第七章 光电传感器习题答案
信号处理与测试技术习题及答案
第一章习题：一、填空题1、电量分为和，如电流、电压、电场强度和电功率属于；而描述电路和波形的参数，如电阻、电容、电感、频率、相位则属于。
2、传感器输出的经过加工处理后，才能进—步输送到记录装置和分析仪器中。
3、现代科学认为，、、是物质世界的三大支柱。
4、与三大支柱相对应，现代科技形成了三大基本技术，即、、。
5、传感技术是人的的扩展和延伸；通信技术是人的的扩展和延伸；计算机技术是人的的延伸。
6、、、技术构成了信息技术的核心。
二、简答题1、举例说明信号测试系统的组成结构和系统框图。
2、举例说明传感技术与信息技术的关系。
3、分析计算机技术的发展对传感测控技术发展的作用。
4、分析说明信号检测与信号处理的相互关系。
三、参考答案（－）填空题1、电能量、电参量、电能量、电参量2、电信号、信号调理电路3、物质、能量、信息4、新材料技术、新能源技术和信息技术5、感官（视觉、触觉）功能、信息传输系统(神经系统)、信息处理器官(大脑)功能6、传感、通信和计算机第二章习题：一、填空题1、确定性信号可分为和两类。
2、信号的有效值又称为，它反映信号的。
3、概率密度函数是在域，相关函数是在域，功率谱密度是在域上描述随机信号。
4、周期信号在时域上可用、和参数来描述。
5、自相关函数和互相关函数图形的主要区别是。
6、因为正弦信号的自相关函数是同频率的，因此在随机噪声中含有时，则其自相关函数中也必然含有，这是利用自相关函数检测随机噪声中含有的根据。
7、周期信号的频谱具有以下三个特点：_________、________、_________。
8、描述周期信号的数学工具是__________；描述非周期信号的数学工具是________。
9、同频的正弦信号和余弦信号,其相互相关函数是的。
10、信号经典分析方法是和。
11、均值E[x(t)]表示集合平均值或数学期望，反映了信号变化的，均方值反映信号的。
12、奇函数的傅立叶级数是，偶函数的傅立叶级数是。
《传感器》第四版唐文彦习题答案
第一章 思考题与习题1、什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？答：输入量为常量或变化很慢情况下，输出与输入两者之间的关系称为传感器的静态特性。
它的性能指标有：线性度、迟滞、重复性、灵敏度与灵敏度误差、分辨率与阈值、稳定性、温度稳定性、抗干扰稳定性和静态误差（静态测量不确定性或精度）。
2、传感器动特性取决于什么因素？答：传感器动特性取决于传感器的组成环节和输入量，对于不同的组成环节（接触环节、模拟环节、数字环节等）和不同形式的输入量（正弦、阶跃、脉冲等）其动特性和性能指标不同。
3、某传感器给定相对误差为2%FS ，满度值输出为50mV ，求可能出现的最大误差δ（以mV 计）。
当传感器使用在满刻度的1/2和1/8时计算可能产生的百分误差。
并由此说明使用传感器选择适当量程的重要性。
已知：FS %2=γ, mV y FS 50=；求：δm =？解：∵ %100⨯=FS my δγ；∴ mV y FS m 1%100=⨯•=γδ若: FS FS y y 211= 则: %4%100251%1001=⨯=⨯=FS m y δγ 若: FS FS y y 812= 则: %16%10025.61%1002=⨯=⨯=FS my δγ 由此说明,在测量时一般被测量接近量程(一般为量程的2/3以上),测得的值误差小一些。
4、有一个传感器，其微分方程为x y dt dy 15.03/30=+，其中y 为输出电压（mV ），x 为输入温度（0C ），试求该传感器的时间常数τ和静态灵敏度k 。
已知：x y dt dy 15.03/30=+；求：τ=？，k =?解：将x y dt dy 15.03/30=+化为标准方程式为：x y dt dy 05.0/10=+ 与一阶传感器的标准方程：kx y dtdy =+τ 比较有： ⎩⎨⎧==)/(05.0)(100C mV k s τ 5、已知某二阶系统传感器的自振频率f 0=20k Hz,阻尼比ξ=0.1，若要求传感器的输出幅值误差小于3%，试确定该传感器的工作频率范围。
传感器原理与应用习题及答案
《第一章传感器的一般特性》1试绘制转速和输出电压的关系曲线，并确定：1）该测速发电机的灵敏度。
2）该测速发电机的线性度。
2．已知一热电偶的时间常数τ=10s，若用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在540οC和500οC 之间按近似正弦曲线波动，周期为80s，静态灵敏度k=1，试求该热电偶输出的最大值和最小值，以及输入与输出信号之间的相位差和滞后时间。
3．用一只时间常数为0.355s 的一阶传感器去测量周期分别为1s、2s和3s的正弦信号，问幅值误差为多少？4．若用一阶传感器作100Hz正弦信号的测试，如幅值误差要求限制在5%以内，则时间常数应取多少？若在该时间常数下，同一传感器作50Hz正弦信号的测试，这时的幅值误差和相角有多大？5．已知某二阶系统传感器的固有频率f0=10kHz，阻尼比ξ=0.1，若要求传感器的输出幅值误差小于3%，试确定该传感器的工作频率范围。
6．某压力传感器属于二阶系统，其固有频率为1000Hz,阻尼比为临界值的50%,当500Hz的简谐压力输入后，试求其幅值误差和相位滞后。
《第二章应变式传感器》1．假设某电阻应变计在输入应变为5000με时电阻变化为1%，试确定该应变计的灵敏系数。
又若在使用该应变计的过程中，采用的灵敏系数为 1.9，试确定由此而产生的测量误差的正负和大小。
2．如下图所示的系统中：①当F＝0和热源移开时，R l＝R2＝R3＝R4，及U0＝0；②各应变片的灵敏系数皆为+2.0，且其电阻温度系数为正值；③梁的弹性模量随温度增加而减小；④应变片的热膨胀系数比梁的大；⑤假定应变片的温度和紧接在它下面的梁的温度一样。
