第一篇：傳感器原理及應(yīng)用期末試題3

傳感器原理及應(yīng)用期末試題

一．判斷題.(本題共10分，對(duì)則打“√”，不對(duì)則打“×”)

1．A/D轉(zhuǎn)換就是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成連續(xù)的數(shù)字信號(hào)。（）

2．固有頻率fn=400Hz的振動(dòng)子的工作頻率范圍為f > 400Hz。（）

3．信號(hào)在時(shí)域上波形有所變化，必然引起頻譜的相應(yīng)變化。（）

4．一臺(tái)儀器的重復(fù)性很好，但測得的結(jié)果并不準(zhǔn)確，這是由于存在隨機(jī)誤差的緣故。（）

5．一般來說測量系統(tǒng)的固有頻率越高，則其靈敏度就越低。（）

6．交流電橋的輸出信號(hào)經(jīng)放大后，直接記錄就能獲得其輸入信號(hào)的模擬信號(hào)了。（）

7．測量小應(yīng)變時(shí)，應(yīng)選用靈敏度高的金屬絲應(yīng)變片，測量大應(yīng)變時(shí)，應(yīng)選用靈敏度低的半導(dǎo)體應(yīng)

變片。（）

8．傳遞函數(shù)表征了系統(tǒng)的傳遞特性，并反映了物理結(jié)構(gòu)，因此凡傳遞函數(shù)相同的系統(tǒng)，其物理結(jié)

??構(gòu)必然相同。（?）?j2ft

9．???x(t)edt稱為信號(hào)x(t)的頻率響應(yīng)函數(shù)。（）

10．作為溫度補(bǔ)償?shù)膽?yīng)變片應(yīng)和工作應(yīng)變片作相鄰橋臂且分別貼在與被測試件相同的置于同一溫度 場的材料上。（）

二．選擇題(共24分，每空1.5分，每題只有一個(gè)正確答案)

1.壓電式加速度計(jì)測量系統(tǒng)的工作頻率下限取決于（）

a.加速度計(jì)力學(xué)系統(tǒng)的頻率特性； b.壓電晶體的電路特性；c.測量電路的時(shí)間常數(shù)。

2.用慣性式加速度計(jì)進(jìn)行測量，為保證相位關(guān)系不變，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)淖枘岜圈?，一般取?（）

或β=（）;而對(duì)慣性式位移傳感器應(yīng)有β=（）

a.β=0;b.β=0.7;c.β=1;d.β=0.86

3.要測量x(t)=5aSin40πt+aSin2000πt的振動(dòng)位移信號(hào)，為了盡量減少失真，應(yīng)采用（）的慣性加速度計(jì)。

a.fn=15Hz、β=0.707;b.fn=1000Hz、β=0.707;c.fn=50kHz、β=0.04

4.壓電式加速度傳感器的阻尼率一般為（）

a.β>1;b.0.707<β<1;c.β=0.707;d.β<<0.707

5.描述非周期信號(hào)的數(shù)學(xué)工具是（）。

a.三角函數(shù)； b.拉氏變換； c.付氏變換； d.付氏級(jí)數(shù)

6.復(fù)雜周期信號(hào)的頻譜是（）

a.離散譜； b.連續(xù)譜； c.δ函數(shù)； d.sinc函數(shù)

7.對(duì)某二階系統(tǒng)輸入周期信號(hào)X(t)=A0sinωmt，則系統(tǒng)輸出信號(hào)有以下特性（）。

[注：ωm>ωn]

a.幅值、頻率、相位皆不變；b.頻率改變，幅值、相位不變；c.幅值、相位改變，頻率不變；

d.相位不變，幅值、頻率改變

8.測量等速變化的溫度時(shí)，為了減小測量誤差，希望測溫傳感器的時(shí)間常數(shù)（）a.大些好； b.小些好； c.要適中； d.可不考慮

9.半導(dǎo)體應(yīng)變片是根據(jù)（）原理工作的；壓電式加速度計(jì)的工作原理是基于（）a.電阻應(yīng)變效應(yīng)；b.壓阻效應(yīng)；c.壓電效應(yīng)；d.電磁效應(yīng)

10.金屬絲應(yīng)變片在測量某一構(gòu)件的應(yīng)變時(shí)，其電阻的相對(duì)變化主要由（）引起的。a.貼片位置的溫度變化；b.電阻絲幾何尺寸的變化；c.電阻材料的電阻率的變化

11.用一緩變綜合信號(hào)e(t)=Acos2πt+Bcos200πt調(diào)制一栽波e0(t)=Esin2000πt,得到的調(diào)幅波的頻帶寬度為（）

a.（1000-10）?（1000+10）Hz;b.-(1000+100)?(1000+100)Hz;c.(1000-100)?(1000+100)Hz;

12.既能檢波又能檢相的電路稱為（）

a.橋式整流； b.相位鑒頻； c.相敏檢波； d.直流放大

13.常用解決光線示波器低頻振子阻尼率β達(dá)到0.7的方法是（）

a.充入硅油；b.保證要求的外阻；c.串聯(lián)一合適電阻；d.并聯(lián)一合適電阻

14.某間接測量的函數(shù)式為y=a0x1x2, 則y的標(biāo)準(zhǔn)誤差為（）（式中?測量量值x1、x2的標(biāo)準(zhǔn)誤差）

.a.d.222?y?(?x1??x2)x1、?x2 分別為直接;;b.222?y?a0(?x1??x2);c.2222?y?(a0x12?x1?x2?x2)2222?y?a0(x12?x2?x2?x1)

