第一篇：2018年10月自考《傳感器與檢測技術》考前試題和答案02202
2018年10月自考《傳感器與檢測技術》考前試題和答案02202
一、單項選擇題（本大題共12小題，每小題2分，共24分）在每小題列出的四個備選項中只有一個是符合題目要求的，請將其代碼填寫在題后的括號內。錯選、多選或未選均無分。第1題 無源一階RC低通濾波器從()兩端引出輸出電壓。A.電阻R B.電容C C.運算放大器 D.電感L
【正確答案】 B 【你的答案】
本題分數(shù) 2 分
第2題 熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢()A.與導體材料有關
B.與熱端冷端溫度差有關 C.A、B均正確 D.A、B均不正確
【正確答案】 C 【你的答案】
本題分數(shù) 2 分
第3題 半導體應變片的工作原理是基于()A.壓電效應 B.壓磁效應 C.壓阻效應 D.熱電效應
【正確答案】 C 【你的答案】
本題分數(shù) 2 分
第4題 人工視覺系統(tǒng)圖像處理中，對像素信息進行編碼的作用是()A.濾去噪聲
B.更有效地傳輸和存儲信息 C.圖像增強 D.圖像分割
【正確答案】 B 【你的答案】
本題分數(shù) 2 分
第5題 利用光柵產(chǎn)生的莫爾條紋與光柵柵線的夾角()A.近似為0° B.近似為45° C.近似為90°
D.與刻線間夾角有關
【正確答案】 C 【你的答案】
本題分數(shù) 2 分
第6題 磁帶錄像機的英文縮寫是()A.VCR B.VTR C.VVR D.VCT
【正確答案】 B 【你的答案】
本題分數(shù) 2 分
第7題 固體半導體攝像元件簡稱()A.CCD B.VCD C.VTR D.VCR
【正確答案】 A 【你的答案】
本題分數(shù) 2 分
第8題 下列屬于傳感器動態(tài)特性指標的是()A.重復性 B.線性度 C.靈敏度 D.固有頻率
【正確答案】 D 【你的答案】
本題分數(shù) 2 分
第9題 下列不屬于視覺傳感器在機電一體化系統(tǒng)中的作用的是()A.速度檢測
B.形狀尺寸缺陷檢測 C.圖像識別 D.位置檢測
【正確答案】 A 【你的答案】
本題分數(shù) 2 分
第10題 電容式扭矩測量儀是利用軸受力后，電容器兩極板間的()的變化來測量扭矩的。A.間距 B.有效面積 C.介電常數(shù) D.擊穿電壓
【正確答案】 B 【你的答案】
本題分數(shù) 2 分
第11題 磁帶錄像機采用()感知機器內部濕度，當濕度大到一定程度后，使機器自動停轉。A.電子濕度計
B.高分子膜濕敏元件 C.陶瓷濕度傳感器 D.結露傳感器
【正確答案】 D 【你的答案】
本題分數(shù) 2 分
第12題
A.τB.τC.τD.τ<0 =0 >0 =1
【正確答案】 B
二、填空題（本大題共12小題，每小題1分，共12分）請在每小題的空格中填上正確答案。錯填、不填均無分。
第1題 壓電式位移傳感器的基本工作原理是將位移量轉換為力的變化，然后利用___將力的變化轉換為電信號。
【正確答案】(P25)壓電效應 【你的答案】
本題分數(shù) 1 分
你的得分
修改分數(shù)
第2題 壓電式力傳感器是基于壓電元件的___而工作的。
【正確答案】(P41)壓電效應 【你的答案】
本題分數(shù) 1 分
你的得分
第3題 高分子膜濕度傳感器是___傳感器。
【正確答案】(P109)相對濕度 【你的答案】
本題分數(shù) 1 分
你的得分
修改分數(shù) 第4題 ___
【正確答案】 【你的答案】 你的得分
本題分數(shù) 1 分
修改分數(shù)
第5題 柱形彈性元件受力后的應變值的計算公式為___。
【正確答案】 【你的答案】 你的得分
本題分數(shù) 1 分
修改分數(shù)
第6題 高分子膜濕度傳感器是以隨高分子膜吸收或放出水份而引起___變化測量環(huán)境相對濕度的裝置。
【正確答案】 電導率或電容 【你的答案】
本題分數(shù) 1 分
你的得分
修改分數(shù)
第7題 模擬型傳感器的輸出是與輸入物理量變換相對應的的___電量，其輸入/輸出關系可能是線性的，也可能是非線性的。
【正確答案】 連續(xù)變化
【你的答案】
本題分數(shù) 1 分
你的得分
修改分數(shù)
第8題 在機器人領域中，幾乎都是采用___作為視覺傳感器。
【正確答案】 工業(yè)電視攝像機 【你的答案】
本題分數(shù) 1 分
你的得分
修改分數(shù)
第9題 氣敏半導瓷材料氧化錫是___型半導體。
【正確答案】 N 【你的答案】 你的得分
本題分數(shù) 1 分
修改分數(shù)
第10題 根據(jù)___的種類，測速發(fā)電機可分為直流測速發(fā)電機和交流測速發(fā)電機。
【正確答案】 勵磁電流 【你的答案】
本題分數(shù) 1 分
你的得分
修改分數(shù)
第11題 若x(t)的傅立葉變換為X（f），則x(t+t0)的傅立葉變換為___。
【正確答案】 【你的答案】 你的得分
本題分數(shù) 1 分 修改分數(shù)
第12題 通常在微機控制的檢測系統(tǒng)中，要采集多路信號，為減少檢測通道的設備，而使多個信號的采樣共同使用一個A/D轉換器，需將經(jīng)過多路傳感器變換后的信號采用分時法切換到A/D轉換器上。完成這一過程的器件是___。
【正確答案】 多路模擬開關
【你的答案】
三、問答題（本大題共6小題，每小題4分，共24分）第1題 常用的氣敏元件有哪幾種？
【正確答案】(P101)常用的氣敏元件有三種，它們分別是：(1)燒結型氣敏元件。
(2)薄膜型氣敏元件。(3)厚膜型氣敏元件?！灸愕拇鸢浮?/p>
本題分數(shù) 4 分
你的得分
第2題 什么是模擬信號、離散信號？
【正確答案】(P174)模擬信號：在某一自變量連續(xù)變化的間隔內，信號的數(shù)值連續(xù)。離散信號：自變量在某些不連續(xù)數(shù)值時，輸出信號才具有確定值。
修改分數(shù) 本題分數(shù) 4 分
你的得分
第3題 什么是串擾，應如何克服串擾？
修改分數(shù)
【正確答案】 相鄰信號在導線上產(chǎn)生的噪聲或一信號耦合到另一導線上所產(chǎn)生的干擾為串擾。在設計及組裝檢測系統(tǒng)時，應注意以下幾方面問題：(1)信號線、數(shù)據(jù)線、控制線盡可能分開，以避免不同類型的走線平行或靠近。(2)走線盡可能短，盡可能不在集成芯片 之間走線。(3)電源線和地線要設計的盡量粗而短。(4)對于單穩(wěn)態(tài)、多諧振蕩器等易受電源影響的器件，要在近旁的電源?地線之間接入電容器進行去耦，易受干擾的器件要遠離振蕩器等?！灸愕拇鸢浮?本題分數(shù) 4 分
你的得分
第4題 與電阻應變片相比，半導體應變片有何特點？
【正確答案】(1)半導體應變片的工作原理是基于壓阻效應。壓阻效應是指固體受到應力作用時，其電阻率發(fā)生變化。(2)半導體應變片的應變靈敏度系數(shù)比電阻應變片大(50~70 倍)，因而適用于需要大信號輸出的場合。此外，半導體應變片橫向效應小，其橫向靈敏度
幾乎為零；機械滯后小，可制成小型和超小型片子，這對測量局部應變很有用。(3)半導體應變片的缺點是應變靈敏系數(shù)的離散性大，機械強度低，非線性誤差大，溫度系數(shù)大。【你的答案】 本題分數(shù) 4 分
你的得分
第5題 簡述振動測試的目的與內容。
【正確答案】 振動測試的目的包括：(1)檢查機器運轉時的振動特性，檢驗產(chǎn)品質量，為
修改分數(shù)
修改分數(shù)
設計提供依據(jù)。(2)考核機器設備承受振動和沖擊的能力及對系統(tǒng)的動態(tài)響應特性進行測試。(3)分析查明振動產(chǎn)生的原因，尋找振源，為減振和隔振措施提供資料。(4)對工作機器進行故障監(jiān)控，避免重大事故發(fā)生。振動測試的內容包括：(1)振動參數(shù)的測試。(2)物體結構參數(shù)的測試?！灸愕拇鸢浮?本題分數(shù) 4 分
你的得分
第6題 抑制傳感檢測系統(tǒng)中的干擾的方法有哪些？
修改分數(shù)
【正確答案】 抑制傳感檢測系統(tǒng)中干擾的方法主要有：(1)單點接地。(2)屏蔽隔離。(3)濾波。
【你的答案】
四、計算題（本大題共3小題，每小題8分，共24分）第1題
【正確答案】 【你的答案】
本題分數(shù) 8 分
你的得分
第2題
修改分數(shù)
【正確答案】 【你的答案】
本題分數(shù) 8
分
你的得分
第3題
修改分數(shù)
【正確答案】 【你的答案】
五、應用題（本大題共2小題，每小題8分，共16分）第1題 求下圖所示的周期方波信號的傅里葉級數(shù)展開式。
【正確答案】
本題分數(shù) 8 分
你的得分
第2題 求正弦信號x(t)=Asinωt和余弦信號y(t)=Bcosωt的互相關函數(shù)。
修改分數(shù)
【正確答案】【你的答案】
第二篇：傳感器與檢測技術
第一章傳感器與檢測技術第一節(jié)：機電一體化系統(tǒng)常用傳感器p11.傳感器的組成由敏感元件、轉換元件及其轉換電路三部分組成①敏感元件是直接感受被測物理量，并確定元件及其基本轉換電路②轉換元件是將敏感元件輸出的非電量轉換成電路參數(shù)及電流或電壓等電信號③基本轉換電路則將該電信號轉換成便于傳輸、處理的電量p1
2.傳感器的分類p1①按被測量對象分類②按工作機理分類③按被測物理量分類④按工作原理分類⑤按傳感器能量源分類⑥按輸出信號的性質分類p
2三、傳感器的特性及主要性能指標p41、傳感器的靜態(tài)特性
2、傳感器的動態(tài)特性
3、傳感器的性能指標p4①高精度、低成本②高靈敏度③工作可靠④穩(wěn)定性好⑤抗干擾能力強⑥動態(tài)特性良好⑦結構簡單、小巧，使用維護方便，通用性強p4第二節(jié)：傳感器檢測技術的地位和作用p5第三節(jié)：1.測量范圍及量程p62.靈敏度p63.線性度p74.重復性p75.穩(wěn)定性：穩(wěn)定性即在相同條件、相當長時間內，其輸入/輸出特性不發(fā)生變化的能力p76.精確度p77.動態(tài)特性：傳感器的動態(tài)特性反映了傳感器對于隨時間變化的動態(tài)量的響應特性p88.環(huán)境參數(shù)p8第四節(jié)：傳感器的標定與校準p91.傳感器的靜態(tài)標定p92.傳感器的動態(tài)標定p10第五節(jié)：傳感器與檢測技術的發(fā)展方向。
1.開發(fā)新型傳感器p112.傳感檢測技術的智能化p113.復合傳感器：復合傳感器是同時檢測幾種物理量具有復合檢測功能的傳感器p124.研究生物感官，開發(fā)仿生傳感器p12
