固态图像传感器原理课件

固态图像传感器原理课件

三光谱响应特性 CCD图像传感器具有

很宽的感光光谱范围其感光光谱可延伸至红外区域利用此特性可以在夜间无可

见光照明的情况下用辅助红外光源照明也能使CCD图像传感器清晰地成像 CCD

的光谱响应范围CCD器件的光谱响应范围宽于人眼的视觉范围一般在0211

μm的波长范围内特种材料的红外CCD 的波长响应可扩展到几微米即CCD 的光

谱响应范围从远紫外近紫外可见光到近红外区甚至到中红外区人眼的视觉范

围光波的波长范围从几纳米到1 mm即10-9 10-3m而人眼的感光范围

只在038078 μm的范围四暗电流暗电流起因于热激发产生的电子－

空穴对是缺陷产生的主要原因暗电流的大小与温度的关系极为密切温度每降低100度暗电流约减少一半 CCD器件暗电流越小越好五分辨率

CCD图象传感器的分辨率表示能够分辨图像中明暗细节的能力通常用极限分辨

率和调制传递函数MTF来表征极限分辨率fm 极限分辨率fm 是指人眼

能够分辨的最细线条数通常用每毫米线对数来表示一黑一白线条为一线对CCD

是离散采样器件根据奈奎斯特采样定理定义图像传感器的最高分辨率fm等于它

的空间采样频率f0的一半即如果某一方向上的像元间距为α则该方向上的空间采样频率为1α线对mm 五分辨率调制传递函数MTF 当光强以正弦变化的图像作用在传感器上时电信号幅度随光像空间频率的变化

为调制转移函数MTF可表示为输出调制度Mout与输入调制度Min之比 t i O

T 六转移效率当CCD中电荷包从一个势阱转移到另一个势阱时若Q1为

转移一次后的电荷量Q0为原始电荷则转移效率定义为若转移损耗定义为则电

荷进行N次转移时总转移效率为要求转移效率必须达到9999％－99999 七信噪

比表示在图像信号中包含噪声成分的指标在显示的图像中表现为不规则的

闪烁细点噪声颗粒越小越好信噪比的数值以分贝DB表示 112 其它类型的图像传感器 1121 电荷注入器件 CID CID是一种电荷注入器件Charge-Injected Device其基本结构与CCD相似也是一种MOS结构当栅极上加上电压时表面形成少数载流子电子的势阱入射光子在势阱邻近被吸收时产生的电子被收集在势阱里其积分过程与CCD一样 112 其它类型的图像传感器CID与CCD的主要区别在于读出过程在CCD中信号电荷必须经过转移才能读出信号一经读取即刻消失而在CID中信号电荷不用转移是直接注入体内形成电流来读出的即每当积分结束时去掉栅极上的电压存贮在势阱中的电荷少数载流子电子被注入到体内从而在外电路中引起信号电流这种读出方式称为非破坏性读取Non-Destructive Read Out简称NDROCID的NDRO特性使它具有优化指定波长处的信噪比SN的功能同时CID可寻址到任意一个或一组象素因此可获得如相板一样的所有元素谱线信息下图为MOS单通道线型固态图像传感器的结构示意图由感光区和传输区两部分组成感光区由一列光敏单元组成传输区由转移栅及一列移位寄存器组成光照产生的信号电荷存贮于感光区的光敏二极管中接通转移栅后信号电荷流入传输区传输区是遮光的以防因光生噪声电荷干扰导致的图像模糊 1122 MOS图像传感器 MOS图像传感器又称自扫描光电二极管阵列Self Scanned Photodiode Array简称SSPA 113 固态图像传感器的应用固态图像传感器的应用主要在以下几方面 1计量检测仪器工业生产产品的尺寸位置表面缺陷的非接触在线检测距离测定等 2光学信息处理光学文字识别标记识别图形识别传真摄像等 3生产过程自动化自动工作机械自动售货机自动搬运机监视装置等 4军事应用导航跟踪侦查带摄像机的无人驾驶飞机卫星侦查 1尺寸自动检测对于尺寸较小的物体目标2～30mm可以采用平行光成像法如下图所示不难看出此种测试方法的精度取决于平行光的准直程度和CCD像元尺寸的大小当然平行光源要作得十分理想是有一定困难的且随准直度的提高成本增加光源的体积也要加大在实际

应用中常常通过计算机处理对测量值进行修正以使测量结果更接近于实际这在一定程度上降低了对光源的苛求对于较大的尺寸测量可采用光学成像方法在前面或背面光照射下被测物经透镜在CCD上成像像尺寸与被测尺寸成正比设 T为像尺寸K为比例系数则被测尺寸S可用下式表示

式中 K表示每个像元所代表的物方尺寸它与光学系统的放大倍率CCD工作频率和像元尺寸等因素有关 T对应于像尺寸的脉宽当以像元时钟对像尺寸T的宽度进行计数时其计数值表示像尺寸所占的像元数因而可得式中 N 计数脉冲即像元数

T0 像元时钟周期当知道N和T0值时则可求得T代入式即可得到被测物尺寸K 值的大小可通过系统标定测得成像法适用于冶金线材直径或机械产品在线尺寸检测为了保证测量精度通常采用背面光照射方式对于自发光被测物如热扎钢管常用窄带滤光片滤除钢管的可见光和红外光辐射再选用较短波长的光源作照明以适应CCD光谱响应特性的要求这种照明消除了因被测目标辐射变化对测量精度的影响由于CCD输出信号是以脉冲计数表示其测量精度与边缘信号检测精度有关而对光源的稳定性要求不高当光源的光强在20％范围内变化时对其测量结果没有明显影响图示出了光学成像法测量系统的组成原理框图为了对目标像的宽度进行计数必须先检测出两个边缘信号这可采用二值化或微分法得到计数脉冲通过输入接口送入计算机处理计算机主要完成以下功能

1完成高速数据采集与控制 2完成数据处理与判别包括被测尺寸计算与校正温度校正偏差运算极限判定与报警时间计数等 3数据存贮显示打印与信号提取及反馈 2文字和图像识别利用线阵CCD的自扫描特性可以实现文字和图像识别从而组成一个功能很强的扫描识别系统写有邮政编码的信封放在传送带上传感器光敏元的排列方向与信封的运动方向垂直光学镜头将编码的数字聚焦到光敏元上当信封运动时传感器以逐行扫描的方式把数字依次读出读出的数字经二值化等处理与计算机中存储的

