传感器期末复习要点
习题集及答案
第1章概述
1.1 什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？
1.2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。
1.3 简述传感器主要发展趋势，并说明现代检测系统的特征。
1.4 传感器如何分类？按传感器检测的范畴可分为哪几种？
1.5 传感器的图形符号如何表示？它们各部分代表什么含义？应注意哪些问题？
1.6 用图形符号表示一电阻式温度传感器。
1.7 请例举出两个你用到或看到的传感器，并说明其作用。如果没有传感器，应该出现哪种
状况。
1.8 空调和电冰箱中采用了哪些传感器？它们分别起到什么作用？
答案
1.1答：
从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。我们对传感器定义是：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。
我国国家标准（GB7665—87）对传感器（Sensor/transducer）的定义是：“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置”。定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。
1.2答：
组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成；
关系，作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。
1.3答：（略）答：
按照我国制定的传感器分类体系表，传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器三大类，含12个小类。按传感器的检测对象可分为：力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。
1.5 答：
图形符号（略），各部分含义如下：
①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。
②传感器：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,通
常由敏感元件和转换元件组成。
③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的装置。
④变送器：能输出标准信号的传感器答：（略）答：（略）答：（略）
第2章 传感器的基本特性
2.1传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标描述？它们一般可用哪些公式表示？ 2.2传感器的线性度是如何确定的？确定拟合直线有哪些方法？传感器的线性度
L γ表征了
什么含义？为什么不能笼统的说传感器的线性度是多少。 2.3传感器动态特性的主要技术指标有哪些？它们的意义是什么？
2.4传递函数、频率响应函数和脉冲响应函数的定义是什么？它们之间有何联系与区别？ 2.5有一温度传感器，微分方程为30/30.15dy dt y x +=，其中y 为输出电压（mV) , x 为
输入温度（℃）。试求该传感器的时间常数和静态灵敏度。
2.6有一温度传感器，当被测介质温度为t 1，测温传感器显示温度为t 2时，可用下列方程表
示：()1202/t t dt d ττ=+。当被测介质温度从25℃突然变化到300℃时，测温传感器的时间常数τ0 =120s ，试求经过350s 后该传感器的动态误差。
2.7某力传感器属二阶传感器，固有频率为l000Hz ，阻尼比为0.7，试求用它测量频率为600Hz
的正弦交变力时的振幅相对误差和相位误差。
2.8已知某二阶传感器系统的固有频率为20kHz ，阻尼比为0.1，若要求传感器的输出幅值误
差不大于3%，试确定该传感器的工作频率范围。
2.9设有两只力传感器均可作为二阶系统处理，固有频率分别为800Hz 和2.2kHz ，阻尼比均
为0.4，欲测量频率为400Hz 正弦变化的外力，应选用哪一只？并计算所产生的振幅相对误差和相位误差。
答案
2.1答：
静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。 2.2答：
1）实际传感器有非线性存在，线性度是将近似后的拟合直线与实际曲线进行比较，其中存在偏差，这个最大偏差称为传感器的非线性误差，即线性度，
2）选取拟合的方法很多，主要有：理论线性度(理论拟合)；端基线性度(端点连线拟合)；独立线性度(端点平移拟合)；最小二乘法线性度。
3）线性度L γ是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数。
4）传感器的非线性误差是以一条理想直线作基准，即使是同一传感器基准不同时得出的线性度也不同，所以不能笼统地提出线性度, 当提出线性度的非线性误差时，必须说明所依据的基准直线。 2.3答：
1）传感器动态特性主要有：时间常数τ；固有频率n ω；阻尼系数ξ。
2）含义：τ越小系统需要达到稳定的时间越少；固有频率n ω越高响应曲线上升越快；当n ω为常数时响应特性取决于阻尼比ξ，阻尼系数ξ越大，过冲现象减弱，1ξ≥时无过冲，不存在振荡，阻尼比直接影响过冲量和振荡次数。 2.4答：（略）
2.5解：
对微分方程两边进行拉氏变换，Y(s)(30s+3)=0.15X(s) 则该传感器系统的传递函数为：
()0.150.05
()()303101
Y s H s X s s s =
==
++ 该传感器的时间常数τ=10，灵敏度k=0.05
2.6解：
动态误差由稳态误差和暂态误差组成。先求稳态误差： 对方程两边去拉氏变换得：
1202()()()s s s T T s T τ=+ 则传递函数为
021()1
()1
T s T s s τ=
+ 对于一阶系统，阶跃输入下的稳态误差0ss e =，再求暂态误差： 当t=350s 时，暂态误差为 350/120
()(30025)14.88t e e
C -=-=?
故所求动态误差为： ()14.88ss t e e e C =+=? 2.7解：所求幅值误差为0.947,相位滞后52°70′
()22
2
2
1
212n
s j n n
n n G j s s j ω
ωωξωωωωξ
ωω===
++??-+????
则，频率为600Hz 时的幅值为
|()|0.947G j ω=
==
相对误差为
（1-0.947）×100%=5.3%
11226002(
)20.710005270'6001()1()
1000
n tg tg ωξω?ωω--??
=-=-=--- 2.8解：()2
2
2
2
1
212n
s j n n
n n G j s s j ω
ωωξωωωωξ
ωω===
++??-+????
2 |()|
G jω==
=
令|()| 1.03
G jw=，2
()
10000
ω
ω
=′则
2 1.960.05740
ωω
-+=
′′解得12
1.930.03
ωω
==
′，′代入上式，得12
1389173
Hz Hz
ωω
==
，
令|()|0.97
G jw=，则
2 1.960.06280
ωω
--=
′′解得3 1.99
ω=
′（舍负）代入上式，得
31411Hz
ω=
由图2-18二阶传感器系统的幅频特性曲线知，该传感器的工作频率范围为：
13891411
Hz Hz
ω
＜＜或173Hz
ω＜
2.9解：ξ=0.4＜1，由二阶传感器的频率特性，固有频率比被测信号频率越大越好，故应选固有频率为2.2kHz的那只。
()2
2
22
1
2
12
n
s j
n n
n n
G j
s s
j
ω
ω
ω
ξωωωω
ξ
ωω
=
==
++??
-+
??
??
2 |()|0.940
G jw===
相对误差为（1-0.940）×100%=6.0%
11
22
400
2()20.4
2200833'
400
1()1()
2200
n
tg tg
ω
ξ
ω
?
ω
ω
--
??
=-=-=-
--
故相位滞后8°33′。
第3章 电阻应变式传感器
3.1 何为电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？
3.2 什么是应变片的灵敏系数？它与金属电阻丝的灵敏系数有何不同？为什么？ 3.3 为什么增加应变片两端电阻条的横截面积便能减小横向效应？
3.4 金属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同？半导体应变片灵敏系数范围是多
少，金属应变片灵敏系数范围是多少？为什么有这种差别，说明其优缺点。举例说明金属丝电阻应变片与半导体应变片的相同点和不同点。
3.5 一应变片的电阻R=120Ω，灵敏系数k =2.05，用作应变为800/m m μ的传感元件。
求：①R ?和/R R ?；② 若电源电压U =3V ，初始平衡时电桥的输出电压U 0。 3.6 在以钢为材料的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120Ω的金属应
变片R 1和R 2（如图3-28a 所示），把这两应变片接入电桥（见图3-28b ）。若钢的泊松系数0.285μ=，应变片的灵敏系数k =2，电桥电源电压U =2V ，当试件受轴向拉伸时，测得应变片R 1的电阻变化值10.48R ?=Ω。试求：①轴向应变；②电桥的输出电压。
3.7 一测量吊车起吊重物的拉力传感器如图3-29a 所示。R 1、R 2、R 3、R 4按要求贴在等截面
轴上。已知:等截面轴的截面积为0.00196m 2，弹性模量E =2×1011N /m 2，泊松比0.3μ=，且R 1=R 2=R 3=R 4=120Ω, 所组成的全桥型电路如题图3-29b 所示，供桥电压U =2V 。现测得输出电压U 0=2.6mV 。求：①等截面轴的纵向应变及横向应变为多少？②力F 为多少？
3.8
已知：有四个性能完全相同的金属丝应变片（应变灵敏系数2k =）
,
将其粘贴在梁式
测力弹性元件上，如图3-30所示。在距梁端
0l 处应变计算公式为
2
6Fl Eh b
ε=
设力100F N =，0100l mm =，5h mm =，20b mm =，52
210/E N mm =?。求：
①说明是一种什么形式的梁。在梁式测力弹性元件距梁端0l 处画出四个应变片粘贴位置，并画出相应的测量桥路原理图；②求出各应变片电阻相对变化量；③当桥路电源电压为6V 时，负载电阻为无穷大，求桥路输出电压U 0是多少？
图3-29
图 3-30
图3-28
3.9 图3-31为一直流电桥，负载电阻R L 趋于无穷。图中E=4V ，R 1=R 2=R 3=R 4=120Ω，试求：
① R 1为金属应变片，其余为外接电阻，当R 1的增量为ΔR 1=1.2Ω时，电桥输出电压U 0=? ② R 1、R 2为金属应变片，感应应变大小变化相同，其余为外接电阻，电桥输出电压U 0=? ③ R 1、R 2为金属应变片，如果感应应变大小相反，且ΔR 1=ΔR 2 =1.2Ω，电桥输出电压U 0=?
