傳感器與測試技術(填空題考點歸納)

1、傳感器與測試技術第1章 緒論1. 傳感器由敏感元件、轉換元件和轉換電路（信號調(diào)理電路）組成。2. 傳感器的靜態(tài)特性有非線性度、靈敏度、遲滯（回程誤差）和重復性等。第2章 信號分析與處理1. 按信號能量是否有限，可分為能量信號和功率信號。2. 能量信號的平均功率為零。3. 功率信號的平均功率有限。4. 周期信號中，比較傅里葉級數(shù)的兩種展開式可知：（1） 復指數(shù)函數(shù)形式的頻譜為雙邊譜，三角函數(shù)形式的頻譜為單邊譜；（2） |Cn|=An/2；（3） 雙邊幅頻譜為偶函數(shù)，雙邊相頻譜為奇函數(shù)。5. 非周期信號中，可知：（1） 非周期信號的幅頻譜|X（f)|是連續(xù)譜，周期信號的幅頻譜|Cn|是離散譜；（2

2、） 二者量綱不同，前者是頻譜密度函數(shù)，后者是信號幅值。6. 關于奇偶虛實性的三個結論:(1) 傅里葉變換不改變奇偶性；(2) 偶函數(shù)變換不改變虛實性；(3) 奇函數(shù)變換改變虛實性。7. 香農(nóng)定理：為了避免頻率混疊，以便采樣后仍能準確地恢復原信號，要求2。其中為采樣頻率，為最高頻率。第3章 測量誤差與數(shù)據(jù)處理1. 引用誤差表征儀器儀表測量精度。2. 誤差的分類：系統(tǒng)誤差、隨機誤差和粗大誤差。3. 算術平均值是反映隨機誤差的分布中心，而標準差則反映隨機誤差的分布范圍。4. 測量結果的最可信賴值應在殘差平方和為最小的條件下求出，這就是最小二乘法原理。5. P58頁的表3-1.(1) k=1時，置信概

3、率為0.6826.(2) k=2時，置信概率為0.9544.(3) k=3時，置信概率為0.9973.第4章 測試系統(tǒng)的特性分析1. 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性（1） 非線性度：標定曲線偏離其擬合直線的程度。其中最常用的方法是最小二乘直線。（2） 靈敏度：測試系統(tǒng)在靜態(tài)測量時被測量的單位變化量引起的輸出變化量。線性測試系統(tǒng)的靈敏度S為常數(shù)，靜態(tài)特性曲線的斜率越大，其靈敏度越高。裝置的靈敏度越高，就越容易受外界干擾的影響，即裝置的穩(wěn)定性越差。（3） 遲滯（回程誤差或滯后）：反映在測試過程中輸入量在正行程與反行程的標定曲線不重合。（4） 重復性：同一個測點，測試系統(tǒng)按同一方向作全量程的多次重復測量時，每一

4、次的輸出量都不一樣，是隨機的。反應了測量值的隨機性、分散性。（5） 零漂：零位變化動態(tài)。（6） 溫漂：輸出動態(tài)變化。反映了溫度穩(wěn)定性。2. 線性時不變系統(tǒng)有兩個重要的性質(zhì):疊加性和頻率保持性。第5章 電阻應變片式傳感器1. 電阻應變片的工作原理是基于金屬的應變效應。2. 橫向效應：由于橫向應變使總電阻相對變化量減少的現(xiàn)象。3. 電阻應變片的主要參數(shù):(1) 靈敏系數(shù)(靜態(tài)靈敏度）：其誤差的大小是衡量應變片質(zhì)量優(yōu)劣的主要標志。(2) 疲勞壽命：它反映了應變片對于動態(tài)應變的適應能力。(3) 絕緣電阻：它是檢查應變片的粘貼質(zhì)量以及粘接層固化程度和是否受潮的標志。(4) 機械滯后是指對已安裝的應變片，

