现代传感技术第四章课后习题答案

思考题

1.传感器与测量系统有什么关系？

答：传感器属于测量系统的第一级，即测量信息传感级。其主要功能是检测和敏感被测量。

2.什么叫测量？什么叫计量？它们之间有什么异同？

答：测量是将被测量同已知量相比较，以确定被测量与选定单位的比值。

计量是规范测量的测量。

异同：工作对象不同；测量的直接目的是得到测得值，计量的目的是保证测量的准确；

“测量”就是为获取量值信息的活动；“计量”不仅要获取量值信息，而且要实现量值信息的传递或溯源；“测量”可是以孤立的，“计量”则存在于量值传递或溯源的系统中；“测量”作为一类操作，其对象很广泛，“计量”作为一类操作，其对象就是测量仪器。

3.什么叫量值传递和量值溯源？

答：将国家计量基准所复现的计量单位量量值，通过检定（或其它传递方式）传递给下一等级的计量标准，并依次逐级传递到工作计量器具，以保证被计量的对象的量值准确一致，称为量值传递。通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链，使测量结果或测量标准的值能够与规定的参考标准（通常是国家计量标准或国际计量标准）联系起来的特性，称为量值溯源性。

4.传感器的误差主要有哪些？产生的原因是什么？

答：原理性误差，动态误差，环境噪声干扰误差，测量定标误差，接入系统时的负载误差，人员操作误差等。由环境，原理，噪声干扰，人员等造成。

系统误差，随机误差，(也称偶然误差)和粗大误差三类

在同一条件下,多次测量同一量值时,绝对值和符号保持不变,或在条件改变时,按一定规律变化的误差称为系统误差；在同一条件下,多次测量同一量值时,绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差称为随机误差；超出在规定条件下预期的误差称为粗大误差,或称“寄生误差”。（绝对误差，相对误差和引用误差三类标准量具的误差；仪器误差；附件误差；环境误差；方法误差；人员误差）

5.简述传感器线性化的主要方法及其原理。

答：

6.说明差动技术的原理及技术环节。

答：采用两个（或两个以上）性能完全相同的敏感元件，同时感受相同的环境影响量和方向相反的被测量。

测量时输入信号同时加到原理相同，性能一致的两个敏感元件上的，但对于输入信号，两个敏感元件的参数变化是成相反方向的；而对于环境变化，两个敏感元件的变化是成相同方向的，通过变换电路，使有用输出量增加，干扰量相减便可以消除环境变动的影响。

7.举例说明误差平均效应的原理。

答：误差平均效应原理是利用n个相同的传感器单元同时感受被测量，因而其输出将是这n 个单元输出的总和。

8.相对于开环测量系统，说明闭环技术的原理和特点。

答：通过输出与输入的比较，其差值去控制系统的输出，来消除输入与输出的偏差进而提高系统的稳定性与精度。

由于各环节之间相互串联，所以系统总的灵敏度为各环节灵敏度之积，系统总的相对误差为各环节相对误差之和。

特点：精度高、稳定性好，动态特性好

9.说明传感器标定与校准的概念及标定的基本方法。

答：利用标准器具对传感器性能进行定度的过程，称为标定。

传感器使用一段时间以后或经过修理，需要利用标准器具对其性能指标重新进行确认，看其是否可以继续使用或仍符合原先技术指标所规定的要求，这一性能复测过程称为校准。

基本方法：利用标准设备或装置产生已知的标准量（一般为非电量，如标准力，标准位移等），作为输入量输入到待定的传感器，然后将得到的传感器输出量与输入量作比较，从而得到一系列的标准数据或曲线。

10.常见的传感器噪声有哪些？如何抑制这些噪声？

答：传感器噪声的来源和种类比较复杂，按产生原因可分机械噪声、热噪声，光噪声，印象噪声，湿度噪声，化学噪声，电磁噪声，射线辐射噪声，电路噪声等。

通过消除或抑制噪声源，破坏干扰的耦合通道，消除接收电路对干扰的敏感性和采用软件抑制干扰等方法来抑制噪声。

11.接地设计应注意哪些问题？

答：（1）屏蔽外壳的接地要与系统信号的参考点相接，而且只能在一处相接；（2）所有具有相同参考点的电路单元必须全部置入同一个屏蔽层内，其引出线应采用屏蔽线。（3）接地参考点不同的单元应当分别屏蔽，不可置于同一屏蔽层。

12.屏蔽的作用是什么？有哪几种屏蔽方法？

答：屏蔽的作用：隔断”场“的耦合，抑制各种场的干扰。

分类：静电屏蔽，电磁屏蔽，低频屏蔽，驱动屏蔽。

13.滤波的方法有哪些？选择滤波器的类型时一般应考虑哪些因素？

答：高频率波，低频率波，数字滤波

14.在实际应用中如何改善传感器的技术性能？

答：结构、材料与参数的合理选择；差动技术，平均技术，补偿与校正，稳定性处理，屏蔽隔离和干扰抑制，零示法微差法与闭环技术。

15.选择传感器时应注意哪些问题？

答：（1）根据测量目的，对象与测量环境确定传感器的类型；

（2）根据传感器的性能指标确定传感器的种类；

（3）根据测试系统要求确定传感器的种类；

（4）传感器的商品环境；

（5）购买自制。