现代传感技术

现代传感技术在信息科学中的地位

人类通过大自然发出的信息了解物质世界的属性和规律。获取与诠释这种信息的能力，使人们能够理解宇宙。信息是人类科学活动的基础，在自然科学与工程技术领域，学科的前沿常常止步于难以获取信息的地方。

信息既不是物质，也不是能量。在物理学家眼中，信息是一种负熵。它们以物质和能量作为载体，人们通过对物质和能量特征差异性的研究得以了解它们。

自然界的许多种物质运动变化，能够通过不同途径直接或间接引起相应电学量的变化，人们通过对相应电荷、电流、电压、电阻、电容、电感、介电常数、导磁率、磁场、磁阻、电信号频率或相移、电脉冲信号的时间间隔或时序变化等等参数的测量，可以获得所关心的自然信息，有效地拓展了人类可能认知的自然信息范围。由于电信号能够以极高的速度沿着导线或通过电磁波传播，空间距离从此不再成为获取自然信息的障碍，人类获取自然信息的活动可以到达宇宙空间、大洋深处、原子内部。自然信息转换为电信号之后，可以与各种信号传输、处理系统衔接，构成具有多种功能的反馈控制系统，使以人为主体的多种操作控制系统发展成为由信息获得装置、信号传输处理系统和执行机构共同组成的各类自动化系统，深刻地改变人类在物质资料生产过程和其他许多领域中的活动方式。

20世纪电子学的诞生进一步增强了人们通过电信号获取自然信息的能力。电子学系统可以充分放大微弱的电信号，能够在背景噪声中识别所需要的信息，使人们能够观测自然现象的细微变化和差异，甚至能够获得单个电子或光子的信息。电子学改变了人们通过感觉器官识别电信号的方式，人们可以通过电子束产生的图像，发光二极管、液晶或等离子体辉光构成的数字，以及计算机控制的打印机获得清晰丰富的自然信息，克服了19世纪指针式仪表许多固有的缺陷。此外，许多电子器件本身可以成为获取自然信息的器件，例如半导体霍尔元件可以对磁场和电流做出反应，CCD电荷耦合器件能够以极高的分辨率识别快速变化的光信号，对还原性气体敏感的掺杂SnO2多晶半导体可以发现空气中微量的可燃气体，等等。光电子学提供的多种光敏器件能够非常方便地使光学信息转换成电学量，进一步扩大了通过电学手段获取自然信息的能力。

电子学使人们能够非常方便地利用波与物质的相互作用，通过分析物体发射的各种波的特性获取自然信息。利用电子学手段很容易激发产生用于获取信息所需要的电磁波、超声波和激光，也很容易探测波产生的各种效应。以这种方式获取自然信息，不会扰动被观测对象本身的运动状态，很少消耗被测系统的能量，信息真实度高，没有滞后，可以实现不接触测量。根据波束在不同路径中的传播时间，可以在多种空间尺度下获得物体的三维坐标信息，依据波束被散射或反射之后引起的频率变化，可以获得物体运动的速度信息。化学、核科学和生命科学的进展，不断创造使非电量和非光学参数转换为电量或光学参数的新方法，使很多从前无法获取的信息进入人们的视野。进入20世纪时，人类已经能够获取电量、发光强度和放射性的信息，7个基本物理量以及它们的衍生参数都可测量和计量。

基于物理学与相关自然科学的进展，通过电学手段或光学途径获取自然信息已经成为普遍采用的有效方法，人们泛指那些能够使自然信息转换成相应电信

号或光信号的器件或装置为“传感器（Sensor）”，“传感器”已经成为人们获取自然信息的重要手段。

从理论上讲，自然界中存在的各种物质运动变化的因果关系，都可以作为设计传感器的依据。然而，作为实用的器件，传感器应该满足一些必需的条件：输出信号与被测对象之间具有唯一确定的因果关系，输出信号是被测对象参数的单值函数；输出信号具有尽可能宽的动态范围和良好的响应特性；输出信号具有足够高的分辨率，可以获得被测对象微小变化的信息；输出信号具有比较高的信号噪声比；对被测对象的扰动尽可能小，尽可能不消耗被测系统的能量，不改变被测系统原有的状态；输出信号能够与电子学系统或光学系统匹配，适于传输和处理；性能稳定，不受非测量参数因素的影响；便于加工制造；在许多情况下要求同一种传感器具有相同的特性，即具有可互换性。

在现代社会，获取自然信息已经成为几乎所有自然科学与工程技术领域共同的需求。随着人类活动领域的扩大和探索过程的深化，传感器已经成为基础科学研究与现代技术相互融合的新领域，它汇集和包容多种学科的成果，成为人类探索活动最活跃的部分之一。现代传感器的发展趋势充分体现出这些特点。自然科学基础研究的新成果不断丰富传感器的设计思想，使传感器的探测对象范围扩大，不断超越经典传感器的技术局限，获取更多的信息；不同学科领域的交叉融合，加深了人们对更加复杂的自然现象因果关系的理解，通过多重参数转换获取信息，导致新的传感器出现；传感器探测的空间尺度同时向微观和宏观延伸；传感器的探测阈值降低，动态范围扩大，信噪比提高；仿生传感器引起人们更多的关注；微电子技术和微处理器融人传感器设计，使传感器微型化、智能化；新的材料和工艺使经典传感器出现新的技术特征，等等。

在现代信息科学技术中，传感器属于信息获得范畴，它与现代通信系统和信息处理系统共同构成现代信息科学技术的三大基石。在信息时代早期，人们主要关注人类社会自身活动信息（文字、图像、声音和数据）的传输和处理，传感器的发展居于次要地位。在相当长的一段时期，它们仅仅被当作是一类为专用设备配套的器件。随着工业、军事、医学和自然科学研究的进展，在越来越多的重要领域，传感器成为制约其发展的关键，在世纪之交引起了世界范围的广泛关注。1991年3月，美国总统办公厅指定的“国家关键技术委员会”曾经向当时的布什总统提交报告，列举了22项对美国国家经济繁荣和国防安全至为重要的关键技术，其中第14项即为传感器技术。美国五角大楼国防研究与工程局吸取海湾战争中以美国为首的多国部队速战速决的经验，以及有感于20年内杀伤性武器如弹道导弹、巡航导弹、化学武器、生物武器和核弹等迅速扩散对美国构成的威胁，制定了“国防关键技术计划”，以确保美国武器装备的优势。计划规定在1992～1997年间，重点研究和开发21项关键性技术，第一项就是传感器技术。与此同时，日本和德国把传感器技术产业列为21世纪上半期直接影响经济发展的带头产业，希望以传感器技术带动和推进一系列新兴产业，在工业、医学、军事技术和自然科学研究方面取得持久的技术优势，在高技术世界市场占有尽可能大的份额。

获取新的科学信息、发现自然规律，是科学研究永恒的主题。近代科学诞生之后的200年间，物理学已经形成了自身的传统，任何理论都必须接受实验的检验，理论导出的结果必须与人们用科学手段获得的自然信息一致，准确的自然信息在科学发展中起着决定性作用。

人类活动每迈出新的一步，都会面临获取自然信息的新问题。在自然科学

和工程技术领域前沿工作的人们，随时关注着新的科学发现和技术发明，以创造性的智慧努力使它们用于获取更多的信息。

步入20世纪之后，人类获取自然信息的方式发生了微妙的变化。科学家不再满足于被动地观察分析自然界已有的信息，更喜欢创造自然界不曾有过的环境和条件，使大自然泄露自己的秘密。这种“强迫”大自然产生信息的做法，常常能够获得意外的收获，甚至成为推动学科前进的主要方法。

