传感器技术与应用复习
传感器原理及应用复习资料
传感器原理及应用复习资料1.传感器由敏感元件、转换元件、基本电路三部分组成； 被测量 敏感元件 转换元件 基本电路 电量输出①敏感元件感受被测量;②转换元件将响应的被测量转换成电参量（电阻、电容、电感）;③基本电路把电参量接入电路转换成电量;④核心部分是转换元件,决定传感器的工作原理。
2. 传感器的基本特性：①静态特性：当输入量（X ）为静态或变化缓慢的信号时，输入输出关系称静态特性。
静态特性主要包括：线性度、迟滞、重复性、灵敏度、漂移和稳定性②动态特性：当输入量随时间（频率）变化时，输入输出关系称动态特性。
影响传感器动态特性除固有因素外，还与输入信号的形式有关,在对传感器进行动态分析时一般采用标准的正弦信号和阶跃信号。
A.输入信号按正弦变化时，分析动态特性的相位、振幅、频率，称频率响应；B.输入信号为阶跃变化时，对传感器随时间变化过程进行分析，称阶跃响应（瞬态响应）.频率响应 阶跃响应3.电阻应变式传感器是将被测的非电量转换成电阻值的变化，再经转换电路变换成电量(电流、电压)输出。
金属电阻应变片的基本原理基于电阻应变效应：即导体在外力作用下产生机械形变时阻值发生变化。
通过弹性元件可将位移、压力、振动等物理量通过应力变化，并转换为电阻的变化进行测量，这是应变式传感器测量应变的基本原理。
4.直流电桥总结：单臂电桥输出电压11R R 4E U ∆•= 电压灵敏度4E K u =半桥差动电路全桥差动电路5. 电桥线路补偿：被测试件位置上安装一个补偿片处于相同的温度场；等臂电桥输出U0 与桥臂参数的关系为()2B 310R R -R R A U=。
如果 R1R3 = RBR4，电桥平衡时输出为零；若R1、RB 温度系数相同，当无应变而温度变化时ΔR1 = ΔRB ，电桥为平衡状态；当有应变时，R1有增量ΔR1，ΔR1=R1k0ε，补偿片无变化，ΔRB = 0；电桥输出为 U0 ∝R1R3 k0ε；可见此时电桥的输出电压与温度无关。
传感器原理与应用复习题及答案
中南大学现代远程教育课程考试〔专科〕复习题及参考答案“传感器原理与应用“一、名词解释1．传感器：能感受规定的被测量并按照一定规律转化成可用输出信号的器件和装置。
2．传感器的线性度：是指传感器输出、输入的实际特性曲线和拟合直线之间的最大偏差与输出量程围之百分比3．传感器的灵敏度：是指传感器在稳定状态时，输出变化量与输入变化量的比值，用K来表示。
4．传感器的迟滞：说明传感器在正〔输入量增大〕反〔输入量减小〕行程中输出、输入曲线不重合的程度。
5．绝对误差：是示值与被测量真值之间的差值6．系统误差：是指误差的数值是一个常数或按一定的规律变化的值7．弹性滞后：在实际中，弹性元件在加、卸载的正、反行程中变形曲线一般是不重合的，这种现象称为弹性滞后。
8．弹性后效：当载荷从*一数值变化到另一数值时，弹性变形不是立即完成相应的变形，而是在一定的时间间隔逐渐完成变形的，这一现象称为弹性后效。
9．应变效应：导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形〔拉伸或压缩〕时，其电阻值也随之发生相应的变化。
10．压电效应：．*些电介质在沿一定的方向上受到外力的作用而变形时，部会产生极化现象，同时在其外表上产生电荷，当外力去掉后又重新回到不带电的状态，这种现象称为压电效应11．霍尔效应：金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，当有电流I通过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势U，这种物理现H象称为霍尔效应。
12．热电效应：将两种不同的导体A和B连成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势。
13．光电效应：光电效应是物体吸收到光子能量后产生相应电效应的一种物理现象。
14．莫尔条纹：把两块栅距一样的光栅刻线面相对重合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线之间形成一个很小的夹角，然后将这对光栅放置在光路中，在两块光栅的栅线重合处，因有光从缝隙透过形成亮带，在两光栅栅线彼此错开处，由于光线被遮挡而形成暗带，这种比光栅栅距宽得多的由亮带和暗带形成的明、暗相间的条纹称为莫尔条纹将两种不同的导体A和B连成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势。
传感器原理及应用期末复习资料