15.把連續(xù)時(shí)間信號(hào)進(jìn)行離散化時(shí)產(chǎn)生混迭的主要原因是（）

a.記錄時(shí)間太長； b.采樣時(shí)間間隔太寬； c.記錄時(shí)間太短； d.采樣時(shí)間間隔太窄

三.[本題共16分]

1.(8分)求理想一階系統(tǒng)的拉氏傳遞函數(shù)，根據(jù)所求傳遞函數(shù)寫出其頻率響應(yīng)函數(shù)，系統(tǒng)的幅頻特性及相頻特性表示式，并用簡圖畫出其幅頻特性。[注：一階系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程為：?dy(t)?y(t)?A0x(t)dt]

2.(4分)壓電測壓傳感器與電荷放大器相接時(shí)，為能測量靜態(tài)壓力信號(hào)即防止靜電泄漏，從放大器本身出發(fā)，應(yīng)采取哪些措施？[提示：等效電路見圖,運(yùn)動(dòng)方程為：

RCdu0dF?u0?Rddtdt，q?d?F，c?cp?cE，R?Rp//Ri，cp為壓電晶體等效電容，Rp為傳感器輸出電阻，cE為電纜電容，Ri為電壓放大器的輸入電阻。]

di3．（4L?R?i?e

[注：微分方程為： dt(R=Ri+RL),e為感應(yīng)電動(dòng)勢，L為等效電感，RL為傳感器的等效電阻，Ri為放大器輸入電阻]

四．（本題共16分）

1．（4分）敘述測量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不失真測量的條件。

2．（10分）有人將某二階系統(tǒng)的幅頻特性曲線繪成了如圖所示形狀，請(qǐng)指出圖中有何問題？當(dāng)輸入圖示三種信號(hào)時(shí)，問系統(tǒng)輸出有無失真（假定相頻特性符合要求）。

3．(2分)為何在調(diào)節(jié)二階系統(tǒng)β時(shí)，一般都取β=0.6~0.8？

五．（10分）應(yīng)變筒式測壓傳感器與應(yīng)變管式測壓傳感器主要區(qū)別有哪些？簡述應(yīng)變筒式測壓傳感器是如何進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)模?/p>

六.(8分）永磁式感應(yīng)測速傳感器的磁頭件安裝有何要求？描述該傳感器中位移線圈的繞制方法，該傳感器速度線圈采用串聯(lián)的目的是什么？

七．（6分）用鎳鉻—鎳硅熱電偶測爐溫。當(dāng)冷端溫度T0=40 0C時(shí)，測得熱電勢為E(T,T0)=39.17mv,若冷端溫度變?yōu)槌?0 0C測該爐溫時(shí)，則應(yīng)測得熱電勢為多少mv？

[附：已知該熱電偶有E(40,0)=1.61mv, E(-40,0)=-1.50 mv, E(20,0)=0.80mv, E(-20,0)=-0.77mv ]

八．（4分）為使測量具有普遍的科學(xué)意義，測量儀器必須具備哪些條件？線性測量系統(tǒng)應(yīng)具有的兩個(gè)重要特性是什么？

九．（6分）圖為受彎和拉作用的某構(gòu)件，請(qǐng)合理安排四個(gè)電阻在橋臂上的位置測量彎矩M，既能消除溫度對(duì)M的影響又不受力P的影響。根據(jù)給定的橋盒畫出正確的搭橋線路。

第二篇：傳感器原理 試題

一、填空（30分，每空1.5分）

1、有一溫度計(jì)，它的量程范圍為0∽200℃，精度等級(jí)為0.5級(jí)。該表可能出現(xiàn)的最大誤差為，當(dāng)測量100℃ 時(shí)的示值相對(duì)誤差為。

2、在選購線性儀表時(shí)，必須考慮應(yīng)盡量使選購的儀表量程為欲測量的倍左右為宜。

3、傳感器由、、三部分組成。

4、利用熱敏電阻對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)施過熱保護(hù)，應(yīng)選擇型熱敏電阻。

5、已知某銅熱電阻在0℃時(shí)的阻值為50Ω，則其分度號(hào)是，對(duì)

于鎳鉻-鎳硅熱電偶其正極是。

6、霍爾元件采用恒流源激勵(lì)是為了。

7、用水銀溫度計(jì)測量水溫,如從測量的具體手段來看它屬于測量。

二、選擇題(30分，每題2分)

1、在以下幾種傳感器當(dāng)中屬于自發(fā)電型傳感器。

A、電容式B、電阻式C、壓電式D、電感式

2、的數(shù)值越大,熱電偶的輸出熱電勢就越大。

A、熱端直徑B、熱端和冷端的溫度

C、熱端和冷端的溫差D、熱電極的電導(dǎo)率

3、將超聲波（機(jī)械振動(dòng)波）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)是利用壓電材料的。

A、應(yīng)變效應(yīng)B、電渦流效應(yīng)C、壓電效應(yīng)D、逆壓電效應(yīng)

4、在電容傳感器中，若采用調(diào)頻法測量轉(zhuǎn)換電路，則電路中。

A、電容和電感均為變量B、電容是變量，電感保持不變

C、電感是變量，電容保持不變D、電容和電感均保持不變

5、在兩片間隙為1mm的兩塊平行極板的間隙中插入，可測得最大的容量。

A、塑料薄膜B、干的紙C、濕的紙D、玻璃薄片

6、熱電阻測量轉(zhuǎn)換電路采用三線制是為了

A、提高測量靈敏度B、減小非線性誤差

C、提高電磁兼容性D、減小引線電阻的影響

7、當(dāng)石英晶體受壓時(shí)，電荷產(chǎn)生在。

A、Z面上B、X面上C、Y面上D、X、Y、Z面上

8、汽車衡所用的測力彈性敏感元件是。

A、懸臂梁B、彈簧管C、實(shí)心軸D、圓環(huán)

