第十一篇数字式传感器
第十一章数字式传感器
课题：数字式传感器的原理及应用课时安排：3 课次编号：16 教材分析
难点：二进制编码与角度的关系
重点：角度分辨力与分辨率
教学目的和要求
（机械制造、机电一体化、数控专业的重点章节）1．了解直接测量和间接测量的区别；2．了解绝对式和增量式角编码器的原理；3．掌握角编码器的分辨力、分辨率计算；
4、了解光栅的原理和细分计算；
5．了解磁栅的原理和计算；
6．了解容栅的原理和计算；
采用教学方法和实施步骤：讲授、课堂讨论、分析教具：角编码器、
光栅、磁栅、容栅
各教学环节和内容
演示：
做以下的实验：将一只角编码器拆开，观察内部的光
栅和sin、cos读数头。上电后，观察正转和反转时，数码
管读数的增加和减少以及读数的正负值。从而引入角编码
器的原理、结构，转角、转速测量，直线位移的测量等。
第一节角编码器
角编码器（码盘）：是一种旋转式位置传感器，它的转轴通常与被测旋转轴连接，随被测轴一起转动。它能将被测轴的角位移转换成二进制编码或一串脉冲。
角编码器分类：绝对式编码器和增量式角编码器。
一、绝对式角编码器
绝对式角编码器从原理来分，有接触式、光电式、磁阻式等不同形式。
绝对式角编码器的基础原理——接触式编码器结构
图11-2接触式码盘
a）电刷在码盘上的位置b）4位8421二进制码盘c）4位格雷码码盘1－码盘2－转轴3－导电体4－绝缘体5－电刷6－激励公用轨道（接电源正极）
分辨的角度α（即分辨力）为
α=360°/2n
分辨率=1/2n
提问：
码道越多，位数n越大，所能分辨的角度α就越？？
若要提高分辨力，就必须增加码道数，即二进制位数。
例：某12码道的绝对式角编码器，其每圈的位置数为212=4096，能分辨的角度为α=360°/212=5.27'；
若为13码道，则能分辨的角度为α=360°/213=2.64'。
2．绝对式光电编码器的特点
没有接触磨损，允许转速高。码盘材料：不锈钢薄板、玻璃码盘。
二、增量式编码器
传感器·作业标准答案
第一章 ３.r m ＝2/5０×100%＝4% , 因为 r ｍ=Δx ｍ/ｘ≤a ％*x ｎ/x=5% 所以，合格 5. =１68．4８8mA =0.0８2 ６. =１.5６ σ＝０．1０46 x=x ±3σ=１.56±0.3138 1.24６2<ｘ<１．873８ , 无坏值 9.拟合后:ｙ＝０.49９x+１．０2 =0．04／30×1０0%=0．133% K ＝0.499 第二章 传感器第二章习题参考答案 3. 金属电阻应变片，其灵敏度Ｓ=2.5，R =12０Ω，设工作时其应变为１２０0μe,问ΔR 是多少?若将此应变片与2V 直流电源组成回路,试求无应变时和有应变时回路的电流各是多少? 解: 无应变时 Ｉ=E/R=2／12０=１６．7mA ∑==+?++=n i i n n x n x x x x 1211 1 1 2222 2 1 -= -+?++= ∑=n v n v v v n i i n σ∑==+?++=n i i n n x n x x x x 121%100 )(M ??±=FS ax L L y γ
有应变时: I＝E/（R+ΔＲ)=２/(120+0.3６)=16.6mA 4应变片称重传感器，其弹性体为圆柱体,直径D=10０ｍm,材料弹性模量Ｅ＝２05*10^９N／Ｍ^2,用它称5０0KN的物体，若用电阻丝式应变片,应变片的灵敏系数K=2,R=1２０欧姆,问电阻变化多少? 7 拟在等截面的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片，并组成差动全桥电路,试问: （ 1 ）四个应变片应怎样粘贴在悬臂梁上？ (2）画出相应的电桥电路图。 答： ①如题图所示等截面悬梁臂,在外力F作用下，悬梁臂产生变形,梁的上表面受到拉应变,而 梁的下表面受压应变。当选用四个完全相同的电阻应变片组成差动全桥电路，则应变片如题图(b)所示粘贴。 图（a) ? ??? 图（b) ②电阻应变片所构成的差动全桥电路接线如图﹙ｃ﹚所示,R1、R4所受应变方向相同,R2、R3 、R4所受应变方向相反。 所受应变方向相同,但与Ｒ １
光电传感器实验
光电传感器实验研究 电气信息学院 摘要：本实验通过研究光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池的伏安特性和光照特性曲线和光纤通讯基本原理，从而掌握光电传感器的原理。这样可以丰富自己的物理知识，使自己感受物理的魅力，并学会运用物理知识解决生活中的实际问题。 关键词：光敏电阻，光敏二极管，光敏三极管，硅光电池，光纤 光敏传感器是将光信号转换为电信号的传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测直接引起光强度变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其它非电量，如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点。光敏传感器的物理基础是光电效应，即光敏材料的电学特性都因受到光的照射而发生变化。本实验主要是研究光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管四种光敏传感器的基本特性以及光纤传感器基本特性和光纤通讯基本原理。本实验目的：1、了解光敏电阻的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。2、了解光敏二极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线。3、了解硅光电池的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。4、了解光敏三极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线。 5、了解光纤传感器基本特性和光纤通讯基本原理。 一、光敏传感器的基本特性及实验原理 1、伏安特性 光敏传感器在一定的入射光强照度下，光敏元件的电流I与所加电压U之间的关系称为光敏器件的伏安特性。改变照度则可以得到一组伏安特性曲线，它是传感器应用设计时选择电参数的重要依据。某种光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管的伏安特性曲线如图1、图2、图3、图4所示。
