元件。只有半导体材料适于制作霍尔元件。又因一般电子迁移率大于空穴的迁移率，所以霍尔元件多采用N型半导体制造。

2）金属材料电子浓度虽然很高，但电阻率很小很小，使霍尔电势HU很小，因此不适于做霍尔元件材料

46 霍尔元件不等位电势产生的原因有哪些？ 当磁感应强度为0时，控制电流为额定值，霍尔电极间的空载电势成为不等位电势。产生原因：①霍尔电极安装位置不正确，不对称或不在同一等电位量上。②半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或使几何尺寸不均匀。③控制电极接触不良造成控制电流不均匀分布。

47某一霍尔元件尺寸为沿L方向通以电流，在垂直于L和b的方向加有均匀磁场B，灵敏度为22V(A.T)，试求输出霍尔电势及载流子浓度。

48 试分析霍尔元件输出接有负载时，利用恒压源和输人回路串联电阻进行温度补偿条件。 两个条件

1确定霍尔元件的热敏系数 2选定串联电阻的温度系数

使用不同温度的电阻进行串并组合可以得到更好的效果

49 霍尔元件灵敏度 KH=40V(A.T)，控制电流I=3.0mA，写出它置于1×10-4～5×10-4T线性变化的磁场中输出的霍尔电势范围？

50 列举（查找）l～2个霍尔元件的应用例子。 电动车窗 无刷直流电机

51 比较霍尔元件、磁敏电阻、磁敏晶体管，它们有哪些相同之 处和不同之处？简述其各自的特点。 霍尔元件具有体积小、外围电路简单、动态特性好、灵敏度高、频带宽等许多优点，在霍尔元件确定后，可以通过测量电压、电流、磁场来检测非电量，如力、压力、应变、振动、加速度等等，所以霍尔元件应用有三种方式：①激励电流不变，霍尔电势正比于磁场强度，可进行位移、加速度、转速测量。②激励电流与磁场强度都为变量，传感器输出与两者乘积成正比，可测量乘法运算的物理量，如功率。

③磁场强度不变时，传感器输出正比于激励电流，可检测与电流有关的物理量，并可直接测量电流。

磁敏电阻与霍尔元件属同一类，都是磁电转换元件，两者本质不同是磁敏电阻没有判断极性的能力，只有与辅助材料(磁钢)并用才具有识别磁极的能力。

磁敏二极管可用来检测交直流磁场，特别是弱磁场。可用作无触点开关、作箱位电流计、对高压线不断线测电流、小量程高斯计、漏磁仪、磁力探伤仪等设备装置。磁敏三极管具有较好的磁灵敏度，主要应用于①磁场测量，特别适于10-6T以下的弱磁场测量，不仅可测量磁场的大小，还可测出磁场方向；②电流测量。特别是大电流不断线地检测和保护；③制作无触点开关和电位器，如计算机无触点电键、机床接近开关等；④漏磁探伤及位移、转速、流量、压力、速度等各种工业控制中参数测量

52什么是零点残余电压？

当两线圈的阻抗相等时，即Z1=Z2，这时电桥平衡输出电压为零。由于传感器阻抗是一个复数阻抗，有感抗也有阻抗，为了达到电桥平衡，就要求两线圈的电阻R相等，两线圈的电感L相等。实际上，这种情况是难以精确达到的，就是说不易达到电桥的绝对平衡。若画出衔铁位移x与电桥输出电压U0有效值的关系曲线，

则如图所示，虚线为理想特性曲线，实线为实际特性曲线，在零点总有一个最小的输出电压。一般把这个最小的输出电压称为零点残余压，并e0表示。

53什么是电涡流效应？ 根据法拉第电磁感应定律，金属导体置于变化的磁场中时，导体的表面就会有感应电流产生。电流的流线在金属体内自行闭合，这种由电磁感应原理产生的漩涡状感应电流称为电涡流，这种现象称为电涡流效应

54 电感测厚仪原理与电路如下图所示，L1、L2为传感器电感作两个桥臂；C1、C2为固定电容作另外两个桥臂；D1-D4组成相敏整流器；磁饱和变压器 T 提供桥压。试分析电路工作原理，说明当钢板厚度增加时，电流表（M）上的电流方向（用尖头表

示出来）。

55温度传感器类型有哪些,其特点是什么?

