第一篇：传感器原理及应用期末试题3
传感器原理及应用期末试题
一．判断题.(本题共10分，对则打“√”，不对则打“×”)
1．A/D转换就是把模拟信号转换成连续的数字信号。（）
2．固有频率fn=400Hz的振动子的工作频率范围为f > 400Hz。（）
3．信号在时域上波形有所变化，必然引起频谱的相应变化。（）
4．一台仪器的重复性很好，但测得的结果并不准确，这是由于存在随机误差的缘故。（）
5．一般来说测量系统的固有频率越高，则其灵敏度就越低。（）
6．交流电桥的输出信号经放大后，直接记录就能获得其输入信号的模拟信号了。（）
7．测量小应变时，应选用灵敏度高的金属丝应变片，测量大应变时，应选用灵敏度低的半导体应
变片。（）
8．传递函数表征了系统的传递特性，并反映了物理结构，因此凡传递函数相同的系统，其物理结
构必然相同。（）j2ft
9．x(t)edt称为信号x(t)的频率响应函数。（）
10．作为温度补偿的应变片应和工作应变片作相邻桥臂且分别贴在与被测试件相同的置于同一温度 场的材料上。（）
二．选择题(共24分，每空1.5分，每题只有一个正确答案)
1.压电式加速度计测量系统的工作频率下限取决于（）
a.加速度计力学系统的频率特性； b.压电晶体的电路特性；c.测量电路的时间常数。
2.用惯性式加速度计进行测量，为保证相位关系不变，应选择适当的阻尼比β，一般取β=（）
或β=（）;而对惯性式位移传感器应有β=（）
a.β=0;b.β=0.7;c.β=1;d.β=0.86
3.要测量x(t)=5aSin40πt+aSin2000πt的振动位移信号，为了尽量减少失真，应采用（）的惯性加速度计。
a.fn=15Hz、β=0.707;b.fn=1000Hz、β=0.707;c.fn=50kHz、β=0.04
4.压电式加速度传感器的阻尼率一般为（）
a.β>1;b.0.707<β<1;c.β=0.707;d.β<<0.707
5.描述非周期信号的数学工具是（）。
a.三角函数； b.拉氏变换； c.付氏变换； d.付氏级数
6.复杂周期信号的频谱是（）
a.离散谱； b.连续谱； c.δ函数； d.sinc函数
7.对某二阶系统输入周期信号X(t)=A0sinωmt，则系统输出信号有以下特性（）。
[注：ωm>ωn]
a.幅值、频率、相位皆不变；b.频率改变，幅值、相位不变；c.幅值、相位改变，频率不变；
d.相位不变，幅值、频率改变
8.测量等速变化的温度时，为了减小测量误差，希望测温传感器的时间常数（）a.大些好； b.小些好； c.要适中； d.可不考虑
9.半导体应变片是根据（）原理工作的；压电式加速度计的工作原理是基于（）a.电阻应变效应；b.压阻效应；c.压电效应；d.电磁效应
10.金属丝应变片在测量某一构件的应变时，其电阻的相对变化主要由（）引起的。a.贴片位置的温度变化；b.电阻丝几何尺寸的变化；c.电阻材料的电阻率的变化
11.用一缓变综合信号e(t)=Acos2πt+Bcos200πt调制一栽波e0(t)=Esin2000πt,得到的调幅波的频带宽度为（）
a.（1000-10）（1000+10）Hz;b.-(1000+100)(1000+100)Hz;c.(1000-100)(1000+100)Hz;
12.既能检波又能检相的电路称为（）
a.桥式整流； b.相位鉴频； c.相敏检波； d.直流放大
13.常用解决光线示波器低频振子阻尼率β达到0.7的方法是（）
a.充入硅油；b.保证要求的外阻；c.串联一合适电阻；d.并联一合适电阻
14.某间接测量的函数式为y=a0x1x2, 则y的标准误差为（）（式中测量量值x1、x2的标准误差）
.a.d.222y(x1x2)x1、x2 分别为直接;;b.222ya0(x1x2);c.2222y(a0x12x1x2x2)2222ya0(x12x2x2x1)
