传感器原理复习提纲

“传感器”复习提纲

第1章 概述

1．现代信息技术的三大支柱是什么？ 传感技术：信息的采集；（感官） 通信技术：信息的传输；（神经） 计算机技术：信息的处理；（大脑）

2. 什么是传感器？（传感器定义）

定义：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。

3．传感器的总体发展趋势是什么？现代传感器有哪些特征，多采用哪些物理量输出？

主要发展趋势：发展、利用新效应，开发新材料，提高传感器性能和检测范围，微型化与微功耗，集成化与多功能化，传感器的智能化与网络化。

主要特点：高精度、高性能、高灵敏度、高可靠性、高稳定性、长寿命、高信噪比、宽量程、无维护等特点。 多采用电流，电压，电阻的变化输出

4．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？ 敏感元件：感受被测量；

转换元件：将响应的被测量转换成电参量； 基本电路：把电参量接入电路转换成电量。 核心部分是转换元件，决定传感器的工作原理。

5．了解传感器的分类方法。有哪三大类？

传感器分为：物理量传感器，化学量传感器，生物量传感器。

6．了解传感器的图形符号，其中符号内容代表什么含义。

正方形表示转换元件，等边三角形表示敏感元件，“X”表示被测量，“*”表示转换原理。

【7．一个自动检测系统的组成包括哪几部分，画出结构框图。】 第2章 传感器的基本特性

（静态特性；传递函数；动态特性）

1．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？ 输入与输出的关系

2．静态特性：特性参数有哪些？（线性度、迟滞、重复性、灵敏度、分辨率、稳定性），各种参数代表什么意义，描述了传感器的哪些特征？

线性度：是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数。（输入与输出的线性关系） 迟滞：传感器正反行程输出信号大小不等；

用来描述传感器在正反行程期间特性曲线不重合的程度

重复性：在相同条件下，输入量按同一方向做全量程多次测量时，所得传感器输出特性曲线不一致的程度。 灵敏度：Sn=dy/dx;

分辨率：当传感器的输入从非零值缓慢增加时，在超过某一增量后，输出可发生可观测的变化。（最小输入增量）

3．传感器的传递函数在数学上的定义是什么？ 初始条件为零，输出拉氏变换与输入拉氏变换之比。

4．动态特性：特性参数有那些（时间常数τ、阻尼比ξ、传感器固有频率ωn ）？这些参数反映了传感器的哪些特征，应如何选择？

时间常数t：减少时间常数t可改善传感器频率特性，加快响应过程。 阻尼系数ξ： 传感器固有频率。

【5. 分别讨论一阶系统、二阶系统的阶跃响应和频率响应。】 第3章 电阻应变式传感器

1．什么是应变效应？什么是压阻效应？什么是横向效应？【试说明金属应变片与半导体应变片的相同和不同之处，半导体应变片比金属应变片在性能上有哪些优缺点。】

应变效应：因导体材料变形而使其电阻值发生变化的现象称为电阻的应变效应。

压阻效应：是指当半导体受到应力作用时，由于

载流子迁移率的变化，使其电阻率发生变化的 现象。

横向效应：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。

2．比较电阻应变片组成的单桥、半桥、全桥电路（电压灵敏度、温度补偿、非线性误差）。写出各电路输出电压灵敏度。 单桥：

3．有一吊车的拉力传感器如图所示，

电阻应变片R1、R2、R3、R4粘贴在等截面轴上，已知R1～R4标称阻值为120Ω，桥路电压2V，物重M引起R1、R2变化增量为1.2Ω。请连接出应变片电桥电路，计算出测得的输出电压和电桥的输出灵敏度，说明R3、R4可以起到什么作用？

