傳感器技術(shù)及應(yīng)用習(xí)題及答案(參考版)
2024-10-24 20:03本頁(yè)面
【正文】 。開(kāi)路電壓與短路電流均隨溫度而變化，它將關(guān)系到應(yīng)用光電池的儀器設(shè)備的溫度漂移，影響到測(cè)量或控制精度等主要指標(biāo)。硅光電池具有較高的頻率響應(yīng)，而硒光電池則較差。頻率特性與材料、結(jié)構(gòu)尺寸和使用條件等有關(guān)。硅光電池應(yīng)用的范圍 400nm— 1200nm，峰值波長(zhǎng)在 800nm附近，因此可在很寬的范圍內(nèi)應(yīng)用。負(fù)載電 阻 RL越小，光電流與照度的線性關(guān)系越好，且線性范圍越寬 。短路電流曲線：光電流與照度之間的特性曲線。 等效電路圖如下： － Au oC iq C a C eC r 12. 根據(jù)以下光電池的特性曲線，分析光電 池的基本特性。 前置放大器電路有兩種形式：一是用電阻反饋的電壓放大器，其輸出電壓與輸入電壓 (即傳感器的輸出 )成正比；另一種是用帶電容板反饋的電荷放大器，其輸出電壓與輸入電荷成正比。說(shuō)明前置放大器的作用和種類，說(shuō)明電荷放大 器應(yīng)用廣泛的原因并畫(huà)出其等效電路。 等效電路：（ a） 為電壓源等效電路，（ b）為電荷源等效電路。 此時(shí)慣性力 F作用于壓電元件上，因而產(chǎn)生電荷 q，當(dāng)傳感器選定后， m 為常數(shù)，則傳感器輸出電荷為 q=d11F=d11ma 與加速度 a 成正比。 10. 分析壓電加速度傳感器的工作原理，并畫(huà)出壓電加速度傳感器的實(shí)際應(yīng)用等效電路。電感的這種變化通過(guò)電橋電路轉(zhuǎn)換成電壓輸出。 9. C形彈簧管變磁阻式傳感器結(jié)構(gòu)圖如下，試分析其工作原理。 按傳播模式的多少： 單模光纖和多模光纖。 光纖的重要參數(shù)分別為：數(shù)值孔徑，傳播模式和傳播損耗。這時(shí)便發(fā)生全反射現(xiàn)象，其出射光不再折射而全部反射回來(lái)。此時(shí)，出射光線沿界面?zhèn)鞑?，稱為臨界狀態(tài)。 n nθ r、θ i 間的數(shù)學(xué)關(guān)系為： n1sinθ i=n2sinθ r （ 1）當(dāng)θ r=90186。 答：基本原理： 斯涅爾定理 (Snell39。由于它具有單向信號(hào)傳 輸功能，因此適用于數(shù)字邏輯中開(kāi)關(guān)信號(hào)的傳輸和在邏輯電路中作為隔離器件及不同邏輯電路間的接口。 (c)采用放大三極管構(gòu)成的高傳輸效率的光電耦合器，適用于直接驅(qū)動(dòng)和較低頻率的裝置中。 （ 2）光電耦合器的特點(diǎn)： (a) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，通常用于工作頻率 50kHz 以下的裝置。 7. 試述光電耦合器的結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)和作用和應(yīng)用場(chǎng)合。 ④ 濾波器： 濾除相敏檢波器輸出信號(hào)中的高次諧波分量，以獲得理想的輸出波形。為提高 放大器的穩(wěn)定性，一般采用交流載波放大器，直流放大器僅用于超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀。通常電橋由正弦振蕩器供電 ,其頻率為 500 赫～ 50 千赫 ,較低頻率的被測(cè)應(yīng)變信號(hào)對(duì)較高 的頻率的電橋電壓進(jìn)行調(diào)幅，輸出一個(gè)窄頻帶的調(diào)幅波信號(hào)。試畫(huà)出電阻應(yīng)變儀的方框圖，并說(shuō)明各個(gè)部分的作用。磁路取為中心磁路，不記漏磁，設(shè)鐵心及銜鐵的相對(duì)磁導(dǎo)率為 104，空氣的相對(duì)磁導(dǎo)率為 1，真空的磁導(dǎo)率為 4π10 7H﹒ m1， 試計(jì)算氣隙長(zhǎng)度為零及為 2mm時(shí)的電感量。 解： ① ② 圓桶截面 積 應(yīng)變片 4 感受縱向應(yīng)變； 應(yīng)變片 8 感受縱向應(yīng)變； 綜合練習(xí) 滿量程時(shí)： （ 3） 5．圖所示一簡(jiǎn)單電感式傳感器。 溫度 （℃） RT （ KΩ） Uo=UR1/(R1+RT) (mV) 0 106 綜合練習(xí) 10 153 20 211 30 280 40 357 50 437 60 517 70 592 80 659 90 719 100 768 測(cè)溫范圍的兩端點(diǎn)連線，則該直線的斜率 106768 ???K mV/ ℃ 轉(zhuǎn)換電路輸出電壓 U =106+KT (mV) 4. 一個(gè)量程為 10kN的應(yīng)變式測(cè)力傳感器，其彈性元件為薄壁圓筒軸向受力，外 徑 20mm， 內(nèi)徑 18mm,在其表面粘貼八各應(yīng)變片，四個(gè)沿周向粘貼，應(yīng)變片的電阻值均為 120Ω, 靈敏度為 ， 波松比為 ， 材料彈性模量 E=1011Pa 。 （ 1）為了使轉(zhuǎn)換電路的非線性誤差最小 ,熱敏電阻的串聯(lián)電阻應(yīng)選多少 ? （ 2）若轉(zhuǎn)換電路只是熱敏電阻串接一個(gè)電阻 ,以每 10℃為間隔，計(jì)算轉(zhuǎn)換電路輸出電壓與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 3. 某測(cè)溫裝置要求測(cè)溫范圍為 0~100℃，轉(zhuǎn)換電路采用 恒壓源供電，電壓為 1V，當(dāng)溫度升高時(shí)轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓也增大。 （ 2）討論能獲得最大的信號(hào)電壓的負(fù)載 LR 的值。圖中，GR 為對(duì)應(yīng)于某一照 度或某工作點(diǎn) Q處的光敏電阻值。試證明： Ucd=（ E/2） (Δ R/R)。故壓電傳感器只能作動(dòng)態(tài)測(cè)量。 使用時(shí)，兩片壓電芯片上必須有一定的預(yù)緊力，以保證壓電組件在工作中始終受到壓力作用，同時(shí)可消除兩片壓電芯片因接觸不良而引起的非線性誤差，保證輸出信號(hào)與 輸入作用力間的線性關(guān)系 ,因此需要測(cè)量電路具有無(wú)限大的輸入阻抗。 20. 簡(jiǎn)述 在壓電式傳感器中，為了提高靈敏度 而采取的措施，壓電傳感器能不能做靜態(tài)測(cè)量，試說(shuō)明原因？ 答： 往往采用多片壓電芯片構(gòu)成一個(gè)壓電組件。 答： 相敏檢測(cè)電路原理是通過(guò)鑒別相位來(lái)辨別位移的方向，即差分變壓器輸出的調(diào)幅波經(jīng)相敏檢波后，便能輸出既反映位移大小，又反映位移極性的測(cè)量信號(hào)。它可以利用外界物理因素改變光纖中光的強(qiáng)度、相位、偏振態(tài)或波長(zhǎng)，從而對(duì)外界因素進(jìn)行測(cè)量和數(shù)據(jù)傳輸。 18. 光導(dǎo)纖維為什么能夠?qū)Ч?？光?dǎo)纖維有哪些優(yōu)點(diǎn)？光纖式傳感器中光纖的主要優(yōu)點(diǎn)有哪些？ 答：光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射，當(dāng)射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時(shí)，就會(huì)在光纖的接口上產(chǎn)生全內(nèi)反射，并在光纖內(nèi)部以后的角度反復(fù)逐次反射， 直至傳遞到另一端面。霍爾 元 件的不等位電勢(shì)是霍爾 元 件在額定控制電流作用下，在無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)，兩輸出電極之間的空載電勢(shì)，可用輸出的電壓表示。 15. 傳感器由哪幾個(gè)部分組成？分別起到什么作用？ 答：傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本電路三部分組成 1）敏感元件：感受被測(cè)量 2）轉(zhuǎn)換元件：將響應(yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電參量 3）基本電路：把電參量接入電路轉(zhuǎn)換成電量 16. 分析電感傳感器出現(xiàn)非線性的原因，并說(shuō)明如何改善？ 答： ① 原因是改變了空氣隙長(zhǎng)度 ； ② 改善方法是讓初始空氣隙距離盡量小，同時(shí)靈敏度的非線性也將增加，最好使用差動(dòng)式傳感器，其靈敏度增加非線性減少。 答： 目的是為了加速氣體吸附和上述的氧化還原反應(yīng)，提高靈敏度和響應(yīng)速度；另外使附著在殼面上的油霧、塵埃燒掉 ， 提高響應(yīng)速度。 答： 通常器件工作在空氣中，由于氧化的作用，空氣中的氧被半導(dǎo)體（ N型半導(dǎo)體）材料的電子吸附負(fù)電荷，結(jié)果半導(dǎo)體材料的傳導(dǎo) 電子減少，電阻增加，使器綜合練習(xí) 件處于高阻狀態(tài)；當(dāng)氣敏元件與被測(cè)氣體接觸時(shí)，會(huì)與吸附的氧發(fā)生反應(yīng)，將束縛的電子釋放出來(lái)，敏感膜表面電導(dǎo)增加，使元件電阻減小。通過(guò)檢測(cè) SAW 壓力傳感器的中心諧振頻率變化，就能得到壓力變化的數(shù)據(jù)。 8. 試述 SAW壓力傳感器的原理 。 答： 石英晶體諧振器是用石英晶體經(jīng)過(guò)適當(dāng)切割后制成，當(dāng)被測(cè)參量發(fā)生變化時(shí)，它的固有振動(dòng)頻率隨之改變，用基于壓電效應(yīng)的激勵(lì)和測(cè)量方法就可獲得與被測(cè)參量成一定關(guān) 系的頻率信號(hào)。 光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，因此 ,光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。 6. 簡(jiǎn)述光電傳感
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