第一篇：傳感器原理及應用期末試題3

傳感器原理及應用期末試題

一．判斷題.(本題共10分，對則打“√”，不對則打“×”)

1．A/D轉換就是把模擬信號轉換成連續的數字信號。（）

2．固有頻率fn=400Hz的振動子的工作頻率范圍為f > 400Hz。（）

3．信號在時域上波形有所變化，必然引起頻譜的相應變化。（）

4．一臺儀器的重復性很好，但測得的結果并不準確，這是由于存在隨機誤差的緣故。（）

5．一般來說測量系統的固有頻率越高，則其靈敏度就越低。（）

6．交流電橋的輸出信號經放大后，直接記錄就能獲得其輸入信號的模擬信號了。（）

7．測量小應變時，應選用靈敏度高的金屬絲應變片，測量大應變時，應選用靈敏度低的半導體應

變片。（）

8．傳遞函數表征了系統的傳遞特性，并反映了物理結構，因此凡傳遞函數相同的系統，其物理結

??構必然相同。（?）?j2ft

9．???x(t)edt稱為信號x(t)的頻率響應函數。（）

10．作為溫度補償的應變片應和工作應變片作相鄰橋臂且分別貼在與被測試件相同的置于同一溫度 場的材料上。（）

二．選擇題(共24分，每空1.5分，每題只有一個正確答案)

1.壓電式加速度計測量系統的工作頻率下限取決于（）

a.加速度計力學系統的頻率特性； b.壓電晶體的電路特性；c.測量電路的時間常數。

2.用慣性式加速度計進行測量，為保證相位關系不變，應選擇適當的阻尼比β，一般取β=（）

或β=（）;而對慣性式位移傳感器應有β=（）

a.β=0;b.β=0.7;c.β=1;d.β=0.86

3.要測量x(t)=5aSin40πt+aSin2000πt的振動位移信號，為了盡量減少失真，應采用（）的慣性加速度計。

a.fn=15Hz、β=0.707;b.fn=1000Hz、β=0.707;c.fn=50kHz、β=0.04

4.壓電式加速度傳感器的阻尼率一般為（）

a.β>1;b.0.707<β<1;c.β=0.707;d.β<<0.707

5.描述非周期信號的數學工具是（）。

a.三角函數； b.拉氏變換； c.付氏變換； d.付氏級數

6.復雜周期信號的頻譜是（）

a.離散譜； b.連續譜； c.δ函數； d.sinc函數

7.對某二階系統輸入周期信號X(t)=A0sinωmt，則系統輸出信號有以下特性（）。

[注：ωm>ωn]

a.幅值、頻率、相位皆不變；b.頻率改變，幅值、相位不變；c.幅值、相位改變，頻率不變；

d.相位不變，幅值、頻率改變

8.測量等速變化的溫度時，為了減小測量誤差，希望測溫傳感器的時間常數（）a.大些好； b.小些好； c.要適中； d.可不考慮

9.半導體應變片是根據（）原理工作的；壓電式加速度計的工作原理是基于（）a.電阻應變效應；b.壓阻效應；c.壓電效應；d.電磁效應

10.金屬絲應變片在測量某一構件的應變時，其電阻的相對變化主要由（）引起的。a.貼片位置的溫度變化；b.電阻絲幾何尺寸的變化；c.電阻材料的電阻率的變化

11.用一緩變綜合信號e(t)=Acos2πt+Bcos200πt調制一栽波e0(t)=Esin2000πt,得到的調幅波的頻帶寬度為（）

a.（1000-10）?（1000+10）Hz;b.-(1000+100)?(1000+100)Hz;c.(1000-100)?(1000+100)Hz;

12.既能檢波又能檢相的電路稱為（）

a.橋式整流； b.相位鑒頻； c.相敏檢波； d.直流放大

13.常用解決光線示波器低頻振子阻尼率β達到0.7的方法是（）

a.充入硅油；b.保證要求的外阻；c.串聯一合適電阻；d.并聯一合適電阻

14.某間接測量的函數式為y=a0x1x2, 則y的標準誤差為（）（式中?測量量值x1、x2的標準誤差）

.a.d.222?y?(?x1??x2)x1、?x2 分別為直接;;b.222?y?a0(?x1??x2);c.2222?y?(a0x12?x1?x2?x2)2222?y?a0(x12?x2?x2?x1)

15.把連續時間信號進行離散化時產生混迭的主要原因是（）

a.記錄時間太長； b.采樣時間間隔太寬； c.記錄時間太短； d.采樣時間間隔太窄

三.[本題共16分]