在时间t＝0时，在梁的自由端加上一向上的力，然后维持不变，在振荡消失之后，在一稍后的时间t1打开辐射源，然后就一直开着，试简要绘出U0和t的关系曲线的一般形状，并通过仔细推理说明你给出这种曲线形状的理由。
3．一材料为钢的实心圆柱形试件，直径d＝10 mm，材料的弹性模量E＝2 ×1011N／m2，泊松比μ＝0.285，试件上贴有一片金属电阻应变片，其主轴线与试件加工方向垂直，如图1所示，若已知应变片的轴向灵敏度k x ＝2，横向灵敏度C=4%，当试件受到压缩力F＝3×104N作用时。
传感器技术习题答案
2.13图1.19（a）所示在悬臂梁距端部为L位置上下面各贴两片完全相同的电阻
应变片R1 、R2、R3、R4。试求，（c）（d）（e）三种桥臂接法桥路输出电压
对（b）种接法输出电压比值。图中U为电源电压，R是固定电阻并且R1 =R2 =R3 =R4 =R，U0为桥路输出电压。
图1.9
22
解 按照图1.9（a）所示粘贴方法，有
•
静态灵敏度S0=0.05 mV/C
3
• 1.6某力传感器属二阶传感器，固有频率为1000Hz，阻尼比为0.7， 试求用他测量频率为600Hz的正弦交变力时的振幅相对误差和相 位误差。
• 解：振幅相对误差
A1
1
ω0=2π×1000rad/S，ξ=0.7，ω=2π×600rad/S
A()
1
[1 ( )2 ]2 (2 )2
• 所以振幅相对误差δA=(A-1)/1=1.0776-1=0.0776=7.76%
A ()
1
1
{1 [2π 400 /(2π 800)]2 }2 [2 0.4 2π 400 /(2π 800)]2
1.18
9
相频特性
() arctan[2 0/(02 2 )]
arctan
0 120 0.48 120 0.1368 2
(0.5013 0.5) 2 0.0026(V)
U o
1 4
R 1 R 1
R 2 R 2
U
1 4
0.48 120
0.137 120
2
2.57 103
V
2.57
mV
13
U （
R R
1
1
R 3
）U
0 R R R R R R
光电技术课后习题和答案
光出射度 M v,
=
v,
d 2
2
= 0.4815/（π×（0.001/2）2）=6.13×105lx
（ 2 ） 激 光 投 射 到 10m 远 处 屏 幕 上 ， 可 得 接 受 面 半 径
r
10
tan
2
1
10 2
3
10
2
1
10 2
3
0.003366m
面积 A=r 2 =3.56105
屏幕的光照度为 Ev
6 ϔৄ⇺⇪▔఼ܝথߎ⊶䭓Ў 0.6328Pm ⱘ▔ܝᴳˈ݊ࡳ⥛Ў3mWˈܝᴳᑇ䴶থᬷ
㾦Ў0.02mradˈᬒ⬉↯㒚ㅵⳈᕘЎ1mmDŽ䆩∖˖
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由维恩位移定律， m
2898 T
=9.36um
当发烧到
38.5
时，T=38.5+273=311.5K，此时 m
2898 T
=9.303um
峰值光谱辐射出射度 M e,s,m 1.309T 5 1015 =3.84 mW .cm2 .um1 11.解：依题意，由杂质吸收条件，则杂质吸收的长波限 L 1.24 Ei 所以杂质电离能 i 1.24 L =1.24/13=0.095ev 12.解：光照灵敏度 SV I V ，而辐射灵敏度 Se I e ，
发光强度 I v, = v, ，由空间立体角的定义， 将光束平面发散角转换 α= 0.02×10-3
由于这个角度很小，可以把其所对应的球面度近似的看作锥面圆的面积，且半径
传感器原理及应用习题答案完整版
传感器原理及应用习题答案习题1 (3)习题2 (5)习题3 (9)习题4 (11)习题5 (13)习题6 (15)习题7 (18)习题8 (21)习题9 (24)习题10 (26)习题11 (27)习题12 (29)习题13 (33)习题11-1 什么叫传感器？它由哪几部分组成？并说出各部分的作用及其相互间的关系。
答：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。
通常传感器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。
由于传感器的输出信号一般都很微弱, 因此需要有信号调节与转换电路对其进行放大、运算调制等。
随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的信号调节与转换电路可能安装在传感器的壳体里或与敏感元件一起集成在同一芯片上。
此外，信号调节转换电路以及传感器工作必须有辅助的电源，因此信号调节转换电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部分。
1-2 简述传感器的作用和地位及其传感器技术的发展方向。
答：传感器位于信息采集系统之首，属于感知、获取及检测信息的窗口，并提供给系统赖以进行处理和决策所必须的原始信息。
没有传感技术，整个信息技术的发展就成了一句空话。
科学技术越发达，自动化程度越高，信息控制技术对传感器的依赖性就越大。
发展方向：开发新材料，采用微细加工技术，多功能集成传感器的研究，智能传感器研究，航天传感器的研究，仿生传感器的研究等。
1-3 传感器的静态特性指什么？衡量它的性能指标主要有哪些？答：传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出—输入关系。
与时间无关。
主要性能指标有：线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。
1-4 传感器的动态特性指什么？常用的分析方法有哪几种？答：传感器的动态特性是指其输出与随时间变化的输入量之间的响应特性。
