现代传感技术复习思考题 2

现代传感技术复习思考题

1.传感器的基本概念是什么？一般情况下由哪几部分组成？

答：根据国标，传感器的定义为：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或装置，通常由敏感元件和转换器件构成。

2.传感器有几种分类形式，各种分类之间有什么不同？

答：按基本效应分类、按构成原理分类、按作用原理分类、按能量关系分类、按敏感材料分类、按输入量分类、按输出信号分类、按与某种高新技术结合分类。

各种分类方法都具有相对的合理性，从学习的角度来看，按传感器的工作原理分类，对理解传感器的工作原理、。工作机理十分有利；从使用的角度分析，按被测量分类，为正确选择传感器提供了方便。

3.举例说明结构型传感器与物性型传感器的区别。

答：结构型：以转换元件结构参数变化实现信号转换。如：电容传感器、硅光电池、电涡流传感器。

物性型：以转换元件物理特性变化实现信号转换。如：光栅传感器、应变片。

4.传感器与传感技术概念有什么不同？

答：联系与区别：1、传感器是获取信息的工具，是一种能够反特定的实测量信息按一定规律转化成可用信号输出的器件或装置；

2、传感器技术是关于传感器设计、制造和开发应用的综合技术；

3、传感技术是以传感器为核心逐渐外延，与物理学、测量学、光学、机械学、材料学、计算机科学等多门学科密切相关，多种技术相互渗透、相互结合而形成的一种新技术密集型前沿学科；

传感技术是信息获取技术，是信息技术的三大支柱之一。

5.物质、能量和信息三者之间的关系是什么？

答：1、信息是由能量或物质形态表示的；

2、信息是载于能量流传播的；

3、信息在传播过程中要消耗能量，维持信息传播必须供给能量；

4、信息传播的方面与携带信息的能量流的方向是一致的；

5、测量过程中，被测对象应具有足够的负熵才能保证有效测量。

6.传感器所依据的自然定律、规律有哪些？

答：1、守恒定律：能量守恒、动量守恒、质量守恒、角动量守恒、电荷守恒和信息守恒定律。

2、场的定律——关于物质作用的定律。

3、物质定律：热平衡现象、传输现象和量子现象。

4、统计物理学法则。

7.简述各类基础效应的含义以及与传感器的关系。（如法拉弟磁光效应、光的多普勒效应）

答：物性型传感器是利用某些物质的物理性质随外界待测量的作用的原理制作而成的。而新原理、新效应的发现和利用，新型材料的的开发和应用，使传感器得到了很大的发展，并逐步成为传感器发展的主流。

主要的基础效应有：1、光电效应：外光电效应、内光电效应（又分为光电导效应及光升伏特效应）；

2、电光效应：泡克耳斯效应、克尔效应、光弹效应、电致发光效应、电致变色效应；

3、磁光效应：法拉弟效应、磁光克尔效应、科顿-穆顿效应、塞曼效应、光磁效应；

4、磁电效应：霍尔效应、磁阻效应、巨磁阻效应；

5、热电效应：塞贝克效应、珀尔贴效应、汤姆逊效应

6、热释电效应：

7、压电：压电效应、逆压电效应；

8、压阻；

9、磁致伸缩效应：磁致伸缩效应、逆磁致伸缩效应、威德曼效应

10、约瑟夫逊效应和核磁共振：隧道效应、直流约瑟夫逊效应、交流约瑟夫逊效应、核磁共振；

11、光的多谱勒效应和萨古纳克效应；

12、声的多谱勒效应及声电、声光效应；

13、与化学相关的效应：科顿效应、中性盐效应、彼德效应、贝克 纳赞

效应、饱和效应、努森效应；

14、纳米效应：表面效应和界面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应。

8.光纤传感器的工作原理？有哪些类型？考察光纤性能的主要参数是什么？

答：光在光纤内部传播时，发生全反射，不断反射，到达别一端，这是光纤的传光原理。

光在传输过程中，光纤易受到外界环境影响，从而导致传输光的强度、相位、频率、偏振态等光波量发生变化。通过监测这些量的变化可以获得相应的物理量。研究光纤传感原理实际上是研究光在调制区与外界被测参数的相互关系，即研究光被外界参量调制的原理，外界参量可以引起不同光波量的变化，从而形成不同的调制方法。

根据不同的调制方法，分别有强度调制、频率调制、波长调制等不同的调制方法。根据光纤在传感器中的作用，分为：功能型、非功能型、拾光型。

数值孔径NA是衡量光纤集光性能的主要参数，其意义是，无论光源发

θ内的光线才能被光纤吸收，并在光纤内射功率多大，只有入射角处于张角

部发生全反射，NA越大表示光纤的集光能力越强。

9.传感器一般包括哪些部分，各部分的作用是什么？

答：敏感元件：直接感受或响应被测量；

转换元件：将敏感元件感受或响应的被测量转换成适合于传输或测量的电信号；

转换电路：将电路参数量（如电阻、电容、电感等）转换成便于测量的量（如：电压、电流、频率等）。

10.传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标描述？

答：指输入信号不随时间变化（或变化很缓慢）时，输出-输入特性。

主要性能指标有：量程与测量范围，线性度、滞后、重复性、灵敏度、分辨力、阈值、稳定性、漂移及精度等。

11.传感器的动态特性主要技术指标有哪些？它们的意义是什么？

答：时域指标：时间常数τ，指输出值由零上升到稳定值)

y的63.2%

(∞

所需的时间；它越短，表示传感器响应越快。

上升时间t T ，指输出值从稳态值)(∞y 的10%上升到90%所需的时间。 响应时间s T ，指响应曲线衰减到与稳态值之差不超过%∆±（2%或5%）所需的时间。

超调量m δ，响应曲线第一次超过稳态值之峰高。

峰值时间p T ，响应超过稳态值，达到第一个峰值所需的时间。

延滞时间d T ，响应曲线达到稳态值50%所需的时间。

衰减率ψ，相邻两个波峰（或波谷）高度下降的百分比。

稳态误差，无限长时间后传感器的稳态输出值与目标值之间的偏差相对δ的相对值。

频域指标：截止频率、通频带和工作频带。幅频特性曲线越出确定的公差带所对应的频率，分别称为下截止频率和上截止频率，相应的频率区间称为传感器的通频带。一般取幅值误差为%10~%5±±时所对应的频率范围，称为工作频带。

谐振频率和固有频率，幅频曲线在某一频率处有峰值，这个工作频率称为谐振频率r ω。固有频率0ω是指在无阻尼时，传感器的自由谐振频率，r ω表征瞬态响应的速度，r ω越大，时间响应速度越快。

幅值频率误差δ和相位频率误差ϕ。当传感器测量随时间变化的周期信号时，则必须求出传感器所能测量周期信号的最高频率p ω，以保证在p ω范围内，幅值频率误差δ和相位频率误差ϕ不超过给定值。

12. 什么叫测量？什么叫计量？它们之间有什么异同？

答：测量以确定被测量值为目的的一系列操作，是人们对于客观事物取得定量认识的一种手段。测量是个比较过程：将被测量同已知量相比较，以确定被测量同选定单位的比值。

计量是规范测量的测量。计量依法监督测量工具的准确性和测量行为的规范性。