中南大學大學傳感與檢測復習題含答案

1、Chi.I. 檢測系統(tǒng)由哪幾部分組成？說明各部分的作用答：一個完整的檢測系統(tǒng)或檢測裝置通常是由傳感器、測量電路和顯示記錄裝置等幾部 分組成，分別完成信息獲取、轉換、顯示和處理等功能。當然其中還包括電源和傳輸通道 等不可缺少的部分。2. 試述測量和檢測的含義與兩者之間的關系。答：測量是指按照某種規(guī)律，用數據來描述觀察到的現(xiàn)象，即對事物作出量化描述。測 量是對非量化實物的量化過程。檢測是利用各種物理、化學效應，選擇合適的方法與裝置，將生產、科研、生活等各方面 的有關信息通過檢查與測量的方法賦予定性或定量結果的過程。檢測包括了檢查和測量，測量是實現(xiàn)檢測的一種不可缺少的方法3. 什么是傳感器？其基本作

2、用是什么？按照國標定義，“傳感器”應該如何說明含 義？答：傳感器是一個完整的測量裝置（或系統(tǒng)），能把被測非電量轉換為與之有確定對應 關系的有用電量輸出，以滿足信息的傳輸處理、記錄、顯示和控制等要求。按照國際定義“能感受（或影響）規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器 件或裝置。傳感器通常由直接響應于被測量的敏感元件和產生可用輸出信號的轉換原件以 及相應的電子線路所組成?！?. 一個可供實用的傳感器由哪幾部分組成？畫出組成框圖，試述各部分的作用及相互關 系。畫出自控系統(tǒng)原理框圖并指明傳感器在系統(tǒng)中的位置與作用。答：傳感器一般由敏感元件，變換元件和轉換電路等其它輔助元件組成敏感元件：是直

3、接感受被測量，并輸出與被測量成確定關系的某一物理量的元件變換元件：又稱傳感元件，是傳感器的重要組成元件。它可以直接感受被測量且輸出與被 測量成確定關系的電量信號與轉換電路：能把傳感元件輸出電信號轉換為便于顯示、記錄和控制的有用信號的電 路。5. 列舉你所學過的不同工作原理傳感器哪些可用于非接觸式測量，哪些用于接觸式測 量，測量何種物理量？（各列舉3種）：非接觸式： 接觸式：超聲波、微波傳感器、紅外傳感器電阻式傳感器、壓電式傳感器、電容式傳感器6. 簡述傳感器和檢測技術的主要發(fā)展趨勢。答：傳感器發(fā)展：測量儀器向高精度和多功能發(fā)展、參數測量與數據處理向自動化方 向發(fā)展、傳感器向智能化、集成化、微型

4、化、量子化、網絡化的方向發(fā)展、開展極端測量 檢測技術發(fā)展：檢測方法的推進、檢測儀器與計算機技術的集成7. 簡述絕對測量與相對測量、開環(huán)測量與閉環(huán)測量的相對優(yōu)缺點。 答：絕對測量從讀數裝置上得到要測之量的整個數值。相對測量對于標準量的偏差。 絕對測量，一般使用通用量具，適合單件、小批量加工、測量；通用性好；可以直接 讀數。對于大批量生產的測量，操作不便。相對測量，一般使用專用量具，適合大批量生產、測量。測量操作簡單、準確。但是， 需經常校對量具。開環(huán)測量相對來說結構簡單，比較經濟。但是無法消除干擾所帶來的誤差。閉環(huán)測量 優(yōu)點在于如果被控質量偏移規(guī)定值，就會產生相應的控制作用去消除偏差。缺點是增加

5、了 電路的復雜性，有時會因為增益選擇不當反而影響系統(tǒng)的不穩(wěn)定8. 例舉出兩個你在日常生活中用到或看到的傳感器，并說明其作用。如果沒有傳感器， 將會出現(xiàn)哪種狀況？無9. 空調和電冰箱中至少都采用了兩種以上的傳感器，指出具體傳感器的名稱？說明它們 各起到什么作用？答：紅外傳感器，接收遙控器的信號以做出相應的響應。 熱電式溫度傳感器，空調中測量出風的溫度，以便做出實時的控制；測量冰箱中的溫 度，根據溫度來控制冰箱的啟動。Ch3.1. 理想傳感器有何特點？傳感器的靜態(tài)特性是什么？一般由哪些性能指標描述？哪些是確 定工作能力的指標？ 答：理想傳感器的特點：1）傳感器只敏感特定輸入量，輸出只對應特定輸入；

