传感器课后题答案(20200514000043)

应变效应：
导体或半导体电阻随其机械变形而变化的物理现象。
金属导体的电阻值随着它受力所产生机械变形
( 拉伸或压缩 ) 的大小而发生变化的现
象称之为金属的电阻应变效应。
2、金属电阻应变片与半导体应变片的工作原理有何区别？各有何优缺点？
金属应变片是通过电阻的形变导致电阻的变化从而被检测的。半导体是通过
PN 的应力而改
因为莫尔条纹是由许多光栅线纹所组成，若光电元件接受的长度
( 即纹距 ) 为 10mm，在栅距
ω=0.01mm 时，光电元件所接受的信号由 1000 条线纹组成，因此制造上的缺陷，例如间断
地少几条线纹只会影响千分之几的光电感应信号强弱。
因此用莫尔条纹时， 其精度是由一组
线的平均效应决定，精度尤其是重复精度会更高。
（4） 按（ 2）（ 3）所述过程，对传感器进行正、反行程王府循环多次测试，将得到的输出
- 输入测试数据用表格列出或作出曲线； （5） 对测试数据进行必要的处理，根据处理结果就可以确定传感器的线性度、灵敏度、
迟滞和重复性等静态特性指标。
第二章：
1、什么是应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。
两光
栅的栅线彼此重合，光线从缝隙中通过，形成亮带
;l 两光栅的栅线彼此错开，形成暗带。
特点：
1．起放大作用
由于θ角度非常小，因此莫尔条纹纹距 W要比栅距ω大的多。如ω =0.01mm，即光栅的
线纹为每毫米 100 条，此栅距人们无法用肉眼分辨，但如果调整θ角，使得
W=10m，m即放
大倍数为 W／ω =1000 倍， 10mm宽的莫尔条纹是清晰可见的。
第三章：
1、自感式传感器测量电路的主要任务是什么？变压器式电桥和带相敏检波的交流电桥，哪
个能更好地完成这一任务？为什么？
主要任务：
把被测量变化转换成自感 L 的变化，通过一定的转换电路转换成电压或者电流输出。
带相敏检波的交流电桥能更好的完成这一任务。 使用相敏整流电路， 输出电压不仅能反映衔
铁位移的大小和方向，而且还消除了零点残余电压的影响。
组成：石英玻璃、多成分玻璃、塑料、复合材料（如塑料包层、液体纤芯等）
、红外材料等。
按被覆材料还可分为无机材料（碳等） 、金属材料（铜、镍等）和塑料等。
导光原理：：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
复性等。
传感器动态特性标定：
传感器动态特性标定的目的确定传感器的动态特性参数，
如时间常数、 上升时间或工作频率、
通频带等。
标定步骤：
（1） 将传感器全量程分成若干等间距点 ;
（2） 根据传感器量程分点情况，由小到大一点一点地输入标准量值，并记录与个输入值
相对应的输出值；
（3） 将输入值由大到小一点一点减小，同时记录与各输入值相对应的输出值；
分类： 单臂电桥 :R 1 为电阻应变片， R 2 、 R 3 、 R 4 为电桥固定电阻。其输出电压为。 差动半桥电路 :R 1 、R 2 为两个所受应变方向相反的应变片， R 3 、 R 4 为电桥固定电阻。
其输出电压为： 。 差动全桥电路 :R 1、R2、R3、R4 均为电阻应变片，且相邻两桥臂应变片所受应变方向相反。其 输出电压为： 。
将指示光栅按逆时针方向转过θ角， 那么当指示光栅左移时， 莫尔条纹向下移动； 反之，当
指示光栅右移时， 条纹则向上移动。 如果将指示光栅按顺时针方向转过θ角， 那么情况与上
述相反。
由上可见，如果沿着莫尔条纹方向安装二组距离相差
W／ 4 的光电元件，就可以测量光
栅的移动距离和方向。 3 ．起平均误差作用
即: 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。
必要条件：光线在纤芯与包层的节目上发生全反射。
10、光栅传感器的基本原理是什么？莫尔条纹是如何形成的？有何特点？
基本原理：莫尔条纹原理
形成：把光栅常数相等的主光栅和指示光栅相对叠合在一起（片间留有很小的间隙）
，并使
两者栅线之间保持很小的夹角θ， 于是在近于垂直栅线的方向上出现明暗相间的条纹，
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），?