1930年，德国物理学家泡利（1900～1958）提出了中微子的概念，可以满意地解释β衰变时β电子能量连续分布的难题。他提出：“原子核中可能存在一种自旋为1／2，服从不相容原理的电中性粒子。”他推断β衰变中失踪的能量有可能是这种察觉不到的电中性粒子带走的。1934年，科学家曾经计算过，要把放射性核在β衰变中产生的中微子阻留在液氢中，需要厚度为1000光年的液氢。

面对这种无法研究的问题，1953年，在美国洛斯阿拉莫斯实验室的莱因斯提出，利用核反应堆大通量辐射产生强中微子流，使单粒子长程小概率事件转换为粒子群短程高概率事件，亿亿个中微子通过1m厚的物质有可能被截留。他们用含氯化镉的400L水作靶，通过闪烁计数器观察到相距1μs先后出现的两个光子。第一个光子是中微子在水中与质子碰撞产生的正电子与电子相遇湮灭产生的，第2个光子是中微子与质子碰撞产生的中子被镉吸收后产生的。它们出现的时序关系与理论计算符合，人类第一次通过实验证实电子中微子的存在。

根据自然界物质形态的微小差异，人们发明了确定古代生命活动时间坐标的方法。20世纪中期，美国化学家利比教授发现，地球大气圈CO2中存在着一定比例碳的同位素C14，它的原子核由6个质子和8个中子构成，这种同位素半衰期为5700年。大气圈中的氮原子在宇宙辐射的作用下，部分原子核中1个中子发生正β衰变，由N14变成C14，它的化学性质与C12相同。当宇宙辐射产生的C14和自身的衰变达到平衡时，C12与C14保持恒定的比例。大气圈中CO2是构成食物链最基础的成份，通过光合作用，植物使CO2和H2O变成有机质，成为植物自身的组分和食草动物的食料，食草动物又是食肉动物的食料。一切活着的生物体内C14和C12比例与大气圈中CO2中的比例相同。当生物死亡之后，大气圈中CO2中的C不再进入机体，这种平衡被打破，只存在单纯的C14衰变过程，C14含量按指数规律递减，每过5700年C14含量减少一半。根据考古学家获得的古代生物遗存（包括古代火的灰烬中的炭粒）中C14和C12的比例，可以直接判定样品生物死亡的时间。这项发明已经成为考古学（特别是史前考古）广泛采用的断代方法，有助于人们了解自己祖先真实的历史轨迹。

1957年，德国物理学家穆斯堡尔（1927—）发现了γ射线无反冲共振吸收现象，称为穆斯堡尔效应。利用这种效应，可以精确测定核能级，研究核外电子和晶格在原子核所在处的电磁场对核能级的影响，可以由核能级的细微变化了解物质的微观结构，在固体物理、化学、地质学、材料科学中获得广泛的应用。爱因斯坦在1915年提出广义相对论之后，很多人希望在地球上验证它的正确性。如果广义相对论是正确的，在地球重力场作用下γ射线的频率将会发生变化。1959年，美国科学家庞德和雷布卡设计了在地球表面上观测引力红移的实验。他们应用穆斯堡尔效应以极高的精度测出钻57γ放射源在22.6m高塔上产生的频率偏移为 2.57×10－15，与广义相对论预言的引力红移理论值仅相差5％，1965年改进实验方法后，差值减小到1％以下，人们在地球上通过实验验证了广义相对论。

1947年，科学家在电子同步加速器中第一次发现了接近光速的带电粒子改变运动方向的时候以光辐射的方式丢失能量。光子能量与带电粒子能量的3次方成正比，与曲率半径成反比。这种辐射是一种高偏振度、高亮度、有特定时间结构、波长可以连续变化的洁净光源，它的频率范围可以从远红外到X射线。

人们通过光获取信息，经历了自然光—电光源—X光—激光四个阶段，同步辐射与之相比具有一系列新的特点：极高的光子通量，可以在10－12s内取得丰富的物质结构信息；可以随意连续改变频谱，使光子能量与不同研究对象的能谱匹配，产生所需要的共振吸收和激发态；没有灯丝和吸收材料产生的光污染。

可以用同步辐射模拟地球内部下地幔处的温度与压力环境，获得地球深处人类无法涉及的信息；它既可以作为光源也可以作为能源，在改变实验对象物性的过程中实时获取物质结构信息，通过“可视”过程制造极端条件下出现的新材料（例如在爆炸过程中合成具有预定晶型的金刚石）；还可以对各类有机物大分子、蛋白质进行高效快速分析。利用目前运行的同步辐射光源对胰岛素蛋白质作晶体结构分析只需要几秒钟，而中国科学家在数十年前刚刚合成牛胰岛素时，进行蛋白质晶体结构分析需要用几个月。同步辐射已经成为当代获取物质结构信息最重要的手段之一，在同步加速器中产生的自由电子激光将进一步拓展这种新光源的应用领域，使人们取得更多的科学信息。

一位幽默的经济学家说过：“世上没有垃圾，只有放错地方的财富。”宇宙间没有无用的信息，信息的价值取决于选择和理解信息的能力，人们不仅通过精心设计的实验产生自然界中难得一见的科学信息，也关注那些似乎没有意义的信息，发掘它们的价值。

人们发现任何电阻都存在着由于热运动引起的固有噪声，噪声电压均方根值与信号带宽、电阻值和绝对温度之间有确定的关系。从而利用它通过测量噪声电平产生温度信息，可以对温度进行绝对测量。

当人们发现通过光纤传输信号的时候，环境温度的变化、轻微的振动或铺设环境存在着应力应变，都会损害通信质量，启发人们利用光纤本身作为产生信号的途径。人们设计出对外界因素十分敏感的光纤，通过光纤折射率、传播模式或传输系数的变化产生人们关注的信息，在强电磁干扰环境中，这种方法具有突出的优点。

大约20年前，几位中国科学家使咽口水的声音成为科学信息，发明了一种早期诊断食道癌的方法。他们注意到，每个人在吞咽一口水的时候，都会先后发出两次轻微的声音。第一次是水通过咽喉进入食道的时候，第二次是水流经过贲门进入胃的时候。这是由于水和空气混合进入截面积变化的管道时发生的两相流共振现象。记录和分析这两次发出的声音，可以产生重要的生理、病理信息。例如食道中段有占位性病变，食管变窄，水流速度减慢，两次声音之间的间隔加长。如果占位性病变出现在食道上段或下段，两次发声的特征会产生特异的变化。通过健康人群的背景信息研究和典型病例声音信号特征分析，可以迅速得到初步诊断结果，使食道癌的普查成为可能。

人们制造石英晶体谐振器的时候，要剔除那些晶片或电极镀层过厚的产品，因为它们会降低谐振频率，使产品偏离技术标准。有时，人们有意通过石英晶体谐振频率的变化获取信息。20世纪90年代，我国台湾曾经有一个有趣的实例。科学家发现牛蛙对某种有害气体（高分子有机物）异常敏感，他们分离出牛蛙嗅觉神经细胞的纯净蛋白质，发现它会强烈地吸附这种有害气体。把这种蛋白质做成浆料分别涂敷在两个谐振频率相同石英晶体表面上，其中1个晶体密封在纯净