9、在熱電偶測溫回路中經(jīng)常使用補(bǔ)償導(dǎo)線的最主要的目的是。

A、補(bǔ)償熱電偶冷端熱電勢的損失B、起冷端溫度補(bǔ)償作用

C、將熱電偶冷端延長到遠(yuǎn)離高溫區(qū)的地方D、提高靈敏度

10、減小霍爾元件的輸出不等位電勢的辦法是。

A、減小激勵(lì)電流B、減小磁感應(yīng)強(qiáng)度C、使用電橋調(diào)零電位器

11、測得某檢測儀表的輸入信號(hào)中,有用信號(hào)為20毫伏,干擾電壓也為20毫伏, 則此時(shí)的信噪比為。

A、20dBB、1 dBC、0 dB12、發(fā)現(xiàn)某檢測儀表機(jī)箱有麻電感,必須采取措施。

A、接地保護(hù)環(huán)B、將機(jī)箱接大地C、抗電磁干擾

13、在仿型機(jī)床當(dāng)中利用電感式傳感器來檢測工件尺寸，該加工檢測裝置是采了測量方法。

A、微差式B、零位式C、偏差式

15、在實(shí)驗(yàn)室中測量金屬的熔點(diǎn)時(shí),冷端溫度補(bǔ)償采用。

A、計(jì)算修正法B、儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法C、冰浴法

三、證明熱電偶的參考電極定律：EAB（t,t0）= EAC（t,t0）-EBC（t,t0）,并畫出原理圖（本

題10分）

四、有一額定荷重為20×103N的等截面空心圓柱式荷重傳感器，其靈敏度KF為2mV/V。

激勵(lì)源電壓為12V，求：

1、在額定荷重時(shí)的輸出電壓Uom,2、當(dāng)承載為5×103N時(shí)的輸出電壓Uo。(本題10分）

六、已知待測拉力約為70N左右，現(xiàn)有兩只測力儀表，一只為0.5級(jí)，測量范圍為0∽500N；

另一只為1.0級(jí)，測量范圍為0∽100N。問選用哪一只測力儀表較好?為什么?(寫出計(jì)算過

程)(本題10分）

參考答案

一、填空題：

1、±1℃，±1%

2、1．5倍

3、敏感元件、傳感元件、測量轉(zhuǎn)換電路

4、NTC突變

5、CU50，鎳鉻

6、減小溫漂

7、偏位式

8、干擾源，干擾途徑，敏

感接收器

9、屏蔽，浮置，接地，濾波，光電隔離

10、X面

二、選擇題

1、C2、C3、C4、B5、D6、D7、B

8、C9、C10、C11、C12、B13、B14、C15、C

四、24 mV，6 mV

五、K撥至1位，反復(fù)調(diào)節(jié)R0，使儀表指示為0，K撥至3位，反復(fù)調(diào)節(jié)RF，使儀表指示

為滿偏，K撥至2位，進(jìn)行測量。

六、選用1.0級(jí)，測量范圍為0∽100N的測力儀表。

一、填空（本題共39分，每空1.5分）

1、傳感器由、、三部分組成。

2、在選購線性儀表時(shí)，必須考慮應(yīng)盡量使選購的儀表量程為欲測量的倍左右為宜。

3、有一溫度計(jì)，它的量程范圍為0∽200℃，精度等級(jí)為0.5級(jí)。該表可能出現(xiàn)的最大誤差

為，當(dāng)測量100℃ 時(shí)的示值相對(duì)誤差為。

4、利用熱敏電阻對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)施過熱保護(hù)，應(yīng)選擇型熱敏電阻。

5、在壓電晶片的機(jī)械軸上施加力,其電荷產(chǎn)生在。

6、霍爾元件采用恒流源激勵(lì)是為了。

7、用水銀溫度計(jì)測量水溫,如從測量的具體手段來看它屬于測量。

8、已知某銅熱電阻在0℃時(shí)的阻值為50Ω，則其分度號(hào)是，對(duì)于鎳鉻-鎳硅熱電偶

其正極是。

9、壓電材料在使用中一般是兩片以上，在以電荷作為輸出的地方一般是把壓電元件起

來，而當(dāng)以電壓作為輸出的時(shí)候則一般是把壓電元件起來。

10、熱電阻主要是利用電阻隨溫度升高而這一特性來測量溫度的。

12、金屬電阻的是金屬電阻應(yīng)變片工作的物理基礎(chǔ)。

14、在動(dòng)圈式表頭中的動(dòng)圈回路中串入由NTC組成的電阻補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，其目的是為了。

二、選擇題（本題共30分，每題2分）

3、在電容傳感器中，若采用調(diào)頻法測量轉(zhuǎn)換電路，則電路中。

A、電容和電感均為變量B、電容是變量，電感保持不變

C、電感是變量，電容保持不變D、電容和電感均保持不變

4、在仿型機(jī)床當(dāng)中利用電感式傳感器來檢測工件尺寸，該加工檢測裝置是采用了測量

方法。

A、微差式B、零位式C、偏差式

5、熱電阻測量轉(zhuǎn)換電路采用三線制是為了

A、提高測量靈敏度B、減小引線電阻的影響

C、減小非線性誤差D、提高電磁兼容性

10、在實(shí)驗(yàn)室中測量金屬的熔點(diǎn)時(shí),冷端溫度補(bǔ)償采用。

A、冰浴法B、儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法C、計(jì)算修正法

11、自感傳感器或差動(dòng)變壓器采用相敏檢波電路最重要的目的是為了。

A、提高靈敏度B、將輸出的交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)