10、利用电涡流传感器测量板材厚度的原理是什么
?
答：当板材的厚度变化时， 将使传感器探头与金属板间的距离改变， 从而引起输出电压的变
化。
第四章：
5、什么叫 CCD势阱？论述 CCD的电荷转移过程。
CCD势阱：在一系列 MOS电容器金属电极上，加以适当的脉冲电压，排斥掉半导体衬底内的
多数载流子，形成势阱的运动，进而达到信号电荷的转移。
过程： 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。
7、说明光导纤维的组成并分析其导光原理，指出光导纤维导光的必要条件是什么？
2 ．莫尔条纹的移动与栅距成比例
当标尺光栅移动时， 莫尔条纹就沿着垂直于光栅移动的方向移动， 并且光栅每移动一个
栅距ω，莫尔条纹就准确地移动一个纹距 W，只要通过光电元件感测移过莫尔条纹的数目，
就可以知道光栅移动了多少个栅距， 而栅距是制造光栅时确定的， 因此工作台移动的距离就
可以计算出来。
而且当工作台移动方向改变时， 莫尔条纹的移动方向也有规律地变化： 设标尺光栅不动，
4、何谓零点残余电压？说明该电压产生的原因及消除方法。
零点残余电压：
当差动电压器处于中心位置时，理想条件下，输出电压为
0，实际上，当使用电桥电路时，
在零点总有一个最小的输出电压。一般把这个最小的输出电压称为零点残余压。
产生原因：
1. 由于两个二次测量线圈的等效参数不对称，
时期输出地基波感应电动势的幅值和相
的精密度和准确度都高。
4、为什么在使用各种指针式仪表时，总希望指针偏转在全量程的
2/3 一上范围内使用？
答：为了使仪表测出来的数据误差更小、更精确。
14、何谓传感器的静态标定和动态标定？试述传感器的静态标定过程。
传感器静态特性标定：
传感器静态标定目的是确定传感器的静态特性指标，如线性度、灵敏度、
精度、迟滞性和重
位不同，调整磁芯位置时，也不能打到幅值和相位同时相同。
2. 由于铁芯的 B-H 特性非线性，产生高次谐波不同，不能互相抵消。
消除方法：
1. 在设计工艺上，力求做到磁路对称、线路对称。
2. 采用拆圈的试验方法减小零点残余电压。
3. 在电路上进行补偿。 线路补偿主要有： 加串联电阻， 加并联电容， 加反馈电阻或反馈电容。
第一章：
1、何为准确度、精密度、精确度？并阐述其与系统误差和随机误差的关系
.
准确度：反应测量结果中系统误差的影响程度；
精密度：反应测量结果中随机误差的影响程度；
精确度： 反应测量结果中系统误差和随机误差综合的影响程度，
其定量特性可用测量的不确
定量， 精密度高的准确度不一定高， 准确度高的精密度不一定高，但精确度高
变的。机理不同。
半导体应变片的特点：在较小功耗下具有较高的灵敏度和较大的电阻变化。
金属应变片的特点：温度稳定性较好，线性度高，应变范围大（可达到
4%，而半导体应变
片只能达到 %），使用方便（可贴敷在弯曲表面上） 。
6、什么是直流电桥？若按桥臂工作方式不同，可分为哪几种？各自的输出电压如何计算？
直流电桥：测量直流电阻或其变化量的电桥。也用于测量转换为直流电阻的非电量。