2022年传感器原理及工程应用考试复习总结 .pdf

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1、20XX年传感器原理及工程应用考试复习总结光通信 071 吴浩 2007031062 此为我根据老师给的20XX 年复习大纲，采用老师09、10 年课件、网络资料、课本书籍、以及光电子072 班同学的复习资料综合整理的最终复习资料，仅供参考，部分内容可能有偏差，请大家找出并纠正及时发到群邮箱。注：由于很多资料课件上没有，但因为时间关系书中的资料就没有打上去，请同学们自己对应书页码查找。一、考试题型选择题： 103 = 30分填空题： 215 = 30分原理及测量电路分析：210 = 22分计算题： 110 = 10分作图题： 18 = 8 分二、范围及重点第一章1. 系统误差的消除方法： （

2、1） 在测量结果中进行修正；（2）消除系统误差的根源；（3）在测量系统中采用补偿措施；（4）实时反馈修正。2. 发现系统误差的方法： （1）实验对比法； （2）残余误差观察法； （3）准则检查法。3. 测量误差的表示方法：测量误差的表示方法有多种, 含义各异。主要包括5 种： （1）绝对误差： =x-L ； （2）相对误差： =/ L100% ； （3）引用误差 :=/( 测量范围上限 -测量范围下限 ) 100% ； （ 4）基本误差；（ 5）附加误差。适用场合：当被测量大小相同时，常用绝对误差来评定测量准确度；相对误差常用来表示和比较测量结果的准确度；引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法

3、，基本误差、附加误差适用于传感器或仪表中。4. 什么是随机误差：在同一测量条件下，多次测量被测量值时，其绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差，称为随机误差。随机误差的特点有：对称性，单峰性，抵偿性和有界性。5. 随机误差产生的原因是什么：随机误差是由很多不便掌握或暂时未能掌握的微笑因数，如：电磁场的微变、 零件的摩擦、 间隙，热起伏、 空气扰动等、 对测量值的综合影响造成的；综合为5 点 ： 1). 人为因素； 2). 量具因素； 3). 力量因素； 4). 测量因素； 5). 环境因素 .6. 如何减小随机误差对测量结果的影响：提高仪器精度、改进测量方法、改善环境条件。第二章1. 静态特性

4、概念、指标，时域动态特性指标静态特性概念：指被测量的值处于稳定状态时的输出与输入的关系。指标：静态特性指标包括：线性度、迟滞、重复性、灵敏度、漂移。时域动态特性指标：时域动态特性能指标主要包括6 个：时间常数、延迟时间dt、上升时间rt、峰值时间pt、超调量、衰减比d。2. 传感器的概念、动态特性概念传感器的概念：传感器定义为能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 信号的器件和装置；动态特性

5、概念：是指输入量随时间变化时传感器的响应特性。3. 什么是传感器的动态特性？它有哪几种分析方法？它们各有哪些性能指标？传感器的动态特性：传感器输出对时间变化的输入量的响应即反映了传感器的动态特性；分析方法及性能指标：时域分析法时间常数、延迟时间dt、上升时间rt、峰值时间pt、超调量、衰减比 d。频域分析法频率域特性通频带707. 0、工作频带95.0、时间常数、固有频率n、相位误差、跟随角707. 0。第三章1. 金属应变片的结构及工作原理；结构：包括敏感栅、基片、覆盖层、引线；工作原理：在外力作用下，导体或半导体材料产生机械变形，从而引起材料电阻值发生相应变化的现象，称为应变效应。 其表达

6、式为dR/R=k ，式中 K 为材料的应变灵敏系数，当应变材料为金属或合金时，在弹性极限内K 为常数。金属电阻应变片的电阻相对变化量dR/R 与金属材料的轴向应变成正比，因此，利用电阻应变片， 可以将被测物体的应变 转换成与之成正比关系的电阻相对变化量，这就是金属电阻应变片的工作原理。2.* 桥电路原理及计算： （重点）桥电路原理及计算： 直流电桥的平衡条件：负载RL（开路）电桥平衡时 I0=0 +U0=0 对比积相等邻臂比相等此时 R1R4=R2R3或4321RRRR（电桥平衡条件）设 R1为应变片， 应变时 R1变化量为 R，这时电桥失衡，不平衡输出电压为设桥臂比n=R2/R1由于1RR1