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范围；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？按传感器检测的范畴分类：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、生物类传感器含12个小类：力学量、热学量、光学量、磁学量、电学量、声学量、射线、气体、离子、温度传感器以及生化量、生理量传感器。
1．传感器的性能参数反映了传感器的输入输出关系2．传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标描述？主要性能参数的意义是什么1线性度：传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比，线性度RL是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数拟合方法：理论线性度(理论拟合)、 c、端基线性度(端点连线拟合)d、独立线性度(端点平移)最小二乘法线性度2迟滞：传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不重合的现象称迟滞（迟环）。
传感器技术与应用考试试卷
传感器技术与应用考试试卷（答案见尾页）一、选择题1. 什么是传感器？它的主要功能是什么？A. 传感器是一种检测装置，能够感知和测量物理量并将其转换为电信号。
B. 传感器是一种存储设备，用于保存数据和程序。
C. 传感器是一种计算设备，用于处理和分析数据。
D. 传感器是一种通信设备，用于传输信息。
2. 以下哪个不是常见的传感器类型？A. 温度传感器B. 光电传感器C. 振动传感器D. 计算机传感器3. 传感器在嵌入式系统中的作用是什么？A. 数据采集B. 控制系统C. 通信D. 所有以上功能4. 以下哪个是模拟传感器的工作原理？A. 将物理量转换为数字信号B. 将数字信号转换为物理量C. 直接输出模拟信号D. 通过算法转换信号5. 以下哪个是数字传感器的工作原理？A. 将物理量转换为数字信号B. 将数字信号转换为物理量C. 直接输出数字信号D. 通过算法转换信号6. 以下哪个是常见的传感器应用领域？A. 汽车制造B. 航空航天C. 医疗设备D. 所有以上领域7. 在设计嵌入式系统时，选择传感器时应考虑哪些因素？A. 精度B. 价格C. 功耗D. 所有以上因素8. 以下哪种传感器通常用于测量温度？A. 光学传感器B. 热敏传感器C. 光电传感器D. 压力传感器9. 以下哪种传感器通常用于测量位置或速度？A. 光学传感器B. 磁性传感器C. 光电传感器D. 压力传感器10. 在嵌入式系统中，传感器数据通常如何处理？A. 直接输出到显示器或其他设备B. 首先进行滤波处理，然后输出C. 首先进行校准，然后输出D. 首先进行加密处理，然后输出11. 以下哪些属于常见的传感器类型？A. 温度传感器B. 压力传感器C. 光电传感器D. 速度传感器E. 加速度传感器12. 在选择合适的传感器时，需要考虑哪些因素？A. 测量范围B. 精度C. 响应时间D. 抗干扰能力E. 电源需求13. 以下哪些是传感器应用中的常见场景？A. 智能家居B. 工业自动化C. 医疗设备D. 汽车电子E. 能源管理14. 传感器在智能家居中的应用有哪些？A. 智能照明B. 室内空气质量监测C. 智能安防系统D. 智能家电控制E. 以上都是。
传感器原理与应用复习范围
绪论一、传感器：将各种非电量（包括物理量、化学量、生物量等），按照一定的规律转换成便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的装置。
二、传感技术：是利用各种功能材料实现信息检测的一门应用技术，是检测（传感）原理、材料科学、工艺加工等三要素的最佳结合。
三、传感器的组成：传感器一般有敏感元件、转换原件和测量电路三部分组成，有事还需要加辅助电源。
四、传感器分类：1.按输入量分类如输入量分别为温度、压力、位移、速度、加速度、湿度等非电量时，则相应的传感器称为温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器、湿度传感器等。
2.按测量原理分类现有传感器的测量原理主要是基于电磁原理和固体物理学理论。
如根据变电阻的原理，相应的有电位器式、应变式传感器；根据变磁阻的原理，相应的有电感式、差动变压器式、电涡流式传感器；根据半导体有关理论，则相应的有半导体力敏、热敏、光敏、气敏等固态传感器。