第二章第一節(jié)：參量型位移傳感器p131.電阻式位移傳感器p132.電阻應應變式位移傳感器p153.電容式位移傳感器p154.電感式位移傳感器p20第二節(jié)：發(fā)電型位移傳感器—壓電位移傳感器p25第三節(jié)：大位移傳感器p261.磁柵式位移傳感器p262.光柵式位移傳感器p273.感應同步器p294.激光式位移傳感器p31
第三章 力、扭矩和壓力傳感器p34第一節(jié)：測力傳感器p341.電阻應變式測力傳感器p342.壓電式力傳感器p41①壓電效應p41②壓電晶體及材料③壓電式傳感器的等效電路和前置放大器p423.壓磁式力傳感器p44①效應p44②工作原理p45③結構p45第二節(jié)：扭矩傳感器p461.電阻應變式扭矩傳感器p462.壓磁式扭矩儀p483.電容式扭矩測量儀p494.光電式扭矩測量儀p495.鋼弦式扭矩傳感器p50
第三節(jié)：壓力傳感器p501.液柱式壓力轉換原理p502.活塞式壓力轉換原理p513.彈性式壓力傳感元件p514.電量式壓力計p53①電容式壓力傳感器p53②應變式壓力傳感器p53③壓阻式壓力傳感器p54④電感式壓力傳感器⑤渦流式壓力傳感器p55⑥霍爾式壓力傳感器p55⑦壓電式壓力傳感器p55
第四章 速度、加速度傳感器p57第一節(jié)：速度傳感器p571.直流測速發(fā)電機p57
2.交流測速發(fā)電機p583.線振動速度傳感器p594.變磁通式速度傳感器p605.霍爾式和電渦流式轉速傳感器p616.陀螺式角速度傳感器p627.流速風速傳感器p64第二節(jié)：加速度傳感器p661.壓電式加速度傳感器p672.應變式加速度傳感器p693.磁致伸縮式振動加速度傳感器p734.力平衡式伺服加速度傳感器p735.單片微型平衡式伺服加速度傳感器p756.慣性傾角加速度傳感器p76
第五章 視覺、觸覺傳感器p77第一節(jié)：視覺傳感器p771.光電式攝像機原理p77固體半導體攝像機原理p783.激光式視覺傳感器原理p784.紅外圖像傳感器原理p78
第二節(jié)：人工視覺p801.人工視覺系統(tǒng)的硬件構成p802.物體識別p81第三節(jié)：觸覺傳感器p851.接觸覺傳感器p862.壓覺傳感器p873.滑動覺傳感器p88
第六章 第一節(jié)：熱電偶式傳感器p901.基本原理p902.熱電偶組成、分類及其特點p91第二節(jié)：電阻式溫度傳感器p931.金屬熱電阻溫度傳感器p932.熱敏電阻溫度傳感器p94第三節(jié)：非接觸式溫度傳感器p951.全輻射溫度傳感器p952.高度式溫度傳感器p963.比色溫度傳感器p97第四節(jié)：半導體溫度傳感器p98
第七章 氣敏、溫度、水份傳感器p100第一節(jié)：氣敏傳感器p1001.氣敏元件工作機理p1002.常用氣敏元件的種類p101①燒結型氣敏元件p101②薄膜型氣敏元件p101③厚膜氣敏元件p1023.氣敏元件的幾種應用實例p102第二節(jié)：溫度傳感器p1051.相對濕度與絕對濕度p1062.氯化鋰濕敏元件p1063.半導體陶瓷濕敏元件p1074.熱敏電阻式濕敏元件p1085.高分子膜濕敏元件p1096.金屬氧化物陶瓷濕敏元件p1117.結露傳感器p112第三節(jié)：水份傳感器p1131.水份傳感器的工作原理與結構p1132.直流電阻式水份計的結構原理p114
第八章 傳感檢測系統(tǒng)的構成p116第一節(jié)：傳感檢測系統(tǒng)的組成p116第二節(jié)：電橋p1171.電橋工作原理p1172.電橋的分類與應用p1183.電橋的工作特性指標p1204.電橋調零p122第三節(jié)：調制與解調p1221.調制p1232.解調p124第四節(jié)：濾波器p1261.無源濾波器p1262.有源濾波器p1293.數(shù)字濾波p136第五節(jié)：數(shù)/模和模/數(shù)的轉換p1371.數(shù)/模轉換原理p1372.數(shù)/模轉換器芯片介紹p1383.數(shù)/模轉換器的技術指標p1394.模/數(shù)轉換原理p1405.模/數(shù)轉換器芯片介紹p1426.模/數(shù)轉換器的技術指標p143第六節(jié)：傳感器與模/數(shù)轉換器的連接通道p1431.放大與濾波環(huán)節(jié)p1432.多路模擬開關環(huán)節(jié)p1453.采樣保持環(huán)節(jié)p1464.模/數(shù)轉換環(huán)節(jié)p148
第七節(jié)：傳感檢測信號的細分與辨向原理p1491.四倍細分原理p1492.辨向原理p151
3.細分、辨向常用電路p152第八節(jié)：傳感檢測系統(tǒng)中的抗干擾問題p1531.干擾與噪聲p1532.抑制干擾的方法p1543.典型噪聲干擾的抑制p156第九節(jié)：傳感檢測系統(tǒng)中的微機接口p1561.接口的基本方式p1572.A/D轉換器與CPU連接需解決的技術問題p1573.數(shù)據(jù)轉換接口的典型結構p1584.A/D轉換器與CPU的接口示例p1595.傳感檢測系統(tǒng)的顯示器及其接口p163第十節(jié)：傳感器信號的溫度補償及線性化的計算機處理p1681.溫度補償?shù)奶幚矸椒╬1682.線性化處理方法p1683.線性化與溫度補償實例p170
第九章 信號分析及其在測試中的應用p173第一節(jié)：信號的分類p1731.確定性信號p1732.非確定性信號p1733.模擬信號與離散信號p174第二節(jié)：信號的幅值描述p1741.信號的均值u p1742.信號的方差p1753.信號的均方值p1754.信號的概率密度函數(shù)p（x）p175第三節(jié)：信號的相關描述p176第四節(jié)：信號的頻域描述p178
1.周期信號與離散頻譜—傅里葉級數(shù)p1782.非周期信號與連續(xù)頻譜—傅里葉變換p182
3.傅里葉變換的基本性質p1834.非確定性信號的功率譜密度函數(shù)p184第五節(jié)：信號分析在振動測試中的應用p1881.振動的類型p1882.振動的激勵方式p1893.激振器p190
第十章 傳感器在機電一體化系統(tǒng)中的應用p200第一節(jié)：傳感器在工業(yè)機器人中的應用p2001.零位和極限位置的檢測p2002.位移量的檢測p2013.速度加速度的檢測p2014.外部信息傳感器在電弧焊機器人中的應用p201第二節(jié)：傳感器在CNC機床與加工中心的應用p2031.傳感器在位置反饋系統(tǒng)中的應用p2032.傳感器在速度反饋系統(tǒng)中應用p203第三節(jié)：傳感器在三坐標測量機中的應用p204第四節(jié)：傳感器在汽車機電一體化中應用p208第五節(jié)：傳感器在家用電器中的應用p218
第三篇：傳感器與檢測技術論文
光電傳感器--太陽能電池板
太陽能電池板是利用光生伏特效應原理制造的。在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象叫做光生伏特效應?；谠撔墓怆娖骷泄怆姵睾凸饷舳O管、三極管。太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置。以光電效應工作的薄膜式太陽能電池為主流，而以光化學效應工作的濕式太陽能電池則還處于萌芽階段。
太陽能電池板 Solar panel
分類：晶體硅電池板：多晶硅太陽能電池、單晶硅太陽能電池。
非晶硅電池板：薄膜太陽能電池、有機太陽能電池。
化學染料電池板：染料敏化太陽能電池。太陽能發(fā)電系統(tǒng)
太陽能發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流220V或 110V，還需要配置逆變器。各部分的作用為：
（一）太陽能電池板：太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的部分。其作用是將太陽能轉化為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。太陽能電池板的質量和成本將直接決定整個系統(tǒng)的質量和成本。
（二）太陽能控制器：太陽能控制器的作用是控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應具備溫度補償?shù)墓δ堋Ｆ渌郊庸δ苋绻饪亻_關、時控開關都應當是控制器的可選項。
（三）蓄電池：一般為鉛酸電池，一般有12V和24V這兩種，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。
（四）逆變器：在很多場合，都需要提供AC220V、AC110V的交流電源。由于太陽能的直接輸出一般都是DC12V、DC24V、DC48V。為能向AC220V的電器提供電能，需要將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。在某些場合，需要使用多種電壓的負載時，也要用到DC-DC逆變器，如將24VDC的電能轉換成5VDC的電能（注意，不是簡單的降壓）。
晶體硅太陽能電池的制作過程：
晶體硅太陽能電池
“硅”是我們這個星球上儲藏最豐量的材料之一。自從19世紀科學家們發(fā)現(xiàn)了晶體硅的半導體特性后，它幾乎改變了一切，甚至人類的思維。20世紀末，我們的生活中處處可見“硅”的身影和作用，晶體硅太陽能電池是近15年來形成產(chǎn)業(yè)化最快的。生產(chǎn)過程大致可分為五個步驟：a、提純過程 b、拉棒過程 c、切片過程 d、制電池過程 e、封裝過程。
太陽能電池的應用：
太陽能電池,1971年首次應用于我國發(fā)射的衛(wèi)星上。1973年開始將太陽能電池用于地面。由于受到價格和產(chǎn)量的限制,市場發(fā)展很緩慢,除了作為衛(wèi)星電源,在地面上太陽能電池僅用于小功率電源系統(tǒng),如航標燈、鐵路信號系統(tǒng)等。
2002年,國家有關部委啟動了“西部省區(qū)無電鄉(xiāng)通電計劃”,通過光伏和小型風力發(fā)電解決西部七省區(qū)無電鄉(xiāng)的用電問題。這一項目的啟動大大刺激了太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè),國內建起了幾條太陽能電池的封裝線,使太陽能電池的年生產(chǎn)量迅速增加。
目前太陽能電池已經(jīng)開始廣泛用于通信、交通、民用產(chǎn)品等各個領域,光伏發(fā)電不但列入到國家的攻關計劃,而且列入國家電力建設計劃,同時也在一些重大工程項目中得到應用。2003年底，我國太陽能電池的累計裝機達到5萬千。目前，光伏發(fā)電已遍及我國西部各省區(qū)、以及中部和東部的部分省、市、自治區(qū)，投入總規(guī)模已經(jīng)超過30億元人民幣。太陽能電池高效和低價統(tǒng)一始終是國際開發(fā)的目標。
