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传感器技术简答题

什么是传感器

传感器是一种由敏感元件和转换元件组成的装置,可以感觉到规定的测量,并按照一定的规律转换为可用的输出信号。

传感器的共性是什么?

传感器的共性是利用物理定律或物质的物理、化学或生物特性,将非电量(如位移、速度、加速度、力等)的输入转化为电量输出。

传感器通常由哪些部件组成?

传感器的基本组成分为敏感元件和转换元件,分别完成检测和转换两个基本功能。此外,还需要信号调节和转换电路和辅助电源。

传感器是如何分类的?

传感器可根据输出、输入、工作原理、基本效应、能量转换关系和技术特点进行分类,其中根据输入和工作原理进行分类。

根据传感器的输入量进行分类

位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等传感器按输入量分类。

根据传感器的工作原理进行分类

根据传感器的工作原理(物理定理、物理效应、半导体理论、化学原理等),可分为电阻传感器、电感传感器、电容传感器、压电传感器、磁敏传感器、热电传感器、光电传感器等。

根据传感器的基本效果进行分类

传感器可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。

提高传感器性能的技术途径有哪些?

差异化技术、平均技术、补偿和修正技术、屏蔽、隔离和干扰抑制、稳定性处理。

传感器的静态特性是什么?描述传感器静态特性的主要指标是什么?

传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入、输出关系。静态特性所描述的传感器的输入-输出关系中不含时间变量。

线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性和漂移是衡量传感器静态特性的主要指标。

电阻应变片有哪些类型?各有哪些特点?

常用的电阻应变片有两种:金属电阻应变片和半导体电阻应变片。金属电阻应变片的工作原理主要是基于应变效应导致材料几何尺寸的变化;半导体电阻应变片的工作原理主要是基于半导体材料的压阻效应。

应变电阻传感器测量中差动测量电路的优点分析。

单臂电桥测量电路存在非线性误差,而半桥差动和全桥差动电路无非线性误差。

半桥差动电路的电压输出灵敏度是单臂电桥的两倍。

零点残余电压的原因是什么?如何消除零点残余电压?

零点残余电压的原因:

①传感器两个二次绕组的电气参数和几何尺寸不对称,导致感应电势幅值和相位不同,形成零残余电压的基波;

②由于磁性材料磁化曲线的非线性,产生余电压产生高谐波;

③励磁电压本身含有高次谐波。

消除零点残余电压的方法:①尽可能保证传感器的几何尺寸、线圈电气参数和磁路的对称性;

②采用差动整流电路等适当的测量电路。

如何根据输出电压判断螺线管电感器的位置?

无论两个二次绕组的输出瞬时电压极性如何,流经电容C1的电流方向总是从2端到4端流过电容C2的电流方向总是从6端到8端,所以整流电路的输出电压是U0=U24-U65.

当衔铁位于中间时,U24=U因此,输出电压U0=0;当衔铁位于零位以上时,U24>U68,则U0>0;当衔铁位于零位以下时,就会有U24<U68,U0<0.只能根据U0的符号判断衔铁的位置在零位、零位以上或以下,但不能判断运动的方向。

如何通过相敏检波电路判断位移的大小和方向?

相敏检测电路的原理是通过识别相位来确定位移的方向,即差异变压器输出的振幅波可以输出反映位移大小和位移极性的测量信号。通过相敏检测电路,正位移输出正电压,负位移输出负电压,电压值表示位移大小,正负电压表示位移方向。

压电效应是什么?逆压电效应是什么?

①正压电效应是在某些电介质沿一定方向施加外力使其变形时,其内部会产生极化致电荷聚集。

②当交流电压添加到片状压电材料的两个电极表面时,压电片会产生机械振动,即压电片在电极方向上的伸缩变形。压电材料的这种现象称为电致伸缩效应,也称为逆压效应。

石英晶体的压电效应原理

石英晶体的化学成分是siO2.它是一种理想形状的单晶结构六角锥体。石英晶体是一种具有不同物理特性的各向异性材料x、y、z轴来描述。

z轴:是通过锥顶的轴,是纵向轴,称为光轴,沿这个方向受力不会产生压电效应。

x轴:通过六面体的楞线并垂直于z轴的轴为x轴,称为电轴,沿该方向受力产生的压电效应称为纵向压电效应。

y轴:与x、z轴同时垂直y轴,称为机械轴。压电效应称为横向压电效应。

当石英晶体沿一定方向受到外力变形时,由于内部电极化,两个表面产生相反的电荷。当外力被移除时,它将恢复到无电状态;当力方向发生变化时,电荷的极性就会发生变化。晶体力产生的电荷的外力大小成正比。这种现象被称为正压电效应。相反,如果石英晶体施加一定的变电场,晶体本身就会产生机械变形,外部电场撤离,变形也会消失,称为反压电效应。

热电偶的工作原理是什么?

热电偶温度测量的基本原理:热电偶温度测量是基于热电效应的基本原理。根据热电效应,如果两个不同的导体或半导体组成的闭合电路分别放置在不同温度的热源中,则在一定条件下产生的热电势与被测温度之间的单值函数关系。因此,我们只需要测量热电势值,就可以间接获得被测温度。

中间导体定律、中间温度定律、标准导体定律、均质导体定律是什么?

