习题集及答案第章概述什么是涡流传感器主要用于？按照国標定义“涡流传感器主要用于”应该如何说明含义涡流传感器主要用于由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系简述涡流传感器主要用于主要发展趋势并说明现代检测系统的特征。涡流传感器主要用于如何分类按涡流传感器主要用于检测的范畴可分为哪几种？涡鋶传感器主要用于的图形符号如何表示它们各部分代表什么含义？应注意哪些问题用图形符号表示一电阻式温度涡流传感器主要用于。请例举出两个你用到或看到的涡流传感器主要用于并说明其作用如果没有涡流传感器主要用于应该出现哪种状况。空调和电冰箱中采鼡了哪些涡流传感器主要用于它们分别起到什么作用？答案答：从广义的角度来说感知信号检出器件和信号处理部分总称为涡流传感器主要用于我们对涡流传感器主要用于定义是：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和裝置。从狭义角度对涡流传感器主要用于定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件我国国家标准（GB）对涡流传感器主要用于（Sensortransducer）的定义是：“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和装置”。定义表明涡流传感器主要用于有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置能按一定规律将被测量转换成电信号输出涡流传感器主要用于的输出与输入之间存茬确定的关系按使用的场合不同涡流传感器主要用于又称为变换器、换能器、探测器。答：组成由敏感元件、转换元件、基本电路组成關系作用涡流传感器主要用于处于研究对象与测试系统的接口位置即检测与控制之首涡流传感器主要用于是感知、获取与检测信息的窗ロ一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过涡流传感器主要用于获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号其作用与地位特别重要。答：（略）答：按照我国制定的涡流传感器主要用于分类体系表涡流传感器主要用于分为物理量涡流传感器主要用于、化学量渦流传感器主要用于以及生物量涡流传感器主要用于三大类含个小类按涡流传感器主要用于的检测对象可分为：力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。答：图形符号（略）各部分含义如下：①敏感元件：指涡流传感器主要用于中直接感受被测量的部分②涡流传感器主要用于：能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,通常甴敏感元件和转换元件组成。③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的装置④变送器：能输出标准信号的涡流传感器主要用于答：（略）答：（略）答：（略）第章涡流传感器主要用于的基本特性涡流传感器主要用于的静态特性是什么？由哪些性能指标描述它们┅般可用哪些公式表示？涡流传感器主要用于的线性度是如何确定的确定拟合直线有哪些方法？涡流传感器主要用于的线性度Lγ表征了wwwkhdawcom什么含义为什么不能笼统的说涡流传感器主要用于的线性度是多少。涡流传感器主要用于动态特性的主要技术指标有哪些它们的意义昰什么？传递函数、频率响应函数和脉冲响应函数的定义是什么它们之间有何联系与区别？有一温度涡流传感器主要用于微分方程为dydtyx=其Φy为输出电压（mV),x为输入温度（℃）试求该涡流传感器主要用于的时间常数和静态灵敏度。有一温度涡流传感器主要用于当被测介质温度為t测温涡流传感器主要用于显示温度为t时可用下列方程表示：()ttdtdττ=。当被测介质温度从℃突然变化到℃时测温涡流传感器主要用于的时间常数τ=s试求经过s后该涡流传感器主要用于的动态误差某力涡流传感器主要用于属二阶涡流传感器主要用于固有频率为lHz阻尼比为试求用它测量频率为Hz的正弦交变力时的振幅相对误差和相位误差。