7、分母中1R/R1可忽略， 考虑到平衡条件4321RRRR上式可改写为 U0=2)1(nnERR11电桥电压灵敏度定义为KU=EnnRRU2110)1(3101234RRRUERRRRR4311112143(/)(/)(1/)1/RRRRERRRRRR精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 交流电桥（ P53-55 ） ：3. 温度补偿方法及原理；温度补偿方法：通常有线路补偿和应变片自补偿两大类；线路补偿法原理： 如下右图所示， 被测试件位

8、置上安装一个补偿片处于相同的温度场；电桥输出U0与桥臂参数的关系为： U0=A （R1R4-RBR3 ）当温度变化时 R1=RB ，电桥平衡，当有应变时 R1 有增量 R1=K ，补偿片RB无变化 RB=0电桥输出 U0=AR1R4K 与温度无关。应变片的自补偿法原理：利用具有温度补偿作用的应变片来补偿的。原理为：要实现补偿，必须有4. 电阻丝材料的要求； （p43）灵敏系数大，且在相当大的应变范围内保持常数；值大，即在同样长度，同样横截面积的电阻丝中具有较大的电阻值；电阻温度系数小，否则因环境温度变化也会改变电阻值；与铜线的焊接性能好，与其他金属的接触电势小；机械强度高，具有优良的机械加工性

9、能。5. 应变片分类：（书中只分为两种：丝式电阻应变片与箔式电阻应变片）以下为PPT中的。按材料分：金属式：体型: 丝式、箔式、薄膜型；半导体体式：体型、薄膜型、扩散型、外延型、 PN 结型；按结构分：单片、双片、特殊形状；按使用环境：高温、低温、高压、磁场、水下。第四章1. 差动整流电路工作原理；（p74）从电路结构可知，无论两个次级线圈的输出瞬时电压极性如何，流经电容C1的电流方向总是从 2 到 4，流经电容C2的电流方向总是从6 到 8，故整流电路的输出电压为：.68.24.2.UUU当衔铁在零位时，因为；所以。0U2.68.24UU当衔铁在零位以上时，因34精品资料 - - - 欢迎下

10、载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 0.U,UU0UUU2.682426824。则时，则有；而当衔铁在零位一下，则.2U的正负表示衔铁位移的方向。2. 低频透射式涡流厚度传感器工作原理；p82在被测金属板的上方设有发射传感器线圈L1, 在被测金属板下方设有接受传感器线圈L2。当在 L1上加低频电压.1U时，L1上产生交变磁通1，若两线圈间无金属板，则交变磁通直接耦合至2L中，L2产生感应电压.2U。如果将被测金属板放入两线圈之间，则L1线圈产生的磁场将导致在金属

11、板中产生电涡流，并将贯穿金属板，此时磁场能量受损，使到达L2的磁通将减弱为1，从而使 L2产生的感应电压.2U下降。金属板越厚， 涡流损失就越大，电压.2U就越小，因此，可根据.2U电压的大小得知被测金属板的厚度。第五章1. 变面积电容传感器灵敏度计算（平动、转动）p88平动型：被测量通过动极板移动引起两极板有效覆盖面积A 改变，从而得到电容量的变 化 ， 当 动 极 板 相 对 与 定 极 板 沿 长 度 方 向 平 移x时 ， 则 电 容 变 化 量 为dxbCCCr/00， 电 容 相 对 变 化 量 为axCC0；灵敏度 K=bXC转 动 型 ： 当0,0000dACr， 当0，/)/

