哈工大 机械工程测试大作业二--传感器综合运用
哈尔滨工业大学年秋季传感技术及应用考试试题
哈尔滨工业大学2007年秋季传感技术及应用考试试题课程综合考试，合计分数70分一、判断题（正确打√标记，错误打×标记，每题1分，共5分）1．（）传感器是一种测量器件或装置，它将被测量按一定规律转换成可用输出，一般系统有输入和输出，所以均可看作传感器。
2．（）对变间隙的电容式传感器而言，即使采用差动结构也不能完全消除非线性误差。
3．（）压电晶体有三个互相垂直的轴，分别为X轴（电轴）、Y轴（力轴）、Z 轴（光轴），当沿某一轴的方向施加外作用力时，会在另外两个轴的表面出现电荷。
4．（）光电池和光敏二极管都是建立在内光电效应基础上，工作电路也一样。
5．（）自感式电感传感器改变空气隙等效截面积类型变换器转换关系为非线形的，改变空气隙长度类型的为线形的。
二、简答题（每题5分共20分）1．什么是传感器？传感器由哪三个部分组成？2．简述热电偶热电势产生的原因。
3．简要说明金属应变片与半导体应变片在工作原理上的区别?4．什么是电容传感器的“驱动电缆技术”，采用它的目的是什么？三、（8分）影响电容传感器精度的主要因素是边缘效应和寄生电容，试分别详细说明减少这两种影响的措施（建议以图示进行辅助说明）。
四、（12分）什么是电感传感器的零点残余电压？残余电压过大带来哪些影响？减小零点残余电压的措施有哪些？五、（10分）霍尔片采用恒流源供电，为补偿温度误差，采用在输入回路并联电阻，如下图示，若已知霍尔元件灵敏度温度系数为α，霍尔元件输入电阻温度系数为β，温度t0时的输入电阻为R i0，霍尔元件灵敏度系数为K H0；温度t1时的输入电阻为，霍尔元件灵敏度系数为,请推导并联的电阻R P的大小。
六、（15分）（1）说明光纤的结构和传输光的原理。
（2）光纤传感器的数值孔径如何定义的？它有何物理意义？（3）图示为光纤传光示意图，若空气的光折射率为n0，要使光纤的入射光在光纤纤芯内全反射，则q0至多为多少？写出推导过程。
哈尔滨工业大学2007年秋季传感技术及应用考试试题答案课程综合考试，合计分数70分一、判断题（正确打√标记，错误打×标记，每题1分，共5分）1．（×）传感器是一种测量器件或装置，它将被测量按一定规律转换成可用输出，一般系统有输入和输出，所以均可看作传感器。
哈工大_测试技术与仪器_大作业_传感器的综合应用
哈尔滨工业大学测试技术与仪器大作业二——传感器的综合应用姓名：学号：10908104xx班级：0908104学院：机电学院专业：机械设计制造及其自动化日期：2011.6.23录*设计指导书 (3)一、厚度检测 (3)1、光强位移传感器测量厚度原理 (3)2、方案分析 (3)3、元器件选择 (3)二、计数器 (5)1、计数器 (5)2、设计方案 (5)3、系统组成 (5)参考文献 (8)*设计指导书：题目：如图所示的工件，根据图中所示测量要求（1）选用适合的传感器（需要分析其工作原理），并提供实际产品型号（最好有产品照片）、选型参数；（2）设计相应的测量方案，要求为计算机控制的测试系统；（3）绘制方案示意图；（4）绘制测量装置系统框图。
（5）如图所示工件，在生产线的30°滑道上自上而下滑落，要求在滑动过程中检测工件厚度，并且计数。
图中4mm尺寸公差带为10μm。
一、厚度检测1、光强位移传感器测量厚度原理：通过传感器接收受到光强随传感器探头到反光面距离的改变而变化，经光电变换器件转变为直流电压或电流信号后由电路输出。
该仪器受到,α，ε,η,Ζ），σ为反的电压为U=f（σ,Ι光表面的反射率；Ι为电源发光强度；α为光电转换效率；ε为电路增益；η为光路效率；Ζ为,反射面到传感器探头端口的距离。
假设当σ,Ια，ε,η,Ζ一定时，电压就是Z的函数。
2、方案分析该方案实现测量结果的前提依赖于其传感器在线性度、重复性、滞缓、灵敏度、分辨力、静态误差、稳定性、漂移等。
3、元器件选择①芯片avrmega16l选择avr作为MCU处理的芯片具有比89c51有如下几个优点，工作电压范围为2.7~6.0V，电源抗干扰性能强；片内集成16位指令的程序存储器，总线采用哈佛结构，程序存储器和数据存储器分开组织和寻址；采用CMOS工艺技术，精简指令RISC结构，用32个通用工作寄存器代替了累加器，具有较高的MIPS/MHZ 的能力，具有高速度，低功耗，休眠功能，指令执行速度可达50ns；自带8路复用的单端输入通道的AD转换，具有10位精度，65~260微妙的转换时间，7路差分输入通道，具有可选的2.56VADC的参考电压，连续转换或单次转换模式，ADC转换结束中断。
机械工程测试技术基础大作业哈工大
