2202传感器与检测技术复习资料

1、传感器与检测技术知识点整理 DX代表单项选择题 GN代表概念题 JD代表简答题 JS代表计算题 （重点看不涉及数字的题（概念性的题）。第1章：概述一、传感器的定义。DX，GN工程中通常把直接作用于被测量，能按一定规律将其转换成同种或别种量值输出的器件称作传感器。二、传感器的分类。DX，GN1.物性型传感器：依靠敏感元件材料本身物理化学性质的变化来实现信号变换的传感器。属于物性型传感器有：光电式和压电式，如：电阻应变片，压电式加速度计，光电管等。2.结构型传感器：依靠传感器结构参量的变化实现信号转换。属于结构型传感器的有：电感式，电容式，光栅式。如：电容传感器，涡流传感器，差动变压器式等。五套3

2、.按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（光电式传感器 ）三、传感器的特性与主要性能指标。DX，GN，JS1.静态指标：线性度，灵敏度，重复性等。 （1）线性度：指测量装置输出、输入之间保持常值比例关系的程度。（2）灵敏度：输出的变换量与输入的变换量之比。（3）重复性：指测量系统在输入量按同一方向做全量程连续多次测试时所得输入、输出特性曲线不重合程度。2.动态指标：属于传感器动态性能的有：固有频率，四、传感器及检测系统基本特性的评价指标与选用原则。DX，GN，JD1.灵敏度 （1）测试系统的灵敏度越高，则其测量范围：越窄 （2）对于理想的定常线性系统，灵敏度是（常数 ） （3）传感器灵敏度的选

3、用原则。尽量选用灵敏度高的传感器 尽量选用信噪比大的传感器 当被测量是向量时要考虑交叉灵敏度的影响 过高的灵敏度会缩小其适用的测量范围2.线性度 （1）非线性度是表示校准曲线( 偏离拟合直线 )的程度。 3.稳定性 （1）测试装置在规定条件下保持其测量特性恒定不变的能力称( 稳定度 ) 4.精确度 （1）精度：也称为精确度，是反映测量系统误差和随机误差的综合误差指标，即准确度和精密度的综合偏差程度。 （2）传感器精确度的选用原则。 尽量选用精确度高的传感器，同时考虑经济性 对于定性试验，要求传感器的精密度高 对于定量试验，要求传感器的精确度高 传感器的精确度越高，价格越昂贵。五、其他知识点。D

4、X，GN，JD1.可靠性：是指在使用环境和运行指标不超过极限的情况下，系统特性保持不变的能力。2.在静态测量中，根据绘制的定度曲线，可以确定测量系统的三个静态特性：灵敏度，非线性度，回程误差。3.在非电量电测法中,总是将被测信号转换成( 电信号 )4.传感器测量方式的选用原则。 工作方式不同对传感器要求也不同 对运动部件，往往需要非接触测量 对自动控制与检测系统应进行在线测量 对危险的工作场合，应采用遥测装置。5.测量装置有效地辨别紧密相邻量值的能力称( 分辨力 )6.通常物性型传感器的工作频率范围 ( 较宽 )7.传感器响应特性的选用原则。 响应特性必须满足不失真测量条件 延迟时间越短越好

5、物性型传感器响应较快，可工作频率范围宽；结构型传感器固有频率低，可工作频率较低 充分考虑被测物理量的变化特点。8.电参数型传感器：被测量变化导致电阻、电感、电容发生变化的敏感元件统称为电参数型传感器。9.按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（ 光电式传感器 ）第2章：位移检测传感器一、参数型位移传感器。DX，MC，JD，JS 1. 测量范围大的电容式位移传感器的类型为（ 容栅型 ）2. 有一电容测微仪，其电容圆形极板半径为4mm，工作初始间隙，空气介质。求：通过测量得到的电容变化量为，则传感器（电容）与工件之间间隙变化的距离是多少？如测量电路的灵敏度，读数仪器灵敏度格/mv，则此时仪器示值变

6、化多少格？（真空介电常数 ，空气介质）： 格 3. 对差动变压器式传感器进行静态定标时，铁芯向上和向下运动时零点不一致的原因是( 零点残余电压 )4. 差动变压器零点残余电压：由于两个次级线圈结构不对称，以及初级线圈铜损电阻、铁磁材质不均匀，线圈间分布电容等原因所形成的现象。5. 涡流式传感器测量位移与其它位移传感器比较，其主要优点是什么？能实现非接触测量，结构简单，不怕油等介质污染。6. 涡流传感器能否测量大位移量?为什么?涡流传感器不能测量大位移量，只有当测量范围较小时，才能保证一定的线性度。二、大位移传感器。DX，JS 1.光栅式 莫尔条纹光栅传感器的输出是( 数字脉冲式 ) 2.感应同