的空气中，另1个与监测环境大气相通。当被检测的有害气体出现在环境大气中时，由于牛蛙神经蛋白质膜吸附这种气体，使其质量增加，晶体诣振频率改变。采用高精度频差检测电路，标定石英晶体谐振频率变化量与待测气体浓度的对应关系，以此获得待测气体的相关信息。

探索者获取自然信息的努力已经取得了丰硕的成果，仍然不能满足人类渴望了解世界的需求。人们每次获得新的科学信息之后，都会发现自己面对着更广阔的未知世界。

到目前为止，人们还没有获得关于构成宇宙中90％以上质量的暗物质的任何信息；人们进行过无数次实验，至今没有获得关于引力波的满意信息；宇宙大爆炸产生的反物质至今下落不明。

在许多医院里，人们主要使用1903年荷兰人埃因霍温（1860～1927）发明的心电图机通过心电信号了解人体心脏的功能，可是许多患者因心脏病离开人世之前，心电信号仍然一直显示“正常”；大多数医院一直使用伦琴（1845～1923）在1895年发现的X光透视检查诊断肿瘤，往往在发现的时候已经到中晚期。因为许多恶性肿瘤早期不会引起器官组织形态或密度变化，对x光的吸收特性不产生异常影响，没有任何影像学诊断的特征；脑科学探索长期停留在心理学研究水平上，很难发现与思维过程直接相关的物质运动信息。

人们对地球的了解，仅仅限于地壳表面不足10km的薄层，不及地球半径的1／500。目前获得的关于地球的信息只能勉强应付人们开采浅层矿藏和土建活动的需要，对地壳更深的地方，对地幔和地核都知之甚少；人们不清楚产生地震的机制，更不清楚地球演变历程中地球磁极多次倒转的原因；生命的起源至今仍然是一个谜，它的谜底需要充足的科学信息才能揭开。

人类自身是宇宙的一部分，是生命演进历程中出现的一个新物种。向往探索宇宙与生命的奥秘，本身就是诗意的壮举。人类诞生以来，探寻的目光从来没有离开过浩瀚的未知世界，从来不曾停下迈向未来的脚步。蓦然回首，每次都会发现走过的地方世界变得清晰了许多。

《测试与传感技术》习题库(建议收藏保存)

一、单选题（每题2分，共20道小题，总分值40分） 1. 常用于对调幅波解调的装置是( ) （2分） A乘法器 B滤波器 C鉴频器 D相敏检波器 纠错 正确答案D 解析 知识点 测试与传感技术作业题 2. 无论二阶系统的阻尼比ξ如何变化，当它所受的激振力频率与系统固有频率相等时，该系统的位移响应与激振力之间的相位差必为( ) （2分） A 0° B 90° C 180° D不定值 纠错 正确答案B 解析 知识点 测试与传感技术作业题 3. 按照依据的基准线不同，下面那种线性度是最常用的（） （2分） A理论线性度 B端基线性度 C独立线性度 D最小二乘法线性度 纠错 正确答案D 解析 知识点 测试与传感技术作业题 4. 属于传感器动态特性指标的是（） （2分） A重复性____ B线性度 C灵敏度

纠错 正确答案D 解析 知识点 测试与传感技术作业题 5. 下列哪一项不是半导体应变计的主要优点（） （2分） A耗电省 B灵敏度高 C准确度高 D体积小 纠错 正确答案C 解析 知识点 测试与传感技术作业题 6. 周期信号的自相关函数必为（） （2分） A周期偶函数 B非周期偶函数 C周期奇函数 D非周期奇函数 纠错 正确答案B 解析 知识点 测试与传感技术作业题 7. 下面的哪些传感器不属于内光电传感器（） （2分） A光电管 B光电池 C光敏电阻 D光电二/三极管 纠错 正确答案A 解析 知识点 测试与传感技术作业题 8. 差动变压器式电感传感器是把被测位移量转换成( )的变化装置，通过这一转换从而获得相应

（2分） A线圈自感 B线圈互感 CLC调谐振荡 DRC调谐振荡 纠错 正确答案B 解析 知识点 测试与传感技术作业题 9. 信号传输过程中，产生干扰的原因是( ) （2分） A信号是缓变的 B信号是快变的 C干扰的耦合通道 D信号是交流的 纠错 正确答案C 解析 知识点 测试与传感技术作业题 10. 数字信号的特征是( ) （2分） A时间上连续幅值上离散 B时间上离散幅值上连续 C时间上和幅值上都连续 D时间上和幅值上都离散 纠错 正确答案D 解析 知识点 测试与传感技术作业题 11. 按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（）（2分） A光电式传感器 B电容式传感器 C压电式传感器 D磁电式传感器 纠错 正确答案A

《现代传感技术》复习要点

4.1 应变效应和应变式传感器 何为电阻应变效应？电阻丝阻值公式，由哪些参数决定？ 电阻丝灵敏度系数由哪两部分构成？与电阻丝材质的关系？ 温度如何影响应力传感器的输出电阻？

应力传感器的温度补偿方法有哪些？ 常用的温度补偿方法有三种： 1) 桥路补偿法，它主要是通过贴片和接桥方法消除温度的影响，补偿原理和方法将在后文中详细介绍； 2) 应变片的自补偿，它是从电阻应变片的敏感栅材料及制造工艺上采取措施，使应变片在一定的温度范围内满足的0)(21=++ββα S 关系； 3) 热敏电阻法，利用热敏电阻的特性和选择合适的分流电阻达到温度补偿的目的。 电阻应变式传感器在设计过程中，应该考虑哪些问题？ 1） 结构简单。 2） 有很好的刚性。 3） 结构的整体性。 4） 对作用力位置的变化和干扰力的影响不敏感。 5） 弹性元件有效工作区应有良好的线性。 6） 弹性元件有效工作区应具有最大应变值。 7） 工作区的最佳额定应变值。 8） 弹性元件工作区的工艺性能好。 9） 弹性元件自身具有过载保护能力或便于设置过载保护装置。 10） 安装方便，互换性好。 常用应变式传感器的工作原理。 在测力传感器中有一个弹性元件，利用它可把被测力的变化转换成应变量的变化，由于弹性元件上粘贴有应变片，因此可把应变量的变化转换成应变片电阻的变化。 4.2 电容、电感式传感器 电容式传感器的工作原理。电容的公式，由哪些参数决定？ 电容式传感器是将被测量(如位移、压力等)的变化转换成电容量变化的一种传感器。 电容式传感器实质上就是一个可变参数的电容器。由物理学可知，两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为： A C εδ= 若A 、δ或ε任一参数发生变化，电容C 也随之变化。在交流电路中， 电容C 的变化改变了容抗X C ，从而使输出电流或电压发生变化。 常见电容式传感器的类型及其工作原理。 变极距式：动极板因测量值变化极板间距改变 变面积式：受到外力作用相对面积改变 差动结构的优点有哪些？