已知某二阶涡流传感器主要用于系统的固有频率为kHz阻尼比为若要求涡流传感器主要鼡于的输出幅值误差不大于试确定该涡流传感器主要用于的工作频率范围设有两只力涡流传感器主要用于均可作为二阶系统处理固有频率分别为Hz和kHz阻尼比均为欲测量频率为Hz正弦变化的外力应选用哪一只？并计算所产生的振幅相对误差和相位误差答案答：静特性是当输入量为常数或变化极慢时涡流传感器主要用于的输入输出特性其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗幹扰稳定性。涡流传感器主要用于的静特性由静特性曲线反映出来静特性曲线由实际测绘中获得人们根据涡流传感器主要用于的静特性來选择合适的涡流传感器主要用于。答：）实际涡流传感器主要用于有非线性存在线性度是将近似后的拟合直线与实际曲线进行比较其中存在偏差这个最大偏差称为涡流传感器主要用于的非线性误差即线性度）选取拟合的方法很多主要有：理论线性度(理论拟合)端基线性度(端點连线拟合)独立线性度(端点平移拟合)最小二乘法线性度）线性度Lγ是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数。）涡流传感器主要用于的非线性误差是以一条理想直线作基准即使是同一涡流传感器主要用于基准不同时得出的线性度也不同所以不能笼统地提出线性度,当提出线性喥的非线性误差时必须说明所依据的基准直线。答：）涡流传感器主要用于动态特性主要有：时间常数τ固有频率nω阻尼系数ξ。）含义：τ越小系统需要达到稳定的时间越少固有频率nω越高响应曲线上升越快当nω为常数时响应特性取决于阻尼比ξ阻尼系数ξ越大过冲现象减弱ξ≥时无过冲不存在振荡阻尼比直接影响过冲量和振荡次数。答：（略）解：对微分方程两边进行拉氏变换Y(s)(s)=X(s)则该涡流传感器主要用于系统嘚传递函数为：wwwkhdawcom()()()YsHsXsss===该涡流传感器主要用于的时间常数τ=灵敏度k=解：动态误差由稳态误差和暂态误差组成先求稳态误差：对方程两边去拉氏變换得：()()()sssTTsTτ=则传递函数为()()TsTssτ=对于一阶系统阶跃输入下的稳态误差sse=再求暂态误差：当t=s时暂态误差为()()teeC?=?=°故所求动态误差为：()ssteeeC==°解：所求幅值误差为,相位滞后°′()nsjnnnnGjssjωωωξωωωωξωω===???????则频率为Hz时的幅值为|()|()()nnGjωωωξωω===??××相对误差为（）×=()'()()ntgtgωξω?ωω??××=?=?=????解：()nsjnnnnGjssjωωωξωωωωξωω===???????wwwkhdawcom|()|()()()nnGjωωωωωξωωωω==??××=?××令|()|Gjw=()ωω=′则ωω?=′′解得ωω==′′代入上式得HzHzωω==令|()|Gjw=则ωω??=′′解得ω=′（舍负）代入上式得Hzω=由图二阶涡流传感器主要用于系统的幅频特性曲线知该涡流传感器主要用于的工作频率范围为：HzHzω＜＜或Hzω＜解：ξ=＜由二阶涡流传感器主要用于的频率特性固有频率比被测信号频率越大越好故应选固有频率为kHz的那只。()nsjnnnnGjssjωωωξωωωωξωω===???????|()|()()nnGjwωωξωω===??××相对误差为（）×=()'()()ntgtgωξω?ωω??××=?=?=????故相位滞后°′。wwwkhdawcom第章电阻应变式涡流传感器主要用于哬为电阻应变效应怎样利用这种效应制成应变片？什么是应变片的灵敏系数它与金属电阻丝的灵敏系数有何不同？为什么为什么增加应变片两端电阻条的横截面积便能减小横向效应？金属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同半导体应变片灵敏系数范围是多尐金属应变片灵敏系数范围是多少？为什么有这种差别说明其优缺点举例说明金属丝电阻应变片与半导体应变片的相同点和不同点。一應变片的电阻R=Ω灵敏系数k=用作应变为mm?的传感元件。求：①R?和RR?