太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設計需要考慮如下因素：
問題
1、太陽能發(fā)電系統(tǒng)在哪里使用？該地日光輻射情況如何？
問題
2、系統(tǒng)的負載功率多大？
問題
3、系統(tǒng)的輸出電壓是多少，直流還是交流？
問題
4、系統(tǒng)每天需要工作多少小時？
問題
5、如遇到?jīng)]有日光照射的陰雨天氣，系統(tǒng)需連續(xù)供電多少天？
問題
6、負載的情況，純電阻性、電容性還是電感性，啟動電流多大？
問題
7、系統(tǒng)需求的數(shù)量？
太陽能電池的原理
太陽光照在半導體p-n結上，形成新的空穴-電子對，在p-n結電場的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應太陽能電池的工作原理。
一、太陽能發(fā)電方式太陽能發(fā)電有兩種方式，一種是光—熱—電轉換方式，另一種是光—電直接轉換方式。
（1）光—熱—電轉換方式通過利用太陽輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換成工質的蒸氣，再驅動汽輪機發(fā)電。前一個過程是光—熱轉換過程；后一個過程是熱—電轉換過程，與普通的火力發(fā)電一樣.太陽能熱發(fā)電的缺點是效率很低而成本很高，估計它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍.一座1000MW的太陽能熱電站需要投資20～25億美元，平均1kW的投資為2000～2500美元。因此，目前只能小規(guī)模地應用于特殊的場合，而大規(guī)模利用在經(jīng)濟上很不合算，還不能與普通的火電站或核電站相競爭。
（2）光—電直接轉換方式該方式是利用光電效應，將太陽輻射能直接轉換成電能，光—電轉換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光生伏特效應而將太陽光能直接轉化為電能的器件，是一個半導體光電二極管，當太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當許多個電池串聯(lián)或 并聯(lián)起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點.太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會引起環(huán)境污染；太陽能電池可以大中小并舉，大到百萬千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽能電池組，這是其它電源無法比擬的
電池板原料：玻璃，EVA，電池片、鋁合金殼、包錫銅片、不銹鋼支架、蓄電池等。
太陽能電池板新型涂層研發(fā)成功
美國倫斯勒理工學院研究人員2008年開發(fā)出一種新型涂層，將其覆蓋在太陽能電池板上能使后者的陽光吸收率提高到96.2%，而普通太陽能電池板的陽光吸收率僅為70%左右。
新涂層主要解決了兩個技術難題，一是幫助太陽能電池板吸收幾乎全部的太陽光譜，二是使太陽能電池板吸收來自更大角度的太陽光，從而提高了太陽能電池板吸收太陽光的效率。
普通太陽能電池板通常只能吸收部分太陽光譜，而且通常只在吸收直射的太陽光時工作效率較高，因此很多太陽能裝置都配備自動調整系統(tǒng)，以保證太陽能電池板始終與太陽保持最有利于吸收能量的角度。
多元化合物太陽電池
除了常用的單晶、多晶、非晶硅電池之外，多元化合物太陽電池指不是用單一元素半導體材料制成的太陽電池。現(xiàn)在各國研究的品種繁多，大多數(shù)尚未工業(yè)化生產(chǎn)，主要有以下幾種：
a)硫化鎘太陽能電池
b)砷化鎵太陽能電池
c)銅銦硒太陽能電池(新型多元帶隙梯度Cu(In, Ga)Se2薄膜太陽能電池)全球太陽能電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
據(jù)Dataquest的統(tǒng)計資料顯示,目前全世界共有136 個國家投入普及應用太陽能電池的熱潮中,其中有95 個國家正在大規(guī)模地進行太陽能電池的研制開發(fā),積極生產(chǎn)各種相關的節(jié)能新產(chǎn)品。1998年,全世界生產(chǎn)的太陽能電池,其總的發(fā)電量達1000兆瓦,1999年達 2850兆瓦。2000年,全球有將近4600 家廠商向市場提供光電池和以光電池為電源的產(chǎn)品。
目前,許多國家正在制訂中長期太陽能開發(fā)計劃,準備在21世紀大規(guī)模開發(fā)太陽能，美國能源部推出的是國家光伏計劃, 日本推出的是陽光計劃。NREL光伏計劃是美國國家光伏計劃的一項重要的內容，該計劃在單晶硅和高級器件、薄膜光伏技術、PVMaT、光伏組件以及系統(tǒng)性能和工程、光伏應用和市場開發(fā)等5個領域開展研究工作。
美國還推出了太陽能路燈“計劃”,旨在讓美國一部分城市的路燈都改為由太陽能供電,根據(jù)計劃,每盞路燈每年可節(jié)電 800 度。日本也正在實施太陽能“7萬套工程計劃”，日本準備普及的太陽能住宅發(fā)電系統(tǒng),主要是裝設在住宅屋頂上的太陽能電池發(fā) 電設備,家庭用剩余的電量還可以賣給電力公司。一個標準家庭可安裝一部發(fā)電3000瓦的系統(tǒng)。歐洲則將研究開發(fā)太陽能電池列入著名的“尤里卡”高科技計劃，推出了“10萬套工程計劃”。這些以普及應用光電池為主要內容的“太陽能工程”計劃是目前推動太陽能光電池產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的重要動力之一。
日本、韓國以及歐洲地區(qū)總共8個國家最近決定攜手合作,在亞洲內陸及非洲沙漠地區(qū)建設世界上規(guī)模最大的太陽能發(fā)電站,他們的目標是將占全球陸地面積約1/4的沙漠地區(qū)的長時間日照資源有效地利用起來,為30萬用戶提供100萬千瓦的電能。計劃將從2001年開始，花4年時間完成。
目前,美國和日本在世界光伏市場上占有最大的市場份額。美國擁有世界上最大的光伏發(fā)電廠,其功率為7MW,日本也建成了發(fā)電功率達1MW的光伏發(fā)電廠。全世界總共有23萬座光伏發(fā)電設備,以色列、澳大利亞、新西蘭居于領先地位。
20世紀90年代以來,全球太陽能電池行業(yè)以每年15%的增幅持續(xù)不斷地發(fā)展。據(jù)Dataquest發(fā)布的最新統(tǒng)計和預測報告顯示,美國、日本和西歐工業(yè)發(fā)達國家在研究開發(fā)太陽能方面的總投資, 1998年達570億美元;1999年646億美元;2000年700億美元;2001年將達820億美元;2002年有望突破1000億美元。
我國太陽能電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
我國對太陽能電池的研究開發(fā)工作高度重視,早在七五期間,非晶硅半導體的研究工作已經(jīng)列入國家重大課題;八五和九五期間,我國把研究開發(fā)的重點放在大面積太陽能電池等方面。2003年10月，國家發(fā)改委、科技部制定出未來5年太陽能資源開發(fā)計劃，發(fā)改委“光明工程”將籌資100億元用于推進太陽能發(fā)電技術的應用，計劃到2005年全國太陽能發(fā)電系統(tǒng)總裝機容量達到300兆瓦。
2002年，國家有關部委啟動了“西部省區(qū)無電鄉(xiāng)通電計劃”，通過太陽能和小型風力發(fā)電解決西部七省區(qū)無電鄉(xiāng)的用電問題。這一項目的啟動大大刺激了太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)，國內建起了幾條太陽能電池的封裝線，使太陽能電池的年生產(chǎn)量迅速增加。我國目前已有10條太陽能電池生產(chǎn)線,年生產(chǎn)能力約為4.5MW,其中8條生產(chǎn)線是從國外引進的,在這8條生產(chǎn)線當中,有6條單晶硅太陽能電池生產(chǎn)線,2條非晶硅太陽能電池生產(chǎn)線。據(jù)專家預測,目前我國光伏市場需求量為每年5MW,2001～2010年,年需求量將達10MW,從2011年開始,我國光伏市場年需求量將大于20MW。
目前國內太陽能硅生產(chǎn)企業(yè)主要有洛陽單晶硅廠、河北寧晉單晶硅基地和四川峨眉半導體材料廠等廠商，其中河北寧晉單晶硅基地是世界最大的太陽能單晶硅生產(chǎn)基地，占世界太陽能單晶硅市場份額的25％左右。
在太陽能電池材料下游市場，目前國內生產(chǎn)太陽能電池的企業(yè)主要有無錫尚德、南京中電、保定英利、河北晶澳、林洋新能源、蘇州阿特斯、常州天合、云南天達光伏科技、寧波太陽能電源、京瓷（天津）太陽能等公司，總計年產(chǎn)能在800MW以上。
2009年，國務院根據(jù)工信提供的報告指出多晶硅產(chǎn)能過剩，實際業(yè)界人并不認可，科技部已經(jīng)表態(tài)，多晶硅產(chǎn)能并不過剩。太陽能電池發(fā)展市場
當電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約國際社會經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸時，越來越多的國家開始實行“陽光計劃”，開發(fā)太陽能資源，尋求經(jīng) 濟發(fā)展的新動力。歐洲一些高水平的核研究機構也開始轉向可再生能源。在國際光伏市場巨大潛力的推動下，各國的太陽能電池制造業(yè)爭相投入巨資，擴大生產(chǎn)，以爭一席之地。
全球太陽能電池產(chǎn)業(yè)1994-2004年10年里增長了17倍，太陽能電池生產(chǎn)主要分布在日本、歐洲和美國。2006年全球太陽能電池安裝規(guī)模已達1744MW，較2005年成長19％，整個市場產(chǎn)值已正式突破100億美元大關。2007年全球太陽能電池產(chǎn)量達到3436MW，較2006年增長了56%。
中國對太陽能電池的研究起步于1958年，20世紀80年代末期，國內先后引進了多條太陽能電池生產(chǎn)線，使中國太陽能電池生產(chǎn)能力由原來的3個小廠的幾百kW一下子提升到4個廠的4.5MW，這種產(chǎn)能一直持續(xù)到2002年，產(chǎn)量則只有2MW左右。2002年后，歐洲市場特別是德國市場的急劇放大和無錫尚德太陽能電力有限公司的橫空出世及超常規(guī)發(fā)展給中國光伏產(chǎn)業(yè)帶來了前所未有的發(fā)展機遇和示范效應。