5、在溫度恒定時，加載和卸載過程中同一載荷下指示應變的最大差值。(5) 零漂是指對已安裝的應變片，在溫度恒定且試件不受力的條件下，指示應變隨時間的變化。(6) 蠕變是指對已安裝的應變片，在溫度恒定并承受恒定的機械應變時，指示應變隨時間的變化。4. 溫度效應：由溫度變化造成虛假應變的現(xiàn)象稱作溫度效應。5. 溫度補償?shù)姆椒ㄓ袠蚵费a償法和應變片自補償法。6. 直流電路平衡條件和預調(diào)平衡條件：R1R4=R2R3.7. 直流電橋時：（1）單臂電橋 =U (2) 雙臂電橋 =U (3） 全橋 =U8. 交流電橋的平衡條件=和+=+即：相對臂阻抗模的乘積必須相等，相對臂阻抗角的和必須相等。 交流電橋的預平衡條件

6、R1R4=R2R3和R1C1=R2C2.即電阻預調(diào)平衡和電容預調(diào)平衡。第6章 電容式傳感器1. 電容式傳感器可以分為變間隙（極距）式、變面積式和變介電常數(shù)式。2. 要提高靈敏度，應減小起始間隙，但過小，容易引起電容器擊穿或短路。為此，極板間采用高介電常數(shù)的材料（云母、塑料膜等）作介質(zhì)。3. 電容式傳感器做成差動式結構以后，靈敏度提高了一倍，非線性度大大降低了。4. 電容式傳感器的信號調(diào)理電路包括：電橋電路、調(diào)頻電路、諧振電路、運算放大器式電路和脈沖寬度調(diào)制電路（PWM)。5. 運算放大器式電路的優(yōu)點是能夠將電容式傳感器的非線性特性轉換為線性關系。前提條件是運算放大器的放大倍數(shù)K無窮大、輸入阻抗

7、無窮大。6. 差動式脈沖調(diào)寬電路的優(yōu)點是：不論是改變平板電路器的極板面積或是極板距離，電容器變化量與輸出量都成線性關系。7. 為減小環(huán)境溫度對結構尺寸的影響，在制造電容式傳感器的時候，一般選用溫度系數(shù)小、幾何尺寸穩(wěn)定的材料。8. 為了減少邊緣效應，應給電容器加等位環(huán)。9. 電容式傳感器的應用：（1） 變極距d：差動式電容測厚儀 微壓/升壓電容傳感器（2） 變介電常數(shù)：液位/物位/限位 電容式接近開關 延時起爆器鉆地導彈（3） 變極板面積S：調(diào)頻收音機第7章 電感式傳感器1.變氣隙厚度的電感式傳感器，采用差動式結構后，靈敏度可以提高一倍，并且非線性誤差減小。2.變氣隙面積的電感式傳感器，在忽略邊

8、緣效應的條件下，其電感量L與面積S成線性關系。3.對于單螺管線圈型，當x=0.5l時，傳感器靈敏度最高； 對于雙螺管線圈型，當x=0.6l時，傳感器靈敏度最高。4. 變壓器式交流電橋，當傳感器的鐵芯處于中間位置時，即Z1=Z2=Z，此時有=0，電橋平衡。5. 相敏檢波電路的作用：（1） 判斷銜鐵移動方向；（2）消除零位誤差；（3）濾除高頻噪聲。6. 消除溫度漂移的方法：（1） 采用恒流源作激勵；（2）提高線圈品質(zhì)因數(shù)；（3）采用差動電橋；（4）合理匹配線膨脹系數(shù)。7. 改善非線性特性的方法：（1） 采用差動結構；（2）限制銜鐵的最大位移量。8. 螺管式差動變壓器次級線圈S1和S2反極性串聯(lián)。9

9、. 渦流式傳感器可分為高頻反射式渦流傳感器和低頻透射式渦流傳感器。前者用于測量位移，后者用于測量厚度。10. 渦流式傳感器的應用：（1）無損檢測（探傷）；（2）安檢門第八章 壓電式傳感器1.壓電式傳感器的工作原理是基于壓電效應。2.壓電式傳感器通常是利用縱向壓電效應來實現(xiàn)的。3.電能機械能； 電能機械能。4. 壓電材料的三個特性：（1） 壓電常數(shù)衡量材料壓電效應的強弱：靈敏度。（2） 機電耦合系數(shù)機電轉換效率。（3） 居里點壓電材料開始喪失壓電特性的溫度，表征材料對溫度的穩(wěn)定性。5. 石英晶體x軸為電軸，y軸為機械軸，z軸為光軸。6. P169 圖8-37. 壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料

