传感与检测技术(机电)_简要问答题_复习笔记
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课后作业 用Labview画一个三维的空心管（水管）
目 录
第一章 传感器与检测技术基础
1.什么是检测？
2.在全自动洗衣机中，你能说出其中用了哪些传感器？这些传感器分别有什么作用？
3.试说出生活中用到的一些传感器及具体应用场景。
4.一个完整的检测过程一般包括哪些流程？
5.什么是传感器？并举例说明。
6.列举几个在车辆上用到的传感器，并说明其用途。
7.传感器由哪些部分组成？试解释每部分的作用。
8.信号调节电路有何作用？常用的信号调理电路包含哪些内容？
9.简述下列传感器的基本原理。
10.按照构成原理可将传感器分为哪几类？分别是什么原理？并列举其中的一些具体原理。
11.选用传感器应该考虑哪些方面？
12.什么是差动技术？有什么好处？
13.什么是平均技术？有什么好处？
14.补偿与修正可以通过哪些手段来实现？
15. 削弱或消除外界因素对传感器的影响有什么方法？
16.什么是静态特性？什么是动态特性？
17.静态特性指标有哪些？分别什么含义？
线性度
迟滞
重复性
灵敏度
分辨力与分辨率
温度稳定性
静态误差
精确度
18.什么是绝对误差？什么是相对误差？什么是引用误差？为什么要提出引用误差？
19.在国标中，测量指示仪表共分为多少个精度等级？精度等级有什么含义？
第二章 传统传感器原理及应用
1.简述电阻式传感器的基本原理。
2.电位器式传感器的敏感元件有哪些？举几个电位器式传感器的的应用。
3.电阻应变式传感器主要由哪几部分组成？并举几个电阻应变式传感器的应用。
4.分析电容式传感器的结构和原理，根据原理可将电容传感器分为哪几类？
5.变面积式电容传感器有哪些派生型？
6.电感式传感器根据转换原理可分为哪几种类型？并举例电感式传感器的应用。
7.什么是霍尔效应？
第三章 新型传感器原理及应用
1.气敏传感器主要有什么功能？举一些应用场景。
2.湿敏传感器有什么功能？由哪几部分组成？
3.什么是阻湿特性？什么是正特性湿敏电阻器？什么是负特性湿敏电阻器？
4.磁栅分为哪几种？分别有什么作用？磁栅传感器有哪几部分组成？
5.简述磁栅传感器的工作原理。
5.磁尺上设置两磁头有什么意义？
6.分析光栅传感器的工作原理。
7. 光栅与磁栅进行比较，各有什么特点？
第四章 信号的转换与调理
1.信号转换与调理的目的是什么？试具体分析为什么要进行信号转换与调理？
2.对于放大器，有哪些性能要求？
3.什么是调制？什么是解调？调制有哪几种？为什么要调制解调？
4.采样保持器是如何工作的？
5.滤波器有什么作用？最基本的滤波器有哪几种？
6.信号转换电路有什么作用？
7.非线性校正方法通常有几种？
第五章 抗干扰技术
1.什么是信噪比？有何意义？
2.工业现场的干扰源形式繁多，请列举主要的干扰。
3.噪声的耦合方式有哪些？分别什么含义？
4.说明消除或减弱噪声干扰的主要措施。
拓展
1.工业上为什么要进行电压-电流转换？
2.涡流是什么？电涡流传感器有什么应用？
3.简述压电效应的原理。
第一章 传感器与检测技术基础
1.什么是检测？
利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法，赋予定性或定量结果的过程称为检测技术。
2.在全自动洗衣机中，你能说出其中用了哪些传感器？这些传感器分别有什么作用？
全自动洗衣机中的传感器：
衣物重量传感器、衣质传感器、水温传感器、水质传感器、透光率光传感器(洗净度) 液位传感器、电阻传感器(衣物烘干检测)。
3.试说出生活中用到的一些传感器及具体应用场景。
- 数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器
- 自动感应灯：亮度检测---光敏电阻
- 空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶
- 电话、麦克风：话音转换---驻极电容传感器
- 遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管
- 可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD
- 扫描仪：文档扫描---线阵CCD
- 红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管
- 数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器