7、步器 （1）（ 感应同步器）常用于测量大位移。 （2）直线式感应同步器由哪两个绕组组成？ 由固定绕组和滑动绕组组成。（3）鉴相式测量电路的作用是什么？ 检测感应电动势的相位，从而根据相位确定位移量的大小和方向。第3章：力、扭矩和压力传感器一、测力传感器。DX，GN，JD，JS 1. 电阻应变式（1）将电阻应变片贴在( 弹性元件 )上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。 （2）金属丝应变片在测量某一构件的应变时,其电阻的相对变化产生的原因是( 几何尺寸变化 ) （3）半导体应变片的工作原理是基于( 压阻效应 )（4）半导体应变片具有( 灵敏度高 )等优点。（5）半导体应变片的特点。

8、 灵敏度高； 由于机械滞后小、横向效应小及体积小等特点，扩大了使用范围；温度稳定性能差；灵敏度分散度大，非线性误差大。（6）金属电阻应变片与半导体应变片的区别？金属电阻应变片是利用导体形变引起电阻的变化，而半导体应变片是利用半导体电阻率变化引起电阻的变化。（7）应变片在弹性元件上的布置原则及几种电桥接法具有温度补偿作用。贴在应变最敏感部位，使其灵敏度最佳；在复合载荷下测量，能消除相互干扰；考虑温度补偿作用；单臂电桥无温度补偿作用，差动和全桥方式具有温度补偿作用。（8）应变片的温度补偿法：消除由温度引起的影响，或者对它进行修正以求出仅由载荷作用引起的真实应变的方法。（9）利用相邻双臂桥检测的应变

9、式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（ 两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片 ）。（10）直流电桥同一桥臂增加应变片数,则电桥灵敏度( 不变 )（11）有人在使用电阻应变仪时发现灵敏度不够，于是在半桥双臂各串联一片电阻应变片，问是否提高灵敏度？为什么？ 不能提高灵敏度； 因为电桥灵敏度只与供桥电压和电阻的相对变化有关。 （12）用电阻应变片接成全桥，测量某一构件的应变，已知其变化规律为，如果电桥激励电压，试求此电桥的输出信号频谱并画幅值图。JS解： 电桥输出电压， 应变片灵敏度 0An990099901001010100 （13）有一拉力传感器用钢柱作为敏感元件，其上贴有一电阻应变片

10、，已知钢柱的截面积为1平方厘米，弹性模量为20，应变片的灵敏度系数为2。若测量电路对应变片电阻相对变化量的分辨力为，试计算该传感器能测出的最小拉力。解： 可测最小拉力1牛顿 （14）有一钢板，原长1米，钢板弹性模量为，使用BP-3箔式应变片电阻为120，灵敏度系数为2，测出拉伸应变为300 u，求钢板伸长，应力，电阻相对变化及电阻变化。解： 2压电式（2）压电式传感器最好采用电荷放大器的原因是( 可忽略导线电容和分布电容 )（3） 压电式传感器与一般电压放大器连接使用时,中间加一级前置放大器,该放大器主要用来( 实现高阻抗输入、低阻抗输出 )（4）压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时

11、各自的特点。传感器与电压放大器连接的电路，其输出电压与压电元件的输出电压成正比，但容易受电缆电容的影响。传感器与电荷放大器连接的电路，其输出电压与压电元件的输出电荷成正比，电缆电容的影响小。（5）进行某次动态压力测量时，所采用的压电式力传感器的灵敏度为90.9nc/MPa,将它与增益为0.005v/nc的电荷放大器相连，而电荷放大器的输出接到一台笔式记录仪上，记录仪的灵敏度为20mm/v。试计算这个测量系统的总灵敏度。又当压力变化为3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？（3-10）解： 二、扭矩传感器。JD 1.压磁式扭矩仪的工作原理。压磁式扭矩仪的轴是强导磁材料。根据磁弹效应，当轴

12、受扭矩作用时，轴的磁导率发生变化，从而引起线圈感抗变化，通过测量电路即可确定被测扭矩大小。2.举例说明两类扭矩的测量原理。（1）轴类零件受扭矩作用时，在其表面产生切应变，可通过测量该应变检测扭矩，如电阻应变式扭矩传感器。（2）弹性转轴受扭后，两端面的相对转角只与所承受的扭矩有关，且呈比例关系，可通过测量扭转角测量扭矩，如电容式或光电式扭矩传感器。三、压力传感器。DX （1）通常采用的弹性式压力敏感元件有（ 波纹管 ）第4章：速度、加速度传感器一、速度传感器。DX，JD，JS 1可变磁阻式传感器中，铁芯磁阻比空气隙磁阻( 小得多 )2. 磁电式速度计输出电量大小正比于( 线圈与壳体的相对速度 )

