河南理工大学检测与转换技术考前总结(原创)_河南理工大学检测答案

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【1】检测与转换技术包括自动检测技术和自动转换技术，信息技术重要组成。检测与转换技术是以研究自动检测系统中的信息提取、信息转换以及信息处理的理论和技术为主要内容。完整检测与转换过程：信息的提取、信号的分析与转换、数据的存储与传输、显示或打印。【2】检测是一个比较的过程，即将被检测对象与它同性质的标准量进行比较，获得被检测量为标准量的若干倍的数量概念。检测是一个过程，包括比较、平衡、误差和读数，核心是比较，并进行一定的变换。检测的目的就是求取被检测量的真值（一定客观条件，某物理量确切存在的真实值）。检测结果偏离真值的大小可用检测误差衡量。检测误差的大小反映了检测结果的好坏，即检测精度的高低。绝对误差：示值与公认的约定真值之差。实际相对误差：绝对误差与被检测实际值。示值（标称）相对误差：绝对误差与示值。满度相对误差：用绝对误差与检测仪表量程的满刻度值的百分比值来表示的相对误差。误差出现的规律：系统（必要技术措施，数据处理采取修正）、随机（算术平均值）、粗大（剔除不用）。系统误差消除方法：交换、上下读数、校准、补偿法。检测系统：敏感元件、信号的转换与处理电路、显示电路、信号传输。

【3】参数检测一般方法（光力热电声磁（学）射线法）以自然规律为基础，利用某些敏感元件特有的物理化学生物等效应，把被检测变量的变化转换为敏感元件某一物理化学量的变化。常用的流量检测仪表：节流式差压、容积式、速度式、质量（流量计）接触式测温：膨胀式温度计，压力式温度计，热电阻、热电偶测温，热敏电阻测温（非）辐射测温。

【4】传感器定义：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器组成框图及作用。

敏感元件传感器中能直接感受或响应被测量的部分非电量； 转换元件能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号；信号调理转换电路传感器输出信号一般都很微弱，需要进行放大、运算调制等；辅助电源信号调理转换电路及传感器的工作都需要辅助的电源。静态性能指标:线性度（传感器输出与输入之间数量关系的线性程度）灵敏度（输出量增量y与引起输出量增量y的相应输入量增量x之比）迟滞（传感器在输入量由小到大正行程及输入量由大到小反行程变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象）重复性（传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时所得特性曲线不一致的程度）。分辨力、阈值、稳定性、漂移。

【5】电位器的负载特性和负载误差：电位器输出端带有有限负载时所具有的特性;负载特性相对于空载特性的偏差为负载误差。应变片式电阻传感器 应变效应是指当金属体或半导体在受到外力作用而发生机械变形时，其电阻值相应地发生变化。当电桥各桥臂电阻满足如下条件时R1R4R2R3电桥平衡。当R变化时，利用

UR1R1)R4R2R30((RE可以进行测量电

1R1R2)(R3R4)路阻值。温度误差的补偿方法：应变片温度自补偿法和电路补偿法。压阻式传感器用半导体应变片制作，原理基于半导体材料的压阻效应（是指半导体材料受到压力作用后，其电阻率发生明显变化现象）半导体应变片优点：灵敏系数比金属电阻应变片的灵敏系数大数十倍，通常不需要放大器就可以直接输入显示器或记录仪，可简化测试系统。应用举例：摩托车汽油油位传感器；手提式电子称；数字血压计。

【6】压电效应：当沿着一定方向对某些电介质施加压力或拉力而使其变形时，内部就产生极化现象，在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态；当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变；产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象称为正压电效应。压电效应的特点是具有可逆性。当在电介质的极化方向施加电场时，电介质本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随着消失，逆压电。压电传感器等效电路三个参数（Ua = q比Ca）常用的前置放大电路有几种？各有什么特点？ 电压放大器和电荷放大器：前置放大器两种形式，电压放大器的输出电压与输入电压（即传感器的输出电压）成比例，这种电压前置放大器一般称为阻抗变换器；电荷放大器的输出电压与输入电荷成比例。这两种放大器的主要区别是：使用电压放大器时，整个测量系统对电缆电容的变化非常敏感，尤其是连续电缆长度变化更为明显；而使用电荷放大器时，电缆长度变化的影响差不多可以忽略不计。

常见的压电元件的组合形式？各适用于哪些场合？

常见的压电元件的组合形式有串联和并联两种方式。其中并联接法输出电荷大，本身电容也大，时间常数大，适用于测量慢变信号，当采用电荷放大器转换压电元件上的输出电荷q时，并联方式可以提高传感器的灵敏度，所以并联方式适用于以电荷作为输出量的地方。串联接法的输出电压大，本身电容小，当采用电压放大器转换压电元件上的输出电压时，串联方法可以提高传感器的灵敏度，所以串联方式适用于以电压作为输出信号，并且测量电路输入阻抗很高的地方。

