传感器用课后习题答案(吴建平机械工业出版)
习题集及答案
第1章概述
1.1 什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？
1.2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。
1.3 简述传感器主要发展趋势，并说明现代检测系统的特征。
1.4 传感器如何分类？按传感器检测的范畴可分为哪几种？
1.5 传感器的图形符号如何表示？它们各部分代表什么含义？应注意哪些问题？
1.6 用图形符号表示一电阻式温度传感器。
1.7 请例举出两个你用到或看到的传感器，并说明其作用。如果没有传感器，应该出现哪种状况。
1.8 空调和电冰箱中采用了哪些传感器？它们分别起到什么作用？
答案：
1.1答：
从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。我们对传感器定义是：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。
我国国家标准（GB7665—87）对传感器（Sensor/transducer）的定义是：“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”。定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。
1.2答：
组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成；
关系，作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。
1.3答：（略）答：
按照我国制定的传感器分类体系表，传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器三大类，含12个小类。按传感器的检测对象可分为：力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。
1.5 答：
图形符号（略），各部分含义如下：
①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。
②传感器：能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,通常由敏感元件和
转换元件组成。
③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的装置。
④变送器：能输出标准信号的传感器答：（略）答：（略）答：（略）
第2章 传感器的基本特性
2.1传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标描述？它们一般可用哪些公式表示？
2.2传感器的线性度是如何确定的？确定拟合直线有哪些方法？传感器的线性度L γ表征了什么含义？为什
么不能笼统的说传感器的线性度是多少。
2.3传感器动态特性的主要技术指标有哪些？它们的意义是什么？
2.4传递函数、频率响应函数和脉冲响应函数的定义是什么？它们之间有何联系与区别？
2.5有一温度传感器，微分方程为30/30.15dy dt y x +=，其中y 为输出电压（mV) , x 为输入温度
（℃）。试求该传感器的时间常数和静态灵敏度。
2.6有一温度传感器，当被测介质温度为t 1，测温传感器显示温度为t 2时，可用下列方程表示：
()1202/t t dt d ττ=+。当被测介质温度从25℃突然变化到300℃时，测温传感器的时间常数τ0
=120s ，试求经过350s 后该传感器的动态误差。
2.7某力传感器属二阶传感器，固有频率为l000Hz ，阻尼比为0.7，试求用它测量频率为600Hz 的正弦交变
力时的振幅相对误差和相位误差。
2.8已知某二阶传感器系统的固有频率为20kHz ，阻尼比为0.1，若要求传感器的输出幅值误差不大于3%，
试确定该传感器的工作频率范围。
2.9设有两只力传感器均可作为二阶系统处理，固有频率分别为800Hz 和2.2kHz ，阻尼比均为0.4，欲测量
频率为400Hz 正弦变化的外力，应选用哪一只？并计算所产生的振幅相对误差和相位误差。
答案
2.1答：
静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。 2.2答：
1）实际传感器有非线性存在，线性度是将近似后的拟合直线与实际曲线进行比较，其中存在偏差，这个最大偏差称为传感器的非线性误差，即线性度，
2）选取拟合的方法很多，主要有：理论线性度(理论拟合)；端基线性度(端点连线拟合)；独立线性度(端点平移拟合)；最小二乘法线性度。
3）线性度L γ是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数。
4）传感器的非线性误差是以一条理想直线作基准，即使是同一传感器基准不同时得出的线性度也不同，所以不能笼统地提出线性度, 当提出线性度的非线性误差时，必须说明所依据的基准直线。 2.3答：
1）传感器动态特性主要有：时间常数τ；固有频率n ω；阻尼系数ξ。
2）含义：τ越小系统需要达到稳定的时间越少；固有频率n ω越高响应曲线上升越快；当n ω为常数时响应特性取决于阻尼比ξ，阻尼系数ξ越大，过冲现象减弱，1ξ≥时无过冲，不存在振荡，阻尼比直接影响过冲量和振荡次数。 2.4答：（略） 2.5解：
对微分方程两边进行拉氏变换，Y(s)(30s+3)=0.15X(s) 则该传感器系统的传递函数为：
()0.150.05()()
303
101
Y s H s X s s s =
=
=
++
该传感器的时间常数τ=10，灵敏度k=0.05 2.6解：
动态误差由稳态误差和暂态误差组成。先求稳态误差： 对方程两边去拉氏变换得：
12
2()()
()
s s s T T
s T τ
=+
则传递函数为
21()1
()
1
T s T s s τ=
+
对于一阶系统，阶跃输入下的稳态误差0ss e =，再求暂态误差： 当t=350s 时，暂态误差为
350/120
()(30025)14.88t e e
C -=-=?
故所求动态误差为： ()14.88ss t e e e C =+=? 2.7解：所求幅值误差为0.947,相位滞后52°70′
()2
2
2
2
1
212n
s j n n
n n G
j s s j ω
ωωξωωωω
ξωω==
=
++??-+??
??
则，频率为600Hz 时的幅值为
|()|0.947G j ω=
== 相对误差为
（1-0.947）×100%=5.3%
1
1
2
2
600
2(
)20.710005270'6001()
1()
1000
n
tg
tg
ωξω?ωω
--??
=-=-=--- 2.8解：()2
2
2
2
1
212n
s j n n
n n
G
j s s j ω
ωωξωωωωξωω==
=
++??-+??
??
|()|G j ω=
==
令|()| 1.03G jw =，2
(
)10000
ω
ω=′
则 2
1.960.05740ωω-+=′′ 解得121.930.03ωω==′，′ 代入上式，得
121389173Hz Hz ωω==， 令|()|0.97G jw =，则
2
1.960.06280ωω--=′′ 解得3 1.99ω=′（舍负） 代入上式，得
31411Hz ω=
由图2-18二阶传感器系统的幅频特性曲线知，该传感器的工作频率范围为：
13891411Hz Hz ω＜＜ 或 173Hz ω＜
2.9解：ξ=0.4＜1，由二阶传感器的频率特性，固有频率比被测信号频率越大越好，故应选固有频率为2.2kHz 的那只。 ()2
2
2
2
1
212n
s j n n
n n
G
j s s j ω
ωωξωωωωξωω==
=
++??-+??
??
1
1
|()|0.940G jw =
== 相对误差为（1-0.940）×100%=6.0%
1
1
2
2
400
2(
)20.42200833'4001()
1()
2200
n
tg
tg
ωξω?ωω
--??
=-=-=--- 故相位滞后8°33′。
第3章 电阻应变式传感器
3.1 何为电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？
3.2 什么是应变片的灵敏系数？它与金属电阻丝的灵敏系数有何不同？为什么？ 3.3 为什么增加应变片两端电阻条的横截面积便能减小横向效应？
3.4 金属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同？半导体应变片灵敏系数范围是多少，金属应变片
灵敏系数范围是多少？为什么有这种差别，说明其优缺点。举例说明金属丝电阻应变片与半导体应变片的相同点和不同点。
3.5 一应变片的电阻R=120Ω，灵敏系数k =2.05，用作应变为800/m m μ的传感元件。
求：①R ?和/R R ?；② 若电源电压U =3V ，初始平衡时电桥的输出电压U 0。
3.6 在以钢为材料的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120Ω的金属应变片R 1和R 2
（如图3-28a 所示），把这两应变片接入电桥（见图3-28b ）。若钢的泊松系数0.285μ=，应变片的灵敏系数k =2，电桥电源电压U =2V ，当试件受轴向拉伸时，测得应变片R 1的电阻变化值10.48R ?=Ω。试求：①轴向应变；②电桥的输出电压。
3.7 一测量吊车起吊重物的拉力传感器如图3-29a 所示。R 1、R 2、R 3、R 4按要求贴在等截面轴上。已知:等
截面轴的截面积为0.00196m 2，弹性模量E =2×1011N /m 2，泊松比0.3μ=，且R 1=R 2=R 3=R 4=120Ω, 所组成的全桥型电路如题图3-29b 所示，供桥电压U =2V 。现测得输出电压U 0=2.6mV 。求：①等截面轴的纵向应变及横向应变为多少？②力F 为多少？
3.8 已知：有四个性能完全相同的金属丝应变片（应变灵敏系数2k =）, 将其粘贴在梁式测力弹性元件上，
如图3-30所示。在距梁端0l 处应变计算公式为
02
6F l E h b
ε=
设力100F N =，0100l m m =，5h mm =，20b mm =，5
2
210/E N m m =?。求： ①说明是一种什么形式的梁。在梁式测力弹性元件距梁端0l 处画出四个应变片粘贴位置，并画出相应的测量桥路原理图；②求出各应变片电阻相对变化量；③当桥路电源电压为6V 时，负载电阻为无
穷大，求桥路输出电压U 0是多少？
图3-29
图
3-30
图
3-28
3.9 图3-31为一直流电桥，负载电阻R L 趋于无穷。图中E=4V ，R 1=R 2=R 3=R 4=120Ω，试求：① R 1为金属
应变片，其余为外接电阻，当R 1的增量为ΔR 1=1.2Ω时，电桥输出电压U 0=? ② R 1、R 2为金属应变片，感应应变大小变化相同，其余为外接电阻，电桥输出电压U 0=? ③ R 1、R 2为金属应变片，如果感应应变大小相反，且ΔR 1=ΔR 2 =1.2Ω，电桥输出电压U 0=?
