传感器与检测技术课后习题和答案(陈杰)

1、第第0 0章章0.1 传感器在检测系统中有什么作用和地位？0.2 解释下列名词术语： 1)敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器。下页上页图库返回第第1 1章章1.1 某位移传感器，在输入量变化5 mm时，输出电压变化为300 mV,求其灵敏度。1.2 某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系统的总的灵敏度。1.3 测得某检测装置的一组输入输出数据如下： 下页上页返回x0.92.53.34.55.76.7y1.11.62.63.24.05.0图库a)试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度； b

2、)用C语言编制程序在微机上实现。第第1 1章章1.4 某温度传感器为时间常数 T=3s 的一阶系统，当传感器受突变温度作用后，试求传感器指示出温差的1/3和1/2所需的时间。1.5 某传感器为一阶系统，当受阶跃函数作用时，在t=0时，输出为10mV;t时，输出为100mV;在t=5s时，输出为50mV,试求该传感器的时间常数。1.6 某一阶压力传感器的时间常数为0.5s,若阶跃压力从25MPa,试求二倍时间常数的压力和2s后的压力。下页上页返回图库第第1 1章章1.7 某压力传感器属于二阶系统，其固有频率为1000Hz,阻尼比为临界值的50%,当500Hz的简谐压力输入后，试求其幅值误差和相位

3、滞后。1.8 什么是传感器的静特性？有哪些主要指标？1.9 如何获得传感器的静特性？1.10 传感器的静特性的用途是什么？下页上页返回图库第第1 1章章1.11 试求下列一组数据的各种线性度：1)理论（绝对）线性度，给定方程为y=2.0 x;2)端点线性度；3)最小二乘线性度。下页上页返回x123456y2.204.005.987.910.1012.05图库第第1 1章章1.12 试计算某压力传感器的迟滞误差和重复性误差（工作特性选端基直线，一组标定数据如下表示） 下页上页返回行程输入压力105 Pa输出电压（Mv）(1)(2)(3)正行程2.0190.9191.1191.34.0382.83

4、83.2383.56.0575.8576.1576.68.0769.4769.8770.410.0963.9964.6965.2反行程10.0964.4965.1965.78.0770.6771.0771.46.0577.3577.4578.44.0384.1384.2384.72.0191.6191.6192.0图库第第1 1章章1.13 建立以质量、弹簧、阻尼器组成的二阶系统的动力学方程，并以此说明谐振现象和基本特点。下页上页返回图库第第2 2章章2.1 在用直流电桥测量电阻的时候，若标准电阻Rn=10.0004的电桥已经平衡（则被测电阻Rx=10.0004 ），但是由于检流计指针偏转在0

5、.3mm以内时，人眼就很难观测出来，因此Rn的值也可能不是10.0004 ,而是Rn=10.0004Rn 。若已知电桥的相对灵敏度Sr=1mm/0.01% ，求对应检流计指针偏转0.3mm时，Rn 的值。下页上页返回图库第第2 2章章2.2 如图F1-1所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中R2=R3=R是固定电阻，R1与R4是电阻应变片，工作时R1受拉，R4受压， R表示应变片发生应变后，电阻值的变化量。当应变片不受力，无应变时R=0，桥路处于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥路失去了平衡，这时，就用桥路输出电压Ucd表示应变片应变后的电阻值的变化量。试证明: Ucd=-(

6、E/2)(R/R)下页上页返回图库第第2 2章章2.3 说明电阻应变片的组成和种类。电阻应变片有哪些主要特性参数？2.4 当电位器负载系数M0.1时，求RL与Rmax的关系。若负载误差L 0.1,且电阻相对变化=1/2时求RL与Rmax的关系。下页上页返回图库第第2 2章章2.5 一个量程为10kN的应变式测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径20mm,内径18mm,在其表面粘贴八各应变片，四个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为120,灵敏度为2.0,泊松比为0.3,材料弹性模量E=2.11011Pa。要求：绘出弹性元件贴片位置及全桥电路；计算传感器在满量程时，各应变片电阻变化；当桥路的供

7、电电压为10V时，计算传感器的输出电压。下页上页返回图库第第2 2章章2.6 试设计一电位器的电阻RP特性。它能在带负载情况下给出y=x的线性关系。给定电位器的总电阻RP=100。负载电阻RF分别为50和500。计算时取x的间距为0.1,x,y分别为相对输入和相对输出，如图F1-2所示。2.7 试设计一分留电阻式非线性电位器的电路及其参数，要求特性如下图F1-3所示。2.8 一带负载的线性电位器的总电阻为1000 。输出为空载。试用解析和数值方法（可把整个行程分成10段），求下面两种电路情况下的线性度，如图F1-4所示。下页上页返回图库第第2 2章章2.9 应变片产生温度误差的原因及减小或补偿

