1.1 什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？ 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传感器。我们对传感器定义是：一种能把特定的信息按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。
“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”。定义表明传感器有这样三层含义：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；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。
1.2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。
组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成；
关系，作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器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。
2.1传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标描述？它们一般可用哪些公式表示？
静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，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、各种抗干扰稳定性。传感器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。人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。
2.3传感器动态特性的主要技术指标有哪些？它们的意义是什么？
1）传感器动态特性主要有：时间常数τ；固有频率；阻尼系数。
2）含义：τ越小系统需要达到稳定的时间越少；固有频率越高响应曲线上升越快；当为常数时响应特性取决于阻尼比，阻尼系数越大，过冲现象减弱，时无过冲，不存在振荡，阻尼比直接影响过冲量和振荡次数。
3.1 何为电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？ 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，这种导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、长度、截面积都会发生变化，从而引起电阻值的变化，通过测量电阻值的变化，检测出外界作用力的大小。
3.2 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？
金属丝灵敏系数主要由材料的几何尺寸决定的。受力后材料的几何尺寸变化为，电阻率的变化为。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，金属丝做成成品的应变片（粘贴到试件上）以后，灵敏系数降低了。
3.3 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？
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。 单臂
1. 横向效应： 直线电阻丝烧成敏感栅后，虽然长度同，但应变不同，圆弧部分使灵敏度下降的现象叫做横向应变；
应变片温度误差补偿的方法： 温度自补偿，电桥线路补偿；
抗坏血酸过氧化物酶3.5 一应变片鸡蛋托盘的电阻R=120Ω，灵敏系数k=2.05，用作应变为的传感元件。
求：①和；② 若电源电压U=3V，初始平衡时电桥的输出电压U0。
铜锌合金
3.6 在以钢为材料的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120Ω的金属应变片R1和R2（如图3-28a所示），把这两应变片接入电桥（见图3-28b）。若钢的泊松系数，应变片的灵敏系数k =2，电桥电源电压U=2V，当试件受轴向拉伸时，测得应变片R1的电阻变化值。试求：①轴向应变；②电桥的输出电压。
答案：
4.1 如何改善单极式变极距型电容传感器的非线性？ 非线性随相对位移的增加而增加，为保证线性度应限制相对位移的大小；起始极距与灵敏度、线性度相矛盾，所以变极距式电容传感器只适合小位移测量；为提高传感器的灵敏度和改善非线性关系，平面涡卷弹簧变极距式电容传感器一般采用差动结构。
4.3 差动式变极距型电容传感器，若初始容量，初始距离，当动极板相对于定极板位移了时，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？
若初始容量，初始距离，当动极板相对于定极板位移了时，非线性误差为：
改为单极平板电容，初始值不变，其非线性误差为：
4.5 一平板式电容位移传感器如图4-5所示，已知：极板尺寸，极板间隙，极板间介质为空气。求该传感器静态灵敏度；若极板沿方向移动，求此时电容量。
对于平板式变面积型电容传感器，它的静态灵敏度为：
极板沿x方向相对移动2mm后的电容量为：
4.6 已知：圆盘形电容极板直径，间距，在电极间置一块厚的云母片（），空气（）。求：①无云母片及有云母片两种情况下电容值及是多少？②当间距变化时，电容相对变化量及是多少？
1）
2）令，则
5.1 何谓电感式传感器？电感式传感器分为哪几类？各有何特点？
免充气内胎
电感式传感器是一种机-电转换装置，电感式传感器是利用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的一种装置，传感器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、流量、密度等参数。
电感式传感器种类：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。
5.2 提高电感式传感器线性度有哪些有效的方法。
电感传感器采用差动形式，转换电路采用相敏检波电路可有效改善线性度。
5.4 说明产生差动电感式传感器零位残余电压的原因及减小此电压的有效措施。
差动变压器式传感器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，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，工艺上很难保证完全一致。
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。
5.5 产生零点残余电压的原因及补偿方法：
主要原因是两个次级线圈绕组的电气系数不完全相同，几何尺寸也不完全相同，工艺上很难保证完全一致。 补偿方法：串联电阻，消除两次极绕组基波分量幅值上的差异， 并联电阻，电容，消除基波分量的相位差异，减少谐波分量， 加反馈支路，初，次级间加入反馈，减少谐波分量， 相敏检波电路对零点残余误差有很好的抑制作用。
5.10 什么叫电涡流效应？说明电涡流式传感器的基本结构与工作原理。电涡流式传感器的基本特性有哪些？
1）块状金属导体置于变化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。 2）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。电涡流式传感器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。
3）因为金属存在趋肤效应，电涡流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。所以电涡流传感器的检测范围与传感器的尺寸（线圈直径）有关。
6.4 什么是霍尔效应？
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。
6.7 某一霍尔元件尺寸为，,，沿方向通以电流，在垂直于和的方向加有均匀磁场，灵敏度为，试求输出霍尔电势及载流子浓度。
6.9 霍尔元件灵敏度，控制电流，将它置于～线性变化的磁场中，它输出的霍尔电势范围有多大？
6.6 什么是不等位电势，霍尔元件不等位电势产生的原因有哪些？
当霍尔元件通以激励电流I时，若磁场强度为零时，霍尔电势应该为零，但此时霍尔电势输出会不等于零，这时测得的空载电势称为不等位电势；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；激励电极接触不良，半导体材料不均匀造成电阻率不均匀等原因。
6.7 磁阻效应： 外加磁场使导体电阻随磁场增加而增大的现象 称为磁阻效应；
7.1 什么是压电效应？什么是正压电效应和逆压电效应？
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产生符号相反的电荷，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小成正比。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
7 .6 常用的压电材料？ 石英晶体，钛酸钡， 锆钛酸铅；
7.2 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？比较几种常用压电材料的优缺点，说出各自适用于什么场合？
1硬盘马达）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是一种多晶铁电体，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。
2）比较石英晶体、，压电陶瓷的纵向压电常数大的多，是它们的上百倍。所以压电陶瓷制作的传感器灵敏度高。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250℃。
8.1什么是内光电效应？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。
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。1）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，内光电效应又分为光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电动势的现象叫光生伏特效应，光电池、光敏晶体管。
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