数字特征比较最后识别出数字码由数字码计算机控制分类机构把信件送入相应分类箱中 3．射线成像检测图示出了X射线成像检测系统射线经过构件后直接由射线－可见光转换屏转换而后由CCD相机获取转换后的图像经数字图像处理系统处理后转换为数字图像进行分析处理和识别从而完成构件缺陷的射线实时检测思考题何谓CCD势阱论述CCD的电荷转移过程如何实现线型CCD电荷的四相定向转移试画出定向转移图本章重点 1 掌握CCD 的工作原理 2 了解固态图像传感器的应用第11章固态图像传感器 111 电荷耦合图像传感器 112 其它类型的图像传感器 113 固态图像传感器的应用图像传感器又称为成像器件或摄像器件是现代视觉信息获取的一种基础器件可实现可见光紫外光X射线近红外光等的探测因其能实现信息的获取转换和视觉功能的扩展能给出直观真实多层次多内容的可视图像信息图像传感器在现代科学技术中得到越来越广泛的应用固态图像传感器是在同一块半导体衬底上布设若干光敏单元与移位寄存器而构成的器件是一种集成化功能化的光电器件光敏单元又称为像素或像点不同的光敏单元在空间上电气上彼此独立每个光敏单元将自身感受到的光强信息转换为电信号众多的光敏单元一起工作即把入射到传感器整个光敏面上按空间分布的光学图像转换为按时序输出的电信号图像这些电信号经适当的处理能再现入射的光辐射图像固态图像传感器主要有五种类型电荷耦合器件CCDCharge Coupled Device电荷注入器件CIDCharge Injection Device金属－氧化物－半导体 MOS 电荷引发器件 CPDCharge Priming Device和叠层型摄像器件 1111 CCD的基本工作原理 CCDCharge Couple Devices电荷耦合器件可以把光信号转换成电脉冲信号每一个脉冲只反映一个光敏元的受光情况脉冲幅度的高低反映该光敏元受光的强弱输出脉冲的顺序可以反映光敏元的位置这就起到了图象传感器的作用突出特点以电荷作为信号而不同于其它大多数器件是以电流或者电压为信号基本功能电荷的存储和电荷的转移主要问

题信号电荷的产生存储传输和检测 111 电荷耦合图像传感器CCD按电荷转移信道划分有两种基本类型一是电荷包存储在半导体与绝缘体之间的界面并沿界面传输这类器件称为表面沟道CCD简称SCCD二是电荷包存储在离半导体表面一定深度的体内并在半导体体内沿一定方向传输这类器件称为体沟道或埋沟道器件简称BCCD 1CCD的MOS结构及电荷存贮原理 1 结构 CCD是MOS Metal Oxide Semiconductor 电容的一种应用它是按照一定规律排列的MOS电容器阵列组成的移位寄存器其基本单元的MOS电容结构如下图所示它具有一般电容所不具有的耦合电荷的能力在P型硅衬底上生长一层SiO2再在 SiO2层上沉积金属铝作为栅极构成MOS结构它是CCD 器件的最小工作单元 MOS电容上没加电压时半导体的能带结构如图a所示从界面层到内部能带都是一样的即所谓平带条件对P 型半导体来说若在金属半导体间加正电压金属电极板上就会充上一些正电荷电极下的P型硅区域内的多数载流子空穴便会受到排斥留下带负电荷的负离子其中无导电的载流子这样在硅表面处就会形成一个耗尽区与此同时氧化层与半导体界面处的电动势发生变化在耗尽层中电子能量从体内到界面由高向低弯曲如图b所示这时只呈现出一般耗尽状态耗尽区厚度正比于外加电场当栅压增大超过某特征值U th时能带进一步向下弯曲以至使半导体表面处的费米能级高于禁带中央能级MOS器件处于深耗尽状态在相交点与界面之间逐渐形成一个反型层如图c所示把U th称为 MOS管的阈值电压

这时若有信号电荷电子注入则可贮存在深耗尽区域内这种能贮存电子的区域称为电子势阱势阱具有存储电子电荷的功能每一个加正电压的电极下就是一个势阱表面势阱中的自由电荷称为电荷包势阱的深度取决于正电压U的大小势阱的宽度取决于金属电极的宽度若U增加栅极上充的正电荷数目增加 P型硅区域内的负离子数目相应增加耗尽区的宽度增加表面势阱加深 2 电荷存储原理当一束光照射到MOS电容上时衬底中处于价带的电子将

吸收光子的能量产生电子跃迁形成电子－空穴对电子－空穴对在外加电场的作用下分别向电极两端移动这就是光生电荷这些光生电荷将储存在电极形成的势阱中形成信号电荷存储起来势阱能够储存的最大电荷量又称之为势阱容量它与所加栅压近似成正比势阱容纳的电荷多少和该处照射光的强弱成正比于是图像景物的不同明暗程度便转变成CCD中积累电荷的多少 2电荷转移工作原理 1电荷的定向转移若两个相邻MOS 光敏元所加的栅压不同则栅压高的形成的势阱深且浅势阱中的电子有向深势阱中下移的趋势当外加电压一定时势阱的深度随势阱中的电荷量的增加而线性减少由此通过控制相邻MOS电容器栅极电压高低来调节势阱的深浅实现电荷的存储和转移要求多个MOS电容紧密排列且势阱相互沟通金属电极上加电压脉冲严格满足相位要求控制相邻MOS电容栅极电压高低来调节势阱深浅让MOS电容间的排列足够紧密使相邻MOS电容的势阱相互沟通即相互耦合就可使信号电荷由势阱浅处流向势阱深处实现信号电荷的转移

为了让信号电荷按规定的方向转移在MOS电容阵列上加满足一定相位要求的驱动时钟脉冲电压这样在任何时刻势阱的变化总朝着一个方向为了实现这种定向的转移在 CCD的MOS阵列上划分成以几个相邻MOS电荷为一单元的无限循环结构每一单元称为一位将每一位中对应位置上的电容栅极分别连到各自共同的电极上此共同电极称为相线通常CCD有二相三相四相等几种结构它们所施加的时钟脉冲也分别为二相三相四相二相脉冲的两路脉冲相位相差180°三相脉冲及四相脉冲的相位差分别为120°及90°当这种时序脉冲加到CCD的无限循环结构上时将实现信号电荷的定向转移三相时钟脉冲驱动的电荷转移 2三相CCD电极的结构 MOS上三个相邻电极每隔两个所有电极接在一起由3个相位差120°时钟脉冲驱动如下图所示在三相结构CCD中三个电极组成一个单元形成一个像素三个不同的脉冲驱动电压按下图 b 的时序提供以保证形成空间电荷区的相对时序设在某时刻

