传感器复习资料(终极版).doc

1、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，①（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。
2、传感器是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，传感器由敏感元件、传感元件、测量转换电路三部分组成。
3、电阻应变片式传感器按制造材料可分为①金属材料和②半导体体材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由电阻应变效应形成的。
4、光电传感器的工作原理是基于物质的光电效应，目前所利用的光电效应大致有三大类：第一类是利用在光线作用下材料中电子溢出表面的现象，即外光电效应，光电管以及光电倍增管传感器属于这一类；第二类是利用在光线作用下材料电阻率发生改变的现象，即内光电效应。光敏电阻传感器属于这一类。第三类是利用在光线作用下光势垒现象，即光生伏特效应， 光敏二极管及光敏三极管_ 传感器属于这一类。
在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称外光电效应；入射光强改变物质导电率的现象称光电导效应；半导体材料吸收光能后在PN结上产生电动式的效应称光生伏特效应。
光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，其中内光电效应可以分为光电导效应、光生伏特效应光电倍增管是利用 二次电子释放效应，将光电流在管内部进行放大。它由光电阴极、若干倍增极和阳极三部分组成。
说明光电管工作原理。
5、绝对式编码器输出二进制编码，增量式编码器输出脉冲。绝对式编码器的码制绝大多数采用格雷码
增量式编码器输出信号要进行辨向、零标志和倍频等处理。
旋转式编码器可以测量转轴的角位移，其中绝对式编码器在任意位置都有固定的数字编码与位置对应，线数为360线的增量式编码器分辨力为1（角）度。
6、莫尔条纹：光栅常数相同的两块光栅相互叠合在一起时，若两光栅刻线之间保持很小的夹角q，由于遮光效应，两块光栅刻线的相交处形成亮带，而在刻线彼此错开处形成暗带。在近于垂直栅线方向出现若干明暗相间的条纹
光栅传感器结构为：光源→标尺光栅→指示光栅→光电元件
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。 .
莫尔条纹的光强度变化近似正弦变化，因此，便于将电信号作进一步细分，即采用“倍频技术”技术。
光栅传感器中莫尔条纹的一个重要特性是具有位移放大作用。如果两个光栅距相等，即W=0.02mm，其夹角θ=0.1°，则莫尔条纹的宽度B=11.46㎜莫尔条纹的放大倍数K= 573.2。
7、把一导体（或半导体）两端通以控制电流I，在垂直方向施加磁场B，在另外两侧会产生一个与控制电流和磁场成比例的电动势，这种现象称霍尔效应，这个电动势称为霍尔电势。
制作霍尔元件应采用什么材料，为什么？为何霍尔元件都比较薄，而且长宽比一般为2 ：1？　　
简述霍尔电动势产生的原理。
霍尔电动势与哪些因素有关?如何提高霍尔传感器的灵敏度?
霍尔电动势与霍尔电场EH、载流导体或半导体的宽度b、载流导体或半导体的厚度d、电子平均运动速度u、磁场感应强度B、电流I有关。
霍尔传感器的灵敏度KH =。为了提高霍尔传感器的灵敏度，霍尔元件常制成薄片形。又因为霍尔元件的灵敏度与载流子浓度成反比，所以可采用自由电子浓度较低的材料作霍尔元件。
8、外加磁场使半导体（导体）的电阻值随磁场变化的现象成磁阻效应。
变磁阻式传器是利用被测量调制磁路的磁阻,导致线圈电感量改变,实现对被测量测量的。
某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象，同时在它的表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称为正压电效应；在介质极化方向施加电场时电介质会产生形变，这种效应又称逆压电效应。
电阻应变片     磁敏电阻    霍尔元件      气敏传感器        湿敏传感器
光电耦合器     压电传感器  电容传感器    热敏电阻          CCD电荷耦合器
压阻式传感器   光纤传感器  磁电传感器    光电二极管        差动变压器
热释电器件     磁敏晶体管  电涡流传感器  光电池            超声波传感器
热电偶         红外传感器  色敏传感器
正确选择以上传感器填入以下空内：
1.可以进行位移测量的传感器有光纤传感器、差动变压器、电阻传感器；
2.可以完成温度测量的有热电偶、热敏电阻；热释电；
3.半导体式传感器是磁敏、霍尔元件、气敏传感器、压阻传感器；
4.光电传感器有光电耦合器、色敏传感器、光纤传感器、光电二极管；
5.用于磁场测量的传感器霍尔器件、磁敏晶体管；
6.进行振动（或加速度）测量的传感器磁电传感器、压电传感器；
7.利用物体反射进行非电量检测的传感器超声波传感器、红外传感器；