1.(8分)求理想一階系統的拉氏傳遞函數，根據所求傳遞函數寫出其頻率響應函數，系統的幅頻特性及相頻特性表示式，并用簡圖畫出其幅頻特性。[注：一階系統的運動微分方程為：?dy(t)?y(t)?A0x(t)dt]

2.(4分)壓電測壓傳感器與電荷放大器相接時，為能測量靜態壓力信號即防止靜電泄漏，從放大器本身出發，應采取哪些措施？[提示：等效電路見圖,運動方程為：

RCdu0dF?u0?Rddtdt，q?d?F，c?cp?cE，R?Rp//Ri，cp為壓電晶體等效電容，Rp為傳感器輸出電阻，cE為電纜電容，Ri為電壓放大器的輸入電阻。]

di3．（4L?R?i?e

[注：微分方程為： dt(R=Ri+RL),e為感應電動勢，L為等效電感，RL為傳感器的等效電阻，Ri為放大器輸入電阻]

四．（本題共16分）

1．（4分）敘述測量系統實現不失真測量的條件。

2．（10分）有人將某二階系統的幅頻特性曲線繪成了如圖所示形狀，請指出圖中有何問題？當輸入圖示三種信號時，問系統輸出有無失真（假定相頻特性符合要求）。

3．(2分)為何在調節二階系統β時，一般都取β=0.6~0.8？

五．（10分）應變筒式測壓傳感器與應變管式測壓傳感器主要區別有哪些？簡述應變筒式測壓傳感器是如何進行溫度補償的？

六.(8分）永磁式感應測速傳感器的磁頭件安裝有何要求？描述該傳感器中位移線圈的繞制方法，該傳感器速度線圈采用串聯的目的是什么？

七．（6分）用鎳鉻—鎳硅熱電偶測爐溫。當冷端溫度T0=40 0C時，測得熱電勢為E(T,T0)=39.17mv,若冷端溫度變為常溫20 0C測該爐溫時，則應測得熱電勢為多少mv？

[附：已知該熱電偶有E(40,0)=1.61mv, E(-40,0)=-1.50 mv, E(20,0)=0.80mv, E(-20,0)=-0.77mv ]

八．（4分）為使測量具有普遍的科學意義，測量儀器必須具備哪些條件？線性測量系統應具有的兩個重要特性是什么？

九．（6分）圖為受彎和拉作用的某構件，請合理安排四個電阻在橋臂上的位置測量彎矩M，既能消除溫度對M的影響又不受力P的影響。根據給定的橋盒畫出正確的搭橋線路。

第二篇：傳感器原理 試題

一、填空（30分，每空1.5分）

1、有一溫度計，它的量程范圍為0∽200℃，精度等級為0.5級。該表可能出現的最大誤差為，當測量100℃ 時的示值相對誤差為。

2、在選購線性儀表時，必須考慮應盡量使選購的儀表量程為欲測量的倍左右為宜。

3、傳感器由、、三部分組成。

4、利用熱敏電阻對電動機實施過熱保護，應選擇型熱敏電阻。

5、已知某銅熱電阻在0℃時的阻值為50Ω，則其分度號是，對

于鎳鉻-鎳硅熱電偶其正極是。

6、霍爾元件采用恒流源激勵是為了。

7、用水銀溫度計測量水溫,如從測量的具體手段來看它屬于測量。

二、選擇題(30分，每題2分)