t1第一相处于高电压处于低电压则在1电极下形成较深的势阱如图a 所示若此时有光线入射到硅片上在光子的激发下硅片上就会产生电子-空穴对由于光扩散效应其中的空穴被排斥到硅基体顶光生电子则被势阱所收集势阱所收集的光生电子数量和入射到势阱附近的光强成正比此时在栅压作用下CCD器件上位于下若干互相独立的MOS元就会形成众多相互独立的势阱若照射在这些光敏元上是一幅明暗不同的图像那么这些光敏元就会感生出一幅光照强度相应的光生电荷图像一幅光图像就转变成了电图像为了读出存放在CCD中的电图像在顺序排列的电极上施加交替变化的三相时钟脉冲驱动电压 CCD电荷转移工作原理 3电荷的注入 CCD中的信号电荷可以通过光注入和电注入两种方式得到 CCD用作光学图像传感器时信号电荷由光生载流子得到即光注入光注入方式又可分为正面照射式和背面照射式当CCD用作信号处理或存贮器件时电荷采用电注入方式即CCD通过输入结构对信号电压或电流采样并转换为信号电荷常用的输入结构为二极管或几个控制输入栅来实现电输入 4 电荷的检测输出方式CCD的输出结构的作用是将信号电荷转换为电流或电压的输出目前CCD的输出方式主要有电流输出浮置扩散放大器输出和浮置栅放大器输出通常采用的是浮置栅放大器输出法浮置扩散输出法的原理如图所示输出机构包括输出栅输出反偏二极管D复位管T1 和输出放大器T2组成每检测一个电荷包在输出端就得到一个负脉冲其幅度正比于信号电荷包的大小不同信号电荷包的大小转换为信号对脉冲幅度的调制即CCD输出调幅信号脉冲列导通反偏 Ucc 复位电平 CCD输出信号具有以下几个特点 1每个像元输出的信号浮置在一个正的直流电平约7～8V上信号电平在几十至几百mV范围内变化呈单极性负向变化 2输出信号随时间轴按离散形式出现每个电荷包对应着一个像元中间由复位电平隔离要准确检测出像元信号必须清除复位脉冲干扰 3输出信号US与CCD输出的电荷量Q成正比与输出结电容CS成

反比故放大器输出信号电压为 4禁止CCD输出端对地短路综上所述CCD图像传感器既具有光电转换功能又具有信号电荷的存贮转移和检测功能它能把一幅空间域分布的光学图像变换成为一列按时间域分布的离散的电信号图像 1112 线阵与面阵CCD图像传感器电荷耦合图像传感器从结构讲可以分为两类一类是用于获取线图像的称为线阵CCD线阵CCD目前主要用于产品外部尺寸非接触检测产品表面质量评定传真和光学文字识别技术等方面另一类用于获取面图像称为面阵CCD面阵CCD主要应用于摄像领域 1线阵CCD图像传感器对于线阵CCD它可以直接接收一维光信息为了得到整个二维图像的输出就必须用扫描的方法来实现

线阵CCD传感器由光敏区转移栅模拟移位寄存器偏置电荷电路输出栅和信号读出检测电路等几部分组成线阵CCD图像传感器有两种基本形式即单沟道线阵CCD 图像传感器和双沟道线阵图像传感器 1光照光敏元各光敏元中的光敏二极管产生光生电子空穴对电子注入对应的MOS势阱中光像变为电像电荷包光积分 2积分周期结束控制信号使转移栅打开光生电荷就通过转移栅耦合到移位寄存器中通过移位寄存器并行输出 3转移栅关闭后光敏单元开始下一行图像信号积分采集转移栅关闭时光敏单元势阱收集光信号电荷经过一定的积分时间形成与空间分布的光强信号对应的信号电荷图像积分周期结束时转移栅打开各光敏单元收集的信号电荷并行地转移到CCD移位寄存器的相应单元中转移栅关闭后光敏单元开始对下一行图像信号进行积分而已转移到移位寄存器内的上一行信号电荷通过移位寄存器串行输出如此重复上述过程 2面阵CCD图像传感器面阵CCD图像传感器的感光单元呈二维矩阵排列能检测二维平面图像由于传输与读出方式不同面阵图像传感器有许多类型常见的传输方式有行传输帧传输和行间传输三种

1行传输LT面阵CCD 行传输LT面阵CCD的结构如图所示它由选址电路感光区输出寄存器即普通结构的CCD组成当感光区光积分结束后由

行选址电路分别一行行地将信号电荷通过输出寄存器转移到输出端这种结构的缺点是需要选址电路结构较复杂且在电荷转移过程中光积分还在进行会产生拖影 2 帧传输FT面阵CCD 帧传输FT面阵CCD的结构如右图所示它是由感光区暂存区输出寄存器组成感光区和暂存区分开感光区在积分时间内产生与光像对应的电荷包在积分周期结束后利用时钟脉冲将整帧信号转移到暂存区然后整帧信号再向下移进入水平读出移位寄存器串行输出这种结构时钟电路简单拖影问题比行传输小感光区暂存区读出寄存器 3行间传输图像传感器

行间传输图像传感器结构如下图所示其特点是感光区和暂存区行与行相间排列即一列感光单元一列不透光的存储单元交替排列在感光区光敏元件积分结束时转移控制栅打开电荷信号进入存储区随后在每个水平回扫周期内存储区中整个电荷图像一次一行地向上移到水平读出移位寄存器中接着这一行电荷信号在读出移位寄存器中向右移位到输出器件形成视频信号输出其优点是不存在拖影问题但这种结构不适宜光从背面照射 1113 CCD图像传感器的特性参数一光电转换特性如下图所示X轴表示曝光量Y轴表示输出信号幅值QSAT表示饱和输出电荷QDARK表示暗电荷输出ES表示饱和曝光量 QSAT Y QDARK ES 由图可见输出电荷和曝光量之间有一线性工作区 QDARK为无光照时CCD的输出电荷称为暗输出电荷特性曲线的拐点 G所对应的曝光量ES称为饱和曝光量所对应的输出电荷QSAT称为饱和输出电荷曝光量高于ES后CCD 输出信号不再增加可见CCD图像传感器在非饱和区的光电转换特性接近于线性因此应将CCD的工作状态控制在非饱和区二灵敏度图象传感器的灵敏度是指单位发射照度下单位时间单位面积发射的电量即实际上上图曲线的斜率就是器件的灵敏度即 S＝QSATES

传感器原理及应用期末考试试卷(含答案)

传感器原理及应用 一、单项选择题(每题2分．共40分) 1、热电偶的最基本组成部分是()。 A、热电极 B、保护管 C、绝缘管 D、接线盒 2、为了减小热电偶测温时的测量误差，需要进行的温度补偿方法不包括( )。 A、补偿导线法 B、电桥补偿法 C、冷端恒温法 D、差动放大法 3、热电偶测量温度时( )。 A、需加正向电压 B、需加反向电压 C、加正向、反向电压都可以 D、不需加电压 4、在实际的热电偶测温应用中，引用测量仪表而不影响测量结果是利用了热电偶的哪 个基本定律( )。 A、中间导体定律 B、中间温度定律 C、标准电极定律 D、均质导体定律 5、要形成测温热电偶的下列哪个条件可以不要（）。 A、必须使用两种不同的金属材料； B、热电偶的两端温度必须不同； C、热电偶的冷端温度一定要是零； D、热电偶的冷端温度没有固定要求。 6、下列关于测温传感器的选择中合适的是（）。 A、要想快速测温，应该选用利用PN结形成的集成温度传感器； B、要想快速测温，应该选用热电偶温度传感器； C、要想快速测温，应该选用热电阻式温度传感器； D、没有固定要求。 7、用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是( )。 A、接线方便 B、减小引线电阻变化产生的测量误差 C、减小桥路中其他电阻对热电阻的影响 D、减小桥路中电源对热电阻的影响 8、在分析热电偶直接插入热水中测温过程中，我们得出一阶传感器的实例，其中用到了（）。 A、动量守恒； B、能量守恒； C、机械能守恒； D、电荷量守恒； 9、下列光电器件中，基于光电导效应工作的是( )。 A、光电管 B、光敏电阻 C、光电倍增管 D、光电池

