【導(dǎo)讀】測(cè)試是人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然、掌握。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)。理量的形式表現(xiàn)出來(lái)，這些物理量就是信號(hào)。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。關(guān)研究對(duì)象的狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)和特征等方面的信息。測(cè)試工作總是根據(jù)一定的目的和要求，獲取有限的、觀。察著感興趣的某些特定的信息。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。組成框圖，并說(shuō)明各組成部分的作用。傳感器的工作機(jī)理，可分為結(jié)構(gòu)型與物性型兩大類(lèi)。傳輸他的載體稱(chēng)為信號(hào)。在該范圍內(nèi)規(guī)定了測(cè)量?jī)x器。下來(lái)，同時(shí)記錄相應(yīng)的各輸出值；4）按2），3）所述過(guò)程，對(duì)傳感器進(jìn)行正、反行程反復(fù)循環(huán)多次測(cè)試，

　　

【正文】 完善造成磁柵上信號(hào)幅度不相等； 2）兩個(gè)磁頭在空間位置偏離正交較遠(yuǎn)； 3）兩個(gè)磁頭參數(shù)不對(duì)稱(chēng)引起的誤差； 4）磁場(chǎng)高次諧波分量和感應(yīng)電勢(shì)高次諧波分量的應(yīng)用。應(yīng)用 1）可以作為高精度測(cè)量長(zhǎng)度和角度的測(cè)量?jī)x器。由于可以采用激 光定位錄磁，而不需要采用感光、腐蝕等工藝，因?yàn)榭梢缘玫捷^高的精度，目前可以做到系統(tǒng)精度為 ，分辨率可達(dá)1~5pm。 2）可以作為自動(dòng)控制系統(tǒng)中的檢測(cè)元件（線位移）。例如在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、程控?cái)?shù)控機(jī)床及高精度重、中型機(jī)床控制系統(tǒng)中的測(cè)量裝置，均得到了應(yīng)用。 1. 能否用壓電傳感器測(cè)量變化比較緩慢的力信號(hào)？試說(shuō)明其理由。 答：不能。 壓電式傳感器是利用彈簧質(zhì)量系統(tǒng)原理。敏感芯體質(zhì)量受振動(dòng)加速度作用后產(chǎn)生一個(gè)與加速度成正比的力，壓電材料受此力作用后沿其表面形成與這一力成正比的電荷信號(hào) 。 由于壓電加速度傳感器是 測(cè)量振動(dòng)的加速度值，而在相同的位移幅值條件下加速度值與信號(hào)的頻率平方成正比，所以不同頻段的加速度信號(hào)大小相差甚大。大型結(jié)構(gòu)的低頻振動(dòng)其振動(dòng)量的加速度值可能會(huì)相當(dāng)小，例如當(dāng)振動(dòng)位移為 1mm, 頻率為 1 Hz 的信號(hào)其加速度值僅為()；然而對(duì)高頻振動(dòng)當(dāng)位移為 ，頻率為 10 kHz 的信號(hào)其加速度值可達(dá) 4 x 10 5m/s2 (40000g)。因此盡管壓電式加速度傳感器具有較大的測(cè)量量程范圍，但對(duì)用于測(cè)量高低兩端頻率的振動(dòng)信號(hào)，選擇加速度傳感器靈敏度時(shí)應(yīng)對(duì)信號(hào)有充分的估計(jì)。所以變化緩慢的信號(hào)頻率低，無(wú)法被分辨 。 