8、温度误差的方法是什么？2.10 今有一悬臂梁，在其中上部上、下两面各贴两片应变片，组成全桥，如图F1-5所示。该梁在其悬臂梁一端受一向下力F=0.5N,试求此时这四个应变片的电阻值。已知：应变片灵敏系数K=2.1;应变片空载电阻R0=120。下页上页返回cmWcmlFWEtxlx625)(62lxPaEmmt21107035图库第第2 2章章2.11 图F1-6所示一受拉的10#优质碳素钢杆。试用允许通过的最大电流为30mA的康铜丝应变片组成一单臂受感电桥。试求出此电桥空载时的最大可能的输出电压（应变片的电阻为120）。下页上页返回图库第第3 3章章3.1 电感式传感器有哪些种类？它们的工作原

9、理是什么？3.2 推导差动自感式传感器的灵敏度，并与单极式相比较。3.3 试分析差分变压器相敏检测电路的工作原理。3.4 分析电感传感器出现非线性的原因，并说明如何改善。下页上页返回图库第第3 3章章3.5 图F1-7所示一简单电感式传感器。尺寸已示于图中。磁路取为中心磁路，不记漏磁，设铁心及衔铁的相对磁导率为104，空气的相对磁导率为1，真空的磁导率为410-7Hm-1,试计算气隙长度为零及为2mm时的电感量。图中所注尺寸单位均为mm.下页上页返回图库第第3 3章章3.6 今有一种电涡流式位移传感器。其输出为频率。特性方程形式为f=e(bx+a)+f,今知其中 f =2.333MHz及一组标

10、定数据如下：, 试求该传感器的工作特性方程及符合度（利用曲线化直线的拟合方法，并用最小二乘法作直线拟合）。下页上页返回位移x(mm)0.30.51.01.52.03.04.05.06.0输出f(MHz)2.5232.5022.4612.4322.4102.3802.3622.3512.343图库第第3 3章章3.7 简述电涡流效应及构成电涡流传感器的可能的应用场合。3.8 简述压磁效应，并与应变效应进行比较。下页上页返回图库第第4 4章章4.1 推导差分式电容传感器的灵敏度，并与单极式电容传感器相比较。4.2 根据电容传感器的工作原理说明它的分类，电容传感器能够测量哪些物理参量？4.3 有一个

11、直径为2m、高5m的铁桶，往桶内连续注水，当注水数量达到桶容量的80%时就应当停止，试分析用应变片式或电容式传感器系统来解决该问题的途径和方法。4.4 总结电容式传感器的优缺点，主要应用场合以及使用中应注意的问题。下页上页返回图库第第4 4章章4.5 试推导图F1-8所示变电介质电容式位移传感器的特性方程C=f(x)。设真空的介电系数为0, 21 ，以及极板宽度为W。其他参数如图F1-8所示。4.6 在上题中，设=d=1mm，极板为正方形（边长50mm)。 1 =1,2=4试在x=0到50mm范围内，输出磁位移传感器的特性曲线，并给以适当说明。4.7 简述电容式传感器用差分脉冲调宽电路的工作原

12、理及特点。下页上页返回图库第第5 5章章5.1 磁电式传感器与电感式传感器有哪些不同？磁电式传感器主要用于测量哪些物理参数？5.2 霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件的不等位电动势的概念是什么？温度补偿的方法有哪几种？5.3 简述霍尔效应及构成以及霍尔传感器可能的应用场合。下页上页返回图库第第6 6章章6.1 什么是压电效应？压电效应有哪些种类？压电传感器的结构和应用特点是什么？能否用压电传感器测量静态压力？6.2 为什么压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量？6.3 试比较石英晶体和压电陶瓷的压电效应。6.4 设计压电式传感器检测电路的基本考虑点是什么？为什么？6.5 画出(111)晶面

13、和晶向。并计算(111)晶面内和 晶向的纵向压阻系数和横向压阻系数。下页上页返回图库第第7 7章章7.1 什么是光电效应？7.2 光纤损耗是如何产生的？它对光纤传感器有哪些影响？7.3 光导纤维为什么能够导光？光导纤维有哪些优点？光纤式传感器中光纤的主要优点有哪些？7.4 论述CCD的工作原理。下页上页返回图库第第8 8章章8.1 热电阻传感器主要分为几种类型？它们应用在什么不同场合？8.2 什么叫热电动势、接触电动势和温差电动势？说明热电偶测温原理及其工作定律的应用。分析热电偶测温的误差因素，并说明减小误差的方法。8.3 试述热电偶测温的基本原理和基本定理。8.4 试比较电阻温度计与热电偶温

14、度计的异同点。 下页上页返回图库第第8 8章章8.5 什么是测温用的平衡电桥、不平衡电桥和自动平衡电桥，各有什么特点？8.6 试解释负电阻温度系数热敏电阻的伏安特性，并说明其用途。8.7 有一串联的热敏电阻测温电路，如图F1-9所示。试设计其最佳线性工作特性，并计算其线性度，最后，用坐标纸每5一点绘出电路图F1-9中u=f(t)的曲线。 下页上页返回图库第第8 8章章8.8 图F1-10所示一并联的热敏电阻测温电路。它具有一定的线性化功能，所用的热敏电阻Rt的特性，试求等效的总电阻Re与温度的关系式。今取并联电阻RP= Rt =40。试求Re在2060工作范围内的独立线性度（可用数值方法作），

