传感器(第四版) 课后习题答案(部分)

d F U i 33
jR jR d33 Fm sin t 1 jRC Ca 1 jRCa Cc Ci
d33 FmR
U im
1 2 R 2 Ca Cc Ci
2
d33 Fm U im Ca Cc Ci
4 5 A面 3
2
6
Cx1 Cx2
1
B面
第五章 磁电式传感器
7、霍尔电动势计算公式如下:
IB IB UH RH k H IB ned d
U H k H IB 22V / A T 1103 A 0.3T 6.6m V 载流子浓度 1 n 2.841020 / m3 k H de
CF
（3）电荷放大器：
i Q Ca Ra RF －A Ui
Uo
a）基本电路图
－A
Q
Ca Ga Cc
Gi
Ci
C’F G’F
Ui
Uo
b）等效电路图
j A Q U o Ga Gi (1 A)GF jCa Cc Ci (1 A)CF
分析：当A足够大时,传感器本身的电容和电缆长短将不影 响电荷放大器的输出。输出电压只决定于输入电荷Q及 反馈回路的参数CF和RF。
第六章 压电式传感器
2、压电传感器不能测量静态物理量的原因分析：
Ca
－A
U
Ca Ua Uo R C (b) Ui
－A
Uo
Cc Ra
Ri (a)
Ci
d F U i 33
jR jR d33 Fm sin t 1 jRC Ca 1 jRCa Cc Ci
9、霍尔式位移传感器：
霍尔电动势：U H k H IB 磁感应强度：B k x 则有U H (k H k I ) x
12、速度响应式和磁通响应式磁栅传感器的不同：
动态磁头结构
静态磁头结构
（1）结构不同：速度响应式磁头只有一组线圈，用于输出感 应电动势；磁通响应式磁头有两组线圈，一组用于产生变化 的励磁磁通，一组用于输出感应电动势。 （2）工作方式不同：速度响应式磁头与磁栅间相对移动时会 产生感应电动势，静止时没有信号输出；磁通响应式磁头与 磁栅没有相对运动时也有信号输出。
S S C C0
C C0 1 Kg 1 /
S
5、“驱动电缆”技术
芯线
＋ 1：1 － 内屏蔽层 测量 电路 前置级
传 感 器
外屏蔽层
“ 驱动电缆”技术原理 图
d33 FmR
U im
1 2 R 2 Ca Cc Ci
2
分析：由电压的幅值计算公式可知，若作用在压电元件 上的为静态力（ω=0），则前置放大器的输入电压为零。 此时电荷会通过放大器的输入电阻和传感器本身的泄露电 阻漏掉。即压电式传感器不能用于静态物理量测量。
3、电荷放大器的优点？电压放大器输出与电缆长度有关? 而电荷放大器输出与电缆长度无关？ （1）优点：压电元件自身电容和电缆寄生电容不影响电荷 放大器输出。 （2）电压放大器：
uC u0 S
2、解：
0S 0 ab （1）传感器的电容 C 0 a b b 0 ab 0 ab C
则传感器的灵敏度为 C 0 a 8.85 1012 F / m 4 103 m kg b 0.5 103 m 7.08 1011 F / m 0.0708pF / m m （2）若两极板相对移动 2m m，则电容变化量为 C k g b 0.0708pF / m m 2m m 0.1416pF

S
2 3 4 C0 Kg 1
C
s

s
差动式：
2 4 2C0 1 2 4 C0 C kg 2 1
第四章 电容式传感器
1、改善单组式变极距型电容传感器非线性的方法： （1）可采用差动式结构，取两电容之差作为输出； （2）选择合适的测量电路，如运算放大器式电路。
单组式
差动式
C
单组式：
S S C0 C C0 1 Kg 1 /
传感器与测量电路间的引线为双屏蔽层电缆，其内屏蔽层与 信号传输线 ( 即电缆芯线 )通过 1:1放大器成为等电位，从而 消除了芯线与内屏蔽层之间的电容。由于屏蔽线上有随传感 器输出信号变化而变化的电压，因此称为“驱动电缆”。 屏蔽层接大地或接仪器地，用来防止外界电场的干扰。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
6、电容式加速度传感器