2. 比較各種壓電材料的優(yōu)缺點(diǎn)。 答： 1）壓電晶體（單晶）如：石英晶體的主要性能特點(diǎn)是：第一，壓電系數(shù)和介電系數(shù)的溫度穩(wěn)定性好，13 常溫下幾乎不變，在 20~200℃范圍內(nèi)氣電壓系數(shù)變化率僅為 %；第二，機(jī)械強(qiáng)度和品質(zhì)因數(shù)搞，允許應(yīng)力高達(dá) 107~ 107Pa，剛度大，動(dòng)態(tài)特性好；第三，居里點(diǎn) 573℃，無(wú)熱釋電性，絕緣性好，重復(fù)性好。天然石英較之人工石英性能更好，所以常用于精度和穩(wěn)定性要求高的場(chǎng)合和制作標(biāo)準(zhǔn)傳感器。 如：鈮酸鋰是一種無(wú)色或者淡黃色單晶，屬三 角系，熔點(diǎn) 1250℃，居里點(diǎn)高達(dá) 1200℃，它的時(shí)間穩(wěn)定性好，適于做高溫傳感器。此外，它還具有較好的光電、聲光效應(yīng)，在光電、微波聲學(xué)、激光調(diào)制等方面都有重要應(yīng)用。它的各向異性很明顯，質(zhì)地脆、抗機(jī)械和熱沖擊性差，因而加工和使用時(shí)要小心。 2）壓電陶瓷（多晶半導(dǎo)瓷） 二元系陶瓷 如：鈦酸鋇壓電系數(shù)和相對(duì)介電常數(shù)較高，但居里點(diǎn)較低，為 120℃，機(jī)械強(qiáng)度差，價(jià)格便宜。如：鋯鈦酸鉛系列壓電陶瓷（ PZT）的居里點(diǎn)在 300℃以上，性能穩(wěn)定，具有很高的壓電系數(shù)和相對(duì)介電系數(shù)，通過(guò)加入少量雜質(zhì)或適當(dāng)改變組份的方法能明顯地改 變機(jī)電耦合系數(shù)、介電系數(shù)等特性，得到滿足不同使用目的的許多材料，是目前應(yīng)該用最廣泛的壓電陶瓷。 三元系陶瓷 如：鈮鎂酸鉛壓電陶瓷 PMN，成分比例不同，可以配出不同性能的壓電陶瓷。 3）壓電半導(dǎo)體 如硫化鋅，碲化鎘，氧化鋅，硫化鎘，碲化鋅，砷化鎵等，由于壓電半導(dǎo)體既有壓電特性，又有半導(dǎo)體特性，因此既可以用其壓電性研制傳感器，又可以用半導(dǎo)體制作電子器件，也可將二者結(jié)合，研制集轉(zhuǎn)換元件和電子線路于一體的新型壓電傳感器測(cè)試系統(tǒng)。 4）高分子壓電材料 一類(lèi)， 如聚氟乙烯，聚氯乙烯等，獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)輕柔軟、抗拉強(qiáng)度高、蠕 變小、耐沖擊、擊穿強(qiáng)度為 150~200kV/mm、可以大量生產(chǎn)和制成較大的面積。另一類(lèi)，是在高分子化合物中加入壓電陶瓷粉末如 PZT或鈦酸鋇制成的高分子壓電陶瓷薄膜，這種復(fù)合材料保持了高分子壓電薄膜的柔軟性，又具有較高的壓電系數(shù)和機(jī)電耦合系數(shù)。 3. 為什么壓電式傳感器要高阻抗輸出？壓電放大器與電荷放大器的實(shí)質(zhì)是什么？ 答： 壓電式傳感器內(nèi)阻很高 ,且信號(hào)微弱 ,一般不能直接顯示和記錄 .需進(jìn)行阻抗變換和信號(hào)放大 .由于壓電傳感器產(chǎn)生的電荷量很少 ,除自身要有極高的絕緣電阻外 ,同時(shí)要求測(cè)量電路前極輸入也要有足夠高的阻抗 .要高 阻抗輸出 .壓電放大器與電荷放大器的實(shí)質(zhì)是阻抗變換放大器 。 4. 光線在光纖中傳播的原理是什么？ 答 :光線在光纖中傳播的原理是：折射。光纖實(shí)際是指由透明材料做成的纖芯和在它周?chē)捎帽壤w芯的折射率稍低的材料 做成的包層 ,并將射入纖芯的光信號(hào) ,經(jīng)包層界面反射 ,使光信號(hào)在纖芯中傳播前進(jìn)的 媒體 .