答案
3.1 答：
导体在受到拉力或压力的外界力作用时，会产生机械变形，同时机械变形会引起导体阻值的变化，这种导体材料因变形而使其电阻值发生变化的现象称为电阻应变效应。 当外力作用时，导体的电阻率ρ、长度l 、截面积S 都会发生变化，从而引起电阻值R 的变化，通过测量电阻值的变化，检测出外界作用力的大小。 3.2答：
金属丝灵敏系数0k 主要由材料的几何尺寸决定的。受力后材料的几何尺寸变化为
(12)μ+，电阻率的变化为()//ρρε?。而实际应变片的灵敏系数应包括基片、粘合剂以
及敏感栅的横向效应。虽然长度相同，但应变状态不同，金属丝做成成品的应变片（粘贴到试件上）以后，灵敏系数降低了。 3.3答：
敏感栅越窄，基长越长的应变片，横向效应越小，因为结构上两端电阻条的横截面积大的应变片横向效应较小。 3.4答：
金属导体应变片的电阻变化是利用机械形变产生的应变效应，对于半导体而言，应变传感器主要是利用半导体材料的压阻效应。金属电阻丝的灵敏系数可近似写为 012k μ≈+，即0 1.52k ≈～；半导体灵敏系数近似为 ()0//k E ρρεπ≈?=≈50～100。
3.5解：
2.05;800/k m m εμ==
/0.0164;0.2R R k R ε∴?=?=?≈Ω应变引起的电阻变化
033 1.234R
U V U mV R
?==?=当电源电压时，电桥输出电压
3.6解1：
1）11
/R R k ε
?=
则轴向应变为：
1/0.48/120
0.0022
R R k ε?=
==
2）电桥的输出电压为：
011
(1)220.002 1.285 5.1422
U Uk mV εμ=+=????=
解2：
112;120;0.48;2k R R U V ==Ω?=Ω=
11
01142R R k U
U R R mV
ε?=
=??=/轴向应变： 0.002电桥输出电压： /
3.7解：
211212340120;0.3;0.00196;210/;2; 2.6R R R R S m E N m U V U mV μ====Ω===?==
50.156//0.0008125
120.0004875
3.18510U R R U
l R R R R
l k r l
r l
F SE N εμμε?=
=Ω???====+??=-=-==?按全桥计算：轴向应变：横向应变：力：
3.8解：
①梁为一种等截面悬臂梁；应变片沿梁的方向上下平行各粘贴两个；
②5
2
02;100;100;5;2;210/k F N l mm h mm b mm E N m ======?
02620.012Fl R
k R Eh b
ε?∴===应变片相对变化量为：
③060.072R
V U V R
?=?=桥路电压6时,输出电压为：
3.9解:
①100.0104E R R U V R
?=
?=因为只有为应变片,电桥输出按单臂电桥计算， ②00U V =因为两应变片变化大小相同，相互抵消无输出， ③120,0.022E R R R U V R
?=
?=因为应变时大小变化相反,电桥输出按半桥计算，
第4章 电容式传感器
4.1 如何改善单极式变极距型电容传感器的非线性？
4.2 为什么高频工作时的电容式传感器连接电缆的长度不能任意变化？ 4.3 差动式变极距型电容传感器，若初始容量
1280C C pF
==，初始距离
04mm δ=，当动
极板相对于定极板位移了0.75mm δ?=时，试计算其非线性误差。若改为单极平板电容，初始值不变，其非线性误差有多大？
4.4 电容式传感器有哪几类测量电路？各有什么特点？差动脉冲宽度调制电路用于电容传
感器测量电路具有什么特点？ 4.5 一平板式电容位移传感器如图4-5所示，已知：极板尺寸4a b mm ==，极板间隙
00.5mm δ=，极板间介质为空气。求该传感器静态灵敏度；若极板沿x 方向移动2mm ，
求此时电容量。
4.6 已知：圆盘形电容极板直径50D mm =，间距00.2mm δ=，在电极间置一块厚0.1mm
的云母片（7r ε=），空气（01ε=）。求：①无云母片及有云母片两种情况下电容值1C 及2C 是多少？②当间距变化0.025mm δ?=时，电容相对变化量11/C C ?及22/C C ?是多少？
4.7 压差传感器结构如图4-30a 所示，传感器接入二极管双T 型电路，电路原理示意图如图
4-30b 所示。已知电源电压UE =10V ，频率 f = 1MHz ，R1=R2=40kΩ，压差电容C1=C2=10pF ，RL=20kΩ。试分析，当压力传感器有压差PH ＞PL 使电容变化ΔC=1pF 时，一个周期内负载电阻上产生的输出电压URL 平均值的大小与方向。
答案
4.1答：
非线性随相对位移0/δδ?的增加而增加，为保证线性度应限制相对位移的大小；起始极距0δ与灵敏度、线性度相矛盾，所以变极距式电容传感器只适合小位移测量；为提高传感器的灵敏度和改善非线性关系，变极距式电容传感器一般采用差动结构。 4.2答：
低频时容抗c X 较大，传输线的等效电感L 和电阻R 可忽略。而高频时容抗c X
减小，
a)
b)
图4-30
等效电感和电阻不可忽略，这时接在传感器输出端相当于一个串联谐振，有一个谐振频率0f 存在，当工作频率0f f ≈谐振频率时，串联谐振阻抗最小，电流最大，谐振对传感器的输出起破坏作用，使电路不能正常工作。通常工作频率10MHz 以上就要考虑电缆线等效电感
0L 的影响。
4.3解：若初始容量1280C C pF ==，初始距离04mm δ=，当动极板相对于定极板位移了
0.75mm δ?=时，非线性误差为：
22
0.75(
)100%(
)100% 3.5%4
L δ
γδ?=?=?= 改为单极平板电容，初始值不变，其非线性误差为：
0.75
100%100%18.75%4
L δ
γδ?=
?=
?= 4.4（略）
4.5解：对于平板式变面积型电容传感器，它的静态灵敏度为： 0121110
88.85107.0810g C b k Fm a εδ---=
==??=? 极板沿x 方向相对移动2mm 后的电容量为：
12130()8.85100.0042
1.416100.5b a x C F εδ---????===?
4.6解：1）123
101408.8510 3.14 2.510 3.4710210
S C F εδ----????===?? 12310
24
048.8510 3.14 2.510 6.0810*******
r
S
C F d d εδε-----????===??-+?+
2）令0r d d δδε=-+′
，则
10100
0.0250.1430.20.025
1C C δδδδδδδ???=
===?-?-- 220.0250.2800.11430.0251C C δδδδδδδ???====?-?--′′′
4.7解：当H L P P >时，12C C <；212C C C -=?? 4612122
(2)4080
()21010102100.36()6060
L RL L E L R R R U R U f C C V R R -+?=
-=??????=-+? 由于12C C <，电压UE 的负半周占优势，故RL U 的方向下正上负。
第5章 电感式传感器
5.1 何谓电感式传感器？电感式传感器分为哪几类？各有何特点？ 5.2 提高电感式传感器线性度有哪些有效的方法。
5.3 说明单线圈和差动变间隙式电感传感器的结构、工作原理和基本特性。 5.4 说明产生差动电感式传感器零位残余电压的原因及减小此电压的有效措施。 5.5 为什么螺线管式电传感器比变间隙式电传感器有更大的测位移范围？
5.6 电感式传感器测量电路的主要任务是什么？变压器式电桥和带相敏整流的交流电桥在
电感式传感器测量电路中各可以发挥什么作用？采用哪种电路可以获得理想输出。 5.7 概述变间隙式差动变压器的结构、工作原理和输出特性，试比较单线圈和差动螺线管式
电传感器的基本特性，说明它们的性能指标有何异同？
5.8 差动变压器式传感器的测量电路有几种类型？试述差动整流电路的组成和基本原理。为
什么这类电路可以消除零点残余电压？ 5.9 概述差动变压器式传感器的应用范围，并说明用差动变压器式传感器检测振动的基本原
理。
5.10 什么叫电涡流效应？说明电涡流式传感器的基本结构与工作原理。电涡流式传感器的
基本特性有哪些？它是基于何种模型得到的？
5.11 电涡流式传感器可以进行哪些物理量的检测？能否可以测量非金属物体，为什么？ 5.12 试用电涡流式传感器设计一在线检测的计数装置，被测物体为钢球。请画出检测原理
框图和电路原理框图。
答案
5.1答：
电感式传感器是一种机-电转换装置，电感式传感器是利用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的一种装置，传感器利用电磁感应定律将被测非电量转换为电感或互感的变化。它可以用来测量位移、振动、压力、应变、流量、密度等参数。
电感式传感器种类：自感式、涡流式、差动式、变压式、压磁式、感应同步器。 工作原理：自感、互感、涡流、压磁。
5.2答：
电感传感器采用差动形式，转换电路采用相敏检波电路可有效改善线性度。
5.3（略）
5.4答：
差动变压器式传感器的铁芯处于中间位置时，在零点附近总有一个最小的输出电压0U ，将铁芯处于中间位置时，最小不为零的电压称为零点残余电压。产生零点残余电压的主要原因是由于两个次级线圈绕组电气系数（互感 M 、电感L 、内阻R ）不完全相同，几何尺寸也不完全相同，工艺上很难保证完全一致。
为减小零点残余电压的影响，除工业上采取措施外，一般要用电路进行补偿：①串联电阻；②并联电阻、电容，消除基波分量的相位差异，减小谐波分量；③加反馈支路，初、次级间加入反馈，减小谐波分量；④相敏检波电路对零点残余误差有很好的抑制作用。
5.5答：
螺线管式差动变压器传感器利用互感原理，结构是：塑料骨架中间绕一个初级线圈，两次级线圈分别在初级线圈两边，铁心在骨架中间可上下移动，根据传感器尺寸大小它可测量1~100mm 范围内的机械位移。变间隙式电感传感器是利用自感原理，衔铁的与铁芯之间位移（气隙）与磁阻的关系为非线性关系，可动线性范围很小，因此测量范围受到限制。
5.6（略） 5.7（略） 5.8（略） 5.9（略） 5.10答：
1）块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作用切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭和的电流，这种电流叫电涡流，这种现象叫做电涡流效应。
2）形成涡流必须具备两个条件：第一存在交变磁场；第二导电体处于交变磁场中。电涡流式传感器通电后线圈周围产生交变磁场，金属导体置于线圈附近。当金属导体靠近交变磁场中时，导体内部就会产生涡流，这个涡流同样产生交变磁场。由于磁场的反作用使线圈的等效电感和等效阻抗发生变化，使流过线圈的电流大小、相位都发生变化。通过检测与阻抗有关的参数进行非电量检测。
3）因为金属存在趋肤效应，电涡流只存在于金属导体的表面薄层内，实际上涡流的分布是不均匀的。涡流区内各处的涡流密度不同，存在径向分布和轴向分布。所以电涡流传感器的检测范围与传感器的尺寸（线圈直径）有关。
4）回路方程的建立是把金属上涡流所在范围近似看成一个单匝短路线圈作为等效模型。 5.11答：
1）凡是能引起22R L M 、、变化的物理量，均可以引起传感器线圈11R L 、 的变化，可以进行非电量检测；如被测体（金属）的电阻率ρ，导磁率μ，厚度d ，线圈与被测体之间的距离x ，激励线圈的角频率ω等都可通过涡流效应和磁效应与线圈阻抗Z 发生关系，使11R L 、变化；若控制某些参数不变，只改变其中一个参数，便可使阻抗Z 成为这个参数的单值函数。
2）电涡流传感器不可以直接测量非金属物体，这是由于传感器本身特性决定的。
5.12（略）
第6章 磁电式传感器