答案
3.1 答：
导体在受到拉力或压力的外界力作用时，会产生机械变形，同时机械变形会引起导体阻值的变化，这种导体材料因变形而使其电阻值发生变化的现象称为电阻应变效应。
当外力作用时，导体的电阻率ρ、长度l 、截面积S 都会发生变化，从而引起电阻值R 的变化，通过测量电阻值的变化，检测出外界作用力的大小。 3.2答：
金属丝灵敏系数0k 主要由材料的几何尺寸决定的。受力后材料的几何尺寸变化为(12)μ+，电阻率的变化为()//ρρε?。而实际应变片的灵敏系数应包括基片、粘合剂以及敏感栅的横向效应。虽然长度相同，但应变状态不同，金属丝做成成品的应变片（粘贴到试件上）以后，灵敏系数降低了。 3.3答：
敏感栅越窄，基长越长的应变片，横向效应越小，因为结构上两端电阻条的横截面积大的应变片横向效应较小。 3.4答：
金属导体应变片的电阻变化是利用机械形变产生的应变效应，对于半导体而言，应变传感器主要是利用半导体材料的压阻效应。金属电阻丝的灵敏系数可近似写为 012k μ≈+，即0 1.52k ≈～；半导体灵敏系数近似为 ()0//k E ρρεπ≈?=≈50～100。 3.5解：
2.05;800/k m m εμ==
/0.0164;0.2R R k R ε∴?=?=?≈Ω应变引起的电阻变化 033 1.234R U V U m V R
?==
?=当电源电压时，电桥输出电压
3.6解1：
1）11
/R R k ε
?=
则轴向应变为：
1/0.48/120
0.0022R R k
ε?=
=
=
2）电桥的输出电压为：
011(1)220.002 1.285 5.142
2
U U k m V εμ=
+=????=
解2：
112;120;0.48;2k R R U V ==Ω?=Ω=
11
01142
R R k U U R R m V
ε?==
??=/轴向应变： 0.002
电桥输出电压： /
3.7解：
2112
12340120;0.3;0.00196;210/;2; 2.6R R R R S m E N m U V U m V μ====Ω===?==
05
0.156//0.0008125
120.0004875
3.18510U R R U
l R R R R l
k
r l
r l F SE N
εμ
με?==Ω
???=
=
==+??=-=-==?按全桥计算：轴向应变：横向应变：力：
3.8解：
①梁为一种等截面悬臂梁；应变片沿梁的方向上下平行各粘贴两个；
②5
2
02;100;100;5;2;210/k F N l m m h m m b m m E N m ======?
02
620.012F l R
k R E h b ε?∴===应变片相对变化量为： ③060.072R V U V R
?=?=桥路电压6时,输出电压为：
3.9解:
①100.0104E R R U V R
?=
?=因为只有为应变片,电桥输出按单臂电桥计算，
②00U V =因为两应变片变化大小相同，相互抵消无输出， ③120,0.022E R
R R U V R
?=
?=因为应变时大小变化相反,电桥输出按半桥计算，
第4章 电容式传感器
4.1 如何改善单极式变极距型电容传感器的非线性？
4.2 为什么高频工作时的电容式传感器连接电缆的长度不能任意变化？
4.3 差动式变极距型电容传感器，若初始容量1280C C pF ==，初始距离04m m δ=，当动极板相对
于定极板位移了0.75mm δ?=时，试计算其非线性误差。若改为单极平板电容，初始值不变，其非线性误差有多大？
4.4 电容式传感器有哪几类测量电路？各有什么特点？差动脉冲宽度调制电路用于电容传感器测量电路具
有什么特点？
4.5 一平板式电容位移传感器如图4-5所示，已知：极板尺寸4a b mm ==，极板间隙00.5m m δ=，
极板间介质为空气。求该传感器静态灵敏度；若极板沿x 方向移动2mm ，求此时电容量。 4.6 已知：圆盘形电容极板直径50D mm =，间距00.2m m δ=，在电极间置一块厚0.1mm 的云母片
（7r ε=），空气（01ε=）。求：①无云母片及有云母片两种情况下电容值1C 及2C 是多少？②当间距变化0.025mm δ?=时，电容相对变化量11/C C ?及22/C C ?是多少？
4.7 压差传感器结构如图4-30a 所示，传感器接入二极管双T 型电路，电路原理示意图如图
4-30b 所示。已知电源电压U E =10V ，频率f = 1MHz ，R 1=R 2=40kΩ，压差电容C 1=C 2=10pF ，R L =20kΩ。试分析，当压力传感器有压差P H ＞P L 使电容变化ΔC=1pF 时，一个周期内负载电阻上产生的输出电压U RL 平均值的大小与方向。
答案
4.1答：
非线性随相对位移0/δδ?的增加而增加，为保证线性度应限制相对位移的大小；起始极距0δ与灵敏度、线性度相矛盾，所以变极距式电容传感器只适合小位移测量；为提高传感器的灵敏度和改善非线性关系，变极距式电容传感器一般采用差动结构。 4.2答：
低频时容抗c X 较大，传输线的等效电感L 和电阻R 可忽略。而高频时容抗c X 减小，等效电感和电阻不可忽略，这时接在传感器输出端相当于一个串联谐振，有一个谐振频率0f 存在，当工作频率0f f ≈谐振频率时，串联谐振阻抗最小，电流最大，谐振对传感器的输出起破坏作用，使电路不能正常工作。通常工作频率10MHz 以上就要考虑电缆线等效电感0L 的影响。
a)
b)
图4-30
4.3解：若初始容量1280C C pF ==，初始距离04m m δ=，当动极板相对于定极板位移了
0.75mm δ?=时，非线性误差为：
2
2
0.75(
)100%(
)100% 3.5%4
L δ
γδ?=?=?=
改为单极平板电容，初始值不变，其非线性误差为：
0.75100%100%18.75%4
L δ
γδ?=
?=
?=
4.4（略）
4.5解：对于平板式变面积型电容传感器，它的静态灵敏度为： 012
11
1
88.8510
7.0810
g C b k F m
a
εδ
---=
=
=??=?
极板沿x 方向相对移动2mm 后的电容量为： 12
13
0()
8.8510
0.0042
1.41610
0.5
b a x C F εδ---????=
=
=?
4.6解：1）12
3
10
14
8.8510 3.14 2.510
3.4710
210
S C F εδ----????==
=??
12
3
10
24
04
8.8510
3.14 2.510
6.0810
1101107
r
S C F d
d εδε-----????=
=
=??-+?+
2）令0r
d
d δδε=-+′，则
10
100
0.0250.1430.20.025
1C C δ
δ
δ
δ
δδ
δ
???=
=
=
=?-?--
22
0.0250.2800.11430.0251C C δ
δδδδδδ???=
===?-?--
′′′
4.7解：当H L P P >时，12C C <；212C C C -=??
4612
122
(2)4080()2101010210
0.36()
6060
L RL L E L R R R U R U f C C V R R -+?=
-=
??????=-+?
由于12C C <，电压UE 的负半周占优势，故R L
U
的方向下正上负。
第5章 电感式传感器
5.1 何谓电感式传感器？电感式传感器分为哪几类？各有何特点？ 5.2 提高电感式传感器线性度有哪些有效的方法。
5.3 说明单线圈和差动变间隙式电感传感器的结构、工作原理和基本特性。 5.4 说明产生差动电感式传感器零位残余电压的原因及减小此电压的有效措施。 5.5 为什么螺线管式电传感器比变间隙式电传感器有更大的测位移范围？
5.6 电感式传感器测量电路的主要任务是什么？变压器式电桥和带相敏整流的交流电桥在电感式传感器测
量电路中各可以发挥什么作用？采用哪种电路可以获得理想输出。
5.7 概述变间隙式差动变压器的结构、工作原理和输出特性，试比较单线圈和差动螺线管式电传感器的基
本特性，说明它们的性能指标有何异同？
5.8 差动变压器式传感器的测量电路有几种类型？试述差动整流电路的组成和基本原理。为什么这类电路
可以消除零点残余电压？
5.9 概述差动变压器式传感器的应用范围，并说明用差动变压器式传感器检测振动的基本原理。
5.10 什么叫电涡流效应？说明电涡流式传感器的基本结构与工作原理。电涡流式传感器的基本特性有哪
些？它是基于何种模型得到的？
5.11 电涡流式传感器可以进行哪些物理量的检测？能否可以测量非金属物体，为什么？
5.12 试用电涡流式传感器设计一在线检测的计数装置，被测物体为钢球。请画出检测原理框图和电路原理
框图。
答案
5.1答：
电感式传感器是一种机-电转换装置，电感式传感器是利用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的一种装置，传感器利用电磁感应定律将被测非电量转换为电感或互感的变化。它可以用来测量位移、振动、压力、应变、流量、密度等参数。
电感式传感器种类：自感式、涡流式、差动式、变压式、压磁式、感应同步器。 工作原理：自感、互感、涡流、压磁。
5.2答：
电感传感器采用差动形式，转换电路采用相敏检波电路可有效改善线性度。
5.3（略）
5.4答：
差动变压器式传感器的铁芯处于中间位置时，在零点附近总有一个最小的输出电压0U ，将铁芯处于中间位置时，最小不为零的电压称为零点残余电压。产生零点残余电压的主要原因是由于两个次级线圈绕组电气系数（互感 M 、电感L 、内阻R ）不完全相同，几何尺寸也不完全相同，工艺上很难保证完全一致。
为减小零点残余电压的影响，除工业上采取措施外，一般要用电路进行补偿：①串联电阻；②并联电阻、电容，消除基波分量的相位差异，减小谐波分量；③加反馈支路，初、次级间加入反馈，减小谐波分量；④相敏检波电路对零点残余误差有很好的抑制作用。
5.5答：
螺线管式差动变压器传感器利用互感原理，结构是：塑料骨架中间绕一个初级线圈，两
次级线圈分别在初级线圈两边，铁心在骨架中间可上下移动，根据传感器尺寸大小它可测量1~100mm 范围内的机械位移。变间隙式电感传感器是利用自感原理，衔铁的与铁芯之间位移（气隙）与磁阻的关系为非线性关系，可动线性范围很小，因此测量范围受到限制。
5.6（略） 5.7（略） 5.8（略） 5.9（略） 5.10答：
1）块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作用切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭和的电流，这种电流叫电涡流，这种现象叫做电涡流效应。