15、最后对串联和并联线性化电路作一比较全面而实用的比较。下页上页返回图库第第9 9章章9.1 什么是核辐射传感器？9.2 简述核辐射传感器的功能及优缺点。9.3 核辐射传感器能用于哪些非电量的测量？试举例说明之。9.4 如何防护放射性辐射？下页上页返回图库第第1010章章10.1 什么是生物传感器 ？10.2 简述生物传感器的类型及优点? 10.3 DNA传感器的工作原理是什么？DNA在固体电极上的固定方法有哪些？下页上页返回图库第第1111章章11.1 什么是智能传感器？11.2 智能传感器有哪些主要功能？有哪些特点？ 11.3 如何获取指纹图像？11.4 指纹识别的过程分为哪几步？下页上页返回

16、图库第第1212章章|12.1 传感器静态校准的条件是什么？传感器静态校准的条件是什么？|12.2 12.2 如何确定标定仪器设备的精度等级？如何确定标定仪器设备的精度等级？|12.3 12.3 静态特性标定方法是什么？静态特性标定方法是什么？|12.4 12.4 什么是传感器的动态特性标定？什么是传感器的动态特性标定？|12.512.5 什么是绝对标定法？什么是比较标定法？什么是绝对标定法？什么是比较标定法？返回上页下页图库第第1313章章13.1 什么是传感器的可靠性？13.2 失效分析的方法有哪几种？13.3 可靠性设计程序核原则是什么？13.4 什么是传感器的失效？失效有哪几种？下页上

17、页返回图库第第1414章章14.1 什么是测量原理？测量方法有哪几种？14.2 什么是系统误差？系统误差产生的原因是什么？如何减小系统误差？14.3 给出一只0.1级150V电压表的检定结果，试编制修正值表并绘制其误差曲线，求出指示在105及135分度时，经过修正后的电压值。下页上页返回示值实际值示值实际值示值实际值3029.988079.96120119.924040.049090.06130130.085049.94100100.08140139.926059.98110109.88150149.987069.94图库第第1414章章14.4 检定一只精度为1.0级100mA的电流表，发现

18、最大误差在50mA处为1.4mA，试问这只表是否合格？14.5 被测电压的实际值为10V，现有150V,0.5级和15V,2.5级两只电压表，选择哪一只表误差较小？14.6 用晶体管毫伏表30V挡，分别测量6V和20V电压，已知该挡的满量程误差为2%，求示值的相对误差。下页上页返回图库第第1414章章14.7 有一测量范围为0至1000kPa的压力计，由制造厂进行校准时，发现15kPa的绝对误差，试计算：a)该压力计的引用误差；b)在测量压力中读数为200kPa时，可能产生的示值相对误差。14.8 用MF-30型普通万用表的DC.5V挡及25V挡分别测量高内阻等效电路（25k与5V电压源串联）

19、的输出电压。已知DC.V.挡的电压灵敏度20k /V,精度为2.5级，试计算：a)由于仪表本身精度造成的相对误差；b)由于仪表内阻对被测电路的影响引起的相对误差；c)综合最大相对误差；d)分析误差因素的影响。下页上页返回图库第第1515章章15.1 什么是传感器的信息融合技术？15.2 传感器信息融合技术的分类有哪几种？15.3 传感器的信息融合有哪几种方法？下页上页返回图库第第1616章章16.1 一个15位逐次逼近式A/D转换器，分辨率为0.05V,若模拟输入电压为2.2V, 试求其数字输出量的数值。16.2 采用12位A/D转换器对10Hz信号进行取样，若不加采样保持器，同时要求A/D采

20、样孔径误差小于1/2LSB时，A/D转换器的转换时间最大不能超过多少？16.3 如果要求一个D/A转换器能分辨5mV的电压，设其满量程电压为10V，试问其输入端数字量至少要多少位？下页上页返回图库第第1616章章16.4 说明逐次逼近式A/D转换器的工作原理，试设计一软件模拟该A/D转换器的转换过程。16.5 简要说明计算机测试系统各组成环节的主要功能及其技术要求。上页返回图库结束第第0 0章章|0.10.1答：传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即答：传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口，

21、一切科学研究与自动化生产过程要获取的的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。与处理的电信号，其作用与地位特别重要。下页下页返回返回图库图库第第0 0章章|0.20.2答：答：敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。 传感器：能感受规定的被测量并按照一定规传感器：能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或装置律转换成可用输出信号的器件或装置, ,通常由敏感元通常由敏感元件和转换元件组成。件和转换元件组成。

22、信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的 装置。装置。 变送器：能输出标准信号的传感器。变送器：能输出标准信号的传感器。下页下页上页上页返回返回图库图库第第1 1章章|1.11.1解：解：|1.21.2解：解：601051030033XUkCmmSSSS/20 . 50 . 22 . 0321下页下页上页上页返回返回图库图库第第1 1章章|1.31.3解：解： 带入数据得：带入数据得：bkxy)(bkxyiii22)(iiiiiixxnyxyxnk222)()(iiiiiiixxnyxxyxb68. 0k25. 0b下页下页上页上页返回返回图库图库第第1

