【正文】 式傳感器的工作原理是基于鐵磁材料的壓磁效應(yīng)，它具有輸出功率大，抗干擾能力強(qiáng)，過載能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；但測(cè)量精度一般，頻率響應(yīng)較低，常用于冶金、礦山、運(yùn)輸?shù)? 工業(yè)，用于測(cè)力和稱重。最常用的差動(dòng)變壓器的轉(zhuǎn)換電路為差動(dòng)整流電路。當(dāng)不接負(fù)載（或負(fù)載阻抗為無窮大）時(shí)，其輸出稱為開路輸出電壓，表達(dá)式為： 當(dāng)電橋平衡時(shí)，即 Z1Z3=Z2Z4，電橋的輸出 ，當(dāng)橋臂阻抗發(fā)生變化時(shí)，引起電橋不平衡， 將不再為 0，通過 的變化，可以確定橋臂阻抗的變化。變面積型的靈敏度比便器習(xí)性的低，它的優(yōu)點(diǎn)是具有良好 對(duì)吧線性，量程較大，制造裝配比較方便，應(yīng)用較廣。這種現(xiàn)象就稱為渦流效應(yīng)。缺點(diǎn)是示值范圍小，非線性嚴(yán)重。上下兩個(gè)鐵心及初級(jí)、次級(jí)線圈是對(duì)稱的。 當(dāng)外部作用力作用在傳感器的運(yùn)動(dòng)部分時(shí)，銜鐵將產(chǎn)生位移，使空氣隙δ發(fā)生變化，磁路磁阻 Rm發(fā)生變化，從而引起線圈電感的變化。 思考題： 說明變氣隙型電感傳感器、差動(dòng)變壓器式傳感器和渦流傳感器的主要組成、工作原理和基本特性。 變面積型和變介電常數(shù)型（測(cè)厚除外）電容傳感器具有很好的線性，但它們 的結(jié)論都是在忽略了 邊緣效應(yīng) 下得到的。這種類型的傳感器一般用來測(cè)量 微小變化 的量。 2 容柵傳感器是在 變面積型電容傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種新型傳感器，它分 為 長(zhǎng)容柵 和 圓容柵 兩種。將固定容柵和可動(dòng)容柵的柵極面相對(duì)放置，中間留有間隙δ，形成一對(duì)對(duì)電容，這些電容并聯(lián)連接。 電容式傳感器的缺點(diǎn)是輸出阻抗高，負(fù)載能力。 答：電容式傳感器的主要性能有靜態(tài)靈敏度，非線性和動(dòng)態(tài)特性。（ 2）消除和減小邊緣效應(yīng)。實(shí)際上，它本身就是一個(gè)可變電容器。 差靈敏度是指?jìng)鞲衅鬏敵鲎兓颗c引起該輸出量變化的 溫度變化量 之比。 器產(chǎn)生已知的非電量（如校準(zhǔn)、壓力、位移等），作為 輸入量 ，輸入到待標(biāo)定的傳感器中，然后將傳感器的 輸出量 與 輸入的標(biāo)準(zhǔn)量 作比較，獲得一系列校準(zhǔn)數(shù)據(jù)或曲線。 輸入量 作用時(shí)，輸出 輸入之間的關(guān)系，通常為 相應(yīng)特性 。 理論輸出值 的偏離程度。在設(shè)計(jì)、制造傳感器時(shí)合理選擇其結(jié)構(gòu)、材料和參數(shù)是保證具有良好性能價(jià)格比的先提。傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定主要是研究傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，而與動(dòng)態(tài)響應(yīng)有關(guān)的參數(shù)，對(duì)一價(jià)傳感器只有一個(gè)時(shí)間常數(shù)τ；對(duì)二價(jià)傳感器則有固有頻率 ω n 和阻尼比ξ兩個(gè)參數(shù)。 脈沖響應(yīng)函數(shù)： 在信號(hào)與系統(tǒng)學(xué)科中，沖激響應(yīng) (或叫 脈沖響應(yīng) )一般是指系統(tǒng)在輸入為單位沖激 函數(shù) 時(shí)的輸出 (響應(yīng) )。 3．不失真檢測(cè)的條件是什么？ 傳感器無失真檢測(cè)條件是：幅頻特性應(yīng)當(dāng)是常數(shù)（即水平直線）（如同 a）；相頻特性應(yīng)該是線性關(guān)系（如圖 b） 4．傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)、脈沖響應(yīng)函數(shù)是如何定義的？ 傳遞函數(shù)： 零初始 條件下線性系統(tǒng)響應(yīng) (即輸出 )量的拉普拉斯變換 (或 z 變換 )與激勵(lì) (即輸入 )量的拉普拉斯變換之比 。 10 漂移：漂移是指在一定時(shí)間間隔內(nèi)，傳感器的輸出存在著與被測(cè)輸入量無關(guān)的、不需要的變化。 