1、在以下幾種傳感器當中屬于自發電型傳感器。

A、電容式B、電阻式C、壓電式D、電感式

2、的數值越大,熱電偶的輸出熱電勢就越大。

A、熱端直徑B、熱端和冷端的溫度

C、熱端和冷端的溫差D、熱電極的電導率

3、將超聲波（機械振動波）轉換成電信號是利用壓電材料的。

A、應變效應B、電渦流效應C、壓電效應D、逆壓電效應

4、在電容傳感器中，若采用調頻法測量轉換電路，則電路中。

A、電容和電感均為變量B、電容是變量，電感保持不變

C、電感是變量，電容保持不變D、電容和電感均保持不變

5、在兩片間隙為1mm的兩塊平行極板的間隙中插入，可測得最大的容量。

A、塑料薄膜B、干的紙C、濕的紙D、玻璃薄片

6、熱電阻測量轉換電路采用三線制是為了

A、提高測量靈敏度B、減小非線性誤差

C、提高電磁兼容性D、減小引線電阻的影響

7、當石英晶體受壓時，電荷產生在。

A、Z面上B、X面上C、Y面上D、X、Y、Z面上

8、汽車衡所用的測力彈性敏感元件是。

A、懸臂梁B、彈簧管C、實心軸D、圓環

9、在熱電偶測溫回路中經常使用補償導線的最主要的目的是。

A、補償熱電偶冷端熱電勢的損失B、起冷端溫度補償作用

C、將熱電偶冷端延長到遠離高溫區的地方D、提高靈敏度

10、減小霍爾元件的輸出不等位電勢的辦法是。

A、減小激勵電流B、減小磁感應強度C、使用電橋調零電位器

11、測得某檢測儀表的輸入信號中,有用信號為20毫伏,干擾電壓也為20毫伏, 則此時的信噪比為。

A、20dBB、1 dBC、0 dB12、發現某檢測儀表機箱有麻電感,必須采取措施。

A、接地保護環B、將機箱接大地C、抗電磁干擾

13、在仿型機床當中利用電感式傳感器來檢測工件尺寸，該加工檢測裝置是采了測量方法。

A、微差式B、零位式C、偏差式

15、在實驗室中測量金屬的熔點時,冷端溫度補償采用。

A、計算修正法B、儀表機械零點調整法C、冰浴法

三、證明熱電偶的參考電極定律：EAB（t,t0）= EAC（t,t0）-EBC（t,t0）,并畫出原理圖（本

題10分）

四、有一額定荷重為20×103N的等截面空心圓柱式荷重傳感器，其靈敏度KF為2mV/V。

激勵源電壓為12V，求：

1、在額定荷重時的輸出電壓Uom,2、當承載為5×103N時的輸出電壓Uo。(本題10分）

六、已知待測拉力約為70N左右，現有兩只測力儀表，一只為0.5級，測量范圍為0∽500N；

另一只為1.0級，測量范圍為0∽100N。問選用哪一只測力儀表較好?為什么?(寫出計算過

程)(本題10分）

參考答案

一、填空題：

1、±1℃，±1%

2、1．5倍

3、敏感元件、傳感元件、測量轉換電路

4、NTC突變

5、CU50，鎳鉻

6、減小溫漂

7、偏位式

8、干擾源，干擾途徑，敏

感接收器

9、屏蔽，浮置，接地，濾波，光電隔離

10、X面

二、選擇題

1、C2、C3、C4、B5、D6、D7、B

8、C9、C10、C11、C12、B13、B14、C15、C

四、24 mV，6 mV

五、K撥至1位，反復調節R0，使儀表指示為0，K撥至3位，反復調節RF，使儀表指示

為滿偏，K撥至2位，進行測量。

六、選用1.0級，測量范圍為0∽100N的測力儀表。

一、填空（本題共39分，每空1.5分）

1、傳感器由、、三部分組成。

2、在選購線性儀表時，必須考慮應盡量使選購的儀表量程為欲測量的倍左右為宜。

3、有一溫度計，它的量程范圍為0∽200℃，精度等級為0.5級。該表可能出現的最大誤差

為，當測量100℃ 時的示值相對誤差為。

4、利用熱敏電阻對電動機實施過熱保護，應選擇型熱敏電阻。

5、在壓電晶片的機械軸上施加力,其電荷產生在。

6、霍爾元件采用恒流源激勵是為了。

7、用水銀溫度計測量水溫,如從測量的具體手段來看它屬于測量。

8、已知某銅熱電阻在0℃時的阻值為50Ω，則其分度號是，對于鎳鉻-鎳硅熱電偶

其正極是。

9、壓電材料在使用中一般是兩片以上，在以電荷作為輸出的地方一般是把壓電元件起

來，而當以電壓作為輸出的時候則一般是把壓電元件起來。

10、熱電阻主要是利用電阻隨溫度升高而這一特性來測量溫度的。

12、金屬電阻的是金屬電阻應變片工作的物理基礎。

14、在動圈式表頭中的動圈回路中串入由NTC組成的電阻補償網絡，其目的是為了。

二、選擇題（本題共30分，每題2分）

