《传感器与检测技术》期末考试复习要点

一．填空题

1．传感器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或装置，通常由灵敏元件和转换元件组成。其中灵敏元件是指能够感受被测量的部分，转换元件是指将灵敏元件的输出转换为适于传输和测量的电信号部分。

2．传感器的分类:

a.按输入量分类：位移传感器，速度传感器，温度传感器，压力传感器等

b.按工作原理分类：应变式，电容式，电感式，压电式，热电式等

c.按物理现象分类：结构型传感器，特性型传感器

d.按能量关系分类：能量转换型，能量控制型

e.按输出信号分类：模拟式传感器，数字式传感器

3. 传感器技术的主要发展趋势：一是开展基础研究，发现新现象，开发传感器新材料和新工艺；二是实现传感器的集成化和智能化。

4. 检测技术属于信息科学的范畴，与计算机技术、自动控制技术和通信技术构成完整的信息技术。

5. 传感器的静态特性的主要指标是：线性度，迟滞，重复性，分辨力，稳定性，温度稳定性和各种抗干扰稳定性等。

6. 电阻式传感器的种类繁多，应用广泛，其基本原理是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路而最后显示值的变化。

7. 电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置，可以用来测量位移、振动、压力流量、重量、力矩应变等物理量。

8. 自感式传感器中，调幅电路用得较多，调频、调相电路用得较少。

9. 当金属导体置于变化的磁场中，导体内就会产生感应电流，称之为电涡流或涡流。这种现象称为涡流效应。

10. 感应同步器是应用电磁感应原理来测量直线位移或转角位移的一种器件。测量直线位移的称为直线感应同步器，测量转角位移的称为圆感应同步器。

11. 利用电容器的原理，将非电量转化为电容量，进而实现非电量到电量的转化的器件称为电容式传感器。

12. 在应用中电容式传感器可以有三种基本类型：变极距型，变面积型和变介电常数型。而它们的电极形状又有平板型，圆柱形和球平面型三种。

13. 电容式传感器把被测量转化成电路参数C。为了使信号能传输、放大、运算、处理、标记、指示、记录、得到所有的测量结果或控制某些设备工作，还需将电路参数C进一步转换成电压、电流、频率等电量参数。目前这样的转换电路种类很多，一般归结为两大类：一是调制型；另一种为脉冲型。

14. 脉冲型转换电路的基本原理是利用电容的充放电特性。

15. 磁电式传感器是通过磁电作用将被测量转换成电信号的一种传感器。

16. 磁电感应式传感器也称为电动式传感器，或感应式传感器。它是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出感应电动势的。

17. 磁电感应式传感器只适用于测量动态物理量，因此动态特性是这种传感器的主要性能。

18. 霍尔式传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原理而被测量，如电流、磁场、位移、压力等转换成电动势输出的一种。

19. 压电式传感器是一种有源的双向机电传感器。它的工作原理是基于压电材料的压电效应。

20. 压电式传感对被测量的变化时通过其压电元件产生电荷量的大小来反映的，因此它相当于一个电荷源。

21. 与压电元件配套的测量电路的前置放大器也有两种形式：一是电压放大。其输出电压与输入电压成正比；另一种是电荷放大器，其输出电压与输入电荷成正比。

22. 影响压电式传感器精度的因素：非线性，横向灵敏度，环境温度的影响，湿度的影响，电缆噪声和接地回路噪声。

23. 光电式传感器是将光通量转换为电量的一种传感器。从传感器的角度看光电效应可以分为两大类：外光电效应和内光电效应。

24. 光生伏特效应利用光势垒效应，光势垒效应指在光的光的照射下，物体内部产生一定方向的电势。

25. 要让光电式传感器能很好地工作，除了合理选用光电转换元件外，还必须配备合适的光源和测量线路。

26．光电传感器按其接收状态可以分为模拟和脉冲式光电传感器两大类。

27. 脉冲式光电传感器的作用方式是光电元件的输出仅有两种稳定状态，即：“通”，“断”的开关状态，所以也称为光电元件的开关运用状态。

28. 光栅的种类很多，若按工作原理分，有物理光栅和计量光栅两种，前者用于光谱仪器，作色散元件，后者主要用于精密测量和精密机械的自动控制中。而计量光栅按其用途可以分为长光栅和圆光栅两类