重復(fù)性： 重復(fù)性是用本方法在正常和正確操作情況下，由同一操作人員，在同一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，使用同一 儀器 ，并在短期內(nèi)，對(duì)相同試樣所作多個(gè)單次測(cè)試結(jié)果，在 95％概率水平兩個(gè)獨(dú)立測(cè)試結(jié)果的最大差值 。一個(gè)儀器儀表可以有幾個(gè)測(cè)量范圍 量程。 ，例如用來測(cè)力的稱 力 傳感器，測(cè)量位移的稱 位移 傳感器。 ，傳感器可分為機(jī)構(gòu)性和物性型兩大類。 ，但是信號(hào)中既含有我們所需的信息，也常常含有大量我們不感興趣的其他信息，后者統(tǒng)稱為 干擾 。 作業(yè)題： 測(cè)量 和 試驗(yàn) 兩方面，凡需要考查食物的狀態(tài)變化和特征等并對(duì)他進(jìn)行 定量 的描述時(shí)，都離不開測(cè)試工作。按照傳感器的能量轉(zhuǎn)化情況，可分為能量控制型傳感器和能量轉(zhuǎn)換型傳感器。測(cè)試工作總是要用最簡(jiǎn)捷的方法獲得和研究任務(wù)相聯(lián)系的、最有用的、表征特征的有關(guān)信息，而不是企圖獲得該事物的全部信息。傳感器是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的另一種量的測(cè)量裝置。測(cè)試是人類認(rèn)識(shí)自然、掌握自然規(guī)律的實(shí)踐途徑之一，是科學(xué)研究中獲得感性材料、接受自然信息的途徑，是形成、發(fā)展和檢驗(yàn)自然科學(xué)理論的實(shí)踐基礎(chǔ)。信息一般理解為消息、情報(bào)或知識(shí)。 簡(jiǎn)述測(cè)試工作的任務(wù)。 畫出測(cè)試系統(tǒng)（不含信號(hào)處理功能）的組成框圖，并說明各組成部分的作用。按照物理原理分類，可分為：電路參量式傳感器、壓電式傳感器、磁電式傳感器、光電式傳感器、波式傳感器、熱點(diǎn)式傳感器、射線式傳感器、半導(dǎo)體式傳感器、其他原理的傳感器等。 、運(yùn)動(dòng)和特征等方面的 信息 。相應(yīng)地對(duì)信 號(hào)也有 有用 信號(hào)和 干擾 信號(hào)的提法，但這是相對(duì)的。結(jié)構(gòu)型傳感器依靠傳感器的 結(jié)構(gòu)參數(shù) 變化而實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換。這種分類方法便于使用者選用傳感器。 2）量程：檢測(cè)上限和檢測(cè)下限的代數(shù)差為量程。 靈敏度： 靈敏度 指示器的相對(duì)于被測(cè)量變化的位移 率， 靈敏度 是衡量物理儀器的一個(gè)標(biāo)志，特別是電學(xué)儀器注重儀器 靈敏度 的提高。 11 穩(wěn)定性：穩(wěn)定性又稱長(zhǎng)期穩(wěn)定性，即傳感器在相 當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持其原性能的能力。 頻率響應(yīng)函數(shù)： (1)簡(jiǎn)諧激勵(lì)時(shí)，穩(wěn)態(tài)輸出相量與輸入相量之比。對(duì)于連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)來說，沖激響應(yīng)一般用 函數(shù) h(t)來表示 。靜態(tài)標(biāo)定是指在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)3 條件下，對(duì)傳感器的靜態(tài)特性、靜態(tài)靈敏度、非線性、滯后、重復(fù)性、等指標(biāo)的確定。 。 指測(cè)量結(jié)果 與 被測(cè)參量真值 之間所存在的差值的絕對(duì)值。7. 靜態(tài)標(biāo)定是指在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下，對(duì)傳感器的 靜態(tài)特性 、 靜態(tài)靈敏度 、 非線性 、 滯后 、 重復(fù)性 、等指標(biāo)的確定。 10. 傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定主要是研究傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，而與動(dòng)態(tài)響應(yīng)有關(guān)的參數(shù)，對(duì)一價(jià)傳感器只有一個(gè) 時(shí)間常數(shù)τ ；對(duì)二價(jià)傳感器則有 固有頻率 ω n 和 阻尼比ξ 兩個(gè)參數(shù)。 