检测课后部分题答案

检测系统由哪几部分组成，各部分的作用是什么？检测系统主要由敏感元件、信号的转换与处理电路、显示电路和信号传输电路组成。敏感元件：将非电量转换为电信号；信号处理电路：将代表被测量特征的信号变换成能进行显示或输出的信号；显示电路：将被测对象以人能感知的形式表现出来；信号传输电路：将信号从一点送另一点。程控增益放大器的量程可由软件自动切换，其工作原理是什么？可编程增益放大电路的增益通过数字逻辑电路由给定的程序来控制。其内部有多对增益选择开关,任何时刻总有一对开关闭合。通过程序改变输入的数字量，从而改变闭合的开关以选择不同的反馈电阻，最终达到改变放大电路增益的目的。传感器输入与输出之间的耦合方式有哪些？各有什么特点？输入与输出之间的隔离方式主要有：变压器耦合 (亦称电磁耦合)、光电耦合等。变压器耦合的线性度高、隔离性好、共模抑制能力强，但其工作频带窄、体积大、成本高，应用起来不方便。光电耦合的突出优点是结构简单、成本低、重量轻、转换速度快、工作频带宽，但其线性度不如变压器耦合。光电耦合目前主要用于开关量控制电路。信号传输过程中采用电压、电流和频率方式传输各有什么优缺优点？各适用于什么场合？采用电压信号传输，模拟电压信号从发送点通过长的电缆传输到接收点，那么信号可能很容易失真。由此造成的传输误差就是接收电路的输入偏置电流乘以上述各个电阻的和。各适用于信号接收电路的输入阻抗是高阻的（2）采用电流信号传输，电流源作为发送电路，它提供的电流信号始终是所希望的电流而与电缆的电阻以及接触电阻无关，如果考虑到有电磁干扰比如电焊设备，传输距离又必须很长，电流信号传输的方法是合适的。（3）采用频率信号传输，可将电压信号变换为数字信号进行传送，可以很好地提高其抗干扰能力。频率信号传输广泛应用于数据测量仪器及遥测遥控设备中。

非线性硬件校正方法有哪几种？各自的工作原理是什么？有3大类。第一种方法是插入非线性器件，即在非线性器件之后另外插入一个非线性器件，使两者的组合特性呈线性关系。第二种方法是采用非线性A/D 转换器。对于逐次比较型，可以利用按非线性关系选取的解码电阻网络；对双积分型A/D 转换器，可以通过逐次改变积分电阻值或基准电压值来改变第二次反向积分时间，从而获得非线性A/D 转换电路。第三方法是采用标度系数可变的乘法器。由于A/D 转换器和乘法器通常是多路测试系统中所有通道的共同通道，很难做到使所有非线性传感器都线性化，因此不常用。 简述传感器的组成及其各部分的功能？通常，传感器由敏感元件和转换元件组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调理与转换电路，进行放大、运算调制等，此外信号调理转换电路以及传感器的工作必须有辅助的电源， 因此信号调理转换电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部分。随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的信号调理转换电路与敏感元件一起集成在同一芯片上，安装在传感器的壳体里。

传感器静态特性性能指标及其各自的意义是什么？传感器的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、灵敏度、分辨力、阈值、稳定性、漂移等，其中，线性度、灵敏度、迟滞和重复性是四个较为重要的指标。线性度：传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。灵敏度：灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义是输出量增量y ∆与引起输出量增量y ∆的相应输入量增量x ∆之比。迟滞：传感器在输入量由小到大及输入量由大到小变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞重复性：重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度分辨力：分辨力是用来表示传感器或仪表装置能够检测被测量最小变化量的能力，通常以最小量程的单位值来表示。漂移：传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，此现象称为漂移稳定性：稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分，对于传感器，常用长期稳定性来描述其稳定性，即传感器在相当长的时间内仍保持其性能的能力。阈值：阈值是指传感器产生可测输出变化量时的最小被测输入量值。压电传感器为什么只适用于动态测量？压电传感器可以看作是一个带电的电容器，当外接负载时，只有外电路负载无穷大，内部也无漏电时，受力所产生的电压才能长期保存下来，若负载不是无穷大，则电路以时间常数RLCa 按指数规律放电，无法测量。所以不能测量频率低或静止的参数。常见的压电元件的组合形式有哪些？这些组合形式各适用于哪些场合？常见的压电元件的组合形式有串联和并联两种方式。其中并联接法输出电荷大，本身电容也大，时间常数大，适用于测量慢变信号，当采用电荷放大器转换压电元件上的输出电荷q 时，并联方式可以提高传感器的灵敏度，所以并联方式适用于以电荷作为输出量的地方。串联接法的输出电压大，本身电容小，当采用电压放大器转换压电元件上的输出电压时，串联方法可以提高传感器的灵敏度，所以串联方式适用于以电压作为输出信号，并且测量电路输入阻抗很高的地方。 压电传感器为什么要接前置放大器？常用的前置放大电路有几种？各有什么特点？由于压电传感器的输出信号非常微弱，一般将电信号进行放大才能测量出来。但因压电传感器的内阻抗相当高，不是普通放大器能放大的，通常，传感器的输出信号先由低噪声电缆输入高输入阻抗的前置放大器。前置放大器有两种形式：电压放大器和电荷放大器。电压放大器的输出电压与输入电压成比例，电荷放大器的输出电压与输入电荷成比例。这两种放大器的主要区别是：使用电压放大器时，整个测量系统对电缆电容的变化非常敏感，尤其是连续电缆长度变化更为明显；而使用电荷放大器时，电缆长度变化的影响差不多可以忽略不计。