13、3.磁电式速度计工作频率范围比本身固有频率( 高 )4磁电式绝对速度传感器的弹簧刚度，测得其固有频率，欲将减为10，刚度应为多少？可否将此类结构传感器固有频率降至1或者更低？会产生什么问题？解： 固有频率 若降到1，则 结构型传感器由于刚度太小无法实现。 5. 已知测量齿轮齿数Z=18，采用变磁通感应式传感器测量工作轴转速(如图所示)。若测得输出电动势的交变频率为24(Hz)，求：被测轴的转速n(r/min)为多少?当分辨误差为±1齿时，转速测量误差是多少?解：(1)测量时，齿轮随工作轴一起转动，每转过一个齿，传感器磁路磁阻变化一次，磁通也变化一次，因此，线圈感应电动势的变化频率f等

14、于齿轮的齿数Z与转速n的乘积。f=nZ/60 n=80(r/min)(2)读数误差为±1齿，所以应为转，即： n=80± (r/min)二、加速度传感器。DX，MC，JD，JS1.压电式加速度计的工作原理是基于( 压电效应 )2.压电式加速度计与测振仪之间可串联的仪器有( 电荷放大器 )3.压电式加速度计横向灵敏度：表示它对横向（垂直于加速度轴线）振动的敏感程度。4.压电式加速度传感器是（ 适于测量动态 ）信号的传感器。5.压电式加速度计输出电荷多少正比于( 绝对加速度 )6.压电式加速度计电压灵敏度：加速度计输出电压与所承受加速度之比。7.压电式加速度计工作频率范围比本身

15、固有频率( ( 低 )8.压电式加速度计的工作频率上限为( )9.影响压电式加速度传感器低频响应能力的是（ 前置放大器的输入阻抗 ） 10.压电式加速度计的阻尼率一般为( )11.对压电式加速度传感器，希望其固有频率( 尽量高些 ) 第5章：视觉、触觉传感器一、视觉传感器。DX，JD 1. 固体半导体摄像元件CCD是一种（ MOS型晶体管开关集成电路 ） 2. 激光视觉传感器将条形码的信息传输的信号处理装置的工作过程。（1）多面棱镜高速旋转，将激光器发出的激光束反射到条形码上作一维扫描。 （2）条形码反射的光束经光电转换及放大元件接收并放大后再传输给信号处理装置。二、人工视觉。DX 1.人工视

16、觉系统图像处理中，对像素信息进行编码的作用是（ 传输和存储信息 ）第6章：温度传感器一、热电偶式温度传感器。DX，JD 1.薄膜热电偶式温度传感器的主要特点。热容量小（或热惯性小），时间常数小，反应速度快。2. 测量不能直接接触的高温物体温度，可采用（ 热电偶 ）温度传感器。二、电阻式温度传感器。DX1.半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率( 迅速下降 )三、非接触式温度传感器。DX1.被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（ 温度 ）四、半导体温度传感器。DX1.( 半导体三极管 )传感器可用于医疗上-50150之间的温度测量。五、其他知识点。DX，JS1.测量等速变化的温度时,为减少测

17、量误差,希望测温传感器的时间常数( 小些好 )2.液柱温度计属于( 一阶系统 )3一温度计具有一阶动特性，时间常数为7秒，若将其从的空气中突然插入的水中，问经过15秒钟后该温度计显示的温度是多少？解： 秒 4有一个温度传感器，其微分方程为，其中为输入电压（mV），为输入温度（），求该传感器的时间常数和静态灵敏度。解：将传感器微分方程两边取拉氏变换得： 则传递函数为： 由传递函数可知：，静态灵敏度为 第7章：气敏、湿度、水份传感器1.电容式湿度传感器只能测量（ 水分 ）湿度。DX第8章：传感检测系统的构成一、传感检测系统的组成。DX 1.在一个测试系统中直接获取被测对象信息的装置是( 传感器)二

18、、电桥。DX，JS1.电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化转为（ 电压）的输出。2. 在动态测量中,电桥的输出量通常是( 电压量 )3. 为提高电桥灵敏度可采取( 适当提高电桥电源电压 )4. 差动电桥由环境温度变化引起的误差为( 0 )5以阻值，灵敏度的电阻丝应变片与阻值为120的固定电阻组成电桥，供桥电压为3V，并假定负载电阻无穷大，当应变片的应变为2u和2000 u时分别求出单臂、双臂电桥的输出电压。解：半桥单臂半桥双臂 当2u时，单臂；双臂当2000u时，单臂 ；双臂可见双臂电桥比单臂电桥灵敏度高一倍。6.交流电桥供桥电压的频率和输入信号的最高频率的关系是( )7.电桥中灵敏度最高的