现代传感器应用技术论文

《检测与转换技术》结课论文 班级：电力系统8班 学号：13230801 姓名：白智扬

现代传感器应用技术 传感器技术是现代科技的前沿技术，是现代信息技术的三大支柱之一，其水平高低是衡量一个国家科技发展水平的重要标志之一。传感器产业也是国内外公认的具有发展前途的高技术产业，它以其技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人瞩目。改革开放20多年来，我国的传感器技术及其产业取得了长足进步，主要表现在：一是建立了“传感技术国家重点实验室”、“微米/纳米国家重点实验室”、“国家传感技术工程中心”等研究开发基地；二是MEMS、MOEMS等研究项目列入了国家高新技术发展重点；三是在“九五”国家重点科技攻关项目中，传感器技术研究取得了51个品种86个规格的新产品；四是初步建立了敏感元件与传感器产业，2000年总产量超过13亿只，品种规格已有近6000种，并已在国民经济各部门和国防建设中得到一定应用。因为传感器所涉及的内容很多，而我所学的知识有有限，所以本文仅就电感式传感器的原理及应用做一下简单的介绍。电感式传感器（inductance type transducer）是利用电磁感应把被测的物理量如位移，压力，流量，振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。 电感式传感器具有以下优缺点： （1）结构简单，传感器无活动电触点，因此工作可靠寿命长。 （2）灵敏度和分辨力高，能测出0.01微米的位移变化。传感器的输出信号强，电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出。 （3）线性度和重复性都比较好，在一定位移范围（几十微米至数毫米）内，传感器非线性误差可达0.05%~0.1%。同时，这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，它在工业自动控制系统中广泛被采用。但不足的是，它有频率响应较低，不宜快速动态测控等缺点。 电感式传感器种类很多，常见的有自感式，互感式和涡流式三种。因为知识水平有限，本文主要对自感式和电感式传感器做一个详细的介绍。 1.1自感式传感器的工作原理：

测试与传感技术作业三答案

测试与传感技术作业三答案 测试与传感技术作业三答案 一、单项选择题（每题2分，共20分） 1、在光的作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，引起物体电阻率 的变化，这种现象称为（ D ） A磁电效应 B声光效应 C光生伏特效应 D光电导效应 2、码盘式传感器是建立在编 码器的基础上的，它能够将角度转换为数字编码，是一种数字式的传感器。码盘按结构可 以分为接触式、光电式和（ C ）三种。 A变电式 B磁电式 C电磁式 D感应同步器 3、利用测量仪表指针相对于刻度初始点的位移来决定被测量的方法称为（ C ） A 零位式测量 B 微差式测量 C 偏差式测量 D 直接测量 4、（ C ）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 5、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（ C ）测量方法。 A、微差式 B、零位式 C、偏差式 D、零点式 6、时域阶跃响应法和频率响应法是研究传感器的（ A ）的方法。 A 动态特性 B 静 态特性 C 灵敏性 D 迟滞性 7.将电阻应变片贴在( C )上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。 A.质量块 A.上升 B.导体 C.弹性元件 D.机器组件 D.归零 D.电阻值 8.半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率( B ) B.迅速下降 C.保持不变 B.体积大小 C.结构参数 9结构型传感器是依靠传感器( C )的变化实现信号变换的。 A.材料物理特性 10.阻抗头是测量振动系统( D )的拾振器。

A.振动位移 B.振动加速度 C.激振力 D.激振力及其响应 二、填空题（每题3分，共30分） 1.如果仅仅检测是否与对象物体接触，可使用ON-OFF型微动开关作为传感器。 2．码盘式传感器是建立在编码器的基础上的，它能够将角度转换为数字编码，是一种数 字式的传感器。码盘按结构可以分为接触式、_光电式_和_电磁式__三种。 3．应变片的选择包括类型的选择、材料的选用、___阻值的选择___、__尺寸的选择 ___等。 4.有源滤波器由集成运放和___ RC网络____组成。 5.采用__交流_____电源供电的电桥称为交流电桥。 6.多路模拟开关由__地址译码器_____和多路双向模拟开关组成。 7.为了提高检测系统的分辨率，需要对磁栅、容栅等大位移测量传感器输出信号进行 ___细分____。 8.若随机信号x(t)、y(t)的均值都为零，当τ→∞时，它们的互相关函数 Rxy(τ)=_____0__。 9．若测量系统无接地点时，屏蔽导体应连接到信号源的对地低阻抗端(或接地端) 10．交流电桥各桥臂的复阻抗分别为Z1，Z2，Z3，Z4，各阻抗的相位角分别为 ?1、?2、?3、?4，若电桥平衡条件为Z1/Z4=Z2/Z3，那么相位平衡条件应为 ?1+?3=?2+?4 。 三、问答题（每小题5分，共20分） 1.简述两类扭矩的测量原理及举例说明相应的扭矩传感器。 答：1)轴类零件受扭矩作用时，在其表面产生切应变，可通过测量该应变检测扭矩， 如电阻应变式扭矩传感器。2)弹性转轴受扭后，两端面的相对转角只与所承受的扭矩有关，且呈比例关系，可通过测量扭转角测量扭矩，如电容式或光电式扭矩传感器。 2、简述应变片在弹性元件上的布置原则，及哪几种电桥接法具有温度补偿作用。答：布置原则有：(1)贴在应变最敏感部位，使其灵敏度最佳； (2)在复合载荷下测量，能消 除相互干扰； (3)考虑温度补偿作用；单臂电桥无温度补偿作用，差动和全桥方式具有温 度补偿作用。 3.涡流式传感器测量位移与其它位移传感器比较，其主要优点是什么?涡流传感

测试与传感技术试题

测试与传感技术试题及答案 一、埴空题[每空2分．共26分） 1．铁磁材料在外力的作用下，内部产生应变，从而产生应力，导致各磁畴间的界限发生移 动，各个磁畴的磁化强度矢量转动，破坏了平衡状态，使材料的总磁化强度随之发生变化，这种 现象称为——。 2．用于检测的超声波换能器有——、磁致伸缩型、电磁型、有振板型和弹性 表面波型等。 3．当有电流流过两个不同导体的连接处时，此处便吸收或放出热量(取决于电流的方向)，这种现象叫做——· 4．在自动化探伤中，声源和工件之间有相对运动，由缺陷反射回来的超声波的频率将与声源发射超声波的频率有所不同，这种现象即为———兰——，由此效应引起的频率变化称为——。 5．应变片由——、——及覆盖片三部分组成。 ——两头焊有引出线，作连接测量导线用。 6．传感器在正(输人量增大)反(输入量减小)行程中输出输入曲线不重合称为 ——，它一般由实验方法测得。 7．某些晶体沿着一定方向受到外力作用时，内部会产生极化现象，同时在某两个表面上产 生大小相等符号相反的电荷；当外力去掉后，又恢复到不带电状态；当作用力方向改变时，电荷 的极性也随着改变：晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象叫 。反之，如对晶体施加电场，晶体将在一定方向上产生机械变形；当外加电 场撤去后，该变形也随之消失。这种现象称为——，也称作电致伸缩效应。 8．超声波探伤作为无损探伤的主要手段，在工业检测中应用十分广泛，常用的超声波探伤

方法有共振法、——和脉冲反射法等。 9．电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这一现象叫做 二、选择题：选择正确的答案，将其对应的字母填入横线处。(每空2 分，共26分) 1．声波在介质中传播的速度称为声速。对于不同波型的超声波，其传播速度—— A．不同B．相同 C成线性关系D．纵波的声速约是横波的一半 2．．是测试系统的第一个环节，将被测系统或过程中需要观测的信息转化为人们 所熟悉的各种信号。 A 敏感元件B．转换元件 C传感器D．被测量 3．当超声波在一种介质中传播到界面或遇到另一种介质时，若其方向不垂直于界面，将产生声波的反射、折剔·及——现象。 A．表面波B．兰姆波 C驻波D波型转换 4．利用——制成的光电举件有光敏二极管、光敏三极管和光电池等：利用——可 制成半导体光敏电阻；利用——制成的光电铝件有真空光电管、充气光电管和光电倍增管。 A压电效应B．外光电效应 C磁电效应D．声光效应 E．光生伏特效应F．光电导效应 5．为了消除应变片的温度误差，可采用的温度补偿措施包括：——、——和