常用的分析方法有时域分析和频域分析。
第七章 光电传感器习题答案
•第七章光敏传感器•1．光电效应通常分为哪几类？简要叙述之。
与之对应的光电器件有哪些？•2．半导体内光电效应与入射光频率的关系是什么？3．光电倍增管产生暗电流的原因有哪些？如何降低暗电流？•4．试述光电倍增管的组成及工作原理？•5．简述光敏二极管和光敏三极管的结构特点、工作原理及两管的区别？•6．为什么在光照度增大到一定程度后，硅光电池的开路电压不再•随入射照度的增大而增大？硅光电池的最大开路电压为多少？•7．试举出几个实例说明光电传感器的实际应用，并进行工作原理的分析。
答案：一、光电效应分为两类：外光电效应和内光电效应外光电效应：入射光子被物质的表面所吸收，并从表面向外部释放电子的一种物理现象。
基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管。
内光电效应当光照在物体上，使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象。
分为光电导效应（如：光敏电阻）和光生伏特效应（如光电池、光电二极管、光电三极管）。
二、、对于不同的本征半导体材料，禁带宽度Eg不同，对入射光的波长或频率的要求也不同，一般都必须满足：对于杂质半导体：Ei为杂质电离能三、1、欧姆漏电欧姆漏电主要指光电倍增管的电极之间玻璃漏电、管座漏电和灰尘漏电等。
欧姆漏电通常比较稳定，对噪声的贡献小。
在低电压工作时，欧姆漏电成为暗电流的主要部分。
在使用光电倍增管时，保证管壳和所有连接件的清洁干燥是十分必要的。
2、热发射由于光电阴极材料的光电发射阈值较低，容易产生热电子发射，即使在室温下也会有一定的热电子发射，并被电子倍增系统倍增。
要减小热电子发射，应选用热发射小的阴极材料，并在满足使用的前提下，尽量减小光电阴极的面积，降低光电倍增管温度。
3、残余气体放电光电倍增管中高速运动的电子会使管中的残余气体电离，产生正离子和光子，它们也将被倍增，形成暗电流。
这种效应在工作电压高时特别严重，使倍增管工作不稳定。
在管子封口前应低温烘烤多余的残余气体。
4、场致发射光电倍增管的工作电压高时还会引起管内电极尖端或棱角的场强太高产生的场致发射暗电流。
(完整版)传感器原理课后答案
第一章传感与检测技术的理论基础1．什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？答：某量值的测得值和真值之差称为绝对误差。
相对误差有实际相对误差和标称相对误差两种表示方法。
实际相对误差是绝对误差与被测量的真值之比；标称相对误差是绝对误差与测得值之比。
引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法，也用相对误差表示，它是相对于仪表满量程的一种误差。
引用误差是绝对误差（在仪表中指的是某一刻度点的示值误差）与仪表的量程之比。
2．什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？它们通常应用在什么场合？答：测量误差是测得值与被测量的真值之差。
测量误差可用绝对误差和相对误差表示,引用误差也是相对误差的一种表示方法。
在实际测量中，有时要用到修正值，而修正值是与绝对误差大小相等符号相反的值。
在计算相对误差时也必须知道绝对误差的大小才能计算。
采用绝对误差难以评定测量精度的高低，而采用相对误差比较客观地反映测量精度。
引用误差是仪表中应用的一种相对误差，仪表的精度是用引用误差表示的。
3．用测量范围为-50～+150kPa的压力传感器测量140kPa压力时，传感器测得示值为142kPa，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。
解：绝对误差2140142=-=∆kPa实际相对误差%43.1%100140140142=⨯-=δ标称相对误差%41.1%100142140142=⨯-=δ引用误差%1%10050150140142=⨯---=）（γ4．什么是随机误差？随机误差产生的原因是什么？如何减小随机误差对测量结果的影响？答：在同一测量条件下，多次测量同一被测量时，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。
随机误差是由很多不便掌握或暂时未能掌握的微小因素（测量装置方面的因素、环境方面的因素、人员方面的因素），如电磁场的微变，零件的摩擦、间隙，热起伏，空气扰动，气压及湿度的变化，测量人员感觉器官的生理变化等，对测量值的综合影响所造成的。
光电传感技术第七八章答案
1，设光敏二极管的光敏面积为1 mm×1 mm，若用它扫描500 mm×400 mm的图像，问所获得的图像水平分辨率最高能达到多少？答：水平分辨率最高可以达到500 mm/1 mm=500。
2，上题中光敏二极管在水平方向（沿图像500 mm方向）正程运动的速度为5 m/s，逆程运动的速度达50 m/s，垂直方向正程运动的速度应为多少？扫描一场图像的时间需要多少？答：水平扫描周期应为垂直方向行进到下一行的时间，因此垂直方向正程速度为：。
扫描一场图像需时间为：。
3，上述扫描出来的图像怎样显示出来？能直接用什么制式的电视监视器显示？为什么？若想看到用线阵CCD扫描出来的图像，应采用怎样的措施？4，比较逐行扫描与隔行扫描的优缺点，说明为什么20世纪的电视制式要采用隔行扫描方式？我国的PAL电视制式是怎样规定的？答：逐行扫描闪烁感低，扫描方式和控制扫描的驱动设计也要简单，隔行扫描对行扫描频率的要求只是逐行扫描的一半，对信号传输带宽要求也小。
20世纪的显示器行扫描频率达不到逐行扫描的行频要求，因此用隔行扫描技术。
PAL制式规定场周期为20 ms，其中场正程时间为18.4 ms，场逆程时间为1.6 ms，行频为15625 Hz，行周期为64μs，行正程时间为52 μs，行逆程时间为12 μs。