传感器原理及应用试题库(已做)

一：填空题（每空1分） 1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元件， 测量电路三个部分组成。 2.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可采用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 3.根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温度传感器。 4.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为：传 感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公式表示k（x）=Δy/Δx 。 5.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一 种度量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最小二乘法线性度。 6.根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体式两大类。 7.应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法电桥补偿 法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 8.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 9.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。 10.国家标准GB 7665--87对传感器下的定义是：能够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，通常由敏感元件和转换元件组成。 11.传感器按输出量是模拟量还是数字量，可分为模拟量传感器和数字量传感器 =输出量的变化值/输入量的变化12.传感器静态特性的灵敏度用公式表示为：k (x) 值=△y/△x 13.应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有：有一定的粘贴强度；能准确传递应变； 蠕变小；机械滞后小；耐疲劳性好；具有足够的稳定性能；对弹性元件和应变计不产生化学腐蚀作用；有适当的储存期；应有较大的温度适用范围。14.根据传感器感知外界信息所依据的基本校园，可以将传感器分成三大类： 物理传感器，化学传感器，生物传感器。

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《传感器原理及应用》复习题 1.静态特性指标其中的线性度的定义是指 2．传感器的差动测量方法的优点是减小了非线性误差、提高了测量灵敏度。 3.对于等臂半桥电路为了减小或消除非线性误差的方法可以采用提高桥臂 比，采用差动电桥的方法。 4.高频反射式电涡流传感器实际是由线圈和被测体或导体两个部分组成的系统，两者之间通过电磁感应相互作用，因此，在能够构成电涡 流传感器的应用场合中必须存在金属材料。 5.霍尔元件需要进行温度补偿的原因是因为其霍尔系数和材料电阻 受温度影响大。使用霍尔传感器测量位移时，需要构造一个磁场。 6.热电阻最常用的材料是铂和铜，工业上被广泛用来测量中低温 区的温度，在测量温度要求不高且温度较低的场合，铜热电阻得 到了广泛应用。 7.现有霍尔式、电涡流式和光电式三种传感器，设计传送带上塑料零件的计数 系统时，应选其中的光电传感器。需要测量某设备的外壳温度，已知其 范围是300~400℃，要求实现高精度测量，应该在铂铑- 铂热电偶、铂电阻和热 敏电阻中选择铂电阻。 8.一个二进制光学码盘式传感器，为了达到1″左右的分辨力，需要采用 或位码盘。一个刻划直径为400 mm的 20 位码盘，其外圈分别间隔 为稍大于μm。 9.非功能型光纤传感器中的光纤仅仅起传输光信息的作用，功能型光纤传感器 是把光纤作为敏感元件。光纤的 NA 值大表明集光能力强。 11.光照使半导体电阻率变化的现象称为内光电效应，基于此效应的器件除光敏 电阻外还有处于反向偏置工作状态的光敏二极管。光敏器件的灵敏度可 用光照特性表征，它反映光电器件的输入光量与输出光电流(电压 )之间 的关系。选择光电传感器的光源与光敏器件时主要依据器件的光谱特性。 12. 传感器一般由敏感元件 _ 、转换元件 ___ 、测量电路及辅助电 源四个部分组成。 13．传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出变化量与输入变化 量的比值。对线性传感器来说，其灵敏度是一常数。

传感器原理及其应用考试重点

传感器原理及其应用 第一章传感器的一般特性 1）信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术，是现代信息产业的三大支柱。 2）传感器又称变换器、探测器或检测器，是获取信息的工具 广义：传感器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。 狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 国家标准（GB7665-87）：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）传感器的组成： 敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。 转换元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。 基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。 4）传感器的静态性能指标 （1）灵敏度 定义: 传感器输出量的变化值与相应的被测量（输入量）的变化值之比, 传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。 ①纯线性传感器灵敏度为常数，与输入量大小无关；②非线性传感器灵敏度与x有关。（2）线性度 定义:传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比，称为传感器的“非线性误差”或“线性度”。 线性度又可分为： ①绝对线性度：为传感器的实际平均输出特性曲线与理论直线的最大偏差。 ②端基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对端基直线的最大偏差。 端基直线定义：实际平均输出特性首、末两端点的连线。 ③零基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对零基直线的最大偏差。 ④独立线性度：以最佳直线作为参考直线的线性度。 ⑤最小二乘线性度：用最小二乘法求得校准数据的理论直线。 （3）迟滞 定义：对某一输入量，传感器在正行程时的输出量不同于其在反行程时的输出量，这一现象称为迟滞。 即：传感器在正(输入量增大)反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。 （4）重复性 定义：在相同工作条件下，在一段短的时间间隔内，同一输入量值多次测量所得的输

传感器原理及应用试题库

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一：填空题（每空1分）1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元件，测量电路三个部 分组成。 2.半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。 3.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，根据光电效应可以分 为外光电效应，内光电效应，热释电效应三种。 4.光电流与暗电流之差称为光电流。 5.光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域内。 6.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可采用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 7.反射式光纤位移传感器在位移-输出曲线的前坡区呈线性关系，在后坡区与 距离的平方成反比关系。 8.根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温度传感 器。 9.画出达林顿光电三极管内部接线方式： U CE 10.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为： 传感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公式表示k（x）=Δy/Δx。

11.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一种度 量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最小二乘法线性度。 12.根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体式两大类。 13.利用热效应的光电传感器包含光---热、热---电两个阶段的信息变换过 程。 14.应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法电桥补 偿法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 15.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 16.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。 17.在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，入射光 强改变物质导电率的物理现象称为内光电效应。 18.光电管是一个装有光电阴极和阳极的真空玻璃管。 19.光电管的频率响应是指一定频率的调制光照射时光电输出的电流随频率变 化的关系，与其物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有关。 多数光电器件灵敏度与调制频率的关系为Sr（f）=Sr。/(1+4π2f2τ2) 20.内光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。 21.国家标准GB7665--87对传感器下的定义是：能够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，通常由敏感元件和转换元件组成。 22.传感器按输出量是模拟量还是数字量，可分为模拟量传感器和数字量传感 器

传感器原理及应用期末考试重点课后题复习

第1章1-1 综合传感器的概念。 答： 从广义角度定义：凡是利用一定的物质（物理、化学、生物）法则、定理、定律、效应等进行能量转换与信息转换，并且输出与输入严格一一对应的器件或装置； 从狭义角度定义：能把外界非电信号转换成电信号输出的器件或装置； 国家标准定义是：“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”。通常有敏感元件和转换元件组成； 1-2 一个可供实用的传感器有那几部分构成各部分的功能是什么用框图显示传感器系统。 答： 组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成。 1.敏感元件：是直接受被测物理量；以确定关系输出另一物理量的元件。 2.转换元件；是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数及电流或电压等电

信号。 3.基本转换电路则将该电路转换成便于传输处理电量。 1-3 如果家用小车采用超声波雷达，需要那几部分组成请画出图。 第2章 2-1 衡量传感器静态特性的主要指标有哪些说说它们的含义。 答： 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、灵敏度：传感器输出量增量与被测输入量增量之比。 3、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。 4、回差：反映传感器在正（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指标。 5、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程连续 多次变动时，所得特性曲线间一致程度的指标。 6、阈值：是能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：传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。