15.把连续时间信号进行离散化时产生混迭的主要原因是（）
a.记录时间太长； b.采样时间间隔太宽； c.记录时间太短； d.采样时间间隔太窄
三.[本题共16分]
1.(8分)求理想一阶系统的拉氏传递函数，根据所求传递函数写出其频率响应函数，系统的幅频特性及相频特性表示式，并用简图画出其幅频特性。[注：一阶系统的运动微分方程为：dy(t)y(t)A0x(t)dt]
2.(4分)压电测压传感器与电荷放大器相接时，为能测量静态压力信号即防止静电泄漏，从放大器本身出发，应采取哪些措施？[提示：等效电路见图,运动方程为：
RCdu0dFu0Rddtdt，qdF，ccpcE，RRp//Ri，cp为压电晶体等效电容，Rp为传感器输出电阻，cE为电缆电容，Ri为电压放大器的输入电阻。]
di3．（4LRie
[注：微分方程为： dt(R=Ri+RL),e为感应电动势，L为等效电感，RL为传感器的等效电阻，Ri为放大器输入电阻]
四．（本题共16分）
1．（4分）叙述测量系统实现不失真测量的条件。
2．（10分）有人将某二阶系统的幅频特性曲线绘成了如图所示形状，请指出图中有何问题？当输入图示三种信号时，问系统输出有无失真（假定相频特性符合要求）。
3．(2分)为何在调节二阶系统β时，一般都取β=0.6~0.8？
五．（10分）应变筒式测压传感器与应变管式测压传感器主要区别有哪些？简述应变筒式测压传感器是如何进行温度补偿的？
六.(8分）永磁式感应测速传感器的磁头件安装有何要求？描述该传感器中位移线圈的绕制方法，该传感器速度线圈采用串联的目的是什么？
七．（6分）用镍铬—镍硅热电偶测炉温。当冷端温度T0=40 0C时，测得热电势为E(T,T0)=39.17mv,若冷端温度变为常温20 0C测该炉温时，则应测得热电势为多少mv？
[附：已知该热电偶有E(40,0)=1.61mv, E(-40,0)=-1.50 mv, E(20,0)=0.80mv, E(-20,0)=-0.77mv ]
八．（4分）为使测量具有普遍的科学意义，测量仪器必须具备哪些条件？线性测量系统应具有的两个重要特性是什么？
九．（6分）图为受弯和拉作用的某构件，请合理安排四个电阻在桥臂上的位置测量弯矩M，既能消除温度对M的影响又不受力P的影响。根据给定的桥盒画出正确的搭桥线路。
第二篇：传感器原理 试题
一、填空（30分，每空1.5分）
1、有一温度计，它的量程范围为0∽200℃，精度等级为0.5级。该表可能出现的最大误差为，当测量100℃ 时的示值相对误差为。
2、在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的倍左右为宜。
3、传感器由、、三部分组成。
4、利用热敏电阻对电动机实施过热保护，应选择型热敏电阻。
5、已知某铜热电阻在0℃时的阻值为50Ω，则其分度号是，对
于镍铬-镍硅热电偶其正极是。
6、霍尔元件采用恒流源激励是为了。
7、用水银温度计测量水温,如从测量的具体手段来看它属于测量。
二、选择题(30分，每题2分)
1、在以下几种传感器当中属于自发电型传感器。
A、电容式B、电阻式C、压电式D、电感式
2、的数值越大,热电偶的输出热电势就越大。
A、热端直径B、热端和冷端的温度
C、热端和冷端的温差D、热电极的电导率
3、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的。
A、应变效应B、电涡流效应C、压电效应D、逆压电效应
4、在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中。
A、电容和电感均为变量B、电容是变量，电感保持不变
C、电感是变量，电容保持不变D、电容和电感均保持不变
5、在两片间隙为1mm的两块平行极板的间隙中插入，可测得最大的容量。