目前，我國已成為全球主要的太陽能電池生產(chǎn)國。2007年全國太陽能電池產(chǎn)量達到1188MW，同比增長293%。中國已經(jīng)成功超越歐洲、日本為世界太陽能電池生產(chǎn)第一大國。在產(chǎn)業(yè)布局上，我國太陽能電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了一定的集聚態(tài)勢。在長三角、環(huán)渤海、珠三角、中西部地區(qū)，已經(jīng)形成了各具特色的太陽能產(chǎn)業(yè)集群。
中國的太陽能電池研究比國外晚了20年，盡管最近10年國家在這方面逐年加大了投入，但投入仍然不夠，與國外差距還是很大。政府應加強政策引導和政策激勵，盡快解決太陽能發(fā)電上網(wǎng)與合理定價等問題。同時可借鑒國外的成功經(jīng)驗，在公共設施、政府辦公樓等領域強制推廣使用太陽能，充分發(fā)揮政府的示范作用，推動國內市場盡快起步和良性發(fā)展。
太陽能光伏發(fā)電在不遠的將來會占據(jù)世界能源消費的重要席位，不但要替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應的主體。預計到2030年，可再生能源在總能源結構中將占到30％以上，而太陽能光伏發(fā)電在世界總電力供應中的占比也將達到10％以上；到2040年，可再生能源將占總能耗的50％以上，太陽能光伏發(fā)電將占總電力的20％以上；到21世紀末，可再生能源在能源結構中將占到80％以上，太陽能發(fā)電將占到60％以上。這些數(shù)字足以顯示出太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景及其在能源領域重要的戰(zhàn)略地位。由此可以看出，太陽能電池市場前景廣闊。
利用太陽能電池的離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)
太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)包括
1、太陽能控制器(光伏控制器和風光互補控制器)對所發(fā)的電能進行調節(jié)和控制，一方面把調整后的能量送往直流負載或交流負載，另一方面把多余的能量送往蓄電池組儲存，當所發(fā)的電不能滿足負載需要時，太陽能控制器又把蓄電池的電能送往負載。蓄電池充滿電后，控制器要控制蓄電池不被過充。當蓄電池所儲存的電能放完時，太陽能控制器要控制蓄電池不被過放電，保護蓄電池?？刂破鞯男阅懿缓脮r，對蓄電池的使用壽命影響很大，并最終影響系統(tǒng)的可靠性。
2、太陽能蓄電池組的任務是貯能，以便在夜間或陰雨天保證負載用電。
3、太陽能逆變器負責把直流電轉換為交流電，供交流負荷使用。太陽能逆變器是光伏風力發(fā)電系統(tǒng)的核心部件。由于使用地區(qū)相對落后、偏僻，維護困難，為了提高光伏風力發(fā)電系統(tǒng) 5 的整體性能，保證電站的長期穩(wěn)定運行，對逆變器的可靠性提出了很高的要求。另外由于新能源發(fā)電成本較高，太陽能逆變器的高效運行也顯得非常重要。
太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要產(chǎn)品分類 A、光伏組件 B、風機 C、控制器 D、蓄電池組 E、逆變器 F、風力/光伏發(fā)電控制與逆變器一體化電源。
利用太陽能電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)
可再生能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是將光伏陣列、風力機以及燃料電池等產(chǎn)生的可再生能源不經(jīng)過蓄電池儲能，通過并網(wǎng)逆變器直接反向饋入電網(wǎng)的發(fā)電系統(tǒng)。
因為直接將電能輸入電網(wǎng)，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲能和釋放的過程，可以充分利用可再生能源所發(fā)出的電力，減小能量損耗，降低系統(tǒng)成本。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能夠并行使用市電和可再生能源作為本地交流負載的電源，降低整個系統(tǒng)的負載缺電率。同時，可再生能源并網(wǎng)系統(tǒng)可以對公用電網(wǎng)起到調峰作用。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是太陽能風力發(fā)電的發(fā)展方向，代表了21世紀最具吸引力的能源利用技術。
太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要產(chǎn)品分類 A、光伏并網(wǎng)逆變器 B、小型風力機并網(wǎng)逆變器 C、大型風機變流器（雙饋變流器，全功率變流器）。
第四篇：傳感器與檢測技術總結
《傳感器與檢測技術》總結
姓名：王婷婷 學號：14032329 班級：14-1
1傳感器與檢測技術
這學期通過學習《傳感器與檢測技術》，懂得了很多，以下是我對這本書的總結。第一章 概 述
傳感器的作用是：傳感器是各種信息的感知、采集、轉換、傳輸和處理的功能器件，具有不可替代的重要作用。
傳感器的定義：能夠感受規(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。
傳感器的組成：被測量量---敏感元件---轉換元件----基本轉換電路----電量輸出
傳感器的分類：按被測量對象分類（內部系統(tǒng)狀態(tài)的內部信息傳感器{位置、速度、力、力矩、溫度、導演變化}、外部環(huán)境狀態(tài)的外部信息傳感器{接觸式[觸覺、滑動覺、壓覺]、非接觸式[視覺、超聲測距、激光測距）；按工作機理分類（結構型{電容式、電感式}、物性型{霍爾式、壓電式}）；按是否有能量轉換分類（能量控制型[有源型]、能量轉換型[無源型]）；按輸出信號的性質分類（開關型[二值型]{接觸型[微動、行程、接觸開關]、非接觸式[光電、接近開關]}、模擬型{電阻型[電位器、電阻應變片]，電壓、電流型[熱電偶、光電電池]，電感、電容型[電感、電容式位置傳感器]}、數(shù)字型{計數(shù)型[脈沖或方波信號+計數(shù)器]、代碼型[回轉編碼器、磁尺]}）。
傳感器的特性主要是指輸出與輸入之間的關系。當輸入量為常量，或變化極慢時，稱為靜態(tài)特性；輸出量對于隨時間變化的輸入量的響應特性，這一關系稱為動態(tài)特性，這一特性取決于傳感器本身及輸入信號的形式。可以分為接觸式環(huán)節(jié)（以剛性接觸形式傳遞信息）、模擬環(huán)節(jié)（多數(shù)是非剛性傳遞信息）、數(shù)字環(huán)節(jié)。動態(tài)測量輸入信號的形式通常采用正弦周期（在頻域內）信號和階躍信號(在時域內)。
傳感器的靜態(tài)特性：線性度（以一定的擬合直線作基準與校準曲線比較?L??LmaxY?100%）、遲滯、重復性、靈敏度（K0=△Y/△X=輸出變化量/輸入變化量=k1k2···kn）和靈敏度誤差（rs=△K0/K0×100%、穩(wěn)定性、靜態(tài)測量不確定性、其他性能參數(shù)：溫度穩(wěn)定性、抗干擾穩(wěn)定性。
傳感器的動態(tài)特性：傳遞函數(shù)、頻率特性（幅頻特性、相頻特性）、過渡函數(shù)。
0階系統(tǒng)：靜態(tài)靈敏度；一階系統(tǒng)：靜態(tài)靈敏度，時間常數(shù)；二階系統(tǒng)：靜態(tài)靈敏度，時間常數(shù)，阻尼比。
傳感器的標定：通過各種試驗建立傳感器的輸入量與輸出量之間的關系，確定傳感器在不同使用條件下的誤差關系。國家標準測力機允許誤差±0.001%，省、部一級計量站允許誤差±0.01%，市、企業(yè)計量站允許誤差±0.1%，三等標準測力機、傳感器允許誤差±（0.3～0.5）%，工程測試、試驗裝置、測試用力傳感器允許誤差±1%。分為靜態(tài)標定和動態(tài)標定。
第二章 位 移 檢 測 傳 感 器
測量位移常用的傳感器有電阻式、電容式、渦流式、壓電式、感應同步器式、磁柵式、光電式。參量位移傳感器是將被測物理量轉化為電參數(shù)，即電阻、電容或電感等。發(fā)電型位移傳感器是將被測物理量轉換為電源性參量，如電動勢、電荷等。屬于能量轉換型傳感器，這類傳感器有磁電型、壓電型等。
電位計的電阻元件通常有線繞電阻、薄膜電阻、導塑料（即有機實心電位計）等。電位計結構簡單，輸出信號大，性能穩(wěn)定，并容易實現(xiàn)任意函數(shù)關系。其缺點是要求輸入能量大，電刷與電阻元件之間有干摩擦，容易磨損，產(chǎn)生噪聲干擾。
Rx?線性電位計的空載特性：
Rx?KRxl，KR----電位計的電阻靈敏度（Ω/m）。電位計輸出空載電壓為U0?Uix?Kuxl，Ku------電位計的電壓靈敏度（V/m）。
C?電容式傳感器的基本原理：
?S?r?oS???δ、S和εr中的某一項或幾項有變化時，就改變了電容C0，δ或S的變化可以反映線位移或角位移的變化，也可以間接反映壓力、加速度等的變化；εr的變化則可反映液面高度、材料厚度等的變化。ε0=8.85×10-12F/m。
K?a.變極距型電容位移傳感器的靈敏度為
?C?S?C???????0??0，C0?0；b.變極板面積型電C?容位移傳感器2??(l?x)x?Cx??C0?C0??lnRB/RAl, C0l? ； c.變介質型電容式位移傳感器
C??0Sd????/?r，其中ε0為真空介電常數(shù)（空氣介電常數(shù)ε1=ε0）εr為介質的相對介電常數(shù)，?r??/?0，ε為介質的介電常數(shù)； d.容柵式電容位移傳感器
Cmax?n?ab??(R?R?r?r)?n?2?，其中n為可動容柵的柵極數(shù)，a、b分別為柵極的寬度寬度和長度，α為每條柵極所對應的圓心角，R、r分別為柵極外半徑和內半徑。特點分辨力高、精度高、量程大，刻劃精度和安裝精度要求有所降低。
電容式傳感器的轉換電路：電橋電路、二極管雙T形電路、差動脈沖調寬電路、運算放大器式電路、調頻電路。
電容式傳感器的特點：優(yōu)點：溫度特性好，結構簡單、適應性強，動態(tài)響應好，可以實現(xiàn)非接觸測量、具有平均效應。缺點：輸出阻抗高、負載能力差，寄生電容影響大。