传感器原理及应用习题答案完整版

传感器原理及应用习题答案 习题1 (2) 习题2 (2) 习题3 (5) 习题4 (5) 习题5 (6) 习题6 (7) 习题7 (9) 习题8 (11) 习题9 (13) 习题10 (14) 习题11 (15) 习题12 (16) 习题13 (18)

1-1 什么叫传感器？它由哪几部分组成？并说出各部分的作用及其相互间的关系。 答：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。 通常传感器由敏感元件和转换元件组成。 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。 由于传感器的输出信号一般都很微弱, 因此需要有信号调节与转换电路对其进行放大、运算调制等。随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的信号调节与转换电路可能安装在传感器的壳体里或与敏感元件一起集成在同一芯片上。此外，信号调节转换电路以及传感器工作必须有辅助的电源，因此信号调节转换电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部分。 1-2 简述传感器的作用和地位及其传感器技术的发展方向。 答：传感器位于信息采集系统之首，属于感知、获取及检测信息的窗口，并提供给系统赖以进行处理和决策所必须的原始信息。没有传感技术，整个信息技术的发展就成了一句空话。科学技术越发达，自动化程度越高，信息控制技术对传感器的依赖性就越大。 发展方向：开发新材料，采用微细加工技术，多功能集成传感器的研究，智能传感器研究，航天传感器的研究，仿生传感器的研究等。 1-3 传感器的静态特性指什么？衡量它的性能指标主要有哪些？ 答：传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出—输入关系。与时间无关。 主要性能指标有：线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。 1-4 传感器的动态特性指什么？常用的分析方法有哪几种？ 答：传感器的动态特性是指其输出与随时间变化的输入量之间的响应特性。 常用的分析方法有时域分析和频域分析。时域分析采用阶跃信号做输入，频域分析采用正弦信号做输入。 1-5 解释传感器的无失真测试条件。 答：对于任何一个传感器(或测试装置),总是希望它们具有良好的响应特性,精度高、灵敏度高，输出波形无失真的复现输入波形等。实现上述要求，需要满足一定的条件，称此条件为传感器的无失真测试条件。 1-6 传感器的标定有哪几种？为什么要对传感器进行标定？ 答：传感器的标定分为静态标定和动态标定两种。 静态标定的目的是确定传感器静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。 动态指标标定的目的是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。

传感器原理与应用试题

------- 精选文档----------------- 传感器原理与应用 一、填空题（每小题3分，共30分） 1. 传感器是将待测信号转换为与之有确定对应关系有用信号输出的器件或 装置。 2. 一般来说，传感器由敏感元件, 转换元件和辅助部件组成。 3. 线绕电位器式传感器的阶梯特性包括匝间电压和单匝短路电压两方面。 4. 在电阻应变片的电桥测量电路中，设R I=R2，R3=R4，单桥臂为应变片时，输出电压为U o，电桥的灵 敏度为S V，贝 半桥差动电路的输出电压为 2 U o，电桥的灵敏度为 2 S v。 全桥差动电路的输出电压为 4 _____ U o，电桥的灵敏度为 4 ____ S v。 5. 5.将机械位移转变为电容量变化时，电容式位移传感器的基本结构可分为变极距型, 变面积型和变介质型三大类。 6. 差动式电感传感器的灵敏度比单个线圈的传感器的灵敏度提高 1 倍。 7. 电涡流式传感器归为_______ 电感式 ________ 传感器。 8. 压电材料可分为压电晶体和压电陶瓷，前者为单晶体，后者为极化处理 后的多晶体。 9. 压电传感器可等效为一个电压源与一只电容串联，也可等效为一个电流 与一只电容并联。 10. 常用的热电偶的热电极材料分为贵重金属和普通金属两大类。 二、简答题（6题，每题5分，共30分）

1. 传感器的静态特性是什么？用哪些性能指标描述？ 在静态输入时传感器所呈现出来的输入—输出特性。 传感器的静态特性主要由下列几种性能来描述。 1、线性度，2．灵敏度，3．重复性，4．迟滞（回差滞环）现象， 5、分辨率， 6、稳定性， 7、漂移 2. 传感器的动态特性是什么？其分析方法有哪几种？ 在动态输入时，传感器所呈现出来的输入—输出特性。 其分析方法有两种 阶跃响应与频率响应。 金属电阻应变片测量外力的原理是什么？其灵敏系数及其物理意义是什么？外力，应力，应变，应变片应变，应变片阻值，测量电路输出电压。输出电压反映外力。 K S 称为金属丝材料的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。 3. 什么叫压电效应？ 当某些物质沿其某一方向施加压力或拉力时、会产生变形，此时这种材料的两个表面特产生符号相反的电荷。当去掉外力后，它又重新回到不带电状态，这种现象被称为压电效应。有时人们又把这种机械能转变为电能的现象，称为“顺压电效应” 。反之，在某些物质的极化方向上施加电场，它会产生机械变形，当去掉外加电扬后，该物质的变形陋之消失．把这种电能转变为机械能的现象，称为“逆压电效应” 。 4. 什么叫热电效应？ 5. 什么叫霍尔效应？

《传感器原理及应用》的期末考试试题2套及答案

《传感器原理及应用》的期末考试试题2套及答案《传感器原理及应用》的期末考试试题2套及答案一、填空(30分，每空1.5分) 1、有一温度计，它的量程范围为0?200?，精度等级为0.5级。该表可能出现的最大误差为，当测量100? 时的示值相对误差为。 2、在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的 倍左右为宜。 3、传感器由、、三部分组成。 4、利用热敏电阻对电动机实施过热保护，应选择型热敏电阻。 5、已知某铜热电阻在0?时的阻值为50Ω，则其分度号是，对 于镍铬-镍硅热电偶其正极是。 6、霍尔元件采用恒流源激励是为了。 7、用水银温度计测量水温,如从测量的具体手段来看它属于测量。 二、选择题(30分，每题2分) 1、在以下几种传感器当中属于自发电型传感器。 A、电容式 B、电阻式 C、压电式 D、电感式 2、的数值越大,热电偶的输出热电势就越大。 A、热端直径 B、热端和冷端的温度 C、热端和冷端的温差 D、热电极的电导率 3、将超声波(机械振动波)转换成电信号是利用压电材料的。 A、应变效应 B、电涡流效应 C、压电效应 D、逆压电效应 4、在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中。