5，现有一台线阵CCD图像传感器（如ILX521）为256像元，如果配用PAL电视制式的显示器显示他所扫描出来的图像需要采用怎样的技术与之配合？6，如何理解“环保的绿色电视”？100 Hz场频技术是基于怎样的基础？答：100 Hz扫描技术就是利用数字式场频转换技术，它把PAL制的50 Hz场频的信号，通过数字式存储器DARM，采用“慢存快取”的方法，即读出的时钟频率是存入时钟频率的2倍，实现信号场频率的倍频转换，使场扫描数倍增，从而成为场频为100 Hz的视频信号。
7，图像传感器的基本技术参数有哪些？他们对成像质量分别有怎样的影响？答：1，成像物镜的焦距f’，决定了被摄劲舞在光电成像器件上成像的大小；2，相对孔径D/f’，决定了物镜的分辨率、像面照度和成像物镜的成像质量；3，视场角2ω，决定了能在光电图像传感器上成像良好的空间范围。
《感测技术基础》教材习题解答第7章习题解答
第７章习题解答1、设图7-1-1中码盘为5位循环码盘，图中只有最靠近码盘中心的一个光电元件受光照产生电信号即输出数码“1”，其余4个光电元件均未受到光照不产生电信号即输出数码“0”，试计算码盘此时的转角。
（348.75°）解：由题意可知：1000054321=R R R R R ，1R ～n R 转换为1C ～n C 的公式为：∴1111154321=C C C C C ，()05051075.348213602360=-=⋅=-=-∑i i i Cθ。
2、增量编码器有几条码道?各有何作用?答：有三条码道。
码盘上最外圈码道上只有一条透光的狭缝，它作为码盘的基准位置，所产生的脉冲将给计数系统提供一个初始的零位(清零)信号；中间一圈码道称为增量码道，最内一圈码道称为辨向码道。
这两圈码道都等角距地分布着m 个透光与不透光的扇形区，但彼此错开半个扇形区即90°/m 。
所以增量码道产生的增量脉冲与辨向码道产生的辨向脉冲在时间上相差四分之一个周期，即相位上相差90°。
增量码道产生的增量脉冲的个数用于确定码盘的转动角度，辨向脉冲与增量脉冲的相位关系用于确定码盘的转动方向。
3、试说明光栅传感器为什么能测量很微小的位移?为什么能判别位移的方向?答：由图7－２－２可见，主光栅沿栅线垂直方向(即x 轴方向)移动一个光栅栅距W ，莫尔条纹沿y 轴正好移动一个条纹间距H （H>>W ），光电元件的输出电压变化一个周期。
在y=0处和y=H/4处各安放一个光电元件，这两个光电元件的输出信号u 1和u 2的相位差正好等于π/2。
将它们送到图7-1-8所示辨向电路，就可测量出光栅的移动方向和移动的栅距数。
主光栅每移动一个光栅栅距W ，莫尔条纹信号u 1和u 2就相应地变化一个周期，图6-1-8中或门就产生一个计数脉冲，可逆计数器就加1或减1，可逆计数器的计数结果就是主光栅移动的栅距数。
《传感器技术》习题答案第7-9章
第七章 光电式传感器10.解：线阵CCD 器件的像素间距为28.672 mm / 2048 = 14 μm工件直径是Mnp D=14 μm × 924/3 = 4312 μm=4.312 mm第八章热电及红外辐射传感器7．解：由题意，温度为t1=30℃时热电偶输出为E(t, t1)=25 mV根据中间温度定律，以参考温度t0=0℃为基础时的热电偶输出为E(t,t0)= E(t, t1)+ E(t1,t0)= 25+30× 0.04=26.2 mV所以，热电偶的热端温度，即炉子的实际温度是t=26.2/0.04= 655 ℃9.答：热电阻采用三线制或四线制，主要是为了消除引线误差，即补偿导线电阻。
三线制组成桥式电路可以较好地消除引线电阻影响；四线制中两线为热电阻提供恒流源，另两线测试未知电阻压降。
在电压表输入阻抗足够高的条件下，电流几乎不流过电压表，即可十分精确地测量未知电阻上的压降，再计算得到电阻值。
10.答：测量标准铂电阻温度计的电阻值时，不论采用什么方法，都会有电流通过温度计。
该电流将在热电阻和引线上产生焦耳热，此热效应将使热电阻自身的温度升高，引起测量误差。
为使这种现象对测量的影响不超过一定的限度和规范，规定其工作电流为1mA。
第九章 数字式传感器8.解：1）栅线密度为1/0.02=50线/mm2）条纹间距B=W/θ=0.02/0.01=2mm3）设光栅移动速度为v ，当移动一条栅线的时间≥光敏二极管的响应时间10-6 s 时，能保证二极管能正常反应采样，所以最大允许速度为=2×104 mm/s=20 m/s9．解：α=360︒/N=360︒/210=0.35︒10．解：Δα=α·n=360︒/N ·n=360︒/5000⨯200=14.4︒smm v 610501-=。
传感器课后题及答案
传感器课后题及答案第1章传感器特性1．什么是传感器？（传感器定义）2．传感器由哪⼏个部分组成？分别起到什么作⽤？3. 传感器特性在检测系统中起到什么作⽤？4．解释下列名词术语：1)敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器。
5．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？6．某传感器精度为2%FS ，满度值50mv ，求出现的最⼤误差。
当传感器使⽤在满刻度值1/2和1/8 时计算可能产⽣的百分误差，并说出结论。
7．⼀只传感器作⼆阶振荡系统处理，固有频率f0=800Hz，阻尼⽐ε=0.14，⽤它测量频率为400的正弦外⼒，幅植⽐，相⾓各为多少？ε=0.7时，，⼜为多少？8．某⼆阶传感器固有频率f0=10KHz，阻尼⽐ε=0.1若幅度误差⼩于3%，试求：决定此传感器的⼯作频率。
9. 某位移传感器，在输⼊量变化5 mm时，输出电压变化为300 mV,求其灵敏度。
10. 某测量系统由传感器、放⼤器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系统的总的灵敏度。