4.相敏检波电路与普通检波电路有什么不同？叙述相敏检波电路工作原理。（参电路原理图）

5. 画出电阻应变仪电路框图，当应变信号为正弦信号振荡时，请绘制各单元电路的输出波形。 第4章 电容式传感器

1．电容传感器有哪些类型？叙述变极距型电容传感器的工作原理、输出特性。 2．为什么电感式和电容式传感器的结构多采用差动形式，差动结构形式的特点是什么？

3．画出电容传感器的等效电路。

4．电容传感器的测量电路有哪些？叙述二极管双T型交流电桥工作原理。 5．说明P56图4-20压差式电容压力传感器结构和工作原理。如果将该电容接入二极管双T型电路（P52图4-13），当压力P变化时电路输出电压如何变化？ 第5章 电感式传感器

（变磁阻式、差动变压器式、电涡流式）

1. 叙述变磁阻式传感器的工作原理。双线圈结构与单线圈结构有哪些不同，为什么传感器多采用差动形式？

2. 说明（螺线管式）差动变压器传感器的结构形式与输出特性。利用这种传感器可以进行哪种非电量的测量？

3. 什么是零点残余电压，产生的原因？用哪些方法可以进行零点残余电压补偿？举例说明哪种电路具有这种功能。

4. 用差动变压器进行位移测量时，需采用哪种电路可以直接把正比于位移大小的输出电压用于区别位移的大小和方向？

5. 什么是电涡流效应，涡流的分布范围有哪些特征？涡流传感器测距范围与涡流传感器的几何特征有什么关系？

6. 电涡流传感器可以进行哪些非电量参数测量（举例），简单说明涡流探伤、电涡流传感器测材料的工作原理？

7. 电涡流传感器是由哪种电参量转换实现电量输出的？电涡流传感器（接近开关）可以检测哪一类材料。 第6章 磁电式传感器

（磁电感应式、霍尔式、磁敏元件）

1. 为什么说磁电感应式传感器是一种有源传感器？动钢式和动圈式有哪些不同，分别用于哪些测量？

2．磁电感应式传感器可以检测哪些非电量？磁电式传感器是速度传感器，它如

何利用传感器输出电动势e的变化获得相对应的位移和加速度信号？ 3．什么是霍尔效应？霍尔电势的大小与方向和哪些因素有关？影响霍尔电势的因素有哪些？

4．集成霍尔器件分哪几种类型？试画出其输出特性曲线。 5．有一测量转速装置，调制盘上有100对永久磁极，N、S

极交替放置，调制盘由转轴带动旋转，在磁极上方固定一个霍尔元件，每通过一对磁极霍尔元件产生一个方脉冲送到计数器。假定t=5min采样时间内，计数器收到

N=15万个脉冲，求转速n=？转/分。设计一霍尔传感器计数电路。 6．磁敏元件有哪些？（磁敏电阻、磁敏二极管、磁敏晶体管、霍尔器件）工作原理，它们可以检测什么物理量，它们之间各有什么不同？

7．磁敏电阻与磁敏晶体管有哪些不同？磁敏晶体管与霍尔元件本质上的区别是什么？与普通晶体管区别是什么？ 第7章

压电式传感器

1．什么是正压电效应？什么是逆压电效应？

2. 石英晶体X、Y、Z轴的名称是什么？有哪些特征？

3. 简述压电陶瓷特性，比较压电陶瓷与石英晶体有哪些特点？ 3．说明电压放大器与电荷放大器的优缺点，各自要解决什么问题？

4．用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器振动，已知，加速度计灵敏度为5pc/g，电荷放大器灵敏度为50mV/p，最大加速度时输出幅值2V，试求机器振动加速度。

5．超声波的物理性质有哪些特点？超声波传感器可以进行哪些物理量的检测？ 6．超声波传感器利用压电材料制成发射器和接收器，说明它们各利用哪种压电效应？可以进行哪种能量的转换，简述超声波测距原理。 第8、9章 光电传感器

1．什么是外光电效应？内光电效应（光生伏特效应、光电导效应）？。光电器件中的光照特性、光谱特性分别描述的是光电器件的什么性能？

2．试述光敏电阻、光敏晶体管、光电池的器件结构和工作原理，各基于哪种光电效应。

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