A、电容和电感均为变量 B、电容是变量，电感保持不变 C、电感是变量，电 容保持不变 D、电容和电感均保持不变 5、在两片间隙为1mm的两块平行极板的间隙中插入，可测得最大的容量。 A、塑料薄膜 B、干的纸 C、湿的纸 D、玻璃薄片 6、热电阻测量转换电路采 用三线制是为了 A、提高测量灵敏度 B、减小非线性误差 C、提高电磁兼容性 D、减小引线电阻的影响 7、当石英晶体受压时，电荷产生在。 A、Z面上 B、X面上 C、Y面上 D、X、Y、Z面上 8、汽车衡所用的测力弹性 敏感元件是。 A、悬臂梁 B、弹簧管 C、实心轴 D、圆环 9、在热电偶测温回路中经常使用 补偿导线的最主要的目的是。 A、补偿热电偶冷端热电势的损失 B、起冷端温度 补偿作用 C、将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 D、提高灵敏度 10、减小霍尔元件 的输出不等位电势的办法是。 A、减小激励电流 B、减小磁感应强度 C、使用电 桥调零电位器 11、测得某检测仪表的输入信号中,有用信号为20毫伏,干扰电压也为20毫伏, 则此时的信噪比为。 A、20dB B、1 dB C、0 dB 12、发现某检测仪表机箱有麻电感,必须采取措施。 A、接地保护环 B、将机 箱接大地 C、抗电磁干扰 13、在仿型机床当中利用电感式传感器来检测工件尺寸，该加工检测装置是采 了 测量方法。 A、微差式 B、零位式 C、偏差式

《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/℃、Ｓ２

传感器原理及应用复习题及复习资料

中南大学现代远程教育课程考试（专科）复习题及参考答案 《传感器原理与应用》 一、名词解释 1．传感器：能感受规定的被测量并按照一定规律转化成可用输出信号的器件和装置。 2．传感器的线性度：是指传感器输出、输入的实际特性曲线和拟合直线之间的最大偏差与输出量程范围之百分比 3．传感器的灵敏度：是指传感器在稳定状态时，输出变化量与输入变化量的比值，用K来表示。 4．传感器的迟滞：表明传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出、输入曲线不重合的程度。 5．绝对误差：是示值与被测量真值之间的差值 6．系统误差：是指误差的数值是一个常数或按一定的规律变化的值7．弹性滞后：在实际中，弹性元件在加、卸载的正、反行程中变形曲线一般是不重合的，这种现象称为弹性滞后。 8．弹性后效：当载荷从某一数值变化到另一数值时，弹性变形不是立即完成相应的变形，而是在一定的时间间隔内逐渐完成变形的，这一现象称为弹性后效。 9．应变效应：导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形（拉伸或压缩）时，其电阻值也随之发生相应的变化。 10．压电效应：．某些电介质在沿一定的方向上受到外力的作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面上产生电荷，当外力去掉后又

重新回到不带电的状态，这种现象称为压电效应 11．霍尔效应：金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，当有电流I通过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势 U，这种物理现 H 象称为霍尔效应。 12．热电效应：将两种不同的导体A和B连成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势。 13．光电效应：光电效应是物体吸收到光子能量后产生相应电效应的一种物理现象。 14．莫尔条纹：把两块栅距相同的光栅刻线面相对重合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线之间形成一个很小的夹角，然后将这对光栅放置在光路中，在两块光栅的栅线重合处，因有光从缝隙透过形成亮带，在两光栅栅线彼此错开处，由于光线被遮挡而形成暗带，这种比光栅栅距宽得多的由亮带和暗带形成的明、暗相间的条纹称为莫尔条纹将两种不同的导体A和B连成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势。 光电效应是物体吸收到光子能量后产生相应电效应的一种物理现象。 把两块栅距相同的光栅刻线面相对重合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线之间形成一个很小的夹角，然后将这对光栅放置在光路中，在两块光栅的栅线重合处，因有光从缝隙透过形成亮带，在两光栅栅线彼此错开处，由于光线被遮挡而形成暗带，这种比光栅栅距宽得多的由亮带和暗带形成的明、暗相间的条纹称 为莫尔条纹 。 15．细分：使光栅每移动一个栅距，莫尔条纹变化一周期时，不只是输出一个脉冲，而是输出均匀分布的n个脉冲，从而使分辨力提高到W／

(精选)中北大学传感器原理与应用试题及答案(最新)

中北大学传感器原理与应用试题（一） 一填空（在下列括号中填入实适当的词汇，使其原理成立 5分） 1．用石英晶体制作的压电式传感器中，晶面上产生的（ ） 与作用在晶面上的压强成正比，而与晶片（ ）和面积无关。 2．把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据（ ）的基本原理制成的，其次级绕组都用（ ）形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。 3．闭磁路变隙式电感传感器工作时，衔铁与被测物体连接。当被测物体移动时，引起磁路中气隙（ ）发生相对变化，从而导致圈（ ）的变化。 4．电阻应变片是将被测试件上的（ ）转换成（ ）的传感元件。 5．影响金属导电材料应变灵敏系数K 。的主要因素是（ ） 二选择题（在选择中挑选合适的答案，使其题意完善每题5分） 1．电阻应变片的线路温度补偿方法有（ ）。 A ．差动电桥补偿法 B ．补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法 C ．补偿线圈补偿法 D ．恒流源温度补偿电路法

2．电阻应变片的初始电阻数值有多种，其中用的最多的是（ ）。 A ． 60Ω B ．120Ω C ．200Ω D ．350Ω 3．通常用应变式传感器测量（ ）。 A ．温度 B ．速度 C ．加速度 D ．压力 4．当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d 增加时，将引起传感器的（ ）。 A ．灵敏度增加 B ．灵敏度减小 C ．非统性误差增加 D ．非线性误差减小 5．在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于（ ）。 A ．外光电效应 B ．内光电效应 C ．光电发射 D ．光导效应

评分标准：每填一个空，2.5分，意思相近2分。 二选择题（在选择中挑选合适的答案，使其题意完善每题4分） 1．电阻应变片的线路温度补偿方法有（ A.B.D ）。 A．差动电桥补偿法 B．补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法 C．补偿线圈补偿法 D．恒流源温度补偿电路法 2．电阻应变片的初始电阻数值有多种，其中用的最多的是（B）。 A． 60Ω B．120Ω C．200Ω D．350Ω 3．通常用应变式传感器测量（BCD）。 A．温度 B．速度 C．加速度 D．压力 4．当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的（B,D）。A．灵敏度增加 B．灵敏度减小 C．非统性误差增加 D．非线性误差减小 5．在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于（BD）。 A．外光电效应 B．内光电效应

《传感器原理及应用》的期末考试试题2套及答案

《传感器原理及应用》的期末考试试题2套及答案 一、填空（30分，每空1.5分） 1、有一温度计，它的量程范围为0∽200℃，精度等级为0.5级。该表可能出现的最大误差为，当测量100℃时的示值相对误差为。 2、在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的 倍左右为宜。 3、传感器由、、三部分组成。 4、利用热敏电阻对电动机实施过热保护，应选择型热敏电阻。 5、已知某铜热电阻在0℃时的阻值为50Ω，则其分度号是，对 于镍铬-镍硅热电偶其正极是。 6、霍尔元件采用恒流源激励是为了。 7、用水银温度计测量水温,如从测量的具体手段来看它属于测量。 二、选择题(30分，每题2分) 1、在以下几种传感器当中属于自发电型传感器。 A、电容式 B、电阻式 C、压电式 D、电感式 2、的数值越大,热电偶的输出热电势就越大。 A、热端直径 B、热端和冷端的温度 C、热端和冷端的温差 D、热电极的电导率 3、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的。 A、应变效应 B、电涡流效应 C、压电效应 D、逆压电效应 4、在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中。