電感式位移傳感器：是一種利用線圈自感和互感的變化實現(xiàn)非電量電測的裝置。感測量：位移、振動、壓力、應變、流量、比重。種類有：根據(jù)轉換原理：分自感式和互感式兩種；根據(jù)結構型式，分氣隙型、面積型和螺管型。
電感式傳感器的轉換電路：調幅電路；調頻電路；調相電路。
自感式電感受位移傳感器：N?m?Li ；
?m?NiN?NL?Rm ；Rm ；Rm?l2???S?0S0；其中l(wèi)----鐵心與銜鐵中的導磁長度；μ---鐵心與銜鐵的磁導率（H/m）；S---鐵心與銜鐵中的導磁面積；δ---氣隙厚度；μ0---真空磁導率；S0---氣隙導磁橫截面積。互感式位移傳感器：將被測物理量的變化轉換成互感系數(shù)的變化。常接成差動形式，故也稱差動變壓器式位移傳感器，屬于螺管型。則總輸出電動勢E0?E1?E2?(M2?M1)di1dt
互感式位移傳感器的誤差因素：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。但實際上，當使用橋式電路時，在零點仍有一個微小的電壓值（從零點幾mV到數(shù)十mV）存在，稱為零點殘余電壓。電渦流式傳感器：電感線圈產(chǎn)生的磁力線經(jīng)過金屬導體時，金屬導體就會產(chǎn)生感應電流，該電流的流線呈閉合回線，類似水渦形狀，稱之為電渦流。電渦流式傳感器是以電渦流效應為基礎，由一個線圈和與線圈鄰近的金屬體組成，當線圈通入交變電流I時，在線圈的周圍產(chǎn)生一交變磁場H1，處于該磁場中的金屬體上產(chǎn)生感應電動勢，并形成渦流。金屬體上流動的電渦流也將產(chǎn)生相應的磁場H2，H2與H1方向相反，對線圈磁場H1起抵消作用，從而引起線圈等效阻抗Z或等效電感L或品質因素相應變化。金屬體上的電渦流越大，這些參數(shù)的變化亦越大。如圖如式：
渦流位移傳感器主要分為高頻反射和低頻透射兩類。電渦流式傳感器的轉換電路：電橋電路法、諧振電路法、正反饋法。其特點是渦流式傳感器結構簡單，易于進行非接觸測量，靈敏度高，應用廣泛，可測位移、厚度、振動等。
霍爾效應的定義：磁場中的靜止載流導體，當它的電流方向與磁場方向不一致時，載流導體上平行于電流和磁場方向上的兩個面之間產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應。該電勢稱霍爾電勢，霍爾效應的大?。篣H?BI/ned?UH?kHBI
霍爾式傳感器的誤差因素：元件幾何誤差以及電極焊點的大小造成的影響；不等位電勢的影響；寄生直流電勢的影響；感應電勢的影響；溫度誤差的影響（恒流源供電和輸入回路并聯(lián)電阻；合理選取負載電阻；恒壓源和輸入回路串聯(lián)電阻；采用溫度襝元件。）
光柵式位移傳感器：長光柵（測量線位移）、圓光柵（測量角位移）。長光柵：是根據(jù)
BH?莫爾條紋效應設計的。兩個莫爾條紋的間距
WW?2sin?/2?。光柵條紋密度有25條/mm，50條/mm，100條/mm或更密，柵線長度一般為6～12mm。其測長精度可達0.5～3μm(3000mm范圍內），分辨力可達0.1μm。圓光柵：圓光柵同心放置時，條紋間距BH?WRWRBH?r1?r2；偏心放置時，e，測量精度可達到0.15“，分辨力可達0.1”。W：光柵柵距。R：圓的半徑。R1、R2:分別為切線圓半徑。e :偏心量。
光柵可以制成透射光柵和反射光柵,透射光柵的柵線刻制在透明村料上,要求較高時,可以采用光學玻璃；而指示光柵最好采用光學玻璃，反射光柵的柵線刻制在具有反射率很高的金屬或鍍以金屬膜的玻璃上。
感應同步器：利用電磁感應原理將線位移和角位移轉換成電信號的一種裝置。根據(jù)用途可將感應同步器分為直線式和旋轉式兩種，分別用于測量線位移和角位移。
激光式位移傳感器：由激光器、光學元件、光電轉換元件構成的將測位移量轉換成電信號。常用的激光干涉測長傳感器分為單頻激光干涉?zhèn)鞲衅骱碗p頻激光干涉?zhèn)鞲衅鳌?/p>
第三章 力、扭矩和壓力傳感器 測力傳感器：用于測力的傳感器多為電氣式。電氣式測力傳感器根據(jù)轉換方式不同又分為參量型和發(fā)電型。參量型測力傳感器有電阻應變式、電容式、電感式等。發(fā)電測力傳感器有壓電式、壓磁式等。
電阻應變式測力傳感器:將力作用在彈性元件上,彈性元件在力作用下產(chǎn)生應變,利用貼在彈性元件上的應變片將應變轉換成電阻的變化。然后利用電橋將電阻變化轉換成電壓（或電流）的變化，再送入測量放大電路測量。最后利用標定的電壓（或電流）和力之間的對應關系，可測出力的大小或經(jīng)換算得到被測力。
dRdLdSd???????2????LE???(1?2?)??LE?LS?應變片：R；其中μ：電阻絲的泊松系數(shù)；ζ：電阻絲受到的應力（Pa)；E：電阻絲的彈性模量；πL：電阻絲材料的dR?(1?2?)??K?縱向壓阻系數(shù)。對于金屬絲，（1+2μ）ε?πLEε，則R；其中K：金屬電阻絲靈敏系數(shù)，K約在1.7～3.6之間。常用金屬絲材料在200℃～300℃以下工作可選用康銅絲應變絲，在300℃以上工作可選用鎳鉻合金應變片、鉑銥合金應變片等。
半導體應變片：其工作原理是基于壓阻效應。壓阻效應：是指當半導體受到應力作用時，由于截流子遷移率的變化，使其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。表達電阻絲電阻應變效應的公
K?式也適用于半導體電阻材料。其應變靈敏系數(shù)為：
dR/R???LE，半導體應變片的缺點是應變靈敏系數(shù)的離散性大，機械強度低，非線性誤差大，溫度系數(shù)大。
應變片的布置和接橋方式：則電橋的輸出U0?電壓為：
R1R3?R2R4Ui(R1?R2)(R3?R4)，當R1=R2=R3=R4=R，U0?Ui?R1?R2?R3?R4(???)4RRRR，應變儀電橋式作方式有：單臂、雙臂、四臂。應變片在彈性元件上典型的布片和接橋方式有：柱型、環(huán)形、懸臂梁式、兩端固定梁、軸。壓電式力傳感器：是基于壓電元件的壓電效應而工作的。正壓電效應：當某些晶體沿一定方向受到外力作用而變形時，在其相應的兩個相對表面產(chǎn)生極性相反的電荷，當外力去掉后，又恢復到不帶電狀態(tài)。晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比，電荷的極性取決于變形的形式。逆壓電效應：在某些晶體的極化方向（受力能產(chǎn)生電荷的方向）施加外電場，晶體本身將產(chǎn)生機械變形，當外電場撤去后，變形也隨之消失。
壓電元件及其晶片連接方式有：單片式、兩片串聯(lián)式、兩片并聯(lián)式、剪切式、扭轉式。壓磁式力傳感器：在機械力作用下，鐵磁材料內部產(chǎn)生應力或應力變化，使磁導率發(fā)生變化，磁阻相應也發(fā)生變化的現(xiàn)象。外力是拉力時，在作用方向鐵磁材料磁導率提高，垂直作用力方向磁導率降低；作用力為壓力時，則反之。常用的鐵磁材料有硅鋼片和坡莫合金。
第四章 速度、加速度傳感器
直流測速發(fā)電機：按定子磁極的勵磁方式不同，可分為電磁式、永磁式兩類；若按電樞的結構形式不同，可分為無槽電樞、有槽電樞、空心杯電樞、圓盤印刷繞組等。電樞感應電動勢為Es?Ke?n?Cen，其中Ke：感應系數(shù)；Φ：磁通；n：轉速；Ce:感應電動勢與轉速的比例系數(shù)?？蛰d時：Is=0 ,則有直流測速發(fā)電機的輸出電壓和電樞感應電動勢相等，因而輸出電壓與轉速成正比。有負載時，直流測速發(fā)電機的輸出電壓為VCF?Es?Isrs，rS：電樞回路的總電阻。電樞電流為
IS?VCFRL，RL：測速發(fā)電機的負載電阻。則可得VCF?Cen?Cn1?rs/RL
直流測速發(fā)電機在工作中，其輸出電壓與轉速之間不能保持比例關系，原因和改進方法：一是有負載時，電樞反映去磁作用的影響，使輸出電壓不再與轉速成正比（在定子磁極上安裝補償繞組，或使負載電阻大于規(guī)定值）。二是電刷接觸壓降的影響（應采用接觸壓降較小的銅-石墨電極或銅電極，并在它與換向器相接觸的表面上鍍銀）。三是溫度的影響（在直流測速發(fā)電機的繞組回路中串聯(lián)一個電阻值較大的附加電阻，再接到勵磁電源上）。
交流測速發(fā)電機：可分為永磁式、感應式、脈沖式三種。永磁式并流測速發(fā)電機實質上是單向永磁轉子同步發(fā)電機,定子繞組感應的交變電動勢的大小和頻率都隨輸入信號而變f?化:
ppnE?4.44fNKw?m?44.4NKw?mn?Kn6060 ；
；其中K：常系數(shù)，K?4.44pNKw?m60 ；p：電機極對數(shù)；N：定子繞組每相匝數(shù)；KW：定子繞組基波繞組系數(shù)；Φm：電機每極基波磁通的幅值。通常此電機只做指示式轉速計使用。感應式測速發(fā)電機與脈沖式測速發(fā)電機的工作原理基本相同，都是利用定子、轉子齒槽相互位置的變化，使輸出繞組中的磁通產(chǎn)生脈動，從而感應出電動勢，也稱為感應子式發(fā)電機原理。輸出電動f?勢的頻率為ZrnHz60，其中Zr：轉子齒數(shù)；n：電動機轉速（r/min)線振動速度傳感器：當一個繞有N匝的線圈作垂直于磁場方向相對運動時，線圈切割磁力線，由法拉第電磁感應定律可知，線圈產(chǎn)生感應電動勢E?NBlv，其中B：線圈所在磁場的磁感應強度（T）；l：每匝線圈的平均長度；v：線圈磁場的運動速度。
變磁通式：開磁路式：測量時，齒輪隨被測旋轉體一起轉動，每轉過一個齒，傳感器磁路磁阻變化一次，磁通亦變化一次，因此線圈產(chǎn)生感應電動勢的變化頻率等于齒輪的齒數(shù)與轉速的乘積。閉磁路式：測量轉速時，磁能周期變化，線圈產(chǎn)生感應電動勢的頻率與轉速成正比。n?60f/z ； w?(2?/z)f(rad/s)
陀螺式角速度傳感器：包括轉子陀螺、壓電陀螺、激光陀螺、光纖陀螺。半導體硅流速傳感器是一種可測流速、流動方向的傳感器。其工作原理是依據(jù)發(fā)熱體與放置發(fā)熱體的流體介質的熱導率λ與流體流速相關原理制成的。Q??(T1?T2)?(A?Bvt)(T1?T2)，Q：流體介質從溫度T1流向溫度T2的熱量；λ：熱導率；vt:流體介質流速；B：常數(shù)，A為vt=0時的熱導率，A與B均由由流體介質性質和發(fā)熱體性質決定。
加速度傳感器：常用的有壓電式、應變式、磁致伸縮式等。