- 电子血压计：血压检测 --- 压力传感器
- 血糖测试仪、胆固醇检测仪 --- 离子传感器
4.一个完整的检测过程一般包括哪些流程？
一个完整的检测过程一般包括信息的提取、转换、存储、传输、显示和分析处理等。
5.什么是传感器？并举例说明。
国标对传感器的定义是：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或装置。
举例略。
6.列举几个在车辆上用到的传感器，并说明其用途。
爆震传感器，用于检测发动机是否发生爆震；
水温传感器，用于检测发动机冷却液温度；
空气流量计，用于检测进气空气的质量；
加速踏板位置传感器，用于检测加速踏板位置；
7.传感器由哪些部分组成？试解释每部分的作用。
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：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。
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。
8.信号调节电路有何作用？常用的信号调理电路包含哪些内容？
信号调节电路将传感器的输出信号进行放大或转换，而变成易于传输、处理、记录和显示的形式。
常见的信号调节电路有放大器、电桥、阻抗变换器、振荡器等。
9.简述下列传感器的基本原理。
柱式测力传感器：为电阻应变式，通过拉压使弹性体产生形变导致内部电阻应变片阻值发生变化而改变信号输出
光电液位传感器：利用光在液体中发生发射折射改变自身信号量的原理，且改变与水质、水位等参数有关
动圈式磁电传感器：利用电磁感应原理，将被测物理量转换为感应电动势。
10.按照构成原理可将传感器分为哪几类？分别是什么原理？并列举其中的一些具体原理。
根据构成原理可将传感器分为物性型传感器和结构型传感器。
物性型传感器是利用物质定律构成的,如虎克定律、欧姆定律等，物性型传感器的性能随材料的不同而异。如:水银温度计、光电管。
结构型传感器是利用物理学中场的定律构成的，包括动力场的运动定律，电磁场的电磁定律等。这类传感器的特点是传感器的工作原理是以传感器中元件相对位置变化引起场的变化为基础，而不是以材料特性变化为基础。如电容式和电感式传感器。
11.选用传感器应该考虑哪些方面？
（1）测试条件
（2）传感器性能
（3）使用条件
12.什么是差动技术？有什么好处？
采用差动技术的控制系统有两个相互独立的输入端口，控制系统的工作决定于两个输入的差模，而不是由其中一个输入单独决定。
差动技术可显著减少温度变化、电源波动、外界干扰等对传感器精度的影响，抵消了共模误差，减小非线性误差，可以使灵敏度增大。
13.什么是平均技术？有什么好处？
利用若干个传感单元同时感受被测量，其输出则是这些单元输出的平均值。
在传感器中利用平均技术不仅可使传感器误差减小，且可增大信号量，即增大传感器灵敏度。
14.补偿与修正可以通过哪些手段来实现？
补偿与修正，可以利用电子线路（硬件）来解决，也可以采用微型计算机通过软件来实现。
15. 削弱或消除外界因素对传感器的影响有什么方法？
- 减小传感器对影响因素的灵敏度
- 降低外界因素对传感器实际作用的程度
16.什么是静态特性？什么是动态特性？
传感器特性主要是指输出与输入之间的关系。
当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系称为静态特性；当输入量随时间较快地变化时，这一关系称为动态特性。
17.静态特性指标有哪些？分别什么含义？
线性度
迟滞
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。
重复性
重复性是指传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。
灵敏度
传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。
分辨力与分辨率
传感器能检出被测信号的最小变化量。当被测量的变化小于分辨力时，传感器对输入量的变化无任何反应。
分辨力用绝对值表示,用与满量程的百分数表示时称为分辨率。
温度稳定性
温度稳定性又称为温度漂移，是指传感器在外界温度下输出量发生的变化。
静态误差
精确度
精密度和准确度
18.什么是绝对误差？什么是相对误差？什么是引用误差？为什么要提出引用误差？
检测系统的指示值与被测量的真值之间的代数差值称为检测系统测量值的绝对误差。
检测系统测量值（即示值）的绝对误差Δx与被测参量真值 L0的比值，称之为检测系统测量（示值）的相对误差δ。