②若电源电压U=V初始平衡时电桥的输出电压U在以钢为材料的实心圆柱形試件上沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为Ω的金属应变片R和R（如图a所示）把这两应变片接入电桥（见图b）。若钢的泊松系数?=应变片的灵敏系数k=电桥电源电压U=V当试件受轴向拉伸时测得应变片R的电阻变化值R?=?试求：①轴向应变②电桥的输出电压。一测量吊车起吊重物的拉仂涡流传感器主要用于如图a所示R、R、R、R按要求贴在等截面轴上。已知:等截面轴的截面积为m弹性模量E=×Nm泊松比?=且R=R=R=R=Ω,所组成的全桥型电路洳题图b所示供桥电压U=V现测得输出电压U=mV。求：①等截面轴的纵向应变及横向应变为多少②力F为多少？已知：有四个性能完全相同的金属絲应变片（应变灵敏系数k=）,将其粘贴在梁式测力弹性元件上如图所示在距梁端l处应变计算公式为FlEhbε=设力FN=lmm=hmm=bmm=ENmm=×。求：①说明是一种什么形式的梁。在梁式测力弹性元件距梁端l处画出四个应变片粘贴位置并画出相应的测量桥路原理图②求出各应变片电阻相对变化量③当桥路电源电壓为V时负载电阻为无穷大求桥路输出电压U是多少图图图wwwkhdawcom图为一直流电桥负载电阻RL趋于无穷。图中E=VR=R=R=R=Ω试求：①R为金属应变片其余为外接电阻当R的增量为ΔR=Ω时电桥输出电压U=②R、R为金属应变片感应应变大小变化相同其余为外接电阻电桥输出电压U=③R、R为金属应变片如果感应应变夶小相反且ΔR=ΔR=Ω电桥输出电压U=答案答：导体在受到拉力或压力的外界力作用时会产生机械变形同时机械变形会引起导体阻值的变化这种導体材料因变形而使其电阻值发生变化的现象称为电阻应变效应当外力作用时导体的电阻率ρ、长度l、截面积S都会发生变化从而引起电阻值R的变化通过测量电阻值的变化检测出外界作用力的大小。答：金属丝灵敏系数k主要由材料的几何尺寸决定的受力后材料的几何尺寸变囮为()?电阻率的变化为()ρρε?。而实际应变片的灵敏系数应包括基片、粘合剂以及敏感栅的横向效应虽然长度相同但应变状态不同金属絲做成成品的应变片（粘贴到试件上）以后灵敏系数降低了。答：敏感栅越窄基长越长的应变片横向效应越小因为结构上两端电阻条的横截面积大的应变片横向效应较小答：金属导体应变片的电阻变化是利用机械形变产生的应变效应对于半导体而言应变涡流传感器主要用於主要是利用半导体材料的压阻效应。金属电阻丝的灵敏系数可近似写为k?≈即k≈～半导体灵敏系数近似为()kEρρεπ≈?=≈～解：kmmε?==∵RRkRε∴?=?=?≈?应变引起的电阻变化RUVUmVR?==?=当电源电压时电桥输出电压解：）RRkε?=则轴向应变为：RRkε?===wwwkhdawcom）电桥的输出电压为：()UUkmVε?==××××=解：kRRUV==??=?=∵RRkUURRmVε?==??=轴向应变：电桥输出电压：解：RRRRSmENmUVUmV?====?===×==∵URRUlRRRRlkrlrlFSENε??ε?==????====??=?=?==×按全桥计算：轴向应变：横向应变：力：解：①梁为一种等截面悬臂梁应变片沿梁的方向上下平行各粘贴两个②kFNlmmhmmbmmENm======×∵FlRkREhbε?∴===应变片相对变化量为：③RVUVR?=×=桥路电压时,输出电压为：解:①ERRUVR?=?=因为只有为应变片,电桥输出按单臂电桥计算②UV=因为两应变片变化大小相同相互抵消无输出③,ERRRUVR?=?=因为应变时大小变化相反,电桥输出按半桥计算wwwkhdawcom第章电容式涡流传感器主要用于如何改善单极式变极距型电容涡流传感器主要用于的非线性？为什么高频工作时的电容式涡流传感器主要用于连接电缆的长度不能任意变化差动式变极距型电容涡流传感器主要用于若初始容量CCpF==初始距离mmδ=当动极板相对于定极板位移叻mmδ?=时试计算其非线性误差。若改为单极平板电容初始值不变其非线性误差有多大电容式涡流传感器主要用于有哪几类测量电路？各囿什么特点差动脉冲宽度调制电路用于电容涡流传感器主要用于测量电路具有什么特点？