A、塑料薄膜B、干的纸C、湿的纸D、玻璃薄片
6、热电阻测量转换电路采用三线制是为了
A、提高测量灵敏度B、减小非线性误差
C、提高电磁兼容性D、减小引线电阻的影响
7、当石英晶体受压时，电荷产生在。
A、Z面上B、X面上C、Y面上D、X、Y、Z面上
8、汽车衡所用的测力弹性敏感元件是。
A、悬臂梁B、弹簧管C、实心轴D、圆环
9、在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是。
A、补偿热电偶冷端热电势的损失B、起冷端温度补偿作用
C、将热电偶冷端延长到远离高温区的地方D、提高灵敏度
10、减小霍尔元件的输出不等位电势的办法是。
A、减小激励电流B、减小磁感应强度C、使用电桥调零电位器
11、测得某检测仪表的输入信号中,有用信号为20毫伏,干扰电压也为20毫伏, 则此时的信噪比为。
A、20dBB、1 dBC、0 dB12、发现某检测仪表机箱有麻电感,必须采取措施。
A、接地保护环B、将机箱接大地C、抗电磁干扰
13、在仿型机床当中利用电感式传感器来检测工件尺寸，该加工检测装置是采了测量方法。
A、微差式B、零位式C、偏差式
15、在实验室中测量金属的熔点时,冷端温度补偿采用。
A、计算修正法B、仪表机械零点调整法C、冰浴法
三、证明热电偶的参考电极定律：EAB（t,t0）= EAC（t,t0）-EBC（t,t0）,并画出原理图（本
题10分）
四、有一额定荷重为20×103N的等截面空心圆柱式荷重传感器，其灵敏度KF为2mV/V。
激励源电压为12V，求：
1、在额定荷重时的输出电压Uom,2、当承载为5×103N时的输出电压Uo。(本题10分）
六、已知待测拉力约为70N左右，现有两只测力仪表，一只为0.5级，测量范围为0∽500N；
另一只为1.0级，测量范围为0∽100N。问选用哪一只测力仪表较好?为什么?(写出计算过
程)(本题10分）
参考答案
一、填空题：
1、±1℃，±1%
2、1．5倍
3、敏感元件、传感元件、测量转换电路
4、NTC突变
5、CU50，镍铬
6、减小温漂
7、偏位式
8、干扰源，干扰途径，敏
感接收器
9、屏蔽，浮置，接地，滤波，光电隔离
10、X面
二、选择题
1、C2、C3、C4、B5、D6、D7、B
8、C9、C10、C11、C12、B13、B14、C15、C
四、24 mV，6 mV
五、K拨至1位，反复调节R0，使仪表指示为0，K拨至3位，反复调节RF，使仪表指示
为满偏，K拨至2位，进行测量。
六、选用1.0级，测量范围为0∽100N的测力仪表。
一、填空（本题共39分，每空1.5分）
1、传感器由、、三部分组成。
2、在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的倍左右为宜。
3、有一温度计，它的量程范围为0∽200℃，精度等级为0.5级。该表可能出现的最大误差
为，当测量100℃ 时的示值相对误差为。
4、利用热敏电阻对电动机实施过热保护，应选择型热敏电阻。
5、在压电晶片的机械轴上施加力,其电荷产生在。
6、霍尔元件采用恒流源激励是为了。
7、用水银温度计测量水温,如从测量的具体手段来看它属于测量。
8、已知某铜热电阻在0℃时的阻值为50Ω，则其分度号是，对于镍铬-镍硅热电偶
其正极是。
9、压电材料在使用中一般是两片以上，在以电荷作为输出的地方一般是把压电元件起
来，而当以电压作为输出的时候则一般是把压电元件起来。
10、热电阻主要是利用电阻随温度升高而这一特性来测量温度的。
12、金属电阻的是金属电阻应变片工作的物理基础。
14、在动圈式表头中的动圈回路中串入由NTC组成的电阻补偿网络，其目的是为了。
二、选择题（本题共30分，每题2分）
3、在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中。