部分习题参考答案(传感器原理及应用,第10章)
部分习题参考答案 第10章半导体式化学传感器 10.1 什么是半导体气体传感器？它有哪些基本类型？气体传感器的发展动态如何? 10.2 半导体气体传感器主要有哪几种结构？各种结构气体传感器的特点如何？ 10.3 如何提高半导体气体传感器的选择性？根据文献举例说明，目前实用气体 检测方法常用哪些气敏传感器？它有什么特点？ 10.4 半导体气体传感器为什么要在高温状态下工作？加热方式有哪几种？加热 丝可以起到什么作用？ 10.5 查找文献说明近年有哪些新性的气体传感器。 10.6 什么是绝对湿度？什么是相对湿度？表示空气湿度的物理量有哪些？如何表示？ 10.7 湿度传感器的种类有哪些？主要参数有哪些？简述氯化锂湿度传感器的感湿原理。 10.8 简述半导体湿敏陶瓷的感湿机理。半导体陶瓷湿敏传感器有那些特点？ 10.9 离子选择电极是如何分类的？离子选择电极分析法有什么特点？试述离子 选择电极的结构与测量原理。 答案： 10.1答：（略）
10.2答： 1）按构成气敏传感器的材料可分为半导体和非半导体两大类；按半导体的物理特性，气敏传感器可分为电阻型和非电阻型。 2）早期电化学和光学方法，其检测速度慢、设备复杂、使用不方便；新型金属氧化物半导体传感器由于灵敏度高、体积小、使用方便，已广泛用于检测、分析领域。电阻型气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应，导致敏感元件阻值变化，电阻型气敏传感器是目前使用较广泛的一种气敏元件，传感器主要由敏感元件、加热器、外壳三部分组成。非电阻型气敏传感器有不同类型，如利用MOS二极管的电容-电压特性变化，利用MOS场效应管的阈值电压的变化，利用肖特基金属半导体二极管的势垒变化进行气体检测。 10.3答：（略） 10.4答： 1）因为在常温下，电导率变化不大，达不到检测目的，因此以上结构的气敏元件都有电阻丝加热器，加热时间2～3分钟，最佳工作温度为200℃～400℃。 2）加热方式分为直热式和旁热式。电阻型气敏传感器加热的目的有两个方面的因素，一是为了加速气体吸附和上述的氧化还原反应，提高灵敏度和响应速度，另外使附着在传感器元件壳面上的油雾、尘埃烧掉。 10.5答：（略） 10.6答： 1）绝对湿度指单位体积空气内所含水汽的质量，一般用每立方米空气中所含水汽的克数表示
传感器原理与应用作业参考答案
《传感器原理与应用》作业参考答案 作业一 1.传感器有哪些组成部分在检测过程中各起什么作用 答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。 各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 2.传感器有哪些分类方法各有哪些传感器 答：按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器；按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等；按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式；按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。 3.测量误差是如何分类的 答：按表示方法分有绝对误差和相对误差；按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。 4.弹性敏感元件在传感器中起什么作用 答：弹性敏感元件在传感器技术中占有很重要的地位，是检测系统的基本元件，它能直接感受被测物理量（如力、位移、速度、压力等）的变化，进而将其转化为本身的应变或位移，然后再由各种不同形式的传感元件将这些量变换成电量。 5.弹性敏感元件有哪几种基本形式各有什么用途和特点 答：弹性敏感元件形式上基本分成两大类，即将力变换成应变或位移的变换力的弹性敏感元件和将压力变换成应变或位移的变换压力的弹性敏感元件。 变换力的弹性敏感元件通常有等截面轴、环状弹性敏感元件、悬臂梁和扭转轴等。实心等截面轴在力的作用下其位移很小，因此常用它的应变作为输出量。它的主要优点是结构简单、加工方便、测量范围宽、可承受极大的载荷、缺点是灵敏度低。空心圆柱体的灵敏度相对实心轴要高许多，在同样的截面积下，轴的直径可加大数倍，这样可提高轴的抗弯能力，但其过载能力相对弱，载荷较大时会产生较明显的桶形形变，使输出应变复杂而影响精度。环状敏感元件一般为等截面圆环结构，圆环受力后容易变形，所以它的灵敏度较高，多用于测量较小的力，缺点是圆环加工困难，环的各个部位的应变及应力都不相等。悬臂梁的特点是结构简单，易于加工，输出位移(或应变)大，灵敏度高，所以常用于较小力的测量。扭转轴式弹性敏感元件用于测量力矩和转矩。 变换压力的弹性敏感元件通常有弹簧管、波纹管、等截面薄板、波纹膜片和膜盒、薄壁圆筒和薄壁半球等。弹簧管可以把压力变换成位移，且弹簧管的自由端的位移量、中心角的变化量与压力p成正比，其刚度较大，灵敏度较小，但过载能力强，常用于测量较大压力。波纹管的线性特性易被破坏，因此它主要用于测量较小压力或压差测量中。 作业二 1.何谓电阻式传感器它主要分成哪几种 答：电阻式传感器是将被测量转换成电阻值，再经相应测量电路处理后，在显示器记录仪上显示或记