哈尔滨工业大学•机电工程学院机械工程测试技术基础I课程大作业设计人：段泽军学号: 1120810810院系: 机电工程学院专业:机械设计制造及其自动化班级: 1208108 ________2015年5月指导教师: 工慧蚯目录目录 ....................................................... I I题目一：信号的分析与系统特性 (1)机械工程测试技术基础课程大作业任务书 (1)一,方波信号的数学表达式 (2)1, 方波信号的时域表达式 (2)2, 时域信号的傅里叶变换 (2)二，频率成分分布情况 (3)三，系统分析 (3)1, 一阶系统 (3)2, 二阶系统 (3)四，系统响应分析 (6)1，一阶系统响应 (6)2,二阶系统响应 (6)题目二：传感器综合运用 (8)机械工程测试技术基础课程大作业任务书 (8)一，基本原理 (9)1, 变面积式电容传感器 (9)2, 变极距式电容传感器 (10)3, 所示为变介电常数式电容传感器 (10)二，电容传感器的设计 (11)三，测量电路 (11)四，测量方案简图 (12)2015年5月题目一信号的分析与系统特性段泽军题目一：信号的分析与系统特性机械工程测试技术基础课程大作业任务书题目要求：写出所给信号的数学表达通式，其信号的幅频谱图(单•边谱和双边谱)和相频谱图，若将此信号输入给特性为传递函数为H(s)的系统，讨论系统参数的取值，使得输出信号的失真小。
1, 利用第1章所学知识，求解信号的幅频谱和相频谱，并画图表示；2, 分析其频率成分分布情况；3, 利用第2章所学内容，画出表中所给出的系统H(s)的伯徳图；4, 对比2、3图分析将2所分析的信号作为输入x(t),输入给3所分析的系统H(s),求解其输出y(t)的表达式，并且讨论信号的失真情况(幅值失真与相位失真)若想减小失真，应如何调整系统H(s)的参数。
传感器与检测技术大作业
机电一体化中传感器与检测技术的应用引言：传感器是将物理、化学、生物等自然科学和机械、土木、化工等工程技术中的费电信号转换成电信号的换能器。
从各行各业到日常生活，传感器几乎是无处不在，无处不用，其主要作用就是信息的采集和获取。
在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。
因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。
随着微电子技术、控制技术、传感器技术等快速发展，机电一体化也得到了快速发展。
机电一体化系统是多种技术共同结合、共同配合形成的控制系统，最主要的技术是传感器技术。
一、传感器的种类传感器在机电一体化系统的主要作用是测量机电一体化系统各模块性能和目标对象、工作环境等的状态，为可靠地控制、调控机电一体化系统的整体工作提供有效的物理参数信息。
当今，传感器用于检测的方面不同，具有多种种类，原理各异分类方式也不尽相同。
按输入被测量进行分类，一般可分为速度传感器、温度传感器、位移传感器、压力传感器等。
这种分类方法直接反应了检测的目的；按输出量形式可分为数字传感器与模拟传感器两类；按工作机理可分为结构型和物性型；按转换原理可分为电阻式、电容式、电感式、压电式、光电式、热点式传感器等；按信息的传递方式可分为能量转换传感器与能量控制型传感器两类。
具体可以分为测量系统内部模块性能状态的内部数据传感器和系统外部状态的外部数据信息传感器。
系统内部数据信息传感器的主要工作是检查机电一体化系统内部模块的位矢、加速度、力臂、力、温度等的相关状态变化情况。
系统外部数据信息传感器主要职能是采集、检测机电一体化系统外部环境对机械性能的变化状态情况。
传感器能够如人感受器官一样，具有触觉感受和非触觉感受，所以传感器又可以分为接触式传感器和非接触式传感器。
如：接触式的碰触式传感器、压觉传感器；非接触式的温觉传感器、声觉传感器等。
哈工大-测试与传感技术-文档资料
n (1 n)2
R1
第二章 电阻式传感器 哈尔滨工业大学
Ku
U0 R1
U
n (1 n)2
—— 电桥电压灵敏度
分析可知：
R1
① 电桥电压灵敏度Ku正比于电桥供电电压U
U↑→ Ku↑
但供电电压U的提高受到应变片允许功耗的限制， 所以要作适当选择;
② 电桥电压灵敏度Ku=Ku(n) ， 恰当地选择桥臂比n 的值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。
5. 光电电位器 是一种非接触式电位器，一光束代替常规的电刷。一般采用氧化铝作
基体，在其上蒸发一条带状电阻薄膜（镍铝合金或镍铁合金）和一条导电 极（鉻合金或银）。
