第一篇：《傳感器及其應(yīng)用》第二章習(xí)題答案

第2.1章 思考題與習(xí)題

1、何為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)？怎樣利用這種效應(yīng)制成應(yīng)變片？ 答：（1）當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。（2）應(yīng)變片是利用金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)，將金屬絲繞成柵形，稱為敏感柵。并將其粘貼在絕緣基片上制成。把金屬絲繞成柵形相當(dāng)于多段金屬絲的串聯(lián)是為增大應(yīng)變片電阻，提高靈敏度，2、什么是應(yīng)變片的靈敏系數(shù)？它與電阻絲的靈敏系數(shù)有何不同？為什么？ 答：（1）應(yīng)變片的靈敏系數(shù)是指應(yīng)變片安裝于試件表面，在其軸線方向的單向應(yīng)力作用下，應(yīng)變片的阻值相對變化與試件表面上安裝應(yīng)變片區(qū)域的軸向應(yīng)變之比。

k??R/R?

（2）實(shí)驗(yàn)表明，電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)恒小于電阻絲的靈敏系數(shù)其原因除了粘貼層傳遞變形失真外，還存在有恒向效應(yīng)。

3、對于箔式應(yīng)變片，為什么增加兩端各電阻條的截面積便能減小橫向靈敏度？

答：對于箔式應(yīng)變片，增加兩端圓弧部分尺寸較柵絲尺寸大得多（圓弧部分截面積大），其電阻值較小，因而電阻變化量也較小。所以其橫向靈敏度便減小。

4、用應(yīng)變片測量時(shí)，為什么必須采用溫度補(bǔ)償措施？ 答：用應(yīng)變片測量時(shí)，由于環(huán)境溫度變化所引起的電阻變化與試件應(yīng)變所造成的電阻變化幾乎有相同的數(shù)量級(jí)，從而產(chǎn)生很大的測量誤差，所以必須采用溫度補(bǔ)償措施。

5、一應(yīng)變片的電阻 R=120Ω，k=2.05。用作應(yīng)變?yōu)?00μm/m的傳感元件。①求△R和△R/R；②若電源電壓U=3V，求初始平衡時(shí)惠斯登電橋的輸出電壓U0。已知：R=120Ω，k=2.05，ε=800μm/m；

求：①△R=？，△R/R=？②U=3V時(shí)，U0=？ 解①：

∵ k??R/R?

∴

?R/R?k??2.05?800?1.64?10?3?R?k?R?2.05?800?120?0.1968?1?R??U 4R

解②：初始時(shí)電橋平衡（等臂電橋）

∵ U0?∴ U0?1?R1??U??1.64?10?3?3?1.23mV 4R46、在材料為鋼的實(shí)心圓柱形試件上，沿軸線和圓周方向各貼一片電阻為120Ω的金屬應(yīng)變片R1和R2，把這兩應(yīng)變片接入差動(dòng)電橋（參看圖2-9a）。若鋼的泊松系數(shù)μ=0.285，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)k=2，電橋電源電壓U=2V，當(dāng)試件受軸向拉伸時(shí)，測得應(yīng)變片R1的電阻變化值△R =0.48Ω,試求電橋的輸出電壓U0。

圖2-9a 差動(dòng)電橋

已知：R1= R2=120Ω，μ=0.285，k=2，U=2V，△R1 =0.48Ω，△R1 / R1=0.48/120=0.004 求：U0=？ 解：

∵

k?∴ ?1??R/R?

?R1/R10.004??0.002?200?0m/m k2?L?r?????1 Lr又∵

?2?∴

?R2?k?2??k??1??2?0.285?0.002??0.001 14R2R1R4?R2R3U

(R1?R2)(R3?R4)設(shè)：R1=R2=R3=R4=R，對電橋若四臂電阻都變其輸出為：

∵

U0?則有：

U0?(1??(R1??R1)(R4??R4)?(R2??R2)(R3??R3)U(R1??R1?R2??R2)(R3??R3?R4??R4)?R3?R1?R4?R2)(1?)?(1?)(1?)R1R4R2R3U?R3?R4?R1?R2(2??)(2??)R1R2R3R4?R1?R4?R1?R4?R2?R3?R2?R3???????R1R4R1R4R2R3R2R3?U?R3?R1?R2?R4?R1?R3?R1?R4?R2?R3?R2?R44?2?2?2?2????????R1R2R3R4R1R3R1R4R2R3R2R4?R1?R4?R2?R3???R1R4R2R3?R4?R2?R31?R?U??(1???)U?R3?R1?R2?R44R1R4R2R34?2?2?2?2R1R2R3R4本題：?R3?R4??0 R3R4U0?1?R1?R21?(?)U??(0.004?0.00114)?2?2.57mV 4R1R24

7、金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何不同？

答：金屬應(yīng)變片的工作原理是：金屬應(yīng)變片在外力的作用下，應(yīng)變片的幾何尺寸（長度和截面積）發(fā)生變化（機(jī)械形變）而引起應(yīng)變片的電阻改變，運(yùn)用它們的對應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)測量目的。其靈敏系數(shù)（k≈1+2μ）主要是材料幾何尺寸變化引起的。

半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理是：半導(dǎo)體應(yīng)變片受到作用力后，應(yīng)變片的電阻率ρ發(fā)生變化，而引起應(yīng)變片的電阻值改變。其靈敏系數(shù)（k=△ρ/ρε）主要是半導(dǎo)體材料的電阻率隨應(yīng)變變化引起的。●補(bǔ)充題：

已知四個(gè)相同的應(yīng)變片，靈敏度為k，泊松系數(shù)為μ，在試件上粘貼如圖。接入電橋如圖（A）（B）（C）（D）求：

UBUCUD、、UAUAUA

解：各應(yīng)變片電阻的相對變化 1號(hào)應(yīng)變片：

?1????R1?k?1?k? R1?R2?k?2??k?? R2?R3?k?3??k?? R32號(hào)應(yīng)變片：?2?????3號(hào)應(yīng)變片：?3?????4號(hào)應(yīng)變片：?4????R4?k?4?k? R4由式：U0?1?R1?R4?R2?R3?(???)U 4R1R4R2R31?R1U?()U?k? 4R141?R1?R4U?(?)U?k? 4R1R42對圖（a）：UA?對圖（b）：UB?對圖（c）：

UC?1?R1?R4?R2?R3UU?(???)U?(k??k??k???k??)?k?(1??)4R1R4R2R342對圖（d）：

UD?所以： 1?R1?R4?R2?R3U?(???)U?(k??k???k???k?)?0 4R1R4R2R34Uk?UB?2?2UUAk?4Uk?(1??)UC?2?2(1??)

UUAk?4UD0??0UAUk?4第2.2章 思考題與習(xí)題

1、何謂電感式傳感器？它是基于什么原理進(jìn)行檢測的？ 答：電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理將被測量轉(zhuǎn)換成線圈自感量或互感量的變換，再由測量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出的一種裝置。它是基于電磁感應(yīng)原理進(jìn)行檢測的。

2、減小零殘電壓的有效措施有哪些？ 答：（1）盡量使兩個(gè)線圈對稱

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使上下磁路對稱，制造時(shí)應(yīng)使上下磁性材料特性一致，磁筒、磁蓋、磁芯要配套挑選，線圈排列要均勻，松緊要一致，最好每層的匝數(shù)都相等。（2）減小磁化曲線的非線性

由于磁化曲線的非線性產(chǎn)生零殘電壓的高次諧波成分，所以選用磁化曲線為線性的磁芯材料或調(diào)整工作點(diǎn)，使磁化過程在磁化曲線的線性區(qū)。（3）使振蕩變壓器二次側(cè)對稱，兩個(gè)二次電壓的相位相同

在一次側(cè)線圈上并聯(lián)一個(gè)電容，并調(diào)整電容大小使兩個(gè)二次電壓的相位相同。

3、渦流式傳感器有何特點(diǎn)?它有哪些應(yīng)用： 答：渦流式傳感器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，易于進(jìn)行非接觸的連續(xù)測量，靈敏度較高，適應(yīng)性強(qiáng)。它的應(yīng)用有四個(gè)方面：（1）利用位移為變換量，可做成測量位移、厚度、振幅、振擺、轉(zhuǎn)速等傳感器，也可做成接近開關(guān)、計(jì)數(shù)器等；（2）利用材料的電阻率作為變換量，可做成測量溫度、材質(zhì)判別等傳感器；（3）利用磁導(dǎo)率作為變換量，可做成測量應(yīng)力、硬度等傳感器；（4）利用三個(gè)變換量的綜合影響，可做成探傷裝置。

4、試比較渦流傳感器的幾種應(yīng)用電路的優(yōu)缺點(diǎn)？

答：交流電橋電路：線性好、溫度穩(wěn)定性高，但存在零點(diǎn)殘余電壓問題及測量范圍較小；諧振電路：電路簡單，靈敏度高，但線性度差及范圍更?。徽答侂娐罚簻y量范圍較大，是電橋的2至3倍，但電路復(fù)雜。

5、有一4極感應(yīng)感應(yīng)同步器，設(shè)h=5mm、θ=150、δ=0.15mm、r=6.5mm、N1=N2=900匝，勵(lì)磁電流I1=35mA、f=400Hz,試求： ①輸出信號(hào)的靈敏度k（mV/deg）=? ②勵(lì)磁電壓u=?