光电传感器特性分析
光电传感器特性分析 摘要：随着科技的发展，人类越来越注重信息和自动化，在日常的生产学习过 程中，人们常常要进行自动筛选、自动传送，而为了实现这些，光电传感发挥了不可磨灭的作用。光敏传感器的物理基础是光电效应，即光敏材料的电学特性因受到光的照射而发生变化。 关键词：光电效应、光电传感器、光敏材料 一、 理论基础——光电效应 光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光电导效应，大多数光电控制应用的传感器，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等都属于内光电效应类传感器。 1.外光电效应 光照在照在光电材料上，材料表面的电子吸收的能量，若电子吸收的能量足够大，电子会克服束缚逸出表面，从而改变光电子材料的导电性，这种现象成为外光电效应。 根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每种光子的能量为hv(v 为光波频率，h 为普朗克常数)，由此可见不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子，电子能量将会增加，增加的能量一部分用于克服正离子的束缚，另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律： 式中，m 为电子质量,v 为电子逸出的初速度,w 为逸出功。 由上式可知，要使光电子逸出阴极表面的必要条件是hv>w 。由于不同材料具有不同的逸出功，因此对每一种阴极材料，入射光都有一个确定的频率限，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，都不会产生光电子发射，此频率 限称为“红限”。相应的波长为 式中，c 为光速，w 为逸出功。 2.内光电效应 当光照射到半导体表面时,由于半导体中的电子吸收了光子的能量,使电子从半导体表面逸出至周围空间的现象叫外光电效应。利用这种现象可以制成阴极射线管、光电倍增管和摄像管的光阴极等。半导体材料的价带与导带间有一个带隙,其能量间隔为Eg 。一般情况下,价带中的电子不会自发地跃迁到导带,所以半导体 w hv -=2mv 2 1 w hc K = λ
第十一章数字式位置传感器
教师授课方案（首页） 授课班级09D电气1、电气2 授课日期 课节 2 课堂类型讲授 课题第十一章数字式位置传感器第一节位置测量的方式第二节数字式角编码器第三节光栅传感器 第四节磁栅、容栅传感器 教学目的与要求【知识目标】1．了解直接测量和间接测量的区别；2．了解绝对式和增量式角编码器的原理；3．掌握角编码器的分辨力、分辨率计算；4、了解光栅的原理和细分计算；5．了解磁栅、容栅的原理和计算； 【能力目标】培养学生理论分析及理论联系实际的能力，在实际测量中会分析光电元件的基本应用电路。 【职业目标】培养学生爱岗敬业的情感目标。 重点难点重点：二进制编码与角度的关系；角编码器的分辨率；辨向与细分技术难点：辨向与细分技术 教具教学辅助活动教具：多媒体课件、角编码器实物、习题册教学辅助活动：提问、学生讨论 一节教学过程安排复习 1、光电传感器的分类 2、简述光电传感器的应用 3、简述遮断与反射式光电开关、光电断路器 的检测应用 5分钟讲课 1．直接测量和间接测量的区别； 2．绝对式和增量式角编码器的原理； 3．掌握角编码器的分辨力、分辨率计算； 4、光栅的原理和细分计算； 5．磁栅、容栅的原理和计算 73分钟小结 小结见内页，之后利用10分钟时间与学生互 动答疑 10分钟 作业习题册第十一章数字式位置传感 器传感器习题 2分钟 任课教师：叶睿2011年2月7日审查教师签字：年月日
教案附页【复习提问】 上节课知识点： 1、光电传感器的分类 2、简述光电传感器的应用 3、简述遮断与反射式光电开关、光电断路器的检测应用 第十一章数字式位置传感器 【章节导入】： 在用普通机床进行零件加工时，操作人员要控制进给量以保证零件的加工尺寸，如长度、高度、直径、角度及孔距，数字式传感器能直接检测直线位移和角位移，并用数字形式显示出来。 【本章要点】： 1、常用数字式位置传感器的结构、原理 2、掌握角编码器的分辨力以及辨向、细分技术 3、角编码器、光栅传感器、磁栅传感器、容栅传感器等在直线位移和 角位移中测量、控制的应用。 第一节位置测量的方式 【本节内容设计】 通过课件与教师讲授位置测量的方式，为学习数字式位置传感器做准备。 【授课内容】 位置测量主要指直线测量和角位移的精密测量，数字式位置测量就是将被测的位置以数字的形式表现出来，具有以下特点： 1、将被测的位置量直接转变为脉冲个数或编码，便于显示和处理。 2、测量精度取决于分辨力，和量程基本无关。 3、输出脉冲的抗干扰能力强。 数字式位置传感器可以单独组成数字显示装置专门用于位置测量和显示，也可以和数控系统组成位置控制系统。 一、直接测量和间接测量 位置传感器有直线式和旋转式两大类。 （一）直接测量 若位置传感器所测量的对象就是被测量本身则该测量方式为直接测量。优点是误差小 用直线式传感器测直线位移。例如直接用于直线位移测量的直线
传感器作业及答案