温度传感器在市面上常常被称为温度探头或探针等，是指探温元件用不锈钢（最常用的）或其它导热材料（如聚四氟管防腐，陶瓷管耐

高温），温度传感器常用的可分为三类（按探温元件来分），1、铂电阻温度传感器 2、热电偶温度传感器 3、热敏电阻温度传感器。 一、铂电阻温度传感器的原理：铂金本身的特性，根据温度变化阻值变大与温度成正比对应的变化曲线为直线。因此通过阻值变化来显示温度的变化。 特点：稳定性好，线性好（近似直线），误差小，但价格贵。温度范围在-200摄氏度到150摄氏度，-50

摄氏度到850度。适用于各种仪表，如发电厂，火车，飞机，汽车，医疗，工业电炉测温等需要温度误差小的行业，及精密仪器仪表。 二、热电偶温度传感器，原理：通过两根不同的金属材料焊接在一起，当温度改变的时候两端产生不同的电势，通过电势的变化来得出相应的温度变化。 特点：能测高温到2300度，在高温段比较准，误差比较大，常用的K 型正级：镍铬 负极：镍硅-50-1200度价格便宜；如:R型的热电偶 正极：铂铑30 负极：铂铑6使用时间非常的长，且能测高温2300以上。但价格昂贵一支根据市价铂金的变动而变动。小的也要4500元左右每支。 三、热敏电阻温度传感器 原理：温度改变阻值的变化来显示温度。温度变化线性为抛物线。以25度时的阻值来分类：如NTC10K就是在25度时温度时元件的阻值是10000欧姆。同理NTC100K 就是在25度时温度时元件

的阻值是100000欧姆。 特点：温度范围小-50到200度左右，体积小，响应时间快。价格低廉，每个0.2元左右。广泛用在各种家电产品上。

56什么是热电效应?

所谓的热电效应，是当受热物体中的电子（空穴），因随着温度梯度由高温区往低温区移动时，所产生电流或电荷堆积的一种现象。而这个效应的大小，则是用称为thermopower(Q)的参数来测量，其定义为Q=E/-dT(E为因电荷堆积产生的电场，dT则是温度梯度)。

57简述热电偶传感器结构和测温原理，热电偶产生热电势的必要条件是什么? 热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，是由两种不同成分的导体两端接合成回路时，当两接合点 热电偶温度不同时，就会在回路内产生热电流

热电偶的测温原理基于物理的\热电效应\。所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。

产生热电动势的条件

1、必须用两种不同的金属材料才能组成热电偶； 2、热电偶两端必须有温差才会产生热电势。

58某热电偶的热电势在600.0℃时，输出52mv，若冷端温度为0℃时，测某炉温输出热电势 。试求该加热炉实际温度是多少？ 已知：热电偶的热电势E（600.0，0）=5.257 mV，冷端温度为0℃时，输出热电势E=5.267 mV， 热电偶灵敏度为：K = 5.257 mV/600 = 0.008762 mV/℃

该加热炉实际温度是：T= E/K = 5.267 mV/0.008762 mV/0℃ = 601.14℃

59简述金属热电阻和半导体热敏电阻的测温原理及温度特性，测温范围是多少?

热敏电阻测温原理与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即Rt=Rt0[1+α（t-t0）]式中，Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电阻值；α为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为Rt=AeB/t式中Rt为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的常数。相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50~300℃左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于-200~500℃范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛

集成温度传感器测温原理及特性，画出AD590集成温度传感器典型应用测量电路。

集成温度传感器是利用晶体管PN结的电流电压特性与温度的关系，把敏感元件、放大电路和补偿电路等部分集成化．封装在同一壳体里的一种一体化温度检测元件。

它除了与半导体热敏电阻一样有体积小、反应快的优点外，还具有线性好、性能高、价格低等特点。

集成温度传感器（温度IC）将温度敏感元件和放大、运算和补偿等电路采用微电子技术和集成工艺集成在一片芯片上，从而构成集测量、放大、电源供电回路于一体的高性能的测温传感器。 集成温度传感器的测温原理

60什么是热释电效应? 为什么热释电元件需要用光调制

器?