第2.3章 思考題與習(xí)題

1、如何改善單組式變極距型電容傳感器的非線性？

答：對于變極距單組式電容器由于存在著原理上的非線性，所以在實(shí)際應(yīng)用中必須要改善其非線性。改善其非線性可以采用兩種方法。（1）使變極距電容傳感器工作在一個(gè)較小的范圍內(nèi)（0.01μm至零點(diǎn)幾毫米），而且最大△δ應(yīng)小于極板間距δ的1/5—1/10。（2）采用差動(dòng)式，理論分析表明，差動(dòng)式電容傳感器的非線性得到很大改善，靈敏度也提高一倍。

2、單組式變面積型平板形線位移電容傳感器，兩極板相對覆蓋部分的寬度為4mm，兩極板的間隙為0.5mm，極板間介質(zhì)為空氣，試求其靜態(tài)靈敏度？若兩極板相對移動(dòng)2mm，求其電容變化量。（答案為0.07pF/mm,0.142pF）

－12已知：b=4mm，δ=0.5mm，ε0=8.85×10F/m 求：（1）k=?；(2)若△a=2mm時(shí) △C=?。解：如圖所示

∵

C??C?S?ab?； k?；

?a???0ab?0(a??a)b?0b?a8.85?10?3pF/mm?4mm?2mm????0.142pF

?C????0.5mmk??C0.142pF?0.07pF/mm

?a2mm3、畫出并說明電容傳感器的等效電路及其高頻和低頻時(shí)的等效電路。答：電容傳感器的等效電路為：

其中：

r：串聯(lián)電阻（引線、焊接點(diǎn)、板極等的等效電阻）； L：分布電感（引線、焊接點(diǎn)、板極結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的）；

CP：引線電容（引線、焊接點(diǎn)、測量電路等形成的總寄生電容）C0：傳感器本身電容；

Rg：漏電阻（極板間介質(zhì)漏電損耗極板與外界的漏電損耗電阻）低頻時(shí)等效電路和高頻時(shí)等效電路分別為圖（a）和圖(b)：

4、設(shè)計(jì)電容傳感器時(shí)主要應(yīng)考慮哪幾方面因素

答：電容傳感器時(shí)主要應(yīng)考慮四個(gè)幾方面因素：(1)減小環(huán)境溫度濕度等變化所產(chǎn)生的影響，保證絕緣材料的絕緣性能；（2）消除和減小邊緣效應(yīng)；（3）減小和消除寄生電容的影響；（4）防止和減小外界干擾。

5、何謂“電纜驅(qū)動(dòng)技術(shù)”？采用它的目的是什么？

答：電纜驅(qū)動(dòng)技術(shù)，即：傳感器與測量電路前置級(jí)間的引線為雙屏蔽層電纜，其內(nèi)屏蔽層與信號(hào)傳輸線（即電纜芯線）通過1 ：1放大器而為等電位，從而消除了芯線與內(nèi)屏蔽層之間的電容。由于屏蔽線上有隨傳感器輸出信號(hào)等大變化的電壓，因此稱為“驅(qū)動(dòng)電纜”。采用“電纜驅(qū)動(dòng)技術(shù)”的目的是減小或消除寄生電容的影響。

6、畫出電容式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，并說明其工作原理。答：電容式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖為：

其中：

1、5為兩個(gè)固定極板；2為殼體；3為支撐彈簧片；4質(zhì)量塊；A面和B面為固定在質(zhì)量塊上的電容器的極板。

當(dāng)測量垂直方向上直線加速度時(shí)，傳感器的殼體2固定在被測振動(dòng)體上，振動(dòng)體的振動(dòng)使殼體相對質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)，因而與殼體固定在一起的兩固定極板1、5相對質(zhì)量塊4運(yùn)動(dòng)，致使上固定極板5與質(zhì)量塊4的A面組成的電容器Cx1以及下固定極板與質(zhì)量塊4的B面組成的電容器Cx2隨之改變，一個(gè)增大，一個(gè)減小，它們的差值正比于被測加速度，而實(shí)現(xiàn)測量加速度的目的。

7、什么是電容式集成傳感器？它有何特點(diǎn)？ 答：運(yùn)用集成電路工藝把電容敏感元件與測量電路制作在一起構(gòu)成電容式集成傳感器。她的核心部件是一個(gè)對被測量敏感的集成電容器。集成電容傳感器的特點(diǎn)是：體積小、輸出阻抗小、可批量生產(chǎn)、重復(fù)性好、靈敏度高、工作溫度范圍寬、功耗低、寄生電容小等特點(diǎn)?！裱a(bǔ)充題：

已知差動(dòng)式極距型電容傳感器，原始極距δ0=0.25mm，極板直徑D=38.2mm，采用電橋作轉(zhuǎn)換電路，傳感器兩電容分別串接R=5.1KΩ的電阻作為電橋兩臂，另兩臂為固定電容C=0.001μF，電橋供電電壓為U=60V，頻率f=400Hz，求：①傳感器靈敏度；②動(dòng)極板位移△δ=10μm時(shí)，輸出電壓有效值為多大。

已知:δ0=0.25mm；D=38.2mm；R=5.1KΩ；C=0.001μF；U=60V；f=400Hz；△δ=10μm。求：k=?；U0=? ?S?(D/2)2??解：

∵ C0? ???(D/2)2??(D/2)2??(D/2)2??1?C???()?0?0????0?01???/?0?(D/2)2??????2??3?[1??()?()??]?0?0?0?0?0?(D/2)2?????0?0?Z1Z4?Z2Z3(Z1??Z1)Z4?(Z2??Z2)Z3?U0?U?U

(Z1?Z2)(Z3?Z4)(Z1?Z2)(Z3?Z4)?

Z1?Z2?R?

11、Z3?Z4?

j?Cj?C0?Z1?R?11?[R?]j?C0j?(C0??C)1?C?C1?C?()?()?22j?C0C0??C1??C/C0j?C0j?C0同理：?Z2??則有：

?C 2j?C0(Z1??Z1)Z4?(Z2??Z2)Z3?U0?U(Z1?Z2)(Z3?Z4)?(R??1?C11?C1?)?(R??)j?C0j?C02j?Cj?C0j?C02j?C?U122(R?)j?C0j?C ?C??j?C02?C/C02?U?U12(j?R?1/C0)4(R?)j?C02?C/C02(j?R?1/C0)??U222[(?R)?(1/C0)]?C(j?R?1/C0)??U2[(?RC0)2?1]所以：

U0?則： ?C2C01(?RC0)?12U?12C0(?RC0)?12C0???0U????0(?RC0)?12U

k??U0UU?????0(?RC0)2?1?0[2?fR?0(D/2)2?/?0]2?160V0.25mm[2??400Hz?5.1?103?(8.85?10?9F/mm)?(38.2mm/2)2?/0.25mm]2?1???0.4615V/mm?461.5V/mU0?

第2.4章

思考題與習(xí)題

1、什么是壓電效應(yīng)？

答：沿著一定方向?qū)δ承╇娊橘|(zhì)加力而使其變形時(shí)，在一定表面上產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力取消，又重新回到不帶電狀態(tài)，這一現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)在某些電介質(zhì)的極化方向上施加電場，這些電介質(zhì)在一定方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械壓力，當(dāng)外加電場散去，這些變形和應(yīng)力也隨之消失，此即稱為逆壓電效應(yīng)。

2、為什么壓電傳感器不能測量靜態(tài)物理量？ 答：壓電元件送入放大器的輸入電壓 ?0(?RC0)2?1U?k???461.5V/m?10?10?6m?4.615?10?3V?4.615mVUim?d33Fm?R1??R(Ca?Cc?Ci)222

由上式可知，用·當(dāng)作用在壓電元件上的力是靜壓力（ω=0）時(shí)，前置放大器輸入電壓等于零。因?yàn)殡姾删蜁?huì)通過放大器的輸入電阻和傳感器本身的泄漏電阻漏掉。所以壓電傳感器不能測量靜態(tài)物理量。

3、壓電式傳感器中采用電荷放大器有何優(yōu)點(diǎn)？為什么電壓靈敏度與電纜長度有關(guān)？而電荷靈敏度與電纜長度無關(guān)？ 答：p115 ●補(bǔ)充題：

1、有一壓電晶體，其面積為20mm2，厚度為10mm，當(dāng)受到壓力p=10MPa作用時(shí)，求產(chǎn)生的電荷及輸出電壓：

①零度X切的縱向石英晶體；②利用縱向效應(yīng)之BaTiO3（壓電陶瓷）。已知：S=20 mm2，δ=10mm，P=10MPa，求：Q=？，V=？ 解：①

∵

Q?d11F?d11PS

而：d11?2.31?10∴

Q?d11PS?4.62?10又∵ U?Q/Ca?Q/（?10?12(c/N)

c

?0?rSQ?-1

2而：?r?4.5、?0?8.85?10(F/m))???0?rS∴

U?Q/Ca?解② Q??0?rS?5797.8(V)

∵

Q?d33F?d33PS

而：d33?90?10?12(c/N)∴

Q?d33PS?3.8?10?8c 同上：

又∵ U?Q/Ca?Q/(?0?rSQ?

而：?r?1200)?、?0?8.85?10-12(F/m)

??0?rS?1788.3(V)∴

U?Q/Ca?Q??0?rS2、某壓電晶體的電容為1000pF;Kq=2.5C/cm,Cc=3000pF,示波器的輸入阻抗為1MΩ和并聯(lián)電容為50pF,求；

①壓電晶體的電壓靈敏度；②測量系統(tǒng)的高頻響應(yīng)③如系統(tǒng)允許的測量幅值誤差為5%,可測最低頻率時(shí)多少？④如頻率為10Hz,允許誤差為5%,用并聯(lián)方式，電容值是多少？ 已知：Ca?1000pF；kq?2.5c/N；Cc?3000pF；Ri?1M?；Ci?50pF 求：

①kV??②高頻響應(yīng)，kV?Uim(?)/Fm③?L?5%時(shí)，fLC??④f?10Hz,?L?5%,并聯(lián)電容Ci??解①

∵

kV?kq/Ca

∴

kV?2.5?109(V/N)解②依據(jù)教材p113(6-14)式 ∵

kV?Uim(?)/Fm?

d33；而：kq?Q/F?d33F/F?d33

Ca?Cc?Ci∴

kV?kqCa?Cc?Ci?6.17?108(V/N)

解③依據(jù)教材p113(6-15)式 因： k(?)??R(Ca?Cc?Ci)1??R(Ca?Cc?Ci)*222

高頻響應(yīng)時(shí)：k?k(?)?1

k*?k(?)?5% 而：?L*k則：k(?)?其中： ?R(Ca?Cc?Ci)1??R(Ca?Cc?Ci)222?95%

?R?Ra//Ri?Ri?106???Ca?Cc?Ci?4050pF;???2?fL?L解得：fL?解④ ?LC?119.5Hz 2?k*?k(?)?5% 因： ?Lk*則：

k(?)?其中： ?R(Ca?Cc?Ci)1??R(Ca?Cc?Ci)222?95%

?R?Ra//Ri?Ri?106? ??f?10Hz，??2?f解得：C?Ca?Cc?C?48447pF

3、用石英晶體加速度計(jì)及電荷放大器測量機(jī)器的振動(dòng)，已知：加速度計(jì)靈敏度為5pC/g,電荷放大器靈敏度為50mV/pC,當(dāng)機(jī)器達(dá)到最大加速度值時(shí)相應(yīng)的輸出電壓幅值為2V,試求該機(jī)器的振動(dòng)加速度。

已知：ka=5pC/g，kq=50mV/pC，Vomax=2V 求：amax=？ 解：

因?yàn)椋?ka?Q/a；kq?V0/Q 則有： V0?kakqa 所以： amax?V0max?8g kakq4、石英晶體壓電式傳感器，面積為1cm2，厚度為1mm，固定在兩金屬板之間，用來測量通過晶體兩面力的變化。材料的彈性模量是9×1010Pa,電荷靈敏度為2pC/N, 相對介電常數(shù)是5.1，材料相對兩面間電阻是1014Ω。一個(gè)20pF的電容和一個(gè)100MΩ的電阻與極板相連。若所加力F=0.01sin(103t)N,求；①兩極板間電壓峰一峰值；②晶體厚度的最大變化。

已知：S=1cm2，δ=1mm，E=9×1010Pa，kq=2pC/N，εr=5.1，Ra=1014Ω，Ci=20pF，Ri=100MΩ，F(xiàn)=0.01sin(103t)N，F(xiàn)max=0.01 N，ω=103 求：①Vop-p=? ②Δδmax=？ 解①由圖知

U0??dQ?j?Q 而：I?dt??I

(Ga?Gi)?j?(Ca?Ci)?所以：U0??Q(Ga?Gi)??(Ca?Ci)222

則：U0m??Qm(Ga?Gi)??(Ca?Ci)222

又因：Qm?kqFm?2?0.01?0.02 pC

則有：Vop-p=2Uom=1.5mV 解② 因?yàn)椋篍??F/S? ???/?F? ES則有：???即有：??m?Fm? ES2Fm??2.2?10?12m ES所以：??max?2?m?