霍尔传感器 1．填空题 （1）霍尔传感器是利用霍尔效应来进行测量的。通过该效应可测量电流的变化、磁感应强度的变化和电流、磁感应强度的变化。 （2）霍尔传感器由半导体材料制成，金属和绝缘体不能用作霍尔传感器。 （3）当一块半导体薄片置于磁场中有电流流过时，电子将受到洛伦兹力的作用而发生偏转，在半导体薄片的另外两端将产生霍尔电动势。 2．选择题 （1）常用（ b ）制作霍尔传感器的敏感材料。 a．金属b．半导体c．塑料 （2）下列物理量中可以用霍尔传感器来测量的是（ a ）。 a．位移量b．湿度c．烟雾浓度 （3）霍尔传感器基于（ a ）。 a．霍尔效应b．热电效应c．压电效应d．电磁感应 （4）霍尔电动势与（a,d ）。 a．激励电流成正比b．激励电流成反比 c．磁感应强度成反比d．磁感应强度成正比 3．问答题 （1）什么是霍尔效应？霍尔电动势与哪些因素有关? 答：在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，那么，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电势UH(称为霍尔电势电压),这种现象称为霍尔效应。 霍尔电动势的大小正比于控制电流和磁感应强度。如果流过的电流越大，则电荷量就越多，霍尔电动势越高；如果磁感应强度越强，电子受到的洛仑兹力也越大，电子参与偏转的数量就越多，霍尔电动势也越高。此外，薄片的厚度、半导体材料中的电子浓度对霍尔电动势的大小也会有影响。 （2）如图7-15所示，简述液位控制系统的工作原理。 图7-15液位控制系统的工作原理 答：根据图7-15可以看出，储存罐的液体由液体源通过电磁阀向罐内提供，储存罐的液位增加，与之相通的偏管液位也升高，磁铁也随之升高，液位越高，磁铁越靠近霍尔传感器，磁铁作用于霍尔传感器的磁感应强度就越强，霍尔集成电路输出的电压就越大，当储液罐的额液位达到最高液位时，电压将达到设定值，电磁阀关闭，使液体无法流入储液罐。 如果液位没有达到最高位，开关型霍尔集成电路输出的电压无法达到系统所设定的电压值，电磁阀不关闭，液体源继续输送液体，直到达到最高液位为止。
传感器实验参考资料
光电传感器测转速实验 实 验 指 导 书
简 介 一、本实验装置的设计宗旨： 本实验装置具有设计性、趣味性、开放性和拓展性，实验中大量重复的接线、调试和后续数据处理、分析、可以加深学生对实验仪器构造和原理的理解，有利于培养学生耐心仔细的实验习惯和严谨的实验态度。非常适合大中专院校开设开放性实验。本实验装置采用了性能比较稳定，品质较高的敏感器件，同时采用布局较为合理且十分成熟的电路设计。 二、光电传感器测转速实验实验装置 1．传感器实验台部分 2．九孔实验板接口平台部分：九孔实验板作为开放式和设计性实验的一个桥梁（平台）； 3．JK-19型直流恒压电源部分：提供实验时所必须的电源； 4．处理电路模块部分：差动放大器、电压放大器、调零、增益、移相等模块组成。 三、主要技术参数、性能及说明： （1）光电传感器：由一只红外发射管与接收管组成。 （2）差动放大器：通频带kHz 10~0可接成同相、反相、差动结构，增益为100~1倍的直流放大器。 （3）电压放大器：增益约为5位，同相输入，通频带kHz 10~0。 （4）19JK -型直流恒压电源部分：直流V 15±，主要提供给各芯片电源： V 6 ,V 4 ,V 2±±±分三档输出，提供给实验时的直流激励源；V 12~0：A 1ax Im =作 为电机电源或作其它电源。 光电传感器测转速实验 【实验原理】 如图所示：光电传感器由红外发射二极管、红外接收管、达林顿出管及波形整形组成。
发射管发射红外光经电机转动叶片间隙，接收管接收到反射信号，经放大，波形整形输出方波，再经转换测出其频率，。 图1 【实验目的】 了解光电传感器测转速的基本原理及运用。 【实验仪器】 如图所示，光电式传感器、JK-19型直流恒压电源、示波器、差动放大器、电压放大器、频率计和九孔实验板接口平台。 图2 图3 【实验步骤】 1．先将差动放大器调零，按图1接线；
高考物理一轮复习第十章电磁感应(第1课时)课时作业(含解析)
高考物理一轮复习第十章电磁感应（第1课时）课时作业（含解 析） 课时作业 【基础练习】 一、电磁感应现象的判断 1．现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流表及开关如图所示连接．下列说法中正确的是( ) A．开关闭合后，线圈A插入或拔出时都会引起电流表指针偏转 B．线圈A插入线圈B中后，开关闭合和断开的瞬间电流表指针均不会偏转 C．开关闭合后，滑动变阻器的滑片P匀速滑动，会使电流表指针静止在中央零刻度D．开关闭合后，只有滑动变阻器的滑片P加速滑动，电流表指针才能偏转 A解析：开关闭合后，线圈A插入或拔出都会引起穿过线圈B的磁通量发生变化；线圈A插入线圈B中后，开关闭合和断开的瞬间，穿过线圈B的磁通量会发生变化；开关闭合后，滑动变阻器的滑片P无论匀速滑动还是加速滑动，都会导致线圈A的电流发生变化，从而引起穿过线圈B的磁通量变化，只要线圈B中磁通量变化，与电流表形成的闭合电路中就会产生感应电流，电流表指针发生偏转． 2．(2019·辽宁省实验中学期中)科学家研究发现，磁敏电阻(GMR)的阻值随所处空间磁场的增强而增大，随所处空间磁场的减弱而变小，如图所示电路中GMR为一个磁敏电阻，R 和R2为滑动变阻器，R1和R3为定值电阻，当开关S1和S2闭合时，电容器中一带电微粒恰好处于静止状态，则( ) A．只调节滑动变阻器R，当P1向右端移动时，电阻R1消耗的电功率最大 B．只调节滑动变阻器R，当P1向右端移动时，带电微粒向下运动 C．只调节滑动变阻器R2，当P2向下端移动时，电阻R1消耗的电功率变大 D．只调节滑动变阻器R2，当P2向下端移动时，带电微粒向下运动