壓電式加速度傳感器包括：壓縮型(為了區(qū)分異常振動與其它噪聲振動，傳感器的固有頻率設計成與異常振動頻率相同，從而提高了信噪比）、剪切型（可忽略橫向加速度的影響，還能在高溫環(huán)境中使用）、彎曲型（結構簡單、體積小、重量輕、靈敏度高，但壓電材料有阻抗高、脆性大、難于與金屬粘結）。因為其本身內阻抗很高，輸出微弱，則必須接高輸入阻抗的前置放大器。這類放大器有電壓放大器（第一級采用場效應管構成源極輸出器，第二級晶體管構成對輸入端的負反饋，以提高輸入阻抗）和電荷放大器（輸出電壓u0??Q/Cf，Q：傳感器輸出電荷，Cf:反饋電容，即輸出電壓與電纜分布、長短無關）。壓電加速度傳感器屬發(fā)電型傳感器，可把它看成電壓源或電荷源，故靈敏度有電壓靈敏度{輸出電壓（mV）與所承受加速度之比}、電荷靈敏度{輸出電荷（Q）與所承受加速度之比）。對給定的壓電材料，靈敏度隨質量的增大或壓電片的增多而增大。一般加速度傳感器尺寸越大，其固有頻率越低。因此在選用加速度傳感器時應當權衡靈敏度和結構尺寸、附加質量影響和頻率響應特性之間的利弊。
第五章 視覺、觸覺傳感器
視覺傳感器：以光電變換為基礎，由四個部分組成，照明部（鎢絲燈、閃光燈等）、接收部（由透鏡和濾光片組成，具有聚成光學圖像或抽出有效信息的功能）、光電轉換部（將光學圖像信息轉換成電信號）、掃描部（將二維圖像的電信號轉換成時間序列的一維信號）。在機電一體化系統(tǒng)中的作用有三：進行位置檢測；進行圖像識別；進行物體形狀、尺寸缺陷的檢測。
視覺傳感器分為:光電式攝像機（即工業(yè)電視攝像機）{其光導攝像管是一種兼有光電轉換功能和掃描功能的真空管}、固體半導體攝像機{由許多光電二極管組成陣列代替光導攝像管。其攝像元件為CCD即電荷耦合器件,它是一種MOS型晶體管開關集成電路，它的構成主要有隔行傳送方式、幀傳送方式}、激光式視覺傳感器{利用激光作為定向性高密度光源，由光電轉換及放大元件、高速回轉多面棱鏡、激光器組成}、紅外圖像傳感器{由紅外敏感元件、電子掃描電路組成}。
人工視覺系統(tǒng)的硬件構成：圖像輸入、圖像處理、圖像存儲、圖像輸出四個子系統(tǒng)組成。圖像輸出裝置分為兩類：一類是只要求瞬時知道處理結果，以及計算機用對話形式進行處理的顯示終端，稱為軟拷貝；另一類可長時間保存結果，如寬行打印機、繪圖機、X-Y繪圖儀以及顯示器圖面照像裝置等，稱為硬拷貝。圖像信息的處理技術中，區(qū)域法與微分法不同，它不直接檢測灰度的變化點，而是以灰度大致相同的像素集合作為區(qū)域而匯集的方法。
觸覺傳感器：接觸覺、壓覺的閾值單位為104Pa，人的壓覺閾值約為1.28×104Pa，人的手指接觸覺閾值約為3×104Pa。接觸覺傳感器的代表是用硅橡膠制成的矩陣式觸覺傳感器。硅橡膠與金屬電極對置、接觸。由于硅橡膠受壓其電阻值就改變，所以輸出電壓相應變化?；瑒佑X傳感器：被用于工業(yè)機器人手指把持面與操作對象之間的相對運動，以實現(xiàn)實時控制指部的夾緊力。它是檢測指部與操作物體在切向的相對位移。
第六章 溫度傳感器
熱電偶式溫度傳感器：屬于接觸式熱電動勢型傳感器，基于熱電效應（當兩種不同金屬導體兩端相互緊密地連接在一起組成一個閉合電路時，由于兩個端點溫度不同，回路中將產(chǎn)生熱電動勢，并有電流通過，即將熱能轉換成電能。）它由熱電偶（閉合回路）、熱電極（兩導體）、熱端、冷端組成。熱電動勢由接觸電動勢、溫差電動勢兩部分組成。
熱電偶的分類:普通熱電偶(主要用于測量液體和氣體的溫度)、鎧裝熱電偶（也稱纜式熱電偶，可分為有碰底型、不碰底型、露頭型、帽型。特點是測量結熱容量小、熱慣性小、動態(tài)響應快、撓性好、強度高、抗震性好，適用于普通熱電偶不能測量的空間溫度）、薄膜熱電偶（可分為片狀、針狀，主要用于測量固體表面小面積瞬時變化的溫度。特點是熱容量小、時間常數(shù)小、反應速度快）、并聯(lián)熱電偶（它是把幾個同一型號的熱電偶的同性電極參考端并聯(lián)在一起，而各個熱電偶的測量結處于不同溫度下，其輸出電動勢為各熱電偶熱電動勢的平均值，所以這種熱電偶可用于測量平均溫度）、串聯(lián)熱電偶（又稱熱電堆，它是把若干個同一型號的熱電偶串聯(lián)在一起，所有測量端處于同一溫度T之下，所有連接點處于另一溫度TO之下，則輸出電動勢是每個熱電動勢之和。為保證測量值的真實性，常用的方法有恒溫法、溫度修正法、電橋補償法、冷端補償法、電位補償法。）
電阻式溫度傳感器：分為金屬熱電阻式、熱敏電阻式兩大類。金屬熱電阻式溫度傳感器：其基理是在金屬導體兩端加電壓后，使其內部雜亂無章運動的自由電子形成有規(guī)律的定向運動，而使導體導電。對于大多數(shù)金屬導體而言Rt?Ro(1??1t??2t2??????ntn)；鉑電阻物理化學性能穩(wěn)定，搞氧化能力強，測溫精度
23Rt?Ro[1??1t??2t??3(t?100?C)t]，在高，在（-200～0）℃范圍內的阻溫特性是：（0～850）℃內的阻溫特性是：Rt?Ro(1??1t??2t)，一般在RO=100Ω或RO=50Ω時，α1=3.96847×10-3/℃,α2=-5.847×10-7/℃2，α3=-4.22×10-12/℃4。銅價格低，在（-50～150）℃，23Rt?Ro(1??1t??2t??3t)其電化學性和物理性能穩(wěn)定，則有。為了避免通過交流電時產(chǎn)
2生感抗，或有交變磁場時產(chǎn)生感應電動勢，在繞制時要采用雙線無感繞制法。
熱敏電阻式溫度傳感器：所用材料是陶瓷半導體，其導電性取決于電子-空穴的濃度。其阻溫特性為RT=ROeB(1/T-1/TO)；正溫度系數(shù)熱敏電阻，隨溫度增加而增加，高溫不得超過140℃，臨界溫度系數(shù)熱敏電阻，不適于較寬溫度范圍內的測量；負溫度系數(shù)熱敏電阻，其阻值隨溫度增加而下降，一般用于（-50～300）℃之間的溫度測量。硅熱敏電阻即可具有正溫度系數(shù)也可具有負溫度系數(shù)，采用線性化措施后，可在（-30～150）℃內實現(xiàn)近似線性化。鍺熱敏電阻廣泛應用于低溫測量；硼熱敏電阻在工作中700℃高溫時仍能滿足要求。
非接觸式溫度傳感器：可分為全輻射式溫度傳感器、亮度式溫度傳感器、比色式溫度傳感器。
全輻射式溫度傳感器：利用物體在全光譜范圍內總輻射能量與溫度的關系測量溫度。
4全輻射式溫度傳感器測得的溫度總是低于物體的真實溫度。測量溫度：T?Tr1/?T ；Tr:輻射溫度；εT：溫度T時物體的全輻射發(fā)射系數(shù)。這種傳感器適用于遠距離、不能直接接觸的高溫物體，其測量范圍為（100～2000）℃。
亮度式溫度傳感器：利用物體的單色輻射亮度隨溫度變化的原理。傳感器測得的溫度
11???ln??T值小于被測物體的真實溫度T：TTLC2，ελT：單色輻射發(fā)射系數(shù)；C2：第二輻射常數(shù)，C2=0.014388(m·K）；λ：波長（m)。
比色溫度傳感器：通常，將波長選在光譜的紅色和藍色區(qū)域內。真實溫度T：11ln(??1/??2)??TTPC2(1?1)?1?2 ；其量程（800～2000）℃，測量精度為0.5%。如果兩個波長的單色發(fā)射系數(shù)相等，則真實溫度與比色溫度相同。一般灰體的發(fā)射系數(shù)不隨波長而變，故比色溫度等于真實溫度。通常λ1：對應藍色，λ2：對應為紅色。對于很多金屬，由于單色發(fā)射系數(shù)隨波長的增加而減小，故比色溫度高于真實溫度。半導體溫度傳感器：以半導體P-N結的溫度特性為理論基礎，利用晶體二極管與晶體三極管作為感溫元件。采用晶體二極管，測溫范圍在（0～50）℃；采用晶體三極管，測溫范圍在（-50～150）℃。
第七章 氣敏、溫度、水份傳感器 氣敏傳感器（N型半導體）：是一種將檢測到的氣體成份和濃度轉換為電信號的傳感器。具有代表性的是SnO2系和ZnO系氣敏元件。這些金屬氧化物都是利用陶瓷工藝制成的具有半導體特性的材料，簡稱半導瓷。材料吸收吸附分子，為正離子吸附（O2和氮氧化合物，為氧化型氣體）；材料釋放電子，為負離子吸附（H2、CO碳氫化合物和酒類傾向，為還原型氣體）。SnO2氣敏半導瓷摻加Pd、Mo、Ga等雜質，可供制造常溫工作的煙霧報警器。
濕度傳感器：分為絕對溫度（一定大小空間中水蒸氣的絕對含量，kg/m3，又稱為水氣濃度或水氣密度。它可以用水的蒸氣壓表示，空氣水氣密度
?v?pvMRT，其中M：水氣摩爾質量；R：摩爾氣體常數(shù)；Pv：蒸氣壓力；T：熱力學溫度）、相對溫度（為某一被測蒸氣壓與相同溫度下飽和蒸氣壓比值的百分數(shù)，常用%RH表示。是無量綱值。表示為潮濕程度。）
濕敏元件有：氯化鋰濕敏元件、半導體陶瓷濕敏元件、熱敏電阻濕敏元件、高分子膜濕敏元件。
氯化鋰濕敏元件：利用吸濕性鹽類潮解，離子導電率發(fā)生變化而制成的測濕元件。是典型的離子晶體。
熱敏電阻式濕敏元件：特點有靈敏度高且響應速度快；無滯后現(xiàn)象；不像干濕球溫度計需要水和紗布及其它維修保養(yǎng)；可連續(xù)測量（不需要加熱清洗）；抗受風、油、塵埃能力強。可制造精密的恒濕槽，精度達±0.2g/m3。
高分子膜濕敏元件：它是以隨高分子膜吸收或放出水份而引起電導率或電容變化測量環(huán)境相對濕度的裝置。根據(jù)電容器的容量值
C??Sd，再測得相對溫度。電子溫度計由檢測部分（有攜帶型、墻袋型、凸緣型）、數(shù)字顯示器、變換器構成。常用于工業(yè)溫度監(jiān)視、記錄和控制，尤可用于濕度小于20%RH的測量。在超過90%RH的高濕區(qū)域會出現(xiàn)結露。結露時濕度傳感器在沾濕間歇不能測量，一旦沾濕消失，恢復原來特性。
水份傳感器：水份是存在于物質中水的數(shù)量，以百分比表示。種類有:直流電阻型、高頻電阻型、電容率型、氣體介質型、近紅外型、中子型、核磁共振型。
第八章 傳感檢測系統(tǒng)的構成
傳感檢測系統(tǒng)的組成：傳感器（信息獲?。?、中間轉換（信號調理）電路（信號轉換調理）、微機接口電路（信息傳輸）、分析處理及控制顯示電路（信息分析處理、顯示記錄）等部分組成。目前常用的有模擬顯示（精度受標尺最小分度限制，易引入主觀誤差）、數(shù)字顯示（有利于消除讀數(shù)主觀誤差）、圖像顯示（常用的自動記錄儀器有筆式記錄儀、光線示波器、磁帶記錄儀）三種。
電橋：是把電阻、電感、電容等元件參數(shù)轉換成電壓或電流的一種測量電路。
直流電橋：在電橋的輸入端加入直流電源ES。當輸出端與高輸入阻抗裝置相接時，電橋相當于工作在輸出端開路狀態(tài)，其輸出電壓Uo?R1R3R1R4?R2R3Es?Es?EsR1?R2R3?R4(R1?R2)(R3?R4)。當R2R3=R1R4時，輸出電壓UO為0，稱這種狀態(tài)為平衡狀態(tài)。若將電橋輸出端與內阻為Rg的檢流計相連接，由戴維南定
Ro?理知，AB端的等效電阻
R1R2R3R4?R1?R2R3?R4，AB端的開路電壓Uoc?R1R4?R2R3RgEsUo?Uoc(R1?R2)(R3?R4)，則電橋輸出端的電壓為Ro?Rg。如下圖。
交流電橋：采用交流電源供電的電橋。如果交流電源是頻率為f的正弦交流信號，則有Z1?Z1??1，Z2?Z2??2，Z3?Z3??3，Z4?Z4??4。???當電橋輸出端開路時，其輸出