第二篇：傳感器-習(xí)題

傳感器原理：習(xí)題

第一章 引言

1.國家標(biāo)準(zhǔn)的傳感器定義是什么。它一般有哪兩種元件組成。各舉兩個(gè)有和中間環(huán)節(jié)的傳感器的例子。

2.概述傳感器的發(fā)展趨勢。

3.概述傳感器的分類。

4.什么是傳感器的靈敏度和線性度。5.什么是傳感器的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)

6.給出零階，一階，二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及響應(yīng)的公式，并指出基本特征參數(shù)。7.某位移傳感器描述為0.03dxdt，y是壓力（N/m），求?3x?15y，x是位移（m）其靜態(tài)靈敏度和時(shí)間常數(shù)。

d2xdxx?800y，x是位移（m）8.某加速度傳感器描述為42?1000?40000，y是力

dtdt（N），求其靜態(tài)靈敏度、固有頻率和阻尼比。

第二章 應(yīng)變式傳感器

1.應(yīng)變式傳感器依據(jù)什么物理效應(yīng)？推導(dǎo)單根導(dǎo)電絲的靈敏度。為什么半導(dǎo)體絲的靈敏度比金屬絲的大，大多少？

2.用基長L=0.5mm應(yīng)變計(jì)測量應(yīng)變，應(yīng)變絲用鋼材料，其聲速v=5000m/s，若要使測量應(yīng)變波幅的相對誤差e=1%，求其允許測量的最高工作頻率。3.應(yīng)變式傳感器的轉(zhuǎn)換元件是什么？導(dǎo)出它的（1）平衡條件；（2）電壓靈敏度 4.簡述應(yīng)用電橋作溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ幕舅枷搿?.概述（1）柱式傳感器；（2）筒式壓力傳感器；（3）應(yīng)變式加速度傳感器的基本原理。（各畫結(jié)構(gòu)圖說明）6.什么是（1）薄膜技術(shù)；（2）微細(xì)加工技術(shù)；（3）各有哪幾種基本加工方法。

第三章：光電式傳感器

1．光電式傳感器根據(jù)哪些物理效應(yīng)或光的性質(zhì)，分別概述其原理，并各舉兩個(gè)應(yīng)用的例子。

2．書中圖3.7是什么曲線。它對傳感器設(shè)計(jì)有何意義？

3．概述光電池的工作原理。最受重視的是何種光電池，它有何優(yōu)點(diǎn)？ 4．概述光電耦合器件的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。它有哪些突出的優(yōu)點(diǎn)。

第四章 光纖傳感器

1.概述光纖傳感器的分類，并各舉兩例。2.光纖的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)（畫結(jié)構(gòu)圖說明）。

3.光纖所用材料的折射率是如何設(shè)計(jì)的？數(shù)值孔徑是如何定義的，其意義是什么？ 階躍型折射率光纖的V值如何定義的，其意義是什么？ 4.光纖的衰減率是如何定義的。3dB/km的意義是什么？ 5.概述彎曲損耗的類型。

6.概述微彎光纖壓力傳感器的原理（畫結(jié)構(gòu)圖說明）。7.概述邁克爾干涉儀原理（畫結(jié)構(gòu)圖說明）。

8.概述馬赫—澤德干涉儀基本原理（畫結(jié)構(gòu)圖說明）。9.概述薩格奈克干涉儀的原理。為什么薩格奈克干涉儀中激光器和光檢測器必需與光學(xué)系統(tǒng)一起旋轉(zhuǎn)（畫結(jié)構(gòu)圖說明）。10.概述法布里—珀羅干涉儀的原理。推導(dǎo)法布里—珀羅干涉儀中下一個(gè)輸出光束的強(qiáng)度時(shí)上一個(gè)的多少倍（畫結(jié)構(gòu)圖說明）。

第五章 變磁阻式傳感器

1．概述電動(dòng)式傳感器測量位移、壓力的基本原理（畫結(jié)構(gòu)圖說明）

第六章 壓電傳感器

1.什么叫壓電效應(yīng)？為什么說壓電效應(yīng)是可逆的？ 2.主要的壓電材料。

3.概述壓電加速度傳感器的工作原理，推導(dǎo)出它的電荷靈敏度和電壓靈敏度公式，以及傳感器的固有頻率公式。

4.討論壓電加速度傳感器的兩種等效電路，為什么這種傳感器要用電荷放大器？ 5.概述SAW傳感器的基本結(jié)構(gòu)和原理（畫叉指結(jié)構(gòu)圖說明）。6.概述SAW氣敏傳感器的基本結(jié)構(gòu)和原理（畫結(jié)構(gòu)圖說明）。

第七章 壓電聲傳感器

1.概述圓柱形壓電水聽器的基本結(jié)構(gòu)和原理（畫結(jié)構(gòu)圖說明）。

2.概述壓電陶瓷雙疊片彎曲振動(dòng)換能器的基本結(jié)構(gòu)和原理（畫結(jié)構(gòu)圖說明）。3.概述壓電陶瓷雙疊片彎曲振動(dòng)空氣超生換能器的基本結(jié)構(gòu)（各部件的作用）和原理（畫結(jié)構(gòu)圖說明）。

第八章 半導(dǎo)體傳感器

1.晶體二級(jí)管PN結(jié)熱敏器件的溫度靈敏度是如何導(dǎo)出的？給出數(shù)值的結(jié)果。2.根據(jù)黑體輻射的維恩位移定律，求出人體紅外輻射的峰值波長。紅外輻射傳感器分為哪兩大類型，各期基本原理是什么？

3.提高半導(dǎo)體氣敏傳感器的氣敏選擇性有哪些方法？ 4.什么是納米技術(shù)？納米技術(shù)的兩大效應(yīng)。

5.什么是霍爾效應(yīng)？概述其的基本原理（畫結(jié)構(gòu)圖說明）。6.什么是磁阻（MR）器件？概述其基本原理（畫結(jié)構(gòu)圖說明）。

第三篇：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課后習(xí)題答案

1-2.什么是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)? 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是大量的靜止或移動(dòng)的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)。目的是協(xié)作地探測、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)感知對象的監(jiān)測信息,并報(bào)告給用戶。1-4.圖示說明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)架構(gòu)。

1-5.傳感器網(wǎng)絡(luò)的終端探測結(jié)點(diǎn)由哪些部分組成?這些組成模塊的功能分別是什么?(1)傳感模塊（傳感器、數(shù)模轉(zhuǎn)換）、計(jì)算模塊、通信模塊、存儲(chǔ)模塊電源模塊和嵌入式軟件系統(tǒng)

(2)傳感模塊負(fù)責(zé)探測目標(biāo)的物理特征和現(xiàn)象，計(jì)算模塊負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)和系統(tǒng)管理，存儲(chǔ)模塊負(fù)責(zé)存放程序和數(shù)據(jù)，通信模塊負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)管理信息和探測數(shù)據(jù)兩種信息的發(fā)送和接收。另外，電源模塊負(fù)責(zé)結(jié)點(diǎn)供電，結(jié)點(diǎn)由嵌入式軟件系統(tǒng)支撐，運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的五層協(xié)議。

1-8.傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)包括哪些部分?各部分的功能分別是什么?

(1)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議：類似于傳統(tǒng)Internet網(wǎng)絡(luò)中的TCP/IP協(xié)議體系。它由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層組成。

(2)網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)：主要是對傳感器結(jié)點(diǎn)自身的管理和用戶對傳感器網(wǎng)絡(luò)的管理。包括拓?fù)淇刂啤⒎?wù)質(zhì)量管理、能量管理、安全管理、移動(dòng)管理、網(wǎng)絡(luò)管理等。

(3)應(yīng)用支撐平臺(tái)：建立在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)的基礎(chǔ)之上。包括一系列基于監(jiān)測任務(wù)的應(yīng)用層軟件，通過應(yīng)用服務(wù)接口和網(wǎng)絡(luò)管理接口來為終端用戶提供各種具體應(yīng)用的支持。

1-9.傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)有哪些類型?分別說明各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特征及優(yōu)缺點(diǎn)。

（1）根據(jù)結(jié)點(diǎn)數(shù)目的多少，傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)可以分為平面結(jié)構(gòu)和分級(jí)結(jié)構(gòu)。如果網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模較小，一般采用平面結(jié)構(gòu)；如果網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很大，則必須采用分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。（2）平面結(jié)構(gòu)：

特征：平面結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)比較簡單，所有結(jié)點(diǎn)的地位平等，所以又可以稱為對等式結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)之間一般存在多條路徑，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷由這些路徑共同承擔(dān)。一般情況下不存在瓶頸，網(wǎng)絡(luò)比較健壯。

缺點(diǎn)：①影響網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸速率，甚至造成網(wǎng)絡(luò)崩潰。②整個(gè)系統(tǒng)宏觀上會(huì)損耗巨大能量。③可擴(kuò)充性差，需要大量控制消息。分級(jí)結(jié)構(gòu)：

特征：傳感器網(wǎng)絡(luò)被劃分為多個(gè)簇，每個(gè)簇由一個(gè)簇頭和多個(gè)簇成員組成。這些簇頭形成了高一級(jí)的網(wǎng)絡(luò)。簇頭結(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)簇間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，簇成員只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集。

優(yōu)點(diǎn)：①大大減少了網(wǎng)絡(luò)中路由控制信息的數(shù)量，具有很好的可擴(kuò)充性。②簇頭可以隨時(shí)選舉產(chǎn)生，具有很強(qiáng)的抗毀性。

缺點(diǎn)：簇頭的能量消耗較大，很難進(jìn)人休眠狀態(tài)。

1-13.討論無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際生活中有哪些潛在的應(yīng)用。

(1)用在智能家具系統(tǒng)中，將傳感器嵌入家具和家電中，使其與執(zhí)行單元組成無線網(wǎng)絡(luò)，與因特網(wǎng)連接在一起。(2)用在智能醫(yī)療中，將傳感器嵌入醫(yī)療設(shè)備中，使其能接入因特網(wǎng)，將患者數(shù)據(jù)傳送至醫(yī)生終端。(3)用在只能交通中，運(yùn)用無線傳感器監(jiān)測路面、車流等情況。2-2.傳感器由哪些部分組成?各部分的功能是什么?