什么是自感传感器？为什么螺管式自感式传感器比变气隙式的测量范围大？自感式传感器是把被测量转换成线圈的自感L 变化，通过一定的电路转换成电压或电流输出的装置。由于转换原理的非线性和衔铁正、反方向移动时自感变化的不对称性，变气隙式自感传感器(包括差动式结构)，只有工作在很小的区域，才能得到一定的线性度。而差动螺管式自感传感器的自感变化量

L ∆与衔铁的位移量c l ∆成正比，其灵敏度比单线圈螺管

式提高一倍，线性范围和量程较大。 在使用自感式传感器时，为什么电缆长度和电源频率不能随便改变？等效电感变化量表明自感式传感器的等效电感变化量与传感器的电感

L 、寄生电容C 及电源角频率ω有关。因此在使用自感式传感器时，电缆长度和电源频率不能随便改变，否则会带来测量误差。若要改变电缆长度或电源频率时，须对传感器重新标定。什么是互感传感器？为什么要采用差动变压器式结构？，把被测位移转换为传感器线圈的互感变化。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级线圈绕组采用差动式结构，故称为差动变压器。当衔铁处于中间位置时，由于两个次级线圈完全对称，通过两个次级线圈的磁力线相等，互感21M M =，感应电势2221e e =，总输出电压为0。当衔铁向左移动时，总输出电压022212>-=e e u 。当铁芯向右移动时，总输出电压022212<-=e e u 。两种情况的输出电压大小相等、方向相反。大小反映衔铁的位移量大小，方向反映衔铁的运动方向，其特性曲线为V 形特性曲线。为什么说涡流式传感器也属于电感传感器？涡流式传感器是基于电涡流效应原理制成的，即利用金属导体中的涡流与激励磁场之间进行能量转换的原理工作的。被测对象以某种方式调制磁场，从而改变激励线圈的电感。因此，电涡流式传感器也是一种特别的电感传感器。被测材料的磁导率不同，对涡流式传感器检测有哪种影响？试说明其理由。线圈阻抗的变化与金属导体的电阻率ρ、磁导率μ、几何形状、线圈的几何参数、激励电流以及线圈到金属导体之间的距离x 等参数有关。假设金属导体是匀质的，则金属导体与线圈共同构成一个系统，其物理性质用磁导率

μ、电阻率ρ、尺寸因子r 、距离x 、激励电流强度I 和角频率ω等参数来描述，某些参数恒定不变，只改变其中的一个参数，就构成了阻抗的单值函数，由此就可以通过阻抗的大小来测量被测参数。穿透深度h 与线圈的激励频率f 、金属导体材料的导电性质有关，当激励频率f 一定时，电阻率ρ越大，磁导率μ越小，穿透深度越大。电容式传感器的寄生电容是怎样产生的？对传感器的输出特性有什么影响？寄生电容CP 主要指电缆寄生电容，它与传感器电容C 相并联。电容式传感器由于受结构与尺寸的限制，一般电容量都很小，几个皮法到几十皮法，属于小功率、高阻抗器件，极易受外界干扰，尤其是电缆寄生电容。寄生电容比电容传感器的电容大几倍至几十倍，且具有随机性，又与传感器电容相并联，严重影响传感器的输出特性，甚至会淹没传感器的有用信号，使传感器无法使用。因此消灭寄生电容的影响，是电容式传感器实用化的关键。

电容式传感器能否用来测量湿度？试说明其工作原理。采用变介电常数型的电容传感器即可测量湿度。被测物质作为介质处于电容的两个因定极板之间，湿度改变时，介电常数发生变化，电容相应发生变化，通过检测电路检测电容的变化，即可反映湿度的变化。磁电式传感器的基本原理是什么？磁电式传感器是通过磁电作用将被测量(如振动、位移、转速等)转换成电信号的一种传感器。磁电感应传感器的工作原理可认为是发电机原理。磁电传感器以导体和磁场发生相对运动而产生电动势为基础。根据电磁感应定律。具有ω匝的线圈，其内的感应电动势e 的大小取决于贯穿该线

圈的磁通Φ的变化速率．磁电式传感器产生非线性误差的原因是什么？由于传感器线圈内有电流i 经过时，将产生一定的变化磁通i Φ，这种

交变磁通使得永久磁铁所产生的工作磁通减弱。当传感器线圈相对于永久磁铁的运动速度增大时，将产生较大的感应电势u 和较大的电流i ，因此减弱磁场的作用也将加强，从而使得传感器的灵敏度随被测速度数值的增加而降低。当动圈的运动速度与原方向相反时，感应电势u 、线圈电流i 及磁通Φ

都反向，因此传感器的灵敏度将随被测速度v 数值的增大而增大。其结果是使传感器灵敏度在动圈速度的不同方向上具有不同的数值，因而传感器输出的基波能量降低而谐波的能量增加，既这种非线性特性同时伴随着传感器输出的谐波失真。温度变化对霍尔元件输出电势有什么影响？如何补偿？半导体材料的电阻率、载流子浓度等都随温度而变化。因此，霍尔元件的输入电阻、输出电阻、灵敏度等也将受到温度变化的影响，