图1是这种电位器的结构图。平时无光照时，电阻体 和导电电极之间由于光电导层电阻很大而呈现绝缘状 态。当光束照射在电阻体和导电电极的间隙上时，由 于光电导层被照射部位的亮电阻很小，使电阻体被照 射部位和导电电极导通，于是光电电位器的输出端就 有电压输出，输出电压的大小与光束位移照射到的位 置有关，从而实现了将光束位移转换为电压信号输 出。 特点：光电电位器最大的优点是非接触型，不存在磨损问题，它不会 对传感器系统带来任何有害的摩擦力矩，从而提高了传感器的精度、寿 命、可靠性及分辨率。光电电位器的缺点是接触电阻大，线性度差。由于 它的输出阻抗较高，需要配接高输入阻抗的放大器。尽管光电电位器有着 不少的缺点，但由于它的优点是其它电位器所无法比拟的，因此在许多重 要场合仍得到应用。
y
P
P
x
y x
l0
纵变向应y 造变成电x 阻造减成少电。阻增加，横向应
图4 放大的栅状电阻应变片及弯角 部分示意图
a r 2b
第二章 电阻式传感器 哈尔滨工业大学
传感器在机械工程中的应用
传感器在机械工程中的应用随着科技的发展，传感器在机械工程中的应用越来越广泛。
传感器作为一种能够感知和测量环境参数的装置，可以将实际的物理量转换成电信号，为机械工程提供了重要的数据支持。
本文将介绍传感器在机械工程中的应用，并探讨其对机械工程的影响。
一、传感器在机械工程中的测量应用传感器在机械工程中最常见的应用就是测量。
例如，温度传感器可以测量机械设备的温度，压力传感器可以测量管道中的压力，位移传感器可以测量物体的位移等等。
通过传感器的测量，可以实时获取到机械设备的运行状态，从而及时调整和维修设备，保证机械设备的安全和正常运行。
二、传感器在机械工程中的控制应用传感器在机械工程中的另一个重要应用是控制。
通过传感器获取到的数据可以用于控制机械设备的运行。
例如，光电传感器可以感知到物体的存在与否，从而控制机械设备的起停和运动方向；力传感器可以感知到物体的受力情况，从而控制机械设备的负载和运行速度等。
传感器的控制应用可以提高机械设备的自动化程度和生产效率，减少人工干预和错误。
三、传感器在机械工程中的安全应用传感器在机械工程中还具有重要的安全应用。
例如，烟雾传感器和火焰传感器可以感知到火灾的发生，从而及时触发报警和灭火装置，保护生命和财产安全；振动传感器可以感知到机械设备的振动情况，从而预测和检测设备的故障，避免意外事故的发生。
传感器的安全应用可以提高机械设备的安全性和可靠性，降低事故风险和损失。
四、传感器在机械工程中的质量控制应用传感器在机械工程中还可以用于质量控制。
例如，厚度传感器可以测量材料的厚度，从而控制产品的质量；光学传感器可以检测产品的表面缺陷，从而提高产品的质量和外观。
传感器的质量控制应用可以实时监测和调整生产过程，提高产品的一致性和稳定性，满足客户的需求和要求。
传感器在机械工程中具有广泛的应用。
它可以实现机械设备的测量、控制、安全和质量控制等功能，为机械工程提供了重要的数据和支持。
传感器的应用不仅提高了机械设备的自动化程度和生产效率，还提高了机械设备的安全性和可靠性，同时也提高了产品的质量和一致性。
传感器原理及应用 试题答案 5
哈工大传感器原理及应用课程综合考试，课程综合考试，合计分数 70 分试题答案试题答案判断题（正确打√标记错误打×标记标记，标记，一、判断题（正确打标记，错误打标记，每题 1 分，共 5 分1.( √ ）变间隙电感传感器采用差动结构也不能完全消除非线性误差。
2．（√ ）在压电式传感器的测量线路中，电荷放大器的低频特性要比电压放大器好的多。
3．（√ ）热电偶传感器的中间导体定律保证了接入热电偶回路中的第三甚至第四种导体只要它们几端的温度相同就一定不会影响回路的总电势。
4．（× ）通常外光电效应有红限频率，而内光电效应无红限频率。
5．（√ ）一个均匀绕制的电位器式电阻式传感器，共 100 匝，两端输入电压为 10V，则其视在分辨力为 0.1V。
二、简答题（每题 5 分共 20 分）1．什么是传感器？传感器由哪三个部分组成？答：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。
传感器的组成：敏感元件——直接感受被测量(非电量)能产生有确定关系的输出量传感元件——又称为变换器，一般情况它不直接感受被测量，而是将敏感元件的输出量转换为电量输出的元件。
变换电路——能把传感元件输出的电量转换为便于处理、传输、记录、显示和控制的有用电信号的电路。
2．什么是热电偶的接触电势和温差电势? 答:接触电势：各种导体中都存在大量的自由电子，不同的导体自由电子密度也不同，当两种导体接触时结点处要发生电子扩散，电子密度大的导体，向电子密度小的导体扩散，电子密度大的导体，失去电子具有正电位，相反电子密度小的导体带负电位，当这种扩散达到一定平衡时，结点处将具有一定的接触电动势，这个接触电动势与导体材料及结点温度有关。