23、 1章章|1.31.3 拟合直线灵敏度拟合直线灵敏度 0.68,0.68,线性度线性度 7%7%25. 068. 0 xy%7535. 0%100maxFSLyL238. 0135. 0216. 0311. 04126. 05194. 06下页下页上页上页返回返回图库图库第第1 1章章|1.41.4解：设温差为解：设温差为R,R,测此温度传感器受幅度为测此温度传感器受幅度为R R的阶跃响应的阶跃响应为为( (动态方程不考虑初态动态方程不考虑初态) ) )1 (3/teRty当3Rty时22. 132ln3t当2Rty时08. 221ln3t下页下页上页上页返回返回图库图库第第1 1章章|1.5

24、1.5解：此题与炉温实验的测飞升曲线类似解：此题与炉温实验的测飞升曲线类似: :|1.61.6解：解：)1 (9010/Ttety由 505 y51. 895ln5T5 . 0)1 (2025/TetyTt68. 71 y 36. 52 y下页下页上页上页返回返回图库图库第第1 1章章|1.71.7解：解： 所求幅值误差为所求幅值误差为1.109,1.109,相位滞后相位滞后 nnjsnnnjssjG21122222）（109. 110005005 . 02100050011211222222nnjG42331000500110005005 . 02122121tgtgnn4233下页下页上页

25、上页返回返回图库图库第第1 1章章|1.81.8答：静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器答：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、各种抗干扰复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。稳定性。|1.91.9答：传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性答：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。曲线由实际测绘中获得。|1.101.10答：人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。答：人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。下页下页

26、上页上页返回返回图库图库第第1 1章章|1.111.11解：解： 理论线性度：理论线性度： 端点线性度：端点线性度： 由两端点做拟和直线由两端点做拟和直线 中间四点与拟合直线误差：中间四点与拟合直线误差：0.17 0.16 0.11 0.080.17 0.16 0.11 0.08 所以，所以，%4 . 005.126205.12%100maxFSLyL23. 097. 1xy%41. 105.1217. 0%100maxFSLyL下页下页上页上页返回返回图库图库第第1 1章章|1.111.11最小二乘线性度：最小二乘线性度：所以，所以，98. 110541.208212191623.42215

27、4.1826)(22iiiiiixxnyxyxnk09. 010559. 9212191654.1822123.4291)()(222iiiiiiixxnyxxyxb09. 098. 1xbkxy下页下页上页上页返回返回图库图库第第1 1章章|1.111.11)(bkxyiii07. 0105. 0205. 0311. 0411. 0508. 06%09. 005.1211. 0%100maxFSLyL下页下页上页上页返回返回图库图库第第1 1章章|1.121.12解：解：%1005 . 0maxFSHyH5 . 11maxH3 . 12maxH8 . 13maxH%08. 01H%07. 0

28、2H%09. 03H%11. 0%1007 .9651 . 1%100maxFSRyR下页下页上页上页返回返回图库图库第第1 1章章|1.131.13解：质量块解：质量块( (质量质量m),m),弹簧弹簧( (刚度刚度c),c),阻尼器阻尼器( (阻尼系数阻尼系数b)b) 根据达朗贝尔原理：根据达朗贝尔原理：0FFFFbcmFbvvdtcdtdvm下页下页上页上页返回返回图库图库第第2 2章章|2.12.1解：解：|2.22.2证：证： 略去略去 的第二项，即可得的第二项，即可得mmy3 . 0,0004.10nR%01. 0/1%100%100mmRRyxySnnrRRR1RRR4cdUUU

29、dbcbERRRRERRRRERRRR2242RRREUcd2下页下页上页上页返回返回图库图库第第2 2章章|2.32.3答：答：金属电阻应变片由四部分组成：敏感栅、基底、金属电阻应变片由四部分组成：敏感栅、基底、盖层、粘结剂、引线。分为金属丝式和箔式。盖层、粘结剂、引线。分为金属丝式和箔式。 其主要特性参数：灵敏系数、横向效应、机械其主要特性参数：灵敏系数、横向效应、机械滞后、零漂及蠕变、温度效应、应变极限、疲劳寿滞后、零漂及蠕变、温度效应、应变极限、疲劳寿命、绝缘电阻、最大工作电流、动态响应特性。命、绝缘电阻、最大工作电流、动态响应特性。|2.42.4答：答：LRRmmaxmax101 .

30、 0RRmL211 . 0%1001111mLRRm4 . 04 . 0max下页下页上页上页返回返回图库图库第第2 2章章|2.52.5解：解：图 2-32(c)圆桶截面积622107 .59rRA应变片 1,2,3,4 感受的是纵向应变,有x4321应变片 5,6,7,8 感受的是纵向应变,有y8765下页下页上页上页返回返回图库图库第第2 2章章|2.52.5KURRRRRUU4462516251AEFKUKUKUxyx12122其中 A 为圆桶的截面积,为泊桑比,E 为弹性模量,F 为外加负载力,K 为灵敏系数.下页下页上页上页返回返回图库图库第第2 2章章|2.52.5满量程时：满量