8、电容式液位传感器属于下列那一种型式：变介质型
根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型?每种类型各有什么特点?各适用于什么场合?
答：根据电容式传感器的工作原理，可将其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。
变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比，适合测量位移量。
变极板覆盖面积型电容传感器的特点是电容量与面积改变量成正比，适合测量线位移和角位移。
变介质型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同，通过改变介质的介电常数实现对被测量的检测，并通过电容式传感器的电容量的变化反映出来。适合于介质的介 电常数发生改变的场合。
测量微位移工作台的位移量（行程200μm，分辨力1μm），可选用电容传感器
数码照相机中用于自动调焦的测距传感器为红外传感器
变间隙型电容式传感器输出特性属于非线性
9、为了减小非线性误差，采用差动变隙式电感传感器，其灵敏度和单线圈式传感器相比提高一倍
电感式传感器采用变压器式交流电桥作为测量电路时，如想分辨出衔铁位移的方向，则应在电路中加相敏检波电路。
10、压电陶瓷与天然石英的压电性能比较，通常压电常数大，居里点低
光敏元件中光电池是直接输出电压的.
11、利用热电偶测温时，只有在保持热电偶冷端温度恒定条件下才能进行.
一应变片，所受应变ε为1000μ，若取Ks=3，n=1，非线性误差为
热电偶产生的热电势由哪几种电势组成，试证明热电偶的中间导体定律。
热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？
答（1）因为热电偶的热电势只有当冷端的温度恒定时才是温度的单值函数，而热电偶的标定时是在冷端温度特定的温度下进行的，为了使热电势能反映所测量的真实温度，所以要进行冷端补偿。
（2）A：补偿导线法B：冷端温度计算校正法C：冰浴法D：补偿电桥法。
12、热电阻传感器主要分为哪两种类型?它们分别应用在什么场合?
答: (l)铂电阻传感器：特点是精度高、稳定性好、性能可靠。主要作为标准电阻温度计使用，也常被用在工业测量中。此外，还被广泛地应用于温度的基准、标准的传递，是目前测温复现性最好的一种。
(2)铜电阻传感器：价钱较铅金属便宜。在测温范围比较小的情况下，有很好的稳定性。温度系数比较大，电阻值与温度之间接近线性关系。材料容易提纯，价格便宜。不足之处是测量精度 较 铂电阻稍低、电阻率小。
光电效应可分为哪三种类型，简单说明传感器的原理并分别列出以之为基础的光电传感器。　
13、根据传感器感知外界信息所依据的基本效应，可将传感器分为三大类，分别是： 物理传感器 、化学传感器 、生物传感器
试述传感器的定义、共性及组成。
①传感器的定义：能感受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；②传感器的共性：利用物理定律和物质的物理、化学或生物特性，将非电量(如位移、速度、加速度、力等)转换为电量(电压、电流、电容、电阻等)；③传感器的组成：传感器主要由敏感元件和转换元件组成。
14、热电效应
15、压阻效应
16、什么是正压电效应?什么是逆压电效应?什么是纵向压电效应?什么是横向压电效应?
答：正压电效应就是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时，其内部将产生极化现象而使其出现电荷集聚的现象。
当在片状压电材料的两个电极面上加上交流电压，那么压电片将产生机械振动，即压电片在电极方向上产生伸缩变形，压电材料的这种现象称为电致伸缩效应，也称为逆压电 效应。
沿石英晶体的x轴(电轴)方向受力产生的压电效应称为"纵向压电效应"。沿石英晶体的y轴(机械轴)方向受力产生的压电效应称为"横向压电效应"。
电涡流效应：根据法拉第电磁感应定律，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，通过导体的磁通将发生变化，产生感应电 动势，该电动势在导体内产生电流，并形成闭合曲线，状似水中的涡流，
压电式传感器往往采用多片压电晶片串联或并联方式，当采用多片压电晶片并联方式时，适合于测量何种信号?
17、图为光电传感器电路，GP—IS01是光电断路器。分析电路工作原理： 

①当用物体遮挡光路时晶体三极管VT状态是导通还是截止？
②二极管是一个什么器件，在电路中起到什么作用？
③如果二极管反相连接晶体管VT状态如何？
解：
①截止；
②红外发射管，起控制作用；
③截止。
18、试分析差动式变极距型电容传感器电容的变化量以及灵敏度。
19、已知某霍尔元件尺寸长L=100mm，宽b=3.5mm，厚d=1mm。沿L方向通以电流I=1.0mV，在垂直于两方向上加均匀磁场B=0.3T，输出霍尔电势。求该霍尔元件的灵敏度系数和载流子浓度n是多少？
解：根据霍尔元件输出电势表达式，得

而灵敏度系数，式中电荷电量C，故载流子浓度