11．测得某检测装置的⼀组输⼊输出数据如下：a)试⽤最⼩⼆乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度；b)⽤C语⾔编制程序在微机上实现。
12．某温度传感器为时间常数 T=3s 的⼀阶系统，当传感器受突变温度作⽤后，试求传感器指⽰出温差的1/3和1/2所需的时间。
13．某传感器为⼀阶系统，当受阶跃函数作⽤时，在t=0时，输出为10mV;t→∞时，输出为100mV;在t=5s时，输出为50mV,试求该传感器的时间常数。
14．某⼀阶压⼒传感器的时间常数为0.5s,若阶跃压⼒从25MPa,试求⼆倍时间常数的压⼒和2s后的压⼒。
15．某压⼒传感器属于⼆阶系统，其固有频率为1000Hz,阻尼⽐为临界值的50%,当500Hz的简谐压⼒输⼊后，试求其幅值误差和相位滞后。
传感器与测试技术习题答案
第一章习题答案1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？解：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。
敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。
2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。
（2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统①MEMS技术要求研制微型传感器。
如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。
②研制仿生传感器③研制海洋探测用传感器④研制成分分析用传感器⑤研制微弱信号检测传感器（3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。
它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。
系统功能最大程度地用软件实现。
（4）传感器发展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。
（5）多功能与多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。
3．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。
衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。
1）传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度；2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx 的比值；3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；4）传感器的重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。
传感器课后题答案(可编辑修改word版)
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。
答：准确度：反映测量结果中系统误差的影响程度。
精密度：反映测量结果中随机误差的影响程度。
精确度：反映测量结果中系统误差和随机误差综合的的影响程度，其定量特征可用测量的不确定度表示。
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 以上范围内使用？答：选用仪表时要考虑被测量的大小越接近仪表上限越好，为了充分利用仪表的准确度，选用仪表前要对被测量有所了解，其被测量的值应大于其测量上限的2/3。
14.何为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。
答：静态标定：确定传感器的静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。
动态标定：确定传感器的动态特性参数，如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。
静态标定过程：①将传感器全量程分成如干等间距点。
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，并记录与各输入值相应的输出值。
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。
④按②、③所述过程，对传感器进行正反行程往复循环多次测试，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1.什么叫应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。
答：应变效应：金属丝的电阻随着它所受的机械形变的大小而发生相应的变化的现象称为金属应变效应。
工作原理：在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比，∆R即：R =K0ε(K0：电阻丝的灵敏系数、ε：导体的纵向应变)2.金属电阻应变片与的工作原理有何区别？各有何优缺点？答：区别：金属电阻变化主要是由机械形变引起的；半导体的阻值主要由电阻率变化引起的。
优缺点：金属电阻应变片的主要缺点是应变灵敏系数较小，半导体应变片的灵敏度是金属电阻应变片50 倍左右。
传感器第六、七、八章思考题及习题