6、2）傳感器的輸出量與輸入量呈惟一、穩(wěn)定的對應關系，最好為線性關系；3）傳感器的輸出量可實時反映輸入量的變化。傳感器的靜態(tài)特性：指系統(tǒng)在被測量處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸入輸出關系。 主要由下列幾種性能指標描述：線性度、靈敏度、重復性、遲滯誤差、精確度、分辨力、 漂移、量程、靜態(tài)誤差等。量程（測量范圍）、靈敏度、分辨力是衡量傳感器與檢測系統(tǒng)基本功能特性的指標，決 定傳感器或系統(tǒng)的工作能力。2. 在靜態(tài)測量中，根據測量系統(tǒng)輸入量與對應輸出值所繪制的定度曲線可以確定哪些靜態(tài) 特性?答：三種特性：線性度、靈敏度、重復性3傳感器的線性度的含義是什么？如何確定？確定工作直線常見哪些方法？為什么不能籠 統(tǒng)的說傳感器的

7、線性度是多少？例舉擬合傳感器工作直線的3種方法及其特點。答：傳感器的線性度就是其輸出量和輸入量之間的實際關系曲線偏離直線的程度，又稱為 非線性誤差?？捎霉紼max 100%確定。Yfs式中：.-.max 輸出量和輸入量實際曲線與擬合直線之間的最大偏差。Y FS 輸出滿量程值。確定工作直線常用的方法有理論直線法、最佳直線法、端點連線法、割線法和切線法、 最小二乘法和計算程序法等。傳感器的非線性誤差是以一條理想直線作基準，即使是同一傳感器基準不同時得出的線性度也不同，所以不能籠統(tǒng)地說傳感器的線性度是多少，當提出線性度的非線性誤-差時，必須說明所依據的基準直線。（a）端點連線法，特點：簡單、方便，

8、偏差大，與測量值有關1,(1 c )A2)-1 b 0.013（b） 最佳直線法，特點：精度最高，計算法（迭代、逐次逼近）簡單實用，作圖法（端 點連線平移）故幅值差為1.3%相角差（）：- -arctan（一）- -9.36.對于二階裝置，為何要取阻尼比Z=0.60.7?答：阻尼比較小時，AC ）隨出現(xiàn)較大波動，阻尼比較大時，A（ ）衰減，0.6-0.7時，A（ ） 平坦段最寬，：（）接近斜直線7.設一力傳感器為二階系統(tǒng)。已知其固有頻率為800Hz，阻尼比為Z=0.4,當測頻率為400Hz變化的力參量時，其振幅比 A（ 3）和相位差機3）各為多少？若使該裝置的阻尼比Z0.7,則A（ 3）和（3

9、）又為多少？答：二階系統(tǒng)的幅頻響應和相頻響應分別為+ Kj I必丿將3 n=2慮沐800rad/s , 3 =2恵沐400rad/s , Z =0.4代入式中得冋 0)1就）=-tan400300；4002x0.4x 8002附- =1.18十| 2x 0.4x900所以振幅比A（3）=1.18和相位差 機3）=-28將Z0.7代入上式得A（3）=0.97機 3）= -438.已知某二階傳感器系統(tǒng)的固有頻率為20kHz,阻尼比為誤差不大于3%,試確定該傳感器的工作頻率范圍。答：0.1，若要求傳感器的輸出幅值2-n1:+ t + 2j n|G(r)b1-(殳)22+2皀21-()22+曠0.仆亠

10、2V 咎叫 100001000011 2 2 2：1-()22 2 0.1 :2V 1000010000令 |G(jw)卜 1.03 , ()2 “r 貝 U10000/2 -1.96 0.0574 =0 解得1.93,2、0.03 代入上式，得t = 1389Hz,，2 = 173Hz令 |G(jw)|=0.97，則/2 -1.96 J -0.0628 =0 解得-3 1.99(舍負)代入上式，得- 3 =1411 Hz由圖2-18 :二階傳感器系統(tǒng)的幅頻特性曲線知，該傳感器的工作頻率范圍為:1389Hzvg 1411Hz 或 o31解1:R1廠+_宀己_1k = 則軸向應孌為:8AJfi

11、/ R 0.48/120E = 0.002k22）電橋的輸出電壓為：11_U 0 = UJt 石（1+ u） = x 2x2x0.0 02 xl.285 5.14m V22解2:：k = 2;7?: = 120。； A盡=0,4BQ;i7 = 2V軸向應變： 百=/V竝 0Q2kU電橋輸出 電壓： Uz = RR. = 4wiV13. 分析應變式傳感器在使用單臂電橋測量電路時由于溫度變化而產生測量誤差的過程。答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵材料的電阻溫度系數a及敏感柵和試件材料的膨脹系數之差異性而產生虛假應變輸出，有時會產生與真實應變同數量級的誤差。14. 試證明：(1)差動電橋能實現(xiàn)溫