2-5.集成傳感器的特點(diǎn)是什么? 體積小、重量輕、功能強(qiáng)、性能好。2-7.傳感器的一般特性包括哪些指標(biāo)? 靈敏度、響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性、重復(fù)性、漂移、精度、分辨（力）、遲滯。2-15.如何進(jìn)行傳感器的正確選型？

1.測量對象與環(huán)境：分析被測量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件選擇何種原理的傳感器。2.靈敏度：選擇較高信噪比的傳感器，并選擇適合的靈敏度方向。

3.頻率響應(yīng)特性:根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)選擇相應(yīng)的傳感器響應(yīng)頻率，以及延時(shí)短的傳感器。4.線性范圍：傳感器種類確定后觀察其量程是否滿足要求，并且選擇誤差小的傳感器。

5.穩(wěn)定性：根據(jù)使用環(huán)境選擇何時(shí)的傳感器或采用適當(dāng)?shù)拇胧p小環(huán)境影響，盡量選擇穩(wěn)定性好的傳感器。6.精度：選擇滿足要求的，相對便宜的傳感器。2-17.簡述磁阻傳感器探測運(yùn)動(dòng)車輛的原理。

磁阻傳感器在探測磁場的通知探測獲得車輪速度、磁跡、車輛出現(xiàn)和運(yùn)動(dòng)方向等。使用磁性傳感器探測方向、角度或電流值，可以間接測定這些數(shù)值。因?yàn)檫@些屬性變量必須對相應(yīng)的磁場產(chǎn)生變化，一旦磁傳感器檢測出場強(qiáng)變化，則采用一些信號(hào)處理辦法，將傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成需要的參數(shù)值。3-2.無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)為什么要進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)?調(diào)制有哪些方法?（1）調(diào)制和解調(diào)技術(shù)是無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。調(diào)制對通信系統(tǒng)的有效性和可靠性有很大的影響。采用什么方法調(diào)制和解調(diào)往往在很大程度上決定著通信系統(tǒng)的質(zhì)量。

調(diào)制技術(shù)通過改變高頻載波的幅度、相位或頻率，使其隨著基帶信號(hào)幅度的變化而變化。

解調(diào)是將基帶信號(hào)從載波中提取出來以便預(yù)定的接收者(信宿)處理和理解的過程。（2）根據(jù)調(diào)制中采用的基帶信號(hào)的類型?？梢詫⒄{(diào)制分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。

根據(jù)原始信號(hào)所控制參量的不同，調(diào)制分為幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制。3-4.試描述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物理層幀結(jié)構(gòu)。

3-6.根據(jù)信道使用方式的不同。傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議可以分為哪幾種類型? 時(shí)分復(fù)用無競爭接入方式、隨機(jī)競爭接入方式、競爭與固定分配相結(jié)合的接入方式。3-7.設(shè)計(jì)基于競爭的MAC協(xié)議的基本思想是什么？

當(dāng)結(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，通過競爭方式使用無線信道。如果發(fā)送的數(shù)據(jù)產(chǎn)生了碰撞，就按照某種策略重發(fā)數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)發(fā)送成功或放棄發(fā)送。

3-8.試寫(畫）出CSMA/CA的基木訪問機(jī)制。并說明隨機(jī)退避時(shí)間的計(jì)算方法。

3-9.IEEE802.11MAC協(xié)議有哪兩種訪問控制方式?每種方式是如何工作的?（1）分布式協(xié)調(diào)功能（DCF）、點(diǎn)協(xié)調(diào)功能（PCF），期中DCF是基本訪問控制方式。

3-10.通常有哪些原因?qū)е聜鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生無效能耗? 空閑偵聽、數(shù)據(jù)沖突、串?dāng)_、控制開銷 3-11.敘述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)S-MAC協(xié)議的主要特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)機(jī)制。

（1）S-MAC協(xié)議的適用條件是傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量不大，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部能夠進(jìn)

行數(shù)據(jù)的處理和融合以減少數(shù)據(jù)通信量，網(wǎng)絡(luò)能容忍一定程度的通信延遲。它的設(shè)計(jì)目標(biāo)是提供良好的擴(kuò)展性，減少結(jié)點(diǎn)能耗。

（2）周期性偵聽和睡眠機(jī)制、流量自適應(yīng)機(jī)制、沖突和串音避免機(jī)制、消息傳遞機(jī)制。3-12.簡述路由選擇的主要功能。

（1）尋找源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)間的優(yōu)化路徑。（2）將數(shù)據(jù)分析沿著優(yōu)化路徑正確轉(zhuǎn)發(fā)。

3-14.常見的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議有哪些類型?并說明各種類型路由協(xié)議的主要特點(diǎn)。（1）能量感知路由協(xié)議、基于查詢的路由協(xié)議、地理位置協(xié)議、可靠的路由協(xié)議。

（2）能量感知路由協(xié)議：從數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰肯某霭l(fā)，討論最少能量消耗和最長網(wǎng)絡(luò)生存期等問題。

基于查詢的路由協(xié)議：主要用于需要不斷查詢傳感器結(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，通過減少通信流量來節(jié)省能量，即數(shù)據(jù)融合技術(shù)與路由協(xié)議的設(shè)計(jì)相結(jié)合。

地理位置協(xié)議：主要應(yīng)用于需要知道目的結(jié)點(diǎn)的精確或大致地理位置的問題中，把結(jié)點(diǎn)的位置信息作為路由選擇的依據(jù)，從而完成結(jié)點(diǎn)的路由選擇功能，并且降低維護(hù)路由協(xié)議的能耗?？煽康穆酚蓞f(xié)議：應(yīng)用在對可靠性和實(shí)時(shí)性等方面有特別要求的問題中。3-15.如何設(shè)計(jì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的定向擴(kuò)散路由協(xié)議? 4-2.傳感器網(wǎng)絡(luò)常見的時(shí)間同步機(jī)制有哪些? RBS、Ting/Mini-Sync、TPSN 4-3.簡述TPSN時(shí)間同步協(xié)議的設(shè)計(jì)過程。

TPSN時(shí)間同步協(xié)議采用層次結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步。所有結(jié)點(diǎn)按照層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行邏輯分級(jí)。表示結(jié)點(diǎn)到根結(jié)點(diǎn)的距離，通過基于發(fā)送者-接收者的結(jié)點(diǎn)對方式。每個(gè)結(jié)點(diǎn)與上一級(jí)的一個(gè)結(jié)點(diǎn)進(jìn)行同步。從而最終所有結(jié)點(diǎn)都與根結(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。TPSN協(xié)議包括兩個(gè)階段: 第一個(gè)階段生成層次結(jié)構(gòu)，每個(gè)結(jié)點(diǎn)賦予一個(gè)級(jí)別。根結(jié)點(diǎn)賦予最高級(jí)別第0級(jí)。第i 級(jí)的結(jié)點(diǎn)至少能夠與一個(gè)第(i-1)級(jí)的結(jié)點(diǎn)通信;第二個(gè)階段實(shí)現(xiàn)所有樹結(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步。第1級(jí)結(jié)點(diǎn)同步到根結(jié)點(diǎn)。第i級(jí)的結(jié)點(diǎn)同步到第(i-1)級(jí)的一個(gè)結(jié)點(diǎn)，最終所有結(jié)點(diǎn)都同步到根結(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步。

4-6.簡述以下概念術(shù)語的含義:錨點(diǎn)、測距、連接度、到達(dá)時(shí)間差、接收信號(hào)強(qiáng)度指示、視線關(guān)系。

錨點(diǎn)：指通過其他方式預(yù)先獲得位置坐標(biāo)的結(jié)點(diǎn)，有時(shí)也稱作信標(biāo)結(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)中相應(yīng)的其余結(jié)點(diǎn)稱為非錨點(diǎn)。測距：指兩個(gè)相互通信的結(jié)點(diǎn)通過測量方式來估計(jì)出彼此之間的距離或角度。

連接度：包括結(jié)點(diǎn)連接度和網(wǎng)絡(luò)連接度兩種含義。結(jié)點(diǎn)連接度是指結(jié)點(diǎn)可探測發(fā)現(xiàn)的鄰居結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。網(wǎng)絡(luò)連接度是所有結(jié)點(diǎn)的鄰結(jié)點(diǎn)數(shù)目的平均值，它反映了傳感器配置的密集程度。

到達(dá)時(shí)間差：兩種不同傳播速度的信號(hào)從一個(gè)結(jié)點(diǎn)傳播到另一個(gè)結(jié)點(diǎn)所需要的時(shí)間之差。接收信號(hào)強(qiáng)度指示：結(jié)點(diǎn)接收到無線信號(hào)的強(qiáng)度大小。

視線關(guān)系：如果傳感器網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間沒有障礙物，能夠?qū)崿F(xiàn)直接通信，則稱這兩個(gè)結(jié)點(diǎn)問存在視線關(guān)系。4-9.RSSI測距的原理是什么?

4-10.簡述ToA測距的原理。

4-11.舉例說明TDoA的測距過程。

4-12.舉例說明AoA測角的過程。

4-13.試描述傳感器網(wǎng)絡(luò)多邊定位法的原理。

4-14.簡述Min-max定位方法的原理。

4-15.簡述質(zhì)心定位算法的原理及其特點(diǎn)。

★4-16.舉例說明DV-Hop算法的定位實(shí)現(xiàn)過程。

4-17.什么是數(shù)據(jù)融合技術(shù)?它在傳感器網(wǎng)絡(luò)中的主要作用是什么?（1）數(shù)據(jù)融合也被稱作信息融，是一種多源信息處理技術(shù)。它通過對來自同一目標(biāo)的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化合成，獲得比單一信息源更精確、完整的估計(jì)或判斷。

（2）①節(jié)省整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量②增強(qiáng)所收集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性③提高收集數(shù)據(jù)的效率 4-18.簡述數(shù)據(jù)融合技術(shù)的不同分類方法及其類型。

(1)依據(jù)融合前后數(shù)據(jù)的信息含量進(jìn)行分類：無損失融合、有損失融合

(2)依據(jù)數(shù)據(jù)融合與應(yīng)用層數(shù)據(jù)語義的關(guān)系進(jìn)行分類：依賴于應(yīng)用的數(shù)據(jù)融合、獨(dú)立于應(yīng)用的數(shù)據(jù)融合、結(jié)合以上兩種技術(shù)的數(shù)據(jù)融合

(3)依據(jù)融合操作的級(jí)別進(jìn)行分類：數(shù)據(jù)級(jí)融合、特征級(jí)融合、決策級(jí)融合 4-19.什么是數(shù)據(jù)融合的綜合平均法?