接触电动势： E AB (T ) = RT N A (T ) ln e N B (T ) 式中：R——玻尔兹曼常数 e——电子电荷 N A 、N B ——材料 A、B 在 T 时的电子自由密度对于同一导体，当两端温度不同时，两端也将产生一定大小的电动势。
【精品】测试技术与仪器大作业—传感器综合应用
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y测试技术与仪器大作业(二）课程名称：机械工程测试技术基础设计题目：传感器综合应用院系:机电工程学院班级:设计者：学号:设计时间：2011年6月26日哈尔滨工业大学题目:工件大小如图，要求测量内锥（20º±0.1º）。
一、图1二、测量方法的选择选择气动测量方法测量内锥孔的锥度。
它区别于涂色方法,直接测量大小端面直径得出锥度。
使锥度产品质量控制实现,数据化、趋势化从而达到稳定控制质量，提高加工效率，提高效益的目的。
其原理为利用压缩空气为介质，根据压缩空气通过锥孔的测量部位时所产生的流速、流量以及压力的变化量,来间接测量锥孔大小端的直径再求得锥孔的锥度。
在此，选择压力式气动测量，其数学描述为：221x A P P gc +=（1）式中：c P ——--测量压力g P -—--气源压力x —-——测量的距离A----—在忽略了空气的压缩性时为常数以x 为被测量,用压力传感器精确测量c P 值，即可得出x.对（1)式进行线性化:c gP P x A =+221则AxP P c g=1-令1-c gP P Y =则有Ax Y =(2）式（2）中A 可看做常数，可认为中间变量Y 与x 呈线性关系。
分析测量精度图2已知锥度为αmm T D D 036.012=-m T T D D x μ94112==-测量精度一般根据被测量的公差带利用的是误差不等式来确定,测量精度一般应达到公差带的1/5。
故测量精度要小于m μ8.1。
三、故测量c P 的压力传感器的精度的可由式（1）求得，其值还和g P 、A 的值有关。
四、传感器的选择气体压力传感器目前最长使用的有：压阻式、电容式、压电式、晶体谐振式等。
压阻式的又有硅电阻、陶瓷电阻、应变电阻等，是把压力作用转化为电阻变化的原理。
电容式的主要是用陶瓷电容，是把压力作用转化为电容变化的原理。
哈工大机械的测试技术基础大作业的2传感器综合的运用
"测试技术"课程大作业2作业题目：传感器综合运用学生姓名：评阅教师作业成绩2015年春季学期传感器综合运用一、设计题目如图所示工件，在生产线的30°滑道上自上而下滑落，要求在滑动过程中检测工件厚度，并且计数。
图中4mm尺寸公差带为10μm。
图1.测量工件二、厚度检测传感器的选择电容传感器是把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。
它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。
其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器（见图）。
若忽略边缘效应，平板电容器的电容为εA/δ，式中ε为极间介质的介电常数，A为两电极互相覆盖的有效面积,δ为两电极之间的距离。
δ、A、ε三个参数中任一个的变化都将引起电容量变化，并可用于测量。
因此电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。
极距变化型一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化。
面积变化型一般用于测量角位移或较大的线位移。
介质变化型常用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定。
与电阻式或电感式传感器相比，电容传感器具有四大优点:(l)分辨力高，常用于精密测量;(2)动态响应速度快，可以直接用于某些生产线上的动态测量;(3)从信号源取得的能量少，有利于发挥其测量精度;(4)机械结构简单，易于实现非接触式测量。
因此电容传感器在精密测量中占有重要的地位。
此外，电容器传感器还具有结构简单,价格便宜，灵敏度高，零磁滞，真空兼容，过载能力强，动态响应特性好和对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性强等优点。
因此，在本题中选择电容传感器作为厚度检测传感器。
三、电容传感器的检测原理电容式传感器可分为面积变化型、极距变化型、介质变化型三类，下面将分述其检测原理。