热释电效应是指极化强度随温度改变而表现出的电荷释放现象，宏观上是温度的改变是在材料的两端出现电压或产生电流

61红外辐射探测器分为哪两种类型?有哪些不同？

热探测器和光探测器；光探测器与热探测器区别是，光量子型光电探测器探测的波长较窄，而热探测器几乎可以探测整个红外波长范围。 62介绍红外辐射测温的特点。

一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布——与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。

63 什么是热电效应? 热电偶产生热电势的必要条件是什么?利用热点效应制作的温度传感器是哪一种，大致测温范围是多少？

所谓的热电效应，是当受热物体中的电子（空穴），因随着温度梯度由高温区往低温区移动时，所产生电流或电荷堆积的一种现象。 条件：一是要有接触电位差，就是“席伯尔帖”接触电位要高，不能同一种材质的两条金属接在一起；二是要有温度差，温差越高热电势越大。

64 热电阻、热敏电阻分别采用什么材料制作，测温范围是多少?

热电阻一般用铂制作

一般来说热敏电阻肯定是要含氧化锰 -200-850 -100-300

65什么是内光电效应？什么是外光电效应？利用光电导效应制成的光电器件有哪些？利用光生伏特效应制成的光电器件有哪些？

当光线照在物体上,使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应。 在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。

66光敏二极管由哪几部分组成，它与普通二极管在使用时有什么不同？请说明原理。 光敏二极管与普通二极管最大的区别就是当有光照射时，光敏二极管的反向电阻会大大降低。 光敏二极管要反向接入电路使用

67采用波长为0.8～0.9的红外光源时，宜采用哪种材料的光电元件做检测元件？为什么？

宜采硅光电池或者硅光敏管做检测元件；硅光电池适于接受红外光，可以在较宽的波长范围内应用。

68光栅传感器的基本原理是什么？莫尔条纹是如何形成的？有何特点？某光栅的栅线密度为100线/mm ，要使形成莫尔条纹宽度为10mm，求栅线夹角是多少？ 69试拟定光电开关用于自动装配流水线上工件的计数装置检测系统(用示意图表示专指结构）。并设计计数电路，说明

其工作原理。 70 在一智能小车设计中，如何利用反射式光电传感器实现寻迹功能？ 71什么是内光电效应？什么是外光电效应？光敏电阻、光电池、光敏二极管、光敏晶体管分别基于哪种效应？ 72 采用波长为0.8～1.0μm的红外光源时，宜采用哪种材料的什么光电器件做检测元件？为什么？ 73象限探测器与光电位置传感器（PSD）有什么异同？ 各有哪些特点？ 74 叙述自扫描光电二极管阵列（SSPD）工作原理和参数特征。 75电荷耦合器（CCD）主要由哪两个部分组成，有几种列阵？各列阵的结构怎样？试说明（CCD）输出信号的特点。 76分别用中文和英文写出CCD的全称。 77 电荷耦合器（CCD）主要由哪两个部分组成。 78举例说明线阵CCD和面阵CCD可以进行哪些应用。 79利用光纤反射原理，设计一测量转速的装置；

80试述光纤的结构和传光原理： 当光纤n1=1.46，n2=1.45 ，如光纤外部介质n0=1， 求最大入射角θc的值。 73 1）象限探测器它是利用光刻技术，将一个整块的圆形或方形光敏器件敏感面分隔成若干个面积相等、形状相同、位置对称的区域，这就构成了象限探测器。PSD光电位置传感器是一种对入射到光敏面上的光点位置敏感的光电器件。两种器件工作机理不同，但其输出信号与光点在光敏面上的位置有关。光电位置传感器被广泛应用于激光束对准、平面度检测、二维坐标检测以及位移和振动测量系统。 2）象限探测器有几个明显缺点：它需要分割从而产生死区，尤其当光斑很小时，死区的影响更明显。若被测光斑全部落入某个象限时，输出的电信号无法表示光斑位置，因此它的测量范围、控制范围都不大，测量精度与光强变化及漂移密切相关，因此它的分辨率和精度受到限制。与象限探测器相比PSD传感器有以下特点：