2）形成涡流必须具备两个条件：第一存在交变磁场；第二导电体处于交变磁场中。电涡流式传感器通电后线圈周围产生交变磁场，金属导体置于线圈附近。当金属导体靠近交变磁场中时，导体内部就会产生涡流，这个涡流同样产生交变磁场。由于磁场的反作用使线圈的等效电感和等效阻抗发生变化，使流过线圈的电流大小、相位都发生变化。通过检测与阻抗有关的参数进行非电量检测。
3）因为金属存在趋肤效应，电涡流只存在于金属导体的表面薄层内，实际上涡流的分布是不均匀的。涡流区内各处的涡流密度不同，存在径向分布和轴向分布。所以电涡流传感器的检测范围与传感器的尺寸（线圈直径）有关。
4）回路方程的建立是把金属上涡流所在范围近似看成一个单匝短路线圈作为等效模型。 5.11答：
1）凡是能引起22R L M 、、变化的物理量，均可以引起传感器线圈11R L 、 的变化，可以进行非电量检测；如被测体（金属）的电阻率ρ，导磁率μ，厚度d ，线圈与被测体之间的距离x ，激励线圈的角频率ω等都可通过涡流效应和磁效应与线圈阻抗Z 发生关系，使11R L 、变化；若控制某些参数不变，只改变其中一个参数，便可使阻抗Z 成为这个参数的单值函数。
2）电涡流传感器不可以直接测量非金属物体，这是由于传感器本身特性决定的。
5.12（略）
第6章 磁电式传感器
6.1 试述磁电感应式传感器的工作原理和结构形式。 6.2 说明磁电感应式传感器产生误差的原因及补偿方法。
6.3 为什么磁电感应式传感器的灵敏度在工作频率较高时，将随频率增加而下降？ 6.4 什么是霍尔效应？
6.5 霍尔元件常用材料有哪些？为什么不用金属做霍尔元件材料？ 6.6 霍尔元件不等位电势产生的原因有哪些？
6.7 某一霍尔元件尺寸为10L mm =， 3.5b mm =, 1.0d mm =，沿L 方向通以电流
1.0I mA =，在垂直于L 和b 的方向加有均匀磁场0.3B T =，灵敏度为22/()V A T ?，
试求输出霍尔电势及载流子浓度。
6.8 试分析霍尔元件输出接有负载L R 时，利用恒压源和输人回路串联电阻T R 进行温度补偿
的条件。
6.9 霍尔元件灵敏度40/()H K V A T =?，控制电流 3.0I mA =，将它置于4
110-?～
4
510T -?线性变化的磁场中，它输出的霍尔电势范围有多大？ 6.10列举l ～2个霍尔元件的应用例子。查找l ～2个应用磁敏电阻制作的产品实例。 6.11磁敏电阻温度补偿有哪些方法？磁敏二极管温度补偿有哪些方法？有哪些特点？ 6.12 比较霍尔元件、磁敏电阻、磁敏晶体管，它们有哪些相同之处和不同之处？简述其各
自的特点。
答案
6.1（略） 6.2答：
磁电感应式传感器两个基本元件，即永久磁铁和线圈，永久磁铁在使用前需要有稳定性处理，主要是线圈中电流产生的磁场对恒定磁场的作用（称为线圈磁场效应）是不能忽略的，需要采用补偿线圈与工作线圈相串联加以补偿。当环境温度变化较大时传感器温度误差较大，必须加以补偿。 6.3答：
因为磁电感应式传感器的灵敏度为(/)e υ，振动频率过高时，线圈阻抗增大，使传感器灵敏度随振动频率增加而下降。 6.4答：
通电的导体（半导体）放在磁场中，电流与磁场垂直，在导体另外两侧会产生感应电动势，这种现象称霍尔效应。 6.5答：
1）任何材料在一定条件下都能产生霍尔电势，但不是都可以制造霍尔元件。只有半导体材料适于制作霍尔元件。又因一般电子迁移率大于空穴的迁移率，所以霍尔元件多采用N 型半导体制造。
2）金属材料电子浓度虽然很高，但电阻率很小很小，使霍尔电势H U 很小，因此不适于做霍尔元件材料。 6.6答：
霍尔电势不为零的原因是，霍尔引出电极安装不对称，不在同一等电位面上；激励电极接触不良，半导体材料不均匀造成电阻率ρ不均匀等原因。
6.7解：
19
19
19
22/(), 1.0,0.36.610, 3.5, 1.0 1.6100.0010.3
28.4110
0.0066 1.610
0.001
H H H H K V A T I m A B T U K IB m V
L m m b m m de m m e IB n U ed
--∴=?====∴====??=-
=
=???? 输出霍尔电势： ，载流子浓度为：
6.8（略） 6.9解：
4
4
40/(), 3.0,1105101260H H H H H K V A T I m A B T
U K IB V U K IB V
μμ--∴=?==?-?==== 输出霍尔电势范围是： 低端： 高端：
6.10（略） 6.11（略） 6.12答：
霍尔元件具有体积小、外围电路简单、动态特性好、灵敏度高、频带宽等许多优点，在霍尔元件确定后，可以通过测量电压、电流、磁场来检测非电量，如力、压力、应变、振动、加速度等等，所以霍尔元件应用有三种方式：①激励电流不变，霍尔电势正比于磁场强度，可进行位移、加速度、转速测量。②激励电流与磁场强度都为变量，传感器输出与两者乘积成正比，可测量乘法运算的物理量，如功率。③磁场强度不变时，传感器输出正比于激励电流，可检测与电流有关的物理量，并可直接测量电流。
磁敏电阻与霍尔元件属同一类，都是磁电转换元件，两者本质不同是磁敏电阻没有判断极性的能力，只有与辅助材料(磁钢)并用才具有识别磁极的能力。
磁敏二极管可用来检测交直流磁场，特别是弱磁场。可用作无触点开关、作箱位电流计、对高压线不断线测电流、小量程高斯计、漏磁仪、磁力探伤仪等设备装置。磁敏三极管具有较好的磁灵敏度，主要应用于①磁场测量，特别适于10-6T 以下的弱磁场测量，不仅可测量磁场的大小，还可测出磁场方向；②电流测量。特别是大电流不断线地检测和保护；③制作无触点开关和电位器，如计算机无触点电键、机床接近开关等；④漏磁探伤及位移、转速、流量、压力、速度等各种工业控制中参数测量。
第7章 压电式传感器
7.1 什么是压电效应？什么是正压电效应和逆压电效应？
7.2 石英晶体和压电陶瓷的压电效应有何不同之处？为什么说PZT 压电陶瓷是优能的压电
元件？比较几种常用压电材料的优缺点，说出各自适用于什么场合？ 7.3 压电传感器能否用于静态测量？试结合压电陶瓷加以说明。
7.4 压电元件在使用时常采用多片串联或并联的结构形式。试述在不同接法下输出电压、电
荷、电容的关系，它们分别适用于何种应用场合？
7.5 电压放大器和电荷放大器本质上有何不同，电荷放大器和电压放大器各有何特点？它们
各自适用于什么情况？
7.6 己知电压前置放大器输人电阻及总电容分别为1i R M =Ω，100i C pF =，求与压电加
速度计相配，测1H z 振动时幅值误差是多少？
7.7 已知电压式加速度传感器阻尼比0.1ξ=。若其无阻尼固有频率032f kH z =, 要求传感
器输出幅值误差在5%以内，试确定传感器的最高响应频率。
7.8 一压电加速度计，供它专用电缆的长度为1.2m ，电缆电容为100pF ，压电片本身电容
为1000pF 。出厂标定电压灵敏度为100/V g ，若使用中改用另一根长2.9m 电缆，其电容量为300pF ，问其电压灵敏度如何改变？ 7.9 为什么压电器件一定要高阻抗输出？
7.10 用石英晶体加速度计及电荷放大器测量加速度，已知：加速度计灵敏度为5PC /g ，电
荷放大器灵敏度为50m V /PC ，当机器加速度达到最大值时，相应输出电压幅值为2V ，试求该机器的振动加速度。
答案
7.1答：
某些电介质在沿一定的方向受到外力的作用变形时，由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状态；而当作用力方向改变时，电荷的极性随着改变。晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象称为正压电效应。如对晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随之消失，称为逆压电效应
7.2答：
1）石英晶体整个晶体是中性的，受外力作用而变形时没有体积变形压电效应，但它具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。压电陶瓷PZT 是一种多晶铁电体，原始的压电陶瓷材料并不具有压电性，必须在一定温度下做极化处理后，留下了很强的剩余极化强度，才能使其呈现出压电特性。
2）比较石英晶体12d 、11d ，压电陶瓷的纵向压电常数33d 大的多，是它们的上百倍。所以压电陶瓷制作的传感器灵敏度高。常用的优能压电陶瓷是锆钛酸铅（PZT ），它具有很高的介电常数，工作温度可达250℃。 3）（略）
7.3答：
1）由压电传感器的等效电路可见，要保证输出信号与输入作用力间的线性关系，只有
在负载电阻较大，工作频率较高时，传感器电荷才能得以保存补充，需要测量电路具有无限大的输入阻抗。但实际上这是不可能的，故压电传感器只能作动态测量，不宜作静态信号测量，只能在其上加交变力，电荷才能不断得到补充，并给测量电路一定的电流。
2）（略）
7.4.答：
1）在压电式传感器中，为了提高灵敏度，往往采用多片压电芯片构成一个压电组件。其中最常用的是两片结构；根据两片压电芯片的连接关系，可分为串联和并联连接，常用的是并联连接，可以增大输出电荷，提高灵敏度。
2）如果按相同极性粘贴，相当两个压电片（电容）串联。输出总电容为单片电容的一半，输出电荷与单片电荷相等，输出电压是单片的两倍；若按不同极性粘贴，相当两个压电片（电容）并联，输出电容为单电容的两倍，极板上电荷量是单片的两倍，但输出电压与单片相等。
7.5答：（略）
7.6解：
1;1,100i i f H z R M C pF ∴==Ω=信号频率放大器输入电阻电容
幅值误差为：
()()()()
()10.99
()
()
im m im i
im im im im im U dF U C U U U U U ωωω=
∞=
-∞=-=-∞∞
相对误差为：
(10.99)100%1%-?=
7.7解：
00.1,32;f kHz ζ∴==已知阻尼比固有频率
控制传感器在5%以内的幅值误差为：
1
1
|()|0.95u j ω=
== 式中f 为最高响应频率：
45.40f kH z =
7.8解：
1.2,,;100/100/c a u u c a i
i
m C pF C pF K V g d d
K V g
C C C pF pF C =∴=
=
=++++已知压电加速度计电缆长度为电缆电容=100传感器电容=1000电压灵敏度为电压灵敏度1001000
6
6
100/0.1110
2.90.1110
84.62/i u c a
c u c a
C d d
K V g
C C pF pF
d m C pF d K V g
C C pF pF
≈=
=++=??≈
=
=++因较小忽略前置电路输入电容电压灵敏度为：1001000求出：更换电缆，电容=300电压灵敏度为：3001000
可见电缆加长后电压灵敏度下降。
7.9（略）
7.10解：
5/50/PC g mV PC 已知加速度计灵敏度为，电荷放大器灵敏度为
当输出幅值为2V 时，机器振动加速度为：