12、度補償；(2)恒流源供電全橋差動電路在理論上消 除了 溫度誤差。答：1)工作片R1安裝在測試件上，補償片F(xiàn)B安裝在與被測件同溫度的補償快上，但不承受應變。R和Rb接入電橋相鄰兩臂， Rt=A甩使輸出電壓U0不受溫度變化影響。2)差動電橋兩支路電阻相等 Rab=Rad=(R+?Rt)，則I abc=|adc=|/2，電橋輸出：USc=UBd=1/2I(R+ R+A Rt)-1(R- R+A Rr)整理得：USc=I ar電橋輸出與電阻變化成正比，也即與被測量成正比，與恒定電流大小和精度有關，與溫度無關。雖不受溫度影響，但器件本身受溫度影響會產生零點溫漂和靈敏度溫漂，必須采取溫度補償措施。Ch51

13、. 電容式傳感器有哪些優(yōu)點和缺點？答：優(yōu)點：1、受本身發(fā)熱影響小2、靜態(tài)引力小3、動態(tài)響應好4、結構簡單, 適應性強5、可以進行非接觸式測量缺點：1輸出阻抗較高、帶負載能力差2、寄生電容影響大2. 試分析變面積式電容傳感器和變間隙式電容的靈敏度？為了提高傳感器的靈敏度可采取什么措施并應注意什么問題 ？答：如圖所示是一直線位環(huán)耀電容式傳感器的示意圖。當動極麗多動工后，覆蓋面積就發(fā)生變化，電容量也隨之改變，其值為C=sb (3Ax) -d=C-E：b - AxW(1)電容因位移而產生的變化量為其靈敏度為可見增加或誠小疥均可提高傳感器的靈敏度。直絨位移型電容式傳感器3. 為什么說變間隙型電容傳感器特

14、性是非線性的？采取什么措施可改善其非線性特征？答：下圖為變間隊式電容傳感器的原理圖。圖中1抑固定極板，2拘與被制對象相連的活動 根極:.當活荷極阪匡幽燈魏屮吮E而引起移們時百極植間的距雋方生王化、從而產役 了兩極板之間的電容量G設極板面積為丄 其靜態(tài)電容量為c=,當活動根板移動M后，其電容量為(1)當xd時由式 可臥看出電容量C與兀不是線性關糸，只有當攻G時，才可認為是最近似線 關瓠 同時還可以看出，要提高靈敏度，應減起始間陳川過小時。但當川過小時，又容易引起擊第 同時加工精度要衣也高了。為此一般是在板檢間職直云母、塑料膜等介電常數 高的物質來改善這種情捉。在冥際應曲中，為了提高靈敏度，減dT

15、觀性，可采用差動溜 構*試說明這4. 為了提高變極距型電容傳感器的靈敏度，經常在兩極板間加一層云母或塑料膜。種方法的作用，推導這種雙層介質差動式變極距型電容傳感器的電容與動極板位移的關系 式。答:撼公式1-2-2) g4-2- 1 (c)所示電容傳感器的初始電容為=1=吋- d. 乩 _ d.+ _ _如果空氣隙減小了皿則電容信變?yōu)殡p層介質差動式燙極距型電容傳感器的電容與動極概位移的關系式為Ad5. 分布和寄生電容的存在對電容傳感器有哪些影響？為何其影響大？ 一般采取哪些措 可以減小其影響。答：改變傳感器總的電容量，甚至有時遠大于應該傳遞的信號引起的電容的變化；使傳感器電容變的不穩(wěn)定，易隨外界

16、因素的變化而變化?？梢圆扇§o電屏蔽措施和電纜驅動技術。6. 為什么高頻工作時的電容式傳感器連接電纜的長度不能任意變化？答：等效電感接在傳感器輸出端相當于串聯(lián)諧振電路，當工作頻率等于諧振頻率時，串聯(lián)諧振阻抗最小，電流最大，諧振對傳感器的輸出起破壞作用，使電路不能正常工作。7. 差動式變極距電容傳感器的初始容量 q = C = 80 pF ,初始極距S 0 = 4mm當動極板 相對于定極板位移了 S = 0.75 mm寸，試計算其非線性誤差。若改為單極平板電容，初始值不變，其非線性誤差有多大？答：解*若初始容量C = C = HOrF t初始距離也|二4介叩*當動極板相對于定極板位移了巧甘加 時、