誤差平均效應(yīng) 和 數(shù)據(jù)平均處理 。當(dāng)被測(cè)量的變化使電容器中的極板間的距離δ，極板的遮蓋面積 s 或極板間介質(zhì)的介電常數(shù)ε任一參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，電容量 C 也就隨之變化，這就是電容式傳感器的工作原理。（ 3）消除和減小寄生電容的影響。 簡(jiǎn)述電容式傳感器的應(yīng)用 答：（ 1）電容式差壓傳感器；（ 2）電容式加速度傳感器；（ 3）電容式液位傳感器；（ 4）電容式荷重傳感器；（ 5）電容式位移傳感器。 簡(jiǎn)述容柵式傳感器的工作原理。當(dāng)固定容柵、可動(dòng)容柵相對(duì)位置移動(dòng)時(shí)，每對(duì) 電容面積發(fā)生變化，因而電容值 C 也隨之變化，由此就可以測(cè)出線位移或角位移。 3 電容式傳感器是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成 電容量 變化的一種傳感器。 變介電常數(shù)型電容傳感器大多用來測(cè)量電介質(zhì)的 厚度 、 位移 、 液位 ，還可根據(jù)極間介質(zhì)的 介電常數(shù) 隨溫度、濕度改變而改變來測(cè)量溫度、濕度等。 電容式傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：① 溫度穩(wěn)定性好 ；②結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 適應(yīng)性強(qiáng)；③ 動(dòng)態(tài)響應(yīng)好 ；④可以實(shí)現(xiàn) 非接觸 測(cè)量，具有平均效應(yīng)。 答： ① 變氣隙型電感傳感器主要由線圈、鐵心、銜鐵三部分組成的。線圈電感 L 的變化與空氣隙δ的變化相對(duì)應(yīng)，這樣只要測(cè)出線圈的電感就能判定空氣隙的大小，也就是銜鐵的位移。銜鐵位于兩個(gè)鐵心中間。 ③ 渦流5 傳感器的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，有一個(gè)扁平線圈固定在框架上構(gòu)成。渦流傳感器最大的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量，可以測(cè)量振動(dòng)、位移、厚度、轉(zhuǎn)速、溫度和硬度等參數(shù)，還可以進(jìn)行無 損探傷，并且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、測(cè)量線性范圍大、體積小等優(yōu)點(diǎn)。螺管型的靈敏度比變面積型的還低，但量程大，線性較好，制造裝配方便，與變面積型相比，批量生產(chǎn)的互換性強(qiáng)，應(yīng)用越來越多。實(shí)際應(yīng)用中，交流電橋常與差動(dòng)式電感傳感器配用，傳感器的兩個(gè)電感線圈作為電橋的兩個(gè)工作臂，電橋的平衡臂可以是純電阻，也可以是變壓器的兩個(gè)次級(jí)線圈 。把兩個(gè)次級(jí)電壓分別整流后，以它們的差為輸出端，這樣，次級(jí)電壓的相位和殘余電壓都不必考慮。近年來，應(yīng)用逐漸廣泛。變氣隙 型傳感器的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，一般用于測(cè)量幾微米至幾百微米的機(jī)械位移。左右。測(cè)ρ較小的材料（如銅材）時(shí)，應(yīng)選較 低的頻率（ 500Hz），而測(cè)ρ較大的材料（如黃銅、鋁）時(shí)，則選用較高的頻率（ 2kHz），從而保證在測(cè)不同材料時(shí)，得到較好的線性和靈敏度。δ固定，可構(gòu)成 變面積型 傳感器。 3 差動(dòng)電感傳感器的結(jié)構(gòu)要求是：兩個(gè)磁導(dǎo)體的幾何尺寸 完全相同 ，材料性能 完全相同 ，兩個(gè)線圈的電氣參數(shù)和幾何尺寸 也完全相同 。減小零位誤差的方法是 減小電源中的諧波成分 ，還可以 采用補(bǔ)償電路進(jìn)行補(bǔ)償 。通常，測(cè)薄導(dǎo)體時(shí)，激勵(lì)頻率 較高 ，測(cè)厚導(dǎo)體時(shí)激勵(lì)頻率應(yīng) 較 低 。感應(yīng)同步器的檢測(cè)系統(tǒng)分成 鑒相型 和 鑒幅型 。