一般是由纖芯 ,包層和涂敷層構(gòu)成的多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)圓柱體 。 5. 為什么采用循環(huán)碼碼盤(pán)可以消除二進(jìn)制碼盤(pán)的那種粗誤差？ 答： 環(huán)馮又稱(chēng)為格雷碼 ,因?yàn)檫@種編碼的特點(diǎn)是任意相鄰的兩個(gè)代碼間只有一位代碼有變化，即由 “0”變?yōu)?“1”或 “1”變 為 “0”。因此，在兩數(shù)變換過(guò)程中，因光電管安裝不準(zhǔn)等產(chǎn)生的閱讀數(shù)誤差，最多不超過(guò) “1”，只可能讀成相鄰兩個(gè)數(shù)中的一個(gè)數(shù)。所以，它是消除非單值性誤差的一種有效方法。 6. 邁克爾遜干涉儀的原理是什么？ 答： 邁克爾遜干涉儀 ,是 1883 年美國(guó)物理學(xué)家邁克爾遜和莫雷合作，為研究 “以太 ”漂移而設(shè)計(jì)制造出來(lái)的精密光學(xué)儀器。它是利用分振幅法產(chǎn)生雙光束以實(shí)現(xiàn)干涉。通過(guò)調(diào)整該干涉儀，可以產(chǎn)生等厚干涉條紋，也可以產(chǎn)生等傾干涉條紋。主要用于長(zhǎng)度和折射率的測(cè)量，若觀察到干涉條紋移動(dòng)一條，便是 M2 的動(dòng)臂移動(dòng)量為 λ/2，等效于M1 與 M2 之 間的空氣膜厚度改變 λ/2。在近代物理和近代計(jì)量技術(shù)中，如在光譜線精細(xì)結(jié)構(gòu)的研究和用光波標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)米尺等實(shí)驗(yàn)中都有著重要的應(yīng)用。利用該儀器的原理，研制出多種專(zhuān)用干涉儀。 ※ 特別強(qiáng)調(diào)： 干涉條紋是等光程差點(diǎn)的軌跡，因此，要分析某種干涉產(chǎn)生的圖樣，必求出相干光的光程差位置分布的函數(shù)。 若干涉條一架光學(xué)臺(tái)上的邁克耳孫干涉儀紋發(fā)生移動(dòng)，一定是場(chǎng)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光程差發(fā)生了變化，引起光程差變化的原因，可能是光線長(zhǎng)度 L 發(fā)生變化，或是光路中某段介質(zhì)的折射率 n 發(fā)生了變化，或是薄膜的厚度 e 發(fā)生了變化。 7. 簡(jiǎn)述 PSD 光學(xué)三角 法測(cè)距原理。 答： 三角法測(cè)距的基本原理 激光三角法測(cè)距的基本原理是基于平面三角幾何。其方法是讓一束激光經(jīng)發(fā)射透鏡準(zhǔn)直后照射到被測(cè)物體表面上 , 由物體表面散射的光線通過(guò)接收透鏡會(huì)聚到高分辨率的光電檢測(cè)器件上 , 形成一個(gè)散射光斑 , 該散射光斑的中心位置由傳感器與被測(cè)物體表面之間的距離決定。14 而光電檢測(cè)器件輸出的電信號(hào)與光斑的中心位置有關(guān)。因此 , 通過(guò)對(duì)光電檢測(cè)器件輸出的電信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理就可獲得傳感器與被測(cè)物體表面之間的距離信息。為了達(dá)到精確的聚焦 , 發(fā)射光束和光電檢測(cè)器件受光面以及接收透鏡平面必須相交于一點(diǎn) 。 ．畫(huà)出測(cè)試系統(tǒng)的組成框圖，并說(shuō)明各組成部分的作用。 