6.1 试述磁电感应式传感器的工作原理和结构形式。 6.2 说明磁电感应式传感器产生误差的原因及补偿方法。
6.3 为什么磁电感应式传感器的灵敏度在工作频率较高时，将随频率增加而下降？ 6.4 什么是霍尔效应？
6.5 霍尔元件常用材料有哪些？为什么不用金属做霍尔元件材料？ 6.6 霍尔元件不等位电势产生的原因有哪些？
6.7 某一霍尔元件尺寸为10L mm =， 3.5b mm =, 1.0d mm =，沿L 方向通以电流
1.0I mA =，在垂直于L 和b 的方向加有均匀磁场0.3B T =，灵敏度为22/()V A T ?，
试求输出霍尔电势及载流子浓度。
6.8 试分析霍尔元件输出接有负载L R 时，利用恒压源和输人回路串联电阻T R 进行温度补偿
的条件。
6.9 霍尔元件灵敏度40/()H K V A T =?，控制电流 3.0I mA =，将它置于4
110-?～
4510T -?线性变化的磁场中，它输出的霍尔电势范围有多大？ 6.10列举l ～2个霍尔元件的应用例子。查找l ～2个应用磁敏电阻制作的产品实例。 6.11磁敏电阻温度补偿有哪些方法？磁敏二极管温度补偿有哪些方法？有哪些特点？ 6.12 比较霍尔元件、磁敏电阻、磁敏晶体管，它们有哪些相同之处和不同之处？简述其各
自的特点。
答案
6.1（略） 6.2答：
磁电感应式传感器两个基本元件，即永久磁铁和线圈，永久磁铁在使用前需要有稳定性处理，主要是线圈中电流产生的磁场对恒定磁场的作用（称为线圈磁场效应）是不能忽略的，需要采用补偿线圈与工作线圈相串联加以补偿。当环境温度变化较大时传感器温度误差较大，必须加以补偿。 6.3答：
因为磁电感应式传感器的灵敏度为(/)e υ，振动频率过高时，线圈阻抗增大，使传感器灵敏度随振动频率增加而下降。 6.4答：
通电的导体（半导体）放在磁场中，电流与磁场垂直，在导体另外两侧会产生感应电动势，这种现象称霍尔效应。 6.5答：
1）任何材料在一定条件下都能产生霍尔电势，但不是都可以制造霍尔元件。只有半导体材料适于制作霍尔元件。又因一般电子迁移率大于空穴的迁移率，所以霍尔元件多采用N 型半导体制造。
2）金属材料电子浓度虽然很高，但电阻率很小很小，使霍尔电势H U 很小，因此不适于做霍尔元件材料。 6.6答：
霍尔电势不为零的原因是，霍尔引出电极安装不对称，不在同一等电位面上；激励电极接触不良，半导体材料不均匀造成电阻率ρ不均匀等原因。
6.7解：
1919
19
22/(), 1.0,0.36.610, 3.5, 1.0 1.6100.0010.3
28.41100.0066 1.6100.001
H H H H K V A T I mA B T U K IB mV
L mm b mm de mm e IB n U ed --∴=?====∴====??=-
==???? 输出霍尔电势： ，载流子浓度为：
6.8（略） 6.9解：
4440/(), 3.0,1105101260H H H H H K V A T I mA B T U K IB V U K IB V
μμ--∴=?==?-?==== 输出霍尔电势范围是： 低端： 高端：
6.10（略） 6.11（略） 6.12答：
霍尔元件具有体积小、外围电路简单、动态特性好、灵敏度高、频带宽等许多优点，在霍尔元件确定后，可以通过测量电压、电流、磁场来检测非电量，如力、压力、应变、振动、加速度等等，所以霍尔元件应用有三种方式：①激励电流不变，霍尔电势正比于磁场强度，可进行位移、加速度、转速测量。②激励电流与磁场强度都为变量，传感器输出与两者乘积成正比，可测量乘法运算的物理量，如功率。③磁场强度不变时，传感器输出正比于激励电流，可检测与电流有关的物理量，并可直接测量电流。
磁敏电阻与霍尔元件属同一类，都是磁电转换元件，两者本质不同是磁敏电阻没有判断极性的能力，只有与辅助材料(磁钢)并用才具有识别磁极的能力。
磁敏二极管可用来检测交直流磁场，特别是弱磁场。可用作无触点开关、作箱位电流计、对高压线不断线测电流、小量程高斯计、漏磁仪、磁力探伤仪等设备装置。磁敏三极管具有较好的磁灵敏度，主要应用于①磁场测量，特别适于10-6T 以下的弱磁场测量，不仅可测量磁场的大小，还可测出磁场方向；②电流测量。特别是大电流不断线地检测和保护；③制作无触点开关和电位器，如计算机无触点电键、机床接近开关等；④漏磁探伤及位移、转速、流量、压力、速度等各种工业控制中参数测量。
第7章 压电式传感器
7.1 什么是压电效应？什么是正压电效应和逆压电效应？
7.2 石英晶体和压电陶瓷的压电效应有何不同之处？为什么说PZT 压电陶瓷是优能的压电
元件？比较几种常用压电材料的优缺点，说出各自适用于什么场合？ 7.3 压电传感器能否用于静态测量？试结合压电陶瓷加以说明。
7.4 压电元件在使用时常采用多片串联或并联的结构形式。试述在不同接法下输出电压、电
荷、电容的关系，它们分别适用于何种应用场合？
7.5 电压放大器和电荷放大器本质上有何不同，电荷放大器和电压放大器各有何特点？它们
各自适用于什么情况？
7.6 己知电压前置放大器输人电阻及总电容分别为1i R M =Ω，100i C pF =，求与压电加
速度计相配，测1Hz 振动时幅值误差是多少？
7.7 已知电压式加速度传感器阻尼比0.1ξ=。若其无阻尼固有频率032f kHz =, 要求传感
器输出幅值误差在5%以内，试确定传感器的最高响应频率。
7.8 一压电加速度计，供它专用电缆的长度为1.2m ，电缆电容为100pF ，压电片本身电容
为1000pF 。出厂标定电压灵敏度为100/V g ，若使用中改用另一根长2.9m 电缆，其电容量为300pF ，问其电压灵敏度如何改变？ 7.9 为什么压电器件一定要高阻抗输出？
7.10 用石英晶体加速度计及电荷放大器测量加速度，已知：加速度计灵敏度为5PC /g ，电
荷放大器灵敏度为50m V /PC ，当机器加速度达到最大值时，相应输出电压幅值为2V ，试求该机器的振动加速度。
答案
7.1答：
某些电介质在沿一定的方向受到外力的作用变形时，由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状态；而当作用力方向改变时，电荷的极性随着改变。晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象称为正压电效应。如对晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随之消失，称为逆压电效应
7.2答：
1）石英晶体整个晶体是中性的，受外力作用而变形时没有体积变形压电效应，但它具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。压电陶瓷PZT 是一种多晶铁电体，原始的压电陶瓷材料并不具有压电性，必须在一定温度下做极化处理后，留下了很强的剩余极化强度，才能使其呈现出压电特性。
2）比较石英晶体12d 、11d ，压电陶瓷的纵向压电常数33d 大的多，是它们的上百倍。所以压电陶瓷制作的传感器灵敏度高。常用的优能压电陶瓷是锆钛酸铅（PZT ），它具有很高的介电常数，工作温度可达250℃。 3）（略）
7.3答：
1）由压电传感器的等效电路可见，要保证输出信号与输入作用力间的线性关系，只有在负载电阻较大，工作频率较高时，传感器电荷才能得以保存补充，需要测量电路具有无限大的输入阻抗。但实际上这是不可能的，故压电传感器只能作动态测量，不宜作静态信号测量，只能在其上加交变力，电荷才能不断得到补充，并给测量电路一定的电流。
2）（略）
7.4.答：
1）在压电式传感器中，为了提高灵敏度，往往采用多片压电芯片构成一个压电组件。其中最常用的是两片结构；根据两片压电芯片的连接关系，可分为串联和并联连接，常用的是并联连接，可以增大输出电荷，提高灵敏度。
2）如果按相同极性粘贴，相当两个压电片（电容）串联。输出总电容为单片电容的一半，输出电荷与单片电荷相等，输出电压是单片的两倍；若按不同极性粘贴，相当两个压电片（电容）并联，输出电容为单电容的两倍，极板上电荷量是单片的两倍，但输出电压与单片相等。
7.5答：（略）
7.6解：
1;1,100i i f Hz R M C pF ∴==Ω=信号频率放大器输入电阻电容
幅值误差为：
()()()()()
10.99
()()
im m im i
im im im im im U dF U C U U U U U ωωω=∞=
-∞=-=-∞∞
相对误差为：
(10.99)100%1%-?=
7.7解：
00.1,32;f kHz ζ∴==已知阻尼比固有频率
控制传感器在5%以内的幅值误差为：
|()|0.95u j ω=
==
式中f 为最高响应频率：
45.40f kHz =
7.8解：
1.2,,;100/100/c a u u c a i i
m C pF C pF K V g d d
K V g
C C C pF pF C =∴=
==++++已知压电加速度计电缆长度为电缆电容=100传感器电容=1000电压灵敏度为电压灵敏度1001000
6
6
100/0.11102.90.111084.62/i u c a c u c a C d d
K V g
C C pF pF
d m C pF
d K V g
C C pF pF
≈==++=??≈==++因较小忽略前置电路输入电容电压灵敏度为：1001000求出：更换电缆，电容=300电压灵敏度为：3001000
可见电缆加长后电压灵敏度下降。
7.9（略）
7.10解：
5/50/PC g mV PC 已知加速度计灵敏度为，电荷放大器灵敏度为
当输出幅值为2V 时，机器振动加速度为：
2/50/0.85/V mV PC
g g PC g
=
=
第8章 光电效应及器件
8.1什么是内光电效应？什么是外光电效应？说明其工作原理并指出相应的典型光电器件。 8.2普通光电器件有哪几种类型？各有何特点？利用光电导效应制成的光电器件有哪些？用
光生伏特效应制成的光电器件有哪些？ 8.3普通光电器件都有哪些主要特性和参数？
8.4什么是光敏电阻的亮电阻和暗电阻？暗电阻电阻值通常在什么范围？ 8.5试述光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管和光电池的工作原理。如何正确选用这些器件？
举例说明。
8.6光敏二极管由哪几部分组成，它与普通二极管在使用时有什么不同？请说明原理。 8.7光敏三极管与普通三极管的输出特性是否相同？主要区别在哪里？
8.8何为光电池的开路电压及短路电流？为什么作为检测元件时要采用短路电流输出形式，
作为电压源使用时采用开路电压输出形式？ 8.9光电池的结构特征是什么？它如何工作的？
8.10采用波长为0.8～0.9m μ的红外光源时，宜采用哪种材料的光电器件做检测元件？为什么？
8.11反射式光电传感器常见的有哪些类型？有什么特点？应用时要注意哪些影响？ 8.12举出日常生活中的两个光电式传感器的应用例子，并说明原理。
8.13试拟定一光电开关用于自动装配流水线上工件计数检测系统（用示意图表示出装置结
构），并画出计数电路原理示意图， 并说明其工作原理。
8.14试叙述智能小车设计中，如何利用反射式光电传感器实现“寻迹”功能，并设计出光电传
感器检测电路原理图。
8.15光电传感器控制电路如图8-53所示，
试分析电路工作原理：① GP —IS01是什么器件，内部由哪两种器件组成？② 当用物体遮挡光路时，发光二极管LED 有什么变化？③ R 1是什么电阻，在电路中起到什么作用？如果V D 二极管的最大额定电流为60mA ， R 1应该如何选择？④ 如果GP —IS01中的V D 二极管反向连接，电路状态如何？晶体管VT 、
LED 如何变化？ 8.16光栅传感器的基本原理是什么？莫尔条纹是如何形成的？有何特点？分析光栅传感器
具有较高测量精度的原因。
8.17某光栅的栅线密度为100线/mm ，要使形成莫尔条纹宽度为10mm ，求栅线夹角θ是
多少?
