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传感器复习提纲

第1章概述

1．现代信息技术的三大支柱是什么？

传感器技术、通信技术与计算机技术

2. 什么是传感器？传感器定义有哪3个含义？

从广义的的角度来说，可以把传感器定义为：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的定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。

我国国家标准对传感器的定义是：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。

3．传感器的总体发展趋势是什么？现代传感器有哪些特征，采用什么物理量输出？

发展趋势主要体现在这样几个方面：发展、利用新效应；开发新材料；提高传感器性能和检测范围；微型化与微功耗；集成化与多功能化；传感器的智能化；传感器的数字化和网络化。

特征：集成化、数字化、多功能化、微（小）型化、智能化、网络化和光机电一体化的方向发展，具有高精度、高性能、高灵敏度、高可靠性、高稳定性、长寿命、高信噪比、宽量程和无维护等特点。

输出：

4．传感器基本结构，由哪几个部分组成？分别起到什么作用？

传感器一般由敏感元件、转换元件和基本电路三部分组成。

敏感元件感受被测量，转换元件将响应的被测量转换成电参量，基本电路

把电参量接入电路转换成电量。

5．了解传感器的分类方法。有哪三大类？

按照我国传感器分类体系表，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。

6．了解传感器的图形符号，其中符号内容代表什么含义。

7．一个自动检测系统的组成包括哪几部分，画出结构框图。

第2章传感器的基本特性

（静态特性；传递函数；动态特性）

1．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？

2．静态特性：特性参数有哪些？（线性度、迟滞、重复性、灵敏度、分辨率、稳定性），各种参数代表什么意义，描述了传感器的哪些特征？

线性度是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数。

迟滞用来描述传感器在正反行程期间特性曲线不重合的程度。

重复性是指在相同条件下，输入量按同一方向做全量程多次测量时，所得传感器输出特性曲线不一致的程度。

灵敏度是指传感器在稳定工作状态下，输出微小变化增量与引起此变化的输入微小变量的比值。

分辨率是指当传感器的输入从非零值缓慢增加时，在超过某一增量时，输出发生可观测的变化，这个输入增量称为传感器的分辨率，即最小输入增量。

稳定性表示传感器在一较长时间内保持性能参数的能力，故又称长期稳定性。3．传递函数：传感器的传递函数在数学上的定义是什么？

初始条件为零(t<=0,y=0),输出拉氏变换与输入拉氏变换之比，输出的拉氏变换等于输入拉氏变换乘以传递函数

Y(s)=x(s)H(s)

4．动态特性：特性参数有那些（时间常数τ、阻尼比ξ、传感器固有频率ωn ）？这些参数反映了传感器的哪些特征，应如何选择？

5. 分别讨论一阶系统、二阶系统的阶跃响应和频率响应。

一阶传感器系统的动态响应主要取决于时间常数。时间常数越小越好，减少时间常数可改善传感器频率特性，加快响应过程。

二阶传感器对阶跃信号响应和频率响应特性的好坏很大程度上取决于阻尼系数和传感器的固有频率。

第3章电阻应变式传感器

（金属应变片；直流电桥；应变仪；电阻传感器）

1．什么是应变效应？什么是压阻效应？什么是横向效应？试说明金属应变片与半导体应变片的相同和不同之处，半导体应变片比金属应变片在性能上有哪些优缺点。

导体在受到外界拉力或压力的作用时会产生机械变形，同时机械变形会引起导体阻值的变化，这种因导体材料变形而使其电阻值发生变化的现象称为电阻应变效应。

压阻效应是指当半导体受到应力作用时，由于应力引起能带的变化，能谷的能量移动，使其电阻率发生变化的现象。

直线电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度相同，但应变不同，圆弧部分使灵敏度下降了，这种现象就称为横向效应。

金属应变片的基本原理是电阻应变效应，金属丝灵敏系数主要由材料的几何尺寸决定的，金属电阻丝的灵敏系数近似 1.5——2。半导体应变片主要利用半导体材料的压阻效应，半导体灵敏系数主要由材料受力后电阻率的变化决定，灵敏系数近似50——100.

优缺点：灵敏度高、体积小、耗电少、动态响应好、精度高、测量范围宽、有正负两种符号的应力效应，易于微型化和集成化，缺点是受温度影响较大。2．比较电阻应变片组成的单桥、半桥、全桥电路（电压灵敏度、温度补偿、非线性误差）。写出各电路输出电压灵敏度。

电桥电压灵敏度定义为应变片电阻的相对变化引起的电桥输出电压

单桥电压灵敏度Ku=E/4

半桥电压灵敏度Ku=E/2

半桥差动电路无非线性误差，半桥电压灵敏度是单桥的两倍，具有温度补偿作用。

全桥电压灵敏度Ku=E

全桥差动电路无非线性误差，半桥电压灵敏度是单桥的四倍，具有温度补偿作用。

全桥差动电路连接时应注意应变片的受力方向，应变片必须按对臂同性（受力方向符号相同）、邻臂异性（受力方向符号不同）的原理连接。

单：半：全=1:2:4

3．有一吊车的拉力传感器如图所示，

电阻应变片R1、R2、R3、R4粘贴在等截面轴上，已知R1～R4标称阻值为120Ω，桥路电压2V，物重M引起R1、R2变化增量为1.2Ω。请连接出应变片电桥电路，计算出测得的输出电压和电桥的输出灵敏度，说明R3、R4可以起到什么作用？全桥电路：

4.相敏检波电路与普通检波电路有什么不同？叙述相敏检波电路工作原理。（参电路原理图）

普通检波电路只输出单向的电压或电流，无法判断信号的相位，不能确定应变片处于拉或压的状态。相敏检波电路可以区分正负极性的双向信号。

相敏检波器的作用：一是只对同相或反相信号检波；二是识别调制信号的正负。原理参考书本。

5.画出电阻应变仪电路框图，当应变信号为正弦信号振荡时，请绘制各单元电路的输出波形。