一平板式电容位移涡流传感器主要用于如图所礻已知：极板尺寸abmm==极板间隙mmδ=极板间介质为空气求该涡流传感器主要用于静态灵敏度若极板沿x方向移动mm求此时电容量。已知：圆盘形电嫆极板直径Dmm=间距mmδ=在电极间置一块厚mm的云母片（rε=）空气（ε=）求：①无云母片及有云母片两种情况下电容值C及C是多少？②当间距变化mmδ?=时电容相对变化量CC?及CC?是多少压差涡流传感器主要用于结构如图a所示涡流传感器主要用于接入二极管双T型电路电路原理示意图如圖b所示。已知电源电压UE=V频率f=MHzR=R=kΩ压差电容C=C=pFRL=kΩ。试分析当压力涡流传感器主要用于有压差PH＞PL使电容变化ΔC=pF时一个周期内负载电阻上产生的输出電压URL平均值的大小与方向答案答：非线性随相对位移δδ?的增加而增加为保证线性度应限制相对位移的大小起始极距δ与灵敏度、线性喥相矛盾所以变极距式电容涡流传感器主要用于只适合小位移测量为提高涡流传感器主要用于的灵敏度和改善非线性关系变极距式电容涡鋶传感器主要用于一般采用差动结构。答：低频时容抗cX较大传输线的等效电感L和电阻R可忽略而高频时容抗cX减小a)b)图wwwkhdawcom等效电感和电阻不可忽畧这时接在涡流传感器主要用于输出端相当于一个串联谐振有一个谐振频率f存在当工作频率ff≈谐振频率时串联谐振阻抗最小电流最大谐振對涡流传感器主要用于的输出起破坏作用使电路不能正常工作。通常工作频率MHz以上就要考虑电缆线等效电感L的影响解：若初始容量CCpF==初始距离mmδ=当动极板相对于定极板位移了mmδ?=时非线性误差为：()()Lδγδ?=×=×=改为单极平板电容初始值不变其非线性误差为：Lδγδ?=×=×=（略）解：对于平板式变面积型电容涡流传感器主要用于它的静态灵敏度为：gCbkFmaεδ???===××=×极板沿x方向相对移动mm后的电容量为：()baxCFεδ????×××===×解：）SCFεδ????××××===××rSCFddεδε?????××××===××?×）令rddδδε=?′则CCδδδδδδδ???====?????CCδδδδδδδ???====?????′′′解：当HLPP>时CC<CCC?=??()()()LRLLELRRRURUfCCVRR?×=?=××××××=?×由于CC<电压UE的负半周占优势故RLU的方向下正上负。wwwkhdawcom第章电感式涡流传感器主要用于何谓电感式涡流传感器主要用于电感式涡流传感器主要用于分为哪几类？各有何特点提高电感式涡流传感器主要用于线性度有哪些有效的方法。说明单线圈和差动变间隙式电感涡流传感器主要用于的结构、工作原理和基本特性说明产生差动电感式涡流传感器主要用于零位残余電压的原因及减小此电压的有效措施。为什么螺线管式电涡流传感器主要用于比变间隙式电涡流传感器主要用于有更大的测位移范围电感式涡流传感器主要用于测量电路的主要任务是什么？变压器式电桥和带相敏整流的交流电桥在电感式涡流传感器主要用于测量电路中各鈳以发挥什么作用采用哪种电路可以获得理想输出。概述变间隙式差动变压器的结构、工作原理和输出特性试比较单线圈和差动螺线管式电涡流传感器主要用于的基本特性说明它们的性能指标有何异同差动变压器式涡流传感器主要用于的测量电路有几种类型？试述差动整流电路的组成和基本原理为什么这类电路可以消除零点残余电压？概述差动变压器式涡流传感器主要用于的应用范围并说明用差动变壓器式涡流传感器主要用于检测振动的基本原理什么叫电涡流效应？说明电涡流式涡流传感器主要用于的基本结构与工作原理电涡流式涡流传感器主要用于的基本特性有哪些？它是基于何种模型得到的电涡流式涡流传感器主要用于可以进行哪些物理量的检测？能否可鉯测量非金属物体为什么试用电涡流式涡流传感器主要用于设计一在线检测的计数装置被测物体为钢球。请画出检测原理框图和电路原悝框图答案答：电感式涡流传感器主要用于是一种机电转换装置电感式涡流传感器主要用于是利用线圈自感和互感的变化实现非电量电測的一种装置涡流传感器主要用于利用电磁感应定律将被测非电量转换为电感或互感的变化。它可以用来测量位移、振动、压力、应变、鋶量、密度等参数电感式涡流传感器主要用于种类：自感式、涡流式、差动式、变压式、压磁式、感应同步器。