西工大自动检测技术第三、四章作业

第三章新型传感器

【3】简述湿敏电阻式传感器的工作原理。

答：水分子有较大的偶极矩（分子中征服中心不重合的程度），故易于吸附在固体表面并渗入固体内部。水分子的这种吸附和渗透称为水分子亲和力特征，利用这一特征制作的湿度传感器称为水分子亲和力型湿度传感器。

湿敏电阻是电阻值随着环境相对湿度变化而变化的敏感元件。主要由绝缘基板、湿敏层和电极组成。湿敏层吸收了环境中的水分子后引起电阻值的变化，再经过测量电路转换为电压的形式输出。

【8】光电效应有哪几种？与之对应的光电元件各有哪些？

答：根据光电效应现象的不同特征，可将光电效应分为外光电效应、内光电效应和光生伏打效应三类。

光电器件有：光电管、光电倍增管、光敏电阻（内光电效应）、光敏二极管（内光电效应）、光敏三极管（内光电效应）、光电池（光生伏打效应）和光电耦合器。

【9】光电传感器有哪几部分组成？被测量可以影响光电传感器的哪些部分？

答：光电传感器通常由光源、光学通路和光电元件三部分组成。如图所示。图中Ф1是光源发出的光信号，Ф2是光电器件接受的光信号，被测量可以是x1或者x2，它们能够分别造成光源本身或光学通路的变化，从而影响传感器输出的电信号I。光电传感器设计灵活，形式多样，在越来越多的领域内得到广泛的应用。

【12】超声波传感器如何对工件进行探伤？

答：从超声波的行进方向来看，可分为两种基本类型：投射型和反射型。

超声波探伤是一种无损检测技术，最常用的是脉冲反射法。测试前，先将探头插入探伤仪的连接插座上。探伤仪面板上有一个荧光屏，通过荧光屏可知工件中是否存在缺陷、缺陷的大小及位置。工作时探头放于被测工件上，并在工件上来回移动进行检测。探头发出的超声波，以一定速度向工件内部传播，如工件中没有缺陷，则超声波传到工件底部便产生反射，在荧光屏上只出现始脉冲T 和底脉冲B。如工件中有缺陷，一部分声脉冲在缺陷处产生反射，另一部分继续传播到工件底部反射，在荧光屏上出现三个脉冲，多了一个脉冲F。通过缺陷脉冲在萤光屏上的位置可确定缺陷在工件中的位置，也可以通过脉冲的幅度高低来判别缺陷的大小。

【增】简述智能传感器的构成方法与实现途径。

答：智能传感器可以对信号进行检测、分析、处理、存储和通信，具备了人类的记忆、分析、思考和交流的能力，即具备了人类的智能，所以称为智能传感器。智能传感器主要由传感器、微处理器及相关电路组成。

目前传感技术的发展是沿着三条途径实现智能传感器的:

(1)非集成实现：将传统的经典传感器（采用非集成工艺制作的传感器，仅具有获取信号的

功能）、信号调理电路、带数据总线接口的微处理器组合为一体而构成的一个智能传感器系统。

(2)集成化实现：采用微机械加工技术和大规模集成电路工艺技术，利用硅作为基本材料来制作敏感元件、信号调理电路、微处理器单元的，并把它们集成在一块芯片上面构成的，故又可以成为集成智能传感器。主要有两种发展趋势，一种是多功能化与阵列化，加上强大的软件信息处理；另一种是发展谐振式传感器，加上软件信息处理功能。

(3)混合实现：根据需要与可能，将系统中各集成化环节，如敏感单元、信号调理电路、微处理器单元、数据总线接口，以不同的组合方式集成在两块或三块芯片上，并装在一个外壳里。

第四章信号的转换与调理

【1】何为测量放大电路？对其基本要求是什么？

答：被测量由传感器转为电信号，在没有干扰的情况下，信号源为单一有效信号，直接加到放大器上将微弱信号放大。但在许多场合，传感器输出的微弱电信号还包含有工频、静电和电磁耦合等干扰信号，有时甚至是与有效信号相同频率的干扰信号。称上述干扰为共模干扰。对这种含有共模干扰的信号的放大需要放大电路具有很高的共模抑制比以及高增益，低干扰和高输入阻抗的特点。习惯上，将具有上述特点的放大器称为测量放大器，这样的电路称为测量放大电路。

【3】什么是隔离放大电路？是如何实现隔离的，应用于何种场合？

答：在强电或强电磁干扰的环境中，传感器输出的电信号不可避免地混有静电耦合、电磁耦合以及接地回路等干扰信号。在测试系统中，除了将模拟信号先经低通滤波器滤掉部分高频干扰外，还必须合理地处理接地问题，并将放大器加上静电屏蔽和电磁屏蔽，称作隔离放大技术，具有这种功能的放大器称为隔离放大器。

通常，隔离放大器是指输入、输出、电源、电流和电阻上彼此隔离，使输入与输出间没有直接耦合的测量放大器。

【4】简述电压-电流及电流-电压变换器的作用，并举例介绍常用转换方法。

答：电压-电流变换器的作用是将输入的电压信号转换成电流信号输出，常用负载浮地的U-I 变换器和差动输入的U-I变换器；而电流-电压变换器的作用是将输入的电流信号变成电压信号，有I-U变换原理电路和通用精密I-U变换器。

【6】什么是无源滤波器？什么是有源滤波器？各有何优缺点？

答：采用R、L、C一些无源元件组成的叫做无源滤波器，无源滤波器具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高、运行费用较低等优点，至今仍是应用广泛的被动谐波治理方法；而采用无源与有源元件组合而成的叫做有源滤波器，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。【8】程控增益放大器是如何构成的，程序控制（软件）的作用是什么？

答：用软件控制实现增益的自动变换的放大器，称为程控增益放大器PGA。是以放大器为基础通过单片机，多路转换开关和电阻网络等一起构成的。程序控制软件的作用是为了自动切换量程，特别是当被测量动态范围较宽时，使用PGA更显示出优越性。