17、非線性誤差為：yf = ()2 x 100% =(也行 x 100% = 3.5%改為單極平板電容”初始值不變，其非線性誤差為主V. = xlOO% = x1OO% = 1&方,、48. 電容式傳感器有哪幾類測量電路？各有什么特點？差動脈沖寬度調制電路用于電容 傳感器測量電路具有什么特點？答：變極距（間隙）型 變面積型（S）型； 變介電常數型特點：電容的變化量與極距的變化量呈近似線性關系，所以變極距型傳感器設計成極距在極小范圍內變化。 變面積型電容傳感器的輸出與輸入呈線性關系，但靈敏度比變極矩型低，適用于測量較大的線、角位移。變面積型電容器常用差動形式，使傳感器的輸出和靈敏度均可提高一倍。 該

18、類型大多用來測電介質的厚度、液位及利用極間介質的介電常數隨溫度、濕度改 變測介質材料的溫度、濕度等。差動脈沖寬度調制電路用于電容傳感器測量電路特點：采用直流電源，其電壓穩(wěn)定度高 不存在對穩(wěn)頻度的要求 對變間隙、變面積型的電容傳感器都能線性輸出 不需相敏檢波與解調 對元件無線性要求 對輸出矩形波純度要求不高。9. 設計一個適用于非金屬材料軟板生產傳送過程中（可能存在抖動）進行厚度控制的非得接觸式厚度測量系統(tǒng)方案。答：不會。Ch61. 電感式傳感器分為哪幾類？各有何特點？答：自感式傳感器、互感型傳感器、電渦流式傳感器自感式傳感器：優(yōu)點： 結構簡單、可靠，測量力小銜鐵為（0.5200）X 10-5N

19、 時，磁吸力為（110） X 10-5N。 分辨力、靈敏度高線位移：o.vm或更小；角位移：o.i角秒。輸出信號強，電壓靈敏度可達數百mV/mm。 重復性、線性度好在幾十m到數百mm位移范圍內輸出線性度較好，較穩(wěn)定。不足：存在交流零位信號，不宜用于高頻動態(tài)測量?；ジ行蛡鞲衅鳎簩⒈粶y量的變化轉換為互感系數來實現(xiàn)傳感。其實質上是一個輸出電壓 可變的變壓器，常采用差動形式而稱為差動變壓器。有氣隙型和螺管型，目前多采用螺 管型差動變壓器式。測量精度高；靈敏度高；結構簡單；性能可靠。電渦流式傳感器：結構簡單；靈敏度高；頻響范圍寬；不受油污等介質的影響； 能進行非接觸測量。2. 概述變間隙式差動變壓器的結

20、構、工作原理和輸出特性，試比較單線圈和差動螺線管式 電傳感器的基本特性，說明他們的性能特點？答：基本元件與構成：由銜鐵、初級線圈、次級線圈和線圈框架等構成。初級線圈作為差 動變壓器的激勵，相當于變壓器原邊，次級線圈由結構尺寸和參數相同的兩個線圈反相串接 而成，相當于變壓器的副邊。與變壓器的不同處：（a）磁路,（b）副邊連接輸出特性：單線圈式和差動螺線管式比較：在螺管線圈中插入一個活動銜鐵，銜鐵在線圈中運動時，磁阻發(fā)生變化，使線圈自感變化。其特點是磁阻高、靈敏度低，在實用中該類傳感器常用差 動結構。將鐵芯置于兩線圈中間，當鐵芯移動時，兩線圈的電感產生相反方向的增減，利用電橋將兩個電感接入電橋的相

21、鄰橋臂，可獲得比單個工作方式高的靈敏度和大的線性工作范圍。3. 影響差動變壓器輸出線性度和靈敏度的主要因素是什么？答：a）激勵電壓幅值與頻率的影響：激勵電源電壓幅值的波動，會使線圈激勵磁場的磁通發(fā)生變化，直接影響輸出電勢。頻率的波動，只要適當地選擇頻率，其影響不大。b）溫度變化的影響： 環(huán)境溫度變化，引起線圈及導磁體磁導率的變化，從而使線圈磁場 發(fā)生變化產生溫度漂移。 當線圈品質因數較低時， 影響更為嚴重，因此，采用恒流源激勵比 恒壓源激勵有利。適當提高線圈品質因數并采用差動電橋可減少溫度影響。c）零點殘余電壓： 當差動變壓器的銜鐵處于中間位置時，理想條件下其輸出電壓為零。但實際使用橋式電路時