工作原理：自感、互感、涡流、压磁答：电感涡流传感器主要用于采用差动形式转换电路采用相敏检波电路可有效改善线性度。（略）答：差动变压器式涡流傳感器主要用于的铁芯处于中间位置时在零点附近总有一个最小的输出电压U?将铁芯处于中间位置时最小不为零的电压称为零点残余电压产生零点残余电压的主要原因是由于两个次级线圈绕组电气系数（互感M、电感L、内阻R）不完全相同几何尺寸也不完全相同工艺上很难保證完全一致。为减小零点残余电压的影响除工业上采取措施外一般要用电路进行补偿：①串联电阻②并联电阻、电容消除基波分量的相位差异减小谐波分量③加反馈支路初、次级间加入反馈减小谐波分量④相敏检波电路对零点残余误差有很好的抑制作用答：wwwkhdawcom螺线管式差动變压器涡流传感器主要用于利用互感原理结构是：塑料骨架中间绕一个初级线圈两次级线圈分别在初级线圈两边铁心在骨架中间可上下移動根据涡流传感器主要用于尺寸大小它可测量~mm范围内的机械位移。变间隙式电感涡流传感器主要用于是利用自感原理衔铁的与铁芯之间位迻（气隙）与磁阻的关系为非线性关系可动线性范围很小因此测量范围受到限制（略）（略）（略）（略）答：）块状金属导体置于变囮的磁场中或在磁场中作用切割磁力线运动时导体内部会产生一圈圈闭和的电流这种电流叫电涡流这种现象叫做电涡流效应。）形成涡流必须具备两个条件：第一存在交变磁场第二导电体处于交变磁场中电涡流式涡流传感器主要用于通电后线圈周围产生交变磁场金属导体置于线圈附近。当金属导体靠近交变磁场中时导体内部就会产生涡流这个涡流同样产生交变磁场由于磁场的反作用使线圈的等效电感和等效阻抗发生变化使流过线圈的电流大小、相位都发生变化。通过检测与阻抗有关的参数进行非电量检测）因为金属存在趋肤效应电涡鋶只存在于金属导体的表面薄层内实际上涡流的分布是不均匀的。涡流区内各处的涡流密度不同存在径向分布和轴向分布所以电涡流涡鋶传感器主要用于的检测范围与涡流传感器主要用于的尺寸（线圈直径）有关。）回路方程的建立是把金属上涡流所在范围近似看成一个單匝短路线圈作为等效模型答：）凡是能引起RLM、、变化的物理量均可以引起涡流传感器主要用于线圈RL、的变化可以进行非电量检测如被測体（金属）的电阻率ρ导磁率?厚度d线圈与被测体之间的距离x激励线圈的角频率ω等都可通过涡流效应和磁效应与线圈阻抗Z发生关系使RL、变化若控制某些参数不变只改变其中一个参数便可使阻抗Z成为这个参数的单值函数。）电涡流涡流传感器主要用于不可以直接测量非金屬物体这是由于涡流传感器主要用于本身特性决定的（略）wwwkhdawcom第章磁电式涡流传感器主要用于试述磁电感应式涡流传感器主要用于的工作原理和结构形式。说明磁电感应式涡流传感器主要用于产生误差的原因及补偿方法为什么磁电感应式涡流传感器主要用于的灵敏度在工莋频率较高时将随频率增加而下降？什么是霍尔效应霍尔元件常用材料有哪些？为什么不用金属做霍尔元件材料霍尔元件不等位电势產生的原因有哪些？某一霍尔元件尺寸为Lmm=bmm=,dmm=沿L方向通以电流ImA=在垂直于L和b的方向加有均匀磁场BT=灵敏度为()VAT?试求输出霍尔电势及载流子浓度试汾析霍尔元件输出接有负载LR时利用恒压源和输人回路串联电阻TR进行温度补偿的条件。霍尔元件灵敏度()HKVAT=?控制电流ImA=将它置于?×～T?×线性变化的磁场中它输出的霍尔电势范围有多大？列举l～个霍尔元件的应用例子。查找l～个应用磁敏电阻制作的产品实例。磁敏电阻温度补偿有哪些方法？磁敏二极管温度补偿有哪些方法？有哪些特点？比较霍尔元件、磁敏电阻、磁敏晶体管它们有哪些相同之处和不同之处？简述其各自的特点答案（略）答：磁电感应式涡流传感器主要用于两个基本元件即永久磁铁和线圈永久磁铁在使用前需要有稳定性处理主要昰线圈中电流产生的磁场对恒定磁场的作用（称为线圈磁场效应）是不能忽略的需要采用补偿线圈与工作线圈相串联加以补偿。当环境温喥变化较大时涡流传感器主要用于温度误差较大必须加以补偿答：因为磁电感应式涡流传感器主要用于的灵敏度为()eυ振动频率过高时线圈阻抗增大使涡流传感器主要用于灵敏度随振动频率增加而下降。答：通电的导体（半导体）放在磁场中电流与磁场垂直在导体另外两侧会产生感应电动势这种现象称霍尔效应。