传感器与检测技术习题课重点
《传感器与检测技术》课后习题：第八章(含答案)
第八章习题答案1．什么是光电效应，依其表现形式如何分类，并予以解释。
解：光电效应首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电转换元件变换成电信号,光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类：a)在光线作用下，能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应;b)受光照的物体导电率1R发生变化，或产生光生电动势的效应叫内光电效应。
2．分别列举属于内光电效应和外光电效应的光电器件。
解：外光电效应，如光电管、光电倍增管等。
内光电效应，如光敏电阻、光电池和光敏晶体管等。
3．简述CCD 的工作原理。
解：CCD 的工作原理如下：首先构成CCD 的基本单元是MOS 电容器，如果MOS 电容器中的半导体是P 型硅，当在金属电极上施加一个正电压时，在其电极下形成所谓耗尽层，由于电子在那里势能较低，形成了电子的势阱，成为蓄积电荷的场所。
CCD 的最基本结构是一系列彼此非常靠近的MOS 电容器，这些电容器用同一半导体衬底制成，衬底上面覆盖一层氧化层，并在其上制作许多金属电极，各电极按三相（也有二相和四相）配线方式连接。
CCD 的基本功能是存储与转移信息电荷，为了实现信号电荷的转换：必须使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，即相互耦合；控制相邻MOC 电容栅极电压高低来调节势阱深浅，使信号电荷由势阱浅的地方流向势阱深处；在CCD 中电荷的转移必须按照确定的方向。
4．说明光纤传输的原理。
解：光在空间是直线传播的。
在光纤中，光的传输限制在光纤中，并随光纤能传送到很远的距离，光纤的传输是基于光的全内反射。
当光纤的直径比光的波长大很多时，可以用几何光学的方法来说明光在光纤内的传播。
设有一段圆柱形光纤，它的两个端面均为光滑的平面。
当光线射入一个端面并与圆柱的轴线成θi 角时，根据斯涅耳（Snell ）光的折射定律，在光纤内折射成θj ，然后以θk 角入射至纤芯与包层的界面。
若要在界面上发生全反射，则纤芯与界面的光线入射角θk 应大于临界角φc （处于临界状态时，θr =90º），即:21arcsin k c n n θϕ≥=且在光纤内部以同样的角度反复逐次反射，直至传播到另一端面。
《传感器与检测技术》课后习题：第四章(含答案)
第四章习题答案1．某电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径)(4mm r =，工作初始极板间距离)(3.00mm =δ，介质为空气。
问：（1）如果极板间距离变化量)(1m μδ±=∆，电容的变化量C ∆是多少？（2）如果测量电路的灵敏度)(1001pF mV k =，读数仪表的灵敏度52=k （格／mV ）在)(1m μδ±=∆时，读数仪表的变化量为多少？解：（1）根据公式SSSd C d d d d d dεεε∆∆=-=⋅-∆-∆ ，其中S=2r π （2）根据公式112k k δδ∆=∆ ，可得到112k k δδ⋅∆∆==31001100.025-⨯⨯= 2．寄生电容与电容传感器相关联影响传感器的灵敏度，它的变化为虚假信号影响传感器的精度。
试阐述消除和减小寄生电容影响的几种方法和原理。
解：电容式传感器内极板与其周围导体构成的“寄生电容”却较大，不仅降低了传感器的灵敏度，而且这些电容（如电缆电容）常常是随机变化的，将使仪器工作很不稳定，影响测量精度。
因此对电缆的选择、安装、接法都有要求。
若考虑电容传感器在高温、高湿及高频激励的条件下工作而不可忽视其附加损耗和电效应影响时，其等效电路如图4-8所示。
图中L 包括引线电缆电感和电容式传感器本身的电感；C 0为传感器本身的电容；C p 为引线电缆、所接测量电路及极板与外界所形成的总寄生电容，克服其影响，是提高电容传感器实用性能的关键之一；R g 为低频损耗并联电阻，它包含极板间漏电和介质损耗；R s 为高湿、高温、高频激励工作时的串联损耗电组，它包含导线、极板间和金属支座等损耗电阻。
此时电容传感器的等效灵敏度为2200220/(1)(1)g e e k C C LC k d d LC ωω∆∆-===∆∆- （4-28）当电容式传感器的供电电源频率较高时，传感器的灵敏度由k g 变为k e ，k e 与传感器的固有电感（包括电缆电感）有关，且随ω变化而变化。
传感器与检测技术(陈杰)课后习题答案重点
所以，
y kx b 1.98x 0.09
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第1章
1.11
i yi (kxi b)
1 0.07
2 0.05
3 0.05
4 0.11 5 0.11 6 0.08
0.11 Lmax 100% 0.09% L y FS 12.05
y 2 5.36
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第1章
1.7
解：
n 2 G（j） 2 s 2 n s n