答案：
8.1答：当用光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体材料中的电
子吸收光子能量而发生相应的电效应（如电阻率变化、发射电子或产生电动势等）。这种现象称为光电效应。
图
8-53
1）当光线照在物体上,使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应，内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。入射光强改变物质导电率的物理现象称光电导效应，典型的光电器件有光敏电阻；光照时物体中能产生一定方向电动势的现象叫光生伏特效应，光电池、光敏晶体管。
2）在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，典型的光电器件有光电管、光电倍增管。
8.2答：（略） 8.3答：
光照特性；光谱特性；伏安特性；温度特性；频率特性等 8.4答：
暗电阻，无光照时的电阻为暗电阻，暗电阻电阻值范围一般为0.5～200MΩ； 亮电阻、受光照时的电阻称亮电阻，亮电阻的阻值一般为0.5～20KΩ。 8.5答：（略） 8.6答：（略） 8.7答：（略） 8.8答：
1）光生电动势与照度之间关系为开路电压曲线，短路电流是指外接负载电阻相对于光电池内阻很小时的光电流值。
2）短路电流曲线在很大范围内与光照度成线性关系，因此光电池作为检测元件使用时，一般不作电压源使用，而作为电流源的形式应用。而开路电压与光照度关系在照度为2000lx 以上趋于饱和呈非线性关系，因此适于作电压源使用。 8.9答：（略） 8.10答：
1）采用波长为0.8～0.9m μ的红外光源时，宜采硅光电池或硅光敏管，其光谱响应峰值在0.8m μ附近，波长范围在0.4～1.2m μ。
2）其中硅光电池适于接受红外光，可以在较宽的波长范围内应用。
8.11答：（略） 8.12答：（略） 8.13答：（略） 8.14答：（略） 8.15电路分析：
1）GP —IS01是光电开关器件，内部由发光二极管和光敏晶体管组成；
2）当用物体遮挡光路时，Vg 无光电流VT 截止，发光二极管LED 不发光；
3）R 1是限流电阻，在电路中可起到保护发光二极管V D 的作用；如果V D 二极管的最大额定电流为60mA ，选择电阻大于R 1 =（12V-0.7）/0.6 = 18.8Ω。
4）如果GP —IS01中的V D 二极管反向连接，Vg 无光电流VT 截止，发光二极管LED 不发光；电路无状态变化。
8.16答：（略） 8.17解：
已知：光栅的栅线密度为100线/mm 即W=0.02mm ，B=10mm
//0.02/100.002B W W B rad
θ
θ∴====
(即0°06′53″)
第9章新型光电传感器
9.1象限探测器与PSD光电位置传感器有什么异同？各有哪些特点？
9.2 叙述SSPD自扫描光电二极管阵列工作原理及主要参数特征。
9.3 CCD电荷耦合器主要由哪两个部分组成？试描述CCD输出信号的特点。
9.4 试述CCD的光敏元和读出移位寄存器工作原理。
9.5 用CCD做几何尺寸测量时应该如何由像元数确定测量精度。
9.6 CCD信号二值化处理电路主要有哪种电路形式，可起到什么作用？
9.7说明光纤传感器的结构和特点，试述光纤的传光原理。
9.8 当光纤的折射率N1=1.46，N2=1.45时，如光纤外部介质N0=1，求最大入射角θc的值。
9.9 什么是光纤的数值孔径？物理意义是什么？NA取值大小有什么作用？有一光纤，其纤
芯折射率为1.56，包层折射率为1.24，求数值孔径为多少？
9.10光纤传感器有哪两大类型？它们之间有何区别？
9.11 图9-36为Y结构型光纤位移测量原理图，光源的光经光纤的一个分支入射，经物体反
射后光纤的另一分支将信号输出到光探测器上。光探测器的输出信号与被测距离有什么样关系，试说明其调制原理，画出位移相对输出光强的特性曲线。
9.12光纤可以通过哪些光的调制技术进行非电量的检测，说明原理。
9.13埋入式光纤传感器有哪些用途，举例说明可以解决哪些工程问题。
答案
9.1答：
1）象限探测器它是利用光刻技术，将一个整块的圆形或方形光敏器件敏感面分隔成若干个面积相等、形状相同、位置对称的区域，这就构成了象限探测器。PSD光电位置传感器是一种对入射到光敏面上的光点位置敏感的光电器件。两种器件工作机理不同，但其输出信号与光点在光敏面上的位置有关。光电位置传感器被广泛应用于激光束对准、平面度检测、二维坐标检测以及位移和振动测量系统。
2）象限探测器有几个明显缺点：它需要分割从而产生死区，尤其当光斑很小时，死区
的影响更明显。若被测光斑全部落入某个象限时，输出的电信号无法表示光斑位置，因此它的测量范围、控制范围都不大，测量精度与光强变化及漂移密切相关，因此它的分辨率和精度受到限制。与象限探测器相比PSD传感器有以下特点：
（1）它对光斑的形状无严格要求，即输出信号与光的聚焦无关，只与光的能量中心位置有关，这给测量带来很多方便。
（2）光敏面上无须分割，消除了死区，可连续测量光斑位置，位置分辨率高，一维PSD 可达0.2μm。
（3）可同时检测位置和光强，PSD器件输出的总光电流与入射光强有关，而各信号电极输出光电流之和等于总光电流，所以由总光电流可求得相应的入射光强。
9.2答：（略）
9.3答：
1）CCD基本结构由MOS光敏元阵列和读出移位寄存器两部分组成。
2）CCD电极传输电荷方向（向右或向左）是通过改变三相时钟脉冲的时序来控制的，输出的幅值与对应的光敏元件上电荷量成正比。信号电荷的输出的方式主要有电流输出和电压输出两种，电流输出型是输出电流与电荷成正比，在输出电路负载上形成输出电流。
9.4答：（略）
9.5答：
两个光敏像元的空间尺寸必须小于被测量的最小尺寸。 可测量的范围是像元总宽度： 如，1024（相元数）×0.014mm （光敏像元的空间尺寸）=14.3mm （测量范围）。 9.6答：
普遍采用的CCD 视频信号二值化处理电路是电压比较器，比较器的反相端接一个阈值电平，视频信号电平高于阈值电平的部分均输出高电平，而低于阈值电平部分均输出低电平，在比较器的输出端就得到只有高低两种电平的二值信号，二值化处理是把图像和背景作为分离的二值图像对待。反映在CCD 视频信号中所对应的图像尺寸边界处会有明显的电平急剧变化，通过二值化处理把CCD 视频信号中图像尺寸部分与背景部分分离成二值电平。 9.7答：（略） 9.8解：
1201.46, 1.45,1arcsin 0.1706949'
c N N N θ======? 已知：
9.9答：
1
）数值孔径定义为：NA =
，表示了光纤的集光能力，无论光源的发射功
率有多大，只有在2c θ张角之内的入射光才能被光纤接收、传播。若入射角超出这一范围，光线会进入包层漏光。
2）NA 越大集光能力越强，光纤与光源间耦合会更容易，但NA 越大光信号畸变越大，所以要选择适当。
3
）121.56 1.240.9466N N NA ==== 已知：，，
9.10答：
光纤传感器大致可分为功能型和非功能型两大类，它们的基本组成相似，有光源、入射光纤、调制器、出射光纤、光敏器件。
功能型又称传感型，这类传感器利用光纤本身对外界被测对象具有敏感能力和检测功能，光纤不仅起到传光作用，而且在被测对象作用下使光强、相位、偏振态等光学特性得到调制，调制后的信号携带了被测信息。如果外界作用时光纤传播的光信号发生变化，使光的路程改变，相位改变，将这种信号接收处理后，可以得到与被测信号相关的变化电信号。
非功能型又称传光型，这时光纤只作传播光媒介，待测对象的调制功能是由其它转换元件实现的，光纤的状态是不连续的，光纤只起传光作用。 9.11答：（略） 9.12答：
光强度调制：利用外界物理量改变光纤中的光强度，通过测量光强的变化测量被测信息。根据光纤传感器探头结构形式可分为透射、反射、折射等方式调制。
相位调制：一般压力、张力、温度可以改变光纤的几何尺寸（长度），同时由于光弹效应光纤折射率也会由于应变而改变，这些物理量可以使光纤输出端产生相位变化，借助干涉仪可将相位变化转换为光强的变化。干涉系统的种类很多，可根据具体情况采用不同的干涉系统。
频率调制：当光敏器件与光源之间有相对运动时，光敏器件接收到的光频率f s 与光源频率f 不同，这种现象称为光的“多普勒效应”。频率调制方法可以测量运动物体（流体）的速度、流量等。
9.13答：（略）
传感器单项选择题解析
第一章至第七章的单项选择题解析 第一章 1．单项选择题 2）某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，在这个例子中，产生此心理作用的主要因素是________。 A．绝对误差B．示值相对误差C．引用误差D．准确度等级分析：在这三次交易过程中，绝对误差相同；主要区别是：示值相对误差的分母相差很大，所以示值相对误差也就有很大的不同。 3）在选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。这时必须考虑到应尽量使选购的仪表量程为欲测量的_________左右为宜。 A．3倍B．10倍C．1.5倍D．0.75倍 分析：测量时，示值最好落在仪表满度值的2/3左右，这时的示值相对误差较小。 4）用万用表交流电压档（频率上限为5kHz）测量100kHz、10V左右的高频电压，发现示值不到2V，该误差属于________。用该表直流电压档测量5号干电池电压，发现每次示值均为 1.8V，该误差属于_________。