【7】电感式传感器，种类：利用自感原理的自感式传感器（通常称电感式传感器）利用互感原理的差动变压器式传感器、利用涡流效应的涡流式传感器、利用压磁效应的压磁式传感器。

自感式传感器结构类型：（三类）变气隙式、变面积式（气隙长度δ保持不变，铁芯与衔铁之间的相对覆盖面积即磁通截面随被测量的改变而改变，从而引起线圈的自感量变化）、螺管式自感传感器。

信号调理电路：调幅（相敏整流电桥）调频、调相电路。

原理分析：（一种相敏整流电桥原理图，电桥由差动式自感传感器Z1、Z2和平衡电阻R1、R2组成，VD1~VD2构成相敏整流器。电桥一个对角线接交流电源u，另一个对角线接电压表PV）当衔铁在中间位置：Z1=Z2=Z0, 输出电压uo=0，消除了零点残余电压的影响。

衔铁沿方向1偏离中间位置：Z1=Z0+△Z,Z2=Z0-△Z, 当电压u为上正下负，则VD1、VD4导通，VD2、VD3截止，R2的压降大于R1的压降；当电压u为上负下正，则VD1、VD4截止，VD2、VD3导通，R2的压降大于R1的压降，则输出电压uo 为上负下正。

衔铁沿方向2离中间位置：Z1=Z0-△Z,Z2=Z0+ △Z,分析过程类似。则输出电压uo为上正下负。输出电压的大小表示衔铁位移量x的大小，极性反应衔铁移动方向。（输出特性曲线是过一三象限及原点的直线，45度角。）零点残余电压:差动变压器的两组二次线圈由于反向串联，因此当衔铁位于中间位置时输出信号电压为0的理想特性，实际输出并不是0，有一个很小的电压值。原因危害1.基波分量传感器两个二次绕组电气参数和几何尺寸不对称以及构成电桥另外两臂的电器参数不一致，从而使两个二次绕组感应电动势的幅值和相位不相等，调整磁芯位置时，也不能达到幅值和相位同时相同。2.高次谐波主要由导磁材料磁化曲线的非线性引起。3.激励电压中包含的高次谐波及外接电磁干扰也会产生高次谐波。

消除方法1.从设计工艺上保证结构对称性。2.选择合适的信号调理电路（采用相敏检波电路）。3.线路补偿，串联电阻，并联电阻电容，加反馈支路。

什么是涡流效应？金属导体置于变化的磁场中，金属导体内部会产生一圈圈闭合的电流，这种电流叫电涡流，这种现象叫做电涡流效应。应用举例：电磁炉

电涡流传感器又分为：高频反射式和低频透射式两类。

【8】电容式传感器（利用被测量的变化改变电容的结构参数，改变物体间的电容量）：变面积式、变间隙式、变介电常数式电容传感器。

设计一个能检测钢板厚度的电容式传感器？ 不同介质在极板间的相对位置发生改变，检测片状材料的厚度。改变的是介电常数。

【9】磁电式传感器

磁电感应式传感器的工作原理可认为是发电机原理。

霍尔效应：霍尔效应为若在某导体薄片的两端通过控制电流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，称为霍尔电动势或霍尔电压，这种现象称为霍尔效应。霍尔元件产生不等位电势的主要原因有哪些？怎样补偿？不等位电势是一个主要的零位误差。造成不等位电势的主要原因是：在制作霍尔元件时，不可能保证将

霍尔电极焊在同一等位面上。此外，霍尔元件材料的电阻率不均匀，霍尔片的厚度、宽度不一致，电极与片子的接触不良等也会产生不等位电势。偿的方法就是让电桥平衡起来，采用补偿网络进行补偿。通过并联的可调电阻通过阻值的调整而使得电桥电阻达到平衡，来补偿。【10】光电式传感器 光电效应：1外光电效应（光线照射下物体电子逸出表面）、2光电导效应（在光线的作用下物体导电率发生变化）、3光生伏特效应（物体表面受到光照射时，内部会激发电子而这些电子并不逸出物体表面仍留在物体内部，并产生光生电动势）。应用举例1真空光电管、光电倍增管2光敏电阻3光电二极管（根据反偏电压pn结光伏效应工作的探测器）光电池（基于光生伏特效应的自发电式有源光电器件能将光能转换为电能）