因为同一台仪表在整个测量范围内的相对误差不是定值。随着被测量的减小相对误差变大。为了更合理地评价仪表质量；采用了引用误差的概念。
检测系统指示值的绝对误差Δx与系统量程A之比值，称为检测系统测量值的引用误差γ。所有测量值中最大绝对误差(绝对值)与量程的比值的百分数，称为该系统的最大引用误差，符号为
19.在国标中，测量指示仪表共分为多少个精度等级？精度等级有什么含义？
测量指示仪表的精度等级G分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0 七个等级。
精度等级为1.0的仪表，在使用时它的最大引用误差不超过±1.0％
第二章 传统传感器原理及应用
1.简述电阻式传感器的基本原理。
电阻式传感器是把被测量，如位移、力、压力、力矩等非电量的变化转换为电阻值的变化，然后通过测量该电阻值实现检测非电量的一种传感器。
2.电位器式传感器的敏感元件有哪些？举几个电位器式传感器的的应用。
膜片、膜盒、弹簧管、波纹管
应用：直线位移传感器、拉绳式位移传感器
3.电阻应变式传感器主要由哪几部分组成？并举几个电阻应变式传感器的应用。
电阻应变片、弹性敏感元件、测量电路
应用：电阻应变式测力仪、应变式加速度传感器
4.分析电容式传感器的结构和原理，根据原理可将电容传感器分为哪几类？
改变A、d、e三个参量中的任意一个量，均可使平板电容的电容量C 改变。定三个参量中的两个，可以做成三种类型的电容传感器。变面积式、变间隙式、变介电常数式三种类型。
5.变面积式电容传感器有哪些派生型？
(a)角位移型；(b)齿形极板型；(c)圆筒型；(d)差动式
6.电感式传感器根据转换原理可分为哪几种类型？并举例电感式传感器的应用。
自感式传感器、互感式传感器、电涡流式传感器。
应用：电感测微仪、滚珠直径测量系统
7.什么是霍尔效应？
金属或半导体薄片，垂直置于磁场中。若在它的两个相对边通以激励电流I，则将在另两个相对边上产生电势UH，称为霍尔电势或霍尔电压，这种现象称霍尔效应。
第三章 新型传感器原理及应用
1.气敏传感器主要有什么功能？举一些应用场景。
将检测到的气体成份和浓度转换为电信号。
煤矿瓦斯浓度的检测与报警；煤气泄漏；火灾报警。
2.湿敏传感器有什么功能？由哪几部分组成？
能够感受外界湿度变化，并通过器件材料的物理或化学性质变化，将湿度转化成有用信号。
主要由两个部分组成：湿敏元件和转换电路；还包括一些辅助元件，如辅助电源、温度补偿、输出显示设备等。
3.什么是阻湿特性？什么是正特性湿敏电阻器？什么是负特性湿敏电阻器？
以电阻为例，在规定的工作湿度范围内，湿度传感器的电阻值随环境湿度变化的关系特性曲线，简称阻湿特性。
电阻值随湿度的增加而增大，这种为正特性湿敏电阻器；阻值随着湿度的增加而减小，这种为负特性湿敏电阻器。
4.磁栅分为哪几种？分别有什么作用？磁栅传感器有哪几部分组成？
磁栅可分为长磁栅和圆磁栅。长磁栅主要用于直线位移测量，圆磁栅主要用于角位移测量。磁栅传感器主要由磁尺、磁头和信号处理电路组成。
5.简述磁栅传感器的工作原理。
工作原理是电磁感应原理,当线圈在一个周期性磁体表面附近匀速运动时,线圈上就会产生不断变化的感应电动势。感应电动势的大小,既和线圈的运动度有关,还和磁性体与线圈接触时的磁性大小及变化率有关。根据感应电动势的变化情况,就可获得线圈与磁体相对位置和运动的信息。
5.磁尺上设置两磁头有什么意义？
双磁头是为了识别磁栅的移动方向而设置的。
6.分析光栅传感器的工作原理。
7. 光栅与磁栅进行比较，各有什么特点？
光栅尺——利用光的干涉和衍射原理制作而成的传感器
磁栅尺——利用磁极的原理制作而成的传感器
光栅尺以精度见长，量程较短时性价比高。对周围环境要求较高，使用寿命相对较短。
磁栅尺以精度偏低，但耐水耐油污耐粉尘耐震动性见长，量程较长时性价比高。
第四章 信号的转换与调理
1.信号转换与调理的目的是什么？试具体分析为什么要进行信号转换与调理？
目的：便于信号的传输与处理。
原因：
1）传感器输出信号很微弱，无法直接驱动显示记录仪表（或无法直接进行A/D转换，以便计算机识别），需要进行放大。
2） 传感器输出信号不仅微弱，而且变化缓慢(频率低)，若用交流放大器放大，需要进行调制解调处理。
3）能量控制型传感器输出的是电参量，需要转换成电信号才能进行处理。
4）能量转换型传感器输出的是电信号，但混杂有干扰噪声，需要进行滤波，提高信噪比。
5）传感器输出信号若送给计算机进行分析与处理时，必须进行A/D转换；为了实现远距离传输，必须进行V/I或V/F转换。
2.对于放大器，有哪些性能要求？
开环增益足够大，闭环增益可调；
输入阻抗高(与传感器输出阻抗相匹配)，输出阻抗低；