10、，不具有壓電效應；為了使壓電陶瓷具有壓電效應，必須進行極化處理。8. 壓電陶瓷由無數(shù)細微的電疇組成。PZT為壓電陶瓷的一種。9. 只有在外電路負載為無窮大、內(nèi)部無漏電時，壓電式傳感器受力所產(chǎn)生的電荷及其形成的電壓U才能長期保存下來。10. 壓電元件并聯(lián)時，輸出電荷；串聯(lián)時，輸出電壓。11. 前置放大器的兩個作用：（1） 把壓電式傳感器的微弱信號放大；（2)把傳感器高阻抗輸出變換為低阻抗輸出。12. 前置放大器有電壓放大器和電荷放大器。13. 電壓放大器又稱阻抗放大器。它的主要作用是把壓電傳感器的高阻抗變換為低輸出阻抗，并將微弱信號進行適當放大。14. 當作用在壓電元件上的力是靜態(tài)力（w=0)時

11、，則前置放大器的輸出電壓等于零，電荷就會通過放大器的輸入電阻和傳感器本身的泄露電阻漏掉。這也就從原理上決定了壓電傳感器不能測量靜態(tài)物理量。15. 電壓放大器的一個缺點：連接電纜不宜過長，而且也不能隨意更換電纜，否則會使傳感器實際靈敏度與出廠校正靈敏度不一致，從而導致測量誤差。16. 電荷放大器一個突出的優(yōu)點是，在一定條件下，傳感器的靈敏度與電纜長度無關。17. 壓電式傳感器的應用破甲彈。第14章 溫度的測量1. 熱電偶的測溫原理是基于熱電效應。2. T接觸點為熱端，又稱工作端或者測量端；接觸點為冷端，又稱參考端或者自由端。3. 熱電勢=接觸電勢+溫差電勢。4. 形成熱電勢的兩個必要條件：（1）

12、 兩種導體的材料不同；（2） 接點的溫度不同。5.熱電偶測溫基本定律：（1) 均質(zhì)導體定律 兩種均質(zhì)金屬組成的熱電偶，其熱電勢大小只與熱電極材料和兩端溫度有關，與熱電極的幾何尺寸及熱電極長度上的溫度分布無關。（2） 中間導體定律 在熱電偶回路中插入第3種，第4種.導體，只要插入導體的兩端溫度相等，且插入導體是均質(zhì)的，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢保持不變。 公式：(,)=(,)+(,)(3) 中間溫度定律 在熱電偶回路中，兩接點溫度為,時的熱電勢，等于該熱電偶在接點，的熱電勢與，的熱電勢之和。 公式：(,)=(,)+(,) 若=0時，則有 (,0)=(,)+(,0)6.插值公式：=+(-)7.我國把性能符

13、合專業(yè)標準或國標并具有統(tǒng)一分度表的熱電偶材料稱為定型熱電偶材料。8.銅熱電阻，在溫度t時的銅電阻值為：=1+(t-) 在時電阻值； 在初始溫度為時的溫度系數(shù)。分度號為50的熱電阻的為50歐；分度號為100的熱電阻的為100歐。9.集成溫度傳感器就是利用pn結的伏安特性與溫度之間的關系研制成的一種固態(tài)傳感器。第十二章 位移的測量1.光柵傳感器由光柵讀數(shù)頭和光柵數(shù)顯表組成。2.光柵數(shù)顯表是實現(xiàn)細分、辨向和顯示功能的電子系統(tǒng)。3.莫爾條紋（亮帶與暗帶）之間的間距可表示為： =4. 莫爾條紋的主要作用：（1） 放大位移；（2） 消除局部誤差；（3） 辨向。5. 為了提高分辨率能夠測量比柵距更小的位移，