答：傳感器作為測(cè)試系統(tǒng)的第一環(huán)節(jié)，將被測(cè)量轉(zhuǎn)化為人們所熟悉的各種信號(hào)，通常傳感器將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；信號(hào)變換部分是對(duì)傳感器所送出的信號(hào)進(jìn)行加工，如信號(hào)的放大、濾波、補(bǔ)償、校正、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換等，經(jīng)過(guò)處理使傳感器輸出的信號(hào)便于傳輸、顯示或記錄；顯示與記錄部分將所測(cè)信號(hào)變?yōu)楸阌谌藗兝斫獾男问?，以供人們觀測(cè)和分析。 2．為滿足測(cè)試需要，對(duì)傳感器的一般要求有哪些？ 答： 1）靈敏度高，線性好。 2）輸出信號(hào)信噪比高，這要求其內(nèi)噪聲低，同事不應(yīng)引入外噪聲。 3）滯 后、漂移小。 4）特性的復(fù)現(xiàn)性好，具有互換性。 5）動(dòng)態(tài)性能好。 6）對(duì)測(cè)量對(duì)象的影響小，即 “負(fù)荷效應(yīng) ”較低。 3．傳感器的動(dòng)態(tài)特性的評(píng)價(jià)指標(biāo)有哪些？ 答： 1）時(shí)間常數(shù) 2）上升時(shí)間 3）穩(wěn)定時(shí)間（或響應(yīng)時(shí)間） 4）超調(diào)量 4．提高傳感器性能的方法有哪些？ 答： 1）非線性校正 2）溫度補(bǔ)償 3）零位法、微差法 4）閉環(huán)技術(shù) 5）平均技術(shù) 6）差動(dòng)技術(shù) 7）集成化與智能化 8）采用屏蔽、隔離與抑制干擾措施 5．簡(jiǎn)述應(yīng)變式電阻傳感器的工作原理。 答：電阻應(yīng)變式床干起是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器，傳感器由在彈性元件 上粘貼電阻應(yīng)變敏感元件構(gòu)成，當(dāng)被測(cè)物理量作用在彈性元件上時(shí)，彈性元件的變形引起應(yīng)變敏感元件的阻值變化，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)變成電量輸出，電量變化的大小反映了被測(cè)物理量的大小。 6．《傳感器與測(cè)試技術(shù)》教材 P80 第 5 題。 解： 1） ΔR/R= Kε=21000106= ΔR= KεR=120=(Ω ) 2）因?yàn)閮山饘賾?yīng)變片組成半橋雙臂工作 電橋，所以 U0=1/2U(ΔR/R)=(V) 7．簡(jiǎn)述壓阻式傳感器電橋 采用恒壓源供電和恒流源供 電各自的特點(diǎn)。 1)恒壓源供電： 電橋的輸出為： U0=U【 ΔR/(R+ΔRT)】說(shuō)明了，電橋輸出與 U 成正比，這說(shuō)明電橋的輸出與電源的大小、精度都有關(guān)。同時(shí)電橋輸出 U0 與 ΔRT 有關(guān)，而且與溫度的關(guān)系是非線性的，所以用恒壓源供電時(shí)，不能消除溫度的影響。 2）恒流源供電 電阻的輸出為： U0=IΔR 電橋的輸出與電阻的變化量成正比，即與被測(cè)量成正比，當(dāng)然也與電源電流成正比，即輸出與恒流源供給的電流大小、精度有關(guān)。但是電橋的輸出與溫度無(wú)關(guān)，不受溫度影響，這是恒流源供電的優(yōu)點(diǎn)。恒流源供電時(shí)， 一個(gè)傳感器最好配備一個(gè)恒流源，這在使用中有時(shí)是不方便的。