A．系统误差B．粗大误差C．随机误差D．动态误差 分析：①用频率上限为5kHz的低频仪表测量100kHz这么高频率的信号，由于低频仪表的频率响应跟不上，例如整流二极管的响应慢，放大器需要一定的稳定时间等等，所以读数变小。 ②测量5号干电池电压（正常为1.5V左右，新的约1.65V，旧的低于 1.4V），如果每次示值均为1.8V，很明显是偏大了许多。 5）重要场合使用的元器件或仪表，购入后需进行高、低温循环老化试验，其目的是为了_________。 A．提高准确度B．加速其衰老C．测试其各项性能指标D．提早发现故障，提高可靠性 分析：高、低温，循环老化试验的结果能较快地暴露出有问题的仪表，并使得这一批仪表尽快进入“稳定试用期”。有的时候，还要在高温条件下，故意加上最高额定电源电压；在低温时，故意加上最低额定电源电压。这样去折腾它们，很恶劣哦！哪些不合格的仪表“泡沫”就会很快“破裂”啦！ 第二章 1．单项选择题 1）电子秤中所使用的应变片应选择______应变片；为提高集成度，测量气体压力应选择______；一次性、几百个应力试验测点应选择______应变片。
传感器试题库2016.
一：填空题（每空1分） 1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元件， 测量电路三个部分组成。 2.半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。 3.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，根据光电效应可以分为 外光电效应，内光电效应，热释电效应三种。 4.光电流与暗电流之差称为光电流。 5.光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域内。 6.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可采用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 7.反射式光纤位移传感器在位移-输出曲线的前坡区呈线性关系，在后坡区与 距离的平方成反比关系。 8.根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温度传感 器。 9.画出达林顿光电三极管内部接线方式： ＋U C E R L 10.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为：传 感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公式表示k（x）=Δy/Δx 。 11.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一 种度量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最小二乘法线性度。 12.根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体式两大 类。 13.利用热效应的光电传感器包含光---热、热---电两个阶段的信息变换过 程。 14.应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法电桥补偿
法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 15. 应变式传感器一般是由 电阻应变片 和 测量电路 两部分组成。 16. 传感器的静态特性有 灵敏度 、线性度、灵敏度界限、迟滞差 和稳定性。 17. 在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为 外光电效应 ，入 射光强改变物质导电率的物理现象称为 内光电效应 。 18. 光电管是一个装有光电 阴极 和 阳极 的真空玻璃管。 19. 光电管的频率响应是指一定频率的调制光照射时光电输出的电流随频率变化的关系，与其物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有关。多数光电器件灵敏度与调制频率的关系为Sr （f ）=Sr 。/(1+4π2f 2τ2) 20. 内光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。 21. 国家标准GB 7665--87对传感器下的定义是：能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 22. 传感器按输出量是模拟量还是数字量，可分为模拟量传感器和数字量传感器 23. 传感器静态特性的灵敏度用公式表示为：k (x)=输出量的变化值/输入量的变化 值=△y/△x 24. 应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有：有一定的粘贴强度；能准确传递应变；蠕变小；机械滞后小；耐疲劳性好；具有足够的稳定性能；对弹性元件和应变计不产生化学腐蚀作用；有适当的储存期；应有较大的温度适用范围。 25. 根据传感器感知外界信息所依据的基本校园，可以将传感器分成三大类： 物理传感器 ，化学传感器 ，生物传感器。 P3 26. 应变式测力与称重传感器根据弹性体的的结构形式的不同可分为 柱式传感 器 、 轮辐式传感器 、 悬梁式传感器 和 环式传感器 27. 大多数接收器对所感受的波长是有选择性的，接受器对不同波长光的反应程度称为光谱灵敏度，其表达式为：) ()()(λφλλU S = 28.应变式传感器一般是由 电阻应变片 和 测量电阻 两部分组成。 29. 应变式传感器的基本构成通常可分为两部分：弹性敏感元件、应变计 30. 传感器种类繁多，根据传感器感知外界信息的基本效应，可将传感器分为
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压电式传感器 一、选择填空题： 1、压电式加速度传感器是（D ）传感器。 A、结构型 B、适于测量直流信号 C、适于测量缓变信号 D、适于测量动态信号 2、沿石英晶体的光轴z的方向施加作用力时，（A ）。 A、晶体不产生压电效应 B、在晶体的电轴x方向产生电荷 C、在晶体的机械轴y方向产生电荷 D、在晶体的光轴z方向产生电荷 3、在电介质极化方向施加电场，电介质产生变形的现象称为（B ）。 A、正压电效应 B、逆压电效应 C、横向压电效应 D、纵向压电效应 4、天然石英晶体与压电陶瓷比，石英晶体压电常数（C），压电陶瓷的稳定性（C ）。 A、高，差 B、高，好 C、低，差 D、低，好 5、沿石英晶体的电轴x的方向施加作用力产生电荷的压电效应称为（D）。 A、正压电效应 B、逆压电效应 C、横向压电效应 D、纵向压电效应 6、压电式传感器可等效为一个电荷源和一个电容并联，也可等效为一个与电容相串联的电压源。 7、压电式传感器的输出须先经过前置放大器处理，此放大电路有电压放大器和电荷放大器两种形式。 二、简答题 1、什么是压电效应？纵向压电效应与横向压电效应有什么区别？ 答：某些电介质，当沿着一定方向对其施加外力而使它变形时，内部就产生极化现象，相应地会在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。通常把沿电轴X－X方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”；而把沿机械轴Y－Y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”；所以纵向压电效应与横向压电效应的主要区别在于施力方向不同，电荷产生方向也不同。 2、压电式传感器为何不能测量静态信号？ 答：因为压电传感元件是力敏感元件，压电式传感器是利用所测的物体的运动产生的相应的电信号，而静态的不能产生相应的电信号。所以压电式传感器不能测量静态信号。
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传感器 绪论 概念： 1.传感器的定义： ①：能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。 ②：狭义的定义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 2.传感器组成: 传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成。 第一章 概念： 1.传感器的一般特性：描述此种变换的输入与输出关系。 静特性：输入量为常量或变化极慢时（慢变或稳定信号）。 1) 线性度：传感器的输出与输入关系呈线性，实际上这往往是不可能的。 假设传感器没有迟滞和蠕变效应,其静态特性可用下列多项式来描述： x ——输入量； y ——输出量；a 0——零点输出；a 1——传感器的灵敏度,常用k 表示；a 2,a 3,…,a n ——非线性项系数。 ∑=+=++++=n i i i n n x a a x a x a x a a y 102210...