22、，在零點仍有微小電壓（從零點幾到數十 mV）存在，稱之為零點殘余電壓（零殘）。4. 例舉一種可提高電感式傳感器線性度的常用方法，說明有效性。答：電感傳感器采用差動形式，轉換電路采用相敏檢波電路可有效改善線性度。5. 說明產生零位殘余電壓原因及減小其有效措施。 答：零點殘余電壓產生原因： 基波分量 差動變壓器兩次級繞組不完全一致，因此其等效電路參數（M、L及損耗電阻R）不相同，使兩次級繞組的感應電勢不等。又因初級線圈中銅損電阻及導磁材料的鐵損和材質的不均勻，線圈匝間電容存在等因素，使激勵電流與所產生的磁通相位不同。（主因：次級線圈的電氣和結構、材料參數不一致所致） 高次諧波 主要由導磁材料磁化曲

23、線的非線性引起。磁滯損耗和鐵磁飽和的影響，使激勵電流與磁通波形不一致而產生非正弦（主要是三次諧波）磁通，從而在次級繞組感應出非正弦 電勢。另外，激勵電流波形失真，因其內含高次諧波分量，這也導致零點殘余電壓中有高次諧波成分。措施：串聯(lián)電阻；并聯(lián)電阻、電容，消除基波分量的相位差異，減小諧波分量； 加反饋支路，初、次級間加入反饋，減小諧波分量；相敏檢波電路對零點殘余誤差有很好的抑制作用。6. 差動變壓器式傳感器測量電路幾種類型？變壓器式電橋和帶相敏整流的交流電橋在電 感式傳感器測量電路中各可發(fā)揮什么作用？哪種能獲得較理想的輸出？為什么這種電 路可減小零點殘余電壓？答：差動整流電路；相敏檢波電路。7.

24、 什么叫電渦流效應？說明電渦流式傳感器的構成有何特點。靈敏度受什么影響？優(yōu)點是 什么？答：塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中作用切割磁力線運動時，導體內部會產生一圈圈閉和的電流，這種電流叫電渦流，這種現(xiàn)象叫做電渦流效應。 渦流大小與 導體電阻率：、 磁導率以及產生交變磁場的線圈與被測體的間距x和線圈激勵電流的 頻率f有關。使其中某一參數為被測量或隨被測量變化，固定其他參數，則構成某參量的傳感器。根據電渦流效應制成的傳感器稱為電渦流傳感器。被測體對 靈敏度的影響：影響因素 1材料性質：被測導體的電導率越高，靈敏度越高；磁 性體的靈敏度比非磁性體低；鍍層有影響。影響靈敏度的因素 2 被測體大小

25、、形狀、厚度：對被測體的大小要求：被測體產生渦流環(huán)的直徑應大于線圈直徑的1.8倍；被測體形狀：被測體為圓柱體時，要求其直徑為線圈直徑的3.5倍以上；被測體厚度：一般厚度 0.2mm（視激勵頻率而定），銅、鋁等可減至 70m。特點：結構簡單；靈敏度高；頻響范圍寬；不受油污等介質的影響；能進行非接觸測量。8. 反射式和透射式渦流傳感器有何異同？答：相同點：都包含有產生交變磁場的傳感器線圈（激勵線圈）和置于該線圈附近的金屬導體，金屬導體內，都產生環(huán)狀渦流。不同點：反射式渦流傳感器只有產生一個交變磁場的傳感器線圈，而透射式渦流傳感器有兩個線圈：發(fā)射線圈（激勵線圈）L1、接收線圈L2，分別位于被測金屬板

26、的兩對側。9. 電渦流式傳感器可檢測哪些物理量？能否測量非金屬物體，為什么？當采用渦流傳感 器測金屬板厚度時，需不需要恒溫？為什么？答：適用于測位移，振動，厚度，轉速，溫度，硬度等參數以及無損探傷等。不可以測量非金屬物體，因為它是利用塊狀導體置于交變磁場或者在磁場中運動產生感應電流，非金屬物體不能產生感應電流。需要恒溫，因為不同溫度金屬板電阻不同。10. 相對其它位移傳感器，渦流式位移傳感器的主要優(yōu)點是什么？渦流傳感器能否測量 大位移？ 為什么？答：非接觸式，測量精確，精度高，體積小，安裝方便。不可以，只有當測量范圍較小時，才能保證一定的線性度。11. 試用雙螺管線圈差動型電感傳感器做成一個測