12、1(00000CCdACr。2. 电容式传感器的种类种类：变面积型电容式传感器；变极距型电容式传感器；变介质型电容式传感器（变介电常数型） 。第六章1. 压电材料分类，压电材料特性参数及含义；分类 : 压电晶体，压电陶瓷。特性参数及含义:压电常数： 衡量材料压电效应强弱的参数，直接关系到压电输出灵敏度。 弹性常数： 弹性常数、刚度决定压电器件的固有频率和动态特性。介电常数： 与元件固有电容有关，而电容影响传感器的频率下限。机械耦合系数：衡量机 - 电能量转换效率的重要参数。 电阻：绝缘电阻将减少电荷泄露，从而改善传感器的低频特性。居里点温度：材料开始丧失压电特性的温度。2.* 压电效应产生的原

13、理及分类 （原理重点）精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 产生原理：某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便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，这种现象称为压电效应。分类：压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。第七章1. 霍尔式微位移传感器工作原理；p122工作原理： . 磁场强度相同的两块永久磁铁，同极性的相对放置，霍尔元件处在两块磁铁的中间，由于磁铁中间的磁

14、感应强度B=0，因此霍尔元件输出的霍尔电势UH也等于零，此时位移0 x，若霍尔元件在两磁铁中产生相对位移，霍尔元件感受到的磁感应强度也随之变化，这时UH不为零，其量值大小反映出霍尔元件与磁铁之间相对位置的变化量。这种结构的传感器其动态范围可大5mm ，分辨率为 0.001mm ；. 结构简单的霍尔位移传感器是由一块永久磁铁组成磁路的传感器，在霍尔元件处于初始位置0 x时，霍尔电势UH不等于零； . 有两个结构相同的磁路组成的霍尔式位移传感器，为了获得较好的线性分布，在磁极端面装有极靴，霍尔元件调整好初始位置时，可以使霍尔电势UH=0, 这种传感器灵敏度很高，但它所能检测的位移量较小，适合于微位

15、移量及振动的测量。2. 动圈式振动速度传感器工作原理工作原理：工作时，传感器与被测物体刚性连接，当物体振动时, 传感器外壳和永久磁铁随之振动， 而架空的芯轴线圈和阻尼环因惯性而不随之振动，因而， 磁路空气隙中的线圈切割磁力线而产生正比于振动速度的感应电动势，线圈的输出通过引线输出到测量电路，该传感器测量的是振动速度参数，若在测量电路中接入积分电路，则输出电势与位移成正比，若在测量电路中接入微分电路，则输出与加速度成正比。第八章1. 光纤传输损耗因素光纤传输损耗因素：主要来源于材料吸收损耗、散射损耗和光波导弯曲损耗。例：在一根率减率为10dB/Km的光纤中， 表示当光纤传输1Km后，光强下降到入

16、射时的1/10 。2. 光敏电阻的光谱特性概念及结论光谱特性概念：光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光敏电阻的光谱特性，亦称为光谱响应。结论：不同材料的光敏电阻的灵敏度是不同的，而且不同材料的光敏电阻光谱响应曲线也是不同的。3. 光电效应概念、分类及对应的光电器件概念：入射光强改变物质导电率的物理现象称光电效应。分类：外光电效应；内光电效应光电导效应、光生伏特效应。光电器件：外光电效应对应器件：光电管、光电倍增管等；内光电效应对应器件：光敏电阻、光电池、光敏二极管、光敏晶体管。4. 光线传感器的组成组成：由光源、敏感元件、管探测器、信号处理系统及光纤组成。5. 光纤的基本特性及含义精

17、品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 光纤的基本特性及含义：数值孔径、光纤模式、光纤传输损耗。数值孔径：数值孔径定义为222101sinnnnNAc反映光纤接受光量的多少，其意义是：无论光源发射功率有多大，只有入射角处于c2的光椎角内，光纤才能导光。光纤模式：是指光波传播的途径和方式， 对于不同入射角的光线，在界面反射的次数是不同的，传递的光波之间的干涉所产生的横向强度分布也是不同的，这就是传播模式不同。6. 光控电子开关电路工作原理，天