4-20.常見的數(shù)據(jù)融合方法有哪些? 綜合平均法、卡爾曼濾波法、貝葉斯估計(jì)法、D-S證據(jù)推理法、統(tǒng)計(jì)決策理論、模糊邏輯法、產(chǎn)生式規(guī)則法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。

4-21.無線通信的能量消耗與距離的關(guān)系是什么?它反映出傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖裁刺攸c(diǎn)?（1）通常隨著通信距離的曾加，能耗急劇增加。

（2）在傳感器網(wǎng)絡(luò)中要減少單跳通信距離，盡量使用多跳短距離的無線通信方式。4-22.簡述節(jié)能策略休眠機(jī)制的實(shí)現(xiàn)思想。

當(dāng)結(jié)點(diǎn)周圍沒有感興趣的事件發(fā)生時(shí)，計(jì)算與通信單元處十空閑狀態(tài)，把這些組件關(guān)鐘或調(diào)到更低能耗的狀態(tài)，即休眠狀態(tài)。該機(jī)制對于延長傳感器結(jié)點(diǎn)的生存周期非常重要。但休眠狀態(tài)與工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換需要消耗一定的能量。并且產(chǎn)生時(shí)延。所以狀態(tài)轉(zhuǎn)換策略對于休眠機(jī)制比較重要。如果狀態(tài)轉(zhuǎn)換策略不合適，不僅無法節(jié)能，反而會(huì)導(dǎo)致能耗的增加。

4-23.簡述傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)各單元能量消耗的特點(diǎn)

傳感器結(jié)點(diǎn)中消耗能量的模塊有傳感器模塊、處理器模塊和通信模塊。隨著集成電路工藝的進(jìn)步。處理器和傳感器模塊的功耗都很低。無線通信模塊可以處于發(fā)送、接收、空閑或睡眠狀態(tài)?？臻e狀態(tài)就是偵聽無線信道上的信息，但不發(fā)送或接收。睡眠狀態(tài)就是無線通信模塊處于不工作狀態(tài)。4-24.動(dòng)態(tài)電源管理的工作原理是什么? 當(dāng)結(jié)點(diǎn)周圍沒有感興趣的事件發(fā)生時(shí)，部分模塊處于空閑狀態(tài)。應(yīng)該把這些組件關(guān)掉或調(diào)到更低能耗的狀態(tài)(即休眠狀態(tài))。從而節(jié)省能量。

4-25.傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性需求包括哪些內(nèi)容? 結(jié)點(diǎn)的安全保證、被動(dòng)抵御入侵的能力、主動(dòng)反擊入侵的能力。4-26.什么是傳感器網(wǎng)絡(luò)的信息安全?

4-27.簡述在傳感器網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施Wormhole攻擊的原理過程

4-28.SPINS安全協(xié)議簇能提供哪些功能? SPINS安個(gè)協(xié)議簇是最早的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全框架之一。包含了 SNEP和μTESLA兩個(gè)安全協(xié)議。SNEP協(xié)議提供點(diǎn)到點(diǎn)通信認(rèn)證、數(shù)據(jù)機(jī)密性、完整性和新鮮性等安全服務(wù)；μTESLA協(xié)議則提供對廣播消息的數(shù)據(jù)認(rèn)證服務(wù)。6-3.低速無線個(gè)域網(wǎng)具有哪些特點(diǎn)? 低速無線個(gè)域網(wǎng)是一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的無線通信網(wǎng)絡(luò)，它使得在低電能和低吞吐量的應(yīng)用環(huán)境中使用無線連接成為可能。與無線局域網(wǎng)相比。低速無線個(gè)域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)只需很少的基礎(chǔ)設(shè)施。甚至不需要基礎(chǔ)設(shè)施。IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)為低速無線個(gè)域網(wǎng)制定了物理層和MAC子層協(xié)議。6-7.簡述ZigBee的技術(shù)特點(diǎn)

(1)數(shù)據(jù)傳輸速率低。數(shù)據(jù)率只有l(wèi)okb/s~250kb/s，專注十低速傳輸應(yīng)用。

(2)有效范圍小。有效似蓋范圍10~75m之間，具體依據(jù)實(shí)際發(fā)射功率的大小和各種不同的應(yīng)用模式而定。(3)工作頻段靈活。使用的頻段分別為2.4GHz,868MHz(歐洲)及915MHz(美國)，均為無需申請的ISM頻段。

(4)省電。由于工作周期很短。收發(fā)信息功耗較低，以及采用了休眠模式，ZigBee可確保兩節(jié)5號(hào)電池支持長達(dá)6個(gè)月至2年左右的使用時(shí)間，當(dāng)然不同應(yīng)用的功耗有所不同。

(5)可靠。采用碰撞避免機(jī)制。并為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留專用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競爭和沖突。MAC層采用完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。

(6)成本低。由于數(shù)據(jù)傳輸速率低，并且協(xié)議簡單。降低了成本，另外使用ZigBee協(xié)議可免專利費(fèi)。

(7)時(shí)延短。針對時(shí)延敏感的應(yīng)用做了優(yōu)化。通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短。設(shè)備搜索時(shí)延的典型值為30ms.休眠激活時(shí)廷的典型值是15ms?；顒?dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延為15ms。(8)網(wǎng)絡(luò)容量大。一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)可容納多達(dá)254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，一個(gè)區(qū)域內(nèi)可同時(shí)布置多達(dá)100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)。

(9)安全。ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和認(rèn)證功能。加密算法采用AES-128，應(yīng)用層安全屬性可根據(jù)需求來配置。

第四篇：傳感器原理習(xí)題

第四章 傳感器原理習(xí)題

4-1以阻值R=120?，靈敏系數(shù)K=2.0的電阻應(yīng)變片與阻值120?的固定電阻組成電橋，供橋電壓為3V，并假定負(fù)載電壓為無窮大，當(dāng)應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)?με和2000με時(shí)，分別求出單臂、雙臂差動(dòng)電橋的輸出電壓，并比較兩種情況下的靈敏度。

4-2 在材料為鋼的實(shí)心圓柱試件上，沿軸線和圓周方向各貼一片電阻為120Ω的金屬應(yīng)變片R1和R2，把這兩片應(yīng)變片接入差動(dòng)電橋(題圖4-2)。若鋼的泊松比μ=0.285，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K=2，電橋的電源電壓Ui=2V，當(dāng)試件受軸向拉伸時(shí)，測得應(yīng)變片R1的電阻變化值?R=0.48?，試求電橋的輸出電壓U0；若柱體直

112徑d=10mm，材料的彈性模量E?2?10N/m，求其所受拉力大小。

題圖4-2 差動(dòng)電橋電路

4-3 一臺(tái)采用等強(qiáng)度的梁的電子稱，在梁的上下兩面各貼有兩片電阻應(yīng)變片，做成稱重量的傳感器，如習(xí)題圖4-3所示。已知l=10mm，b0=11mm，h=3mm，E?2.1?104N/mm2，K=2，接入直流四臂差動(dòng)電橋，供橋電壓6V，求其電壓靈敏度(Ku=U0/F)。當(dāng)稱重0.5kg時(shí)，電橋的輸出電壓U0為多大?

題圖4-3懸臂梁式力傳感器

4-4 有四個(gè)性能完全相同的應(yīng)變片(K=2.0)，將其貼在習(xí)題圖4-4所示的壓力傳感器圓板形感壓膜片上。已知膜片的半徑R=20mm，厚度 h=0.3mm，材料的泊松

112比μ=0.285，彈性模量E?2?10N/m?，F(xiàn)將四個(gè)應(yīng)變片組成全橋測量電路，供

橋電壓Ui=6V。求：

(1)確定應(yīng)變片在感壓膜片上的位置，并畫出位置示意圖；(2)畫出相應(yīng)的全橋測量電路圖；

(3)當(dāng)被測壓力為0.1MPa時(shí)，求各應(yīng)變片的應(yīng)變值及測量橋路輸出電壓U0；(4)該壓力傳感器是否具有溫度補(bǔ)償作用?為什么?(5)橋路輸出電壓與被測壓力按是否存在線性關(guān)系?

題圖4-4 膜片式壓力傳感器

4-5一測量線位移的電位器式傳感器，測量范圍為0~10mm，分辨力為0.05mm，靈敏度為2.7V/mm，電位器繞線骨架外徑d=0.5mm，電阻絲材料為鉑銥合金，其?4ρ?3.25?10Ω?mm。當(dāng)負(fù)載電阻RL=10k?時(shí)，求傳感器的最大負(fù)載誤電阻率為差。

4-6 某差動(dòng)螺管式電感傳感器(題圖4-6)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為單個(gè)線圈匝數(shù)W=800匝，l=10mm，lc=6mm，r=5mm，rc=1mm，設(shè)實(shí)際應(yīng)用中鐵芯的相對磁導(dǎo)率μr=3000，試求：

(1)在平衡狀態(tài)下單個(gè)線圈的電感量L0=?及其電感靈敏度足KL?(2)若將其接入變壓器電橋，電源頻率為1000Hz，電壓E=1.8V，設(shè)電感線圈有效電阻可忽略，求該傳感器靈敏度K。

(3)若要控制理論線性度在1%以內(nèi)，最大量程為多少?

題圖4-6 差動(dòng)螺管式電感傳感器

4-7 有一只差動(dòng)電感位移傳感器，已知電源電壓Usr=4V，?=400Hz，傳感器線圈銅電阻與電感量分別為R=40?，L=30mH，用兩只匹配電阻設(shè)計(jì)成四臂等阻抗電橋，如題圖4-7所示，試求：(1)匹配電阻R3和R4的值；

(2)當(dāng)?Z=10時(shí)，分別接成單臂和差動(dòng)電橋后的輸出電壓值；(3)用相量圖表明輸出電壓Usc與輸入電壓Usr之間的相位差。

??