27、力傳感器。（1）用簡圖說明該傳感器的結構，并簡要說明其作用原理；（2）用圖說明兩個線圈在電橋電路中的接法。答：（1）傳感器的結構如圖a所示，它由傳力塊，彈性圓桶，雙螺管線圈，銜鐵，傳感器 座等幾部分組成。原理：被測力F通過傳力塊作用在彈性圓桶上，彈性圓桶的變形帶動銜鐵移動，使雙螺管線圈的電感量發(fā)生變化從而實現(xiàn)力的測量門）電橋的接法如閤b所斥;12. 試用電渦流式傳感器設計一個在線計數裝置，被測物體為鋼球。請畫出檢測原理框圖和電路原理框圖。13. 試用電感傳感器設計一檢測氣壓的裝置1,線圈2 鐵芯 3 銜鐵4氣囊14. 在生產過程中測量金屬板的厚度和非金屬板材的鍍層厚度常用渦流傳感 器。為了在生

28、產線上測量金屬板厚度，請設計一個不受傳送金屬板過程中的顫動 影響的厚度測量方案，簡敘其工作原理與能夠克服顫動影響的原因。不會。O。Ch7(1)、什么是壓電效應？什么是正壓電效應和逆壓電效應？ 各有何特點？(1) 正壓電效應某些電介質，當沿一定方向施加的力作用使其產生變形時，其內部產生極化現(xiàn)象，同時在兩個相對的表面上產生極性相反的電荷當外力拆除后，又可重新恢復到不帶電狀態(tài)的現(xiàn)象。并且作用力方向改變時，電荷極性也隨著改變。(2)逆壓電效應(電致伸縮效應)當在電介質的極化方向施加電場時，這些電介質就在相應方向上產生機械變形或機 械壓力，當外加電場撤去時，這些變形或應力也隨之消失的現(xiàn)象。(2) 、石英

29、晶體和壓電陶瓷的壓電效應有何不同之處？比較幾種常用壓電材料 的優(yōu)缺點，說 出各自適用于什么場合？J I I 屠I *答：石英晶休整個晶休足中性的，受外力作用而變 形吋沒佇體積變形壓電效應，但它貝右良好的厚度 變形和長度變形壓電效應。壓電陶瓷PZT是一種多晶體，原始的壓電陶瓷 材料并不貝有壓電性，必須在一定溫度下做極化處 理后，留下了很強的剩余極化強度，才能使武呈現(xiàn) 出壓電特性.壓電陶瓷的縱向壓電常數要比石英晶體大得多。石英晶體適用于傳感器不用維修的場合，介電和壓電常數的溫度穩(wěn)定性好，但靈敏度低；壓電陶瓷靈敏度高， 穩(wěn)定性差，適用于環(huán)境穩(wěn)定，便于校準修正的場合。、用壓電式傳感器能測量靜態(tài)和變化緩

30、慢的信號嗎？為什么？答：當壓電元件內部的信號電荷無漏損”外電路負載無窮大時，其受力產生的電壓或電荷才可長期保存，否則電路將以某時間常數按指數規(guī)律放電。這對靜態(tài)標定和低頻準靜態(tài)測量極為不利，必然帶來誤差。事實上，壓電元件內部存在泄漏，外接負載不可能無窮大，只有 外力以較高頻率不斷作用，信號電荷才能補充。故壓電元件不能用于靜態(tài)測量。(4) 、壓電元件在使用時常采用多片串聯(lián)或并聯(lián)的結構形式。試述在不同接法下輸出電壓、電荷、電容的關系，壓電元件的串聯(lián)與并聯(lián)分別適用于何種應用場合？答：兩壓電片的負極都集中在中間電極上，正電極在兩邊的電極上。這種接法稱為并聯(lián)。其 輸出電容C并為單片電容 C的兩倍，但輸出電

31、壓 U并等于單片電壓 U,極板上電荷量 q并 為單片電荷量q的兩倍，即：q并二2qU并二UC并二2C正電荷集中在上極板， 負電荷集中在下極板， 而中間的極板上片產生的負電荷與下片產生的 正電荷相互抵消，這種接法稱為串聯(lián)。由圖可知，輸出的總電荷q串等于單電荷q,而輸出電壓U串為單片電壓 U的兩倍，總電容 C串為單片電容C的一半，即：Cq串二 qU 串二 2UC串二串、并聯(lián)接法的特點并聯(lián)法：輸出電荷大，時間常數大，宜用于測緩變信號，適用于以電荷作為輸出量的場合。串聯(lián)法：輸出電壓大，本身電容小，適用于以電壓作為輸出的較快變信號，且測量電路輸入阻抗很高的場合。(5) 、壓電式傳感器測量電路的作用是什么