C、使檢波后的直流電壓能反映檢波前交流信號(hào)的幅度和相位

12、要測量微小的氣體壓力之差，最好選用變換壓力的敏感元件。

A、懸臂梁B、平膜片C、彈簧管D、膜盒

13、以下四種傳感器中，屬于四端元件的是。

A、霍爾元件B、壓電晶體C、應(yīng)變片D、熱敏電阻

14、下列不能用做加速度檢測傳感器。

A、電容式B、壓電式C、電感式D、熱電偶

15、將超聲波（機(jī)械振動(dòng)波）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)是利用壓電材料的。

A、應(yīng)變效應(yīng)B、電渦流效應(yīng)C、壓電效應(yīng)D、逆壓電效應(yīng)

三、我國的模擬儀表有哪些精度等級(jí)？現(xiàn)欲測量240V左右的電壓，要求測量示值相對(duì)誤差的絕對(duì)值不大于0.6%，問：若選用量程為250V的電壓表，其精度應(yīng)選哪一級(jí)？若選用量

程為500V的電壓表，其精度又應(yīng)選哪一級(jí)？（本題10分）

四、熱電偶參考電極定律有何實(shí)際意義？以知在某特定條件下材料A與鉑配對(duì)的熱電動(dòng)勢為13.967mv, 材料B與鉑配對(duì)的熱電動(dòng)勢為8.345mv,求出在此特定條

件下材料A與B配對(duì)后的熱電動(dòng)勢？此時(shí)哪種材料為正極？（本題10分）

五、根據(jù)你所學(xué)的傳感器相關(guān)知識(shí)，請(qǐng)分別列出下列物理量可以使用什么傳感器來測量？（本

題11分）

1、加速度：

2、溫度：

3、工件尺寸：

4、壓力：

參考答案

一、填空題：

1、敏感元件、傳感元件、測量轉(zhuǎn)換電路2、1．5倍

3、±1℃，±1%

4、NTC突變

5、X面

6、減小溫漂

7、偏位式

8、CU50，鎳鉻

9、并聯(lián)，串聯(lián)

10、增大

11、屏蔽，浮置，接地，濾波，光電隔離

12、應(yīng)變效應(yīng)

13、干擾源，干擾途徑，敏感接收器

14、溫度補(bǔ)償

二、選擇題

1、C2、D3、B4、B5、B6、A7、C8、C9、A10、C11、D12、A13、D14、C15、C

三、0．10．20．51．01．52．55．0

選用量程為250V的電壓表，其精度應(yīng)選0．5級(jí)，選用量程為500V的電壓表，其精度應(yīng)選0．2級(jí)

四、大大簡化了熱電偶的選配工作，5．622 mv，A為正極

五、1、電阻應(yīng)變片，電容等

2、熱電偶，熱電阻等

3、電感，電容等

4、壓電，霍爾等

二、如圖所示電路是電阻應(yīng)變儀中所用的不平衡電橋的簡化電路，圖中R2=R3=R是固定電

阻，R1與R4是電阻應(yīng)變片，工作時(shí)R1受拉，R4受壓，ΔR=0，橋路處于平衡狀態(tài)，當(dāng)應(yīng)變片受力發(fā)生應(yīng)變時(shí)，橋路失去平衡，這時(shí)，就用橋路輸出電壓Ucd表示應(yīng)變片變后電阻值的變化量。試證明：Ucd=-（E/2）(ΔR/R)。（10分）

證明：

略去 的二次項(xiàng),即可得

第三篇：傳感器原理與應(yīng)用

傳感器原理與應(yīng)用（專業(yè)限選課）

Principle and Application of Sensor

【課程編號(hào)】XZ260111

【學(xué)分?jǐn)?shù)】2

【學(xué)時(shí)數(shù)】24+6+9（實(shí)驗(yàn)課時(shí)）【課程類別】專業(yè)限選 【編寫日期】2010.3.30 【先修課程】電路分析、模電、數(shù)電

【適用專業(yè)】電子信息工程類

一、教學(xué)目的、任務(wù)

《傳感器原理和應(yīng)用》是電子及自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)課。它有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。通過學(xué)習(xí)本課程使學(xué)生掌握各類傳感器的基本原理、主要性能及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；能合理地選擇和使用傳感器； 掌握常用傳感器的工程設(shè)計(jì)方法和實(shí)驗(yàn)研究方法；了解傳感器的發(fā)展動(dòng)向。

二、課程教學(xué)的基本要求

現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱是傳感器技術(shù)﹑通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，它們分別構(gòu)成了信息系統(tǒng)的“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”。在機(jī)械工程中,傳感器對(duì)于機(jī)械電子、測量、控制、計(jì)量等領(lǐng)域都是必不可少的獲取信息的關(guān)鍵部件。

鑒于上述認(rèn)識(shí)并考慮學(xué)科特色,在本課程有限學(xué)時(shí)內(nèi),要求學(xué)生重點(diǎn)掌握下列幾方面的知識(shí)：⑴傳感器的基本概念﹑術(shù)語和特性；⑵常用傳感器的原理、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用；⑶傳感器測量電路；⑷傳感器的典型應(yīng)用。

三、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配

第1章 傳感與檢測技術(shù)的理論基礎(chǔ)自學(xué)

主要內(nèi)容：

1.1測量概論

1.2測量數(shù)據(jù)的估計(jì)和處理

教學(xué)要求：

了解測量的基本概念，測量系統(tǒng)的特性，測量誤差及數(shù)據(jù)處理的各種方法。

第2章 傳感器概述2學(xué)時(shí)

