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传感器与测试技术课后答案李晓莹

发布日期:2020-12-19 21:50

  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。

  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。

  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。

  第一章1.何为准确度、精密度、精确度?并阐述其与系统误差和随机误差的关系。

  答:准确度:反映测量结果中系统误差的影响程度。 精密度:反映测量结果中随机误差的影响程度。

  精确度:反映测量结果中系统误差和随机误差综合的的影响程度,其定量特征可用测量的不确定度表示。4.为什么在使用各种指针式仪表时,总希望指针偏转在全量程的2/3以上范围内使用? 答:选用仪表时要考虑被测量的大小越接近仪表上限越好,为了充分利用仪表的准确度,选用仪表前要对被测量有所了解,其被测量的值应大于其测量上限的2/3。

  14.何为传感器的静态标定和动态标定?试述传感器的静态标定过程。 答:静态标定:确定传感器的静态特性指标,如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。

  动态标定:确定传感器的动态特性参数,如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。 静态标定过程:①将传感器全量程分成如干等间距点。

  ②根据传感器量程分点情况,由小到大一点一点地输入标准量值,并记录与各输入值相应的输出值。 ③将输入值由大到小一点一点减小,同时记录与各输入值相对应的输出值。

  ④按②、③所述过程,对传感器进行正反行程往复循环多次测试,将得到的输出-输入测试数据用表格列出或作出曲线。⑤对测试数据进行必要的处理,根据处理结果就可以确定传感器的线性度、灵敏度、迟滞和重复性等静态特性指标。

  第二章1.什么叫应变效应?利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。 答:应变效应:金属丝的电阻随着它所受的机械形变的大小而发生相应的变化的现象称为金属应变效应。

  工作原理:在电阻丝拉伸极限内,电阻的相对变化与应变成正比, 即:=K0 (K0:电阻丝的灵敏系数、:导体的纵向应变)2.金属电阻应变片与的工作原理有何区别?各有何优缺点? 答:区别:金属电阻变化主要是由机械形变引起的;半导体的阻值主要由电阻率变化引起的。 优缺点:金属电阻应变片的主要缺点是应变灵敏系数较小,半导体应变片的灵敏度是金属电阻应变片50倍左右。

  6.什么是直流电桥?若按桥臂工作方式不同,可分为哪几种?各自的输出电压如何计算? 答:直流电桥:电桥电路的工作电源E 为直流电源,则该电桥称为直流电桥。 分类及输出电压:①单臂电桥:U0=* ②半桥差动:U0=* ③全桥差动:U0= 第三章1.自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检波的交流电桥,哪个能更好地完成这一任务?为什么? 答:主要任务:实现被测量的变化转换成电感量的变化。

  比较变压器式电桥和带相敏检波的交流电桥这两种方式可知:输出电压的幅值表示了衔铁移动的方向。根据其整流电路输出电压特性曲线,使用相敏整流电路,输出电压U0不仅能反映衔铁位移x的大小和方向,而却还消除了零点残余电压的影响。

  4.何为零点残余电压?说明该电压产生的原因及消除方法。 答:当衔铁处于中心位置时,差动变压器的输出电压并不等于零,把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压。

  产生原因:①由于两个二次测量线圈的等效参数不对称,使其输出的基波感应电动势的幅值和相位不同,调整磁芯位置时,也不能达到幅值和相位相同。 ②由于铁心的B-H特性的非线性,产生高次谐波不同,不能相互抵消。

  消除方法:①在设计和工艺上,力求做到磁路对称、线圈对称。 ②采用拆圈的实验方法减小零点残余电压。

  ③在电路上进行补偿。10.利用电涡流传感器测量板材厚度的原理是什么? 答:原理:当金属板得厚度变化时,将使传感器探头与金属板间的距离改变,从而引起输出电压的变化。

  通常在被测板的上、下方各装一个传感器探头,其间距离为D,而它们与板的上、下表面分别相距 x1和x2,这样板厚t=D-(x1+x2), ,当两个传感器在工作在工作时分别测得x1和x2,转换成电压值后相加。相加后的电压值与两传感器间距离D对应的设定电压相减,就得到与板厚相对应的电压值。

  第四章5.什么叫CCD势阱?论述CCD的电荷转移过程。 答:CCD势阱:当MOS电容器栅压大于开启电压Uth时,由于表面势升高,如果周围存在电子,并迅速地聚集到电极下的半导体表面处,由于电子在那里的势能较低,所以可以形象地说,半导体表面形成了对于电子的势阱。

  CCD的电荷转移过程:使MOS电容阵列的排列足够紧密,以致相邻MOS电容的势阱相互沟通。当加在MOS电容上的电压越高,且在MOS阵列上所加的各路电压脉冲即时钟脉冲,必须严格满足相位要求,根据产生的势阱越深的原理,通过控制相邻MOS电容栅极电压的高低调节势阱的深浅,使信号电荷由势阱浅处流向势阱深处。

  7.说明光导纤维的组成并分析其导光原理,指出光导纤维导光的必要条件是什么? 答:光导纤维组成:光发送器、敏感元件、光接收器、信号处理系统、光纤 导光原理:由光发送器发出的光源经光纤引导至敏感元件,光的某一性质受到被测量的调制,已调光经接收光纤耦合到光接收器,使光信号变为电信号,最后经信号处理系统得到所期待的被测量。 必要条件=10.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? 答:基本原理:光栅传感器。

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