光纤按其中的折射率分布不同可分为阶跃型、梯度型和单孔型。什么是子午光线：当入射光线通过光纤轴线入射角大于临界角，光线将在柱体界面不断发生全反射，形成曲折回路，而且传导光线的轨迹始终在光纤的主截面内，这种光线称为子午光线。什么是斜射光线：射光线不通过光线轴线，传导光线将不在一个平面内，这种光线叫斜射光线。

光导纤维的主要参数：数值孔径（NA）其反应纤芯接收光量的多少。光纤传感器的分类：

根据被测对象对光的调制形式不同分类，四类，1相位2频率3强度4偏振（调制光纤传感器）

根据光纤在传感器中的作用不同进行分类，三类，1功能型2非功能型3拾光型（光纤传感器）

电荷耦合器件的主要特性参数：转移效率（指电荷包在进行每次转移过程中的效率）

莫尔条纹：两块具有相同栅距的长光栅叠合在一起，使它们的刻线之间交叉一个很小的角度，在与光栅刻线大致垂直的方向上，产生明暗相间的条纹，这些条纹成为莫尔条纹。

莫尔条纹的特性：1莫尔条纹运动与光栅运动之间有对应性2莫尔条纹具有位移放大作用在光栅副中3可提高测量精度4莫尔条纹具有误差平均效应。

光栅是根据莫尔条纹来测量位移的，简述莫尔条纹测量位移的特点。（1）莫尔条纹的移动量、移动方向与光栅尺的位移量、位移方向具有对应关系；（2）莫尔条纹间距对光栅栅距具有放大作用；（3）莫尔条纹对光栅栅距局部误差具有消差作用。

简述光栅式传感器的基本工作原理。分析为什么光栅式传感器有较高的测量精度。1在长度计量中应用的光栅通常称为计量光栅，它主要由标尺光栅(也称主光栅)和指示光栅组成。二者刻线面相对，中间留有很小的间隙相叠合，便组成了光栅副。当标尺光栅相对于指示光栅移动时，形成的莫尔条纹产生亮暗交替变化。利用光电接收元件接受莫尔条纹亮暗变化的光信号，并转换成电脉冲信号，经电路处理后用计数器计数可得到标尺光栅移过的距离。2光栅传感器在测量时，可以根据莫尔条纹的移动量和移动方向判定主光栅(或指示光栅)的位移量和位移的方向。由于莫尔条纹有放大作用，就可以把一个微小移动量的测量转变成一个较大移动量的测量，既方便又提高了测量精度。【11】热电式传感器

热电阻效应：物质的电阻率随温度变化而变化的现象称为热电阻效应。

热电阻传感器分为：金属热电阻（简称热电阻）、半导体热电阻（热敏电阻）

三线制连接法测量电路：工业上铂热电阻电阻本体引线和连接导线电阻会给测量带来误差，常采用三线制接线来消除这种误差。消除测量误差。

热敏电阻有几种类型?三种类型，分别为：负温度系数(NTC)型热敏电阻、正温度系数(PTC)型热敏电阻、临界温度系数(CTR)型热敏电阻。热电偶的基本原理—热电效应 热电效应：两种不同材料的导体A和B组成的闭合回路，当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。这种物理现象称为热电效应。

热电偶回路的基本定律和主要性质

(1)两导体电极材料相同,其热电动势为零。如果组成电偶回路的两种导体相同（A=B），则无论两接点温度如何，其热电动势为零。因此必需由两种不同材料才能构成热电偶。(2)热电偶两结点温度相同,其热电动势为零。如果两接点温度相同（T=T0），则尽管两导体材料不同，其热电动势为零。(3)热电偶回路的热电动势EAB（T,T0）只与两材料和两接点的温度有关，而与热电偶的尺寸形状及材料的中间温度无关。(4)中间温度定律：热电偶AB在接点温度为（T,T0）时的电动势，等于热电偶在接点温度为(T,Tn)和(Tn,T0)时的其热电动势总和。(5)中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要第三种材料导体两接点温度相同，则这一导体的引入将不会改变原来热电偶的热电动势大小。（6）参考电极定律（也称组成定律）。

【12】什么叫生物传感器？

生物传感器是一类特殊的化学传感器，是以生物体成分(如酶、抗原、抗体、激素等)或生物体本身(细胞、微生物、组织等)作为生物敏感元件，对被测目标物具有高度选择性的检测器件。通过物理、化学型信号转换器捕捉目标物与敏感元件之间的反应，并将反应的程度用离散或连续的电信号表达出来，从而得出被测量。这类用固定化的生物体成分或生物体本身作为敏感元件的传感器称为生物分子传感器，简称生物传感器。