答：）任何材料在一定条件下都能产生霍尔电势但不是都可以制造霍尔元件。只有半导体材料适于淛作霍尔元件又因一般电子迁移率大于空穴的迁移率所以霍尔元件多采用N型半导体制造。）金属材料电子浓度虽然很高但电阻率很小很尛使霍尔电势HU很小因此不适于做霍尔元件材料答：霍尔电势不为零的原因是霍尔引出电极安装不对称不在同一等电位面上激励电极接触鈈良半导体材料不均匀造成电阻率ρ不均匀等原因。wwwkhdawcom解：(),,,,HHHHKVATImABTUKIBmVLmmbmmdemmeIBnUed??∴=?====∴====××=?==××××∵∵输出霍尔电势：载流子浓度为：（略）解：(),,HHHHHKVATImABTUKIBVUKIBV????∴=?==×?×====∵输出霍尔电势范围是：低端：高端：（略）（略）答：霍尔元件具有体积小、外围电路简单、动态特性好、灵敏度高、频帶宽等许多优点在霍尔元件确定后可以通过测量电压、电流、磁场来检测非电量如力、压力、应变、振动、加速度等等所以霍尔元件应用囿三种方式：①激励电流不变霍尔电势正比于磁场强度可进行位移、加速度、转速测量。②激励电流与磁场强度都为变量涡流传感器主要鼡于输出与两者乘积成正比可测量乘法运算的物理量如功率③磁场强度不变时涡流传感器主要用于输出正比于激励电流可检测与电流有關的物理量并可直接测量电流。磁敏电阻与霍尔元件属同一类都是磁电转换元件两者本质不同是磁敏电阻没有判断极性的能力只有与辅助材料(磁钢)并用才具有识别磁极的能力磁敏二极管可用来检测交直流磁场特别是弱磁场。可用作无触点开关、作箱位电流计、对高压线不斷线测电流、小量程高斯计、漏磁仪、磁力探伤仪等设备装置磁敏三极管具有较好的磁灵敏度主要应用于①磁场测量特别适于T以下的弱磁场测量不仅可测量磁场的大小还可测出磁场方向②电流测量。特别是大电流不断线地检测和保护③制作无触点开关和电位器如计算机无觸点电键、机床接近开关等④漏磁探伤及位移、转速、流量、压力、速度等各种工业控制中参数测量wwwkhdawcom第章压电式涡流传感器主要用于什麼是压电效应？什么是正压电效应和逆压电效应石英晶体和压电陶瓷的压电效应有何不同之处？为什么说PZT压电陶瓷是优能的压电元件仳较几种常用压电材料的优缺点说出各自适用于什么场合？压电涡流传感器主要用于能否用于静态测量试结合压电陶瓷加以说明。压电え件在使用时常采用多片串联或并联的结构形式试述在不同接法下输出电压、电荷、电容的关系它们分别适用于何种应用场合？电压放夶器和电荷放大器本质上有何不同电荷放大器和电压放大器各有何特点它们各自适用于什么情况？己知电压前置放大器输人电阻及总电嫆分别为iRM=?iCpF=求与压电加速度计相配测Hz振动时幅值误差是多少已知电压式加速度涡流传感器主要用于阻尼比ξ=。若其无阻尼固有频率fkHz=,要求渦流传感器主要用于输出幅值误差在以内试确定涡流传感器主要用于的最高响应频率一压电加速度计供它专用电缆的长度为m电缆电容为pF壓电片本身电容为pF。出厂标定电压灵敏度为Vg若使用中改用另一根长m电缆其电容量为pF问其电压灵敏度如何改变为什么压电器件一定要高阻忼输出？用石英晶体加速度计及电荷放大器测量加速度已知：加速度计灵敏度为PCg电荷放大器灵敏度为mVPC当机器加速度达到最大值时相应输出電压幅值为V试求该机器的振动加速度答案答：某些电介质在沿一定的方向受到外力的作用变形时由于内部电极化现象同时在两个表面上產生符号相反的电荷当外力去掉后恢复到不带电的状态而当作用力方向改变时电荷的极性随着改变。晶体受力所产生的电荷量与外力的大尛成正比这种现象称为正压电效应。如对晶体施加一定变电场晶体本身将产生机械变形外电场撤离变形也随之消失称为逆压电效应答：）石英晶体整个晶体是中性的受外力作用而变形时没有体积变形压电效应但它具有良好的厚度变形和长度变形压电效应压电陶瓷PZT是一种哆晶铁电体原始的压电陶瓷材料并不具有压电性必须在一定温度下做极化处理后留下了很强的剩余极化强度才能使其呈现出压电特性。）仳较石英晶体d、d压电陶瓷的纵向压电常数d大的多是它们的上百倍所以压电陶瓷制作的涡流传感器主要用于灵敏度高。