2/50/0.85/V m V PC
g g PC g
=
=
第8章 光电效应及器件
8.1什么是内光电效应？什么是外光电效应？说明其工作原理并指出相应的典型光电器件。 8.2普通光电器件有哪几种类型？各有何特点？利用光电导效应制成的光电器件有哪些？用
光生伏特效应制成的光电器件有哪些？ 8.3普通光电器件都有哪些主要特性和参数？
8.4什么是光敏电阻的亮电阻和暗电阻？暗电阻电阻值通常在什么范围？ 8.5试述光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管和光电池的工作原理。如何正确选用这些器件？
举例说明。
8.6光敏二极管由哪几部分组成，它与普通二极管在使用时有什么不同？请说明原理。 8.7光敏三极管与普通三极管的输出特性是否相同？主要区别在哪里？
8.8何为光电池的开路电压及短路电流？为什么作为检测元件时要采用短路电流输出形式，
作为电压源使用时采用开路电压输出形式？ 8.9光电池的结构特征是什么？它如何工作的？
8.10采用波长为0.8～0.9m μ的红外光源时，宜采用哪种材料的光电器件做检测元件？为什么？
8.11反射式光电传感器常见的有哪些类型？有什么特点？应用时要注意哪些影响？ 8.12举出日常生活中的两个光电式传感器的应用例子，并说明原理。
8.13试拟定一光电开关用于自动装配流水线上工件计数检测系统（用示意图表示出装置结
构），并画出计数电路原理示意图， 并说明其工作原理。
8.14试叙述智能小车设计中，如何利用反射式光电传感器实现“寻迹”功能，并设计出光电传
感器检测电路原理图。
8.15光电传感器控制电路如图8-53所示，
试分析电路工作原理：① GP —IS01是什么器件，内部由哪两种器件组成？② 当用物体遮挡光路时，发光二极管LED 有什么变化？③ R 1是什么电阻，在电路中起到什么作用？如果V D 二极管的最大额定电流为60mA ， R 1应该如何选择？④ 如果GP —IS01中的V D 二极管反向连接，电路状态如何？晶体管VT 、
LED 如何变化？ 8.16光栅传感器的基本原理是什么？莫尔条纹是如何形成的？有何特点？分析光栅传感器
具有较高测量精度的原因。
8.17某光栅的栅线密度为100线/mm ，要使形成莫尔条纹宽度为10mm ，求栅线夹角θ是
多少?
答案：
8.1答：当用光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体材料中的电
子吸收光子能量而发生相应的电效应（如电阻率变化、发射电子或产生电动势等）。这种现象称为光电效应。
图
8-53
1）当光线照在物体上,使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应，内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。入射光强改变物质导电率的物理现象称光电导效应，典型的光电器件有光敏电阻；光照时物体中能产生一定方向电动势的现象叫光生伏特效应，光电池、光敏晶体管。
2）在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，典型的光电器件有光电管、光电倍增管。
8.2答：（略） 8.3答：
光照特性；光谱特性；伏安特性；温度特性；频率特性等 8.4答：
暗电阻，无光照时的电阻为暗电阻，暗电阻电阻值范围一般为0.5～200MΩ； 亮电阻、受光照时的电阻称亮电阻，亮电阻的阻值一般为0.5～20KΩ。 8.5答：（略） 8.6答：（略） 8.7答：（略） 8.8答：
1）光生电动势与照度之间关系为开路电压曲线，短路电流是指外接负载电阻相对于光电池内阻很小时的光电流值。
2）短路电流曲线在很大范围内与光照度成线性关系，因此光电池作为检测元件使用时，一般不作电压源使用，而作为电流源的形式应用。而开路电压与光照度关系在照度为2000lx 以上趋于饱和呈非线性关系，因此适于作电压源使用。 8.9答：（略） 8.10答：
1）采用波长为0.8～0.9m μ的红外光源时，宜采硅光电池或硅光敏管，其光谱响应峰值在0.8m μ附近，波长范围在0.4～1.2m μ。
2）其中硅光电池适于接受红外光，可以在较宽的波长范围内应用。
8.11答：（略） 8.12答：（略） 8.13答：（略） 8.14答：（略） 8.15电路分析：
1）GP —IS01是光电开关器件，内部由发光二极管和光敏晶体管组成；
2）当用物体遮挡光路时，Vg 无光电流VT 截止，发光二极管LED 不发光；
3）R 1是限流电阻，在电路中可起到保护发光二极管V D 的作用；如果V D 二极管的最大额定电流为60mA ，选择电阻大于R 1 =（12V-0.7）/0.6 = 18.8Ω。
4）如果GP —IS01中的V D 二极管反向连接，Vg 无光电流VT 截止，发光二极管LED 不发光；电路无状态变化。
8.16答：（略） 8.17解：
已知：光栅的栅线密度为100线/mm 即W=0.02mm ，B=10mm
//0.02/100.002B W W B rad
θ
θ∴====
(即0°06′53″)
第9章新型光电传感器
9.1 象限探测器与PSD光电位置传感器有什么异同？各有哪些特点？
9.2 叙述SSPD自扫描光电二极管阵列工作原理及主要参数特征。
9.3 CCD电荷耦合器主要由哪两个部分组成？试描述CCD输出信号的特点。
9.4 试述CCD的光敏元和读出移位寄存器工作原理。
9.5 用CCD做几何尺寸测量时应该如何由像元数确定测量精度。
9.6 CCD信号二值化处理电路主要有哪种电路形式，可起到什么作用？
9.7说明光纤传感器的结构和特点，试述光纤的传光原理。
9.8 当光纤的折射率N1=1.46，N2=1.45时，如光纤外部介质N0=1，求最大入射角θc的值。
9.9 什么是光纤的数值孔径？物理意义是什么？NA取值大小有什么作用？有一光纤，其纤
芯折射率为1.56，包层折射率为1.24，求数值孔径为多少？
9.10光纤传感器有哪两大类型？它们之间有何区别？
9.11 图9-36为Y结构型光纤位移测量原理图，光源的光经光纤的一个分支入射，经物体反
射后光纤的另一分支将信号输出到光探测器上。光探测器的输出信号与被测距离有什么样关系，试说明其调制原理，画出位移相对输出光强的特性曲线。
9.12光纤可以通过哪些光的调制技术进行非电量的检测，说明原理。
9.13埋入式光纤传感器有哪些用途，举例说明可以解决哪些工程问题。
答案
9.1答：
1）象限探测器它是利用光刻技术，将一个整块的圆形或方形光敏器件敏感面分隔成若干个面积相等、形状相同、位置对称的区域，这就构成了象限探测器。PSD光电位置传感器是一种对入射到光敏面上的光点位置敏感的光电器件。两种器件工作机理不同，但其输出信号与光点在光敏面上的位置有关。光电位置传感器被广泛应用于激光束对准、平面度检测、二维坐标检测以及位移和振动测量系统。
2）象限探测器有几个明显缺点：它需要分割从而产生死区，尤其当光斑很小时，死区
的影响更明显。若被测光斑全部落入某个象限时，输出的电信号无法表示光斑位置，因此它的测量范围、控制范围都不大，测量精度与光强变化及漂移密切相关，因此它的分辨率和精度受到限制。与象限探测器相比PSD传感器有以下特点：
（1）它对光斑的形状无严格要求，即输出信号与光的聚焦无关，只与光的能量中心位置有关，这给测量带来很多方便。
（2）光敏面上无须分割，消除了死区，可连续测量光斑位置，位置分辨率高，一维PSD 可达0.2μm。
（3）可同时检测位置和光强，PSD器件输出的总光电流与入射光强有关，而各信号电极输出光电流之和等于总光电流，所以由总光电流可求得相应的入射光强。
9.2答：（略）
9.3答：
1）CCD基本结构由MOS光敏元阵列和读出移位寄存器两部分组成。
2）CCD电极传输电荷方向（向右或向左）是通过改变三相时钟脉冲的时序来控制的，输出的幅值与对应的光敏元件上电荷量成正比。信号电荷的输出的方式主要有电流输出和电压输出两种，电流输出型是输出电流与电荷成正比，在输出电路负载上形成输出电流。
9.4答：（略）
9.5答：
两个光敏像元的空间尺寸必须小于被测量的最小尺寸。 可测量的范围是像元总宽度： 如，1024（相元数）×0.014mm （光敏像元的空间尺寸）=14.3mm （测量范围）。 9.6答：
普遍采用的CCD 视频信号二值化处理电路是电压比较器，比较器的反相端接一个阈值电平，视频信号电平高于阈值电平的部分均输出高电平，而低于阈值电平部分均输出低电平，在比较器的输出端就得到只有高低两种电平的二值信号，二值化处理是把图像和背景作为分离的二值图像对待。反映在CCD 视频信号中所对应的图像尺寸边界处会有明显的电平急剧变化，通过二值化处理把CCD 视频信号中图像尺寸部分与背景部分分离成二值电平。 9.7答：（略） 9.8解：
1200
1.46, 1.45,1arcsin 0.1706949'
c N N N θ======? 已知：
9.9答：
1
）数值孔径定义为：NA =
率有多大，只有在2c θ张角之内的入射光才能被光纤接收、传播。若入射角超出这一范围，光线会进入包层漏光。
2）NA 越大集光能力越强，光纤与光源间耦合会更容易，但NA 越大光信号畸变越大，所以要选择适当。
3
）12
1.56 1.240.9466N N
NA ===
= 已知：，，
9.10答：
光纤传感器大致可分为功能型和非功能型两大类，它们的基本组成相似，有光源、入射光纤、调制器、出射光纤、光敏器件。
功能型又称传感型，这类传感器利用光纤本身对外界被测对象具有敏感能力和检测功能，光纤不仅起到传光作用，而且在被测对象作用下使光强、相位、偏振态等光学特性得到调制，调制后的信号携带了被测信息。如果外界作用时光纤传播的光信号发生变化，使光的路程改变，相位改变，将这种信号接收处理后，可以得到与被测信号相关的变化电信号。
非功能型又称传光型，这时光纤只作传播光媒介，待测对象的调制功能是由其它转换元件实现的，光纤的状态是不连续的，光纤只起传光作用。 9.11答：（略） 9.12答：
光强度调制：利用外界物理量改变光纤中的光强度，通过测量光强的变化测量被测信息。根据光纤传感器探头结构形式可分为透射、反射、折射等方式调制。
相位调制：一般压力、张力、温度可以改变光纤的几何尺寸（长度），同时由于光弹效应光纤折射率也会由于应变而改变，这些物理量可以使光纤输出端产生相位变化，借助干涉仪可将相位变化转换为光强的变化。干涉系统的种类很多，可根据具体情况采用不同的干涉系统。
频率调制：当光敏器件与光源之间有相对运动时，光敏器件接收到的光频率f s 与光源频率f 不同，这种现象称为光的“多普勒效应”。频率调制方法可以测量运动物体（流体）的速度、流量等。
9.13答：（略）
《传感器原理及应用》课后答案