2.1傳感器的組成與分類

2.2傳感器的基本特性

教學(xué)要求：

熟悉傳感器的輸出--輸入特性與內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)的外部特性，掌握其靜態(tài)特性，動(dòng)態(tài)特性的分析方法。

第3章 應(yīng)變式傳感器4學(xué)時(shí)

主要內(nèi)容：

3.1 工作原理

3.2 應(yīng)變片的種類、材料及粘貼

3.3 電阻應(yīng)變片的特性

3.4 電阻應(yīng)變片的測量電路

3.5 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用

教學(xué)要求：

熟悉應(yīng)變片傳感器的工作原理及外部特性，了解其應(yīng)用范圍，掌握測量電路的分析方法。其它教學(xué)環(huán)節(jié)：實(shí)驗(yàn)一應(yīng)變片性能測試實(shí)驗(yàn)3學(xué)時(shí)

實(shí)驗(yàn)性質(zhì)：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：金屬箔式應(yīng)變片性能——單臂電橋、半橋和全橋。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求：掌握使用金屬箔式應(yīng)變片組成單臂電橋、半橋和全橋的方法，了解在不同電路

形式時(shí)電路的輸出特性。

注意要點(diǎn)：確保接線正確，電源電壓不能用錯(cuò)。

第4章 電感式傳感器3 學(xué)時(shí)

主要內(nèi)容：

4.1自感式電感傳感器

4.2差動(dòng)變壓器式傳感器

4.3電渦流式傳感器

教學(xué)要求：

了解電感式傳感器的應(yīng)用范圍，工作特點(diǎn)，掌握其組成的各種測量電路的分析方法及組成特點(diǎn)。其它教學(xué)環(huán)節(jié)：實(shí)驗(yàn)二電渦流式傳感器的靜態(tài)位移性能3學(xué)時(shí)

實(shí)驗(yàn)性質(zhì)：設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：電渦流式傳感器的工作原理和工作情況，動(dòng)手自制一個(gè)渦流探頭，利用實(shí)驗(yàn)室放大器

及振蕩器對(duì)不同被測材料（即混料）進(jìn)行分選。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求：研究電渦流傳感器特性，被測材料（物質(zhì)）對(duì)傳感器的特性的影響以及電渦流

傳感器的應(yīng)用。

注意要點(diǎn)：確保接線正確，激勵(lì)、響應(yīng)線圈不能用錯(cuò)。

第5章電容式傳感器3 學(xué)時(shí)

主要內(nèi)容：

5.1電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)

5.2電容式傳感器的靈敏度及非線性

5.3電容式傳感器的等效電路

5.4電容式傳感器的測量電路

5.5電容式傳感器的應(yīng)用

教學(xué)要求：

熟悉電容式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)，掌握其在非電量測量與自動(dòng)檢測中的應(yīng)用。

其它教學(xué)環(huán)節(jié)：實(shí)驗(yàn)三 變面積式電容傳感器的性能1學(xué)時(shí)

實(shí)驗(yàn)性質(zhì)：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：變面積式電容傳感器的工作原理和工作情況。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求：熟悉變面積式電容傳感器的工作原理和工作情況；研究差動(dòng)式電容傳感器特性。注意要點(diǎn)：確保接線正確，電源電壓不能用錯(cuò)。

第6章 壓電式傳感器3 學(xué)時(shí)

主要內(nèi)容：

6.1壓電效應(yīng)及壓電材料

6.2 壓電式傳感器測量電路

6.3 壓電式傳感器的應(yīng)用

教學(xué)要求：

了解壓電式傳感器具有的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍，掌握其組成的測量電路分析及應(yīng)用。

第7章 磁電式傳感器4學(xué)時(shí)

主要內(nèi)容：

7.1磁電感應(yīng)式傳感器

7.2 霍爾式傳感器

教學(xué)要求：

掌握磁電式傳感器的各種不同類型及應(yīng)用范圍。

其它教學(xué)環(huán)節(jié)：實(shí)驗(yàn)四 霍爾傳感器特性研究及應(yīng)用2學(xué)時(shí)

實(shí)驗(yàn)性質(zhì)：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：霍爾傳感器在交、直流信號(hào)激勵(lì)下的特性。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求：了解霍爾傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理；實(shí)驗(yàn)研究霍爾傳感器在交、直流信號(hào)激勵(lì)

下的特性；掌握霍爾傳感器測量振幅和稱重應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)方法。

注意要點(diǎn)：確保接線正確，電源電壓不能超出規(guī)定值。

第8章 光電式傳感器3 學(xué)時(shí)

主要內(nèi)容：

8.1光電器件

8.2光纖傳感器

教學(xué)要求：

熟悉典型的光電器件的特性和應(yīng)用，了解光纖傳感器及其技術(shù)發(fā)展方向，掌握紅外傳感器的應(yīng)用。

第9章 半導(dǎo)體傳感器2學(xué)時(shí)

主要內(nèi)容：

9.1半導(dǎo)體氣敏傳感器

9.2濕敏傳感器

9.3色敏傳感器

9.4半導(dǎo)體式傳感器的應(yīng)用

教學(xué)要求：

了解以半導(dǎo)體材料組成的各種傳感器及其它們的工作原理，掌握氣敏、濕敏、色敏傳感器在測量電路中的應(yīng)用及其電路分析。

第10章 超聲波傳感器2學(xué)時(shí)

主要內(nèi)容：

10.1超聲波及其物理性質(zhì)