①中间导体定律

热电偶测温时,若在回路中插入中间导体,只要中间导体两端的温度相同,则对热电偶回路总的热电势不产生影响。在用热电偶测温时,连接导线及显示仪表等均可看成中间导体。

②中温定律

热电偶由任何两种均匀材料组成,热端为t,冷端为t0时热电等于热电偶热端t冷端为tc热电势和统一热电偶热端为tc,冷端为t0时热电势代数和。

应用:热电偶冷端不为0°C中间温度定律可以修正。

当热电偶长度不足时,可根据中间温度定律选择适当的补偿线路。

③标准电极定律

如果A、B两种导体分别是第三种导体C由这两个导体组成的热电偶产生的热电动势已知A、B热电偶产生的热电势是

EAB(t,t0)=EAC(t,t0)-EBC(t,t0)

实用价值:热电偶的选择可以大大简化。在实际工作中,只要热电极与标准铂电极匹配的热电位,热电偶的热电位就可以从上部获得,而无需逐一测量。

④均质导体定律

如果两个热电极的材料相同,无论两个接头的温度是否相同,热电偶电路中的总热电势为0.

均质导体定律有助于检验两种热电极材料的成分是否相同,热电极材料的均匀性。

热电阻的特点是什么?

热电阻温度测量的基本原理:热电阻温度测量是基于热效应的基本原理。所谓的热效应是金属导体的电阻值随着温度的升高而增加或减少的现象。因此,我们可以间接测量金属导体电阻的变化。

三线制和四线制接法在热电阻测量中的原理及其不同特点。

热阻常用的引线方式主要有:两线制、三线制和四线制。

两线系统的特点是结构简单,成本低,但导线电阻及其变化会带来额外的误差。主要适用于导线短、测量精度低的场合。

三线制的特点可以更好地降低引线电阻的影响。主要用于大多数工业测量场合。

四线制的特点是精度高,能完成全消除引线电阻对测量的影响。主要适用于实验室等高精度测量场合。

什么是光电效应、内光电效应。外光电效应?这些光电效应的典型光电器件各自有哪些?

光照射到物体上使物体发射电子,或电导率发生变化,或产生光生电动势等,这些因光照引起物体电学特性改变的现象称为光电效应。

当光照射到金属或金属氧化物的光电材料上时,光子的能量传给光电材料表面的电子,如果入射到表面的光能使电子获得足够的能量,电子会克服正离子对它的吸引力,脱离材料表面进入外界空间,这种现象称为外光电效应。根据外光电效应制作的光电器件有光电管和光电倍增管。

内光电效应是指物体受到光照后所产生的光电子只在物体内部运动,而不会溢出物体的现象。内光电效应多发生在半导体内,可分为因光照引起半导体电阻率变化的光电导效应和因光照产生电动势的光生伏特效应两种。

光电导效应是指物体在入射光能量的激发下,其内部产生光生载流子,使物体中载流子数量显著增加而电阻减少的现象。基于光电导效应的光电器件有光敏电阻。

光生伏特效应是指光照在半导体中激发出的光电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象,是将光能变为电能的一种效应。基于光生伏特效应的光电器件典型的有光电池;此外,光敏二极管、光敏晶体管也是基于光生伏特效应的光电器件。

试分析微波传感器的主要组成及其各自的功能

微波传感器的组成主要包括三个部分:微波发生器(或称微波振荡器)、微波天线及微波检测器。

微波发生器

微波发生器是产生微波的装置。由于微波波长很短、频率很高(300MHZ~300GHZ),要求震荡回路有非常小的电感与电容,故不能采用普通的晶体管构成微波振荡器,而是采用速调管、磁控管或某些固态元件构成。小型微波振荡器也可采用体效应管。

微波发生器产生的震荡信号需要用波导管传输。

微波天线

微波天线是用于将经振荡器产生的微波信号发射出去的装置。为了保证发射出去的微波信号具有最大的能量输出和一致的方向性,要求微波天线有特殊的结构和形状,常用的天线包括喇叭形、抛物面性等。前者在波导管与敞开的空间之间起匹配作用,有利于获得最大能量输出;后者类似凹面镜产生平行光,有利于改善微波发射的方向性。

微波检测器

微波检测器是用于探测微波信号的装置。微波在传播过程中表现为空间电场的微小变化,因此使用电流-电压呈非线性的电子元件,根据工作频率的不同,有多种电子元件可供选择,但都要求他们在工作频率范围内有足够快的相应速度。

电阻应变片温度误差产生的原因及补偿方法。

电阻应变片产生温度误差的原因:当测量现场环境温度变化时,由于敏感栅温度系数及栅丝与试件膨胀系数之差异性而给测量带来了附加误差。

电阻应变片的温度补偿方法:通常有线路补偿法和应变片自补偿两大类。

1)电桥补偿是最常用的且效果较好的线路补偿法。电桥补偿法简单易行,而且能在较大的温度范围内补偿,但上面的四个条件不一定满足,尤其是两个应变片很难处于同一温度场。

2)应变片的自补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片。

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