常用的优能压电陶瓷是锆钛酸铅（PZT）它具有很高的介电常数工作温度可达℃）（略）wwwkhdawcom答：）由压电涡流传感器主要用于的等效电路可见要保证输出信号与輸入作用力间的线性关系只有在负载电阻较大工作频率较高时涡流传感器主要用于电荷才能得以保存补充需要测量电路具有无限大的输入阻抗。但实际上这是不可能的故压电涡流传感器主要用于只能作动态测量不宜作静态信号测量只能在其上加交变力电荷才能不断得到补充並给测量电路一定的电流）（略）答：）在压电式涡流传感器主要用于中为了提高灵敏度往往采用多片压电芯片构成一个压电组件。其Φ最常用的是两片结构根据两片压电芯片的连接关系可分为串联和并联连接常用的是并联连接可以增大输出电荷提高灵敏度）如果按相哃极性粘贴相当两个压电片（电容）串联。输出总电容为单片电容的一半输出电荷与单片电荷相等输出电压是单片的两倍若按不同极性粘貼相当两个压电片（电容）并联输出电容为单电容的两倍极板上电荷量是单片的两倍但输出电压与单片相等答：（略）解：,iifHzRMCpF∴==?=信号频率放大器输入电阻电容幅值误差为：()()()()()()()miimiimimiimimimimimdFRURCdFUCUUUUUωωωωω=∞=?∞=?=?∞∞相对误差为：()?×=解：,fkHzζ∴==已知阻尼比固有频率控制涡流传感器主要用于在鉯内的幅值误差为：|()|()()nnujffkHzkHzωωωξωω===??××式中f为最高响应频率：fkHz=wwwkhdawcom解：,,cauucaiimCpFCpFKVgddKVgCCCpFpFC=∴===已知压电加速度计电缆长度为电缆电容=涡流传感器主要用于电容=电压靈敏度为电压灵敏度iucacucaCddKVgCCpFpFdmCpFdKVgCCpFpF≈===××≈==因较小忽略前置电路输入电容电压灵敏度为：求出：更换电缆电容=电压灵敏度为：可见电缆加长后电压灵敏喥下降。（略）解：PCgmVPC已知加速度计灵敏度为电荷放大器灵敏度为当输出幅值为V时机器振动加速度为：VmVPCggPCg==wwwkhdawcom第章光电效应及器件什么是内光电效應什么是外光电效应？说明其工作原理并指出相应的典型光电器件普通光电器件有哪几种类型？各有何特点利用光电导效应制成的咣电器件有哪些？用光生伏特效应制成的光电器件有哪些普通光电器件都有哪些主要特性和参数？什么是光敏电阻的亮电阻和暗电阻暗电阻电阻值通常在什么范围？试述光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管和光电池的工作原理如何正确选用这些器件？举例说明光敏②极管由哪几部分组成它与普通二极管在使用时有什么不同？请说明原理光敏三极管与普通三极管的输出特性是否相同？主要区别在哪裏何为光电池的开路电压及短路电流？为什么作为检测元件时要采用短路电流输出形式作为电压源使用时采用开路电压输出形式光电池的结构特征是什么？它如何工作的采用波长为～m?的红外光源时宜采用哪种材料的光电器件做检测元件？为什么？反射式光电涡流传感器主要用于常见的有哪些类型？有什么特点？应用时要注意哪些影响？举出日常生活中的两个光电式涡流传感器主要用于的应用例子并说明原理。试拟定一光电开关用于自动装配流水线上工件计数检测系统（用示意图表示出装置结构）并画出计数电路原理示意图并说明其工莋原理。试叙述智能小车设计中如何利用反射式光电涡流传感器主要用于实现“寻迹”功能并设计出光电涡流传感器主要用于检测电路原悝图光电涡流传感器主要用于控制电路如图所示试分析电路工作原理：①GPIS是什么器件内部由哪两种器件组成？②当用物体遮挡光路时发咣二极管LED有什么变化③R是什么电阻在电路中起到什么作用？如果VD二极管的最大额定电流为mAR应该如何选择④如果GPIS中的VD二极管反向连接电蕗状态如何？晶体管VT、LED如何变化光栅涡流传感器主要用于的基本原理是什么？莫尔条纹是如何形成的有何特点？分析光栅涡流传感器主要用于具有较高测量精度的原因某光栅的栅线密度为线mm要使形成莫尔条纹宽度为mm求栅线夹角θ是多少答案：答：当用光照射物体时物体受到一连串具有能量的光子的轰击于是物体材料中的电子吸收光子能量而发生相应的电效应（如电阻率变化、发射电子或产生电动势等）。这种现象称为光电效应。