A解析：只调节滑动变阻器R，当P1向右端移动时，滑动变阻器R接入电路的阻值增大，左侧电路中的电流减小，电磁铁的磁性减弱；由于电磁铁的磁性减弱，导致了磁敏电阻的阻值减小，则通过R1的电流增大，其消耗的电功率增大，电容器两端的电压增大，板间场强增大，微粒所受的电场力增大，所以带电微粒向上运动，A正确，B错误；只调节滑动变阻器R2，当P2向下端移动时，回路中电流不变，电阻R1消耗的电功率不变，电容器两端电压增大，板间场强增大，微粒所受的电场力增大，所以带电微粒向上运动，C、D错误。 3．(2017北京西城区模拟)如图所示，固定于水平面上的金属架abcd处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动．t＝0时，磁感应强度为B0，此时MN到达的位置恰好使MbcN构成一个边长为l的正方形．为使MN棒中不产生感应电流，从t ＝0开始，磁感应强度B随时间t变化的示意图最可能的是( ) C解析：要使回路中不产生感应电流，只有回路中磁通量不发生变化，由B0l2＝Bl(l ＋vt)，得到B＝B0l l＋vt ，所以C选项正确． 4．(多选)如图所示，在条形磁铁的中央位置的正上方水平固定一铜质圆环．以下判断中正确的是( ) A．释放圆环，环下落时产生感应电流 B．释放圆环，环下落时无感应电流 C．释放圆环，环下落时环的机械能守恒 D．释放圆环，环下落时环的机械能不守恒 BC解析：由条形磁铁磁场分布特点可知，穿过其中央位置正上方的圆环的合磁通量为零，所以在环下落的过程中，磁通量不变，没有感应电流，圆环只受重力，则环下落时机械能守恒． 二、楞次定律的理解及应用 5．两个大小不同的绝缘金属圆环a，b如图所示叠放在一起，小圆环b有一半面积在大圆环a中，当大圆环a通上顺时针方向电流的瞬间，小圆环b中感应电流的方向是( )
传感器课后答案(完整资料).doc
【最新整理，下载后即可编辑】 第1章概述 1.什么是传感器？ 传感器定义为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，通常由敏感元件和转换元件组成。 1.2传感器的共性是什么？ 传感器的共性就是利用物理规律或物质的物理、化学、生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。 1.3传感器由哪几部分组成的？ 由敏感元件和转换元件组成基本组成部分，另外还有信号调理电路和辅助电源电路。 1.4传感器如何进行分类？ （1）按传感器的输入量分类，分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。（2）按传感器的输出量进行分类，分为模拟式和数字式传感器两类。（3）按传感器工作原理分类，可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。（4）按传感器的基本效应分类，可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。（5）按传感器的能量关系进行分类，分为能量变换型和能量控制型传感器。（6）按传感器所蕴含的技术特征进行分类，可分为普通型和新型传感器。 1.5传感器技术的发展趋势有哪些？ （1）开展基础理论研究（2）传感器的集成化（3）传感器的智能化（4）传感器的网络化（5）传感器的微型化 1.6改善传感器性能的技术途径有哪些？ （1）差动技术（2）平均技术（3）补偿与修正技术(4)屏蔽、隔离与干扰抑制(5)稳定性处理 第2章传感器的基本特性 2.1什么是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？
答：传感器的静态特性是指在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系。主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、温度漂移。 2.2传感器输入-输出特性的线性化有什么意义？如何实现其线性化？ 答：传感器的线性化有助于简化传感器的理论分析、数据处理、制作标定和测试。常用的线性化方法是：切线或割线拟合，过零旋转拟合，端点平移来近似，多数情况下用最小二乘法来求出拟合直线。 2.3利用压力传感器所得测试数据如下表所示，计算其非线性误差、迟滞和重复性误差。设压力为0MPa时输出为0mV,压力为0.12MPa时输出最大且为16.50mV. 非线性误差略 正反行程最大偏差?Hmax=0.1mV，所以γH=±? Hmax0.1100%=±%=±0.6%YFS16.50 重复性最大偏差为?Rmax=0.08，所以γR=±?Rmax0.08=±%=±0.48%YFS16.5 2.4什么是传感器的动态特性？如何分析传感器的动态特性？ 传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即输出对随时间变化的输入量的响应特性。 传感器的动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来分析。瞬态响应常采用阶跃信号作为输入，频率响应常采用正弦函数作为输入。 2.5描述传感器动态特性的主要指标有哪些？ 零阶系统常采用灵敏度K，一阶系统常采用时间常数τ、灵敏度K，二阶系统常采用固有频率ω0、阻尼比ζ、灵敏度K来描述。 2.6试解释线性时不变系统的叠加性和频率保持特性的含义及其意义。
实验 光电传感器实验
实验光电传感器实验 实验项目编码： 实验项目时数：2 实验项目类型：综合性（）设计性（）验证性（√） 一、实验目的 通过本次实验过程，了解透射式、反射式光电开关组成原理及应用。掌握工程实践中的使用方法。 二、实验内容及基本原理 （一）实验内容 1．透射式光电开关实验 2．反射式红外光电接近开关实验 3．光电传感器测转速实验 （二）实验原理 光电式转速传感器有反射型和透射型二种。 1．光电开关可以由一个光发射管和一个接收管组成（光耦、光断续器）。当发射管和接收管之间无遮挡时，接收管有光电流产生，一旦此光路中有物体阻挡时光电流中断，利用这种特性可制成光电开关用来工业零件计数、控制等。 2．反射式红外光电接近开关由一个红外光发射管和一个接收管组装成一体。当发射管发射红外光被接近物反射到接收管时，接收管有光电流产生，一旦接近物离开时接收管接收不到红外光光电流中断，利用这种特性可制成光电开关用来计数、控制等。 3．转动源装置中安装的是透射型的(光电断续器也称光耦)，传感器端部二内侧分别装有发光管和光电管，发光管发出的光源透过转盘上通孔后由光电管接收转换成电信号，由于转盘上有均匀间隔的 6 个孔，转动时将获得与转速有关的脉冲数，脉冲经处理由频率表显示ｆ，即可得到转速ｎ=10f。实验原理框图如图1所示。 图1 光耦测转速实验原理框图 三、实验用仪器与设备 1．主机箱中的±2V～±10V 步进可调直流稳压电源 2．光电器件实验模块（一）、发光二极管(或红外二极管)、光敏三(或二)极管 3．光电开关实验模块、反射式光耦(光电接近开关) 4．频率\转速表、电压表