第1章传感器基础理论思考题与习题答案 1.1什么是传感器？（传感器定义） 解：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，通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路组成。 1.2传感器特性在检测系统中起到什么作用？ 解：传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系，所以它在检测系统中的作用非常重要。通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态特性。静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 1.3传感器由哪几部分组成？说明各部分的作用。 解：传感器通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路三部分组成。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电信号的部分，调节转换电路是指将非适合电量进一步转换成适合电量的部分，如书中图1.1所示。 1.4传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意 义？动态参数有那些？应如何选择？ 解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。意义略（见书中）。动态参数有最大超调量、延迟时间、上升时间、响应时间等，应根据被测非电量的测量要求进行选择。 1.5某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为300mV，求其灵敏度。 解：其灵敏度 3 3 30010 60 510 U k X - - ?? === ?? 1.6某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃、
传感器技术与应用第3版习题答案
《传感器技术与应用第3版》习题参考答案 习题1 1.什么叫传感器？它由哪几部分组成？ 答：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器通常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。 2. 传感器在自动测控系统中起什么作用？ 答：自动检测和自动控制技术是人们对事物的规律定性了解、定量分析预期效果所从事的一系列技术措施。自动测控系统是完成这一系列技术措施之一的装置。一个完整的自动测控系统，一般由传感器、测量电路、显示记录装置或调节执行装置、电源四部分组成。传感器的作用是对通常是非电量的原始信息进行精确可靠的捕获和转换为电量，提供给测量电路处理。 3. 传感器分类有哪几种？各有什么优、缺点？ 答：传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测输入量来分，如温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等；另一种是按传感器的工作原理来分，如电学式传感器、磁学式传感器、光电式传感器、电势型传感器、电荷传感器、半导体传感器、谐振式传感器、电化学式传感器等。还有按能量的关系分类，即将传感器分为有源传感器和无源传感器；按输出信号的性质分类，即将传感器分为模拟式传感器和数字式传感器。 按被测输入量分类的优点是比较明确地表达了传感器的用途，便于使用者根据其用途选用；缺点是没有区分每种传感器在转换机理上有何共性和差异，不便使用者掌握其基本原理及分析方法。 按工作原理分类的优点是对传感器的工作原理比较清楚，有利于专业人员对传感器的深入研究分析；缺点是不便于使用者根据用途选用。 4. 什么是传感器的静态特性？它由哪些技术指标描述？ 答：传感器测量静态量时表现的输入、输出量的对应关系为静态特性。它有线性度、灵敏度、重复性、迟滞现象、分辨力、稳定性、漂移等技术指标。 5. 为什么传感器要有良好的动态特性？什么是阶跃响应法和频率响应法？ 答：在动态（快速变化）的输入信号情况下，要求传感器能迅速准确地响应和再现被测信号的变化。因此，需要传感器具有良好的动态特性。 测试和检验传感器的动态特性有瞬态响应法和频率响应法。阶跃响应法即瞬态响应法，是给传感器输入一个单位阶跃函数的被测量，测量其输出特性。动态特性优良的传感器的输出特性应该上升沿陡，顶部平直。 频率响应法是给传感器输入各种频率不同而幅值相同，初相位为零的正弦函数的被测量，测量其输出的正弦函数输出量的幅值和相位与频率的关系。动态特性优良的传感器，输出的正弦函数输出量的幅值对于各频率是相同的，相位与各频率成线性关系。
机械工业出版社-新编教材交稿要求
教材交稿须知 一、总体要求 （1）教材内容以讨论好的大纲为依据，字数不超过每学时3000字。 （2）根据职业院校学生的接受能力和特点选用教材语言。要求简练易懂，不能晦涩难懂。使用普通话、简体汉字、标准技术语言和术语写作，避免文言化，不得使用繁体字。应仔细推敲语句，切忌出现歧义句、超长句。 （3）教材编写过程中参考他人作品时，要时刻注意不要违反我国的著作权法；只能从他人作品中获得观点、事实或表述方式；应消化别人作品，用自己的语言加以表达。要求最后有全书的参考文献（主编整理，按先图书后期刊的顺序排列，格式要求见《作译者手册》P4～7）。 （4）要求稿件做到“齐”（内封<要明确参编的排名次序>→内容简介→前言或序→目录→正文（含图、表）→附录→参考文献）、“清”（内容清晰、明确，不存在疑问；插图、插表所示明确；文中前后引用清晰无误）、“定”（指定稿，稿件中的内容均已切实确定，日后不能大面积改动）。 （5）作者交出版社的稿件，应该包括以下内容： 1）符合《作译者手册》要求的、相互独立的打印文稿（文稿中有图）、图稿各一份；所附光盘也按教材进度计划表及时交稿，以免影响教材正式出版。 2）对打印稿的要求： ①纸张大小统一（建议统一用16开或A4纸），每页设置应相同。 ②字号最小为5号，上下左右页边距推荐统一设为2.5cm，推荐在页角居中位置插入页码。 ③每页必须单面打印。全书应统一编制页码，避免出现各章孤立的情况。 ④行间距采用1.5倍行距（便于主审及编辑标注意见）。 3）如果作者采用计算机绘图（不用出版社描图），应编辑提供相应的CAD源文件电子版。 4）对附光盘的要求： ①要求有光盘整体使用方法说明。 ②要求背景、点击链接方法、格式基本一致，且背景不能过于花哨。 ③要求文字同一级别字体、字号大小、颜色基本一致，并且字号大小要符合学生上课要求。 ④里面所附照片、录像等要清晰、说明要合理；如果为视频段落要求注意速度，必要处配备背景音乐和旁白说明，方便学生观看理解。 二、教材编写工作方式及流程 （1）教材编写工作实行主编负责制，同时实行各参加编写的人员文责自负。第一主编为教材的著作权人代表，代表全体编写人员与出版社签定出版合同。 （2）教材编写的工作方式、流程及主编、参编人员在各阶段的工作内容如下： 1）编写前：主编组织拟定编写提纲，提出统一要求，分配编写任务。正式编写之前，要求主编编写样章给编辑，以确保按出版社要求的格式、体例进行编写，避免全书编写完成后大面积改动格式及体例。 2）编写期间：各参加编写的人员根据主编分配的编写任务、样章、提出的统一要求开展编写工
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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。
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第五章 3.试述霍尔效应的定义及霍尔传感器的工作原理。 霍尔效应：将半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行于电流和磁场方向的两个面之间产生电动势，这种现象称为霍尔效应。 霍尔传感器工作原理：霍尔传感器是利用霍尔效应原理将被测物理量转换为电动势的传感器。在垂直于外磁场B的方向上放置半导体薄片，当半导体薄片流有电流I时，在半导体薄片前后两个端面之间产生霍尔电势Uho霍尔电势的大小与激励电流I和磁场的磁感应强度成正比，与半导体薄片厚度d成反比。 4?简述霍尔传感器的组成，画出霍尔传感器的输出电路图。 组成：从矩形薄片半导体基片上的两个相互垂直方向侧面上，引出一对电极，其中1-1'电极用于加控制电流，称控制电流，另一对2-2'电极用于引出霍尔电势。在基片外面用金属或陶瓷、环氧树脂等封装作为外壳。 电路图： 5.简述霍尔传感器灵敏系数的定义。 答：它表示一个霍尔元件在单位激励电流和单位磁感应强度时产生霍尔电势的大小。 7?说明单晶体和多晶体压电效应原理，比较石英晶体和压电陶瓷各自的特点。原理：石英晶体是天然的六角形晶体，在直角坐标系中，x轴平行于它的棱线，称为电轴，通常把沿电轴方向的作用下产生电荷的压电效应称为纵向压电效应；y轴垂直于它的棱面，称为机械轴，把沿机械轴方向的力作用下产生电荷的压电效应称为横向压电效应；z轴表示其纵轴，称为光轴，在光轴方向时，不产生压电效应。 压电陶瓷是人工制造的多晶体，在极化处理以前，各晶粒的电畴按任意方向排列，当陶瓷施加外电场时，电畴由自发极化方向转到与外加电场方向一致，此时，压电陶瓷具有一定极化强度，这种极化强度称为剩余极化强度。由于束缚电荷的作用，在陶瓷片的电极表面上很快就吸附了一层来自外界的自由电荷，正负电荷距离大小因压力变化而变化，这种由机械能转变成电能的现象就是压电陶瓷的正压电效应，放电电荷的多少与外力的大小成比例关系，Q=d33F 特点：石英晶体：（1）压电常数小，时间和温度稳定性极好；（2）机械强度和品质因素高，且刚度大，固有频率高，动态特性好；（3）居里点573°C,无热释电性，且绝缘性、重复性均好。压电陶瓷的特点是：压电常数大，灵敏度高；制造工艺成熟，可通过合理配方和掺杂等人工控制来达到所要求的性能；成形工艺性也好，成本低廉，利于广泛应用。 压电陶瓷除有压电性外，还具有热释电性。因此它可制作热电传感器件而用于红外探测器中。但作
传感器与传感器技术课后答案