19、是( 全桥 )三、调制与解调。DX，JD1. 载波频率为f0，调制信号的最高频率为fm，两者的关系为（ f0>fm ）2.设载波的中心频率为f0试根据图a、图b所示调制信号定性画出相应调频波波形。调频波波形频率f与中心频率f0和调制波幅值的关系f=f0±f,f为频率偏移，与X(t)幅值成正比。四、滤波器。DX，JS1. 选择二阶装置的阻尼比=0.707，其目的是（ 接近不失真条件）。2. 无源RC低通滤波器从（ 电容C ）两端引出输出电压。3. 由RC组成无源低通滤波器，已知R=500()，C=10(F)，试求：(1)截止频率f0，并画出该滤波器的幅频示意图。(2)设输入信号x

20、(t)=0.2cos,判断其是否在该滤波器的通频带内。解：(1)f0=（2）周期信号x(t)的角频率=125.6 f1=信号x(t)的频率在该滤波器的通频带内。幅频示意图：4在采用限定最大偏差法进行数字滤波时，若限定偏差Y0.01，本次采样值为0.315，上次采样值为0.301，则本次采样值Yn应选为（ 0.301 ）五、模数和数模转换。DX，JD1.若模/数转换器输出二进制数的位数为10，最大输入信号为2.5V，则该转换器能分辨出的最小输入电压信号为（ 2.44mV ）2. 逐次逼近法的模/数转换器主要包括哪几部分。由电压比较器、数/模转换器、顺序脉冲发生器、数码寄存器和逐次逼近寄存器组成。

21、六、传感检测系统中的抗干扰问题。DX1. 信号传输过程中，产生干扰的原因是( 干扰的耦合通道 )2. 将电阻R和电容C串联后再并联到继电器或电源开关两端所构成的RC吸收电路，其作用是（ 消除电火花干扰 ）3. 为了抑制干扰，常采用的电路有（ 调谐电路 ）第9章：信号分析及其在测试中的应用一、信号的分类。JD 1.下列函数哪些是周期函数、哪些是非周期函数。x1(t)=sin3t，x2(t)=e-t，x3(t)=esint，x4(t)=(t)， x5(t)=sin。答：x1(t) x3(t) x5(t)周期函数，x2(t) x4(t)非周期函数。二、信号的幅值描述。DX1. 概率密度函数提供了随机

22、信号( 沿幅值域分布 )的信息。2. 单位脉冲信号(t)当t=0时幅值为( )三、信号的相关描述。DX，JS1. 周期信号的自相关函数必为（ 周期偶函数 ）2.自相关函数一定是（ 偶 ）函数。3. 自相关函数的计算。（1）求正弦函数的自相关函数。解：（2）求信号 的自相关函数。解：当为能量信号时， 四、信号的频域描述。DX 1. 掌握傅立叶变换的性质：（1）如果,这是根据傅氏变换的( 卷积特性 )（2）如果则,这是根据傅氏变换的( 对称性 )（3）已知函数x(t)的傅里叶变换为X（f），则函数y(t)=2x(3t)的傅里叶变换为（2/3 X(f/3 )）（4）如果则,这是根据傅氏变换的( 时移

23、性 )（5）如果这是根据傅氏变换的( 线性性 )（6）如果有则有,这是根据傅氏变换的( 频移性 )2. 记录磁带慢录快放，放演信号的频宽将（扩展，幅值减小 ）3. ( ) 信号的频谱是连续谱。4.非周期信号的频谱是( 连续的 )五、信号分析在振动测试中的应用。DX 1.如果信号分析设备的通频带比磁带记录信号的频带窄,为满足分析要求,可将磁带记录仪重放速度( 放慢 )2.为保证振动测试的幅值和相位精度,应选用( 伺服式加速度计 )3.既能测激振力又能测该点的响应的装置是( 阻抗头 )4.阻抗头是测量振动系统( 激振力及其响应 )的拾振器。 5. 用脉冲锤激振时，为了获得较宽的激振频率，可（ 增加锤头硬度 ）6. 在大型设备的激振时,应采用( 电液激振器 ) 7. 激振器的激振力一般通过( 实测 )获得其他知识点1.线性系统的数学模型是（ ）。DX2. 二阶系统的阻尼比的理想区间为( 0.60.8 )。DX3. 质量弹簧阻尼系统属于( 二阶系统 )。