A、电容和电感均为变量 B、电容是变量，电感保持不变 C、电感是变量，电容保持不变 D、电容和电感均保持不变 5、在两片间隙为1mm的两块平行极板的间隙中插入，可测得最大的容量。 A、塑料薄膜 B、干的纸 C、湿的纸 D、玻璃薄片 6、热电阻测量转换电路采用三线制是为了 A、提高测量灵敏度 B、减小非线性误差 C、提高电磁兼容性 D、减小引线电阻的影响 7、当石英晶体受压时，电荷产生在。 A、Z面上 B、X面上 C、Y面上 D、X、Y、Z面上 8、汽车衡所用的测力弹性敏感元件是。 A、悬臂梁 B、弹簧管 C、实心轴 D、圆环 9、在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是。 A、补偿热电偶冷端热电势的损失 B、起冷端温度补偿作用 C、将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 D、提高灵敏度 10、减小霍尔元件的输出不等位电势的办法是。 A、减小激励电流 B、减小磁感应强度 C、使用电桥调零电位器 11、测得某检测仪表的输入信号中,有用信号为20毫伏,干扰电压也为20毫伏, 则此时的信噪比为。 A、20dB B、1 dB C、0 dB 12、发现某检测仪表机箱有麻电感,必须采取措施。 A、接地保护环 B、将机箱接大地 C、抗电磁干扰

最新传感器原理及应用试题库

一：填空题（每空1分） 1 1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元2 件，测量电路三个部分组成。 3 2.半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。4 3.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，根据光电效应5 可以分为外光电效应，内光电效应，热释电效应三种。 6 4.光电流与暗电流之差称为光电流。 7 5.光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域内。 8 6.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可采用直线栅式9 应变计和箔式应变计结构。 10 7.反射式光纤位移传感器在位移-输出曲线的前坡区呈线性关系，在11 后坡区与距离的平方成反比关系。 12 8.根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温13 度传感器。 14 9.画出达林顿光电三极管内部接线方式： U C E 15 10.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定16 义为：传感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公17 式表示 k（x）=Δy/Δx 。 18 11.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特19

性的一种度量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、20 端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最21 小二乘法线性度。 22 12.根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体23 式两大类。 24 13.利用热效应的光电传感器包含光---热、热---电两个阶段的信25 息变换过程。 26 14.应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法27 电桥补偿法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 28 15.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 29 16.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳30 定性。 31 17.在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效32 应，入射光强改变物质导电率的物理现象称为内光电效应。 33 18.光电管是一个装有光电阴极和阳极的真空玻璃管。 34 19.光电管的频率响应是指一定频率的调制光照射时光电输出的电流随35 频率变化的关系，与其物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有36 关。多数光电器件灵敏度与调制频率的关系为Sr（f）=Sr。/(1+4π2f2τ2) 37 20.内光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。 38 21.国家标准GB 7665--87对传感器下的定义是：能够感受规定的被测39 量并按照一定的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40 转换元件组成。 41

传感器原理及应用习题答案(完整版)

2-4、现有栅长为3mm 和5mm 两种丝式应变计，其横向效应系数分别为5%和3%，欲用来测量泊松比μ=的铝合金构件在单向应力状态下的应力分布(其应力分布梯度较大)。试问：应选用哪一种应变计为什么 答：应选用栅长为5mm 的应变计。由公式ρρ εμd R dR x + +=)21(和[]x m x K C R dR εεμμ=-++=)21()21(知应力大小是通过测量 应变片电阻的变化率来实现的。电阻的变化率主要由受力后金属丝几何尺寸变化所致部分（相对较大）加上电阻率随应变而变的部分（相对较小）。一般金属μ≈，因此(1+2μ)≈；后部分为电阻率随应变而变的部分。以康铜为例，C ≈1，C(1-2μ)≈，所以此时K0=Km ≈。显然，金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。从结构尺寸看，栅长为5mm 的丝式应变计比栅长为3mm 的应变计在相同力的作用下，引起的电阻变化大。 2-5、现选用丝栅长10mm 的应变计检测弹性模量E=2×1011N/m 2、密度ρ=cm 3的钢构件承受谐振力作用下的应变，要求测量精度不低于%。试确定构件的最大应变频率限。 答：机械应变波是以相同于声波的形式和速度在材料中传播的。当它依次通过一定厚度的基底、胶层(两者都很薄，可忽略不计)和栅长l 而 为应变计所响应时，就会有时间的迟后。应变计的这种响应迟后对动态(高频)应变测量，尤会产生误差。由][]e l v f e l l 66max max ππλ<= <或式中v 为声波在钢 构件中传播的速度； 又知道声波在该钢构件中的传播速度为： kg m m N E 336211108.710/102--????= = ρ ν; s m kg s m Kg /10585.18.7/8.91024228?=???=； 可算得kHz m s m e l v f 112%5.061010/10585.1||63 4max =???= = -π 。 2-6、为什么常用等强度悬臂梁作为应变式传感器的力敏元件 现用一等强度梁：有效长l =150mm ，固支处宽b=18mm ，厚h=5mm ，弹性模量E=2×105N/mm 2，贴上4片等阻值、K=2的电阻应变计，并接入四等臂差动电桥构成称重传感器。试问： 1)悬臂梁上如何布片又如何接桥为什么 2)当输入电压为3V ，有输出电压为2mV 时的称重量为多少 答：当力F 作用在弹性臂梁自由端时，悬臂梁产生变形，在梁的上、下表面对称位置上应变大小相当，极性相反，若分别粘贴应变片R 1 、 R 4 和R 2 、R 3 ，并接成差动电桥，则电桥输出电压U o 与力F 成正比。等强度悬臂梁的应变E h b Fl x 206= ε不随应变片粘贴位置变化。 1）、悬臂梁上布片如图2-20a 所示。接桥方式如图2-20b 所示。这样当梁上受力时，R1、R4受拉伸力作用，阻值增大，R2、R3受压，阻值减小，使差动输出电压成倍变化。可提高灵敏度。 2）、当输入电压为3V ，有输出电压为2mV 时的称重量为： 计算如下： 由公式： o i i x i o U KlU E bh F E h b Fl K U K U U 66220=?==ε代入各参数算F =； 1牛顿=千克力；所以，F=。此处注意：F=m*g ；即力=质量*重力加速度；1N=1Kg*s 2.力的单位是牛顿（N ）和质量的单位是Kg ；所以称得的重量应该是。 ; 2-7、何谓压阻效应扩散硅压阻式传感器与贴片型电阻应变式传感器相比有什么优点，有什么缺点如何克服 答：“压阻效应”是指半导体材料（锗和硅）的电阻率随作用应力的变化而变化的现象。 优点是尺寸、横向效应、机械滞后都很小，灵敏系数极大，因而输出也大，可以不需放大器直接与记录仪器连接，使得测量系统简化。 缺点是电阻值和灵敏系数随温度稳定性差，测量较大应变时非线性严重；灵敏系数随受拉或压而变，且分散度大，一般在(3-5)%之间，因而使得测量结果有(±3-5)%的误差。 压阻式传感器广泛采用全等臂差动桥路来提高输出灵敏度，又部分地消除阻值随温度而变化的影响。 2-8 、一应变片的电阻R=120Ω，k=，用作应变片为800μm/m 的传感元件。