现代传感技术复习思考题

现代传感技术复习思考题 1.传感器的基本概念是什么？一般情况下由哪几部分组成？ 答：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，转换元件和转换电路组成。 2.传感器有几种分类形式，各种分类之间有什么不同？ 答：根据传感器的工作机理（包括物理，化学，生物传感器等）；根据传感器的构成原理（结构型，物性型传感器）；根据传感器的能量转换情况（能量控制，能量转换传感器）。 3.举例说明结构型传感器与物性型传感器的区别。 答：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。物理学中的定律一般是以方程式给出的。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。 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。定律、法则大多数是以物质本身的常数形式给出。这些常数的大小，决定了传感器的主要性能。 4.电阻传感器（应变式（电位器式）、热电式、光电式）工作原 理、测量电路及应用。 答：基本原理是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路而最后显示被测量值的变化。 电位器式（应变式）：工作原理是将物体的位移转换为电阻的变化。测量电路即为桥式电路。主要用于测量压力、高度、加速度、航面角

等各种参数。 热电式：通过温度的变化转换为电压的变化，接入测量电路。主要用于测温装置。 光电式：通过被测量的变化转换为光信号的变化最后转换为电信号的变化。应用：能转换成光量变化的其他非电量。 5.电容传感器、电感传感器工作原理、测量电路及应用。（差动 机构）。 6.压电式传感器工作原理、测量电路及应用。 7.磁电式传感器（霍尔传感器、变磁阻式传感器）工作原理、测 量电路及应用。 8.热电偶工作原理、测量电路及应用。 9.光电传感器工作原理、测量电路及应用。 10.光栅的工作原理、测量电路及应用。 11.传感器与传感技术概念有什么不同？ 答：传感器是获取信息的工具。传感器技术是关于传感器设计、制造及应用的综合技术。

现代传感技术第三章课后习题答案

思考题 1.传感器一般包括哪些部分，各部分的作用是什么？ 答：1、敏感元件：直接感受被测量，以确定的关系输出某一物理量（包括电学量）。 2、转换元件：将敏感元件输出的非电量物理量转换为电学量（包括电路参数量）。 3、转换电路：将电路参数（如电阻、电容、电感）量转换成便于测量的电学量（如电压、电流、频率等）。 2.从传感器的结构形式来划分，可将传感器按其构成方法分为哪几类？各类型的特点是什么？并画出各类型的结构简图。 答:1.通用型、2.参比型、3.差动型、4.反馈型。 1.通用型根据组成可分为：能量变换基本型、能量控制基本型、能量变换特殊型（辅助能源型）、电路参数型和多级变换型。 （1）能量变换基本型 特点：（1）只由敏感元件构成。（2）不需外 加电源，敏感元件就是能量变换元件，能量从被测对象获得，输出能量较弱。（3）利用热平衡现象或传输现象中的一次效应制成是可逆的。（4）对被测对象有负荷效应（因输出逆效应而影响输入）。（5）输出能量不可能大于被测对象的能量。 （2）能量控制基本型特点： （1）也由敏感元件组成，但需外加电源才能将被测非电量转换成电量输出。（2）输出能量可大于被测对象具有的能量。（3）无需变换电路即可有较大的电量输出。 （3）能量变换特殊型（辅助能源型）特点：（1）只由敏感元件构成。（2）能量从被测对象获得，属能量变换型。（3）辅助能源是为了增加抗干扰能力或提高稳定性，或取出信号，或为原理所需要而使用固定磁场。 （4）电路参数型特点：(1) 敏感元件对输入非电信号进行阻抗变换。(2) 转换电路含有该敏感元件。(3) 电源向转换电路提供能量从而输出电量，属于能量控制型。(4) 输出能量远大于输入能量。(5) 利用传输现象中的二次效应都属于此类传感器。

现代传感技术传感器选型实例(FSR压力传感器)

现代传感技术 1.传感器的现场选型，以及例子说明 需求分析：用于二足机器人的脚底，主要研究行走或受外力干扰时，通过动态平衡控制使行走更趋于稳定，并增强站立时稳定性。二足机器人站立高为320mm，宽为230mm，重量约为1.5kg。 选型：FSR共有四种类型传感器分别为400、402、406、408。他们的区别在于接触面积，和厚度不同。 400有效面积为0.2，层最厚部分为0.012。 402有效面积为0.5，层最厚部分为0.018。 406有效面积为1.5×1.5，层最厚部分为0.018。 408有效面积为24×0.25，层最厚部分为0.135。 由于二足机器人重量较轻，需要在脚底安置多个进行精密测量，我选择的是压力传感器FRS400。 压力感应电阻是弯曲压力传感器的一种，简称FSR，FSR是一种随着有效表面上压力增大而输出阻值减小的高分子薄膜（PVDF薄膜），FSR并不是测压元件或形变测量仪，尽管他们有着相似的性能。而且这类压力感测电阻不适用于精密测量，但是FSR却是一款灵敏度较高的传感器。下图为FRS400的性能曲线 量程：0~10kg 灵敏度：〈100g to 〉10kg 精度：±5% to ±25% 力分辨率：充分利用力的±0.5% 延时时间：1~2ms 温度范围：-30℃ to +70℃ 价格：76/个 根据以上参数，FRS400适用于二足机器人的动态平衡控制，可进行实验。

FSR400的接法： 应用在二足机器人上的主要四个方面： 目的：当机器人运行时，经传感器取值并通过控制器补偿机器人重心稳定位置，分析比较不同控制器的性能差异，让机器人不论在静态、动态都具有抗干扰性，使机器人在姿态及运作效能上得以改善。 硬件架构：该二足机器人是由双足十个自由度、头部一个自由度、伺服机驱动模块、无线模块、超生波传感器、电子罗盘、加速度计以及8颗压力传感器构成。脚底是A/D转换电路及8颗压力传感器组成，大小为6cm×9cm。主要是借由脚底压力传感器的取值并运算出实际重心位置之后，并控制伺服机以达到行走平衡的目的。由于压力传感器输出的是模拟信号，为了使实验板取得压力值、节省空间，故在脚底板设计A/D 转换电路。 下图为传感器位置 软件构架:为了能够方便测试与监控机器人状态，适用VC6.0开发环境，并用MFC构建监视画面。 平衡架构：机器人步行时，平衡重心的便宜分为单脚与双脚两种情况，下图为脚底坐标系统。 ①平衡架构分为：压力传感器初始化、压力传感器取得压力值、压力值滤波、重心误差、平衡控制及伺服机补偿等6个构架。下图为控制流程图