非线性误差（线性度）定义：输出输入的实际测量曲线与某一选定拟合直线之间的最大偏差，用相对误差γL表示其大小。即传感器的正、反行程平均测量曲线与拟合直线之间的最大偏差对满量程（F.S.）输出之比（%）： γL——非线性误差（线性度）；Δ ——输出平均值与拟合直线间的最 Lmax 大非线性误差；y F.S.——满量程输出。满量程输出用测量上限标称值y H与测量下限标称值y L之差的绝对值表示,即y F.S.=|y H-y L|。 大多数传感器的输出曲线是通过零点的，或者使用“零点调节”使它通过零点。某些量程下限不为零的传感器，也可以将量程下限作为零点处理。目前常用的拟合方法有：①理论拟合；②过零旋转拟合；③端点连线拟合； ④端点连线平移拟合；⑤最小二乘拟合；⑥最小包容拟合等。
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检测技术基础——习题1 1、某压力仪表厂生产的压力表满度相对误差均控制在 0.4%~0.6% ，该压力表的精度等级应定为 级，另一家仪器商家需要购买压力表，希望压力表的满度相对误差小于 0.9% ，应购买级的压力表。 A、 0.2 B、 0.5 C、1.0 D、 1.5 2、某采购员分别在三家商店购买 100kg 大米、 10kg 苹果、 1kg 巧克力，发现均缺少约 0.5kg ， 但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，产生此心理作用的主要因素是。 A、绝对误差 B、示值相对误差 C、满度相对误差 D、精度等级 3、在选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。这时必须考虑到应尽量使选购的仪 表量程为欲测量的左右为宜。 A、 3 倍 B、10 倍 C、1.5 倍 D、0.75 倍 4、用万用表交流电压档 ( 频率上限仅为 5kHz) 测量频率高达 500kHz 、 10V 左右的高频电压，发 现示值还不到 2V ，该误差属于。用该表直流电压档测量 5 号干电池电压，发现每次示值均为 1.8V ，该误差属于。 A、系统误差 B、粗大误差 C、随机误差 D、动态误差 5、重要场合使用的元器件或仪表，购入后需进行高、低温循环老化试验，其目的是为了。 A、提高精度 B、加速其衰老 C、测试其各项性能指标 D、提高可靠性 6、有一温度计，它的测量范围为0～200℃，精度为0.5级，试求： 1）该表可能出现的最大绝对误差为。 A、 1℃ B、 0.5℃ C、 10℃ D、 200℃2）当示值为20℃时的示值相对误差为，100℃时的示值相对误差为。 A、 2% B、 5％ C、 1％ D、 10％ 7、已知待测拉力约为 70N 左右。现有两只测力仪表，一只为 0.5 级，测量范围为 0 ～ 500N ；另 一只为 1.0 级，测量范围为 0 ～ 100N 。问选用哪一只测力仪表较好？为什么？ 8、欲测240V左右的电压，要求测量示值相对误差的绝对值不大于0.6%，问：若选用量程为250V电 压表，其精度应选级。若选用量程为300V，其精度应选级，若选用量程为500V的电压表，其精度应选级。 9、某个测温仪表测量范围是0-800摄氏度，使用后重新校验,发现最大绝对误差为6摄氏度,此仪表等 级为多少呢? 10、某压力表的测量范围为0~1MPa，精度等级为1级，试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？在 校验点（产生最大误差点）理论值为0.5MPa，测得值为0.508MPa问此表是否满足该表精度要求？ 11、随机误差在测量中不可避免，试说明其分布规律？具有哪些特点？（复习测量中三 大类误差的特点、产生原因与处理方法）
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第一章检测技术的基本概念 一、填空题： 1、传感器有、、组成 2、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出与输入的比值。 3、从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度。 4、下面公式是计算传感器的。 5、某位移传感器的输入变化量为5mm，输出变化量为800mv，其灵敏度为。 二、选择题： 1、标准表的指示值100KPa，甲乙两表的读书各为 KPa和 KPa。它们的绝对误差为。 A 和 B 和 C 和 2、下列哪种误差不属于按误差数值表示。 A绝对误差 B相对误差 C随机误差 D引用误差 3、有一台测量仪表，其标尺范围0—500 KPa，已知绝对误差最大值 P max=4 KPa，则该仪表的精度等级。 A 级 B 级 C 1级 D 级 4、选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。应选购的仪表量程为测量值的 倍。 A3倍 B10倍 C 倍 D 倍 5、电工实验中，常用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于测量， 而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于测量。 A偏位式 B零位式 C 微差式 6、因精神不集中写错数据属于。 系统误差 B随机误差 C粗大误差 7、有一台精度级，测量范围0—100 KPa，则仪表的最小分格。 A45 B40 C30 D 20 8、重要场合使用的元件或仪表，购入后进行高、低温循环老化试验，目的是为了。 A提高精度 B加速其衰老 C测试其各项性能指标 D 提高可靠性 9、传感器能感知的输入量越小，说明越高。 A线性度好 B迟滞小 C重复性好 D 分辨率高 三、判断题 1、回差在数值上等于不灵敏度 ( ) 2、灵敏度越大，仪表越灵敏（） 3、同一台仪表，不同的输入输出段灵敏度不同（） 4、灵敏度其实就是放大倍数（） 5、测量值小数点后位数越多，说明数据越准确（） 6、测量数据中所有的非零数字都是有效数字（） 7、测量结果中小数点后最末位的零数字为无效数字（） 四、问答题 1、什么是传感器的静态特性，有哪些指标。 答：指传感器的静态输入、输出特性。有灵敏度、分辨力、线性度、迟滞、稳定性、电磁兼容性、可靠性。
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信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术，是现代信息产业的三大支柱。 1．什么是传感器？ 广义：传感器是一种能把特定的信息按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。 狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 国家标准：定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。 2．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？ 传感器一般由敏感元件、转换原件和基本电路组成。敏感元件感受被测量，转换原件将其响应的被测量转换成电参量，基本电路把电参量接入电路转换成电量。传感器的核心部分是转换原件，转换原件决定传感器的工作原理。 3．传感器的总体发展趋势是什么？传感器的应用情况。 传感器正从传统的分立式朝着集成化、数字化、多功能化，微型化、智能化、网络化和光机电一体化的方向发展，具有高精度、高性能、高灵敏度、高可靠性、高稳定性、长寿命、高信噪比、宽量程和无维护等特点。未来还会有更新的材料，如纳米材料，更有利于传感器的小型化。发展趋势主要体现在这几个方面：发展、利用新效应；开发新材料；提高传感器性能和检测围；微型化与微功耗；集成化与多功能化；传感器的智能化；传感器的数字化和网络化。 4．了解传感器的分类方法。所学的传感器分别属于哪一类？ 按传感器检测的畴分类：物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器 按传感器的输出信号分类：模拟传感器、数字传感器 按传感器的结构分类：结构型传感器、物性型传感器、复合型传感器 按传感器的功能分类：单功能传感器、多功能传感器、智能传感器 按传感器的转换原理分类：机—电传感器、光—电传感器、热—电电传感器、磁—电传感器 电化学传感器 按传感器的能源分类：有源传感器、无源传感器 国标制定的传感器分类体系表将传感器分为：物理量、化学量、生物类传
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309题图：电容式差压传感器的结构与测量电路 309、左图是电容式差压传感器，金属膜片与两盘构成差动电容C 1、C 2，两边压力分别为F 1、F 2。图2－5右为二极管双T 型电路，电路中电容是左图中差动电容，电源、E 是占空比为50%的方波。试分析：(1)当两边压力相等F 1＝F 2时负载电阻R L 上的电压U o 值； 2)当F 1＞F 2时负载电阻R L 上的电压U o 的大小和方向(正负)。 309、解： 310、试分析圆筒型电容式传感器测量液面高度的基本原理。 310答：当初始状态时，液面高度h=0,则 1 2ln l R r C π ε= ，当液面高度为h 时，则 由此可见，电容变化量ΔC 与液面高度h 成正比，只要将电容的变化量测出发出来，就可间接获得被测液面高度。 311、根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型?每种类型各有什么特点?各适用于什么场合? 311、答：根据电容式传感器的工作原理，可将其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。 变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比，适合测量位移量。 变极板覆盖面积型电容传感器的特点是电容量与面积改变量成正比，适合测量线位移和角位移。 变介质型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同，通过改变介质的介电常数实现对被测量的检测，并通过电容式传感器的电容量的变化反映出来。适合于介质的介 电常数发生改变的场合。
336题图差动脉冲宽度调制线路 314题图 差动变压器式加速度传感器 (a) 结构示意图 （b ）测量电路方框图l 一弹性支承2一差动变压器 2 D t 1 2 x 1 312、试说明由比较器A 1、A 2、双稳态触发器及电容充、放电回路组成差动脉冲宽度调制电路工作原理。 312答：设电源接通时，双稳态触发器的A 端为高电位，B 端为低电位，因此A 点通过R 1 对C 1充电，直至M 点的电位等于参考电压U F 时，比较器A l 产生一脉冲，触发双稳态触发器翻转，则A 点呈低电位，B 点呈高电位。此时M 点电位经二级管D 1迅速放电至零。而同时B 点的高电位经R 2向C 2充电，当N 点电位等于U F 时，比较器A 2产生一脉冲。使触发器发器又翻转一次，则A 点呈高电位，B 点呈低电位，重复上述过程。如此周而复始，在 双 稳态触发器的两输出端各自产生一宽度受C 1 、C 2调制的方波脉冲。 313、试说明什么电容电场的边缘效应？如何消除？313答：理想条件下，平行板电容器的电场均匀分布于两极板所围成的空间，这仅是简化电容量计算的一种假定。当考虑电场的边缘效应时，情况要复杂得多，边缘效应的影响相当于传感器并联一个附加电容，引起了传感器的灵敏度下降和非线性增加。为了克服边缘效应，首先应增大初始电容量C o 。即增大极板面积，减小极板间距。此外，加装等位环是消除边缘效应的有效方法。 14、试说明图示的差动变压器式加速度传感器的工作原理。答：在被测加速度为零时，衔铁在初始位置状态，此时衔铁位于差动变压器线圈的中间位置，因而输出电压为零。当被测体有加速度时，由于弹性支承1受惯性力作用相对差动变压器2有位移，即带动衔铁相对被测体有相反方向的位移，从而使差动变压器输出电压。经检波、滤波后，其输出电压可反映被测加速度的数值。 315、电涡流式传感器有何特点？答：特点：涡流式传感器测量范围大，灵敏度高，结构简单，抗干扰能力强以及可以非接触测量等特点；示意图：被测板1的上，下各装一个传感器探头2，其间距为D 。而他们与板的上，下表面分 别相距X 1和X 2，这样板厚t=D －(X 1+X 2),当两个传感器在工作时分别测得X 1和X 2，转换成电压值后相加。相加后的电压值与两传感器距离D 对应的设定电压再相减，