3.按结构型和物性型分类所谓结构型传感器，主要是通过机械结构的几何形状或尺寸的变化，将外界被测参数转换成相应的电阻、电感、电容等物理量的变化，从而检测出被测信号，这种传感器目前应用的最为普遍。
物性型传感器则是利用某些材料本身物理性质的变化而实现测量，它是以半导体、电介质、铁电体等作为敏感材料的固态器件。
五、传感器的发展趋向1.传感器的固态化，2、传感器的集成化和多功能化3.传感器的图像化4.传感器的智能化第1章传感器的一般特性§1-1 传感器的静态特性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静态特性。
传感器静态特性的主要指标有以下几点：一、线性度(非线性误差)在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间最大偏差与满量程(F·S)输出值的百分比称为线性度。
二、灵敏度传感器的灵敏度指到达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。
线性传感器校准曲线的斜率就是静态灵敏度K。
《传感器技术与应用》期末复习题库
《传感器技术与应用》期末复习题库一、判断题1、可以感受被测量并按照一定规律将其转换成可输出信号的器件或装置称之为传感器。
（）2、每一个传感器都必须由敏感元件和转换元件组成。
（）3、传感器的输入量大多为非电量，如电压、电流等，而输出多为电量，如位移、重量、压力、速度或震动等。
（）4、电子秤的弹性元件属于敏感元件。
（）5、传感器的发展趋势最主要是追求新工艺、新功能、新材料、新理论，所以其可靠性和稳定性可以不需要考虑。
（）6、我们对传感器的追求是其具有较好的精度，功能多样化，同时具有大的测量范围。
（）7、传感器的选择首要考虑因素是其综合经济性。
（）8、检测技术主要研究各种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。
（）9、热电偶和压电式传感器可以将被测量转换成电参量，需通过外部辅助电源作用下才能输出电信号。
（）10、电阻应变式传感器可以将被测量直接转换成电信号输出。
（）二、选择题1、压力传感器、温度传感器、位移传感器是按照（）对传感器进行分类。
A、物理原理B、能量关系C、被测量D、输出信号类型2、光电编码器、光电开关、感应同步器的输出信号是（）信号。
A、模拟量B、数字量C、两者都可以D、不确定3、热电阻、压电式传感器的输出信号是（）信号。
A、模拟量B、数字量C、两者都可以D、不确定4、电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器是按照（）进行分类。
A、物理原理B、能量关系C、被测量D、输出信号类型第二章一、判断题1、传感器的基本特性体现了其输出反应输入的能力。
（）2、传感器的检测能力只受到其自身特性的影响，与外部环境无关。
（）3、传感器在测量静态参数的时候我们主要考虑其静态性能指标，比如灵敏度，线性度等。
（）4、一般情况下，传感器分为静态传感器和动态传感器，静态传感器用于静态参数的测量。
（）5、静态被测量是不随时间的变化而变化或变化缓慢的被测量。
（）6、传感器的灵敏度越高其非线性误差越大。
（）7、理想传感器的输出是输入变化规律的再现，即具有相同的时间函数，能够实时体现输入的变化规律。
传感器原理及应用期末考试重点课后题复习
1—1 综合传感器的概念。
答：从广义角度定义：凡是利用一定的物质（物理、化学、生物）法则、定理、定律、效应等进行能量转换与信息转换,并且输出与输入严格一一对应的器件或装置;从狭义角度定义：能把外界非电信号转换成电信号输出的器件或装置；国家标准定义是：“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"。
通常有敏感元件和转换元件组成;1—2 一个可供实用的传感器有那几部分构成？各部分的功能是什么？用框图显示传感器系统。
答：组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成。
1。
敏感元件:是直接受被测物理量；以确定关系输出另一物理量的元2.转换元件；是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数及电流或电压等电信号。
3。
基本转换电路则将该电路转换成便于传输处理电量。
1—3 如果家用小车采用超声波雷达,需要那几部分组成？请画出图.第2章2-1 衡量传感器静态特性的主要指标有哪些?说说它们的含义。