題圖4-7 差動(dòng)電感位移傳感器四臂等阻抗電橋

2S?4?4mm4-8如題圖4-8所示氣隙型電感傳感器，銜鐵截面積,氣隙總長度δ=0.8mm，銜鐵最大位移?δ=±0.08mm，激勵(lì)線圈匝數(shù)W=2500匝，導(dǎo)線直徑d=0.06mm，電阻率ρ?1.75?10?6Ω?cm，當(dāng)激勵(lì)電源頻率?=4000Hz時(shí)，忽略漏磁及鐵損，求：

(1)線圈電感量；(2)電感的最大變化量；(3)線圈的直流電阻值；(4)線圈的品質(zhì)因數(shù)；

(5)當(dāng)線圈存在200pF分布電容與之并聯(lián)后其等效電感值。

題圖4-8 氣隙型電感式傳感器(變隙式)4-9 試計(jì)算題圖4-9所示各電容傳感元件的總電容表達(dá)式。

圖4-9 4-10 在壓力比指示系統(tǒng)中采用差動(dòng)式變間隙電容傳感器和電橋測量電路，如題圖4-10所示。已知：δ0=0.25mm，D=38.2mm，R=5.1k?；Usr=60V(交流)，頻率?=400Hz。試求：

(1)該電容傳感器的電壓靈敏度Ku(V/μm)；

(2)當(dāng)電容傳感器的動(dòng)極板位移?δ=10μm時(shí)，輸出電壓Usc值。

題圖4-10 4-11 有一臺(tái)變間隙非接觸式電容測微儀，其傳感器的極板半徑r=4mm，假設(shè)與被測工件的初始間隙d0=0.3mm。試求：

(1)如果傳感器與工件的間隙變化量?d=±10μm，電容變化量為多少?(2)如果測量電路的靈敏度足Ku=100mV/Pf,則在?d=±1μm時(shí)的輸出電壓為多少? 4-12 有一變間隙式差動(dòng)電容傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖13所示。選用變壓器交流電橋作測量電路。差動(dòng)電容器參數(shù)：r=12mm，d1=d2=d0=0.6mm，空氣介質(zhì)，即

ε?ε0?8.85?10?12F/m。測量電路參數(shù)：usr=u=Usr?3sinωinωt。試求當(dāng)動(dòng)板上輸

?入位移(向上位移)?x=0.05mm時(shí)，電橋輸出端電壓Usc?

題圖4-12

4-13 一只電容位移傳感器如圖14所示，由四塊置于空氣中的平行平板組成。板A、C和D是固定極板；板B式活動(dòng)極板，其厚度為t，它與固定極板的間距為d。B、C和D極板的長度均為 a，A板的長度為2a，各板的寬度為b。忽略板C和D的間隙及各板的邊緣效應(yīng)，試推導(dǎo)活動(dòng)極板刀從中間位置移動(dòng)x=±a/2時(shí)電容CAC和CAD的表達(dá)式(x=0時(shí)為對稱位置)。

題圖4-13 4-14已知平板電容傳感器極板間介質(zhì)為空氣，極板面積S?a?a?(2?2)cm2，間隙d0=0.1mm。求：傳感器的初始電容值：若由于裝配關(guān)系，使傳感器極板一側(cè)間隙d0，而另一側(cè)間隙d0+b(b=0.01mm)，此時(shí)傳感器的電容值。

4-15 如圖4-15a所示差動(dòng)式同心圓筒柱形電容傳感器，其可動(dòng)內(nèi)電極圓筒外徑d=9.8mm，固定電極外圓筒內(nèi)徑D=10mm，初始平衡時(shí)，上、下電容器電極覆蓋長度L1=L2=L0=2mm，電極間為空氣介質(zhì)。試求：

(1)初始狀態(tài)時(shí)電容器C1、C2的值；

(2)當(dāng)將其接入圖4-15b所示差動(dòng)變壓器電橋電路，供橋電壓E=10V(交流)，傳感器工作時(shí)可動(dòng)電極筒最大位移?x=±0.2mm，電橋輸出電壓的最大變化范圍為多?

題圖4-15(a)

(b)

4-16 有一 壓電晶體，其面積為20mm2，厚度為10mm，當(dāng)受到壓力p=10MPa作用時(shí)，求產(chǎn)生的電荷量及輸出電壓：

(1)零度X切的縱向石英晶體；(2)利用縱向效應(yīng)的BaTiO3。

4-17 某壓電晶體的電容為1000pF，kq=2.5C/cm，電纜電容CC=3000pF，示波器的輸入阻抗為1M?和并聯(lián)電容50 pF，求：

(1)壓電晶體的電壓靈敏度足Ku；(2)測量系統(tǒng)的高頻響應(yīng)；

(3)如系統(tǒng)允許的測量幅值誤差為5%，可測最低頻率是多少?(4)如頻率為10Hz，允許誤差為5%，用并聯(lián)連接方式，電容式多大? 4-18 分析壓電加速度傳感器的頻率響應(yīng)特性。若測量電路為電壓前量放大器C總=1000 pF，R總=500M?；傳感器固有頻率?0=30kHz，阻尼比ζ=0.5，求幅值誤差在2%以內(nèi)的使用頻率范圍。

4-19 用石英晶體加速度計(jì)及電荷放大器測量機(jī)器的振動(dòng)個(gè)，已知：加速度計(jì)靈敏度為5Pc/g，電荷放大器靈敏度為50mV/pC，當(dāng)機(jī)器達(dá)到最大加速度值時(shí)相應(yīng)的輸出電壓幅值為2V，試求該機(jī)器的振動(dòng)加速度。(g為重力加速度)4-20 用壓電式傳感器測量最低頻率為1Hz的振動(dòng)，要求在1Hz時(shí)靈敏度下降不超過5%。若測量回路的總電容為500pF，求所有電壓前置放大器的輸入電阻為多大? 4-21已知壓電式加速度傳感器的阻尼比ζ=0.1，其無阻尼固有頻率?0=32kHz，若要求傳感器的輸出幅值誤差在5%以內(nèi)，試確定傳感器的最高響應(yīng)頻率。4-22 某壓電式壓力傳感器為兩片石英晶片并聯(lián)，每片厚度h=0.2mm，圓片半徑r=1cm，εr=4.5，X切型d11?2.31?10?12C/N。當(dāng)0.1MPa壓力垂直作用于PX平面時(shí)，求傳感器輸出電荷Q和電極間電壓Ua的值。

4-23 已知銅熱電阻—Cu100的百度電阻比W(100)=1.42，當(dāng)用此熱電阻測量50oC溫度時(shí)，其電阻值時(shí)多少?若測溫時(shí)的電阻值為92?，則被測溫度是多少? 4-24 用分度號(hào)為Pt100鉑電阻測溫，在計(jì)算時(shí)錯(cuò)用了Cu100的分度表，查得的溫度為140oC，問實(shí)際溫度為多少? 4-25 鎳鉻-鎳硅熱電偶靈敏度為0.04mV/oC，把它放在溫度為1200oC處，若以指示儀表作為冷端，此處溫度為50oC，試求熱電勢大小。

4-26 用K型熱電偶測某設(shè)備的溫度，測得的熱電勢為20mV，冷端(室溫)為25mV，求設(shè)備溫度?如果改用E型熱電偶來測溫，在相同的條件下，E熱電偶測得的熱電勢為多少? 4-27 現(xiàn)用一只鎳鉻-銅鎳熱電偶測某換熱器內(nèi)的溫度，其冷端溫度為30oC，顯示儀表的機(jī)械零位在0oC時(shí)，這時(shí)指示值為400oC，則認(rèn)為換熱器內(nèi)的溫度為340oC

對不對?為什么?正確值為多少? 4-28 有一臺(tái)數(shù)字電壓表，其分辨率為100μV/1個(gè)字，現(xiàn)與Cu100熱電阻配套應(yīng)用，測量范圍為0~100oC，試設(shè)計(jì)一個(gè)標(biāo)度變換電路，使數(shù)字表直接顯示溫度數(shù)值。

4-29 試述光電倍增管的結(jié)構(gòu)和工作原理與光電管的異同點(diǎn)。若入射光子為103個(gè)(一個(gè)光子等效于一個(gè)電子電量)。光電倍增管共有16個(gè)倍增級(jí)，輸出陽極電流為20A，且16個(gè)倍增級(jí)二次發(fā)射電子數(shù)按自然數(shù)的平方遞增，試求光電倍增管的電流放大倍數(shù)和倍增系數(shù)。

4-30.求光纖n1=1.46，n2=1.45的NA值；如果外部n0=1，求光纖的臨界入射角。4-31 四個(gè)應(yīng)變片粘貼在扭軸上，安排得到的最大靈敏度，應(yīng)變片阻值為121?而應(yīng)變靈敏系數(shù)K=2.04，并接成全橋測量電路。當(dāng)用750k?的電阻器并聯(lián)在一個(gè)應(yīng)變片上分流以得到標(biāo)定時(shí)，電橋輸出在示波器上記錄到2.20cm的位移。如果變形的軸引起示波器3.2cm的偏移，求指示的最大應(yīng)變?設(shè)軸為鋼制的，求應(yīng)力(鋼的扭轉(zhuǎn)彈性模量E?1.623?1011N/m2)? 4-32 為防止電容傳感器擊穿，在兩極之間加入厚度為a的兩片云母片，如圖14所示，其相對介電常數(shù)為εr，空氣接點(diǎn)常數(shù)εo（空氣介電常數(shù)近似于真空介電常數(shù)），求傳感器總?cè)萘浚ㄔO(shè)圓形極板直徑為D兩片云母片之間的距離為δ0）。

題圖4-32 4-33 設(shè)題圖4-33所示電感位移傳感器的鐵心相對磁導(dǎo)率為104，空氣的相對磁導(dǎo)率為1，已知真空中的磁導(dǎo)率?0?4π?10?7H/m。試對下述情況計(jì)算該傳感器的輸出電感：（1）氣隙為0；（2）氣隙為2mm。

題圖4-33

第五篇：傳感器應(yīng)用總結(jié)

傳感器應(yīng)用總結(jié)

信息社會(huì)高速發(fā)展的今天，人們對信息的提取、處理、傳輸以及綜合等要求愈加迫切。作為信息提取的功能器件——傳感器同人們的關(guān)系越來越密切。小到智能手機(jī)，大到地震海嘯預(yù)警，傳感器廣泛應(yīng)用于社會(huì)發(fā)展及人類生活的各個(gè)領(lǐng)域。傳感器種類繁多，其原理也各種各樣。傳感技術(shù)是一門知識(shí)密集型技術(shù)，它與許多學(xué)科相關(guān)，傳感器技術(shù)已經(jīng)成為各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，特別是電子信息工程、電氣工程、自動(dòng)控制工程、機(jī)械工程等領(lǐng)域中不可缺少的技術(shù)。傳感技術(shù)與信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)并列稱為支撐現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。下面，我將對所學(xué)傳感器的應(yīng)用做一個(gè)簡要的總結(jié)。