（1）它对光斑的形状无严格要求，即输出信号与光的聚焦无关，只与光的能量中心位置有关，这给测量带来很多方便。 （2）光敏面上无须分割，消除了死区，可连续测量光斑位置，位置分辨率高，一维PSD可达0.2μm。

（3）可同时检测位置和光强，PSD器件输出的总光电流与入射光强有关，而各信号电极输出光电流之和等于总光电流，所以由总光电流可求得相应的入射光强。

75 1）CCD基本结构由MOS光敏元阵列和读出移位寄存器两部分组成。

2）CCD电极传输电荷方向（向右或向左）是通过改变三相时钟脉冲的时序来控制的，输出的幅值与对应的光敏元件上电荷量成正比。信号电荷的输出的方式主要有电流输出和电压输出两种，电流输出型是输出电流与电荷成正比，在输出电路负载上形成输出电流。 76 CCD：电荷藕合器件图像传感器CCD（Charge Coupled Device） 77 电荷耦合器（CCD）主要由哪两个部分组成。

CCD基本结构由MOS光敏元阵列和读出移位寄存器两部分组成。

80试述光纤的结构和传光原理： 当光纤n1=1.46，n2=1.45 ，如光纤外部介质n0=1， 求最大入射角θc的值。

根据光纤数值孔径NA定义

入射临界角θc为

θc=arcsinNA=arcsin 0.1706=9.8°

故得该种光纤最大入射角为9.8°，即入射光线必须在与该光纤轴线夹角小于9.8°时才能传播。

81 什么是光纤的数值孔径？ 物理意义是什么？NA取值大小有什么作用？有一阶跃光纤，纤芯和包层的折射率分别为n1=1.56，n2=1.55，试求NA、T/L、BL。

数值孔径：

入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤的数值孔径。光纤的数

值孔径大些对于光纤的对接是有利的。不同厂家生产的光纤的数值孔径不同。 NA=()1/2=(1.562-1.552)1/2=0.176

82 光纤传感器有哪两大类型？它们之间有何区别？

83 试述光纤的结构特征，纤芯折射率n1与包层折射率n2应满足什么关系？ 光导纤维是质量非常高的、传导光极好的、很细的玻璃或塑料丝。光纤由芯子、包层和涂敷层组成。 n1>n2

84 分别用中文和英文写出CCD的全称。 英文全称：Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件。

85 电荷耦合器（CCD）主要由哪两个部分组成。 MOS（金属—氧化物—半导体）光敏元阵列和读出移位寄存器。

87数码相机的有效像素是什么？一个相机的分辨率可以是3072×2304或640×480， 有什么含义？ 有效像素数是指真正参与感光成像的像素值 88举例说明线阵CCD和面阵CCD可以进行哪些应用

线阵CCD加扫描运动获取图像的方案目前使用广泛,尤其是在要求视场大,图像分辨率高的情况下甚至不能用面阵CCD替代 应用于保安监控、交通管理、非接触图像测量、图像采集和图像信｀息处理等领域 89同82

90光在光纤中传播，入射光线需要满足什么条件？

纤芯材料的主体是二氧化硅，里面掺极微量的其他材料，例如二氧化锗、五氧化二磷等。掺杂的作用是提高材料的光折射率。纤芯直径约5~~75μm。光纤外面有包层，包层有一层、二层（内包层、外包层）或多层（称为多层结构），但是总直径在100~200μm上下。包层的材料一般用纯二氧化硅，也有掺极微量的三氧化二硼，最新的方法是掺微量的氟，就是在纯二氧化硅里掺极少量的四氟化硅。掺杂的作用是降低材料的光折射率。

这样，光纤纤芯的折射率略高于包层的折射率。两者席位的区别，保证光主要限制在纤芯里进行传输。包层外面还要涂一种涂料，可用硅铜或丙烯酸盐。涂料的作用是保护光纤不受外来的损害，增加光纤的机械强度。光纤的最外层是套层，它是一种塑料管，也是起保护作用的，不同颜色的塑料管还可以用来区别各条光纤。