答：1、线性度: 表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合(或偏离）程度的指标。
2、灵敏度：传感器输出量增量与被测输入量增量之比。
3、分辨力：传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。
4、回差：反映传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程过程中，输出-输入曲线的不重合程度指标。
5、重复性:衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全程连续多次变动时，所得特性曲线间一致程度的指标。
6、阈值：是能使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值,即零位附近的分辨力。
7、稳定性：传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。
8、漂移：指在一定时间间隔内,传感器输出量存在着与被测输人量无关的、不需要的变化.9、静态误差（精度）:指传感器在满量程内任一点输出值相对其理论值的可能偏离(逼近）程度.它表示采用该传感器进行静态测量时所得数值的不确定度。
2-2 计算传感器线性度的方法有哪几种？有什么差别？1、理论直线法:以传感器的理论特性线作为拟合直线,与实际测试值无关.优点是简单、方便，但输出平均值与拟合直线间的最大偏差很大。
传感器应用技术复习选择题
传感器应用技术复习选择题传感器能感知的输人量越小，说明（）。
A.线性度越好B.迟越小C.重复性越好D.分辨率越高(正确答案)在传感器的分类中，按输人量来分，免疫传感器属于（）。
A.物理传感器B.化学传感器C.生物传感器(正确答案)D.数字传感器传感器的输出对随时间变化的输入量的响应称为传感器的（）。
A.动态响应(正确答案)B.线性度C.重复性D.稳定性下列选项中，主要完成传感器输出信号处理的是（）。
A.传感器接口电路B.信号转换电路(正确答案)C.放大器D.编码器属于传感器动态特性指标的是（）。
A.重复性B.固有频率(正确答案)C.灵敏度D.漂移传感器的主要功能是（）。
A.检测和转换(正确答案)B.滤波和放大C.调制和解调D.传输和显示传感器应具有比较高的（）尽量减少从外界引入的干扰信号。
A.灵敏度B.信噪比(正确答案)C.稳定性D.线性范围精度较高的传感器都需要定期校准，一般每（）校准一次。
A.1～2个月B.3～6个月(正确答案)C.1年D.2年基于外光电效应工作的器件有（）。
A.光电管(正确答案)B.光电池C.光敏电阻D.光电倍增管光电感器的基本理物质的（）。
A.压电效应B.光电效应(正确答案)C.磁电效应D.热电效应红外辐射是由物体内部分子运动产生的，这类运动和物体的（）有关。
A.密度B.温度(正确答案)C.质量D.体积热释电型红外线传感器工作时，当辐射到热释电件上的红外线忽强忽弱，使两个热释电元件的温度变化不一致时，就会有（）输出。
A.直流电压B.交变电压C.直流电流D.交变电流(正确答案)下列选项中，不属于量子型红外线传感器的是（）。
A.光电导式传感器B.光生伏特效应式传感器C.光磁电式传感器D.热释电式传感器(正确答案)红外线遥控的接收装置不包括（）。
A.光滤波器B.编码调制放大电路C.光敏二极管D.微处理器(正确答案)光纤通信中，与射光纤耦合的光元件（）。
A.光敏电阻B.光敏三极管C.光敏二极管(正确答案)D.光电池电涡流接近开关可以利用电涡流原理检测出（）的靠近程度。
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这时电桥输出功率最大，电桥输出电流为
IgU 2R 1R 2(R 3R 1 R R 4 3) R R 23 R R 4 4 3(R 1R 2)
输出电压为
U gIgRgU 2(R 1 R 1R R 32 )R R (2 3R 43 R4)
第8章 气体和湿度传感器
掌握 气体传感器类型 湿度传感器分类 气体报警器结构 了解 气体湿度传感器应用
第9章 新型传感器
了解 微波传感器定义、分类、特点 超声波传感器的种类、应用
第10章 传感器接口电路
掌握 传感器信号的处理方法 检测电路常用电路类型 传感器和微型计算机的连接的模数转换和压
第6章 霍耳传感器及其它磁传感器
掌握 霍尔效应 霍尔元件主要参数 了解 磁阻效应 磁敏二极管、三极管 霍尔传感器应用领域
第7章 位移传感器