2 s j
1 1 2 j n n
1
2 2
2
G j
1 1 n
Rxn rn RP
rn Yn 1 rn m(1 rn )
n [1,10], n N
Rx1 10, Rx 2 20, Rx 3 30, Rx 4 40, Rx 5 50, Rx 6 60, Rx 7 70, Rx8 80, Rx 9 90, Rx10 100
2
2
6 182.54 21 42.23 208.41 1.98 6 91 21 21 105
91 42.23 21 182.54 9.59 0.09 6 91 21 21 105
(xi yi xi xi yi ) nxi (xi ) 2
第0章
0.1
答：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。
传感器与检测技术重点知识点总结
传感器与检测技术重点知识点总结传感器是一种能够感知、收集并转换物理量或化学量等信息的装置。
它广泛应用于各个行业和领域，如工业生产、环境监测、医疗设备、汽车等。
以下是传感器与检测技术的一些重点知识点总结。
1.传感器的基本原理-传感器是通过感知或测量物理量或化学量等信息，并将其转化为可用的电信号输出。
-常见的物理量包括温度、压力、湿度、光照强度、流量等；化学量包括气体浓度、pH值等。
-传感器的工作原理包括电学、热学、光学、化学以及机械等不同的原理。
-传感器的输出信号可以是电压、电流、频率、电阻等形式。
2.传感器的分类-按照感知的物理量或化学量的不同，传感器可以分为温度传感器、压力传感器、光敏传感器、流量传感器等。
-按照测量原理的不同，传感器可以分为电阻传感器、电容传感器、电感传感器、化学传感器等。
-按照输出信号类型的不同，传感器可以分为模拟输出传感器和数字输出传感器。
3.传感器的特性与参数-灵敏度：传感器响应物理量变化的能力，它决定了传感器的测量范围和分辨率。
-精度：传感器测量值与真实值之间的偏差，包括系统误差、随机误差等。
-响应时间：传感器从感知到输出响应所需的时间。
-可靠性：传感器在一定环境条件下长时间稳定工作的能力。
-线性度：传感器输出信号与输入物理量之间的线性关系。
-温度影响：传感器在不同温度下性能的稳定性。
-零点漂移：在长时间使用过程中，传感器输出信号发生的零点偏移。
-跨度漂移：在长时间使用过程中，传感器输出信号的量程偏移。
-电磁兼容性：传感器在干扰条件下的工作能力。
4.传感器的应用领域-工业生产：用于监测和控制工艺过程中的温度、压力、流量等参数，提高生产效率和质量。
-环境监测：用于监测大气污染、水质污染、噪声等环境参数，保护生态平衡和人类健康。
-汽车行业：用于汽车发动机的温度、压力、氧气浓度等参数的监测和控制，提高汽车性能和安全性。
-医疗设备：用于监测病人的体温、心率、血压等生理参数，辅助医疗诊断和治疗。
《传感器与检测技术》课后习题：第十八章(含答案)
第十八章习题答案
1、DS18B20数字温度传感器有哪些特点？
解：DS18B20 数字温度传感器有如下的特点：
1)只要求一个端口即可实现通信。
2)在DS18B20 中的每个器件上都有独一无二的序列号。
3)实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。
4)测量温度范围在－55。
C 到＋125。
C 之间。
5)数字温度计的分辨率用户可以从9 位到12 位选择。
6)内部有温度上、下限告警设置。
2、试根据本章所给程序画出本设计的程序框图。
解：通过所给程序，可以看出本章所设计的数字温度传感器测量温度的简单框图如下所示：。
传感器与检测技术课后习题与答案
第一章1．什么是传感器？它由哪几个局部组成？分别起到什么作用？解：传感器是一种以一定的准确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。
敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入根本转换电路，便可转换成电量输出。
2．传感器技术的开展动向表现在哪几个方面？解：〔1〕开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。
〔2〕开发研制新型传感器及组成新型测试系统①MEMS技术要求研制微型传感器。
如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。
②研制仿生传感器③研制海洋探测用传感器④研制成分分析用传感器⑤研制微弱信号检测传感器〔3〕研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。
它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。
系统功能最大程度地用软件实现。
〔4〕传感器开展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断开展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。
〔5〕多功能与多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。