14、采用細分技術。6. 對莫爾條紋的細分方法有電子細分法、光學細分法和機械細分法。7. 旋轉編碼器分為脈沖盤式（增量式）和碼盤式（絕對式）。8. 增量式編碼器需要計數(shù)系統(tǒng)和零位基準才能測旋轉角度。9. 絕對式編碼器的最小分辨角度=360/ 10. 超聲波的傳播波型主要可分為縱波、橫波、表面波等幾種。11. 縱波能在三態(tài)中傳播；橫波只能在固體中傳播；表面波只能在固體表面?zhèn)鞑ァ?2. 由物理學知，當波在界面處產(chǎn)生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦之比，等于入射波在第一介質(zhì)中的波速c1與折射波在第二介質(zhì)中的波速c2之比，即 13. 超聲波傳感器常用壓電式：（1）發(fā)射探頭：逆壓電效應。（2）接收探頭：正壓

15、電效應。14. 超聲波傳感器的應用：（1） 物位/液位傳感器；（2） 超聲防盜報警器；（3） 無損探傷。15. 超聲防盜報警器基于多普勒效應。16. 超聲波傳感器分為透射型和反射型。17. 直線感應同步器由定尺和滑尺兩部分組成。18. 標準型定尺每塊長250mm，繞組節(jié)距W=2mm。19. 滑尺上有兩組繞組：一組叫正弦繞組，簡稱S繞組；另一組叫余弦繞組，簡稱C繞組。兩線圈繞組在空間位置上相差W/4。20. 根據(jù)感應同步器輸出信號的處理方式，可分為鑒幅型數(shù)字位移測量系統(tǒng)和鑒相型數(shù)字位移測量系統(tǒng)。21. 機械位移角=2x/W。 第10章 固態(tài)圖像傳感器1.CCD的突出特點是以電荷作為信號，而不同于

16、其他大多數(shù)器件是以電流或者電壓為信號。2.CCD的基本功能是電荷的存儲和電荷的轉移。3.CCD的基本結構：構成CCD的基本單元是MOS電容器，Si層，金屬電極，像素。4.在一定條件下，所加電壓越大，耗盡層就越深。這時的MOS電容器所能容納的少數(shù)載流子電荷的量就越大。5.外加在MOS電容器上的電壓愈高，產(chǎn)生勢阱愈深；外加電壓一定時，勢阱深度隨勢阱中電荷量的增加而線性下降。6.使信號電荷由勢阱淺處流向勢阱深處，實現(xiàn)信號電荷的轉移。7.P202圖10-5.8.CCD中信號電荷的產(chǎn)生有兩種方式：電注入和光注入。9.固態(tài)圖像傳感器（CCD）從結構上講可以分為線型和面型兩類。10.分辨率通常有兩種不同的表

17、示方式：一種是極限分辨率；另一種是調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF)。11.極限分辨率是指人眼能夠分辨的最細線條數(shù)，有很大的主觀性。12.調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）能夠客觀地反映CCD傳感器對于不同空間頻率的目標成像的清晰程度。13.在無光條件下，圖像傳感器仍能產(chǎn)生的輸出噪聲電流稱為暗電流。14.CCD的應用：（1）尺寸測量非接觸的在線自動檢測。（2）圖像傳真。（3)文字識別。第9章 紅外傳感器1.光電傳感器基于光電效應。2.光電效應分為外光電效應和內(nèi)光電效應。3.紅外線傳感器的工作原理基于光熱效應。4.紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射。5.物體的溫度越高，輻射出來的紅外線越多，紅外輻射的能量就越強。6.紅外輻射和所有電磁波一樣，是以波的形式在空間直線傳播的。7.紅外傳感器（也稱為紅外探測器）是能將紅外輻射能轉換成電能的光電器件。8.根據(jù)探測機理可分為熱傳感器（基于熱電效應）和光子傳感器（基于光電效應）。9.紅外傳感器的性能參數(shù)（1）噪聲等效功率（NEP）噪聲等效功率是信噪比為1的紅外傳感器探測到的最小輻射功率。（2） 探測率（D)與比探測率(D*) 探測率是表示紅外傳感器靈敏度大小的參數(shù)，它等于噪聲等效功率的倒數(shù)。探測率越高，表明傳感器所能探測到的最小輻射功率越小，傳感器越靈敏。 比探測率又叫歸一