A、电容和电感均为变量B、电容是变量，电感保持不变
C、电感是变量，电容保持不变D、电容和电感均保持不变
4、在仿型机床当中利用电感式传感器来检测工件尺寸，该加工检测装置是采用了测量
方法。
A、微差式B、零位式C、偏差式
5、热电阻测量转换电路采用三线制是为了
A、提高测量灵敏度B、减小引线电阻的影响
C、减小非线性误差D、提高电磁兼容性
10、在实验室中测量金属的熔点时,冷端温度补偿采用。
A、冰浴法B、仪表机械零点调整法C、计算修正法
11、自感传感器或差动变压器采用相敏检波电路最重要的目的是为了。
A、提高灵敏度B、将输出的交流信号转换为直流信号
C、使检波后的直流电压能反映检波前交流信号的幅度和相位
12、要测量微小的气体压力之差，最好选用变换压力的敏感元件。
A、悬臂梁B、平膜片C、弹簧管D、膜盒
13、以下四种传感器中，属于四端元件的是。
A、霍尔元件B、压电晶体C、应变片D、热敏电阻
14、下列不能用做加速度检测传感器。
A、电容式B、压电式C、电感式D、热电偶
15、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的。
A、应变效应B、电涡流效应C、压电效应D、逆压电效应
三、我国的模拟仪表有哪些精度等级？现欲测量240V左右的电压，要求测量示值相对误差的绝对值不大于0.6%，问：若选用量程为250V的电压表，其精度应选哪一级？若选用量
程为500V的电压表，其精度又应选哪一级？（本题10分）
四、热电偶参考电极定律有何实际意义？以知在某特定条件下材料A与铂配对的热电动势为13.967mv, 材料B与铂配对的热电动势为8.345mv,求出在此特定条
件下材料A与B配对后的热电动势？此时哪种材料为正极？（本题10分）
五、根据你所学的传感器相关知识，请分别列出下列物理量可以使用什么传感器来测量？（本
题11分）
1、加速度：
2、温度：
3、工件尺寸：
4、压力：
参考答案
一、填空题：
1、敏感元件、传感元件、测量转换电路2、1．5倍
3、±1℃，±1%
4、NTC突变
5、X面
6、减小温漂
7、偏位式
8、CU50，镍铬
9、并联，串联
10、增大
11、屏蔽，浮置，接地，滤波，光电隔离
12、应变效应
13、干扰源，干扰途径，敏感接收器
14、温度补偿
二、选择题
1、C2、D3、B4、B5、B6、A7、C8、C9、A10、C11、D12、A13、D14、C15、C
三、0．10．20．51．01．52．55．0
选用量程为250V的电压表，其精度应选0．5级，选用量程为500V的电压表，其精度应选0．2级
四、大大简化了热电偶的选配工作，5．622 mv，A为正极
五、1、电阻应变片，电容等
2、热电偶，热电阻等
3、电感，电容等
4、压电，霍尔等
二、如图所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中R2=R3=R是固定电
阻，R1与R4是电阻应变片，工作时R1受拉，R4受压，ΔR=0，桥路处于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥路失去平衡，这时，就用桥路输出电压Ucd表示应变片变后电阻值的变化量。试证明：Ucd=-（E/2）(ΔR/R)。（10分）
证明：
略去 的二次项,即可得
第三篇：传感器原理与应用
传感器原理与应用（专业限选课）
Principle and Application of Sensor
【课程编号】XZ260111
【学分数】2
【学时数】24+6+9（实验课时）【课程类别】专业限选 【编写日期】2010.3.30 【先修课程】电路分析、模电、数电
【适用专业】电子信息工程类
一、教学目的、任务