91什么是半导体气体传感器？它有哪些基本类型？气体传感器的发展动态如何? 半导体传感器利用半导体材料的各种物理、化学和生物学特性制成的传感器。

目前半导体气体传感器的研究动态及其发展方向——气体传感器向低功耗、多功能、集成化方向发展

92 半导体气体传感器主要有哪儿种结构？各种结构气体传感器的特点如何？ 按构成气敏传感器的材料可分为半导体和非半导体两大类；按半导体的物理特性，气敏传感器可分为电阻型和非电阻型。

早期电化学和光学方法，其检测速度慢、设备复杂、使用不方便；新型金属氧化物半导体传感器由于灵敏度高、体积小、使用方便，已广泛用于检测、分析领域。电阻型气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应，导致敏感元件阻值变化，电阻型气敏传感器是目前使用较广泛的一种气敏元件，传感器主要由敏感元件、加热器、外壳三部分组成。非电阻型气敏传感器有不同类型，如利用MOS二极管的电容-电压特性变化，利用MOS场效应管的阈值电压的变化，利用肖特基金属半导体二极管的势垒变化进行气体检测。

93 如何提高半导体气体传感器的选择性？根据文献举例说明。 查找文献说明近期有什么新的气体传感器。 94半导体气体传感器为什么要在高温状态下工作？加热方式有哪几种？加热丝可以起到什么作用？ 1）因为在常温下，电导率变化不大，达不到检测目的，因此以上结构的气敏元件都有电阻丝加热器，加热时间2～3分钟，最佳工作温度为200℃～400℃。

加热方式分为直热式和旁热式。电阻型气敏传感器加热的目的有两个方面的因素，一是为了加速气体吸附和上述的氧化还原反应，提高灵敏度和响应速度，另外使附着在传感器元件壳面上的油雾、尘埃烧掉。

5 什么是绝对湿度？什么是相对湿度？ ）绝对湿度指单位体积空气内所含水汽的质量，一般用每立方米空气中所含水汽的克数表示 AH?mV(g/m3)V

2）相对湿度是指被测气体中，实际所含水汽蒸汽压和该气体在相同温度下饱和水蒸气压的百分比，一般用符号%RH(Relative Humidity)表示，无量纲。

96 湿度传感器主要分为哪几类？主要参数有哪些？ 97 简述氯化锂湿度传感器的感湿原理。 98 简述半导体湿敏陶瓷的感湿机理。 半导体湿敏电阻通常用两种以上的金属—氧化物—半导体烧结成多孔陶瓷，多孔陶瓷表面吸收水分的情况分为三个阶段，第一阶段是陶瓷在低湿区域或刚接触水汽；第二阶段是进一步吸收水分子或中等湿度环境；第三阶段大量水汽存在使晶粒界充满水分子。

99 半导体陶瓷有那些特点？多孔硅湿敏元件有那些特点？ 半导瓷湿敏传感器有正特性和负特性两种。负特性半导体瓷湿敏电阻的电阻值随湿度增加而下降，电阻率低，阻值-湿度特性好。由于水分子中（H2）氢原子具有很强的正电场，当水分子在半导体瓷表面吸附时可能从半导体瓷表面俘获电子，使半导体表面带负电，相当表面电势变负，（P型半导体电势下降，N型半导体出现反型层）电阻率随湿度增加而下降。

100 试述离子选择电极的结构与测量原理。 离子敏传感器是将普通MOSFET的金属栅去掉，让绝缘氧化层直接与溶液相接触，栅极用铂金属膜作引线，在铂膜上涂一层离子敏感膜，构成离子敏场效应管ISFET。当离子敏场效应管ISFET插入溶液时，被测溶液与敏感膜接触处就会产生一定的界面电势，这个电势大小取决于溶液中被测离子的浓度。

101 什么是智能传感器？什么是智能集成传感器？ 智能传感器即具有信息处理功能的传感器。智能传感器带有微处理机，具有采集、处理、交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。

102 集成传感器的主要特点是什么？

是从制造工艺上对各种类型的传感器进行分类，是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。图2-1是AD590用于测量热力学温度的基本应用电路。

103 集成传感器与结构性传感器有哪些不同？为什么

104 为什么集成传感器是现代传感器技术的主要发展趋势？举例说明。 105 DS18B20智能型温度传感器与集成温度传感器AD590的工作原理和输出信号有什么不同？如何用DS18B20实现多点 测温的？

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