《传感器与传感器技术》计算题答案 第1章传感器的一般特性 1—5 某传感器给定精度为2%F·S，满度值为50mV，零位值为10mV，求可能出现的最大误差(以mV计)。当传感器使用在满量程的1/2和1/8时，计算可能产生的测量百分误差。由你的计算结果能得出什么结论 解：满量程（F?S）为50﹣10=40(mV) 可能出现的最大误差为： m＝402%=(mV) 当使用在1/2和1/8满量程时，其测量相对误差分别为： 1—6 有两个传感器测量系统，其动态特性可以分别用下面两个微分方程描述，试求这两个系统的时间常数和静态灵敏度K。 （1） 式中, y——输出电压，V；T——输入温度，℃。 （2） 式中，y——输出电压，V；x——输入压力，Pa。 解：根据题给传感器微分方程，得 （1）τ=30/3=10(s)， K=105/3=105(V/℃)； (2) τ==1/3(s)， K==(V/Pa)。 1—7已知一热电偶的时间常数=10s，如果用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在540℃至500℃之间接近正弦曲线波动，周期为80s，静态灵敏度K=1。试求该热电偶输出的最大值和最小值。以及输入与输出之间的相位差和滞后时间。 解：依题意，炉内温度变化规律可表示为 x(t) =520+20sin(t)℃ 由周期T=80s，则温度变化频率f=1/T，其相应的圆频率=2f=2/80=/40； 温度传感器（热电偶）对炉内温度的响应y(t)为 y(t)=520+Bsin(t+)℃ 热电偶为一阶传感器，其响应的幅频特性为 因此，热电偶输出信号波动幅值为 B=20A()==15.7℃
由此可得输出温度的最大值和最小值分别为 y(t)|=520+B=520+=535.7℃ y(t)|=520﹣B==504.3℃ 输出信号的相位差为 (ω)= arctan(ω)= arctan(2/8010)= 相应的时间滞后为 t = 1—8 一压电式加速度传感器的动态特性可以用如下的微分方程来描述，即 式中，y——输出电荷量，pC；x——输入加速度，m/s2。试求其固有振荡频率n和阻尼比。 解: 由题给微分方程可得 1—9 某压力传感器的校准数据如下表所示，试分别用端点连线法和最小二乘法求非线性误差，并计算迟滞和重复性误差；写出端点连线法和最小二乘法拟合直线方程。 压力(MPa) 输出值 (mV) 第一次循环第二次循环第三次循环正行程反行程正行程反行程正行程反行程 解校验数据处理（求校验平均值）： 压力(MPa) (设为x) 输出值 (mV) 第一次循环第二次循环第三次循环校验平 均值 (设为 y)正行程 反行 程 正行 程 反行 程 正行 程 反行 程
传感器课后答案
第一章 1、何为传感器及传感技术？ 人们通常将能把被测物理量或化学量转换为与之有对应关系的电量输出的装置称为传感器，这种技术被称 为传感技术。 2、传感器通常由哪几部分组成？通常传感器可以分为哪几类？若按转换原理分类，可以分成几类？ 传感器通常由敏感元件、传感元件和其他辅助元件组成，有时也把信号调节和转换电路、辅助电源作为传 感器的组成部分。 传感器一般按测定量和转换原理两种方法进行分类。 按转换原理分类可以分为能量转换型传感器和能量控制型传感器。 3、传感器的特性参数主要有哪些？选用传感器应注意什么问题？ 传感器的特性参数：1 静态参数：精密度，表示测量结果中随机误差大小的程度。 正确度,表示测量结果中系统误差大小程度。 准确度，表示测量结果与被测量的真值之间的一致程度。 稳定度、鉴别度、分辨力、死区、回程误差、线性误差、零位误差等。 动态参数：时间常数t:在恒定激励理 第二章 1、光电效应有哪几种？与之对应的光电器件和有哪些？ 光电传感器的工作原理基于光电效应。 光电效应总共有三类：外光电效应（光电原件有：光电管、光电倍增管等、内光电效应（光敏电阻）、光生 伏特效应（光电池、光敏二极管和光敏三极管） 2、什么是光生伏特效应？ 光生伏特效应：在光线的作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。 3、试比较光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管的性能差异，并简述在不同的场和下应选用哪种器 件最为合适。 光敏二极管：非线性器件，具有单向导电性。（PN 结装在管壳的顶部，可以直接爱到光的照射）通常处于 反向偏置状态，当没有交照射时，其反向电阻很大反向，反向电流很小，这种电流称为暗电流。当有光照 射时，PN 结及附近产生电子-空穴对，它们的反向电压作用下参与导电，形成比无光照时大得多的反向电 流，该反向电流称为光电流。 不管硅管还是锗管，当入射光波长增加时，相对灵敏度都下降。，因为光子能量太小不足以激发电子-空穴 对，而不能达到PN 结，因此灵敏度下降。 探测可见光和赤热物时，硅管。对红外光进行探测用锗管。光敏三极管：有两个PN 结，比光敏二极管拥有更高的灵敏度。 光敏电阻：主要生产的光敏电阻为硫化镉。 7、简述光纤的结构和传光原理。光纤传感器有哪些类型？他们之间有什么区别？
机械工业出版社出版书籍指南
机械工业出版社出版书籍指南 这些年出版行业、出版社、出版公司都有了不少变化，尤其电子出版领域。机械工业出版社作为国内知名信息出版内容提供商，经过不断改革和发展，逐渐成为了行业领先的多领域、多学科、多媒体的大型综合性专业出版集团，很多学者想要在该家出版社出版书籍，这家这些年出版行业、出版社、出版公司都有了不少变化，尤其电子出版领域。机械工业出版社作为国内知名信息出版内容提供商，经过不断改革和发展，逐渐成为了行业领先的多领域、多学科、多媒体的大型综合性专业出版集团，很多学者想要在该家出版社出版书籍，这家出版社好发吗?下面由小编为您解答。 一、制定出版策略 出版业关于经营目标的口号虽是“社会效益为首，社会效益与经济效益相结合”，但大家只消去书店逛逛，大概也能感受到“社会效益”只是空话。之前，我们国家的出版社都是事业单位，主要靠财政拨款支撑;现在差不多都改制转企了，需要自负盈亏。每个编室、每个编辑都承担着一定的数量指标，如字数、版面、利润等。 介绍你的专业地位：虽然你之前没写过书，是新作者，但是你在自己的行业中积累了丰富经验，是某个领域的权威或专家。 出书、论文发表、专利申请联系杂志社编辑微信:L u n w e n F z 搬出你的头衔来：在本单位、相关组织、协会中的头衔都能派上用场。当然，得是跟这本书有点关系的头衔。 挖掘你自己的销售渠道：你可以通过自己的关系卖书吗?有可能通过行业协会卖书吗?有可能通过演讲、讲座、沙龙、 比较同类书：如果你的书恰好是市场上正在畅销的题材，或者你本人与某位畅销书作家有可比性，不妨拉过来帮衬帮衬。 找名人写推荐：你有朋友是高校教授、企业高管、社会名流吗?请他们友情赞助几条推荐吧。 在投稿时向编辑提供上述信息，能够大幅提高选题通过的几率。 在机械工业出版社投稿应包含下面内容： 投稿时，不必将整个书稿交给编辑。一是你投了别人也没时间看，二是不利于你保护自己的权益。一般来说，有下面的内容就够了： - 书名、全书字数、表格和插图数量等基本信息。 - 内容简介，200~500字为宜。 - 作者简介。 - 目录。 - 样章，挑出你写得最好的，或者最有代表性的一章。 以上是“规定动作”，要让稿子得高分，还得加上“自选动作”。你在一开始考虑过的那些包装策略，现在该派上用场了。 - 记得在作者简介中突出你的与众不同。 - 你考虑的销售渠道，不必写在纸上，可以在之后的电话交谈或者面谈中与编辑沟通。 - 列出一些同类书，供编辑参考。 - 注意格式，正文最好是宋体、小四号、1.5倍行距。
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2-4 2-5 原因：U (? NR 、 △氏斗=亍————+— △ R, 1 A/?. 一 △七 A/?.R\ R 2 R$ M 衡量传感器静态特性的主要指标。说明含义。 1、 线性度一一表征传感器输出■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、 灵敏度一一传感器输出量增量与被测输入量增量之比。 3、 分辨力一一传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。 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。 2- 1金属应变计与半导体工作机理的异同？比较应变计各种灵敏系数概念的不同意义。 (1)相同点：它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化所；不同点：金属材料的应变效 应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的 相对变化为主，而机械形变为辅。 (2)对于金属材料，灵敏系数Ko-Km=(l+2u)+C(l-2u)o 前部分为受力后金属几何尺寸变化，一?般U ^0. 3,齿I 匕(1+2 U )=1.6；后部分为电阻率随应变而变的部分。金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。 对于半导体材料，灵敏系数K 。二Ks=(l+2u)+ nE 。前部分同样为尺寸变化，后部分为半导体材料的压阻效应所致, 而JiE 》(1+2 u),因此Ko=Ks=JiEo 半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。 2-3简述电阻应变计产生热输出(温度误差)的原因及其补偿办法。 电阻应变计的温度效应及其热输出由两部分组成：前部分为热阻效应所造成；后部分为敏感栅与试件热膨胀失配所 引起。在工作温度变化较大时，会产生温度误差。 补偿办法：1、温度自补偿法(1)单丝自补偿应变计(2)双丝自补偿应变计 2、桥路补偿法(1)双丝半桥式(2)补偿块法 试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。 业业? 2上式分母中含△Ri/Ri,是造成输出量的非线性因素。无论是输出电压还是电流，实际上都与△ Ri/Ri 呈非线性关 措施:(1)差动电桥补偿法 差动电桥呈现相对臂“和”，相邻臂“差”的特征，通过应变计合理布片达到补偿目的。常用的有半桥 差动电 路和全桥差动电路。 (2)恒流源补偿法 误差主要由于应变电阻ARi 的变化引起工作臂电流的变化所致。采用恒流源，可减小误差。 如何用电阻应变计构成应变式传感器？对其各组成部分有何要求？ 一是作为敏感元件，直接用于被测试件的应变测量；另一是作为转换元件，通过弹性敏感元件构成传感器，用以 对任何能转变成弹性元件应变的其他物理量作间接测量。 要求：非线性误差要小(〈0.05『0.1%F ?S),力学性能参数受环境温度影响小，并与弹性元件匹配。 2-9四臂平衡差动电桥。说明为什么采用。 全桥差动电路，RER3受拉，R2,R4受压，代入，得 U (\R, △& 1 A/?. A/?. ? AR 4) 4 I /?. R 、 R. 2 R, 由全等柝唇，得 4 K K 可见输出电压Uo 与ARi/Ri 成严格的线性关系，没有非线性误差。即Uo=f(AR/R)o 因为四臂差动工作，不仅消除了飞线性误差，而且输出比单臂工作提高了4倍，故常采用此方法。 3- 7电感传感器产生零位电压的原因和减小零位电压的措施。 差动自感式传感器当衔铁位于中间位置时，电桥输出理论上应为零，但实际上总存在零位不平衡电压输出(零位电 压)，造成零位误差。 措施：一种常用的方法是采用补偿电路，其原理为： (1)串联电阻消除基波零位电压；2)并联电阻消除高次谐波零位电压；(3)加并联电容消除基波正交分量或 高 次谐波分量。 另一种有效的方法是采用外接测量电路来减小零位电压。如前述的相敏检波电路，它能有效地消除基波正交 分 量与偶次谐波分量，减小奇次谐波分量，使传感器零位电压减至极小。此外还可采用磁路调节机构(如可调端 盖)保 证磁路的对称性，来减小零位电压。 4- 2变极距型电容传感器产生非线性误差的原因及如何减小？ 原因：灵敏度S 与初始极距。。的平方成反比，用减少°°的办法来提高灵敏度，但。。的减小会导致非线性误差增大。 采用差动式，可比单极式灵敏度提高一倍，且非线性误差大为减小。由于结构上的对称性，它还能有效地补偿温度变 化所= 4 1 < R1 R 2 斗 -A /?4 U 4A/?f - T — —U