1、面积变化型电容传感器这一类传感器输出特性是线性的，灵敏度是常数。
这一类传感器多用于检测直线位移、角位移、尺寸等参量。
测量装置如图2所示。
zx——传感器综合应用
Harbin Institute of Technology课程大作业说明书课程名称：机械工程测试技术基础设计题目：传感器综合运用院系：班级：设计者：学号：哈尔滨工业大学第一部分设计任务书题目二传感器综合运用：工件如图所示，要求测量出工件的刚度值，在力F的作用下头部将产生偏角（约3度）。
力的大小为300N，选择力传感器，及位移传感器，设计测量方案。
作业提示：高精度的角度测量比较难，可以转换为线位移测量。
作业要求（1）学生选题可以多人选一题，但是要求独立完成作业内容。
同一测量对象，可以有多种测量方法，可以用不同传感器。
（2）根据被测物理量选用适合的传感器系列；例如尺寸量测量传感器，电阻应变式传感器，电感式传感器，电容传感器，磁电传感器、CCD图像传感器等等。
（3）分析所给任务的测量精度，并根据精度指标初选适合该精度的传感器系列；测量精度一般根据被测量的公差带利用的是误差不等式来确定，例如公差带达到10μm 时测量精度一般应达到公差带的1/5，即小于2μm。
满足此精度的传感器有电阻应变式传感器，电感式传感器等，但考虑精度的同时还要考虑量程等其它方面的因素，参考第3章传感器的选用原则一节。
（4）测量方法是确定成败的，好的测量方法可以充分发挥传感器的性能。
学生要根据被测量的特点及题目要求，综合考虑测量方便，适合于批量测量的特点，确定合理的测量方案，并画出测量方案简图，可以配必要的文字说明。
第二部分：设计说明书1.基本原理本题目中为了计算工件的刚度值，需要测量出力的大小和角位移的大小，高精度的角度测量比较难，可以转换为线位移测量，所以本题目中选择力传感器及位移传感器两个传感器来进行测量位移可以分为线位移和角位移，位移的测量在工程上有广泛的应用，有些场合需要精确地测量零部件的位移或位置，我们在此选择气动测量方法测量位移。
气动测量是利用压缩空气作为介质，根据压缩空气在通过测量部位时而产生的流速、流量以及压力的变化量，来间接测量被测对象的位移、变形等参量。
机械工程测试技术试题
机械工程测试技术试题(含答案)(总6页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--一、选择题1、差动式变极距式电容传感器的灵敏度是变极距式传感器的____2__倍.2、信号有多种类型，从分析域上看，经典的分析方法有__时域法_和 __频域法_。
3、压电式传感器的转换原理是利用晶体材料的__压电效应____。
4、传感器的静态特性中，输出量的变化量与引起此变化的输入量的变化量之比称为___灵敏度___。
6、信息与信号二者间关系是___信息在信号之中___。
7、当两信号的互相关函数在t 0有峰值，表明其中一个信号和另一个信号时移t 0时，相关程度___最高__。
8、传感器的灵敏度越高，意味着传感器所能感知的___被测量__越小。
9、测试工作的任务主要是要从复杂的信号中提取(有用信号)10、时域信号的时移，则频谱变化为（ 相移 ）11、 记录磁带快录慢放，放演信号的频谱带宽(变窄，幅值增高)12、 用二阶系统作测量装置时，为获得较宽的工作频率范围，则系统的阻尼比应(接近1/√2 )13、 对二阶系统输入信号x(t)=A1sinw1t+A2sinw2t,则系统稳态输出方程的通式为(A1＇sin（w1t+φ＇１）+A2＇sin （w2t+φ２＇）)14、 概率密度函数提供了随机信号（沿幅值域分布）的信息15、 在测量位移的传感器中，符合非接触测量，而且不受油污等介质影响的是(电涡流式)16、 只使在fe 1～fe 2间频率的信号通过，应采用（带通）滤波器17、 在选用振子时，除了使阻尼比接近０.７外，应使被测正弦信号的最高频率fm(≤（０.５-０.６） )振动子的固有频率fn18、 为使电缆的长度不影响压电式传感器的灵敏度，应选用（电荷）放大器。
19、 当τ→∞时,信号x （t ）的自相关函数Rx （τ）呈周期性变化,说明该信号(含有周期成份)。
20、 正弦信号的自相关函数，使原有的相位信息(丢失)21、 不能用确定的数学公式表达的信号是（随机）信号。
哈工大传感器原理及应用知识点(综合各位老师ppt)
2
o a0 / a2 为无阻尼固有频率，
a1 为阻尼比， k b / a 为静态灵敏度。 0 0 2 a0 a2
1 1 ， y (t ) k (1 e ) 。单位阶跃的 s 1 s
t
一阶传感器的阶跃响应： Y ( s) X ( s)W ( s)