《传感器原理及应用》课程试题(A卷)

《传感器原理及应用》课程试题(A卷) 一、填空（在下列括号中填入适当的词汇，使其原理成立） 1、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出变化量与输入变化量的比值。对线性传感器来说，其灵敏度是常数。 2、用石英晶体制作的压电式传感器中，晶面上产生的电荷与作用在晶面上的压强成正比，而与晶片几何尺寸和面积无关。 3、有源滤波器由集成运放和__ RC网络__ 组成。 4、采用热电阻作为测量温度的元件是将温度的测量转换为电阻的测量。 5、单线圈螺线管式电感传感器主要由线圈、铁磁性外壳和可沿线圈轴向移动的活动铁心。 6、被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据变压器的基本原理制成的，其次级绕组都用同名端反向形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。 7、闭磁路变隙式电感传感器工作时，衔铁与被测物体连接。当被测物体移动时，引起磁路中气隙尺寸发生相对变化，从而导致圈磁阻的变化。 8、动态标定的目的，是检验测试传感器的动态性能指标。 9、在电阻应变片公式，dR/R=(1+2μ)ε+λEε中，λ代表__ 材料压阻系数。

10、已知某铜热电阻在0℃时的阻值为50Ω，则其分度号是CU50 ，对于镍铬-镍硅热电偶其正极是镍铬。 11、红外图像传感器由红外敏感元件和电子扫描电路组成。 12、空气介质变隙式电容传感器中，提高灵敏度和减少非线性误差是矛盾的，为此实际中大都采用差动式电容传感器。 13、当半导体材料在某一方向承受应力时，它的电阻率发生显著变化的现象称为半导体压阻效应。 14、影响金属导电材料应变灵敏系数K。的主要因素是导电材料几何尺寸的变化。 15、为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用细分技术。 16、若测量系统无接地点时，屏蔽导体应连接到信号源的接地端 1、在以下几种传感器当中( 压电式 )属于自发电型传感器。 2、下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（温度）。 3、在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是( C )。 C、将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 4、利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小，( A )。

传感器原理及应用试题库

传感器原理及应用试题库 (2)粘贴在试样上的应变仪保持温度恒定。在恒定机械应变的长期作用下，它表现出应变随时间变化的特性，称为应变计的蠕变。胶粘剂的选择和使用不当以及应变仪制造过程中产生的内应力是应变仪蠕变的主要原因。61， 什么是光电效应？ A:半导体材料的电学性质在受到光照射时会发生变化光电效应分为外部光电效应和内部光电效应，内部光电效应分为光电导效应和光伏效应。62， 光敏电阻的结构和原理简介 A:光敏电阻的工作原理是基于光电导效应:在没有光的情况下，光敏电阻具有很高的电阻。当有光时，价带中光子的能量大于材料的禁带宽度，价带中的电子吸收光子能量，然后跃迁到导带，激发一个能导电的电子-空穴对，从而降低电阻；光线越强，激发的电子-空穴对越多，电阻值越低。停止照射后，自由电子和空穴重新结合，电导率下降，电阻恢复到原来的值。63， 胶粘剂应变仪要求简介 A:有一定的结合强度能准确传递应变小蠕变机械滞后很小良好的抗疲劳性具有足够的稳定性它不会对弹性元件和应变仪产生化学腐蚀。有一个适当的储存期应该有更大的使用温度范围64， 传感器技术快速发展的原因 A: (1)电子工业和信息技术促进了传感器工业的相应发展(2)政府为

传感器工业的发展提供财政支持并大力扶持(3)国防、空间技术和民用产品有广阔的传感器市场(4)在许多高技术领域发展传感器的理论和技术(65， 干涉式光纤传感器的基本原理？ A:干涉式光纤传感器的基本机制是，在单模光纤中传输的相干光由于要测量的能量场的影响而产生相位调制 66和 相位跟踪系统的功能是什么？ A: (1)抵消任何不必要的大低频香味漂移，以保持干涉仪平衡；(2)提供相移以确保干涉仪工作在正交状态什么是温度系数 67和 ？ 46 a:温度系数是反映湿度传感器的湿度特征量-相对湿度特征曲线随环境温度变化的特征 68和 半导体气体传感器的分类？ 答:目前研究和使用的半导体气体传感器可大致分为电阻型和非电阻型电阻型可分为表面控制型和体电阻控制型非电阻型可分为三种类型:表面电位型、二极管整流型和晶体管型 69和 温度传感器的分类？

传感器原理与工程应用考试题库

传感器原理与工程应用习题 一、单项选择题 1、在整个测量过程中，如果影响和决定误差大小的全部因素（条件）始终保持不变，对同一 被测量进行多次重复测量，这样的测量称为（ C ） A．组合测量 B．静态测量 C．等精度测量 D．零位式测量 1.1在直流电路中使用电流表和电压表测量负载功率的测量方法属于（ B ）。 A. 直接测量 B. 间接测量 C. 组合测量 D. 等精度测量 2、1属于传感器动态特性指标的是（ B ） A．重复性 B．固有频率 C．灵敏度 D．漂移 2．1不属于传感器静态特性指标的是（ B ） A．重复性 B．固有频率 C．灵敏度 D．漂移 2.2 以下那一项不属于电路参量式传感器的基本形式的是( D )。 A.电阻式 B.电感式 C.电容式 D.电压式 2.2传感器的主要功能是（ A ）。 A. 检测和转换 B. 滤波和放大 C. 调制和解调 D. 传输和显示 3.电阻式传感器是将被测量的变化转换成( B )变化的传感器。 A.电子 B.电压 C.电感 D.电阻 3.1电阻应变片配用的测量电路中，为了克服分布电容的影响，多采用（ D ）。 A．直流平衡电桥 B．直流不平衡电桥 C．交流平衡电桥D．交流不平衡电桥 3.2电阻应变片的初始电阻数值有多种,其中用的最多的是（ B ）。 A、60Ω B、120Ω C、200Ω D、350Ω 3.3电阻应变片式传感器一般不能用来测量下列那些量（ D ） Ａ、位移Ｂ、压力Ｃ、加速度Ｄ、电流 3.4直流电桥的平衡条件为（ B ） A．相邻桥臂阻值乘积相等 B．相对桥臂阻值乘积相等 C．相对桥臂阻值比值相等 D．相邻桥臂阻值之和相等 3.5全桥差动电路的电压灵敏度是单臂工作时的（ C ）。 A. 不变 B. 2倍 C. 4倍 D. 6倍 3.6、影响金属导电材料应变灵敏系数K的主要因素是（ B ）。 A．导电材料电阻率的变化 B．导电材料几何尺寸的变化 C．导电材料物理性质的变化 D．导电材料化学性质的变化 3.7、产生应变片温度误差的主要原因有（A、B ）。