29. 热电式传感器是将温度变化转换为电量变化的装置，它利用敏感元件的电磁参数随温度变化而变化的特点来达到测量的目的。

30. 集成化智能传感器的几种形式：初级形式，中级形式，高级形式。

31. 检测方法分类：

a．按测量手段分类：直接测量，间接测量，联立测量。

b．按测量方式分类：偏差式测量，零位式测量，位差式测量。

32. 误差：系统误差，偶然误差和疏失误差。

33. 传感器信息融合方法：组合，综合，融合和相关。

34. “虚拟”仪器。

二．简述题

1．用拉氏变换分析线性系统的响应的四个步骤：

答：1，建立网络的传递函数G（s）；2，求输入量（激励）的拉氏变换，即输入的像函数：L[x（t）]=X（s）=Xi(s)+X(0)；3，由变换函数和输入的拉氏变换可求输出响应的拉氏变换，即输出相函数：Y（s）=G(s)X(s)；4，对响应的像函数求原函数，即拉氏反变换：y（t）。

2.简述电位器式电阻传感器的优缺点：

优点：结构简单，尺寸小，重量轻，精度高，输出信号大，性能稳定，并容易实现任意的函数。

缺点：要求输入能量大，电刷与电阻元件之间容易摩擦受损。

3.简述涡传感器的特点击应用：

答：特点：结构简单，易于进行非接触式的连续测量，灵敏度高，适用性强。

应用：

利用位移等物理量做成相应的传感器器件；利用材料电阻率p作变量，可以做成测量温度、材料判别的传感器；利用磁导率u做变量，可以做成测量力，硬度传感器；利用变量想x，p，u等综合影响可以做成探伤装置。

4.电容式传感器与其他传感器相比的优点及缺点：

答：优点：温度稳定性好，结构简单、适应性强，动态响应好，可以实现非接触测量、具有平均效应，

缺点：输出阻抗高，负载能力差；计生电容影响大；输出特性非线性。5．简述选择合适压电材料应考虑的：

答：转换性能：具有较高的耦合系数或较大的压电常数；机械性能：作为受力部分希望他机械性能好；电性能希望有高的电阻率和大的介电常数，以希望获得良好的低频特性；温度和湿度稳定性好,具有较高的居里点以获得宽的工作温度范围；时间稳定性，压电特性不随时间蜕变。

6．简述光纤传感器的优点：

答：抗电磁干扰能力强，灵敏度较高，几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器；可以制造传感器各种不同物理信息的器件；可以用于高压，高温，电气噪声，腐蚀等恶劣环境；而且具有光纤遥测技术的内在相容性。7．简述智能传感器的功能：

答：具有自校零，自标定，自校正功能；具有自动补偿功能；能够自动采集数据，并对其进行预处理；能够自动进行采样，自选量程，自寻故障的功能；具有数据存储，记忆与信息处理功能；具有双向通讯，标准化数字输出或者符号输出功能；具有判断，决策处理功能。

8．简述智能传感器的特点：

答：精度高，高可靠性与高稳定性，高信噪比与高分辨率，自适应性强，价格性能比低。

三．分析题

1．压电传感器只是用于静态测量,是判断，说明原因.

答:错，应为压电式传感器是一种有源双向机电传感器，它的工作原理是基于压电材料的压电效应的。压电传感器具有频带宽，灵敏度高，信噪比高，结构简单，工作可靠，质量轻，测量范围广等特点，因此被广泛的应用到压力冲击和振动等动态参数的测量中。所以论点错误。

2.温度误差的产生及其补偿

答：原因：在外界温度变化时，由于敏感栅温度系数及栅丝与试件膨胀系数之差异性而产生虚假应变输出有时会产生于真实应变同数量级的误差。所以必须采取补偿温度误差的措施，通常有自补偿法和组合补偿法两种。

四．计算题

1．设5次测量某物体的长度，其结果为：9.9, 10.1，10.0, 9.8, 10.2(cm),若忽略粗大误差和系统误差，试求在99.73%的置信概率下对被测物的最小估计时间。

解：由题意可知：平均值x=1/5∑Xi=10.0(cm)

变量Vi=Xi-x（i=1, 2, 3，4, 5）

由公式&=√∑Vi^2/n-1;

则：&=√∑Vi^2/4=√10/20≈0.16

而所求值u∈[x-3&，x+3&]

即:所求值范围是u∈[9.52,10.48]