這種類型的傳感器在結(jié)構(gòu)上有開磁路和閉磁路兩種，一般都用來測(cè)量旋轉(zhuǎn)物體的角速度，產(chǎn)生 感應(yīng)電勢(shì)的頻率作為輸出，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率等于磁通變化的頻率 ②恒定磁通式磁電傳感器 ： 在圖 64 中，線圈和殼體固定，永久磁鐵用彈簧支承，當(dāng)殼體隨被測(cè)物體一起振動(dòng)時(shí)，由于彈性元件較軟而運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量相對(duì)較大，因而有較大慣性，來不及跟隨振動(dòng)體一起振動(dòng)，振動(dòng)能量幾乎全部被彈性元件吸收，永久磁鐵與線圈之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，線圈切割磁力線，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 。因而當(dāng)定子不動(dòng)而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁通就周期性的變化，從而在線圈感應(yīng)出近似正弦的電感信號(hào)，感應(yīng)電勢(shì)頻率。 答： 金屬或半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流 ，在與薄片方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為 的磁場(chǎng)，那么在垂直于電流和磁場(chǎng)方向的薄片的另兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) ， 的大小正比于控制電流 和磁感應(yīng)強(qiáng)度 ，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，利用霍爾效應(yīng)制成的傳感元件稱霍爾傳感器。磁場(chǎng)測(cè)量的方法很多，其中應(yīng)用比較普遍的是以霍爾元件做探頭的特斯拉計(jì)。 什么是霍爾元件的不等位電勢(shì)？如何補(bǔ)償？ 答： 不等位電勢(shì) ：在額定控制電流作用下，無外加磁場(chǎng)時(shí)，由于材料電阻率的不均勻，兩個(gè)電極不在同一等位面上，霍爾元件的厚度不均勻等原因，在兩霍爾電極之間的空載電勢(shì)?；? 爾元件的磁阻效應(yīng) 使霍爾輸出降低，尤其在強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，輸出降低較多，應(yīng)想辦法予以補(bǔ)償 。 10 磁柵式傳感器由哪幾部分組成？簡(jiǎn)述工作原理？ 答：磁柵式傳感器由磁柵、磁頭和檢測(cè)電路組成。 1 磁柵式傳感器的信號(hào)處理方法有哪些 ？ 答：磁柵式傳感器的信號(hào)處理方法有靜態(tài)磁頭的信號(hào)處理方法和動(dòng)態(tài)磁頭的信號(hào)處理方法。磁柵式傳感器目前有以下兩個(gè)方面的應(yīng)用：可以作為高精度測(cè)量長(zhǎng)度和角度的測(cè)量?jī)x器。當(dāng)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e 與線圈相對(duì)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)速度 v 或ω成正比。流經(jīng)測(cè)量管流體的瞬時(shí)流量 Q 與流速 v 的關(guān)系為 Q=а v = 42D?v 。 霍爾電勢(shì) UH = dIBRH =KHIB，其中 RH 是 霍爾系數(shù)（ m3/c） 、 I 是 控制電流（ A） 、 B 是 磁感應(yīng)強(qiáng)度（ T） 、 d 是半導(dǎo)體薄片厚度（ M） 、 KH 是 靈敏度系數(shù) ， RH =?? ，其中 ? 為 載流體的電阻率 ， ? 為 載流子的遷移率 ，半導(dǎo)體材料（尤其是 N 型半導(dǎo)體）電阻率較大，載流子遷移率很高，因而可以獲得很大的 霍爾系數(shù) ，適于制造霍爾傳感器。靈敏度 系數(shù)的大小，取決于 元件的材料 和幾何尺寸 ，材料的 ? 和 ? 越大，霍爾系數(shù) RH 越大，輸出的 UH 越大，為了提高霍爾靈敏度，要求材料的 RH 盡可能的大。 對(duì)霍爾元件可采用 恒流 驅(qū)動(dòng)或 恒壓 驅(qū)動(dòng)； 恒壓驅(qū)動(dòng) 電路簡(jiǎn)單，但性能較差，隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度增加，線性變壞，僅用于 精度要求不太高的 場(chǎng)合； 恒流驅(qū)動(dòng) 線性度高，精度高，受溫度影響小。進(jìn)行測(cè)量時(shí)， 采用高導(dǎo)磁的磁性材料（如坡莫合金）集中 磁通來增