13传感器技术与应用答案
传感器技术与应用习题答案 习题1 l.1 检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用。 答：检测系统是由被测对象、传感器、数据传输环节、数据处理环节和数据显示环节构成。 传感器是把被测量转换成电学量的装置，显然，传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的。 数据传输、处理环节，又称之为测量电路，它的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。 数据显示记录环节是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。常用的有模拟显示、数字显示和图像显示三种。 1.2 传感器的型号有几部分组成？各部分有何意义? 答：传感器是由敏感元件、转换元件和测量电路组成，敏感元件：直接感受被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件，它是传感器的核心。转换元件：将敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测量电信号的元件。测量电路：将转换元件输出的电信号进行进一步转换和处理的部分，如放大、滤波、线性化、补偿等，以获得更好的品质特性，便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功能。 1.3 测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，应当采用何种测量方法? 如何进行? 答：直接测量。使用电压表进行测量，对仪表读数不需要经过任何运算，直接表示测量所需要的结果。 1.4 某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm变到5.0mm时，位移测量仪的输出电压由3.5V 减至 2.5V，试求该仪器的灵敏度。 解: 灵敏度s=(3.5-2.5)v/(5.0-4.5)mm=2v/mm 1.5 有三台测温仪表，量程均为0~800℃，精度等级分别为 2.5级、2.0级和1.5级，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5％，选那台仪表合理? 答：2.5级时的最大绝对误差值为20℃，测量500℃时的相对误差为4％；2.0级时的最大绝对误差值为16℃，测量500℃时的相对误差为3.2％；1.5级时的最大绝对误差值为12℃，测量500℃时的相对误差为2.4％。因此，应该选用1.5级的测温仪器 1.6 什么是系统误差和随机误差?准确度和精密度的含义是什么? 它们各反映何种误差? 答：系统误差(简称系差)：在一定的条件下，对同一被测量进行多次重复测量，如果误差按照一定的规律变化，则把这种误差称为系统误差。系统误差决定了测量的准确度。系统误差是有规律性的，因此可以通过实验或引入修正值的方法一次修正给以消除。 随机误差(简称随差，又称偶然误差)：由大量偶然因素的影响而引起的测量误差称为随机误差。对同一被测量进行多次重复测量时，随机误差的绝对值和符号将不可预知地随机变
传感器 课后题及答案
传感器课后题及答案 第1章传感器特性 1．什么是传感器？（传感器定义） 2．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？3. 传感器特性在检测系统中起到什么作用？4．解释下列名词术语： 1)敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器。5．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？ 6．某传感器精度为2%FS ，满度值50mv ，求出现的最大误差。当传感器使用在满刻度值1/2和1/8 时计算可能产生的百分误差，并说出结论。 7．一只传感器作二阶振荡系统处理，固有频率f0=800Hz，阻尼比ε=0.14，用它测量频率为400的正弦外力，幅植比ε=0.7时， ， 又为多少？ ，相角 各为多少？ 8．某二阶传感器固有频率f0=10KHz，阻尼比ε=0.1若幅度误差小于3%，试求：决定此传感器的工作频率。 9. 某位移传感器，在输入量变化5 mm时，输出电压变化为300 mV,求其灵敏度。 10. 某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系统的总的灵敏度。11．测得某检测装置的一组
输入输出数据如下：a)试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度；b)用C语言编制程序在微机上实现。 12．某温度传感器为时间常数T=3s 的一阶系统，当传感器受突变温度作用后，试求传感器指示出温差的1/3和1/2所需的时间。 13．某传感器为一阶系统，当受阶跃函数作用时，在t=0时，输出为10mV;t→∞时，输出为100mV;在t=5s时，输出为50mV,试求该传感器的时间常数。14．某一阶压力传感器的时间常数为0.5s,若阶跃压力从25MPa,试求二倍时间常数的压力和2s 后的压力。 15．某压力传感器属于二阶系统，其固有频率为1000Hz,阻尼比为临界值的50%,当500Hz的简谐压力输入后，试求其幅值误差和相位滞后。16.已知某压力传感器的测定范围为0～10000Pa，输入特性表示为：y=10(x-0.00007x2+2000)请问这种传感器能使用吗？ 17.某CO2气体传感器在20。C，浓度范围为0～100ppm时的输入特性表示为Rx=x+250(kΩ),用差动法回答以下问题（其中R1=10MΩ,E=2V）: ⑴利用最简单的电阻-电压变换电路，绘出X，V0的关系图。 ⑵利用电桥进行电阻-电压变换电路，绘出20 。C时X，V0的关系图。另外，当30。C时，Rx=x+500(kΩ)，在同一张图上再加上X，V0的关系图，然后进行比较。 ⑶采用两个差动法的传感器电路绘出20。C，30。C时X，V0的关系，然后与（2）中的图形进行比较。 18.设阻抗Rs为1 kΩ俄信号源与100V的动力线有50m的并行走线距离，静电感应所产生的噪声电压为多少？分布电容设为10pF/m。 第3章电感式传感器 1.叙述变磁阻式传感器的工作原理。
(完整版)传感器课后题答案
第一章 1.何为准确度、精密度、精确度？并阐述其与系统误差和随机误差的关系。 答：准确度：反映测量结果中系统误差的影响程度。 精密度：反映测量结果中随机误差的影响程度。 精确度：反映测量结果中系统误差和随机误差综合的的影响程度，其定量特征可用测量的不确定度表示。 4.为什么在使用各种指针式仪表时，总希望指针偏转在全量程的2/3以上范围内使用？答：选用仪表时要考虑被测量的大小越接近仪表上限越好，为了充分利用仪表的准确度，选用仪表前要对被测量有所了解，其被测量的值应大于其测量上限的2/3。 14.何为传感器的静态标定和动态标定？试述传感器的静态标定过程。 答：静态标定：确定传感器的静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。 动态标定：确定传感器的动态特性参数，如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。 静态标定过程： ①将传感器全量程分成如干等间距点。 ②根据传感器量程分点情况，由小到大一点一点地输入标准量值，并记录与各输入值相应的输出值。 ③将输入值由大到小一点一点减小，同时记录与各输入值相对应的输出值。 ④按②、③所述过程，对传感器进行正反行程往复循环多次测试，将得到的输出-输入测试数据用表格列出或作出曲线。 ⑤对测试数据进行必要的处理，根据处理结果就可以确定传感器的线性度、灵敏度、迟滞和重复性等静态特性指标。 第二章 1.什么叫应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。 答：应变效应：金属丝的电阻随着它所受的机械形变的大小而发生相应的变化的现象称为金属应变效应。 工作原理：在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比， 即：?R =K0ε(K0：电阻丝的灵敏系数、ε：导体的纵向应变) R
传感器技术课后答案