第六章 思考题与习题1、什么是压电效应？答：沿着一定方向对某些电介质加力而使其变形时，在一定表面上产生电荷，当外力取消，又重新回到不带电状态，这一现象称为正压电效应。
当在某些电介质的极化方向上施加电场，这些电介质在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场散去，这些变形和应力也随之消失，此即称为逆压电效应。
2、为什么压电传感器不能测量静态物理量？ 答：压电元件送入放大器的输入电压由上式可知，用·当作用在压电元件上的力是静压力（ω=0）时，前置放大器输入电压等于零。
因为电荷就会通过放大器的输入电阻和传感器本身的泄漏电阻漏掉。
所以压电传感器不能测量静态物理量。
3、压电式传感器中采用电荷放大器有何优点？为什么电压灵敏度与电缆长度有关？而电荷灵敏度与电缆长度无关？ 答：p115 ●补充题：1、有一压电晶体，其面积为20mm 2，厚度为10mm ，当受到压力p=10MPa 作用时，求产生的电荷及输出电压：①零度X 切的纵向石英晶体；②利用纵向效应之BaTiO 3（压电陶瓷）。
已知：S=20 mm 2，δ=10mm ，P=10MPa ， 求：Q=？，V=？ 解：①∵ PS d F d Q 1111== 而：)/(1031.21211N c d -⨯= ∴ c PS d Q 10111062.4-⨯== 又∵ SQ S Q C Q U r r a εεδδεε00)/(/=== 而：)/(1085.85.412-0m F r ⨯==εε、 ∴ )(8.5797/0V SQ C Q U r a ===εεδ解②∵ PS d F d Q 3333== 而：)/(10901233N c d -⨯= ∴ c PS d Q 833108.3-⨯== 同上：又∵ SQ S Q C Q U r r a εεδδεε00)/(/=== 而：)/(1085.8120012-0m F r ⨯==εε、 ∴ )(3.1788/0V SQ C Q U r a ===εεδ2、某压电晶体的电容为1000pF;Kq=2.5C/cm,Cc=3000pF,示波器的输入阻抗为1M Ω和并联电容为50pF,求；①压电晶体的电压灵敏度；②测量系统的高频响应③如系统允许的测量幅值误差为5%,可测最低频率时多少？④如频率为10Hz,允许误差为5%,用并联方式，电容值是多少？已知：pF C M R pF C N c k pF C i i c q a 5013000/5.21000=Ω====；；；； 求： 解①∵ a q V C k k /= ∴ )/(105.29N V k V ⨯= 解②依据教材p113(6-14)式 ∵ ic a m im V C C Cd F U k ++=∞=33/)(；而：3333//d F F d F Q k q ===∴ )/(1017.68N V C C C k k ic a qV ⨯=++=解③依据教材p113(6-15)式 因： 222)(1)()(i c a i c a C C C R C C C R k +++++=ωωω高频响应时：1)(*=∞=k k而：%5)(**≤-kk k Lωγ 则：%95)(1)()(222≥+++++=i c a i c a C C C R C C C R k ωωω其中： 解得：Hz f LCL 5.1192==πω 解④因： %5)(**≤-k k k Lωγ 则： %95)(1)()(222≥+++++=i c a i c a C C C R C C C R k ωωω其中：解得：pF C C C C c a 48447=++=3、用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器的振动，已知：加速度计灵敏度为5pC/g,电荷放大器灵敏度为50mV/pC,当机器达到最大加速度值时相应的输出电压幅值为2V ,试求该机器的振动加速度。
传感器技术第3版课后部分习题解答
传感器技术第3版课后部分习题解答光勇 0909111621 物联网1102班《传感器技术》作业第一章习题一1-1衡量传感器静态特性的主要指标。
说明含义。
1、线性度——表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合（或偏离）程度的指标。
2、回差（滞后）—反应传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程过程中输出-输入曲线的不重合程度。
3、重复性——衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次变动时，所得特性曲线间一致程度。
各条特性曲线越靠近，重复性越好。
4、灵敏度——传感器输出量增量与被测输入量增量之比。
5、分辨力——传感器在规定测量围所能检测出的被测输入量的最小变化量。
6、阀值——使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附近的分辨力。
7、稳定性——即传感器在相当长时间仍保持其性能的能力。
8、漂移——在一定时间间隔，传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。
9、静态误差（精度）——传感器在满量程任一点输出值相对理论值的可能偏离（逼近）程度。
1-2计算传感器线性度的方法，差别。
1、理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，与实际测试值无关。
2、端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。
3、“最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反行程校准曲线对它的正负偏差相等并且最小。
这种方法的拟合精度最高。