?UsUsZ1Z4?Z2Z3Uo?Z1?Z3?UsZ1?Z2Z3?Z4(Z1?Z2)(Z3?Z4)電壓，當Z1Z4=Z2Z3，則有Z2Z3?Z1Z4，?2??3??1??4。如下圖
電橋的分類：按電橋采用電源的不同分為：直流電橋、交流電橋。按電橋的工作方式可分為：平衡電橋、不平衡電橋。按電橋被測電阻的接入方式：單臂電橋、差動電橋。
電橋的工作特性指標分別為：電橋的靈敏度、電橋的非線性誤差。電橋的靈敏度是單
Kus?位輸入量時的輸出變化量，對于不平衡電橋：
?U/Uo?R/R。電橋的非線性誤差：若線
?f?性化后的輸出電壓為UOS，則有
Uos?UoUo。
各類電橋的靈敏度與非線性誤差：單臂電橋：當R2=R1、R3=R4時，???R1/R1，Uo?則有?R1R4?1Us?UsUos??Us(R1??R1?R2)(R3?R4)2(2??)，化簡可得4，非線性誤差?f?Uos?Uo1??Uo2?？梢娸斎胱兓吭酱?，非線性誤差越大，若要求電橋的誤差小于3%，Kus?Uos/Us?14。差動電橋：
時允許ε的最大值為0.06。對于單臂電橋，其輸出電壓靈敏度當R2=R
1，????R1/R1，R2R3=R1R4Uo?(R1??Rx)R4?(R2??Rx)R3?Rx1Us?UsUo??Us(R1??Rx?R2??Rx)(R3?R4)R1?R2，化簡得2，得差動電橋靈
11?Us??Us2?f?2?0Uo/Us11Kus???Us?2，非線性誤差2敏度。如下圖。有源電橋：裝有一個具有高輸入阻抗和低輸出阻抗及高增益等特點的運算放大器A，當△R=0時，電橋平衡，當
UsUsUs?R?Uo?(R??R)?Uo?(1?)I1?I2?Us/(2R)22R2RR變化到R+△R時，則有，?(Us/Us)?Uo/Us1Uo??UsKus??2??2，則輸出靈敏度及非線性誤差分別為??2，即
??f?0。如下圖
電橋調零：測量前電橋的輸出應調為零，通常采用的有串聯(lián)調零法（多用于橋參數(shù)R值較大的場合，調零電位器的阻值RW ? RO）和并聯(lián)調零法（并聯(lián)在電橋輸出端，多用于橋參數(shù)R值較大的場合，調零電位器的阻值RW ? RO）。
無源濾波器：特點是電路簡單，但是帶負載能力差。有源濾波器：由運算放大器和RC網(wǎng)絡組成。特點是1）有源濾波器不用電感線圈，因而在體積、重量、價格、線性度等方面具有明顯的優(yōu)越性，便于集成化。2）由于運算放大器輸入阻抗高，輸出阻抗低，可以提供良好的隔離性能，并可提供所需增益。3）可以使低頻截止頻率達到很低的范圍。
低通濾波器：具有低頻信號容易通過并抑制高頻信號的作用。高通濾波器：RC電路具有高頻信號容易通過并抑制低頻信號的作用。帶通濾波器：RLC電路用于通過某一頻段
Q?的信號，而將此頻段外的信號加以抑制或衰減。品質因素
fo1?B3?RF?RfRf，帶阻濾波器：用于抑制某一頻段的信號，而讓此頻段外的信號通過。品質因素Q?fo1?B2(2?Rf?RF)Rf。
一階RC低通濾波器的幅頻及相頻特性如圖。
一階高通濾波器的幅頻及相頻特性如圖所示：
數(shù)字濾波：利用程序來實現(xiàn)，因而不需增加硬件，而且可靠性高、穩(wěn)定性好、靈活方便。常用的方法有：限定最大偏差法：當
Yn?Yn?1??Y，則令Yn?Yn?1。如果Yn?Yn?1??Y，則Yn?Yn。算術平均值法：
Yn?Yn?1?YnYn?k?kk，適用于壓力測量、流
i量測量等。加權平均濾波法：
Yn??CiYn?1i?0n?1，其中滿足i?0?C?1n?1。
數(shù)/模轉換：它是把數(shù)字量轉變成模擬的器件，它由四個部分組成：電阻網(wǎng)絡、運算放大器、基準電源、模擬開關。目前用得較多的是T型電阻網(wǎng)絡數(shù)/模轉換器（D/A）。D/A集成電路芯片分為八位、十位、十二位、十六位等。DAC0832是一個具有兩個輸入數(shù)據(jù)緩沖器的八位D/A芯片。其分辨率是指最小輸出電壓與最大輸出電壓之比。例如八位D/A的11??0.00398分辨率2?1256?1。其精度的誤差由參考電壓的波動、運算放大器的零點漂移、模擬開關的壓降以及電阻阻值的偏差。通常用非線性誤差的大小表示D/A的線性度。
多路模擬開關環(huán)節(jié)：采用分時法切換信號，完成多路切換的器件稱為多路模擬開關。常用的模擬開關有晶體管開關、光耦合器開關、結型場效應管開關、CMOS場效應開關。其中應用最多的是CMOS場效應開關。多路模擬開關電路由地址譯碼器和多路雙向模擬開關組成。
采樣保持環(huán)節(jié)：其作用是在采樣期間，其輸出能跟隨輸入的變化而變化，而在保持狀態(tài)能使其輸出值保持不變。采樣理論表明，連續(xù)模擬信號可以表示為一組等間隔離散化瞬時采樣序列，反之也可由這組離散采樣脈沖序列恢復為原連續(xù)信號。但其中必有采樣頻率fs?2fH采樣信號頻譜中的最高頻率分量，如不滿足，將會出現(xiàn)信息丟失或信號失真。LF398采樣保持器具有采樣速度高、保持電壓下降速率慢、精度高等特點。
傳感檢測信號的細分：為了提高檢測系統(tǒng)的分辨力，需要對傳感檢測信號進行細分。如幾何量測量中采用機械式細分（如游標卡尺）、光學式細分和電子式細分等。四倍細分原理：莫爾條紋的間距為BH?W/[2sin(?/2)]?W/?。
傳感檢測系統(tǒng)中的抗干擾問題：產(chǎn)生內部干擾的因素有：信號通過公共電源、地線和傳輸線的阻抗相互耦合形成的干擾；元件之間、導線之間通過寄生電容或互感耦合造成的干擾；大功率和高壓元件產(chǎn)生的電場；電子開關元件的電壓或電流急劇變化而產(chǎn)生的干擾源；工作電源，交叉走線等。外部干擾的因素有：外部高壓電源因絕緣不良形成的漏電；廣播電視、高頻感應加熱等；空間電磁波的輻射；周圍機械振動和沖擊的影響。信噪比是指信號通
SPS?10lgPN。形成干擾路中，有用信號功率Ps與噪聲功率PN之比，通常用S/N表示，N的三個條件有：干擾源、干擾的耦合通道[電容性耦合，互感性耦合，公共地線的耦合，漏電耦合，輻射電磁場耦合]、干擾的接收電路。
抑制干擾的方法：主要是采取單點接地、屏蔽隔離（靜電屏蔽、低頻磁感應屏蔽、高頻磁感應屏蔽）、濾波（電源濾波、退耦濾波器、有源濾波、數(shù)字濾波）等。接地在測量系統(tǒng)中有四種接地系統(tǒng)：安全地（強電應用設備）、信號源地、數(shù)字信號地、模擬信號地（此三地是為了防止電路有公共阻抗而引起信號交叉耦合）。
典型噪聲干擾的抑制：設備啟、停時產(chǎn)生的電火花干擾：消除這種干擾的方法通常是RC吸收電路，即將電阻R和電容C串聯(lián)后再并聯(lián)到繼電器觸點或電源開關兩端。共模噪聲：抑制這種干擾可采用差分放大器，差分放大器的輸入阻抗越高，抑制作用越強。串擾：克服串擾的有效方法是將不同信號線分開，并且留有最大可能的空間隔離。
ADC與CPU的時間協(xié)調：其控制方式有延時等待、中斷式、查詢式。
數(shù)據(jù)轉換接口的典型結構有：高電平單路信號調理單ADC系統(tǒng)（性能一般，成本低，全部輸入通道共用一路信號調理電路）、低電平多路信號調理單ADC系統(tǒng)（最常見的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，性能較高，每個通道均有各自的信號調理電路）、多路信號調理多ADC系統(tǒng)（通過多路ADC轉換的數(shù)字信號由一個多路數(shù)字開關送入微機，其成本雖高，但性能較高）。
A/D轉換器與CPU的接口示例：8位8通道A/D轉換電路：由模擬多路轉換開關（LF13508）、采樣/保持器（LF398）、A/D轉換（ADC0804：逐次逼近式8位轉換芯片，屬于脈沖啟動轉換芯片）和并行接口PIO組成。ADC574是12位逐次比較式A/D轉換芯片，很容易與8031單片機的接口相連。
傳感器信號的溫度補償：在計算機能力允許時，可采用計算機軟件（常用公式法、表格法）進行，也可采用硬件電路實現(xiàn)。溫度補償公式法的步驟：1。給定m+1個溫度值，測出每一個溫度下傳感器靜態(tài)特性曲線在y軸上的截距；2。將Y表示成以溫度T為自變量的n次代數(shù)多項式Y?a0?a1T?a2T?????anT，用最小二乘曲線擬合法確定a0?，在測得
2nx?每一個y值對應的T值，計算出Y，再求傳感器的輸入值
y?Yk。溫度補償表格法的步Y?Yi?(T?Ti)驟：Yi?1?YiTi?1?Ti，若T
線性化處理方法：可以用硬件實現(xiàn)，也可以用軟件實現(xiàn)線性化處理。常用的方法有公式法、表格法。公式法也稱曲線擬合法，（求完）
第九章 信號分析及其在測試中的應用
信號的分類：信號有靜態(tài)信號、動態(tài)信號。按能否用明確的時間函數(shù)關系描述，可將信號分為確定性信號與非確定性信號。確定信號是指能用明確的數(shù)學解析關系式或圖表描述的信號，如簡諧波、方波、矩形波等信號。確定性信號又可分為周期信號和非周期信號。非確定性信號也稱隨機信號，是指時域波形不確定，無法用確切的數(shù)學關系式描述，也不能準確預測未來的結果。只能用概率統(tǒng)計方法描述它的規(guī)律。
模擬信號：在某一自變量連續(xù)變化的間隔內，信號的數(shù)值連續(xù)。離散信號：自變量在某些不連續(xù)數(shù)值時，輸出信號才具有確定值。如果將其各離散點的幅值也作離散化，以二進制編碼表示，則稱為數(shù)字信號。
?x?lim信號的均值
1T??T?T0x(t)dt，它表示信號中常值分量或直流分量。信號的方差1??limT??T2x?T0[x(t)??x]2dt，它描述信號的波動范圍，其正平方根為信號的標準差。信號的均方值?x2?lim1T??T?T0x2(t)dt，它描述信號的強度，表示信號的平均功率。則有?????2x2x2x。信號的概率密度函數(shù)
px?limTxT0??T0?x，它描述了信號x(t)對指定幅值的取值機會。
信號的相關描述：它又稱為信號的時差描述。信號的自相關函數(shù)Rx(?)?lim1T??T?T0x(t)x(t??)dt，其中η---時延量，自相關函數(shù)的性質：1）當時延??0，1Rx(0)?limT??T信號的自相關函數(shù)就是信號的均方值
?T0x2(t)dt??2,2）當Rx(0)?Rx(?)時，即在η=0處取峰值；3）Rx(?)?Rx(??)；4）周期信號的自相關函數(shù)必呈周期性，這是因為有x(t)?x(t?nT)，故
Rx(??nT)?lim1Tx(t?nT)x(t?nT??)dt?Rx(?)0T??T?。信號的Rxy(?)?lim互相關函數(shù)
1T??T?T0x(t)y(t??)dt，互相關函數(shù)的性質有：1）Rxy(η)通常不在η=0處取峰值，其峰值偏離原點的位置為ηd，圖反映兩信號相互有ηd時移時，相關程度