掌握 机械位移传感器定义 接近传感器定义 电容式、电感器、热释电接近传感器 转速传感器类型 了解 电容式位移传感器 差动变压器 接近传感器 压差式液位传感器原理 电磁式流量传感器的工作原理
欢迎
第2章 温度传感器
掌握： 1.热力学温标转换公式 2.热电效应定义与热电偶测温原理 3.热电阻的温度特性（函数） 4.AD590应用电路 了解： 1.热电偶基本定律 2.热电偶材料 3.热电阻传感器结构 4.温度传感器的应用
第3章 力传感器
掌握： 弹性敏感元件的特性：刚度、灵敏度、弹性滞后、弹性后效 弹性敏感元件分类 电阻应变片工作原理 电阻应变片测量电路 压电效应和逆压电效应 变极距式和变面积式电容传感器原理 自感式传感器原理 了解： 压电传感器类型和测量电路 电容式传感器测量电路 电感式传感器类型和测量电路 常见力传感器应用举例
3. 输出方式
电桥的输出方式有电流型和电压型两种，主要
根据负载情况而定。
（1）电流输出型 当电桥的输出信号较大，
输出端又接入电阻值较小的负载如检流计或光线
示波器进行测量时，电桥将以电流形式输出，如A
图U所CA示，R1负R2载R2电U阻为RgU，C由B R图3R3可R4得U
R1 D
R4
R2
C
Ry
R3
如图所示，电桥各臂的电阻分别为R1、 R2、
R3、R4。U为电桥的直流电源电压。当四臂电
阻等臂电桥： R1=R2=R3=R4=R，
A
输出对称电桥：R1=R2=R，
R1
R2
R3=R4=R’(R≠R’)
D
C
U0
电源对称电桥：R1=R4=R，R2=R3
R4
R3
=R’(R≠R’)
B
U
2. 工作方式 单臂工作：电桥中只有一个臂接入被测量，其它三 个臂采用固定电阻： 双臂工作：如果电桥两个臂接入被测量，另两个为 固定电阻就称为双臂工作电桥，又称为半桥形式： 全桥方式：如果四个桥臂都接入被测量则称为全桥 形式。
对于电源对称电桥：
U0
U(RR RR)2
(R) R
对于等臂电桥：
U0U(RR R)R 2( R R)U 4( R R)
由上面三种结果可以看出，当桥臂应变片的电阻发生变化时，
电桥的输出电压也随着变化。当ΔR<<R时，电桥的输出电压与
应变成线性关系。还可以看出在桥臂电阻产生相同变化的情况
下，等臂电桥的灵敏度要高。
I g R U ' A R g B U R g ( R 1 R 2 )R 3 ( R 4 ) R 1 R R 3 1 R 2 R ( 2 R R 3 4 3R 4 ) R 3 R 4 ( R 1 R 2 )
当Ig=0时，电桥平衡。故电桥平衡条件为
R1R3=R2R4或 R1 R 4 R2 R3
它们之间呈线性关系。
（2）电压输出型 当电桥输出端接有放大器时，由于放
大器的输入阻抗很高，所以可以认为电桥的负载电阻为无
穷大，这时电桥以电压的形式输出。输出电压即为电桥输
出端的开路电压，其表达式为
Uo
R1R3R2R43 U (R1R2)(R3R4)
单臂工作状态，即R1为应变片。
对于输出对称电桥： U0U(RR R)R 2( R R)U 4( R R)
当桥臂R1为与被测量有关的可变电阻，且有电阻增量ΔR 时，略去分母中的ΔR项则：
对于输出对称电桥：
Ig
U 1 (R) 4RR' R
对于电源对称电桥：
Ig
U 1 (R) 4RR' R
对于等臂电桥 ：
U R Ig 8 ( R )
由以上结果可以看出，三种形式的电桥，当ΔR<<R
时，其输出电流都与应变片的电阻变化率即应变成正比，
谢谢大家
U AB U C BU C A(R 1R 1R R 3 2)R R (3 2R 4R 4)U
B U
应用有源--端口网络定理，电流输出电桥可以简化
成下图所示的电路。图中E`’相当于电桥输出端开路电 压Uab，R’为网络的入端电阻。
R' R1R2 R3R4 R1R2 R3R4
R Rg
E
流过负载Rg的电流为
频转换 了解 传感器接口电路实例
1.4 电桥电路在测量中的应用
被测量是非常微弱的，必须用专门的电路，最常 用的电路就是各种电桥电路。
A
1.4.1 直流测量电桥分析R1 NhomakorabeaR2
如图所示为最常用的电阻 D
C
U0
电桥，有四个电阻组成桥臂，
R4
R3
一个对角接电源 U
B
另一个作为输出 U0
U
1. 桥路形式
第4章 光电式传感器
掌握 外光电效应、内光电效应、光生伏打效应的概念 光敏电阻、光敏二极管三极管、光电耦合器的原理
和结构 热释电效应的定义 光电式数字转速表结构 了解 光电元件特性 光纤传感器分类及各自特点
第5章 图像传感器
掌握 CCD电荷耦合器件原理 数码相机（结构）
了解 CCD和CMOS图像传感器应用实例