5．光电转速传感器—光电断续器(已装在转动源上) 6．转动源 四、实验方法与步骤 （一）透射式光电开关实验 1．将主机箱中的±2V～±10V 步进可调直流稳压电源调节到±10V 档，按图2示意安装接线，注意接线孔颜色（极性）相对应。 图2 透射式光电开关实验接线示意图 2．开启主机箱电源，观察遮挡与不遮挡光路时模板上指示发光二极管的亮暗变化情况，由此形成了开关功能。 （二）反射式红外光电接近开关实验 1、将主机箱中的±2V～±10V步进可调直流稳压电源调节到±10V 档，按图3示意安装接线，注意接线孔颜色（极性）相对应。 图3 透射式光电开关实验 2、开启主机箱电源，接近物接近与远离时模板上指示发光二极管的亮暗变化情况，由此形成了开关功能。
传感器作业答案
第二章 测量误差与数据处理 1、测量数据中包含哪三种误差它们各自的含义是什么 系统误差：对同一被测量进行多次重复测量时（等精度测量），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。 随机误差：对同一被测量进行多次重复测量时（等精度测量），绝对值和符号不可预知的随 机变化，但就误差的总体而言，具有一定的统计规律性的误差称为随机误差。 粗大误差：明显偏离测量结果的误差称为粗大误差，又称疏忽误差。这类误差是由于测量者 疏忽大意或环境条件的突然变化产生的。对于粗大误差，首先应设法判断是否存在，然后将其剔除。 2、对某轴直径d 的尺寸进行了15次测量，测得数据如下（单位mm ）：, , , , , , , ,, , , , ,,。试用格罗布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差，并写出测量结果。 解：1）求算术平均值 2）求单次测量值的标准差估计值 3）按格罗布斯准则判别是否存在粗大误差（查书P61 表3－2） 经检查，存在 ， 故剔除120.30mm 。 4）重新求解上述各值，得： ； mm x x i i 404.12015 15 1 == ∑=- ∧ σmm 033.01 )(12 ＝--= ∑=∧ n x x n i i σmm g n g K G 080.0033.041.2)05.0,15(),(00≈?===∧ ∧ σσα)15,...,2,1(=>i K v G i mm x 41.120=- mm 016.0＝∧ σmm g n g K G 038.0016.037.2)05.0,14(),(00≈?===∧ ∧σσα
经检查所有的 ，故无粗大误差。 5）按照马利科夫准则，判断有无系统误差 因n ＝14，故mm v v M i i i i 02.0002.014 8 7 1 =-=-=∑∑==，M 值较小，故可判断测量列中无系统误差。 6）求算术平均值的标准差的估计值 7）P ＝ 时，查t 分布表，v ＝n －1＝14－1＝13，查表得t α＝，最后的测量结果： 3、一台精度等级为，量程范围为600～1200℃的温度传感器，其最大允许绝对误差是多少检验时某点最大绝对误差是3.5 ℃，问此表是否合格 解： 即此传感器的最大允许绝对误差为3℃，检验时某点最大绝对误差是3.5 ℃，大于3 ℃，则此传感器不合格 第三章 信号分析与处理 1.对余弦信号分别推导出傅里叶级数的 1）三角函数展开式的幅频谱和相频谱； 2）复指数展开式并画出其实频谱和虚频谱图以及幅频谱、相频谱。 解： 2）余弦信号的傅里叶级数复指数展开式为 在－w 0处，C nR ＝1/2 C nI =0 在w 0处， C nR ＝1/2 C nI =0 )14,...,2,1(=传感器技术第3版课后部分习题解答
光勇 0909111621 物联网1102班《传感器技术》作业 第一章习题一 1-1衡量传感器静态特性的主要指标。说明含义。 1、线性度——表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合（或偏 离）程度的指标。 2、回差（滞后）—反应传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程过程中输出- 输入曲线的不重合程度。 3、重复性——衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次变 动时，所得特性曲线间一致程度。各条特性曲线越靠近，重复性越好。 4、灵敏度——传感器输出量增量与被测输入量增量之比。 5、分辨力——传感器在规定测量围所能检测出的被测输入量的最小变化量。 6、阀值——使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附近的分辨 力。 7、稳定性——即传感器在相当长时间仍保持其性能的能力。 8、漂移——在一定时间间隔，传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的变 化。 9、静态误差（精度）——传感器在满量程任一点输出值相对理论值的可能偏离（逼近） 程度。 1-2计算传感器线性度的方法，差别。 1、理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，与实际测试值无关。 