《传感器原理和应用》是电子及自动化专业的一门专业课。它有较强的实际应用价值。通过学习本课程使学生掌握各类传感器的基本原理、主要性能及其结构特点；能合理地选择和使用传感器； 掌握常用传感器的工程设计方法和实验研究方法；了解传感器的发展动向。
二、课程教学的基本要求
现代信息产业的三大支柱是传感器技术﹑通信技术和计算机技术，它们分别构成了信息系统的“感官”、“神经”和“大脑”。在机械工程中,传感器对于机械电子、测量、控制、计量等领域都是必不可少的获取信息的关键部件。
鉴于上述认识并考虑学科特色,在本课程有限学时内,要求学生重点掌握下列几方面的知识：⑴传感器的基本概念﹑术语和特性；⑵常用传感器的原理、结构和应用；⑶传感器测量电路；⑷传感器的典型应用。
三、教学内容和学时分配
第1章 传感与检测技术的理论基础自学
主要内容：
1.1测量概论
1.2测量数据的估计和处理
教学要求：
了解测量的基本概念，测量系统的特性，测量误差及数据处理的各种方法。
第2章 传感器概述2学时
2.1传感器的组成与分类
2.2传感器的基本特性
教学要求：
熟悉传感器的输出--输入特性与内部结构参数有关的外部特性，掌握其静态特性，动态特性的分析方法。
第3章 应变式传感器4学时
主要内容：
3.1 工作原理
3.2 应变片的种类、材料及粘贴
3.3 电阻应变片的特性
3.4 电阻应变片的测量电路
3.5 应变式传感器的应用
教学要求：
熟悉应变片传感器的工作原理及外部特性，了解其应用范围，掌握测量电路的分析方法。其它教学环节：实验一应变片性能测试实验3学时
实验性质：验证性实验
实验内容：金属箔式应变片性能——单臂电桥、半桥和全桥。
实验目的与要求：掌握使用金属箔式应变片组成单臂电桥、半桥和全桥的方法，了解在不同电路
形式时电路的输出特性。
注意要点：确保接线正确，电源电压不能用错。
第4章 电感式传感器3 学时
主要内容：
4.1自感式电感传感器
4.2差动变压器式传感器
4.3电涡流式传感器
教学要求：
了解电感式传感器的应用范围，工作特点，掌握其组成的各种测量电路的分析方法及组成特点。其它教学环节：实验二电涡流式传感器的静态位移性能3学时
实验性质：设计性实验
实验内容：电涡流式传感器的工作原理和工作情况，动手自制一个涡流探头，利用实验室放大器
及振荡器对不同被测材料（即混料）进行分选。
实验目的与要求：研究电涡流传感器特性，被测材料（物质）对传感器的特性的影响以及电涡流
传感器的应用。
注意要点：确保接线正确，激励、响应线圈不能用错。
第5章电容式传感器3 学时
主要内容：
5.1电容式传感器的工作原理和结构
5.2电容式传感器的灵敏度及非线性
5.3电容式传感器的等效电路
5.4电容式传感器的测量电路
5.5电容式传感器的应用
教学要求：
熟悉电容式传感器的工作原理及结构，掌握其在非电量测量与自动检测中的应用。
其它教学环节：实验三 变面积式电容传感器的性能1学时
实验性质：验证性实验
实验内容：变面积式电容传感器的工作原理和工作情况。
实验目的与要求：熟悉变面积式电容传感器的工作原理和工作情况；研究差动式电容传感器特性。注意要点：确保接线正确，电源电压不能用错。
第6章 压电式传感器3 学时
主要内容：
6.1压电效应及压电材料
6.2 压电式传感器测量电路
6.3 压电式传感器的应用
教学要求：
了解压电式传感器具有的特点及其应用范围，掌握其组成的测量电路分析及应用。
第7章 磁电式传感器4学时
主要内容：
7.1磁电感应式传感器
7.2 霍尔式传感器
教学要求：
掌握磁电式传感器的各种不同类型及应用范围。
其它教学环节：实验四 霍尔传感器特性研究及应用2学时
实验性质：验证性实验
实验内容：霍尔传感器在交、直流信号激励下的特性。
实验目的与要求：了解霍尔传感器的结构和工作原理；实验研究霍尔传感器在交、直流信号激励
下的特性；掌握霍尔传感器测量振幅和称重应用的实验方法。
注意要点：确保接线正确，电源电压不能超出规定值。