10.2超聲波傳感器

10.3超聲波傳感器應(yīng)用用

教學(xué)要求：

熟悉超聲波傳感器的工作原理及其物理性質(zhì)，掌握超聲波傳感器的應(yīng)用。

第11章 微波傳感器1學(xué)時(shí)

主要內(nèi)容：

11.1微波概述

11.2微波傳感器的原理和組成11．3微波傳感器的應(yīng)用

教學(xué)要求：

了解壓電式傳感器具有的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍，掌握其組成的測量電路分析及應(yīng)用。

第12章 輻射式傳感器1 學(xué)時(shí)

主要內(nèi)容：

12.1紅外傳感器

12.2核輻射傳感器

教學(xué)要求：

了解輻射式傳感器的特性及應(yīng)用。

第13章 數(shù)字式傳感器自學(xué)

主要內(nèi)容：

13.1光柵傳感器

13.2編碼器

13.3感應(yīng)同步器

教學(xué)要求：

了解數(shù)字式傳感器的特點(diǎn)及應(yīng)用。

第14章 智能式傳感器自學(xué)

主要內(nèi)容：

14.1概述

14.2傳感器的智能化

14.3集成智能傳感器

教學(xué)要求：

了解集成智能感器的特性及應(yīng)用。

第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用4學(xué)時(shí)

主要內(nèi)容：

15.1溫度測量

15.2壓力測量

15.3流量測量

15.4物位測量

教學(xué)要求：

了解熱電偶的結(jié)構(gòu)和原理、熱電效應(yīng)的構(gòu)成成份。掌握熱電偶的基本定律、冷端補(bǔ)償方法、測量計(jì)算方法。了解熱電阻的工作原理、結(jié)構(gòu)，掌握應(yīng)用方法。了解傳感器在工程檢測中的作用及其應(yīng)用。

四、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)及教學(xué)方法

重點(diǎn)：各種常見的、應(yīng)用廣泛的傳感器的基本原理、基本特性、轉(zhuǎn)換電路以及工程應(yīng)用，及分析、設(shè)計(jì)方法。以課堂講授為主，通過實(shí)驗(yàn)加深對(duì)所學(xué)各類傳感器的性能及工作原理理解。

難點(diǎn)：各種傳感器的特性分析。

五、考核方式及成績評(píng)定方式：

考核方式：考查，六、教材及參考書目

推薦教材：

《傳感器原理及工程應(yīng)用》（第三版），郁有文等編著，西安科技大學(xué)出版社，2008年參考書：

1．王化祥，《傳感器原理與應(yīng)用》，天津大學(xué)出版社，第七版，2003

3．劉君華，《智能傳感器系統(tǒng)》，西安電子科技大學(xué)出版社，第一版，1999

4．單成祥，《傳感器的理論與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及其應(yīng)用》，國防工業(yè)出版社，1999

4．趙負(fù)圖，《現(xiàn)代傳感器集成電路》，人民郵電出版社，2000

修（制）訂人：審核人：

2010年 3 月30日

第四篇：壓電傳感器原理及其應(yīng)用

壓電傳感器原理及其應(yīng)用

摘要：壓電式傳感器，作為傳感器的一種，它具有自己鮮明的特點(diǎn)。而且除了一些自然界中的晶體材料外，我們還有人工材料壓電陶瓷。它們的應(yīng)用也十分的廣泛，在聲學(xué)、醫(yī)學(xué)、力學(xué)、宇航、振動(dòng)測量、機(jī)械沖擊都有不錯(cuò)的涉及。

關(guān)鍵字： 壓電傳感器

壓電原理

應(yīng)用

壓電現(xiàn)象是100多年前居里兄弟研究石英時(shí)發(fā)現(xiàn)的。居里兄弟在研究熱電性與晶體對(duì)稱，發(fā)現(xiàn)正負(fù)電荷，而且電荷密度與壓力大小成正比。居里兄弟所報(bào)道的這些晶體就有后來廣為研究的鐵電體酒石酸鉀鈉（羅息鹽）。1881年，應(yīng)用熱力學(xué)原理預(yù)言了逆壓電效應(yīng)，即電場可以引起與之成正比的應(yīng)變。很快這一預(yù)言被居了里兄弟用實(shí)驗(yàn)所證實(shí)了。自發(fā)現(xiàn)壓電效應(yīng)以來，這種類型的壓電傳感器就廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。經(jīng)過多年的發(fā)展，壓電傳感器的材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝都有了很大的進(jìn)步。而這些對(duì)改善傳感器的性能起到了至關(guān)重要的作用。

一． 壓電傳感器的工作原理

1.壓電原理

一些離子型晶體的電介質(zhì)（如石英、酒石酸鉀鈉、鈦酸鋇等）不僅在電場力作用下，而且在機(jī)械力作用下，都會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象。即：在這些電介質(zhì)的一定方向上施加機(jī)械力而產(chǎn)生變形時(shí)，就會(huì)引起它內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對(duì)轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生電的極化，從而導(dǎo)致其兩個(gè)相對(duì)表面（極化面）上出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷，且其電位移D（在MKS單位制中即電荷密度σ）與外應(yīng)力張量T成正比；當(dāng)外力消失，又恢復(fù)不帶電原狀；當(dāng)外力變向，電荷極性隨之而變。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)，或簡稱壓電效應(yīng)。

基于壓電效應(yīng)人們研究出一種可以自發(fā)電式和機(jī)電轉(zhuǎn)換式傳感器。它的敏感元件由壓電材料制成。壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷。此電荷經(jīng)電荷放大器和測量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。壓電式傳感器用于測量力和能變換為力的非電物理量。壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量，因?yàn)榻?jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存。實(shí)際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。2.壓電材料

