传感器原理及工程应用考试复习总结

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。

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一、考试题型➢ 选择题： 10×3 = 30分➢ 填空题： 2×15 = 30分➢ 原理及测量电路分析： 2×10 = 22分➢ 计算题： 1×10 = 10分➢ 作图题： 1×8 = 8 分二、范围及重点第一章（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。

（1）实验对比法 ；（2）残余误差观察法 ；（3）准则检查法。

, 含义各异。

主要包括5种：（1）绝对误差：Δ=x-L ；（2）相对误差：δ=Δ/ L ×100%；（3）引用误差:γ=Δ/(测量范围上限-测量范围下限) ×100%；（4）基本误差；（5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，基本误差、附加误差适用于传感器或仪表中。

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。

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；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.第二章1.静态特性概念、指标，时域动态特性指标6个：时间常数τ、延迟时间d t 、上升时间r t 、峰值时间p t 、超调量σ、衰减比d 。

2.传感器的概念、动态特性概念信号的器件和装置； 动态特性概念：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τ、延迟时间d t 、上升时间r t 、峰值时间p t 、超调量σ、衰减比d 。

频域分析法——频率域特性——通频带707.0ω、工作频带95.0ω、时间常数τ、固有频率n ω、相位误差、跟随角707.0Φ。

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。

其表达式为dR/R=k ε，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ε成正比，因此，利用电阻应变片，可以将被测物体的应变ε 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：① 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R 1R 4=R 2R 3或4321R R R R =（电桥平衡条件） 设R1为应变片，应变时R1变化量为ΔR ，这时电桥失衡，不平衡输出电压为设桥臂比n=R 2/R 1由于1R ∆〈〈R 1分母中1R ∆/R 1可忽略，考虑到平衡条件4321R R R R =上式可改写为U 0=2)1(n n +E R R 11∆电桥电压灵敏度定义为K U =E n n R R U 2110)1(+=∆ 3101234R R R U E R R R R R ⎛⎫+∆=- ⎪+∆++⎝⎭()4311112143(/)(/)(1//)1/R R R R E R R R R R R ∆=+∆++②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；①线路补偿法原理：如下右图所示，被测试件位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=ΔRB ，电桥平衡，当有应变时 R1有增量ΔR1=K ε，补偿片RB 无变化ΔRB=0电桥输出 U0=AR1R4K ε与温度无关。

②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）①灵敏系数大，且在相当大的应变范围内保持常数；②ρ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；③电阻温度系数小，否则因环境温度变化也会改变电阻值；④与铜线的焊接性能好，与其他金属的接触电势小；⑤ 机械强度高，具有优良的机械加工性能。

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C 1的电流方向总是从2到4，流经电容C 2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.U U U -=当衔铁在零位时，因为；所以。

0U 2.68.24==U U 当衔铁在零位以上时，因340.U ,U U 0U U U 2.682426824〈〈〉〉。

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L 1,在被测金属板下方设有接受传感器线圈L 2。

当在L 1上加低频电压.1U 时，L 1上产生交变磁通1φ，若两线圈间无金属板，则交变磁通直接耦合至2L 中，L 2产生感应电压.2U 。

如果将被测金属板放入两线圈之间，则L 1线圈产生的磁场将导致在金属板中产生电涡流，并将贯穿金属板，此时磁场能量受损，使到达L 2的磁通将减弱为'1φ，从而使L 2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d x b C C C r /00∆-=-=∆εε，电容相对变化量为a x C C ∆=∆0；灵敏度K=σεb X C =∆∆ 转动型：当0=θ,0000d A C r εε=，当0≠θ，πθπθεε/)/1(00000C C d A C r -=-=。

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.**压电效应产生的原理及分类（原理重点）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第七章1.霍尔式微位移传感器工作原理；p122①.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，由于磁铁中间的磁感应强度B=0，因此霍尔元件输出的霍尔电势U H 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U H 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 ；②.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U H 不等于零；③.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U H =0,这种传感器灵敏度很高，但它所能检测的位移量较小，适合于微位移量及振动的测量。

2.动圈式振动速度传感器工作原理,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，光强下降到入射时的1/10。

2.光敏电阻的光谱特性概念及结论性，亦称为光谱响应。

线也是不同的。

3.光电效应概念、分类及对应的光电器件敏电阻、光电池、光敏二极管、光敏晶体管。

4.光线传感器的组成5.光纤的基本特性及含义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222101sin n n n NA c -==θ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c θ2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 Ω，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 Ω，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。