31、程时：191. 0120101 . 2107 .5910100 . 211634321RAEFKRKRRRRx057. 0191. 03 . 018765RRRRRAEFKUU12FF64610037. 1101 . 2107 .593 . 010 . 2210下页下页上页上页返回返回图库图库第第2 2章章|2.62.6解：解：当 50FR250100FPRRmPxnnRRr )1 (1nnnnrmrrYNnn,10, 1 100,90,80,70,60,50,40,30,20,1010987654321xxxxxxxxxxRRRRRRRRRR0 . 19 . 08 . 07 . 06 . 0

32、5 . 04 . 0, 3 . 0, 2 . 0, 1 . 010987654321rrrrrrrrrr下页下页上页上页返回返回图库图库第第2 2章章|2.62.6|2.7 2.7 略略1,5945,3320,7135,3715,31,3710,7115,335,59510987654321YYYYYYYYYY当500FR2 . 0500100FPRRm1,509450,129100,521350,13175,2110,13150,521150,12925,509510987654321YYYYYYYYYY下页下页上页上页返回返回图库图库第第2 2章章|2.82.8解：解：3130001000

33、FPRRmPxnnRRr )1 (1nnnnrmrrYNnn,10, 1 1000,900,800,700,600,500,400,300,200,10010987654321xxxxxxxxxxRRRRRRRRRR0 . 19 . 08 . 07 . 06 . 05 . 04 . 0, 3 . 0, 2 . 0, 1 . 010987654321rrrrrrrrrr1,10390,7960,10770,95,136,2710,10930,7915,1031010987654321YYYYYYYYYY下页下页上页上页返回返回图库图库第第2 2章章|2.92.9答：答：在外界温度变化的条件下，由

34、于敏感栅温度系数t及栅丝与试件膨胀系数（sg与）之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与真实应变同数量级的误差。方法：自补偿法 线路补偿法下页下页上页上页返回返回图库图库第第2 2章章|2.102.10解：解：10. 0)003. 0(107006. 05 . 0)225. 025. 0(66252WEtFxlx2 .2510. 01201 . 20 xkRR2 .1452 .25120031RRRR8 .942 .25120042RRRR下页下页上页上页返回返回图库图库第第2 2章章|2.112.11解：解：63. 05 .1262WEtFxl3 . 035063. 05 .12201 . 2

35、kRRVmAU6 . 3120302，VU2 . 7VRRUU5 .1712013 . 035042 . 74下页下页上页上页返回返回图库图库第第3 3章章|3.13.1答：答：种类：自感式、涡流式、差动式、变压式、压种类：自感式、涡流式、差动式、变压式、压磁式、感应同步器磁式、感应同步器 原理：自感、互感、涡流、压磁原理：自感、互感、涡流、压磁|3.23.2答：答： 差动式灵敏度：差动式灵敏度：000202lSWL122)( 2000002000200020llllSWlSWllSWLLL .1220000lllllLS下页下页上页上页返回返回图库图库第第3 3章章|3.23.2单极式传感器

36、灵敏度：单极式传感器灵敏度：比较后可见灵敏度提高一倍，非线性大大减少。比较后可见灵敏度提高一倍，非线性大大减少。|3.33.3答：相敏检测电路原理是通过鉴别相位来辨别位移的答：相敏检测电路原理是通过鉴别相位来辨别位移的方向，即差分变压器输出的调幅波经相敏检波后，方向，即差分变压器输出的调幅波经相敏检波后，便能输出既反映位移大小，又反映位移极性的测量便能输出既反映位移大小，又反映位移极性的测量信号。经过相敏检波电路，正位移输出正电压，负信号。经过相敏检波电路，正位移输出正电压，负位移输出负电压，电压值的大小表明位移的大小，位移输出负电压，电压值的大小表明位移的大小，电压的正负表明位移的方向。电压

37、的正负表明位移的方向。 .120000lllllLS下页下页上页上页返回返回图库图库第第3 3章章|3.43.4答：答：原因是改变了空气隙长度原因是改变了空气隙长度 改善方法是让初始空气隙距离尽量小，同时灵改善方法是让初始空气隙距离尽量小，同时灵敏度的非线性也将增加，这样的话最好使用差动式敏度的非线性也将增加，这样的话最好使用差动式传感器，传感器， 其灵敏度增加非线性减少。其灵敏度增加非线性减少。 .1220000lllllLS下页下页上页上页返回返回图库图库第第3 3章章|3.53.5解：解：mRIW，mRWIWIL2又niiiimRRSlSlR100002256. 1003. 0010.

38、010045. 0003. 0015. 010016. 0003. 0002. 010045. 04441niiiiSlR下页下页上页上页返回返回图库图库第第3 3章章|3.53.507. 71530104002. 02270000SlRHRWL422102 . 3256. 1200HRRWL3202108 . 407. 7256. 1200空气气隙为零时：空气气隙为2mm时：下页下页上页上页返回返回图库图库第第3 3章章|3.63.6解：设解：设 重写表格如下重写表格如下: : 最小二乘法做直线拟和：最小二乘法做直线拟和：abxy又有333. 2,ffefbaxx0.30.51.01.52.