傳感器是在非電量測量中，能夠?qū)崿F(xiàn)非電量轉(zhuǎn)化為電量的裝置。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測量電路三部分組成，有時(shí)還需要加輔助電源。（如圖1）在自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制環(huán)節(jié)，傳感器是必不可少的，沒有傳感器對數(shù)據(jù)的精確測量，必然不會(huì)實(shí)現(xiàn)對信號(hào)的控制及顯示。因此，傳感器在工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中應(yīng)用廣泛。非電量 敏感元件

非電量

傳感元件

電量

轉(zhuǎn)換電路

電量 熱電偶傳感器

圖1

1.1 N型熱電偶在主蒸汽溫度測量中的應(yīng)用

近年來，N型熱電偶在火電廠得到了廣泛的應(yīng)用。N型熱電偶在中子輻射環(huán)境下具有良好的穩(wěn)定性, 是因?yàn)镹型熱電偶去除了易蛻變元素Mn、Co等。因此,N型熱電偶具有很好的耐核輻射的能力。在一個(gè)機(jī)組主蒸汽管道上放一個(gè)溫度保護(hù)套管，將N型熱電偶放入其內(nèi)部，測量的溫度將其轉(zhuǎn)化為電動(dòng)勢，通過控制電動(dòng)勢來控制溫度。

1.2 熱電偶對爆炸產(chǎn)物的熱響應(yīng)應(yīng)用

在炸藥的爆炸過程中，溫度變化極快，數(shù)值極高，且為非穩(wěn)態(tài)傳熱，沖擊波的傳播速度遠(yuǎn)大于熱流的傳播速度，熱電偶技術(shù)的迅速發(fā)展為研究瞬態(tài)熱作用提供了簡便可靠的測試方法。熱電偶溫度傳感器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)直 流電壓放大器放大后通過A/D 轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。采集系統(tǒng)將給出電壓值，其變化反映熱電偶溫度值的變化。數(shù)據(jù)采集后對信號(hào)加以濾波處理，然后根據(jù)分度表進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換。

1.3 薄膜熱電偶傳感器測高溫物體表面溫度

薄膜熱電偶(T F T C)作為固體表面溫度傳感器具有許多優(yōu)點(diǎn)，其很小的質(zhì)量使其對表面熱傳導(dǎo)的干擾極小，對于大多數(shù)實(shí)際測量而言，被測點(diǎn)的這一熱變化是微乎其微的；由于厚度僅為1um 的薄膜對于多數(shù)對流換熱應(yīng)用來說尺寸很小，所以薄膜熱電偶與被測表面之間的對流換熱變化也極其微小。另一方面，由于自身構(gòu)造上的特點(diǎn)，薄膜熱電偶傳感器可以貼在某些需要測量溫度但又不方便直接測溫的物件上。壓電傳感器

2.1 車輛行駛稱重

壓電傳感器檢測經(jīng)過輪胎施加到傳感器上的壓力，產(chǎn)生成正比的模擬電壓、信號(hào),輸出壓力信號(hào)的周期與輪胎停留在傳感器上的時(shí)間相同。每當(dāng)一個(gè)輪胎經(jīng)過傳感器時(shí)，傳感器就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的電子脈沖,壓電傳感器在行駛中稱重(WMI)的檢測原理是對受力產(chǎn)生的信號(hào)積分。2.2 實(shí)現(xiàn)超聲振動(dòng)系統(tǒng)的頻率自動(dòng)跟蹤

在振動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中加入壓電傳感片，壓電傳感片保持與系統(tǒng)諧振。由于壓電效應(yīng)，諧振時(shí)壓電傳感片兩端會(huì)產(chǎn)生電荷，形成感應(yīng)電壓。這種電壓大小與振動(dòng)強(qiáng)弱成正比，通過檢測電壓值就能知道振動(dòng)幅值的大小。感應(yīng)電壓最大值的頻率點(diǎn)即為系統(tǒng)諧振點(diǎn)，通過搜尋感應(yīng)電壓最大值就能實(shí)現(xiàn)頻率自動(dòng)跟蹤。2.3 環(huán)境監(jiān)測

2.3.1壓電石英晶體微天平(QCM)壓電傳感器

當(dāng)一層外來物沉積于石英晶體表面時(shí),晶體的表面質(zhì)量增加,從而引起諧振頻率的變化。

2.3.2 表面聲波(S∧W)壓電傳感器

S∧W壓電傳感器是利用表面聲波原理實(shí)現(xiàn)質(zhì)量測定的。當(dāng)ST切型石英晶體中電極的交叉陣列產(chǎn)生局部形變時(shí),后者以機(jī)械波傳遞至接受器陣列,發(fā)出的波與任何表面材料的相互作用均能改變S∧W的速度和振幅,于是能定量測定沉 積物的質(zhì)量。

2.4 確保刀具工作在安全振幅范圍內(nèi)

通過壓電傳感片返回的電壓值大小,系統(tǒng)可以推算出刀具的工作振幅。預(yù)先設(shè)定安全振動(dòng)幅值,限制輸出功率的大小,就能起到保護(hù)刀具的作用。實(shí)際采用這種措施以后,刀具的工作壽命得到明顯提高。這主要是因?yàn)榈毒叩洱X造成應(yīng)力高度集中,如不限制振幅,空載或輕載時(shí)刀具振幅過大,刀齒的應(yīng)力超過了安全許可界限,在超高周疲勞情況下很快就達(dá)到疲勞極限,引起刀具斷裂。電阻傳感器

3.1應(yīng)變式壓力傳感器

這種傳感器可以測量氣體或液體壓力。當(dāng)氣體或液體壓力作用在薄板承壓面上時(shí)，薄板變形，粘貼在另一面的電阻應(yīng)變片隨之變形，并改變阻值。這時(shí)測量電路中電橋平衡被破壞，產(chǎn)生輸出電壓。此外，它還可以用來制造測量高度、密度、速度的儀表。應(yīng)變式壓力傳感器常見的結(jié)構(gòu)有筒式、膜片式和組合式等。3.2 應(yīng)變式加速度傳感器

這種傳感器的基本結(jié)構(gòu)由懸臂梁、應(yīng)變片、質(zhì)量塊、機(jī)座外殼組成。懸臂梁（等強(qiáng)度梁）自由端固定質(zhì)量塊，殼體內(nèi)充滿硅油，產(chǎn)生必要的阻尼。當(dāng)殼體與被測物體一起作加速度 a 運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊因?yàn)樵趹T性作用下保持相對靜止，從而給懸臂梁一個(gè)與運(yùn)動(dòng)方向相反的作用力，使梁體發(fā)生形變，粘貼在梁上的應(yīng)變片阻值發(fā)生變化，電橋平衡被破壞，電橋輸出電壓。通過測量阻值的變化求出待測物體的加速度。3.3 熱電阻式溫度傳感器 3.3.1 金屬熱電阻傳感器

對于金屬導(dǎo)體而言，在一定的溫度下，物質(zhì)的電阻隨電阻率的變化而變化，可以把溫度對電阻率的影響反映到電阻上，即溫度變化會(huì)導(dǎo)致電阻變化，從而測出溫度變化。

3.3.2 半導(dǎo)體熱電阻傳感器

半導(dǎo)體是一種晶態(tài)固體，其原子結(jié)構(gòu)較為特殊，外層的電子運(yùn)動(dòng)時(shí)既不像金屬導(dǎo)體那樣容易脫離原軌跡，也不像絕緣體那樣束縛的很緊，這就決定了它的導(dǎo)電特性介于金屬導(dǎo)體和絕緣體之間。其導(dǎo)電機(jī)理與材料內(nèi)價(jià)電子以及摻人的雜質(zhì) 有關(guān)。電阻取決于摻雜的種類和濃度，并隨溫度而變化，通過測量電阻的變化而得到溫度的改變。電感式傳感器

4.1 自感式傳感器

自感式傳感器是利用自感量隨氣隙變化而改變的原理制成的，用來測量位移。自感式傳感器主要有閉磁路變隙式和開磁路螺線管式，它們又都可以分為單線圈式與差動(dòng)式兩種結(jié)構(gòu)形式。

線圈的自感量等于線圈中通入單位電流所產(chǎn)生的磁鏈數(shù)，只要被測非電量能夠引起空氣隙長度或等效截面積發(fā)生變化，線圈的電感量就會(huì)隨之變化。自感式傳感器的測量電路用來將電感量的變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓或電流信號(hào)，以便供放大器進(jìn)行放大，然后用測量儀表顯示或記錄。自感式傳感器用于測量位移，還可以用于測量振動(dòng)、應(yīng)變、厚度、壓力、流量、液位等非電量。4.2 差動(dòng)變壓器式傳感器

差動(dòng)變壓器式傳感器是把差動(dòng)變壓器的兩個(gè)次級(jí)輸出電壓分別整流，然后將整流的電壓或電流的差值作為輸出，這樣二次電壓的相位和零點(diǎn)殘余電壓都不必考慮。

差動(dòng)整流電路同樣具有相敏檢波作用，兩組（或兩個(gè)）整流二極管分別將二次線圈中的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電，然后相加。由于這種測量電路結(jié)構(gòu)簡單，不需要考慮相位調(diào)整和零點(diǎn)殘余電壓的影響，且具有分布電容小和便于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，因而獲得廣泛的應(yīng)用。但是，二極管的非線性影響比較嚴(yán)重，而且二極管的正向飽和壓降和反向漏電流對性能也會(huì)產(chǎn)生不利影響，只能在要求不高的場合下使用。

一般經(jīng)相敏檢波和差動(dòng)整流后的輸出信號(hào)還必須經(jīng)過低通濾波器，把調(diào)制的高頻信號(hào)衰減掉，只允許銜鐵運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的有用信號(hào)通過。

差動(dòng)變壓器不僅可以直接用于位移測量，而且還可以測量與位移有關(guān)的任何機(jī)械量，如振動(dòng)、加速度、應(yīng)變、壓力、張力、比重和厚度等。4.3 渦流式傳感器

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流，此電流叫電渦流，這種現(xiàn) 象稱為電渦流效應(yīng)。

根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱為電渦流式傳感器。按照電渦流在導(dǎo)體內(nèi)的貫穿情況，此傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類，但從基本工作原理上來說仍是相似的。電渦流式傳感器最大的特點(diǎn)是能對位移、厚度、表面溫度、速度、應(yīng)力、材料損傷等進(jìn)行非接觸式連續(xù)測量，另外還具有體積小、靈敏度高、頻率響應(yīng)寬等特點(diǎn)，應(yīng)用極其廣泛。