测试与传感技术汇总

测试与传感技术 2. C. 3.用共振法确定系统的固有频率时T s采样后，其频谱将具有（）特征。A. 周期、离散 4. D. 6.(2分)下面那一项不是半导体应变计的优点（）C. 横向效应小 7.(2分)下面哪项不是SAW传感器的优点：（）A. 分辨率低; 8.(2分)数字信号的特征是( )D. 时间上和幅值上都离散 9.差动变压器式电感传感器是把被测位移量转换成( )的变化装置，通过这一转换从而获得相应 的电压输出。B. 线圈互感 11.(2分)下列哪一项是半导体式应变计的主要优点（）B. 灵敏度高 12.(2分)描述周期信号频谱的数学工具是( )B. 傅立叶变换 13.(2分)属于传感器动态特性指标的是（）D. 固有频率 14.无论二阶系统的阻尼比ξ如何变化，当它所受的激振力频率与系统固有频率相等时，该系统 的位移响应与激振力之间的相位差必为( )B. 90° 15.(2分)传感器与被测量的对应程度可用其（）表示。A. 精确度 17.(2分)下列哪一项不是金属式应变计的主要缺点（）D. 响应时间慢 18.(2分)非线性度是表示校准曲线( )的程度B. 偏离拟合直线 20.(2分)信号传输过程中，产生干扰的原因是( )C. 干扰的耦合通道 2.周期信号的强度以( )来表达。A. 峰值B. 绝对均值C. 方差D. 有效值 3.一般交流电压表均按有效值刻度在测量非正弦信号时,其输出量( )A. 不一定和信号的有效 值成比例D. 可能和信号的峰值或者绝对均值成比例,视表内检波电路而定 2.(4分)光敏电阻具有灵敏度高，光谱响应范围宽，体积小，重量轻机械强度高，耐冲击，抗过 载能力强，耗散功率小等特点。答案错 5.表明声波传感器可以通过测量频率的变化就可检测特定气体成分的含量，其选择性的吸附膜 的选择非常重要，常用三乙醇胺薄膜选择性测量( )、Pd膜选择性测量( )、WO3选择性测量( )、酞箐膜选择性测量( )等。A. H2S B. H2 C. NO2 D. SO2 1.(4分)CCD图像传感器是按一定规律排列的MOS电容器组成的阵列。答案对 3.(4分)光纤纤芯折射率低于包层的折射率。答案错 4.想要提高电桥的电压灵敏度Ku，必须提高电源电压，但不受应变计允许功耗的限制。答案错 5.(4分)黑体是指对辐射到它上面的辐射能量全部吸收的物体。（）答案对 6.一个复杂的高阶系统总是可以看成是由若干个零阶、一阶和二阶系统串联而成的。答案对 7.动态特性好的传感器，其输出随时间的变化规律将再现输入随时间变化的规律，即它们具有 相同的时间函数。答案对 8.(4分)外光电效应分为光电导效应和光生伏特效应答案错 9.(4分)应变计的非线性度一般要求在0.05％或1％以内。答案对 10.热回路的热电动势的大小不仅与热端温度有关，而且与冷端温度有关。答案对 1.)以下属于应变计温度误差产生的原因是：（）D. 敏感栅金属丝电阻本身随温度发生变化3.(2分)对压电式加速度传感器，希望其固有频率( )C. 尽量高些

现代传感技术

2010年春季学期研究生课程考试试题 Q1 填空题（共10分，每空1分） a)现代信息技术的三大支柱是传感技术、通讯技术和计算机技术，它们分别构成信息系统 的“( ①感觉器官)”、“神经”和“（大脑②）”。 b)往往一种量值在传感或检测技术上的突破，会带来对另外一种量值的突破。例如，约瑟 夫森效应器件的出现，不仅解决了对于10-13T超弱（磁场③）的检测，同时还解决了对微弱（电压④）量的检测。 c)汽车气囊安全系统的启动，应该依据汽车安装的（压力⑤）和（加速度⑥）等 传感器输出的信号值。 d)传感技术的发展主要体现在以下几个方面，如集成化智能化、无线化（网络⑦）化、 微机械微（电子⑧）化。 e)传感器结构设计采用反馈形式，可以使传感器的延迟时间常数（变小⑨）；采用双 敏感元件差动方式，不仅可以改善传感器的非线性问题，还可以抑制例如（温度⑩）等变量参数的干扰。 Q2 简答题（共10分，每小题2分） a)如果使用霍尔传感器测量小电流，请简述原理或给出测量示意图。 是霍尔元件在聚集磁路中检测到与原边电流成比例关系的磁通量后输出霍尔电压信号，经放大电路放大后输送到仪表显示或计算机采集来直观反映电流的大小。 b)比较说明热电阻和热敏电阻的测温特点。 热电阻是金属材料，热敏电阻是半导体材料。热电阻比热敏电阻测温范围大（如铂热电阻-200~960℃，热敏电阻只有-50~300℃左右）。热电阻线性好，热敏电阻非线性严重,且热敏电阻互换性较差。热电阻比热敏电阻灵敏度低。(因热电阻温度系数较小，＜1%/℃；热敏电阻－2%/℃至－6%/℃)。热电阻都是正温度系数（即阻值随温度的上升而上升），而热敏电阻

测试与传感技术试题及答案

测试与传感技术试题及答案 一、埴空题［每空2 分．共26 分） 1．铁磁材料在外力的作用下，内部产生应变，从而产生应力，导致各磁畴间的界限发生移动，各个磁畴的磁化强度矢量转动，破坏了平衡状态，使材料的总磁化强度随之发生变化，这种 现象称为——。2．用于检测的超声波换能器有——、磁致伸缩型、电磁型、有振板型和弹性表面波型等。3．当有电流流过两个不同导体的连接处时，此处便吸收或放出热量（取决于电流的方向），这种现象叫做------ 4．在自动化探伤中，声源和工件之间有相对运动，由缺陷反射回来的超声波的频率将与声源发射超声波的频率有所不同，这种现象即为———兰——，由此效应引起的频率变化称为——。 5．应变片由——、——及覆盖片三部分组成。——两头焊有引出线，作连接测量导线用。 6．传感器在正（输人量增大）反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为——，它一般由实验方法测得。 7．某些晶体沿着一定方向受到外力作用时，内部会产生极化现象，同时在某两个表面上产生大小相等符号相反的电荷；当外力去掉后，又恢复到不带电状态；当作用力方向改变时，电荷 的极性也随着改变：晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象叫。反之，如对晶体施加电场，晶体将在一定方向上产生机械变形；当外加电场撤去后，该变形也随之消失。这种现象称为——，也称作电致伸缩效应。 8．超声波探伤作为无损探伤的主要手段，在工业检测中应用十分广泛，常用的超声波探伤方法有共振法、——和脉冲反射法等。 9．电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这一现象叫做 二、选择题：选择正确的答案，将其对应的字母填入横线处。（每空2 分，共26 分） 1．声波在介质中传播的速度称为声速。对于不同波型的超声波，其传播速度——A ．不同B ．相同 C 成线性关系 D ．纵波的声速约是横波的一半

测试与传感技术试题

一、填空题（本大题共30分，每空一分） 1．测量误差分为_______误差,__________误差和__________误差,其中_______误差是可以消除的，__________误差是必须要剔除的。 2．测量结果的完整表述包括__________,_______________,_______________. 3 金属应变片主要是由于材料的__________和__________，引起的电阻的变化；而半导体应变片主要是由于材料的__________，引起电阻的变化。 4．系统的相频特性是指输出信号的相位与______________的__________。5．电涡流传感器包括_______透射式和_______反射式厚度传感器。 6．地震时，先到达的是波，后到达的是波，能量大的是波。 7 常用的可测量微位移的是__________型电容传感器，其测量范围达几十__________（填长度单位）。 8__________传感器是一种有源传感器。 9 压电片__________联时，放大电路采用电荷放大器，__________联时，采用电压放大器。 10．光电耦合器件最典型的应用是实现__________与__________的隔离。 11 _________传感器可以作为有源传感器. 12 光敏电阻,光电池分别是__________效应和__________效应的典型器件 1 ，系统，粗大，随机，系统，粗大 2，估计值，测量单位，测量的不确定度 3，横向应变，纵向应变，电阻率 4，输入信号的相位，差 5低频, 高频 6纵，横，横 7，变极距型微米8，磁电式 9，、并，串10，强电，弱电 11，光电导效应,光生伏特效应 12，内外 二、单项选择题（本大题共10 小题，每题 2 分，共20 分） 1.不能利用下列器件或材料测量温度的是（） A.热敏电阻 B.热电偶 C.光敏电阻 D. 气体膨胀 2．固有频率最高的传感器是（） A 压电传感器 B 磁电传感器 C 金属应变片式传感器 D 电涡流传感器 3 适合做霍尔片的材料是（） A 金属 B 绝缘体 C 半导体 D 陶瓷 4 下列传感器在进行温度测量时,能测量高温的是（） Ａ液体膨胀式Ｂ半导体传感器 Ｃ铂热电阻Ｄ铜热电阻 5 光电编码器输出信号为001100时，其距000000方位相差________个最小分辨率（） A 12 B 24 C 36 D 48