第8章 光电式传感器3 学时
主要内容：
8.1光电器件
8.2光纤传感器
教学要求：
熟悉典型的光电器件的特性和应用，了解光纤传感器及其技术发展方向，掌握红外传感器的应用。
第9章 半导体传感器2学时
主要内容：
9.1半导体气敏传感器
9.2湿敏传感器
9.3色敏传感器
9.4半导体式传感器的应用
教学要求：
了解以半导体材料组成的各种传感器及其它们的工作原理，掌握气敏、湿敏、色敏传感器在测量电路中的应用及其电路分析。
第10章 超声波传感器2学时
主要内容：
10.1超声波及其物理性质
10.2超声波传感器
10.3超声波传感器应用用
教学要求：
熟悉超声波传感器的工作原理及其物理性质，掌握超声波传感器的应用。
第11章 微波传感器1学时
主要内容：
11.1微波概述
11.2微波传感器的原理和组成11．3微波传感器的应用
教学要求：
了解压电式传感器具有的特点及其应用范围，掌握其组成的测量电路分析及应用。
第12章 辐射式传感器1 学时
主要内容：
12.1红外传感器
12.2核辐射传感器
教学要求：
了解辐射式传感器的特性及应用。
第13章 数字式传感器自学
主要内容：
13.1光栅传感器
13.2编码器
13.3感应同步器
教学要求：
了解数字式传感器的特点及应用。
第14章 智能式传感器自学
主要内容：
14.1概述
14.2传感器的智能化
14.3集成智能传感器
教学要求：
了解集成智能感器的特性及应用。
第15章 传感器在工程检测中的应用4学时
主要内容：
15.1温度测量
15.2压力测量
15.3流量测量
15.4物位测量
教学要求：
了解热电偶的结构和原理、热电效应的构成成份。掌握热电偶的基本定律、冷端补偿方法、测量计算方法。了解热电阻的工作原理、结构，掌握应用方法。了解传感器在工程检测中的作用及其应用。
四、教学重点、难点及教学方法
重点：各种常见的、应用广泛的传感器的基本原理、基本特性、转换电路以及工程应用，及分析、设计方法。以课堂讲授为主，通过实验加深对所学各类传感器的性能及工作原理理解。
难点：各种传感器的特性分析。
五、考核方式及成绩评定方式：
考核方式：考查，六、教材及参考书目
推荐教材：
《传感器原理及工程应用》（第三版），郁有文等编著，西安科技大学出版社，2008年参考书：
1．王化祥，《传感器原理与应用》，天津大学出版社，第七版，2003
3．刘君华，《智能传感器系统》，西安电子科技大学出版社，第一版，1999
4．单成祥，《传感器的理论与设计基础及其应用》，国防工业出版社，1999
4．赵负图，《现代传感器集成电路》，人民邮电出版社，2000
修（制）订人：审核人：
2010年 3 月30日
第四篇：压电传感器原理及其应用
压电传感器原理及其应用
摘要：压电式传感器，作为传感器的一种，它具有自己鲜明的特点。而且除了一些自然界中的晶体材料外，我们还有人工材料压电陶瓷。它们的应用也十分的广泛，在声学、医学、力学、宇航、振动测量、机械冲击都有不错的涉及。
关键字： 压电传感器
压电原理
应用
压电现象是100多年前居里兄弟研究石英时发现的。居里兄弟在研究热电性与晶体对称，发现正负电荷，而且电荷密度与压力大小成正比。居里兄弟所报道的这些晶体就有后来广为研究的铁电体酒石酸钾钠（罗息盐）。1881年，应用热力学原理预言了逆压电效应，即电场可以引起与之成正比的应变。很快这一预言被居了里兄弟用实验所证实了。自发现压电效应以来，这种类型的压电传感器就广泛应用于各个领域。经过多年的发展，压电传感器的材料、结构设计和工艺都有了很大的进步。而这些对改善传感器的性能起到了至关重要的作用。
一． 压电传感器的工作原理
1.压电原理