39、03.04.05.06.0f2.5232.5022.4612.4322.4102.3802.3622.3512.343y-1.66-1.78-2.06-2.31-2.56-3.06-3.54-4.02-4.6151. 089.54259.9396 .253 .23)133.83(9)(22iiiiiixxnyxyxnak53. 189.54259.939133.833 .236 .2559.93)()(222iiiiiiixxnyxxyxb下页下页上页上页返回返回图库图库第第3 3章章|3.63.6 工作特性方程：工作特性方程：53. 151. 0 xbaxy)(bkxyiii023. 010

40、05. 0202. 03015. 0401. 0500. 0603. 0706. 0802. 09%02. 095. 206. 0%100maxFSLyL333. 253. 151. 0 xef下页下页上页上页返回返回图库图库第第3 3章章|3.73.7答：应用场合有低频透射涡流测厚仪，探伤，描述转答：应用场合有低频透射涡流测厚仪，探伤，描述转轴运动轨迹轨迹仪。轴运动轨迹轨迹仪。|3.83.8答：答：压磁效应：某些铁磁物质在外界机械力的作用压磁效应：某些铁磁物质在外界机械力的作用下，其内部产生机械应力，从而引起磁导率的改变下，其内部产生机械应力，从而引起磁导率的改变的现象。只有在一定条件下压磁

41、效应才有单位特性，的现象。只有在一定条件下压磁效应才有单位特性，但不是线性关系。但不是线性关系。 应变效应：导体产生机械变形时，它的电阻值应变效应：导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。在电阻丝拉伸比例极限内，电阻的相应发生变化。在电阻丝拉伸比例极限内，电阻的相对变化与应变成正比。相对变化与应变成正比。 下页下页上页上页返回返回图库图库第第4 4章章|4.14.1解：差动式电容传感器的灵敏度解：差动式电容传感器的灵敏度: : 单极式电容传感器：单极式电容传感器： 可见差动式电容传感器的灵敏度比单极式提高一倍，可见差动式电容传感器的灵敏度比单极式提高一倍，而且非线性也大为减小。而且非线性也

42、大为减小。 40200040202050300302030200000000121221111dddddcdddddsdckdddddddsdddddddddddddsdddsdddsddsddsCCCe 4020001dddddcdcke下页下页上页上页返回返回图库图库第第4 4章章|4.24.2答：原理：由物理学知，两个平行金属极板组成的电答：原理：由物理学知，两个平行金属极板组成的电容器。如果不考虑其边缘效应，其电容为容器。如果不考虑其边缘效应，其电容为C=S/D C=S/D 式中式中为两个极板间介质的介电常数，为两个极板间介质的介电常数，S S为两个极板为两个极板对有效面积，对有效面积

43、，D D为两个极板间的距离。由此式知，改为两个极板间的距离。由此式知，改变电容变电容C C的方法有三：的方法有三： 其一为改变介质的介电常数；其二为改变形成电其一为改变介质的介电常数；其二为改变形成电容的有效面积；其三为改变各极板间的距离，而得容的有效面积；其三为改变各极板间的距离，而得到的电参数的输出为电容值的增量到的电参数的输出为电容值的增量 这就组成了电这就组成了电容式传感器。容式传感器。 下页下页上页上页返回返回图库图库第第4 4章章|4.24.2 类型：变极距型电容传感器、变面积型电容传感类型：变极距型电容传感器、变面积型电容传感器、变介电常数型电容传感器。器、变介电常数型电容传感器

44、。 电容传感器可用来测量直线位移、角位移、振动电容传感器可用来测量直线位移、角位移、振动振幅。尤其适合测温、高频振动振幅、精密轴系回振幅。尤其适合测温、高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量。还可用来测量压力、差转精度、加速度等机械量。还可用来测量压力、差压力、液位、料面、粮食中的水分含量、非金属材压力、液位、料面、粮食中的水分含量、非金属材料的涂层、油膜厚度、测量电介质的湿度、密度、料的涂层、油膜厚度、测量电介质的湿度、密度、厚度等厚度等 C下页下页上页上页返回返回图库图库第第4 4章章|4.34.3答：可选用差分式电容压力传感器，通过测量筒内水答：可选用差分式电容压力传感器，通过测

45、量筒内水的重力，来控制注水数量。或者选用应变片式液径的重力，来控制注水数量。或者选用应变片式液径传感器。传感器。|4.44.4答：答：优点：优点：a a温度稳定性好温度稳定性好 b b结构简单、适应性强结构简单、适应性强 c c动响应好动响应好 缺点：缺点：a a可以实现非接触测量，具有平均效应可以实现非接触测量，具有平均效应 b b输出阻抗高、负载能力差输出阻抗高、负载能力差 c c寄生电容影响大寄生电容影响大下页下页上页上页返回返回图库图库第第4 4章章|4.44.4输出特性非线性：输出特性非线性： 电容传感器作为频响宽、应用广、非接触测量的电容传感器作为频响宽、应用广、非接触测量的一种传