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一、填空题(20分) 1.传感器由（敏感元件，转换元件，基本转换电路）三部分组成。 2.在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的（1.5 ） 倍左右为宜。 3.灵敏度的物理意义是（达到稳定工作状态时输出变化量与引起此变化的输入变化量之比。） 4. 精确度是指（测量结果中各种误差的综合，表示测量结果与被测量的真值之间的一致程度。） 5．为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用（细分）技术。 6.热电阻主要是利用电阻随温度升高而（增大）这一特性来测量温度的。 7.传感器静态特性主要有（线性度，迟滞，重复性，灵敏度）性能指标来描述。 8.电容传感器有三种基本类型，即(变极距型电容传感器、变面积型电容传感器, 变介电常数型电容传感器) 型。 9.压电材料在使用中一般是两片以上在,以电荷作为输出的地方一般是把压电元件（并联）起来，而当以电压作为输出的时候则一般是把压电元件（串联)起来 10.压电式传感器的工作原理是：某些物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为（顺压电效应）。相反，某些物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为（逆压电效应）。 11. 压力传感器有三种基本类型，即（电容式，电感式，霍尔式）型. 12.抑制干扰的基本原则有（消除干扰源，远离干扰源，防止干扰窜入）. 二、选择题（30分,每题3分）1、下列( )不能用做加速度检测传感器。D.热电偶 2、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的( ).C．压电效应 3、下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（）. C．温度 4、属于传感器动态特性指标的是（）.D．固有频率 5、对压电式加速度传感器，希望其固有频率( ).C.尽量高些 6、信号传输过程中，产生干扰的原因是( )C.干扰的耦合通道 7、在以下几种传感器当中( )属于自发电型传感器.C、热电偶 8、莫尔条纹光栅传感器的输出是( ).A.数字脉冲式 9、半导体应变片具有( )等优点.A.灵敏度高 10、将电阻应变片贴在( )上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器. C.弹性元件 11、半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率( ).B.迅速下降 12、在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是( ). C、将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 13、在以下几种传感器当中( ABD 随便选一个)不属于自发电型传感器. A、电容式 B、电阻式 C、热电偶 D、电感式 14、( )的数值越大,热电偶的输出热电势就越大.D、热端和冷端的温差 15、热电阻测量转换电路采用三线制是为了( B、减小引线电阻的影响). 16、下列( )不能用做加速度检测传感器.B.压电式 三、简答题（30分） 1.传感器的定义和组成框图？画出自动控制系统原理框图并指明传感器在系统中的位置和
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传感器原理及其应用习题 第1章传感器的一般特性 一、选择、填空题 1、衡量传感器静态特性的重要指标是_灵敏度______、__线性度_____、____迟滞___、___重复性_____ 等。 2、通常传感器由＿＿敏感元件＿＿、＿＿转换元件＿＿＿＿、＿转换电路＿＿＿＿三部分组成，是能把外界＿非电量＿转换成＿＿＿电量＿＿＿的器件和装置。 3、传感器的＿＿标定＿＿＿是通过实验建立传感器起输入量与输出量之间的关系，并确定不同使用条件下的误差关系。 4、测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为粗大、系统和随机误差三类，其中随机误差可以通过对多次测量结果求平均的方法来减小它对测量结果的影响。 5、一阶传感器的时间常数τ越__________, 其响应速度越慢;二阶传感器的固有频率ω0越_________, 其工作频带越宽。 6、按所依据的基准直线的不同，传感器的线性度可分为、、、。 7、非线性电位器包括和两种。 8、通常意义上的传感器包含了敏感元件和（C ）两个组成部分。 A. 放大电路 B. 数据采集电路 C. 转换元件 D. 滤波元件 9、若将计算机比喻成人的大脑，那么传感器则可以比喻为(B )。 A．眼睛 B. 感觉器官 C. 手 D. 皮肤 10、属于传感器静态特性指标的是（D ） A.固有频率 B.临界频率 C.阻尼比 D.重复性 11、衡量传感器静态特性的指标不包括（ C ）。
A. 线性度 B. 灵敏度 C. 频域响应 D. 重复性 12、下列对传感器动态特性的描述正确的是（） A 一阶传感器的时间常数τ越大, 其响应速度越快 B 二阶传感器的固有频率ω0越小, 其工作频带越宽 C 一阶传感器的时间常数τ越小, 其响应速度越快。 D 二阶传感器的固有频率ω0越小, 其响应速度越快。 二、计算分析题 1、什么是传感器？由几部分组成？试画出传感器组成方块图。 2、传感器的静态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义。 作业3、传感器的动态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义 第2章电阻应变式传感器 一、填空题 1、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称__应变_____效应；半导体或固体受到作用力后_电阻率______要发生变化，这种现象称__压阻_____效应。直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度下降了，这种现象称为____横向___效应。 2、产生应变片温度误差的主要因素有＿电阻温度系数的影响、＿试验材料和电阻丝材料的线性膨胀系数的影响＿。 3、应变片温度补偿的措施有＿＿＿电桥补偿法＿、＿应变片的自补偿法、＿、。 4. 在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，_全桥__接法可以得到最大灵敏度输出。 5. 半导体应变片工作原理是基于压阻效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数大十倍 6．电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时，不仅可以消除线性误差同时还能起到温度补偿
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第一章 检测技术的基本概念 一、填空题： 1、 传感器有 ____________ 、 、 __________ 组成 2、 传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出 _______________ 与输入 _________ 的比值。 3、 从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度 ______________ 。 4、 下面公式是计算传感器的 ____________ 。 y max y min 5、某位移传感器的输入变化量为 5mm ，输出变化量为800mv ,其灵敏度为 _________________ 。 、 选择题: 1、 标准表的指示值 100KPa ，甲乙两表的读书各为 101.0 KPa 和99.5 KPa 。它们的绝对误差 为 ______________ 。 A 1.0KPa 禾口 -0.5KPa B 1.0KPa 禾口 0.5KPa C 1.00KPa 禾口 0.5KPa 2、 下列哪种误差不属于按误差数值表示 _____________________ 。 A 绝对误差 B 相对误差 C 随机误差 D 引用误差 3、 有一台测量仪表，其标尺范围 0— 500 KPa ，已知绝对误差最大值 Pmax=4 KPa ，则该仪表的精度等级 __________________ 。 A 0.5 级 B 0.8 级 C 1 级 D 1.5 级 4、 选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。应选购的仪表量程为测量 值的 _______________ 倍。 A3 倍 B10 倍 C 1.5 倍 D 0.75 倍 5、 电工实验中，常用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于 ___________________ 测量， 而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于 ___________________ 测量。 A 偏位式 B 零位式 C 微差式 6、 因精神不集中写错数据属于 。 系统误差 B 随机误差 C 粗大误差 7、 有一台精度2.5级，测量范围0—100 KPa ,则仪表的最小分 _______________ 格。 A45 B40 C30 D 20 8、重要场合使用的元件或仪表，购入后进行高、低温循环老化试验，目的是为 了 。 9、传感器能感知的输入量越小，说明 _________________ 越高。 三、判断题 1、 回差在数值上等于不灵敏度 （ ） 2、 灵敏度越大，仪表越灵敏 （ 3、 同一台仪表，不同的输入输出段灵敏度不同 （ ） 4、 灵敏度其实就是放大倍数 （ ） 5、 测量值小数点后位数越多，说明数据越准确 （ ） A max 100% (1-9) A 提高精度 B 加速其衰老 C 测试其各项性能指标 D 提高可靠性 A 线性度好 B 迟滞小 C 重复性好 D 分辨率高
传感器练习题
第一章 1. WSN历史大体分为三个阶段，每个阶段的特点是什么 第一阶段：传统的传感器系统。特征在于传感器节点只产生探测数据流，没有计算机能力，且相互之间不能通信。 第二阶段：传感器网络节点集成化。这阶段的技术特点是采用了现在微型化的传感器节点，这些节点可以同时具备感知能力，计算能力和通信能力。 第三阶段：多跳自组网。这阶段特点是网络传输自组织，节点设计低功耗。 2. 无线网络的分类是什么 无线网络分为有基础设施网和无基础设施网，有基础设施网包括WIFI和WIMAX,无基础设施网包括移动Ad hoc网络和无线传感器网络。 3. 什么是WSN 无线传感器网络(WSN)是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，目的是协作地采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监测信息，并报告给用户。4．WSN的网络体系结构是什么样的 传感器网络通常包括：传感器节点、汇聚节点和管理节点。 5. 传感器结点的结构由哪几部分组成，各部分的功能是什么 传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成。 传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换。 处理器模块负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其他节点发来的数据。 无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据。 能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量，通常采用微型电池。 6. WSN改进型的协议栈体系结构是什么样的 定位和时间同步子层在协议栈中的位置比较特殊。它们既要依赖于数据传输通道进行协作定位和时间同步协商，同时又要为网络协议各层提供信息支持，如基于时分复用的MAC协议，基于地理位置的路由协议等都需要定位和同步信息。 能量管理在每个协议层中都要增加能量控制代码，并提供给操作系统进行能量分配决策； QOS管理在各协议层设计队列管理、优先级控制或者带宽预留机制，并对特定应用的数据给予特别处理； 拓扑控制利用物理层、链路层或路由层完成拓扑生成，反过来又为它们提供基础信息支持，优化MAC协议和路由协议的协议过程，提高协议效率，减少网络能量消耗； 网络管理则要求协议各层嵌入各种信息接口，并定时收集协议运行状态和流量信息，协调控制网络中各个协议组件的运行。 7. WSN 与AD HOC网络有什么相同点与不同点 8.传感器结点受到哪三方面因素的限制 电源能量限制、通信能力受限、计算和存储能力受限。 9. 传感器网络的组网特点有哪些 无线传感器网络主要特点包括自组织性、以数据为中心、应用相关性、动态性、网络规模大和需要高的可靠性等。 第二章练习1 1. WSN路由协议的定义是什么 WSN路由协议是一套将数据从源节点传输到目的节点的机制。 2. WSN路由协议的设计目标有哪几点 满足应用需求 低网络开销 资源利用的整体有效性 网络高吞吐率 3. 什么是数据中心网络、地址中心网络 4. WSN的网络体系结构是什么样的 路由协议的要求是什么 1)能量高效（协议简单&节省能量&均衡消耗） 2)可扩展性（网络范围&节点密度） 3)鲁棒性（节点变化&拓扑变化） 4）快速收敛性 6. WSN路由协议的关键技术有哪些 考虑网络和节点能量优化（硬件限制） 具有高可扩展性（网络规模&自组织） 适应强网络拓扑变化（节点移动&无线信道）