一些离子型晶体的电介质（如石英、酒石酸钾钠、钛酸钡等）不仅在电场力作用下，而且在机械力作用下，都会产生极化现象。即：在这些电介质的一定方向上施加机械力而产生变形时，就会引起它内部正负电荷中心相对转移而产生电的极化，从而导致其两个相对表面（极化面）上出现符号相反的束缚电荷，且其电位移D（在MKS单位制中即电荷密度σ）与外应力张量T成正比；当外力消失，又恢复不带电原状；当外力变向，电荷极性随之而变。这种现象称为正压电效应，或简称压电效应。
基于压电效应人们研究出一种可以自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。2.压电材料
在自然界中，大多数的材料都具有压电效应，但是十分微弱。随着人们对压电材料的不断研究与发现，压电材料性能得以大大的提高。新型压电材料的研制成功极大地推动了压电传感器的进步。从最开始的石英到BaTi03压电陶瓷，错钦酸铅(PZT)压电陶瓷，再到压电聚合物如聚偏二氟乙烯(PVDF)等新型压电材料。单晶技术的进展培育了许多实用化的压电材料，薄膜工艺的进展为压电器件的平面化、集成化创造了条件。压电材料的这一系列进步为设计大量高性能的压电元件提供了技术保障。
二． 压电传感器的应用及发展
1.压电式测力传感器
压电式测力传感器是利用压电元件直接实现力-电转换的传感器，在拉、压场合，通常较多采用双片或多片石英晶体作为压电元件。其刚度大，测量范围宽，线性及稳定性高，动态特性好。当采用大时间常数的电荷放大器时，可测量准静态力。按测力状态分，有单向、双向和三向传感器，它们在结构上基本一样。例如压电式单向测力传感器。该传感器适用于机床动态切削力的测量。主体包括绝缘套.基座.电极.石英晶片.上盖。绝缘套用来绝缘和定位。基座内外底面对其中心线的垂直度、上盖及晶片、电极的上下底面的平行度与表面光洁度都有极严格的要求，否则会使横向灵敏度增加或使片子因应力集中而过早破碎。为提高绝缘阻抗，传感器装配前要经过多次净化（包括超声波清洗），然后在超净工作环境下进行装配，加盖之后用电子束封焊。2.压电式加速度传感器
压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。它是利用某些物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。
电荷输出压电加速度传感器，采用剪切和中心压缩结构形式。其原理利用压电晶体的电荷输出与所受的力成正比，而所受的力在敏感质量一定的情况下与加速度值成正比。在一定条件下，压电晶体受力后产生的电荷量与所感受到的加速度值成正比。
国内在压电加速度传感器方面的研究起步较晚，且结构设计和工艺水平落后于国外。目前国内压电传感器的主要结构是中心压缩型，较好的高冲击压电加速度传感器(中心压缩型)样机的主要技术指标为:最大冲击加速度100,000g，最高频响8kHz。在压电加速度传感器的研制方面，北戴河亿柏传感器技术研究所和西安204所做得较好。3.压电传感器用于报警装置
玻璃破碎报警装置它利用压电元件对振动敏感的特性来感知玻璃受撞击和破碎时产生的振动波。传感器把振动波转换成电压输出，输出电压经放大、滤波、比较等处理后提供给报警系统。玻璃破碎时会发出几千赫兹至几十千赫兹的振动，使用时将高分子压电薄膜传感器粘贴在玻璃上，感受这一振动，然后通过电缆和报警电路相连，将压电信号传送给集中报警系统。为了提高报警器的灵敏度，信号经放大后，再经带通滤波器进行滤波，要求它对选定的频谱通带的衰减要小，而频带外衰减要尽量大。玻璃振动的波长在音频和超声波的范围内，这就使滤波器成为电路中的关键。只有当传感器输出信号高于设定的阈值时，才会输出报警信号，驱动报警执行机构工作。玻璃破碎报警器可广泛用于文物保管、贵重商品保管及其他商品柜台保管等场合 4.压电陶瓷应用
压电陶瓷具有极高的灵敏度，压电高压发生器利用正压效应可以把振动转换成电能，还可以获得高电压输出。这种获得高电压的方法可以用来做引燃装置，如给汽车火花塞、煤气灶、打火机、炮弹的引爆压电雷管等点火。