46、感器，在位移、压力、厚度、物位、湿度、一种传感器，在位移、压力、厚度、物位、湿度、振动、转速、流量及成分分析的测量等方面得到了振动、转速、流量及成分分析的测量等方面得到了广泛的应用。广泛的应用。 使用时要注意保护绝缘材料的的绝缘性能；消除使用时要注意保护绝缘材料的的绝缘性能；消除和减小边缘效应；消除和减小寄生电容的影响；防和减小边缘效应；消除和减小寄生电容的影响；防止和减小外界的干扰。止和减小外界的干扰。|4.54.5解：解：下页下页上页上页xwddwxl C1020102120下页下页上页上页返回返回图库图库第第4 4章章|4.6 4.6 略略|4.7 4.7 答：工作原理：假设传感器处于初

47、始状态，即答：工作原理：假设传感器处于初始状态，即且且A A点为高电平，即点为高电平，即Ua=U; Ua=U; 而而B B点为低电平，即点为低电平，即Ub=0Ub=0差分脉冲调宽型电路的特点就在于它的线性变换特性。差分脉冲调宽型电路的特点就在于它的线性变换特性。021CCCxx下页下页上页上页返回返回图库图库第第5 5章章|5.15.1答：磁电式传感器是通过磁电作用将被测量转换为电答：磁电式传感器是通过磁电作用将被测量转换为电信号的一种传感器。信号的一种传感器。 电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来测电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来测量的一种装置。量的一种装置。 磁电式传感器具有频

48、响宽、动态范围大的特点。磁电式传感器具有频响宽、动态范围大的特点。而电感式传感器存在交流零位信号，不宜于高频动而电感式传感器存在交流零位信号，不宜于高频动态信号检测；其响应速度较慢，也不宜做快速动态态信号检测；其响应速度较慢，也不宜做快速动态测量。测量。 磁电式传感器测量的物理参数有：磁场、电流、磁电式传感器测量的物理参数有：磁场、电流、位移、压力、振动、转速。位移、压力、振动、转速。下页下页上页上页返回返回图库图库第第5 5章章|5.25.2答：霍尔组件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、答：霍尔组件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。转速等。 霍尔组件的不等位电势是霍尔组件在额定控

49、制电霍尔组件的不等位电势是霍尔组件在额定控制电流作用下，在无外加磁场时，两输出电极之间的空流作用下，在无外加磁场时，两输出电极之间的空载电势，可用输出的电压表示。载电势，可用输出的电压表示。 温度补偿方法：温度补偿方法： a a分流电阻法：分流电阻法： 适用于恒流源供给控制电流的情况。适用于恒流源供给控制电流的情况。 b b电桥补偿法电桥补偿法 下页下页上页上页返回返回图库图库第第5 5章章|5.35.3答：一块长为答：一块长为l l、宽为、宽为d d的半导体薄片置于磁感应强度的半导体薄片置于磁感应强度为磁场（磁场方向垂直于薄片）中，当有电流为磁场（磁场方向垂直于薄片）中，当有电流I I流过流

50、过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势UhUh。这种现象称为霍尔效应。霍尔组件多用这种现象称为霍尔效应。霍尔组件多用N N型半导体材型半导体材料，且比较薄。料，且比较薄。 霍尔式传感器转换效率较低，受温度影响大，但霍尔式传感器转换效率较低，受温度影响大，但其结构简单、体积小、坚固、频率响应宽、动态范其结构简单、体积小、坚固、频率响应宽、动态范围（输出电势变化）大、无触点，使用寿命长、可围（输出电势变化）大、无触点，使用寿命长、可靠性高、易微型化和集成电路化，因此在测量技术、靠性高、易微型化和集成电路化，因此在测量技术、自动控制、电磁测量、计算装置

51、以及现代军事技术自动控制、电磁测量、计算装置以及现代军事技术等领域中得到广泛应用。等领域中得到广泛应用。 下页下页上页上页返回返回图库图库第第6 6章章|6.16.1答：某些电介质在沿一定的方向受到外力的作用变形答：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。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。这晶体受力所产生的电荷量与外力的

52、大小成正比。这种现象称为正压电效应。反之，如对晶体施加一定种现象称为正压电效应。反之，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。变形也随之消失，称为逆压电效应。 压电材料有：石英晶体、一系列单晶硅、多晶陶压电材料有：石英晶体、一系列单晶硅、多晶陶瓷、有机高分子聚合材料瓷、有机高分子聚合材料下页下页上页上页返回返回图库图库第第6 6章章|6.16.1结构和应用特点：结构和应用特点： 在压电式传感器中，为了提高灵敏度，往往采用在压电式传感器中，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

53、用的是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。出电荷，提高灵敏度。 使用时，两片压电芯片上必须有一定的预紧力，使用时，两片压电芯片上必须有一定的预紧力，以保证压电组件在工作中始终受到压力作用，同时以保证压电组件在工作中始终受到压力作用，同时可消除两片压电芯片因接触不良而引起的非线性误可消除两片压电芯片因接触不良而引起的非线性误差，保证输出信号与输入作用力间的线性关系差，保证输出信号与输入作用力间的