4、最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数据的残差平方和最小。
1—4 传感器有哪些组成部分？在检测过程中各起什么作用？答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。
各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。
传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。
光电式传感器习题及解答.doc
一、单项选择题1、下列光电式传感器中属于有源光敏传感器的是（）。
A. 光电效应传感器B.红外热释电探测器C. 固体图像传感器D.光纤传感器2、下列光电器件是根据外光电效应做出的是（）。
A. 光电管B. 光电池C. 光敏电阻D. 光敏二极管3、当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时，光通量与光电流之间的关系称为光电管的（）。
A. 伏安特性B. 光照特性C. 光谱特性D. 频率特性4、下列光电器件是基于光导效应的是（）。
A. 光电管B. 光电池C. 光敏电阻D. 光敏二极管5、光敏电阻的相对灵敏度与入射波长的关系称为（）。
A. 伏安特性B. 光照特性C. 光谱特性D. 频率特性6、下列关于光敏二极管和光敏三极管的对比不正确的是（）。
A.光敏二极管的光电流很小，光敏三极管的光电流则较大B.光敏二极管与光敏三极管的暗点流相差不大C.工作频率较高时，应选用光敏二极管；工作频率较低时，应选用光敏三极管D.光敏二极管的线性特性较差，而光敏三极管有很好的线性特性7、下列光电式传感器中属于有源光敏传感器的是（）。
A. 光电效应传感器C. 固体图像传感器B.红外热释电探测器D.光纤传感器8、光敏电阻的特性是（）A．有光照时亮电阻很大 BC．无光照时暗电流很大 D 9、基于光生伏特效应工作的光电器件是（A．光电管 B.C D. ．无光照时暗电阻很小．受一定波长范围的光照时亮电流很大）光敏电阻10、 CCD以（）为信号A. 电压C．电荷B.D.电流电压或者电流11、构成CCD的基本单元是（）A. P 型硅结C. 光电二极管电容器12、基于全反射被破坏而导致光纤特性改变的原理，可以做成（）传感器，用于探测位移、压力、温度等变化。
A. 位移B. 压力C.温度D. 光电13、光纤传感器一般由三部分组成，除光纤之外，还必须有光源和( ) 两个重要部件。
A. 反射镜B.透镜C.光栅D. 光探测器14、按照调制方式分类，光调制可以分为强度调制、相位调制、频率调制、波长调制以及() 等，所有这些调制过程都可以归结为将一个携带信息的信号叠加到载波光波上。
传感器原理及应用课后习题答案)
习题集及答案第1章概述1.1 什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？1.2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。
1.3 简述传感器主要发展趋势，并说明现代检测系统的特征。
1.4 传感器如何分类？按传感器检测的范畴可分为哪几种？1.5 传感器的图形符号如何表示？它们各部分代表什么含义？应注意哪些问题？1.6 用图形符号表示一电阻式温度传感器。
1.7 请例举出两个你用到或看到的传感器，并说明其作用。
如果没有传感器，应该出现哪种状况。
1.8 空调和电冰箱中采用了哪些传感器？它们分别起到什么作用？答案：1.1答：从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。
我们对传感器定义是：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。
从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。
我国国家标准（GB7665—87）对传感器（Sensor/transducer）的定义是：“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和装置”。
定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。
按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。
1.2答：组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成；关系，作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。
传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。
1.3答：（略）答：按照我国制定的传感器分类体系表，传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器三大类，含12个小类。
按传感器的检测对象可分为：力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。
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•第七章光敏传感器
•1．光电效应通常分为哪几类？简要叙述之。
与之对应的光电器件有哪些？
•2．半导体内光电效应与入射光频率的关系是什么？
3．光电倍增管产生暗电流的原因有哪些？如何降低暗电流？•4．试述光电倍增管的组成及工作原理？
•5．简述光敏二极管和光敏三极管的结构特点、工作原理及两管的区别？