32、？其核心是解決什么問題 ？比較電荷放大器和電壓放大器的性能特點和各自的適用場合。答:壓電式傳感器的產生的電量非常小，內阻很高。測量電路的作用是進行阻抗變換和放大，即要求測量電路的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，通常用高輸入阻抗運放。電壓放大器將壓電式傳感器的高輸出阻抗經放大器變換為低阻抗輸出，并將微弱的電壓信號進行適當放大，線路簡單，線性度和穩(wěn)定性好，但其所接配的壓電式傳感器的電壓靈敏度將隨電纜分布電容及傳感器自身電容的變化而變化，而且電纜的的更換得引起重新標定的麻 煩。電荷放大器是一種具有深度電容負反饋的高增益運算放大器，其雖然允許使用很長的電纜，并且電容Ce變化不影響靈敏度， 但它比電壓放大器

33、價格高，電路較復雜，調整也比較困難。、己知電壓前置放大器輸入電阻及總電容分別為Ri = 1MQ,Ci = 100 pF ,求與壓電加速度計相配，測1Hz振動時幅值誤差是多少？誓；對十電比前直取大器.具買除輸人電比與理想輔人電比之比的布跨褊魏特性為I= f、yl + GJT y為被満信號的頻率為fTHz時.有3嚴心V1 + (2?.C.)22xlxlxl0( xlOO xlO-13= 6.3xl0_11+ |2xl x lx 10 x 100 x 10_n f所以幅值誤差為占=6.3x10 -1 = -0.99?4 = -99.4%由此可見SI量誤差太大了*原因在于輸入陰抗太小。Ch81、超聲波

34、在通過兩種介質界面時，將會發(fā)生什么現(xiàn)象？當超聲波由一種介質入射到另一種介質時，由于在兩種介質中的傳播速度不同，在異質界面上會產生反射、折射和波型轉換等現(xiàn)象。2. 影響超聲波的傳播速度的有哪些因素?與傳播介質，以及媒介的密度、彈性模量，液體的黏度、密度等有關。3. 簡述超聲波測厚度、液位、流速的原理。超聲波測厚度由信號發(fā)射源和探測器兩部分組成，測量時通過厚度的變化來改 變探測器接收信號的強弱或快慢，最后轉換成與輸出信號呈線性關系的厚度絕對 量值。超聲波測液位是利用其在兩種介質的分界面上的反射特性，從發(fā)射超聲脈沖開始，到接收換能器接收到反射波為止的這個時間間隔為已知，進而求出液位。超聲波測流速利用

35、超聲波在順流和逆流中的傳播速度進行測量。測量裝置是在管外設置兩個相隔一定距離的收發(fā)兩用壓電超聲換能器，每隔一段時間（如1/IOOs），發(fā)射和接收互換一次。在順流和逆流情況下，發(fā)射和接收的相位差與 流速成正比。據此，精確測定流速。4. 壓電式超聲波探頭有哪幾種結構？超聲換能器中的阻尼塊起什么作用？有縱波探頭和橫波探頭兩種結構。阻尼塊作用是吸收壓電振子背向輻射聲能，降 低晶片的品質因數。5. 超聲波傳感器的發(fā)射與接收分別利用什么效應，檢測原理是什么？發(fā)射利用逆壓電效應，接收利用正壓電效應。檢測原理主要是通過測量某些媒質 的聲學特性來檢測各種非聲量。6. 超聲傳感器進行物位檢測有哪幾種方式？舉例說明

36、其應用情況。一是單換能器方式，發(fā)射和接收超聲波均使用一個換能器。 二是雙換能器方式， 發(fā)射和接收各由一個換能器來完成。 超聲波傳感器可用來測量液體的高度， 物體 的厚度以及金屬損傷等等。7. 現(xiàn)在越來越多的家庭擁有了自己的小汽車， 車上配置的倒車防撞雷達多數是 基于超聲 檢測原理制成的，請思考一下其是如何實現(xiàn)這一功能的？（畫出檢測示 意圖、說明檢測原理）答：倒車雷達用于測距上，在某一時刻發(fā)出超聲波信號，在遇到被測物體后的射 回信號波，被倒車雷達接收到，得用在超聲波信號從發(fā)射到接收回波信號這一個 時間而計算出在介質中的傳播速度，這就可以計算出探頭與被探測到的物體的距 離。其檢測原理是壓電式超聲波