54、线性关系下页下页上页上页返回返回图库图库第第6 6章章|6.16.1 因此需要测量电路具有无限大的输入阻抗。但实因此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，所以压电传感器不宜作静态测际上这是不可能的，所以压电传感器不宜作静态测量，只能在其上加交变力，电荷才能不断得到补充，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。故压电传感器只能作动并给测量电路一定的电流。故压电传感器只能作动态测量。态测量。|6.26.2答：如作用在压电组件上的力是静态力，则电荷会泄答：如作用在压电组件上的力是静态力，则电荷会泄露，无法进行测量。所以压电传感器通常都用来测露，无法进行

55、测量。所以压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量。量动态或瞬态参量。下页下页上页上页返回返回图库图库第第6 6章章|6.36.3答：石英晶体整个晶体是中性的，受外力作用而变形答：石英晶体整个晶体是中性的，受外力作用而变形时，没有体积变形压电效应，但它具有良好的厚度时，没有体积变形压电效应，但它具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。压电陶瓷是一种多晶铁变形和长度变形压电效应。压电陶瓷是一种多晶铁电体。原始的压电陶瓷材料并不具有压电性，必须电体。原始的压电陶瓷材料并不具有压电性，必须在一定温度下做极化处理，才能使其呈现出压电性。在一定温度下做极化处理，才能使其呈现出压电性。所谓极化，就是以强电场使

56、所谓极化，就是以强电场使“电畴电畴”规则排列，而规则排列，而电畴在极化电场除去后基本保持不变，留下了很强电畴在极化电场除去后基本保持不变，留下了很强的剩余极化。的剩余极化。 当极化后的铁电体受到外力作用时，其剩余极化当极化后的铁电体受到外力作用时，其剩余极化强度将随之发生变化，从而使一定表面分别产生正强度将随之发生变化，从而使一定表面分别产生正负电荷。负电荷。下页下页上页上页返回返回图库图库第第6 6章章|6.36.3 在极化方向上压电效应最明显。铁电体的参数也在极化方向上压电效应最明显。铁电体的参数也会随时间发生变化会随时间发生变化老化，铁电体老化将使压电效老化，铁电体老化将使压电效应减弱。

57、应减弱。 |6.46.4答：基本考虑点是如何更好的改变传感器的频率特性，答：基本考虑点是如何更好的改变传感器的频率特性，以使传感器能用于更广泛的领域。以使传感器能用于更广泛的领域。|6.5 6.5 略略下页下页上页上页返回返回图库图库第第7 7章章|7.17.1答：当用光照射物体时，物体受到一连串具有能量的答：当用光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体材料中的电子吸收光子能量光子的轰击，于是物体材料中的电子吸收光子能量而发生相应的电效应（如电阻率变化、发射电子或而发生相应的电效应（如电阻率变化、发射电子或产生电动势等）。这种现象称为光电效应。产生电动势等）。这种现象称为光电

58、效应。|7.27.2答：答：吸收性损耗：吸收损耗与组成光纤的材料的中吸收性损耗：吸收损耗与组成光纤的材料的中子受激和分子共振有关，当光的频率与分子的振动子受激和分子共振有关，当光的频率与分子的振动频率接近或相等时，会发生共振，并大量吸收光能频率接近或相等时，会发生共振，并大量吸收光能量，引起能量损耗。量，引起能量损耗。 散射性损耗：是由于材料密度的微观变化、成散射性损耗：是由于材料密度的微观变化、成下页下页上页上页返回返回图库图库第第7 7章章|7.27.2 分起伏，以及在制造过程中产生的结构上的不均匀分起伏，以及在制造过程中产生的结构上的不均匀性或缺陷引起。一部分光就会散射到各个方向去，性或

59、缺陷引起。一部分光就会散射到各个方向去，不能传输到终点，从而造成散射性损耗。不能传输到终点，从而造成散射性损耗。 辐射性损耗：当光纤受到具有一定曲率半径的辐射性损耗：当光纤受到具有一定曲率半径的弯曲时，就会产生辐射磁粒。弯曲时，就会产生辐射磁粒。 a a弯曲半径比光纤直径大很多的弯曲弯曲半径比光纤直径大很多的弯曲 b b微弯曲：当把光纤组合成光缆时，可能使光纤的微弯曲：当把光纤组合成光缆时，可能使光纤的轴线产生随机性的微曲。轴线产生随机性的微曲。下页下页上页上页返回返回图库图库第第7 7章章|7.37.3答：光导纤维工作的基础是光的全内反射，当射入的答：光导纤维工作的基础是光的全内反射，当射入

60、的光线的入射角大于纤维包层间的临界角时，就会在光线的入射角大于纤维包层间的临界角时，就会在光纤的接口上产生全内反射，并在光纤内部以后的光纤的接口上产生全内反射，并在光纤内部以后的角度反复逐次反射，直至传递到另一端面。角度反复逐次反射，直至传递到另一端面。优点：优点： a a具有优良的传旋光性能，传导损耗小具有优良的传旋光性能，传导损耗小 b b频带宽，可进行超高速测量，灵敏度和线性度好频带宽，可进行超高速测量，灵敏度和线性度好 c c能在恶劣的环境下工作，能进行远距离信号的传能在恶劣的环境下工作，能进行远距离信号的传送送下页下页上页上页返回返回图库图库第第7 7章章|7.37.3 功能型光纤传