•6．为什么在光照度增大到一定程度后，硅光电池的开路电压不再•随入射照度的增大而增大？硅光电池的最大开路电压为多少？•7．试举出几个实例说明光电传感器的实际应用，并进行工作原理的分析。
答案：
一、光电效应分为两类：外光电效应和内光电效应
外光电效应：入射光子被物质的表面所吸收，并从表面向外部释放电子的一种物理现象。
基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管。
内光电效应
当光照在物体上，使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象。
分为光电导效应（如：光敏电阻）和光生伏特效应（如光电池、光电二极管、光电三极管）。
二、、对于不同的本征半导体材料，禁带宽度Eg不同，对入射光的波
长或频率的要求也不同，一般都必须满足：
对于杂质半导体：
Ei为杂质电离能
三、
1、欧姆漏电
欧姆漏电主要指光电倍增管的电极之间玻璃漏电、管座漏电和灰尘漏电等。
欧姆漏电通常比较稳定，对噪声的贡献小。
在低电压工作时，欧姆漏电成为暗电流的主要部分。
在使用光电倍增管时，保证管壳和所有连接件的清洁干燥是十分必要的。
2、热发射
由于光电阴极材料的光电发射阈值较低，容易产生热电子发射，即使在室温下也会有一定的热电子发射，并被电子倍增系统倍增。
要减小热电子发射，应选用热发射小的阴极材料，并在满足使用的前提下，尽量减小光电阴极的面积，降低光电倍增管温度。
3、残余气体放电
光电倍增管中高速运动的电子会使管中的残余气体电离，产生正离子和光子，它们也将被倍增，形成暗电流。
这种效应在工作电压高时特别严重，使倍增管工作不稳定。
在管子封口前应低温烘烤多余的残余气体。
4、场致发射
光电倍增管的工作电压高时还会引起管内电极尖端或棱角的场强太高产生的场致发射暗电流。
显然降低工作电压场致发射暗电流也将下降；加工时要精细，电极边应做成弯卷状。
5、玻璃壳放电和玻璃荧光
当光电倍增管负高压使用时，金属屏蔽层与玻璃壳之间的电场很强，尤其是金属屏蔽层与处于负高压的阴极电场最强。
在强电场下玻璃壳可能产生放电现象或出现玻璃荧光，放电和荧光都要引起暗电流，而且还将严重破坏信号。
因此，在阴极为负高压应用时屏蔽壳与玻璃管壁之间的距离至少为10~20mm。
四、
光电倍增管是一种真空光电发射器件，它主要由（光入射）窗、光电阴极、电子光学系统、倍增极和阳极五部分组成。
光照射到阴极上产生光电子，光电子在真空中电场的作用下被加速而投射到第一个打拿极上，产生3～6倍的二次电子，被打出来的二次电子再经过加速电场的加速，又打在第二倍增电极上，电子数目又增加3～6倍，如此不断连续倍增，直到最后一级的倍增极产生的二次电子被更高电位的阳极收集为止，其电子数将达到阴极发射电子数的105~106倍。
从而在整个回路里形成光电流I A。
工作时，电极电位从阴极到阳极经过各个打拿极逐级升高，即每个打拿极电压应满足V11>V10>….V3>V2>V1，（其中V11，V10，….V3，V2，V1分别为各打拿极的
电压。
）
光电倍增管的放大倍数很高，一般可达106，它的灵敏度比普通光电管高几万到几百万倍。
五、
结构特点：光电二极管结构与普通二极管类似。
它的管芯是一个具有光敏特性的PN结，结面积比普通二极管大，表面有防反射的SiO2保护层。
封装在透明玻璃壳内。
PN结装在管子的顶部，并有一个透明窗口，可使入射光集中照射在PN结的敏感面上。
光敏三极管与普通半导体三极管一样，是采用半导体制作工艺制成的具有NPN 或PNP 结构的半导体管，它的引出电极通常只有两个。
为适应光电转换的要求，它的基区面积做得较大，发射区面积做得较小，入射光主要被基区吸收。
和光敏二极管一样，封装在透明玻璃壳内，并有一个透明窗口，可使入射光集中照射在敏感面上。
工作原理：
光敏二极管：在反向偏压的作用下,无光照时，反向电流很小，这反向电流称为暗电流。
只有少数载流子，渡越阻挡层形成微小的反向电流即暗电流;当光照射在PN结上，光子打在PN结附近，使PN结附近产生光生电子和光生空穴对，从而使P区和N区的少数载流子浓度大大增加，因此在外加反向偏压和内电场的作用下， P区的少数载流子渡越阻挡层进入N区， N区的少数载流子渡越阻挡层进入P区，
从而使通过PN结的反向电流大为增加，这就形成了光电流。
光的照度越大，光电流越大。
光敏晶体管：光敏晶体管的基区很薄，无引线（开路），当集电极加上相对于发射极为正的电压，集电结处于反向偏置状态，当光照射在集电结时，就会在结附近产生电子—空穴对，光生电子被拉到集电极，基区留下空穴，使基极与发射极间的电压升高，相当于给发射结加了正向偏压，这样便会有大量的电子流向集电极，形成输出电流，且集电极电流为光电流的β倍，所以光敏晶体管有放大作用。
光敏二极管和三极管的主要差别：
光电流
光敏二极管一般只有几微安到几百微安，而光敏三极管一般都在几毫安以上，至少也有几百微安，两者相差十倍至百倍。
光敏二极管与光敏三极管的暗电流则相差不大，一般都不超过1uA。
响应时间
光敏二极管的响应时间在100ns以下，而光敏三极管为5～10us。
因此，当工作频率较高时，应选用光敏二极管；只有在工作频率较低时，才选用光敏三极管。
输出特性
光敏二极管有很好的线性特性，而光敏三极管的线性较差。
六、
当硅光电池的输出端开路时，外电路电流I=0，开路电压为：
硅光电池的开路电压与入射光强度有关， 其规律是：硅光电池开路电压与入射光强度的对数成正比，即开路电压随入射光强度增大而增大，但入射光强度越大，开路电压增大得越缓慢，当照度为20000lx 时趋向饱和。
硅光电池的U oc 一般为0.45~0.6V ，最大不超过0.756V ，
它不能大于PN 结热平衡时的接触电势差，室温下Si 的接触电势差为0.7V 。
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P oc I I q kT U。