现代传感技术第四章课后习题答案

思考题 1.传感器与测量系统有什么关系？ 答：传感器属于测量系统的第一级，即测量信息传感级。其主要功能是检测和敏感被测量。 2.什么叫测量？什么叫计量？它们之间有什么异同？ 答：测量是将被测量同已知量相比较，以确定被测量与选定单位的比值。 计量是规范测量的测量。 异同：工作对象不同；测量的直接目的是得到测得值，计量的目的是保证测量的准确； “测量”就是为获取量值信息的活动；“计量”不仅要获取量值信息，而且要实现量值信息的传递或溯源；“测量”可是以孤立的，“计量”则存在于量值传递或溯源的系统中；“测量”作为一类操作，其对象很广泛，“计量”作为一类操作，其对象就是测量仪器。 3.什么叫量值传递和量值溯源？ 答：将国家计量基准所复现的计量单位量量值，通过检定（或其它传递方式）传递给下一等级的计量标准，并依次逐级传递到工作计量器具，以保证被计量的对象的量值准确一致，称为量值传递。通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链，使测量结果或测量标准的值能够与规定的参考标准（通常是国家计量标准或国际计量标准）联系起来的特性，称为量值溯源性。 4.传感器的误差主要有哪些？产生的原因是什么？ 答：原理性误差，动态误差，环境噪声干扰误差，测量定标误差，接入系统时的负载误差，人员操作误差等。由环境，原理，噪声干扰，人员等造成。 系统误差，随机误差，(也称偶然误差)和粗大误差三类 在同一条件下,多次测量同一量值时,绝对值和符号保持不变,或在条件改变时,按一定规律变化的误差称为系统误差；在同一条件下,多次测量同一量值时,绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差称为随机误差；超出在规定条件下预期的误差称为粗大误差,或称“寄生误差”。（绝对误差，相对误差和引用误差三类标准量具的误差；仪器误差；附件误差；环境误差；方法误差；人员误差） 5.简述传感器线性化的主要方法及其原理。 答： 6.说明差动技术的原理及技术环节。 答：采用两个（或两个以上）性能完全相同的敏感元件，同时感受相同的环境影响量和方向相反的被测量。 测量时输入信号同时加到原理相同，性能一致的两个敏感元件上的，但对于输入信号，两个敏感元件的参数变化是成相反方向的；而对于环境变化，两个敏感元件的变化是成相同方向的，通过变换电路，使有用输出量增加，干扰量相减便可以消除环境变动的影响。 7.举例说明误差平均效应的原理。 答：误差平均效应原理是利用n个相同的传感器单元同时感受被测量，因而其输出将是这n 个单元输出的总和。 8.相对于开环测量系统，说明闭环技术的原理和特点。 答：通过输出与输入的比较，其差值去控制系统的输出，来消除输入与输出的偏差进而提高系统的稳定性与精度。 由于各环节之间相互串联，所以系统总的灵敏度为各环节灵敏度之积，系统总的相对误差为各环节相对误差之和。 特点：精度高、稳定性好，动态特性好 9.说明传感器标定与校准的概念及标定的基本方法。 答：利用标准器具对传感器性能进行定度的过程，称为标定。

030242002-现代传感技术-赵延东

《现代传感技术》课程教学大纲 课程代码：030242002 课程英文名称：Principles and Applications of New Type sensor 课程总学时：32 讲课：32 实验：0 上机：0 适用专业：测控技术与仪器 大纲编写（修订）时间：2011.7 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 《现代传感技术》是测控技术与仪器专业的选修课，教授学生掌握有代表性的现代传感技术，了解传感器发展的新动态，明确传感技术发展的方向，将来在测试领域有所作为。同时还承担着素质教育和工程教育的基本职责。针对基本任务，该课程的知识系统结构应围绕有代表性的现代传感技术所涉及的技术要点和技术难点的理解与掌握来展开。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 本课程要求学生了解新型传感效应，新型敏感材料及新加工工艺。掌握新型固态光电传感器，电荷耦合器件，光纤传感器，化学传感起，机器人传感器等新型传感器，对新型传感器的原理要有较深的理解，对相应的外围电路有一些了解。 （三）实施说明 素质教育要求在本课程教学过程中，站在培养人才的整体高度上，去看待本课程所应承担的职责。在讲授具体内容时，也要求分清每一部分内容在课程整体中所处的地位，对不同内容采用相应的处理方法，只有这样才能在大纲的具体实施中事半功倍，取得好的教学效果。 （四）对先修课的要求 电路（A）、模拟电子技术（A）、数字电子技术（A）、自动控制原理、电子测量技术。 （五）对习题课、实验环节的要求 要提高学生的基本素质，必须合理选取教材，启发和引导学生从被动吸收知识的状态下，转化到主动索取知识的状态中来。要注重方法的传授和能力的培养，而不纠缠细节，这样就可以将学生的注意力引导到教学的主题上来，在明确学习的目的后，学生就有能力去索取和掌握自己需要的知识，便于充分的调动学生的内在潜力，培养出高质量的技术人才。 （六）课程考核方式 1.考核方式:考查 2.考核目标:在掌握新型传感器基本原理的基础上，注重对具体应用问题的分析，理解。 3.成绩构成:本课程的总成绩主要由两部分组成：平时成绩（包括作业情况、出勤情况等）占30%，期末考试成绩占70%。 （七）参考书目 《现代传感器技术基础》,相宝清编,中国铁道出版社,2001 《现代新型传感器原理与应用》,刘迎春,国防工业出版社,1998 《新型传感器原理及应用》,王元庆,机械工业出版社，2002 二、中文摘要 本课程是测控技术与仪器专业的选修课,主要介绍新型传感器的工作原理、结构、特性等基本知识，并进一步介绍了各类传感器的典型外围电路，传感器信号的引出、放大、补偿等应用知识。本课程理论与实践相结合，具有很强的实用性。

吉大18春学期《测试与传感技术》在线作业一

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ (单选题) 1: 按误差的性质或误差所呈现的规律，误差可分为随机误差、系统误差和（）。A: 绝对误差 B: 相对误差 C: 基本误差 D: 粗大误差 正确答案: (单选题) 2: 一个典型的测试系统由（）部分组成。 A: 1 B: 2 C: 3 D: 4 正确答案: (单选题) 3: 电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这一现象叫做（）。A: 电阻丝的应变效应 B: 电阻丝的传感效应 C: 电阻丝的发热效应 D: 电阻丝的膨胀效应 正确答案: (单选题) 4: 产生零位误差的原因主要有（）个。 A: 1 B: 2 C: 3 D: 4 正确答案: (单选题) 5: 传感器可分为（）和无源传感器 A: 有源传感器 B: 流量传感器 C: 温度传感器 D: 光电式传感器 正确答案: (判断题) 1: 压力式传感器是一种利用压电效应工作的传感器。（） A: 错误 B: 正确 正确答案: (判断题) 2: 集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。（） A: 错误 B: 正确 正确答案: (判断题) 3: 主动式测量是指测量系统向被测量对象施加能量而进行的测量。（） A: 错误 B: 正确 正确答案: (判断题) 4: 迟滞是指传感器在正行程和反行程之间，输入/输出曲线的不重合程度。（）