3．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进展检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的根本特性，即输出—输入特性。
衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。
1〕传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度；2〕传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx的比值；3〕传感器的迟滞是指传感器在正〔输入量增大〕反〔输入量减小〕行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；4〕传感器的重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续屡次变化时，所得特性曲线不一致的程度。
传感器及检测技术重点知识点总结
传感器及检测技术重点知识点总结传感器是一种能够感知环境中各种参数并将其转化为可量化的电信号输出的设备。
检测技术则是利用传感器对环境中各种参数进行检测和监测的技术。
以下是传感器及检测技术的重点知识点总结：1.传感器的基本原理：传感器的基本原理是将被测物理量转化为与之成正比的电信号输出。
传感器中常用的原理包括电阻、电容、电感、磁电效应、光电效应等。
2.传感器的分类：传感器可以根据测量参数的类型进行分类，如力传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等；也可以根据传感器的工作原理进行分类，如光传感器、声传感器、气体传感器、生物传感器等。
3.传感器的特性：传感器的特性包括精度、灵敏度、稳定性、线性度、响应时间等。
精度是指传感器输出与实际值之间的偏差；灵敏度是指传感器输出信号随被测量变化的程度；稳定性是指传感器输出信号在长时间内的稳定程度；线性度是指传感器输出与被测量之间的线性关系；响应时间是指传感器从检测到信号输出的时间。
4.传感器信号的处理和调节：传感器输出的信号常常需要经过放大、滤波、校准和线性化处理后才能得到有效的结果。
放大可以增大传感器输出信号的幅度；滤波可以去除传感器输出信号中的噪声；校准可以修正传感器输出的非线性特性；线性化可以将传感器输出信号与被测量参数之间建立线性关系。
5.传感器网络和通信技术：近年来，随着物联网的兴起，传感器网络和通信技术也得到了迅速发展。
传感器网络是一种由分布在空间中的大量传感器节点组成的网络，通过无线通信技术实现节点之间的数据传输。
这种网络可以实现大范围的环境监测和数据采集。
6.检测技术的应用领域：传感器及检测技术广泛应用于各个领域，如环境监测、医疗健康、交通运输、工业自动化等。
在环境监测方面，传感器可以用于测量环境中的温度、湿度、气体含量等；在医疗健康方面，传感器可以用于监测人体的心率、体温、血压等；在交通运输方面，传感器可以用于监测车辆的速度、加速度、位置等；在工业自动化方面，传感器可以用于监测生产线上的温度、压力、流量等。
(完整版)传感器与检测技术(重点知识点总结)
传感器与检测技术知识总结1：传感器是能感受规定的被检测量并按照一定规律转换成可输出信号的器件或装置。
一、传感器的组成2：传感器一般由敏感元件，转换元件及基本转换电路三部分组成。
①敏感元件是直接感受被测物理量，并以确定关系输出另一物理量的元件（如弹性敏感元件将力，力矩转换为位移或应变输出）。
②转换元件是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数（电阻，电感，电容）及电流或电压等电信号。
③基本转换电路是将该电信号转换成便于传输，处理的电量。
二、传感器的分类1、按被测量对象分类（1）内部信息传感器主要检测系统内部的位置，速度，力，力矩，温度以及异常变化。
（2）外部信息传感器主要检测系统的外部环境状态，它有相对应的接触式（触觉传感器、滑动觉传感器、压觉传感器）和非接触式（视觉传感器、超声测距、激光测距）。
2、传感器按工作机理（1）物性型传感器是利用某种性质随被测参数的变化而变化的原理制成的（主要有：光电式传感器、压电式传感器）。
（2）结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律等构成的（主要有①电感式传感器；②电容式传感器；③光栅式传感器）。
3、按被测物理量分类如位移传感器用于测量位移，温度传感器用于测量温度。
4、按工作原理分类主要是有利于传感器的设计和应用。
5、按传感器能量源分类（1）无源型：不需外加电源。
而是将被测量的相关能量转换成电量输出（主要有：压电式、磁电感应式、热电式、光电式）又称能量转化型；（2）有原型：需要外加电源才能输出电量，又称能量控制型（主要有：电阻式、电容式、电感式、霍尔式）。
6、按输出信号的性质分类（1）开关型（二值型）：是“1”和“0”或开(ON)和关（OFF）；（2）模拟型：输出是与输入物理量变换相对应的连续变化的电量，其输入/输出可线性，也可非线性；（3）数字型：①计数型：又称脉冲数字型，它可以是任何一种脉冲发生器所发出的脉冲数与输入量成正比；②代码型（又称编码型）：输出的信号是数字代码，各码道的状态随输入量变化。