3、在電容傳感器中，若采用調頻法測量轉換電路，則電路中。

A、電容和電感均為變量B、電容是變量，電感保持不變

C、電感是變量，電容保持不變D、電容和電感均保持不變

4、在仿型機床當中利用電感式傳感器來檢測工件尺寸，該加工檢測裝置是采用了測量

方法。

A、微差式B、零位式C、偏差式

5、熱電阻測量轉換電路采用三線制是為了

A、提高測量靈敏度B、減小引線電阻的影響

C、減小非線性誤差D、提高電磁兼容性

10、在實驗室中測量金屬的熔點時,冷端溫度補償采用。

A、冰浴法B、儀表機械零點調整法C、計算修正法

11、自感傳感器或差動變壓器采用相敏檢波電路最重要的目的是為了。

A、提高靈敏度B、將輸出的交流信號轉換為直流信號

C、使檢波后的直流電壓能反映檢波前交流信號的幅度和相位

12、要測量微小的氣體壓力之差，最好選用變換壓力的敏感元件。

A、懸臂梁B、平膜片C、彈簧管D、膜盒

13、以下四種傳感器中，屬于四端元件的是。

A、霍爾元件B、壓電晶體C、應變片D、熱敏電阻

14、下列不能用做加速度檢測傳感器。

A、電容式B、壓電式C、電感式D、熱電偶

15、將超聲波（機械振動波）轉換成電信號是利用壓電材料的。

A、應變效應B、電渦流效應C、壓電效應D、逆壓電效應

三、我國的模擬儀表有哪些精度等級？現欲測量240V左右的電壓，要求測量示值相對誤差的絕對值不大于0.6%，問：若選用量程為250V的電壓表，其精度應選哪一級？若選用量

程為500V的電壓表，其精度又應選哪一級？（本題10分）

四、熱電偶參考電極定律有何實際意義？以知在某特定條件下材料A與鉑配對的熱電動勢為13.967mv, 材料B與鉑配對的熱電動勢為8.345mv,求出在此特定條

件下材料A與B配對后的熱電動勢？此時哪種材料為正極？（本題10分）

五、根據你所學的傳感器相關知識，請分別列出下列物理量可以使用什么傳感器來測量？（本

題11分）

1、加速度：

2、溫度：

3、工件尺寸：

4、壓力：

參考答案

一、填空題：

1、敏感元件、傳感元件、測量轉換電路2、1．5倍

3、±1℃，±1%

4、NTC突變

5、X面

6、減小溫漂

7、偏位式

8、CU50，鎳鉻

9、并聯，串聯

10、增大

11、屏蔽，浮置，接地，濾波，光電隔離

12、應變效應

13、干擾源，干擾途徑，敏感接收器

14、溫度補償

二、選擇題

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

選用量程為250V的電壓表，其精度應選0．5級，選用量程為500V的電壓表，其精度應選0．2級

四、大大簡化了熱電偶的選配工作，5．622 mv，A為正極

五、1、電阻應變片，電容等

2、熱電偶，熱電阻等

3、電感，電容等

4、壓電，霍爾等

二、如圖所示電路是電阻應變儀中所用的不平衡電橋的簡化電路，圖中R2=R3=R是固定電

阻，R1與R4是電阻應變片，工作時R1受拉，R4受壓，ΔR=0，橋路處于平衡狀態，當應變片受力發生應變時，橋路失去平衡，這時，就用橋路輸出電壓Ucd表示應變片變后電阻值的變化量。試證明：Ucd=-（E/2）(ΔR/R)。（10分）

證明：

略去 的二次項,即可得

第三篇：傳感器原理與應用

傳感器原理與應用（專業限選課）

Principle and Application of Sensor

【課程編號】XZ260111

【學分數】2

【學時數】24+6+9（實驗課時）【課程類別】專業限選 【編寫日期】2010.3.30 【先修課程】電路分析、模電、數電

【適用專業】電子信息工程類

一、教學目的、任務

《傳感器原理和應用》是電子及自動化專業的一門專業課。它有較強的實際應用價值。通過學習本課程使學生掌握各類傳感器的基本原理、主要性能及其結構特點；能合理地選擇和使用傳感器； 掌握常用傳感器的工程設計方法和實驗研究方法；了解傳感器的發展動向。

二、課程教學的基本要求

現代信息產業的三大支柱是傳感器技術﹑通信技術和計算機技術，它們分別構成了信息系統的“感官”、“神經”和“大腦”。在機械工程中,傳感器對于機械電子、測量、控制、計量等領域都是必不可少的獲取信息的關鍵部件。

鑒于上述認識并考慮學科特色,在本課程有限學時內,要求學生重點掌握下列幾方面的知識：⑴傳感器的基本概念﹑術語和特性；⑵常用傳感器的原理、結構和應用；⑶傳感器測量電路；⑷傳感器的典型應用。