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ A: 错误 B: 正确 正确答案: (判断题) 5: 金属应变片对电阻丝金属材料有较高的要求，一般要求灵敏度系数小。（）A: 错误 B: 正确 正确答案: (判断题) 6: 按照其制造工艺，可以将传感器区分为：集成传感器薄膜传感器厚膜传感器陶瓷传感器。（） A: 错误 B: 正确 正确答案: (判断题) 7: 测量方法可按测量的变化分为静态测量和动态测量。（） A: 错误 B: 正确 正确答案: (判断题) 8: 有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。（） A: 错误 B: 正确 正确答案: (判断题) 9: 由外电场作用导致物质 (物体)产生机械变形的现象，称之为逆压电效应。（）A: 错误 B: 正确 正确答案: (判断题) 10: 人类对客观世界的认识和改造活动总是以测试工作为基础的。（） A: 错误 B: 正确 正确答案: (判断题) 11: 直接比较是指直接把被测物理量和标准量做比较的测量方法。（） A: 错误 B: 正确 正确答案: (判断题) 12: 金属电阻应变片的工作原理，是基于金属导体的应变效应。（） A: 错误 B: 正确 正确答案: (判断题) 13: 测量误差是指测量值与真实值之间的差值，反映测量质量的好坏。（） A: 错误 B: 正确 正确答案: (判断题) 14: 开关传感器是当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平信号。（） A: 错误

传感器的目前现状与发展趋势综述

传感器的目前现状与发展趋势 吴伟 1106032008 材控2班 摘要：传感器是高度自动化系统乃至现代尖端技术必不可少的一个关键组成部分。传感器技术是世界各国竞相发展的高新技术，也是进入21 世纪以来优先发展的十大顶尖技术之一。传感器技术所涉及的知识领域非常广泛，其研究和发展也越来越多地和其他学科技术的发展紧密联系。本文首先介绍了传感器的基本知识和传感器技术的发展历史。之后，综述了近几年高端前沿的光电传感器技术和生物传感器技术的主要研究状况。最后，展望了现代传感器技术的发展和应用前景。 关键词：传感器技术；传感器；研究现状；趋势 引言 当今社会的发展，是信息化社会的发展。在信息时代，人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发及获取、传输与处理。而传感器是获取自然领域中信息的主要途径与手段，是现代科学的中枢神经系统。它是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受(或响应)与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置的总称。传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过程所要获取的信息都要通过它转换为容易传输和处理的电信号。如果把计算机比喻为处理和识别信息的“大脑”，把通信系统比喻为传递信息的“神经系统”，那么传感器就是感知和获取信息的“感觉器官”。 传感器技术是现代科技的前沿技术，发展迅猛，同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱，许多国家已将传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等重要的位置。现代传感器技术具有巨大的应用潜力，拥有广泛的开发空间，发展前景十分广阔。 1 传感器的基本知识

1.1 传感器的定义和组成 广义地说，传感器是指将被测量转化为可感知或定量认识的信号的传感器。从狭义方面讲，感受被测量，并按一定规律将其转化为同种或别种性质的输出信号的装置。传感器一般由敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电源四部分组成，其中敏感元件和转换元件可能合二为一，而有的传感器不需要辅助电源。 1.2 传感器技术的基本特性 在测试过程中，要求传感器能感受到被测量的变化并将其不失真地转换成容易测量的量。被测量有两种形式：一种是稳定的，称为静态信号；一种是随着时间变化的，称为动态信号。由于输入量的状态不同，传感器的输入特性也不同，因此，传感器的基本特性一般用静态特性和动态特性来描述。衡量传感器的静态特性指标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率和漂移等。影响传感器的动态特性主要是传感器的固有因素，如温度传感器的热惯性等，动态特性还与传感器输入量的变化形式有关。 2 传感器技术的发展历史与回顾 传感器技术是在20世纪的中期才刚刚问世的。在那时，与计算机技术和数字控制技术相比，传感技术的发展都落后于它们，不少先进的成果仍停留在实验研究阶段，并没有投入到实际生产与广泛应用中，转化率比较低。在国外，传感器技术主要是在各国不断发展与提高的工业化浪潮下诞生的，并在早期多用于国家级项目的科研研发以及各国军事技术、航空航天领域的试验研究。然而，随着各国机械工业、电子、计算机、自动化等相关信息化产业的迅猛发展，以日本和欧美等西方国家为代表的传感器研发及其相关技术产业的发展已在国际市场中逐步占有了重要的份额。 我国从20世纪60年代开始传感技术的研究与开发，经过从“六五”到“九五”的国家攻关，在传感器研究开发、设计、制造、可靠性改进等方面获得长足的进步，初步形成了传感器研究、开发、生产和应用的体系，并在数控机床攻关中取得了一批可喜的、为世界瞩目的发明专利与工况监控系统或仪器的成果。但从总体上讲，它还不能适应我国经济与科技的迅速发展，我国不少传感器、信号

测试与传感技术

测试与传感技术 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

测试与传感技术 一、单选题 1.以下属于应变计温度误差产生的原因是：（D ） D. 敏感栅金属丝电阻本身随温度发生变化。 2.压电晶体式测力仪（C ） C. 刚度好，灵敏度高、稳定性好、频率响应宽 3.通常采用的弹性式压力敏感元件有（D ）三类。 D. 波登管、膜片和波纹管 4.C C. 5. 下面的哪些传感器不属于内光电传感器（A ） A. 光电管 6.传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的（ D） D. 分辨力越高。 7.周期信号在时域内按时间间隔T s采样后，其频谱将具有（ A）特征。 A. 周期、离散 8.下面哪项不是SAW传感器的优点：（ A） A. 分辨率低 9.电桥测量电路的作用是把传感器的参数转换为（ B）的输出 B. 电压2 10.已知函x(t)的傅里叶变换为X（f），则函数y(t)=2x(3t)的傅里叶变换为（B ）

B. 11.螺管型差动变压器的衔铁和铁芯用同种材料制成，通常选（A ） A. 电阻率大，导磁率高，饱和磁感应大的材料 12.两个均值为零且具有相同频率的周期信号，其互相关函数中保留了（D ） D. 这两个信号的圆频率ω，对应的幅值x0和y0以及相位差? 13.将电阻应变片贴在( C)上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。 C. 弹性元件 14.符合对粘合剂的要求是：（ A） A. 机械滞后小 15.回转轴的误差运动是指（B ）误差运动。 B. 轴线的径向、轴向和角度的总体 16.下列哪一项不是热释电材料的来源：（ B） B. 金属 17.C C. 18.传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的（ D） D. 分辨力越高 19.属于传感器动态特性指标的是（ D） D. 固有频率 20.信号传输过程中，产生干扰的原因是( C) C. 干扰的耦合通道 2.测量装置的频率特性为和，当它们满足（C ）条件时，输出波形与输入波形将相似而无失真。