線圈阻抗的變化完全取決于被測金屬導(dǎo)體的電渦流效應(yīng)。

而電渦流效應(yīng)既與被測體的電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ以及幾何形狀有關(guān)，又與線圈幾何參數(shù)、線圈中激磁電流頻率?有關(guān)，還與線圈與導(dǎo)體間的距離x有關(guān)。因此，傳感器線圈受電渦流影響時(shí)的等效阻抗Z的函數(shù)關(guān)系式為Z=F（ρ，μ，R，x）。

渦流式傳感器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，易于進(jìn)行非接觸的連續(xù)測量，靈敏度較高，適用性強(qiáng)。利用位移x作為變換量，可以做成測量位移、厚度、振幅、振擺、轉(zhuǎn)速等傳感器，也可做成接近開關(guān)、計(jì)數(shù)器等。利用材料電阻率?作為變換量，可以做成測量溫度，材質(zhì)判別等傳感器。利用導(dǎo)磁率?作為變換量，可以做成測量應(yīng)力，硬度等傳感器；利用變換量x、?、?等的綜臺(tái)影響，可以做成探傷裝置。電容傳感器

5.1電容式位移傳感器

電容式位移傳感器可以實(shí)現(xiàn)非接觸測量，用來測量各種導(dǎo)電材料的間隙、長度、尺寸或位置、振動(dòng)位移等。CapaNCD(非接觸電容位移傳感器)測量原理的基礎(chǔ)在于理想平板電容的構(gòu)成，兩個(gè)平板電極由傳感器和相對應(yīng)的被測體組成，當(dāng)恒定的交流電加在傳感器電容上時(shí)，傳感器產(chǎn)生的交流電壓與電容電極之間的距離成正比，交流電壓經(jīng)檢波器，與一個(gè)可設(shè)置的補(bǔ)償電壓疊加，經(jīng)放大，作為模擬信號(hào)輸出。capaNCDT610是一個(gè)精密的單通道系統(tǒng),它由電容位移傳感器，傳感器電纜和處理信號(hào)的前置器組成，用戶可以在現(xiàn)場用二點(diǎn)線性化方法校準(zhǔn)。這種傳感器的特點(diǎn)是工作時(shí)無磨損，免維修、對被測體沒有作用力、具有高的零點(diǎn)穩(wěn)定性和精度、與被測體導(dǎo)電性能以及導(dǎo)電性能變化無關(guān)而且?guī)缀醪皇軠囟扔绊?。capaNCDT610可輸出0～10V的電壓，在犧牲精度的情況下，測量范圍還可 以擴(kuò)大2～3倍。5.2電容式物位傳感器

電容式物位傳感器有兩個(gè)導(dǎo)電極板(通常把容器壁作為一個(gè)電極)，由于電極間是氣體、液體或固體而導(dǎo)致靜電容發(fā)生變化，因而可以敏感物位。它的敏感元件有三種形式,即棒狀、板狀和線狀,其工作溫度、壓力主要受絕緣材料的限制。電容式物位傳感器可以采取微機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整靈敏度,并具有自診斷功能,同時(shí)能夠檢測敏感元件的破損、絕緣性的降低、電纜和電路的故障等，并可以自動(dòng)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)高可靠性的信息傳遞。由于電容式傳感器無機(jī)械可動(dòng)部分，且敏感元件簡單，操作方便，是目前應(yīng)用最廣的一種物位傳感器。5.3固態(tài)電容式指紋傳感器

傳感器技術(shù)的發(fā)展，人們利用電容式傳感器對指紋進(jìn)行識(shí)別，從而識(shí)別人的身份，可靠性大大提高，廣泛應(yīng)用于養(yǎng)老金領(lǐng)取、人事工資管理、銀行柜員身份確認(rèn)等很多場合。目前市場上有兩種固態(tài)指紋傳感器，第一種是單次觸摸型傳感器，要求手指在采集區(qū)進(jìn)行可靠的觸摸；第二種則需要用手指在傳感器表面擦過，傳感器會(huì)采集一套特定的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析和認(rèn)證。這兩種指紋傳感器都是利用指紋中凸起的部分置于傳感器電容像素電極時(shí)電容量會(huì)有所增加，從而通過檢測增加的電容來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的。目前這兩種指紋傳感器都得到了廣泛的應(yīng)用。

6光電傳感器

6.1 煙塵濁度監(jiān)測儀

為了消除工業(yè)煙塵污染，首先要知道煙塵排放量，因此必須對煙塵源進(jìn)行監(jiān)測、自動(dòng)顯示和超標(biāo)報(bào)警。煙道里的煙塵濁度是用通過光在煙道里傳輸過程中的變化大小來檢測的。如果煙道濁度增加，光源發(fā)出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加，到達(dá)光檢測器的光減少，因而光檢測器輸出信號(hào)的強(qiáng)弱便可反映煙道濁度的變化。

6.2感煙傳感器(火災(zāi)報(bào)警器的一部分)由紅外發(fā)光二極管及光電三極管組成，但二者不在同一平面上(有一定角度)。在無煙狀態(tài)時(shí)，光電三極管接收不到紅外線；當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，產(chǎn)生大量煙霧，煙霧粒子進(jìn)入感煙傳感器時(shí)，由于紅外線受煙霧粒于折射作用，光電三極管接收到紅外線，給出煙霧報(bào)警信號(hào)。6.3 光控大門

光控大門需要要用到一種電子元件——干簧繼電器，它由干簧管和繞在干簧管外的線圈組成。當(dāng)線圈內(nèi)有電流時(shí)，線圈產(chǎn)生的磁場使密封在干簧管內(nèi)的兩個(gè)鐵質(zhì)簧片磁化，兩個(gè)簧片在磁力作用下由原來的分離狀態(tài)變成連接狀態(tài)，線圈內(nèi)沒有電流時(shí)，磁場消失，瓷片在彈力的作用下，回復(fù)到分離狀態(tài)。把光敏電阻裝在大門上汽車燈光能照到的地方，把帶動(dòng)大門的電動(dòng)機(jī)接在干簧管的電路中，那么夜間汽車開到大門前，燈光照射光敏電阻時(shí)，干簧繼電器接通電動(dòng)機(jī)電路，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，大門打開。6.4 液位檢測

在液體未升到發(fā)光二極管及光電三極管平面時(shí)，紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線不會(huì)被光電三極管接收；當(dāng)液位上升到發(fā)光二極管及光電三極管平面時(shí)，出于液體的折射，光電三極管接收到紅外信號(hào)由此獲得液位信號(hào)。6.5電影放音

拍攝電影時(shí)的配音，是把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，用明暗不同的條紋記錄在膠片邊緣的聲帶上。在放映電影時(shí)，光源發(fā)出的光通過移動(dòng)的聲帶后發(fā)生了強(qiáng)弱的變化，并被光電管所接收，光電管把強(qiáng)弱變化的光相應(yīng)地轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)弱變化的電流，經(jīng)放大器放大后，由揚(yáng)聲器放出聲音。6.6 轉(zhuǎn)速測量

在工業(yè)生產(chǎn)中，對轉(zhuǎn)速的檢測應(yīng)用的非常多，尤其是在電機(jī)控制領(lǐng)域，將光電傳感器應(yīng)用到轉(zhuǎn)速測量里是運(yùn)用將轉(zhuǎn)速變換成光通量的變化，再經(jīng)過光電元件轉(zhuǎn)換成電量的變化即可得到轉(zhuǎn)速的原理。

首先在被測的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上裝上光電編碼器，它是由光柵盤和光電檢測裝置組成，編碼器隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)光線通過編碼器的夾縫時(shí)，光電檢測裝置就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)軸連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，光電元件就輸出一列與轉(zhuǎn)速成正比的電脈沖數(shù)。在孔X或齒Y數(shù)一定時(shí)，脈沖數(shù)就和轉(zhuǎn)速成正比。如果調(diào)制盤上的孔數(shù)為x，測量的時(shí)間為t 秒，脈沖數(shù)為N，此時(shí)被測轉(zhuǎn)速為n(r/min)為：n=60N/xt。

7霍爾傳感器

7.1 霍爾式汽車點(diǎn)火器

這種點(diǎn)火器與傳統(tǒng)點(diǎn)火器不同,具有點(diǎn)火能量高、高速點(diǎn)火可靠、故障率低、耗油省等優(yōu)點(diǎn)?；魻柺诫娮狱c(diǎn)火系統(tǒng)主要由點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器、電子點(diǎn)火組件、點(diǎn)火線圈、點(diǎn)火開關(guān)和蓄電池等組成。點(diǎn)火信號(hào)是由分電器中的霍爾傳感器提供的。將開關(guān)型霍爾傳感器固定在分電器外殼內(nèi)側(cè)，當(dāng)分電器的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),就帶動(dòng)葉片一起轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片里面有磁鐵,且葉片上開有窗口,因此霍爾器件所處磁場的磁場強(qiáng)度大小是突變的，其輸出電壓也突變,輸出為脈沖信號(hào)。當(dāng)汽車氣缸中的活塞運(yùn)行到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，霍爾電路輸出低電平，從而改變了電流方向而流入霍爾電路，故晶體管截止。儲(chǔ)存在電感中的磁能就在電路中振蕩起來,形成200V以上的交流電壓。此電壓經(jīng)點(diǎn)火線圈升壓后產(chǎn)生高壓電送至相應(yīng)氣缸的火花塞產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃?xì)飧字械娜加汀ｋS著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn),上述過程周而復(fù)始。7.2磁場的測量

由霍爾效應(yīng)可知，當(dāng)控制電流I0保持不變時(shí),霍爾電勢UH與所感受到的磁感應(yīng)強(qiáng)度B成比例關(guān)系，所以，霍爾傳感器所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度不同,輸出的電壓值就不同。根據(jù)輸出電壓的大小可測出磁感應(yīng)強(qiáng)度的值。將霍爾傳感器放置在不同的位置，由于磁感應(yīng)強(qiáng)度不同，將輸出不同的電壓信號(hào)。7.3位移的測量

霍爾電勢與位移量x成線性關(guān)系，并且霍爾電勢的極性反映了元器件位移方向。同時(shí)還表明,當(dāng)x=0時(shí)，U=0。利用這一特點(diǎn)可把作微量移動(dòng)的物體與霍爾傳感器固定在一起，當(dāng)物體在均勻變化的磁場中相對B=0的位置(磁場的中心)發(fā)生x的位移量時(shí)霍爾傳感器輸出一定的電壓信號(hào),根據(jù)信號(hào)的大小和方向可測出物體移動(dòng)的大小和方向。7.4不等位電勢測量

測量不等位電勢時(shí),按照不等位電勢的概念進(jìn)行,使得霍爾元件位于同極性相對放置兩塊永久磁鋼的正中間,不使用電氣零位(RW1為零),直接測量霍爾元件的輸出電壓,約40mV。