18、然气点火确认电路工作原理光控电子开关电路工作原理：电路如上图所示，220V交流电通过灯泡H及整流全桥后，变成直流脉动电压，作为正向偏压，加在可控硅VS及 R支路上。白天，亮度大于一定程度时，光敏二极管D呈现底阻状态1K，使三极管V截止，其发射极无电流输出，单向可控硅 VS因无触发电流而阻断。此时流过灯泡H的电流 2.2mA, 灯泡 H不能发光。 电阻 R1和稳压二极管 DW 使三极管 V偏压不超过6.8V ，对三极管起保护作用。夜晚，亮度小于一定程度时，光敏二极管D呈现高阻状态100K，使三极管V正向导通， 发射极约有0.8V 的电压，使可控硅 VS触发导通，灯泡H发光。 RP是清晨或傍晚实现

19、开关转换的亮度选择元件。天然气点火确认电路：由于燃气是易燃、易爆气体，所以对燃气器具中的点火控制器的要求是安全、稳定、可靠。为此电路中有这样一个功能，即打火确认针产生火花，才可以打开燃气阀门； 否则燃气阀门关闭，这样就保证使用燃气器具的安全性。图为燃气器具中高压打火确认电路原理图。在高压打火时， 火花电压可达1 万多伏， 这个脉冲高电压对电路工作影响极大，为了使电路正常工作，采用光电耦合器VB进行电平隔离，大大增加了电路抗干扰能力。 当高压打火针对打火确认针放电时，光电耦合器中的发光二极管发光，耦合器中的光敏三极管导通，经V1、V2、V3放大，驱动强吸电磁阀，将气路打开，燃气碰到火花即燃烧。若

20、高压打火针与打火确认针之间不放电，则光电耦合器不工作，V1 等不导通，燃气阀门关闭。光电耦合器实际上是一个电隔离转换器，它具有抗干扰性能和单向信号传输功能，V2R7R6VDVccR5R4C2R3R2R1C1TVB高 压 打 火 针打 火 确 认 针V3强 吸 阀 线 圈V1精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 广泛应用于电路隔离、电平转换、噪声抑制等场合。三、重点名称1. 传感器：按国家标准（GB7665 87）把传感器定义为能够感受规

21、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。2. 应变效应；在外力作用下，导体或半导体材料产生机械变形，从而引起材料电阻值发生相应变化的现象，称为应变效应。其表达式为dR/R=k。3. 霍尔效应：通电的导体（半导体）放在磁场中，电流I 与磁场B 方向垂直，在导体另外两侧会产生感应电动势，这种现象称霍尔效应。4. 光电效应 :入射光强改变物质导电率的物理现象称光电效应。分为外光电效应和内光电效应。 在光线作用下， 物体内的电子溢出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，对应的器件有：光电管、光电倍增管等。在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应。对应的器

22、件有：光敏电阻和光电池。5. 横向效应 : 将直的电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度不变，但应变状态不同，应变片敏感栅的电阻变化减小，因而其灵敏系数K 较整长电阻丝的灵敏系数K0 小，这种现象称为应变传感器的横向效应。6. 压电效应 : 某些电介质（晶体）当沿着一定方向施加力变形时，内部产生极化现象，同时在它表面会产生符号相反的电荷当外力去掉后，又重新恢复不带电状态后；荷的极性也随之改变；这种现象称压电效应。7. 光纤数值孔径: 数值孔径定义为，反映光纤接受光量的多少，其意义是： 无论光源发射功率有多大，只有入射角处于c2的光锥角内， 光纤才能导光。8. 泊松比 : 于外力作用引起的主应变与在与该主

23、应变垂直的方向上的应变的比值。在弹性范围内这个比值是一定的，成为泊松比。9. 热电效应 :当受热物体中的电子( 洞) ，因随着温度梯度由高温区往低温区移动时，所产生电流或电荷堆积的一种现象。叫做热电效应。四、补充1. 系统误差：在同一测量条件下，多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按一定规律变化的误差，称为系统误差。前者为恒值系统误差，后者为变值系统误差。2. 传感器的组成：由敏感元件和转换元件组成，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分， 转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。222101sinnnnNAc精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 文档编码：KDHSIBDSUFVBSUDHSIDHSIBF-SDSD587FCDCVDCJUH 欢迎下载 精美文档欢迎下载 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - - -