传感器复习习题

第十一章 传感器电路

¾ 教学要求

1．掌握传感器匹配基础知识。 2．了解信号处理电路的基本原理。 3．了解信号传输。

4. 掌握常用的抗干扰设计的基本方法。

¾ 教学内容

1.1 传感器的匹配

对于高阻抗的传感器，通常用场效应管或运算放大器来实现匹配。对于阻抗特别低的传感器，在交变输入时，往往采用变压器匹配。

阻抗匹配的例子：（P243，图11.4自举型高输入阻抗放大器）。

11.2 信号处理电路（了解） 11.3 信号传输（了解） 11.4 抗干扰设计

1. RC 去耦电路

2. 线路板的合理布局

综合练习

一. 填空题

1．根据传感器的功能要求，它一般应由三部分组成，即.敏感元件、转换元件、转换电路。

2．传感器按能量的传递方式分为有源的和无源的传感器。

3. 根据二阶系统相对阻尼系数ζ的大小，将其二阶响应分成三种情况.

1ζ>时过阻尼；1ζ=时临界阻尼；1ζ<时欠阻尼。

4. 应变计的灵敏系数k 并不等 于其敏感栅整长应变丝的灵敏度系数0k ，一般情况下，0k k <。

5. 减小应变计横向效应的方法.采用直角线栅式应变计或箔式应变计。

6. 应变式测力与称重传感器根据结构形式不同可分为:柱式﹑桥式﹑轮辐式﹑梁式和环式等。

7. 半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生变化，这种现象就称为压阻效应。

8. 光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。

9. 光电效应是光照射到某些物质上，使该物质的电特性发生变化的一种物理现象，可分为外光电效应和内光电效应两类。

10. 基于外光电效应的光电敏感器件有光电管和光电倍增管。

基于光电导效应的有光敏电阻。基于势垒效应的有光电二极管和光电三极管。基于侧向光电效应的有反转光敏二极管。

11. 光电倍增管是一种真空器件。它由光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极及电子收集极（阳极）等组成。

12. 光敏电阻器是利用半导体光电导效应制成的一种特殊电阻器，对光线十分敏感，它的电阻值能随着外界光照强弱（明暗）变化而变化。它在无光照射时，呈高阻状态；当有光照射时，其电阻值迅速减小。

13. 光电二极管与光电三极管外壳形状基本相同，其判定方法如下.遮住窗口，选用万用表R*1K 挡，测两管脚引线间正、反向电阻，均为无穷大的为光电三极管。

14. 光电耦合器是发光元件和光电传感器同时封装在一个外壳内组合而成的转换元件。以光为媒介进行耦合来传递电信号，可实现电隔离，在电气上实现绝缘耦合，因而提高了系统的抗干扰能力。

15. 电荷藕合器件图像传感器CCD（Charge Coupled Device），它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷。

16. 光纤的结构包括：纤芯.包层.涂敷层和护套。

17. 入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤的数值孔径。定义1n 为纤芯折射率，2n 为

包层折射率，则光纤的数值孔径可表述为.NA= 。

18. 光纤按折射率变化类型分为.阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤；按传播模式的多少.单模光纤和多模光纤。从传感器机理上来说.光纤传感器可分为振幅型（也叫强度型）和相位型（也叫干涉仪型）两种。

19. 目前压电材料可分为三大类.一是压电晶体(单晶)，它包括压电石英晶体和其他压电单晶；二是压电陶瓷(多晶半导瓷)；三是新型压电材料，又可分为压电半导体和有机高分子压电材料两种。

20. 压电加速度传感器的结构一般有纵向效应型、横向效应型和剪切效应型三种。

21. 声表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）是一种沿弹性基体表面传播的声波，其振幅随压电基体材料深度的增大按指数规律衰减。

22. 常用的热敏电阻为陶瓷热敏电阻,分为负温度系数(NTC)热敏电阻、正温度系数(PTC)热敏电阻和临界温度电阻(CTR)。

23.在一定的空气压力下，逐渐降低空气的温度，当空气中所含水蒸气达到饱和状态，开始凝结形成水滴时的温度叫做该空气在空气压力下的露点温度。

24. 气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应，导致敏感元件阻值变化。当氧化型气体吸附到N型半导体上，半导体的载流子减少，电阻率上升。

25. 非电阻型气敏传感器，是利用MOS二极管的电容—电压特性变化；MOS 场效应管的阈值电压的变化；肖特基金属半导体二极管的势垒变化进行气体检测。

26. 霍尔传感器中的霍尔元件都是由半导体材料制成的。在半导体材料中，由于电子的迁移率比空穴的大，所以霍尔元件一般采用N型半导体材料。

27. 若给通以电流的金属或半导体材料的薄片加以与电流垂直或平行的外磁场，则其电阻值就增加。这种现象称为磁致电阻变化效应（磁阻效应）。

28. 磁敏电阻的灵敏度一般是非线性的，且受温度的影响较大。一般半导体磁阻元件在弱磁场中呈现平方特性，而在强磁场中呈现线性变化。

29. 对于高阻抗的传感器，通常用场效应管或运算放大器来实现匹配。对于阻抗特别低的传感器，在交变输入时，往往采用变压器匹配。

30. 为了消除应变片的温度误差，可采用的温度补偿措施包括.单丝自补偿

法，双丝自补偿法和桥路补偿法三种方法。

31. 测量系统的静态特性指标主要有灵敏度﹑灵敏度界限﹑线性度﹑迟滞

差和稳定性等。

32. 金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象

称应变效应；半导体或固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称压阻效

应。直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度K下降

了，这种现象称为横向效应。

33. 压电式传感器的测量电路（即前置放大器）有两种形式.电压放大器和 电荷放大器，后接电荷放大器时，可不受连接电缆长度的限制。

34. 引起霍尔元件零位误差的原因主要有直流寄生电势、寄生感应电势和不

等位电势。

35. 电子测量装置中根据干扰进入测量电路方式不同可将干扰分为差模干

扰和共模干扰。

36. 电学应变仪应用最广泛，它采用的电路可以是直流电桥式、交流电桥式

或电位计式，应用最多的是交流电桥式电路并带有载波放大器的形式。

37. 硒光电池的光谱响应区段与可见光波段相近，因而得到应用。

38. 一个高精度的传感器必须有良好的静态特性和动态特性，才能完成信号

无失真的转换。

39. 差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而

实际上差动变压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为零点残余电

压；利用差动变压器测量位移时，如果要求区别位移方向（或正负）可采用相敏

检波电路。

40.某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象，同时在

它的表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称

为正压电效应；在介质极化方向施加电场时电介质会产生形变，这种效应又称逆

压电效应。

二. 选择题（蓝色为答案）

（ ）1. 通常意义上说的传感器包括了敏感元件在内的两个组成部分，

另外一个是_______ 。