检测传感技术期末复习试题参考答案
中国石油大学（北京）远程教育学院 《检测传感技术》期末复习题参考答案 一、填空题（本题共计40分，每一填空计2分） 1. 一个完整的测试系统由激励装置、传感器、信号调理、信号处理、显示记录等五个基本环节组成。 2. 在测试系统中，激励装置的功能是激发隐含的被测信息；传感器的功能是将被测信息转换成其他信息；信号调理环节的功能是将传感器获得的信息转换成更适合于进一步传输和处理的形式；信号处理环节的功能是对来自信号调理环节的信息进行各种处理和分析；显示记录环节的功能是显示或存储测试的结果。 3. 不失真测试即测试系统的输出要真实地反映其输入的变化。为实现不失真测试，系统频率响应需要满足的条件是：幅频特性为常数；相频特性呈线性。对系统瞬态响应的要求是：瞬态误差小；调整时间短。 4. 测试信号的时域特征参数主要有均值、方差和均方值。 5. 信号的均值反映随机信号变化的中心趋势；信号的方差反映随机信号在均值附近的分布状况；信号的均方值反映随机信号的强度。 6. 任何周期信号均可分解为一系列频率比为有理数的简谐信号, 其频谱特性包括离散性、谐波性、收敛性。 7. 频率单一的正弦或余弦信号称为谐波信号。一般周期信号由一系列频率比为有理数的谐波信号叠加而成。 8. 周期信号的频谱特性：离散性即各次谐波分量在频率轴上取离散值；谐波性即各次谐波分量的频率为基频的整倍数；收敛性即各次谐波分量随频率的增加而衰减。 9. 瞬态信号是在有限时间段存在，属于能量有限信号。
10. 瞬态信号的频谱为连续谱,其幅值频谱的量纲为单位频宽上的幅值，即幅值频谱密度函数。 11. 一阶测试系统的基本参数是时间常数。根据对测试系统的基本要求及一阶测试系统的频率响应和单位阶跃响应，一阶测试系统的基本参数的选取原则是时间常数小。 12. 二阶测试系统的基本参数是固有频率和阻尼比。 13. 金属丝应变片依据应变效应工作；半导体应变片依据压阻效应工作。 14. 压力传感器由弹性敏感元件和机电转换元件两部分组成。 15. 测量传感器的动态特性的实验方法包括频率响应法和时间响应法。 16. 基于弹性元件受力产生变形实现检测的力传感器为二阶测试系统。为保证不失真测试，要求传感器的固有频率远大于被测力参数的工作频率。 17. 线性系统的频率保持性即若对线性系统的输入为某一频率的简谐信号，则其稳态响应必是同一频率的简谐信号。 18. 系统频率响应函数测试中，稳态正弦激励方式的依据是线性系统的频率保持性，其特点是测试周期长，其原因在于在每个测试频率处，只有当系统达到稳定状态才能进行测试。 二、解释题（本题共计12分，每小题4分） 1. 物性型传感器 答：依靠敏感元件材料本身物理性质在被测量作用下的变化来实现信号转换的传感器，如应变式、压电式、压阻式传感器。 2. 结构型传感器
传感器试题(答案)
《传感器及应用技术》期末考试试题（C套）答案 1、填空题（每空1分，共30分）： 1、现代信息技术的三大支柱是指：传感器技术、通信技术、计算机技术 2、国家标准(GB7665-87)对传感器(Transducer/Sensor)的定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。 3、传感器由敏感元件、传感元件、测量转换电路和辅助电源三部分组成。 4、现代科学技术使人类社会进入了信息时代，来自自然界的物质信息都需要通过传感器进行采集才能获取。 5、测量结果与被测量的约定真值之间的差别就称为误差。 6、对测量结果评价的三个概念（１）精密度、（２）准确度、（３）精确度 7、对传感器的输出量与输入量之间对应关系的描述－－称为传感器的特性。 8、电阻应变式传感器的工作原理是将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感元件上，使物理量的变化变成应变片的应力、应变变化，从而变成电阻值变化。 9、热电阻温度计是利用金属导体或半导体材料的电阻率随温度而变化的特性进行温度测量。 10、电感式传感器是利用电磁感应原理，将被测非电量的变化转换成线圈的电感变化的一种传感器。 11、压电传感器是一种典型的自发电式传感器。它以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质的表面产生电荷，从而实现非电量的电测转换。 12、热电偶产生的热电势一般由⑴接触电势和⑵温差电势组成。 13光电式传感器是利用光敏元件将光信号转换为电流信号的装置。 14、霍尔传感器是利用霍尔效应原理制成的传感器，主要用来测量磁场的大小。 15、电容式传感器有变面积式、变间隙式和变介质式三种。 16、当输入端加电流I，并在元件平面法线方向加磁感强度为B的磁场，那么在垂直于电流和磁场方向上将产生电动势，这种现象就是霍尔效应。
(完整版)传感器新习题集及答案
习题集及答案 第1章概述 1.1 什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？ 1.2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。 1.3 简述传感器主要发展趋势，并说明现代检测系统的特征。 1.4 传感器如何分类？按传感器检测的范畴可分为哪几种？ 1.5 传感器的图形符号如何表示？它们各部分代表什么含义？应注意哪些问题？ 1.6 用图形符号表示一电阻式温度传感器。 1.7 请例举出两个你用到或看到的传感器，并说明其作用。如果没有传感器，应该出现哪种 状况。 1.8 空调和电冰箱中采用了哪些传感器？它们分别起到什么作用？ 答案 1.1答： 从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。我们对传感器定义是：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 我国国家标准（GB7665—87）对传感器（Sensor/transducer）的定义是：“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置”。定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。 1.2答： 组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成； 关系，作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。 1.3答：（略）答： 按照我国制定的传感器分类体系表，传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器三大类，含12个小类。按传感器的检测对象可分为：力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。 1.5 答： 图形符号（略），各部分含义如下： ①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。 ②传感器：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,通 常由敏感元件和转换元件组成。 ③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的装置。 ④变送器：能输出标准信号的传感器答：（略）答：（略）答：（略） 第2章传感器的基本特性 2.1传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标描述？它们一般可用哪些公式表示？ 表征了2.2传感器的线性度是如何确定的？确定拟合直线有哪些方法？传感器的线性度 L
传感器期末复习资料110528
传感器期末复习资料110528
《传感器与检测技术复习资料》 一、选择题 1、随着人们对各项产品技术含量的要求的不断提高，传感器也朝向智能化方面发展，其中，典型的传感器智能化结构模式是（ B ）。 A. 传感器＋通信技术 B. 传感器＋微处理器 C. 传感器＋多媒体技术 D. 传感器＋计算机 2、传感器的主要功能是（A ）。 A. 检测和转换 B. 滤波和放大 C. 调制和解调 D. 传输和显示 3、测量者在处理误差时，下列哪一种做法是无法实现的（ A ） A．消除随机误差B．减小或消除系统误差
C．修正系统误差D．剔除粗大误差 4、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（ C ） A．线性度、灵敏度、阻尼系数B．幅频特性、相频特性、稳态误差 C．迟滞、重复性、漂移D．精度、时间常数、重复性 5、电阻应变片配用的测量电路中，为了克服分布电容的影响，多采用( C )。 A．直流平衡电桥B．直流不平衡电桥 C．交流平衡电桥D．交流不平衡电桥 6、利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（ C ）。A．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片
B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片 D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片 7、差动螺线管式电感传感器配用的测量电路有( C )。 A．直流电桥B．变压器式交流电桥 C．差动相敏检波电路D．运算放大电路 8、下列说法正确的是（D ）。 A. 差动整流电路可以消除零点残余电压，但不能判断衔铁的位置。 B. 差动整流电路可以判断衔铁的位置，但不能判断运动的方向。 C. 相敏检波电路可以判断位移的大小，但不能判断位移的方向。
传感器技术期末考试试题库
一、填空题（每题3分） 1、传感器静态性是指 传感器在被测量的各个值处于稳定状态时 ，输出量和 输入量之间的关系称为传感器的静态特性。 2、静态特性指标其中的线性度的定义是指 。 3、静态特性指标其中的灵敏度的定义是指 。 4、静态特性指标其中的精度等级的定义式是 传感器的精度等级是允许的最大绝对误差相对于其测量范围的百分数 ，即A ＝ΔA/Y FS ＊100％。 5、最小检测量和分辨力的表达式是 。 6、我们把 叫传感器的迟滞。 7、传感器是重复性的物理含意是 。 8、传感器是零点漂移是指 。 9、传感器是温度漂移是指 。 10、 传感器对随时间变化的输入量的响应特性 叫传感器动态性。 11、动态特性中对一阶传感器主要技术指标有 时间常数 。 12、动态特性中对二阶传感器主要技术指标有 固有频率 、阻尼比。 13、动态特性中对二阶传感器主要技术指标有 固有频率、 阻尼比。 14、传感器确定拟合直线有 切线法、端基法和最小二乘法 3种方法。 15、传感器确定拟合直线切线法是将 过实验曲线上的初始点的切线作为按惯例直线的方法 。 16、传感器确定拟合直线端基法是将 把传感器校准数据的零点输出的平均值a 0和滿量程输出的平均值b 0连成直线a 0b 0作为传感器特性的拟合直线 。 17、传感器确定拟合直线最小二乘法是 用最小二乘法确定拟合直线的截距和斜率从而确定拟全直线方程的方法 。 25、传感器的传递函数的定义是 H(S)=Y(S)/X(S) 。 29、幅频特性是指 传递函数的幅值随被测频率的变化规律 。 30、相频特性是指 传递函数的相角随被测频率的变化规律 。 Y K X ?=?CN M K = max max 100%100%H H F S F S H H Y Y δδ????=±?=±?2或23100%K F S Y δδδ?-=±????0F S 100%Y Y 零漂＝max 100%F S T Y ???? max *100%L F S Y Y σ??=±