响应信号是指数函数，输出曲线成指数变化逐渐达到稳定。时间常数τ 越小越好，是 反映一阶传感器的重要参数。 二阶传感器的阶跃响应： Y ( s) W ( s) X ( s)
b0 a1s1 a0 a1 b0 a0 a0 k ，k s 1 s 1
Y( s) 例如液体温度传感 1 为时间常数。 a0 a0
二阶传感器： W ( s)
2 b0 b0 ko Y( s) ， 例如， 如电动式测振传感器等。 ， 2 W ( s) 2 1 2 a2 s a1s a0 X( s) a2 s a1s a0 s 2o s o
k
n xi yi xi yi ( 左先积 后和 乘 n ，右先和 后积 ) ， b n xi2 ( xi ) 2
y k x 。常用 : 过零点最小二乘。根据
i yi (k x i b) 可求出最大残差，进而可以求出非线性误差。
3 、灵敏度 (mv/mm) ：传感器输出变化量Δ y 与引起该变化量的输入变化量Δ x 之比为其静态灵敏度。
1 n (yi ) 2 。 yi 为各测试点残差，n 为测试点数。取 2 或者 3 为传感器静态误差。警惕 n 1 i 1
啊误差也可用相对误差来表示，即 = (3 / yFS ) 100% 。静态误差是一项综合性指标，它基本上包括 了前面叙述的非线性误差、迟滞误差、重复性误差、灵敏度误差等。 10、误差表达 绝对误差：测量结果与被测参量真值之间的差值的绝对值。|X‐Q| 相对误差：测量的绝对误差与被测量真值的比值。/Q×100% 引用误差：测量的绝对误差与仪表的满量程之比。m/yFS×100% 1.2 传感器动特性 动态特性定义: 指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 由于输入信号的时间函数形式是多种多样的，在时域内研究传感器的响应特性时，只能研究几种特定的输 入时间函数如阶跃函数、脉冲函数和斜坡函数等的响应特性。在频域内研究动态特性一般是采用正弦函数 得到频率响应特性。通常认为可以用线性时不变系统理论来描述传感器的动态持性。线性时不变系统重要 性质—叠加性和频率保持性：也就是说，各个输入所引起的输出是互不影响的。 常用数学模型：①常系数线性微分方程②传递函数(初始条件为零，输出的拉氏变换与输入的拉氏变 m m 1 换之比)。W ( s ) Y( s ) bm s bm 1s b0 所有系数都是实数， m≤n X( s ) an s n an 1s n 1 a0
传感器的综合应用-哈尔滨工业大学
《机械工程测试技术》课程大作业题目：传感器的综合应用姓名：学号：班号：授课教师：哈尔滨工业大学2011年07月06日一、题目要求11)(+=s s H τ；τ=0.25 22240)(nn ns s s H ωζωω++=；ωn =700,δ=0.7 二、设计过程1) 写出波形图所示信号的数学表达通式；在一个周期内三角波可表示为x (t )={4AT 0t,−T 0/4<t <T 0/42A −4A T 0t,T 0/4<t <3T 0/4;其傅里叶级数展开式为x (t )=8Aπ2(sin ω0t −19sin3ω0t +125sin 5ω0t +⋯)2）求取其信号的幅频谱图（单边谱和双边谱）和相频谱图； 1、单边谱幅频谱函数A (n )=8An 2π2，n =1,3,5,⋯相频谱函数φ(n )={π2,n =1,5,9,⋯−π2,n =3,7,11,⋯幅频谱、相频谱图如下图示：2、双边谱傅里叶级数的复指数展开为：x(t)=4A π2[(e −j π2e −jω0t +e j π2e jω0t )−132(e j π2e−j3ω0t +e −j π2e j3ω0t )+⋯ φ ω ω3ω 5ωω ω3ω 5ω 7ω8A π2π2−π2则|C n |=12√a n 2+b n 2=12A n =4Aπ2∙1n 2φn =−arctanb n a n则幅频谱、相频谱图如下图所示：3）画出表中所给出的系统H (s )的伯德图； 1、一阶系统的传递函数为1()0.251H s s =+，则Bode 图为：4Aπ2Aωω −ω −3ω −5ω 3ω 5ωφ ω−5ω−3ω−ωω3ω5ω7ω −7ω−π2π22、二阶系统的传递函数为228000()980490000H s s s =++，则Bode 图为：3）若将此信号输入给特性为传递函数为H (s )的系统中，求其响应； 1、一阶响应对于该输入信号可以对每一项单独计算系统输出相应，然后相加即可。
东北大学22春“机械工程”《传感器与测试技术》期末考试高频考点版(带答案)试卷号：2
东北大学22春“机械工程”《传感器与测试技术》期末考试高频考点版（带答案）一.综合考核(共50题)1.在压磁式传感器中，当受外力F作用时，磁力线分布发生变化，部份磁力线和测量绕组交链，并在绕组中产生感应电势。