共模抑制比高；
足够的带宽和转换速率；
漂移小、噪声低
3.什么是调制？什么是解调？调制有哪几种？为什么要调制解调？
所谓调制就是使一个信号的某些参数在另一信号的控制下而发生变化的过程；
最终从已调制波中恢复出调制信号的过程，称为解调；
调制可分为调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）；
目的：解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。
4.采样保持器是如何工作的？
S/H有两种工作方式，一种是采样方式，另一种是保持方式。
在采样方式中，采样-保持器的输出跟随模拟量输入电压变化。在保持状态时，采样-保持器的输出将保持在命令发出时刻的模拟量输入值，直到保持命令撤销（即再度接到采样命令）时为止。此时，采样-保持器的输出重新跟踪输人信号变化，直到下一个保持命令到来为止。
5.滤波器有什么作用？最基本的滤波器有哪几种？
滤波器是一种选频装置，使信号中特定频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分。
最基本的滤波器：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器
6.信号转换电路有什么作用？
信号转换电路用于将各类型的信号进行相互转换，使具有不同输入、输出的器件可以联用。
7.非线性校正方法通常有几种？
开环节式非线性校正法和非线性反馈校正法。
第五章 抗干扰技术
1.什么是信噪比？有何意义？
指信号通道中有用信号功率与噪声功率之比或有用信号电压与噪声电压之比。
在测量过程中应尽量提高信噪比，以减少噪声对测量结果的影响。
2.工业现场的干扰源形式繁多，请列举主要的干扰。
机械干扰、化学及湿度干扰、热干扰、光的干扰、电或磁噪声干扰
3.噪声的耦合方式有哪些？分别什么含义？
静电耦合：静电耦合又称电容耦合，噪声源与被干扰电路之间存在着电容通路。静电耦合是可以通过两根导线之间构成的分布电容窜入系统。两根并排的导线之间会构成分布电容，如印制线路板上印制线路之间、变压器绕线之间都会构成分布电容。
电磁耦合：由于两个电路之间存在互感，使一个电路的电流变化通过互感影响另一个电路。
公共阻抗耦合：在同一系统的电路和电路之间、设备和设备之间总存在着公共阻抗。地线与地之间形成的阻抗为公共阻抗。使一个电路中的电流，通过公共阻抗可以在另一个电路中产生干扰电压。
漏电流耦合：由于绝缘不良，流经绝缘电阻的漏电流所引起的噪声干扰称为漏电流耦合
辐射电磁场耦合：配电线特别是架空配电线都将在辐射电磁场中感应出干扰电势，并通过供电线路侵入检测系统的电子装置，造成干扰。
传导耦合：在信号传输过程中，当导线经过具有噪声的环境时，有用信号就会被噪声污染，并经导线传送到检测系统而造成干扰。
4.说明消除或减弱噪声干扰的主要措施。
（1）消除或抑制干扰源；
（2）破坏干扰途径；
（3）削弱接收回路对干扰的敏感性。
拓展
1.工业上为什么要进行电压-电流转换？
答:在工业现场，由于传感器和仪表之间、仪表和仪表之间的信号传送都采用标准信号，即0~5V直流电压或0~10mA、4~20mA直流电流。当用电压信号传送信号时，传输线会受到噪声的干扰，而且传输线的分布电阻会产生电压降。为了解决这个问题，通常采用电流形式来传输信号，这样我们就需要将电压信号转换成与之成正比的电流信号，即电压—电流转换。
2.涡流是什么？电涡流传感器有什么应用？
置于变化磁场中的块状金属导体或在磁场中作切割磁力线的块状金属导体，则在此块状金属导体内将会产生旋涡状的感应电流的现象。该旋涡状的感应电流称为电涡流，简称涡流。根据电涡流效应原理制成的传感器称为电涡流式传感器。
电涡流传感器的一个典型应用是全自动焊接测试机。测试机用于焊缝质量控制。这里选用电涡流传感器的原因是，只有电涡流原理的传感器能够承受由焊接机器人带来的强大电磁场
3.简述压电效应的原理。
压电效应的原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差（称之为正压电效应)，反之施加电压，则产生机械应力(称为逆压电效应）。如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流。而高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频声信号（机械震动），这就是我们平常所说的超声波信号。
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