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一、填空题（每空1分，共24分）
1. 传感器被定义为将能感受 并按 转换成 器件或装置。
2. 传感器实际 曲线与理论直线之间的 称为传感器的的非线性误差，其中 与输出满刻度之比为传感器的 。
3．系统误差影响测量结果的 ，随机误差影响测量结果的 。
3. 金属丝电阻应变灵敏系数主要由 决定，其数值一般可达 。
4. 电阻应变片的初始电阻值有多种，其中用得最多的是 。
5.采用差动型结构传感器，可以提高其 和 。
6. 热电阻测温时，它在桥路中有不同的接法，工业测量中通常采用一般采用 线制和 线制接法。
7. 空气介质间隙式电容传感器中，提高灵敏度和减少非线性误差是矛盾的，为此实际中大都采用 电容传感器。
8. 硅光电池的结构是在N 型硅片上渗入P 型杂质形成一个_____ _PN 结而成。
9. 国家已定型批量上产了标准热电偶，它具有良好的____ __，有统一的 ，并有与之配套的记录与显示仪表，给生产和使用带来了方便。
10.多回路检测系统中，各回路传感器信号的变化范围不尽相同，必须采用 才能使获得的信号变化范围一致（例如0～5V ）。
11．光电管由一个光电阴极和一个阳极封装在真空的玻璃壳内组成，其技术性能（光谱特性）主要取决于 。
12．构成光纤传感器除光导纤维之外，还必须有 和 。
二、单项选择题（每小题2分，共20分）
1. 某测温仪表范围为200～800℃，根据工艺要求，温度的指示值不允许超过±5℃，则应选仪表的精度等级为（ ）。
A. 0.5级
B. 1.0级
C. 1.5级
D. 2.5级
2. 金属电阻应变片的电阻相对变化主要是由于电阻丝的( )变化产生的。
A .尺寸 B.电阻率 C.形状 D.材质
3. 用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的的目的是（ ）。
A. 接线方便 B.减小引线电阻变化产生的测量误差
C.减小桥路中其他电阻对热电阻的影响
D.减小桥路中电源对热电阻的影响 4. 压电式传感器是个高内阻传感器, 因此要求前置放大器的输入阻抗( )。
A. 很低 B. 较低 C. 很高 D.较高 5. 利用热电偶测温，只有在( )条件下才能进行。
A .分别保持热电偶两端温度恒定 B.保持热电偶两端温差恒定 C.保持热电偶冷端恒定 D 保持热电偶热端温度恒定
6. 制造霍尔元件的半导体材料中，目前用得较多的是锗、锑化铟、砷化铟，其原因是（ ）
A. 半导体材料的霍尔系数比金属大
B.半导体电子迁移率比空穴高
C. 半导体材料的电子迁移率比较大
D. N 型半导体材料比较适宜制造灵敏度较
高的霍尔元件
7 在尘埃、油污、温度变化较大伴有振动等干扰的恶劣环境下测量时,传感器的选用必须首先考虑( )因素。
A .响应特性 B.灵敏度 C.稳定性 D.精确度 8. 热敏电阻测温的基础是根据它们的( )。
A.伏安特性
B.热电特性
C.标称电阻值
D.测量功率
9. 压电式传感器使用( )放大器时,输出电压几乎不受联接电缆长度变化的影响。
A.调制放大器 B. 电压放大器 C. 电荷放大器 D.差动放大器
10. 当光线在光纤端面中心的入射角与临界入射角( )时，光线就不会透射出界面，而全部反射。
光在界面上无数次反射，呈锯齿形状在芯内向前传播，最后从光纤的另一端传出，这就是光纤的传光原理。
A. 大于
B.小于
C.等于
D.无关
三．热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？冷端温度补偿的措施有哪些？（8分）
四. 智能传感器能实现哪些功能？有什么特点？（8分）
五：设计一只配E 型热电偶的冷端温度补偿
图 电桥补偿示意图
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器，如图所示。
要求冷端温度为10℃和30℃时得到完全补偿。
已知桥路在0℃时平衡，R4在0℃时的值为16.2Ω，电阻温度系数为α＝4.28×10－3/℃，E ＝5V ，R1=R2，E 型热电偶的E AB (30,0)=1.801mV ；E AB (10,0)=0.591mV 试计算桥路电阻R1、R2、R3的阻值。
（12分）
六． 气隙型电感传感器，衔铁截面积S=4×4mm2，气隙总长度δ=0.8mm ，衔铁最大位移△δ=±0.08mm ，激励线圈匝数W=2500匝，导线直径d =0.06mm ，电阻率ρ=1.75×10-6.cm ，当激励电源频率f =4000Hz 时，忽略漏磁及铁损，求： (1)线圈电感值；
(2)电感的最大变化量； (3)线圈的直流电阻值； (4)线圈的品质因数；
(5)当线圈存在200pF 分布电容与之并联后其等效电感值。
七．对某量进行15次等精度无系统误差重复测量，测得的值如表2所示。
试对该测量结果进行数据处理，并写出测量结果的表达式。
（14分）
表2 等精度无系统误差重复测量
八：学完《传感与检测技术》后，请针对本课程的教与学，谈谈你的感想。
（10分）。