37、發(fā)生器， 它有兩個電晶片和一個共振板，當兩極 外加脈沖信號，它的頻率等于壓電晶片的固有震蕩頻率時， 壓力晶片將會發(fā)生共 振，并帶動共振板振動，將機械的能轉為電信號，這也就成了超聲波探頭的工作 原理。8. 有一些避免閑人靠近的重要場所，如高壓危險場所，需要安裝必要的提醒裝 置，當閑 人靠近時應該自動發(fā)出告警信號，試設計這一裝置。答：被動紅外報警器主要是根據外界紅外能星的鋁匕來判斷是否有人在移動人體的紅外能冒與 環(huán)境有差別，當人通過探測區(qū)域時，報警器收集到的這個不同的紅外能量的位著變化，進而 通過分析發(fā)出報警。人體都有恒定的體溫，一般在刃度左右*會發(fā)出特定波長m左右 的紅外線，被動紅外報警器就是龍

38、探測人體發(fā)射的10p m左右的紅外線而進行工作的口人 體發(fā)射的lOp ni左右的紅外線通過菲涅爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上。紅外感應源 通常采用熱釋電元件這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡 向外釋放電荷，后續(xù)電路經檢測處理后就能產生報警信號。電源傳感器放大濾波Jh-4指示電路J 口口基淮電莊9. 利 用超聲波 測厚 的基本方 法是 什么？已 知超 聲波在工 件中的聲速為 5640m/s,測得的時間間隔t為22 s ,求工件厚度。答：超聲波測厚的基本方法是通過厚度的變化來改變探測器接收信號的強弱或快慢，最后轉換成與輸出信號呈線性關系的厚度絕對量值。厚度D=5640X1

39、1=0.062mCH91. 磁電感應式傳感器有哪幾種類型？它們有什么相同點和不同點？ 答：磁電式傳感器分為動圈式和磁阻式；動圈式分為線速度型和角速度型 相同點：都是利用電磁感應原理將被測量轉換成電信號的傳感器； 都有線圈、 磁 鐵、活動銜鐵。不同點：動圈式傳感器中是線圈作運動從而產生感應電動勢，磁阻式磁電傳 感器在工作時， 線圈與磁鐵部分是相對靜止的， 由與被測量相連的物體 （導磁材 料）的運動來改變磁路的磁阻， 從而改變貫穿線圈的磁通量， 在線圈中產生感應 電動勢。2. 為什么磁電感應式傳感器又叫做速度傳感器？怎樣用它測量運動位移和加 速度？答：根據電磁感應定律， 磁電感應式傳感器的線圈感應

40、電壓與線圈磁通對時間的 導數成正比， 而實現(xiàn)磁通變化有兩種方式： 活動銜鐵相對磁鐵振動或轉動， 線圈 相對磁鐵振動或轉動。 這兩種方式產生的感應電壓都與振動或轉動的速度成正 比，因此磁電感應式傳感器又叫做速度傳感器。 在磁電感應式傳感器后面接積分 電路可以測量位移，后面接微分電路可以測量加速度。因為位移是速度的積分， 而加速度是速度的微分。3. 磁電式傳感器與單線圈 （螺管）自感式傳感器有何異同？為什么后者可測量靜 位移或 距離而前者卻不能？答：相同點：都有線圈和活動銜鐵。不同點：磁電式傳感器的線圈是繞在永久磁鋼上， 自感式傳感器的線圈是繞 在不帶磁性的鐵心上。自感式傳感器的線圈的自感取決于活

41、動銜鐵與鐵心的距 離，磁電式傳感器線圈的感應電壓取決于線圈與活動銜鐵的相對運動速度。 當相 對運動速度為零時，氣隙磁阻不變化，線圈磁通不變化，線圈就沒有感應電壓， 因此后者可測量靜位移或距離而前者卻不能。4. 已知變磁通式轉速傳感器輸出電動勢的頻率f=72Hz,測量齒盤的齒數Z=36,求： 被測軸的轉速是每分鐘多少轉？ （2）在上述情況下，如果計數裝 置的讀數誤差為 1 個數字，其最大轉速誤差是多少？ 答：（1） n=f/z=72/36=2rpm（2）CH10.1. 什么是霍爾效應？ 答：在金屬或半導體薄片相對兩側面 ab 統(tǒng)一控制電流 I ，在薄片垂直方向上施加磁場B,則在垂直于電流和磁場的方向上，即另兩側面cd會產生一個大小與控制電流I和磁場B乘積成正比的電動勢UH,這一現(xiàn)象稱為霍爾效應。2. 霍爾元件常用材料有哪些？為何不用金屬做霍爾元件材料？為何霍爾元件為溥片？答：霍爾元件常用的半導體材料有 N型Ge InSb , InAs , GaAs InAsP,和N型Si等；霍爾系數：K=1/(n*q)式中，n為載流子密度，一般金屬中載流子密度很大，所以金屬材料的霍爾 系數系數很小，霍爾效應不明顯；而半導體中的載流子的密度比金屬要小得多，所以半導體的霍爾系數系數比