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——传感器在规定测量范围内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内仍保持其性能的能力。 8、 漂移——在一定时间间隔内，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）——传感器在满量程内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。 1-3 什么是传感器的静态特性和动态特性？为什么要分静和动？ （1）静态特性：表示传感器在被测输入量各个值处于稳定状态时的输出-输入关系。 动态特性：反映传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。 （2）由于传感器可能用来检测静态量（即输入量是不随时间变化的常量）、准静态量或动态量（即输入量是随时间变化的变量），于是对应于输入信号的性质，所以传感器的特性分为静态特性和动态特性。 Z-1 分析改善传感器性能的技术途径和措施。 （1）结构、材料与参数的合理选择（2）差动技术（3）平均技术（4）稳定性处理（5）屏蔽、隔离与干扰抑制 （6）零示法、微差法与闭环技术（7）补偿、校正与“有源化”（8）集成化、智能化与信息融合 2-1 金属应变计与半导体工作机理的异同？比较应变计各种灵敏系数概念的不同意义。 （1）相同点：它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化所；不同点：金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。 （2）对于金属材料，灵敏系数Ko=Km=(1+2μ)+C(1-2μ)。前部分为受力后金属几何尺寸变化，一般μ≈0.3，因此（1+2μ）=1.6；后部分为电阻率随应变而变的部分。金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。 对于半导体材料，灵敏系数Ko=Ks=(1+2μ)+ πE 。前部分同样为尺寸变化，后部分为半导体材料的压阻效应所致，而πE 》(1+2μ)，因此Ko=Ks=πE 。半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。 2-3 简述电阻应变计产生热输出（温度误差）的原因及其补偿办法。 电阻应变计的温度效应及其热输出由两部分组成：前部分为热阻效应所造成；后部分为敏感栅与试件热膨胀失配所引起。在工作温度变化较大时，会产生温度误差。 补偿办法：1、温度自补偿法 （1）单丝自补偿应变计(2) 双丝自补偿应变计 2、桥路补偿法 （1）双丝半桥式（2）补偿块法 2-4 试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。 原因： 上式分母中含ΔRi/Ri ，是造成输出量的非线性因素。无论是输出电压还是电流，实际上都与ΔRi/Ri 呈非线性关系。 措施：(1) 差动电桥补偿法 差动电桥呈现相对臂“和”，相邻臂“差”的特征，通过应变计合理布片达到补偿目的。常用的有半桥 差动电路和全桥差动电路。 (2) 恒流源补偿法 误差主要由于应变电阻ΔRi 的变化引起工作臂电流的变化所致。采用恒流源，可减小误差。 2-5 如何用电阻应变计构成应变式传感器？对其各组成部分有何要求？ 一是作为敏感元件，直接用于被测试件的应变测量；另一是作为转换元件，通过弹性敏感元件构成传感器，用以对任何能转变成弹性元件应变的其他物理量作间接测量。 要求：非线性误差要小（<0.05%~0.1%F.S ），力学性能参数受环境温度影响小，并与弹性元件匹配。 2-9 四臂平衡差动电桥。说明为什么采用。 全桥差动电路，R1,R3受拉，R2,R4受压，代入，得 由全等桥臂，得 可见输出电压Uo 与ΔRi/Ri 成严格的线性关系，没有非线性误差。即Uo=f(ΔR/R)。 因为四臂差动工作，不仅消除了飞线性误差，而且输出比单臂工作提高了4倍，故常采用此方法。 331241240123412341142R R R R R R R R U U R R R R R R R R ?????????????=-+-+++ ? ?????331241240123412341142R R R R R R R R U U R R R R R R R R ?????????????=-+-++++ ? ?????33124124012341234111111424U 4R R R R R R R R U U R R R R R R R R R R U R R ???????-?-??-?-??=-+-++++ ? ???????==
传感器技术课后习题答案
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——传感器在规定测量范围内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内仍保持其性能的能力。 8、漂移——在一定时间间隔内，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）——传感器在满量程内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。 1-3什么是传感器的静态特性和动态特性？为什么要分静和动？ （1）静态特性：表示传感器在被测输入量各个值处于稳定状态时的输出-输入关系。 动态特性：反映传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。 （2）由于传感器可能用来检测静态量（即输入量是不随时间变化的常量）、准静态量或动态量（即输入量是随时间变化的变量），于是对应于输入信号的性质，所以传感器的特性分为静态特性和动态特性。 Z-1分析改善传感器性能的技术途径和措施。 （1）结构、材料与参数的合理选择（2）差动技术（3）平均技术（4）稳定性处理（5）屏蔽、隔离与干扰抑制 （6）零示法、微差法与闭环技术（7）补偿、校正与“有源化”（8）集成化、智能化与信息融合 2-1金属应变计与半导体工作机理的异同？比较应变计各种灵敏系数概念的不同意义。 （1）相同点：它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化所；不同点：金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。 （2）对于金属材料，灵敏系数Ko=Km=(1+2μ)+C(1-2μ)。前部分为受力后金属几何尺寸变化，一般μ≈0.3，因此（1+2μ）=1.6；后部分为电阻率随应变而变的部分。金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。 对于半导体材料，灵敏系数Ko=Ks=(1+2μ)+πE。前部分同样为尺寸变化，后部分为半导体材料的压阻效应所致，而πE 》(1+2μ)，因此Ko=Ks=πE。半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。 2-3简述电阻应变计产生热输出（温度误差）的原因及其补偿办法。 电阻应变计的温度效应及其热输出由两部分组成：前部分为热阻效应所造成；后部分为敏感栅与试件热膨胀失配所引起。在工作温度变化较大时，会产生温度误差。 补偿办法：1、温度自补偿法（1）单丝自补偿应变计(2)双丝自补偿应变计 2、桥路补偿法（1）双丝半桥式（2）补偿块法 2-4试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。 原因：呈非线性关系。 措施：(1)差动电桥补偿法 差动电桥呈现相对臂“和”，相邻臂“差”的特征，通过应变计合理布片达到补偿目的。常用的有半桥 差动电路和全桥差动电路。 (2)恒流源补偿法 误差主要由于应变电阻ΔRi 的变化引起工作臂电流的变化所致。采用恒流源，可减小误差。 2-5如何用电阻应变计构成应变式传感器？对其各组成部分有何要求？ 一是作为敏感元件，直接用于被测试件的应变测量；另一是作为转换元件，通过弹性敏感元件构成传感器，用以对任何能转变成弹性元件应变的其他物理量作间接测量。 要求：非线性误差要小（<0.05%~0.1%F.S），力学性能参数受环境温度影响小，并与弹性元件匹配。 2-9四臂平衡差动电桥。说明为什么采用。 全桥差动电路，R1,R3受拉，R2,R4受压，代入，得 由全等桥臂，得 可见输出电压Uo 与ΔRi/Ri 成严格的线性关系，没有非线性误差。即Uo=f(ΔR/R)。 因为四臂差动工作，不仅消除了飞线性误差，而且输出比单臂工作提高了4倍，故常采用此方法。331241240123412341142R R R R R R R R U U R R R R R R R R ?????????????= ?+?+++???????? 331241240123412341142R R R R R R R R U U R R R R R R R R ?????????????=?+?++++????????331241240123412341111 11424U 4R R R R R R R R U U R R R R R R R R R R U R R ?????????????????=?+?++++???????? ??==
传感器技术习题及答案
传感器技术绪论习题 一、单项选择题 1、下列属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（ B ）。 A. 应变式传感器 B. 化学型传感器 C. 压电式传感器 D. 热电式传感器 2、通常意义上的传感器包含了敏感元件和（ C ）两个组成部分。 A. 放大电路 B. 数据采集电路 C. 转换元件 D. 滤波元件 3、自动控制技术、通信技术、连同计算机技术和（C ），构成信息技术的完整信息链。 A. 汽车制造技术 B. 建筑技术 C. 传感技术 D.监测技术 4、传感器按其敏感的工作原理，可以分为物理型、化学型和（ A ）三大类。 A. 生物型 B. 电子型 C. 材料型 D. 薄膜型 5、随着人们对各项产品技术含量的要求的不断提高，传感器也朝向智能化方面发展，其中，典型的传感器智能化结构模式是（ B ）。 A. 传感器＋通信技术 B. 传感器＋微处理器 C. 传感器＋多媒体技术 D. 传感器＋计算机 6、近年来，仿生传感器的研究越来越热，其主要就是模仿人的（D ）的传感器。 A. 视觉器官 B. 听觉器官 C. 嗅觉器官 D. 感觉器官 7、若将计算机比喻成人的大脑，那么传感器则可以比喻为(B )。 A．眼睛 B. 感觉器官 C. 手 D. 皮肤 8、传感器主要完成两个方面的功能：检测和（D ）。 A. 测量 B. 感知 C. 信号调节 D. 转换 9、传感技术与信息学科紧密相连，是（C ）和自动转换技术的总称。 A. 自动调节 B. 自动测量 C. 自动检测 D. 信息获取 10、以下传感器中属于按传感器的工作原理命名的是（ A ） A．应变式传感器B．速度传感器 C．化学型传感器D．能量控制型传感器 二、多项选择题 1、传感器在工作过程中，必须满足一些基本的物理定律，其中包含（ABCD）。 A. 能量守恒定律 B. 电磁场感应定律 C. 欧姆定律 D. 胡克定律 2、传感技术是一个集物理、化学、材料、器件、电子、生物工程等学科于一体的交叉学科，涉及（ABC ）等多方面的综合技术。 A. 传感检测原理 B. 传感器件设计 C. 传感器的开发和应用 D. 传感器的销售和售后服务 3、目前，传感器以及传感技术、自动检测技术都得到了广泛的应用，以下领域采用了传感技术的有：（ABCD ）。 A. 工业领域 B. 海洋开发领域 C. 航天技术领域 D. 医疗诊断技术领域 4、传感器有多种基本构成类型，包含以下哪几个（ABC ） A. 自源型 B. 带激励型 C. 外源型 D. 自组装型 5、下列属于传感器的分类方法的是：（ABCD ） A. 按输入量分 B. 按工作原理分 C. 按输出量分 D. 按能量变换关系分 6、下列属于传感器的分类方法的是：（ABCD ） A. 按输入量分 B. 按工作原理分 C. 按构成分 D. 按输出量分