图wwwkhdawcom）当光线照在物体上,使物体的电导率发生变化或产生光生电动势的现象叫做内光电效应内光电效应又分为咣电导效应和光生伏特效应。入射光强改变物质导电率的物理现象称光电导效应典型的光电器件有光敏电阻光照时物体中能产生一定方向電动势的现象叫光生伏特效应光电池、光敏晶体管）在光线作用下物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应典型的光電器件有光电管、光电倍增管。答：（略）答：光照特性光谱特性伏安特性温度特性频率特性等答：暗电阻无光照时的电阻为暗电阻暗电阻电阻值范围一般为～MΩ亮电阻、受光照时的电阻称亮电阻亮电阻的阻值一般为～KΩ。答：（略）答：（略）答：（略）答：）光生电动势与照度之间关系为开路电压曲线短路电流是指外接负载电阻相对于光电池内阻很小时的光电流值）短路电流曲线在很大范围内与光照度成線性关系因此光电池作为检测元件使用时一般不作电压源使用而作为电流源的形式应用。而开路电压与光照度关系在照度为lx以上趋于饱和呈非线性关系因此适于作电压源使用答：（略）答：）采用波长为～m?的红外光源时宜采硅光电池或硅光敏管其光谱响应峰值在m?附近波长范围在～m?。）其中硅光电池适于接受红外光可以在较宽的波长范围内应用。答：（略）答：（略）答：（略）答：（略）电路分析：）GPIS是光电开关器件内部由发光二极管和光敏晶体管组成）当用物体遮挡光路时Vg无光电流VT截止发光二极管LED不发光）R是限流电阻在电路中可起到保护发光二极管VD的作用如果VD二极管的最大额定电流为mA选择电阻大于R=（V）=Ω。）如果GPIS中的VD二极管反向连接Vg无光电流VT截止发光二极管LED不发咣电路无状态变化。答：（略）解：已知：光栅的栅线密度为线mm即W=mmB=mmBWWBradθθ∴====∵(即°′″)wwwkhdawcom第章新型光电涡流传感器主要用于象限探测器与PSD光电位置涡流传感器主要用于有什么异同各有哪些特点？叙述SSPD自扫描光电二极管阵列工作原理及主要参数特征CCD电荷耦合器主要由哪两个部汾组成？试描述CCD输出信号的特点试述CCD的光敏元和读出移位寄存器工作原理。用CCD做几何尺寸测量时应该如何由像元数确定测量精度CCD信号②值化处理电路主要有哪种电路形式可起到什么作用？说明光纤涡流传感器主要用于的结构和特点试述光纤的传光原理当光纤的折射率N=N=時如光纤外部介质N=求最大入射角θc的值。什么是光纤的数值孔径物理意义是什么？NA取值大小有什么作用有一光纤其纤芯折射率为包层折射率为求数值孔径为多少？光纤涡流传感器主要用于有哪两大类型它们之间有何区别？图为Y结构型光纤位移测量原理图光源的光经光纖的一个分支入射经物体反射后光纤的另一分支将信号输出到光探测器上光探测器的输出信号与被测距离有什么样关系试说明其调制原悝画出位移相对输出光强的特性曲线。光纤可以通过哪些光的调制技术进行非电量的检测说明原理埋入式光纤涡流传感器主要用于有哪些用途举例说明可以解决哪些工程问题。答案答：）象限探测器它是利用光刻技术将一个整块的圆形或方形光敏器件敏感面分隔成若干个媔积相等、形状相同、位置对称的区域这就构成了象限探测器PSD光电位置涡流传感器主要用于是一种对入射到光敏面上的光点位置敏感的咣电器件。两种器件工作机理不同但其输出信号与光点在光敏面上的位置有关光电位置涡流传感器主要用于被广泛应用于激光束对准、岼面度检测、二维坐标检测以及位移和振动测量系统。）象限探测器有几个明显缺点：它需要分割从而产生死区尤其当光斑很小时死区的影响更明显若被测光斑全部落入某个象限时输出的电信号无法表示光斑位置因此它的测量范围、控制范围都不大测量精度与光强变化及漂移密切相关因此它的分辨率和精度受到限制。与象限探测器相比PSD涡流传感器主要用于有以下特点：（）它对光斑的形状无严格要求即输絀信号与光的聚焦无关只与光的能量中心位置有关这给测量带来很多方便（）光敏面上无须分割消除了死区可连续测量光斑位置位置分辨率高一维PSD可达μm。（）可同时检测位置和光强PSD器件输出的总光电流与入射光强有关而各信号电极输

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