在自然界中，大多數(shù)的材料都具有壓電效應(yīng)，但是十分微弱。隨著人們對(duì)壓電材料的不斷研究與發(fā)現(xiàn)，壓電材料性能得以大大的提高。新型壓電材料的研制成功極大地推動(dòng)了壓電傳感器的進(jìn)步。從最開始的石英到BaTi03壓電陶瓷，錯(cuò)欽酸鉛(PZT)壓電陶瓷，再到壓電聚合物如聚偏二氟乙烯(PVDF)等新型壓電材料。單晶技術(shù)的進(jìn)展培育了許多實(shí)用化的壓電材料，薄膜工藝的進(jìn)展為壓電器件的平面化、集成化創(chuàng)造了條件。壓電材料的這一系列進(jìn)步為設(shè)計(jì)大量高性能的壓電元件提供了技術(shù)保障。

二． 壓電傳感器的應(yīng)用及發(fā)展

1.壓電式測力傳感器

壓電式測力傳感器是利用壓電元件直接實(shí)現(xiàn)力-電轉(zhuǎn)換的傳感器，在拉、壓場合，通常較多采用雙片或多片石英晶體作為壓電元件。其剛度大，測量范圍寬，線性及穩(wěn)定性高，動(dòng)態(tài)特性好。當(dāng)采用大時(shí)間常數(shù)的電荷放大器時(shí)，可測量準(zhǔn)靜態(tài)力。按測力狀態(tài)分，有單向、雙向和三向傳感器，它們在結(jié)構(gòu)上基本一樣。例如壓電式單向測力傳感器。該傳感器適用于機(jī)床動(dòng)態(tài)切削力的測量。主體包括絕緣套.基座.電極.石英晶片.上蓋。絕緣套用來絕緣和定位。基座內(nèi)外底面對(duì)其中心線的垂直度、上蓋及晶片、電極的上下底面的平行度與表面光潔度都有極嚴(yán)格的要求，否則會(huì)使橫向靈敏度增加或使片子因應(yīng)力集中而過早破碎。為提高絕緣阻抗，傳感器裝配前要經(jīng)過多次凈化（包括超聲波清洗），然后在超凈工作環(huán)境下進(jìn)行裝配，加蓋之后用電子束封焊。2.壓電式加速度傳感器

壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計(jì)。它也屬于慣性式傳感器。它是利用某些物質(zhì)如石英晶體的壓電效應(yīng)，在加速度計(jì)受振時(shí)，質(zhì)量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當(dāng)被測振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于加速度計(jì)的固有頻率時(shí)，則力的變化與被測加速度成正比。

電荷輸出壓電加速度傳感器，采用剪切和中心壓縮結(jié)構(gòu)形式。其原理利用壓電晶體的電荷輸出與所受的力成正比，而所受的力在敏感質(zhì)量一定的情況下與加速度值成正比。在一定條件下，壓電晶體受力后產(chǎn)生的電荷量與所感受到的加速度值成正比。

國內(nèi)在壓電加速度傳感器方面的研究起步較晚，且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝水平落后于國外。目前國內(nèi)壓電傳感器的主要結(jié)構(gòu)是中心壓縮型，較好的高沖擊壓電加速度傳感器(中心壓縮型)樣機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)為:最大沖擊加速度100,000g，最高頻響8kHz。在壓電加速度傳感器的研制方面，北戴河億柏傳感器技術(shù)研究所和西安204所做得較好。3.壓電傳感器用于報(bào)警裝置

玻璃破碎報(bào)警裝置它利用壓電元件對(duì)振動(dòng)敏感的特性來感知玻璃受撞擊和破碎時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)波。傳感器把振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成電壓輸出，輸出電壓經(jīng)放大、濾波、比較等處理后提供給報(bào)警系統(tǒng)。玻璃破碎時(shí)會(huì)發(fā)出幾千赫茲至幾十千赫茲的振動(dòng)，使用時(shí)將高分子壓電薄膜傳感器粘貼在玻璃上，感受這一振動(dòng)，然后通過電纜和報(bào)警電路相連，將壓電信號(hào)傳送給集中報(bào)警系統(tǒng)。為了提高報(bào)警器的靈敏度，信號(hào)經(jīng)放大后，再經(jīng)帶通濾波器進(jìn)行濾波，要求它對(duì)選定的頻譜通帶的衰減要小，而頻帶外衰減要盡量大。玻璃振動(dòng)的波長在音頻和超聲波的范圍內(nèi)，這就使濾波器成為電路中的關(guān)鍵。只有當(dāng)傳感器輸出信號(hào)高于設(shè)定的閾值時(shí)，才會(huì)輸出報(bào)警信號(hào)，驅(qū)動(dòng)報(bào)警執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。玻璃破碎報(bào)警器可廣泛用于文物保管、貴重商品保管及其他商品柜臺(tái)保管等場合 4.壓電陶瓷應(yīng)用

壓電陶瓷具有極高的靈敏度，壓電高壓發(fā)生器利用正壓效應(yīng)可以把振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電能，還可以獲得高電壓輸出。這種獲得高電壓的方法可以用來做引燃裝置，如給汽車火花塞、煤氣灶、打火機(jī)、炮彈的引爆壓電雷管等點(diǎn)火。