()A.错误B.正确参考答案：B2.记录磁带快录慢放，放演信号的频谱带宽变窄，幅值增高。
()A.错误B.正确参考答案：B3.在电阻应变测量中，电桥四臂阻值均为R，电桥单臂工作输出为U。
当桥臂为2R高阻时，电桥输出为()。
A.UB.2UC.0.5UD.0参考答案：A4.电磁式激振器当加上直流电流后，直流磁感应强度不再为零，将工作点移到B～F近似直线的中段，这时产生的电磁交变吸力的波形与交变磁感应波形基本相同。
()A.错误B.正确参考答案：B记录长时间慢变化信号可以选用光线示波器。
()A.错误B.正确参考答案：A6.压电式加速度计，希望其固有频率()。
A.在400Hz左右B.在120Hz左右C.尽量低些D.尽量高些参考答案：D7.若声压为p，参考基准声压为p0，则声压级L=()。
A.20lg(p/p0)B.10lg(p/p0)C.20lg(p0/p)D.10lg(p0/p)参考答案：A8.传感器的动态特性越好，说明传感器的响应在被测频率范围内()。
A.灵敏度高B.稳定性好C.不失真D.重复性好参考答案：C9.脉冲激振是用一个装有传感器的脉冲锤敲击被测对象，同时测量激励和被测对象的响应。
脉冲的持续时间取决于锤端的材料，材料越软越小，则频率范围越大。
()参考答案：B10.在计算机测试系统的基本组成中，采用多路模拟开关来实现信号测量通道的切换，将多路输入信号同时输入公用的输入回路进行测量。
()A.正确B.错误参考答案：B11.阻抗头是测量振动系统()的拾振器。
A.激振力B.振动速度C.振动加速度D.激振力及响应参考答案：D12.测量振动的电荷放大器在使用中受电缆电容的影响大。
()A.正确B.错误参考答案：B13.对压电传感器配用的电路的阻抗值()。
机械工程测试技术基础传感器的综合运用
课程大作业说明书课程名称：机械工程测试技术基础设计题目：传感器的综合运用院系：班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：目录1 题目 ................................................................................. 错误！未定义书签。
2 设计步骤 ......................................................................... 错误！未定义书签。
2.1 选择传感器系列 (1)2.2 精度分析 (1)3 平行度要求 (2)4 电涡流传感器工作原理 (2)5 测试方法 (2)5.1 测量圆周 (2)5.2 拟合圆心 (2)5.3 计算直线 (3)5.4计算误差并计算是否满足设计要求 (4)6 总结 (4)7 参考文献 (4)1题目：如图所示的工件工件厚度60mm，现在需要测量图示所标注的平行度，选用适合的传感器，设计相应的测量方案。
2设计步骤：1）选择传感器系列选择合适的传感器不仅需要满足测量精度要求，而且要便于测量，还要考虑测量成本。
根据设计要求，由于工件最小的内径可能仅有25.5mm，故测量探头尺寸不能过大。
另外为了能更快获取足够多测量点的数据，最好采用非接触测量方法，提高测量效率。
目前，常用的位移传感器主要有电感式、电容式、激光式、射线式、涡流式等。
其中，激光位移传感器测距范围大、与被测材料无关、响应速度快，但是价格昂贵，且易受灰尘等环境因素干扰，并且其分辨率受到衍射效应的影响。
光电式位移传感器利用激光三角反射法进行测量，对被测物体材质没有任何要求，主要影响为环境光强和被测面是否平整。
电容位移传感器适用于各种导电材料测量，具有高分辨率，但是要求使用场合干净，对油污、尘埃、水等静电荷的干扰敏感，在实际应用中很少。
超声波传感器精度要求达到1mm 时，就必须把超声波传播的环境温度考虑进去，通常应用在倒车雷达，雷达液位计等对精度要求不高的场合。
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(1)
图 2 内锥计算方法
所以测量如图 1 所示工件的内孔锥度的思路为测量在一段轴线距离上两端点的孔径值，故需要位移测 量传感器，பைடு நூலகம்方案选用压力式气动测量方法（图 3） 。而本方案要求为计算机控制的测试系统，所以还需要 将气压信号转化为电信号，故还需要一个压力传感器。
1
图 3 气动测量圆锥孔示意图
3
表 2 气压传感器型号及规格
传感器 气压传感器
型号 郎恩 PT100
压力范围 0~0.2MPa
精度 ±0.5%F.S
输出信号 0~5V
响应时间 10ms
图 7 郎恩气压传感器 PT100
3.
