传感器(第四版) 课后习题答案(部分)

1

1

/

Kg

C0

1




2




3




4



差动式：
C s s

2C0

1




2



4



kg

C


2 C0

1




2



4


u0


uC
S

2、解：
（1）传感器的电容C 0S 0ab
C 0ab b 0ab 0ab



则传感器的灵敏度为
C

S
S
S


C0

Kg

C

wenku.baidu.com
C0


1

1

/

5、“驱动电缆”技术
芯线 传 感 器
＋ 1：1
－ 内屏蔽层
外屏蔽层
测量 电路 前置级
“驱动电缆”技术原理 图
➢ 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”。
Uim
d33FmR
1 2R2 Ca Cc Ci 2
Uim

d33Fm Ca Cc Ci
（3）电荷放大器：
Q
CF
RF
i
－A
Ca
Ra 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
Uo


Ga

Gi

jR
jRC Ca

d 33 Fm
1
jR
jRCa Cc
Ci sin t
Uim
d33FmR
1 2R2 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。
kg

C b

0a

8.851012 F / m 4 103 m 0.5103 m
7.081011 F / m 0.0708pF / mm
（2）若两极板相对移动2mm，则电容变化量为
C kg b 0.0708pF / mm 2mm 0.1416pF
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
单组式：
S S S

C





C0
Kg

C


C0


（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。
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
Ca
－A
－A
U
Cc
Ra
Ri Ci
Ua
Uo
R C Ui
Uo
(a)
(b)
Ui
d33
F 1

(1
A)GF


jAQ
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。
n 1 2.841020 / m3 kH de
9、霍尔式位移传感器：
霍尔电动势：U H kH IB 磁感应强度：B kx 则有U H (kH kI )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。
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：
Ui
d
33
F 1

jR
jRC Ca

d 33 Fm
1
jR
jRCa Cc
Ci sin t
➢ 屏蔽层接大地或接仪器地，用来防止外界电场的干扰。
6、电容式加速度传感器
4 5 A面 6
3
Cx1
2 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:
UH

IB ned

RH
IB d

kH IB
U H kH IB 22V / AT 1103 A 0.3T 6.6mV 载流子浓度