壓電傳感器發(fā)展迅速，當(dāng)今世界各國壓力傳感器的研究領(lǐng)域也十分廣泛。歸納起來主要有以下幾個(gè)趨勢。（1）小型化。小型化會(huì)帶來很多好處，重量輕、體積小、分辨率高，便于安裝 在很小的地方對(duì)周圍器件影響小，也利于微型儀器、儀表的配套使用。（2）集成化。壓力傳感器已經(jīng)越 來越多的與其它測量用傳感器集成以形成測量 和控制系統(tǒng)，集成系統(tǒng)在過 程控制和工廠自動(dòng)化中可以提高操作速度和效率。（3）智能化。由于集成化的出現(xiàn)，在集成電 路中可添加一些微處理器，使得傳 感器具有自動(dòng)補(bǔ)償、通訊、自診斷、邏輯判斷等功能。（4）系統(tǒng)化。單一化產(chǎn)品在市場上沒有大的競爭力。市場風(fēng)云突變，一旦失去 市場，發(fā)展則停滯不前，經(jīng)濟(jì)效益差，資金浪費(fèi)大，產(chǎn)品成本高。（5）標(biāo)準(zhǔn)化。傳感器的設(shè)計(jì)與制造已經(jīng)形成了一定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如 IEC、ISO 國際標(biāo)準(zhǔn)，美國的 ANSIC、ANSC、MIL-T 和 ASTME 標(biāo)準(zhǔn)，日本 JIS 標(biāo)準(zhǔn)，法國 DIN 標(biāo)準(zhǔn)。

三、總結(jié)

壓電式傳感器，作為傳感器的一種，它具有自己鮮明的特點(diǎn)。而且除了一些自然界中的晶體材料外，我們還有人工材料壓電陶瓷。它們的應(yīng)用也十分的廣泛，在聲學(xué)、醫(yī)學(xué)、力學(xué)、宇航、振動(dòng)測量、機(jī)械沖擊都有不錯(cuò)的涉及。

但是，壓電傳感器在擁有眾多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也存在著許多缺點(diǎn)，展望今后的研究重點(diǎn)，可能會(huì)有以下幾個(gè)方面：(1)從研究的成果來看，理論研究離工程實(shí)用還有一定的差距，工程實(shí)用化方面研究也相當(dāng)薄弱，具體表現(xiàn)在理論及仿真研究較多，而實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相對(duì)較少，研究對(duì)象以簡單的梁板結(jié)構(gòu)較多，對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的研究還相當(dāng)欠缺。(2)壓電元件非線性特性的研究。由于壓電材料的極化特性，壓電系統(tǒng)只能在一定范圍內(nèi)滿足近似的線性要求，并容易受外界多種環(huán)境的影響。非線性特性的存在使壓電元件重復(fù)性差、檢測精度低，瞬態(tài)位置響應(yīng)速度慢，可控性變差，成為壓電元件進(jìn)一步工程應(yīng)用的主要障礙之一。為減小這種非線性特性所造成的不良影響，更好地發(fā)揮壓電元件的性能，國內(nèi)外很多科研機(jī)構(gòu)從壓電元件非線性特性形成機(jī)理、外環(huán)及內(nèi)環(huán)非線性特性及控制方法等方面開展了相關(guān)研究。(3)壓電材料的壓電特性有待于進(jìn)一步提高，這使得壓電材料的應(yīng)用受到極大限制。各國學(xué)者正在努力開發(fā)，一旦找到一種優(yōu)異的壓電材料，將會(huì)取代傳統(tǒng)的、笨重的機(jī)電換能設(shè)備，如電動(dòng)機(jī)、馬達(dá)等。到那時(shí)，壓電研究將會(huì)全方位地發(fā)展，甚至可能影響到我們生活的各個(gè)方面。我相信隨著科技的發(fā)展，人工材料會(huì)制作的更加完美，壓電式傳感器會(huì)更加適合人們的要求。壓電式傳感器和科技將會(huì)互相推動(dòng)互相發(fā)展。

第五篇：傳感器原理期末復(fù)習(xí)

傳感器原理期末復(fù)習(xí)

名詞

1.遲滯

2.分辨率

3.重復(fù)性

4.間接測量

5.不等精度測量分辨力

6.靜態(tài)誤差

7.重復(fù)性

8.直接測量

9.等精度測量

10.電容式傳感器

11.線性度

12.靜特性的主要技術(shù)指標(biāo)為

13.動(dòng)態(tài)特性是

14.傳感器的三個(gè)組成環(huán)節(jié)

簡答

1.請(qǐng)寫出金屬電阻應(yīng)變效應(yīng)的全微分方程，并解釋其物理意義

2.什么是橫向效應(yīng)

3.形成零點(diǎn)殘余電壓的原因及減小其影響的方法是什么

4.電容式傳感器的特點(diǎn)

5.什么是霍爾效應(yīng)

6.光電倍增管如何起放大作用

7.熱電偶中間定律？

8.傳感器特性技術(shù)指標(biāo)包括幾個(gè)方面

9.遲滯是指什么

10.光電式傳感器的原理

11.什么是逆壓電效應(yīng)

12.產(chǎn)生機(jī)械滯后的原因是什么

計(jì)算

1.已知材料A與材料C的熱電動(dòng)勢為13.967mv,材料B與材料C的熱電動(dòng)勢為8.345mv，用參考電極定律求材料A與B的熱電動(dòng)勢

2.變面積型圓柱（單組式）電容式傳感器，兩極板互蓋長度為1mm，可動(dòng)極筒外徑9.8mm，定極筒內(nèi)徑10mm，極筒間介質(zhì)為空氣ε=8.25*10?12F/m，求C?

實(shí)例

利用傳感器來測量某物體轉(zhuǎn)動(dòng)角度，請(qǐng)把你的實(shí)驗(yàn)思想和步驟寫下來（畫圖說明）