2、端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。 3、“最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反行程校 准曲线对它的正负偏差相等并且最小。这种方法的拟合精度最高。 4、最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数据的残差 平方和最小。 1—4 传感器有哪些组成部分？在检测过程中各起什么作用？ 答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。 各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 1-5传感器有哪些分类方法？各有哪些传感器？ 答：按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器；按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等； 按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式；按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。 1-6 测量误差是如何分类的？ 答：按表示方法分有绝对误差和相对误差；按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。
光电传感器实验报告
实验报告2 ――光电传感器测距功能测试 1．实验目的： 了解光电传感器测距的特性曲线； 掌握LEGO基本模型的搭建； 熟练掌握ROBOLAB软件； 2．实验要求： 能够用LEGO积木搭建小车模式，并在车头安置光电传感器。能在光电传感器紧贴红板，以垂直红板的方向作匀速直线倒车运动过程中进行光强值采集，绘制出时间－光强曲线，然后推导出位移－光强曲线及方程。 3．程序设计： 编写程序流程图并写出程序，如下所示：
ROBOLAB程序设计： 4．实验步骤： 1)搭建小车模型，参考附录步骤或自行设计（创新可加分）。 2)用ROBOLAB编写上述程序。 3)将小车与电脑用USB数据线连接，并打开NXT的电源。点击ROBOLAB 的RUN按钮，传送程序。 4)取一红颜色的纸板（或其他红板）竖直摆放，并在桌面平面与纸板垂直 方向放置直尺，用于记录小车行走的位移。 5)将小车的光电传感器紧贴红板放置，用电脑或NXT的红色按钮启动小 车，进行光强信号的采样。从直尺上读取小车的位移。 6)待小车发出音乐后，点击ROBOLAB的数据采集按钮，进行数据采集， 将数据放入红色容器。共进行四次数据采集。 7)点击ROBOLAB的计算按钮，分别对四次采集的数据进行同时显示、平 均线及拟和线处理。 8)利用数据处理结果及图表，得出时间同光强的对应关系。再利用小车位 移同时间的关系（近似为匀速直线运动），推导出小车位移同光强的关 系表达式。 5．调试与分析 a)采样次数设为24，采样间隔为0.05s，共运行1.2s。采得数据如下所示。
b)在ROBOLAB的数据计算工具中得到平均后的光电传感器特性曲线，如图所示： c)对上述平均值曲线进行线性拟合，得到的光强与时间的线性拟合函数：
光电传感器实验心得
竭诚为您提供优质文档/双击可除 光电传感器实验心得 篇一：光电传感器实验 Dh-sJ3光电传感器物理设计性实验装置 （实验指导书） 实 验 讲 义 请勿带走 杭州大华科教仪器研究所 杭州大华仪器制造有限公司 Dh-sJ3光电传感器物理设计性实验装置 光敏传感器是将光信号转换为电信号的传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测直接引起光强度变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其它非电量，如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。光
敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。 光敏传感器的物理基础是光电效应，即光敏材料的电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光电导效应。大多数光电控制应用的传感器，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等都是内光电效应类传感器。当然近年来新的光敏器件不断涌现，如：具有高速响应和放大功能的ApD雪崩式光电二极管，半导体光敏传感器、光电闸流晶体管、光导摄像管、ccD图像传感器等，为光电传感器的应用开创了新的一页。本实验主要是研究光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管四种光敏传感器的基本特性以及光纤传感器基本特性和光纤通讯基本原理。 一、实验目的 1、了解光敏电阻的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。 2、了解光敏二极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线。 3、了解硅光电池的基本特性，测出它的伏安特性曲线
传感器试题(答案)知识讲解
传感器试题(答案)