压电传感器发展迅速，当今世界各国压力传感器的研究领域也十分广泛。归纳起来主要有以下几个趋势。（1）小型化。小型化会带来很多好处，重量轻、体积小、分辨率高，便于安装 在很小的地方对周围器件影响小，也利于微型仪器、仪表的配套使用。（2）集成化。压力传感器已经越 来越多的与其它测量用传感器集成以形成测量 和控制系统，集成系统在过 程控制和工厂自动化中可以提高操作速度和效率。（3）智能化。由于集成化的出现，在集成电 路中可添加一些微处理器，使得传 感器具有自动补偿、通讯、自诊断、逻辑判断等功能。（4）系统化。单一化产品在市场上没有大的竞争力。市场风云突变，一旦失去 市场，发展则停滞不前，经济效益差，资金浪费大，产品成本高。（5）标准化。传感器的设计与制造已经形成了一定的行业标准。如 IEC、ISO 国际标准，美国的 ANSIC、ANSC、MIL-T 和 ASTME 标准，日本 JIS 标准，法国 DIN 标准。
三、总结
压电式传感器，作为传感器的一种，它具有自己鲜明的特点。而且除了一些自然界中的晶体材料外，我们还有人工材料压电陶瓷。它们的应用也十分的广泛，在声学、医学、力学、宇航、振动测量、机械冲击都有不错的涉及。
但是，压电传感器在拥有众多优点的同时，也存在着许多缺点，展望今后的研究重点，可能会有以下几个方面：(1)从研究的成果来看，理论研究离工程实用还有一定的差距，工程实用化方面研究也相当薄弱，具体表现在理论及仿真研究较多，而实验验证相对较少，研究对象以简单的梁板结构较多，对复杂结构的研究还相当欠缺。(2)压电元件非线性特性的研究。由于压电材料的极化特性，压电系统只能在一定范围内满足近似的线性要求，并容易受外界多种环境的影响。非线性特性的存在使压电元件重复性差、检测精度低，瞬态位置响应速度慢，可控性变差，成为压电元件进一步工程应用的主要障碍之一。为减小这种非线性特性所造成的不良影响，更好地发挥压电元件的性能，国内外很多科研机构从压电元件非线性特性形成机理、外环及内环非线性特性及控制方法等方面开展了相关研究。(3)压电材料的压电特性有待于进一步提高，这使得压电材料的应用受到极大限制。各国学者正在努力开发，一旦找到一种优异的压电材料，将会取代传统的、笨重的机电换能设备，如电动机、马达等。到那时，压电研究将会全方位地发展，甚至可能影响到我们生活的各个方面。我相信随着科技的发展，人工材料会制作的更加完美，压电式传感器会更加适合人们的要求。压电式传感器和科技将会互相推动互相发展。
第五篇：传感器原理期末复习
传感器原理期末复习
名词
1.迟滞
2.分辨率
3.重复性
4.间接测量
5.不等精度测量分辨力
6.静态误差
7.重复性
8.直接测量
9.等精度测量
10.电容式传感器
11.线性度
12.静特性的主要技术指标为
13.动态特性是
14.传感器的三个组成环节
简答
1.请写出金属电阻应变效应的全微分方程，并解释其物理意义
2.什么是横向效应
3.形成零点残余电压的原因及减小其影响的方法是什么
4.电容式传感器的特点
5.什么是霍尔效应
6.光电倍增管如何起放大作用
7.热电偶中间定律？
8.传感器特性技术指标包括几个方面
9.迟滞是指什么
10.光电式传感器的原理
11.什么是逆压电效应
12.产生机械滞后的原因是什么
计算
1.已知材料A与材料C的热电动势为13.967mv,材料B与材料C的热电动势为8.345mv，用参考电极定律求材料A与B的热电动势
2.变面积型圆柱（单组式）电容式传感器，两极板互盖长度为1mm，可动极筒外径9.8mm，定极筒内径10mm，极筒间介质为空气ε=8.25*1012F/m，求C?
实例
利用传感器来测量某物体转动角度，请把你的实验思想和步骤写下来（画图说明）
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