测量方案
根据要求，本方案为计算机控制的测试系统，即数字化气动测量系统，它包括气动测量、气电转换、 数据采集和计算机处理等部分。 1） 气动测量 差压式气动测量气路原理图如图 4 所示。测量回路又由两个背压回路组成，测量时两个背压回路处于 相同的环境压力和温度下，使外界环境（压力、温度和湿度等）对测量的影响降到最小，测量精度高、稳 定性好。 2） 气电转换 气电转换原理图如图 8 所示。本子系统包含压电传感器、信号放大器以及模数转换器。
气电转换 信号放大
图 8 气电转换原理图
模数转换
3） 数据采集 数字信号的采集采用 PCI-8335B 数采卡。PCI-8335B 卡适用于提供了 PCI 总线插槽的 PC 系列微机， 具有即插即用（PnP）的功能。其操作系统可选用目前流行的 Windows 系列、高稳定性的 Unix 等多种操作 系统以及专业数据采集分析系统 LabVIEW 等软件环境。在硬件的安装上也非常简单，使用时只需将接口 卡插入机内任何一个 PCI 总线插槽中并用螺丝固定，信号电缆从机箱外部直接接入。 PCI-8335B 卡安装使用简便、功能齐全。其 A/D 转换启动方式有程控频率触发、程控单步触发。A/D 转换后的数据结果通过先进先出存储器（FIFO）缓存后由 PCI 总线读出。 4） 计算机处理 基于本方案要求，选择中断方式来完成对数据采集卡编程。中泰 PCI-8335B 数采卡设备驱动程序支持 Visual C++， 可以通过编程实现对本方案测量仪器的控制与监测。
2
h≥式中 ——;膜片边缘允许的最大径向应变。 压阻式压力传感器由于弹性元件与变换元件一体化， 尺寸 小，其固有频率很高，可以测频率范围很宽的脉动压力。固有频率可按下式计算式中 ——硅片的密度 （kg/m2）压阻式压力传感器广泛用于流体压力、差压、液位等的测量。特别是它的体积小，最小的传感器 可为 0.8mm，在生物医学上可以测量血管内压、颅内压等参数。
传感器 外锥气动测量头
品牌 硕工
锥度 20º
最大直径 19mm
两孔隙轴向距离 10mm
精度 1 μm
图 6 硕工外锥气动测量头
本方案采用西安郎恩机电设备有限公司制造的气压传感器 PT100（压阻式压力传感器） ，如图 7 所示， 价格约 450 元人民币。产品链接为 /offer/44961039167.html?spm=0.0.0.0.QFJGXU。表 2 为其规格参数。
目
录
1. 2.
测量要求 ........................................................................................................................................................... 1 传感器选择 ....................................................................................................................................................... 1 1) 内锥测量方法 ........................................................................................................................................... 1 2) 差压式气动测量原理[1] ........................................................................................................................... 2 3) 压阻式压力传感器测量原理 ................................................................................................................... 2 4) 传感器型号及参数 ................................................................................................................................... 3 3. 测量方案 ........................................................................................................................................................... 4 1） 气动测量 ............................................................................................................................................... 4 2） 气电转换 ............................................................................................................................................... 4 3） 数据采集 ............................................................................................................................................... 4 4） 计算机处理 ........................................................................................................................................... 4 4. 方案示意图 ....................................................................................................................................................... 5 5. 测量装置系统框图 ........................................................................................................................................... 5 参考文献 ................................................................................................................................................................... 5
2)
差压式气动测量原理[1]
目前，气动在线检测系统中普遍采用背压式和差压式两种测量方法。单纯压力式测量有它的缺点，即 对气源要求过高， 否则当喷嘴与工件之间的距离改变时， 气源压力一旦发生波动， 工作压力就会发生变化， 从而造成测量误差，破坏量仪的稳定性。而采用差压式测量就可以解决这一问题，并能改善量仪性能。因 而本方案采用差压式气动测量。 差压式气动测量气路原理图如图 4 所示。测量回路又由两个背压回路组成，测量时两个背压回路处于 相同的环境压力和温度下，使外界环境（压力、温度和湿度等）对测量的影响降到最小，测量精度高、稳 定性好。 空压机 1 将压缩的空气送至滤清器 2 过滤灰尘、水等杂质后进入气压阀 3 和稳压器 4，稳压器的输出 压力为 p0。测量时通过两个直径相同的节流孔 5、6 同时向两个回路输入相同压力的气体，一路经节流器 5 通过调零阀 8 流入大气，另一路经节流器 6 通过测头与被测零件间缝隙流入大气。回路 1 是平衡压力， 回路 2 是测量压力，连接两回路之间的压力变送器 7 采集测量压力与平衡压力的差值Δp=p2-p1 作为被测 信号，经放大后输出就可测得被测参数 S 的大小。
图 4 差压式气动测量原理图
3)
压阻式压力传感器测量原理
压阻式传感器是压力式传感器的一种。压阻式压力传感器又称扩散硅压力传感器。结构如图 5 所示。 其核心部分是一块沿某晶向(如〈1 0〉)切割的 N 型的圆形硅膜片。在膜片上利用集成电路工艺方法扩散上 四个阻值相等的 P 型电阻。用导线将其构成平衡电桥。膜片的四周用圆硅环（硅杯）固定，其下部是与被 测系统相连的高压腔，上部一般可与大气相通。在被测压力 P 作用下，膜片产生应力和应变。膜片上各点 的应力分布由公式给出。当时，径向应力为零值。四个电阻沿〈1 1 0〉晶向并分别在 x=0.635r 处的内外排 列，在 0.635r 之内侧的电阻承受的为正值，即拉应力，外侧的电阻承受的是负值，即压应力。由于〈1 1 0〉 晶向的横向为〈0 0 1〉 ，因此， ，代入内外电阻的相对变化式中——内、外电阻上所承受径向应力的平均值。 设计时，要正确地选择电阻的径向位置，使,因而使。使四个电阻接入差动电桥，初始状态平衡，受力 P 后，差动电桥输出与 P 相对应。为了保证较好的测量线性度，要控制膜片边缘处径向应变。而膜片厚度为