《传感器及应用技术》期末考试试题（C套）答案 一、填空题（每空1分，共30分）： 1、现代信息技术的三大支柱是指：传感器技术、通信技术、计算机技术 2、国家标准(GB7665-87)对传感器(Transducer/Sensor)的定义：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或装置。 3、传感器由敏感元件、传感元件、测量转换电路和辅助电源三部分组成。 4、现代科学技术使人类社会进入了信息时代，来自自然界的物质信息都需要通过传感器进行采集才能获取。 5、测量结果与被测量的约定真值之间的差别就称为误差。 6、对测量结果评价的三个概念（１）精密度、（２）准确度、（３）精确度 7、对传感器的输出量与输入量之间对应关系的描述－－称为传感器的特性。 8、电阻应变式传感器的工作原理是将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感元件上，使物理量的变化变成应变片的应力、应变变化，从而变成电阻值变化。 9、热电阻温度计是利用金属导体或半导体材料的电阻率随温度而变化的特性进行温度测量。 10、电感式传感器是利用电磁感应原理，将被测非电量的变化转换成线圈的电感变化的一种传感器。 11、压电传感器是一种典型的自发电式传感器。它以某些电介质的压电效应 为基础，在外力作用下，在电介质的表面产生电荷，从而实现非电量的电测转换。 12、热电偶产生的热电势一般由⑴接触电势和⑵温差电势组成。 13光电式传感器是利用光敏元件将光信号转换为电流信号的装置。
14、霍尔传感器是利用霍尔效应原理制成的传感器，主要用来测量磁场的大小。 15、电容式传感器有变面积式、变间隙式和变介质式三种。 16、当输入端加电流I，并在元件平面法线方向加磁感强度为B的磁场，那么在垂直于电流和磁场方向上将产生电动势，这种现象就是霍尔效应。 二、选择题（每1分，共30分）： 1、传感器的精确度是指（ A ） A传感器的输出指示值与被测量约定真值的一致程度 B传感器输出量y和输入量x之比 C传感器能够测量的下限值(y min)到上限值(y max)之间的范围 D输出量与输入量之间对应关系 2、不是基于物质的热胀冷缩现象来反映被测温度高低的是（ D ）。 A玻璃管液体温度计B双金属温度计C压力式温度计D热电阻温度计 3、炼油厂的气化炉耐压压力为6.5MPa，炉表面温度在400-450o C之间，应选用（B ）温度传感器测量。 A、双金属片 B、铂电阻 C、铜电阻 D、热电偶 4、目前，工业用的铂电阻的R0值有（D）两种 A、10Ω和100Ω B、50Ω和100Ω C、100Ω和500 Ω D、100Ω和1000Ω 5、下列说法不正确的是（ D） A、热电偶是一种将温度变化转换为热电势变化的温度检测元件。
实验一.光电传感器实验
实验一光电传感器实验 1-1 PSD光电位置传感器——位移测量 一．实验目的： １．了解PSD光电位置传感器的结构。 2.掌握PSD光电位置传感器的工作原理。 二.实验原理： 光电位置敏感器件（PSD）是基于光伏器件的横向效应的器件，是一种对入射到光敏面上的光电位置敏感的光电器件。因此，称其为光电位置敏感器件（Position Sensitive Detector，简称为PSD），如图1所示为PIN型PSD器件的结构示意图，它由三层构成，上面为P型层，中间位I型层，下面为N型层。在上面的P型层上设置有两个电极，两电极间的P型层除具有接受入射光的功能外还具有横向分布电阻的特性。即P型层不但为光敏层，而且还是一个均匀的电阻层。 当光束入射到PSD器件光敏层上距中心点得距离为xA时，在入射位置上产生与入射辐射成正比的信号电荷，此电荷形成的光电流通过电阻P型层分别由电极1和2输出，设P 型层的电阻是均匀的，两电极间的距离为2L，流过两电极的电流分别为I1和I2，则流过N 型层上电极的电流I0为I1和I2之和，即I0=I1+I2。 若以PSD器件的几何中心点O为原点，光斑中心距原点O的距离为xA，则 利用上式即可测出光斑能量中心对于器件中心的位置xA，它只与电流I1和I2的和、差及其比值有关，而与总电流无关。 图1 图2 PSD器件已被广泛地应用于激光自准直、光点位移量和振动的测量、平板平行度的检测和二维位置测量等领域。目前，PSD器件已有一维和二维两种PSD器件。本仪器用的是一维PSD
器件，主要用来测量光斑在一维方向上的位置或移动量的装置，图2为一维PSD器件的原理图，其中①和②为信号电极，③为公共电极。它的光敏面为细长的矩形条。图3为其等效电路，它由电流源Ip、理想二极管VD、结电容Cj、横向分布电阻RD和并联电阻Rsh组成， PSD器件属于特种光伏器件，它的基本特性与一般硅光伏器件基本相同，如光谱响应、时间响应和温度响应等与前面讲述的PN结光伏器件相同。作为位置传感器PSD有其独特特性，即位置检测特性，PSD的位置检测特性近似于直线，图4所示为一维PSD位置检测误差特性曲线，由曲线可知，越接近中心位置测量误差越小，因此，利用PSD来检测光斑位置时，尽量使光点靠近器件中心。 图3 图4 三．实验所需器件： PSD组件(器件已装在基座上)、固体激光器、反射体、PSD光电位置单元、数字电压表四．实验步骤： １．通过PSD基座上端圆孔观察PSD器件及在基座上的安装位置,PSD光电位置传感器的“I1” 和“I2”两端对应接入PSD光电位置单元的“I1”和“I2”两输入端，输出端V o接数字电压表20V档。 ２．确认接线无误后，开启仪器电源，此时因无光源照射，PSD器件前端的聚焦透镜也无光照射而形成的光点照射在PSD器件上，Vo输出的为环境光的噪声电压，试用一块遮光片将观察圆孔盖上，观察光噪声对输出电压的变化。 ３．将激光器电源插头插入“激光电源”插口，激光器安装在基座圆孔中并固定。注意激光束照射到反射面上时的情况，光束应与反射面垂直。激光束照射到反射面后PSD组件上的透镜将漫反射的激光光线聚焦到PSD器件表面，旋转激光器角度，调节激光光点，（必要时也可旋转调节PSD前的透镜）使光点尽可能集中在PSD器件上。 ４．从原点开始，位移平台分别向前和向后位移，因为PSD器件对光点位置的变化非常敏感，故每次螺旋测微仪旋转10格（1/10mm），并将位移值（mm）与输出电压值（U0）