1Rxy(?)?limT??T最高；2）Rxy(η)與Ryx(η)是兩個不同的函數(shù)。根據(jù)定義Ryx(?)?lim1T??T?T0x(t)y(t??)dt；?T0y(t)x(t??)dt，不難證明Rxy(?)?Ryx(??)；3）均值為零的兩個統(tǒng)計獨y(t)，其中Rxy(?)?0。信號的互相關系數(shù)立的隨機信號x(t)和?xy(?)?Rxy(?)Rxy(?)?Rx(0)Ry(0)xrmsyrms，由于Rxy(?)?Rx(0)Ry(0),故?xy(?)?1，一般有：?xy(?)?1說明x(t)和y(t)完全相關；?xy(?)?0說明x(t)和y(t)完全不相關；0??xy(?)?0，?x(?)?說明x(t)和y(t)部分相關。自相關系數(shù)
Rx(?)Rx(0)。
?周期信號與離散頻譜：傅里葉級數(shù)
x(t)?a0??(ancosnw0t?bnsinnw0t)n?1，其中w0?2?/T，a0?1T?T0x(t)dt,an?2T2Tx(t)cosnw0tdt,bn?x(t)sinnw0tdt,T?0T?0如果周期信號x(t)為奇函數(shù)時，an?0,a0?0，此時
?x(t)??bnsinnw0tn?1?；如果周期信號x(t)為偶函數(shù)時，bn?0，此時x(t)?a0??ancosnw0tn?1。周期信號頻譜特點：離散性、收斂性、諧波性。瞬態(tài)信號的頻譜連續(xù)。傅里葉變換的主要性質有：（如圖所示
非確定性信號的功率譜密度函數(shù)：自功率譜密度函數(shù)：若自相關函數(shù)滿足絕對可積條件，即????Rx(?)d???，則定義
Sx(f)??Rx(?)e?j2?f?d????，為x(t)的自功率譜密度函數(shù)，?稱自譜或自功率譜。頻域上Sx(f)曲線下的總面積代表信號x(t)的總功率?；スβ首V密度函數(shù)：如果互相關函數(shù)Rxy(η)滿足傅里葉變換的條件???Rxy(?)d???，則定義
稱Sxy(f)為信號x(t)和y(t)的互譜密度函數(shù)，簡稱互譜?；ハ喔珊瘮?shù)：有一種方法能評價測試系統(tǒng)輸入信號和輸出信號之間的因果性，即輸出信號的功率譜中有多少是所測輸入信號引起的響應，這個指標常用相干函數(shù)γxy(f)表示，其定義為??Sxy(f)??Rxy(?)e?j2?f?d??2?xy(f)?Sxy(f)22(0??xy?1)Sx(f)Sy(f)。當
2?xy(f)?0，表示輸出信號y(t)與輸入信號x(t)不相干；當2?xy(f)?1，表示輸出信號y(t)與輸入信號x(t)完全相干，系統(tǒng)無干擾輸入；若
2?xy(f)在0~1之間，則表示下述可能性：測試中有外界噪聲干擾輸入；聯(lián)系x(t)和y(t)的系統(tǒng)非線性；輸出y(t)和x(t)和其它輸入的綜合。
第十章 傳感器在機電一體化系統(tǒng)中的應用
零位和極限位置的檢測：零位的檢測精度直接影響工業(yè)機器人的重復定位精度和軌跡精度；極限位置的檢測則起保護機器人和安全動作的作用。工業(yè)機器人常用的位置傳感器有：接觸式微動開關、精密電位計，非接觸式光電開關、電渦流傳感器。
位移量的檢測：機器人上常用的位移傳感器有：旋轉變壓器、差動變壓器、感應同步器、電位計、光柵、磁柵、光電編碼器等。例如關節(jié)型機器人大多采用光電編碼器，由于剛性原因，位移傳感器多與驅動元件同軸，以提高分辨力。直角坐標機器人中的直線關節(jié)或氣動、液壓驅動的某些關節(jié)采用線位移傳感器。
速度、加速度的檢測：速度傳感器是為實現(xiàn)機器人各關節(jié)的速度閉環(huán)控制。加速度傳感器被用于機器人中關節(jié)的加速度控制。
在大位移量中，常用位移傳感器有感應同步器、光柵、磁尺、容柵等。傳感器在位置反饋系統(tǒng)中，在傳感器安裝位置的不同有半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制；按反饋信號的檢測和比較方式不同有脈沖比較伺服系統(tǒng)、相伴比較伺服系統(tǒng)、幅值比較伺服系統(tǒng)。光電編碼器PE同時進行速度反饋和位置反饋的半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，光電編碼器將電動機轉角變換成數(shù)字脈沖信號，反饋到CNC裝置進行位置伺服控制。又由于電動機轉速與編碼器反饋的脈沖頻率成比例，因此采用F/V（頻率/電壓）變換器將其變換為速度電壓信號就可以進行速度反饋。
“測量中心”是指三坐標測量與機械加工中心相配合。測量系統(tǒng)按其性質可以分為機械式測量系統(tǒng)、光學式測量系統(tǒng)、電氣式測量系統(tǒng)。三坐標測量機的測量頭按測量方法分為接觸式{ 應用廣泛，它可分為硬測頭[多為機械測頭，使用較少]、軟測頭[可分為觸發(fā)式測頭、三維測微測頭（可分為模擬測頭、數(shù)字測頭）}，、非接觸式{常用激光測頭、光學測頭、電視掃描測頭等} 汽車機電一體化的中心內容是以微機為中心的自動控制系統(tǒng)取代原有純機械式控制部件，從而改善汽車的性能，增加汽車的功能，實現(xiàn)汽車降低油耗，減少排氣污染，提高汽車行駛的安全性、可靠性、操作方便和合適性。汽車行駛控制的重點是：1）汽車發(fā)動機的正時點火、燃油噴射、空燃比和廢氣再循環(huán)的控制，使燃燒充分、減少污染、節(jié)省能源；2）汽車行駛中的自動變速和排氣凈化控制，以使其行駛狀態(tài)最佳化；3）汽車的防滑制動、防碰撞，以提高行駛的安全性；4）汽車的自動空調、自動調整車高控制，以提高舒適性。
公路交通用傳感器：國外采用的傳感器有電感式、橡皮管式、超聲波式、雷達式及紅外線式。
第五篇：傳感器原理與檢測技術試題2005(3本B)
考試方式： ： …………………………………………密…………………………封……………………………………線…………………………………
閉卷
太原理工大學現(xiàn)代科技學院 太原理工大學現(xiàn)代科技學院 自動檢測技術 B 試卷
專業(yè)： 題 得 號 分 自動化 一 二 考試日期： 三 四 五 時間： 六 七 分鐘 共 八 九 頁 總 分
一、單項選擇題（本大題共 10 小題，每小題 2 分，共 20 分）
(密封線外不要寫姓名、學號、班級、密封線內不準答題，違者按零分計)
1．下列不是電感式傳感器的是（
）。
A 變磁阻式自感傳感器 器
B 電渦流式傳感器
C 變壓器式互感傳感器
D 霍爾式傳感
學號
2．傳感器在不考慮遲滯蠕變等因素的影響下，其靜態(tài)特性方程
y = a 0 + a1 x + a 2 x 2 + LL a n x n
中，定義為理論靈敏度的量為（an
）。
姓名
A
a0
B
a1
C
a2
D
3．下列被測物理量適合于使用紅外傳感器進行測量的是（
）
A．壓力
B．力矩
C．溫度
D．厚度
4．屬于傳感器動態(tài)特性指標的是（
）
專業(yè)班級
A．重復性
B．線性度
C．靈敏度
D．固有頻率
5．按照工作原理分類，壓電式傳感器屬于（
）
A．光電式傳感器
B．阻抗式傳感器
C．電勢式傳感器
D．電阻式傳感器
6．測量范圍大的電容式位移傳感器的類型為（
）
A．變極板面積型
B．變極距型
C．變介質型
D．容柵型
（B）
7．利用相鄰雙臂橋檢測的應變式傳感器，為使其靈敏度高、非線性誤差小（
）
A．兩個橋臂都應當用大電阻值工作應變片
B．兩個橋臂都應當用兩個工作應變片串聯(lián)
C．兩個橋臂應當分別用應變量變化相反的工作應變片
D．兩個橋臂應當分別用應變量變化相同的工作應變片
8．影響壓電式加速度傳感器低頻響應能力的是（
）
A．電纜的安裝與固定方式
B．電纜的長度
C．前置放大器的輸出阻抗
D．前置放大器的輸入阻抗
9．固體半導體攝像元件 CCD 是一種（
）
A．PN 結光電二極管電路
B．PNP 型晶體管集成電路
C．MOS 型晶體管開關集成電路
D．NPN 型晶體管集成電路
10．下列器件中是基于外光電效應制成的是
。
A
光敏電阻
B
光電池
C
光電倍增管
D
光敏晶體管
二、填空題：(每空 1 分，共 25 分)1.測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標主要有遲滯、______、______、靈敏度、穩(wěn)定性、精度等。
2.電容式傳感器可分為________、________、________三種基本類型。
3.要使直流電橋平衡，必須使電橋相對臂電阻值的________相等。
4.在熱電偶中，當引入（B）
無影響。這一結論被稱為熱電偶的________定律。
…………………………………………密…………………………封……………………………………線…………………………………
5.測量誤差可分為___________、___________和_________三種誤差。
6.工業(yè)上壓力計常使用的彈性元件有________、_________、_________。
7.工業(yè)上流量的單位有_________和__________。
學號
8.差壓式流量計由__________、___________、___________組成。
(密封線外不要寫姓名、學號、班級、密封線內不準答題，違者按零分計)
9.非接觸式測溫計的種類有__________、__________、__________。
10.機械量包括_________、_________、_________、__________。
姓名
三、簡答題：(每題 4 分，共 24 分)1.簡述傳感器定義和組成。
系 專業(yè)班級
2.
寫出工業(yè)用熱電阻的分度號、材料及測量溫度范圍？
學院
（B）
3.
質量流量計有哪幾種類型？
4.
簡述電磁流量儀組成及特點？
5.
簡述色譜儀的分析原理和工作流程。
6.
有那些非接觸式測溫方法？。
（B）
四、簡述熱電偶測溫原理，說明熱電偶測溫時為何要冷端補償，冷端補償有那幾種方法？（10 分）
…………………………………………密…………………………封……………………………………線…………………………………
學號(密封線外不要寫姓名、學號、班級、密封線內不準答題，違者按零分計)姓名
五、測量某電路電流共五次，測得數(shù)據(jù)分別為： 168.41、168.54、168.59、168.40、168.50，試用 3σ準則檢查測量之中是否有壞值，如有壞值，求出去掉壞值后的算術平均值標 準誤差。（10 分）
學院
系 專業(yè)班級
（B）
六、推導差壓式流量計流量，并說明差壓式流量計的流量公式每一項的意義。（11 分）
（B）
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