三、教學內容和學時分配

第1章 傳感與檢測技術的理論基礎自學

主要內容：

1.1測量概論

1.2測量數據的估計和處理

教學要求：

了解測量的基本概念，測量系統的特性，測量誤差及數據處理的各種方法。

第2章 傳感器概述2學時

2.1傳感器的組成與分類

2.2傳感器的基本特性

教學要求：

熟悉傳感器的輸出--輸入特性與內部結構參數有關的外部特性，掌握其靜態特性，動態特性的分析方法。

第3章 應變式傳感器4學時

主要內容：

3.1 工作原理

3.2 應變片的種類、材料及粘貼

3.3 電阻應變片的特性

3.4 電阻應變片的測量電路

3.5 應變式傳感器的應用

教學要求：

熟悉應變片傳感器的工作原理及外部特性，了解其應用范圍，掌握測量電路的分析方法。其它教學環節：實驗一應變片性能測試實驗3學時

實驗性質：驗證性實驗

實驗內容：金屬箔式應變片性能——單臂電橋、半橋和全橋。

實驗目的與要求：掌握使用金屬箔式應變片組成單臂電橋、半橋和全橋的方法，了解在不同電路

形式時電路的輸出特性。

注意要點：確保接線正確，電源電壓不能用錯。

第4章 電感式傳感器3 學時

主要內容：

4.1自感式電感傳感器

4.2差動變壓器式傳感器

4.3電渦流式傳感器

教學要求：

了解電感式傳感器的應用范圍，工作特點，掌握其組成的各種測量電路的分析方法及組成特點。其它教學環節：實驗二電渦流式傳感器的靜態位移性能3學時

實驗性質：設計性實驗

實驗內容：電渦流式傳感器的工作原理和工作情況，動手自制一個渦流探頭，利用實驗室放大器

及振蕩器對不同被測材料（即混料）進行分選。

實驗目的與要求：研究電渦流傳感器特性，被測材料（物質）對傳感器的特性的影響以及電渦流

傳感器的應用。

注意要點：確保接線正確，激勵、響應線圈不能用錯。

第5章電容式傳感器3 學時

主要內容：

5.1電容式傳感器的工作原理和結構

5.2電容式傳感器的靈敏度及非線性

5.3電容式傳感器的等效電路

5.4電容式傳感器的測量電路

5.5電容式傳感器的應用

教學要求：

熟悉電容式傳感器的工作原理及結構，掌握其在非電量測量與自動檢測中的應用。

其它教學環節：實驗三 變面積式電容傳感器的性能1學時

實驗性質：驗證性實驗

實驗內容：變面積式電容傳感器的工作原理和工作情況。

實驗目的與要求：熟悉變面積式電容傳感器的工作原理和工作情況；研究差動式電容傳感器特性。注意要點：確保接線正確，電源電壓不能用錯。

第6章 壓電式傳感器3 學時

主要內容：

6.1壓電效應及壓電材料

6.2 壓電式傳感器測量電路

6.3 壓電式傳感器的應用

教學要求：

了解壓電式傳感器具有的特點及其應用范圍，掌握其組成的測量電路分析及應用。

第7章 磁電式傳感器4學時

主要內容：

7.1磁電感應式傳感器

7.2 霍爾式傳感器

教學要求：

掌握磁電式傳感器的各種不同類型及應用范圍。

其它教學環節：實驗四 霍爾傳感器特性研究及應用2學時

實驗性質：驗證性實驗

實驗內容：霍爾傳感器在交、直流信號激勵下的特性。

實驗目的與要求：了解霍爾傳感器的結構和工作原理；實驗研究霍爾傳感器在交、直流信號激勵

下的特性；掌握霍爾傳感器測量振幅和稱重應用的實驗方法。

注意要點：確保接線正確，電源電壓不能超出規定值。

第8章 光電式傳感器3 學時

主要內容：

8.1光電器件

8.2光纖傳感器

教學要求：

熟悉典型的光電器件的特性和應用，了解光纖傳感器及其技術發展方向，掌握紅外傳感器的應用。

第9章 半導體傳感器2學時

主要內容：

9.1半導體氣敏傳感器

9.2濕敏傳感器

9.3色敏傳感器

9.4半導體式傳感器的應用

教學要求：

了解以半導體材料組成的各種傳感器及其它們的工作原理，掌握氣敏、濕敏、色敏傳感器在測量電路中的應用及其電路分析。

第10章 超聲波傳感器2學時

主要內容：

10.1超聲波及其物理性質

10.2超聲波傳感器

10.3超聲波傳感器應用用

教學要求：

熟悉超聲波傳感器的工作原理及其物理性質，掌握超聲波傳感器的應用。

第11章 微波傳感器1學時

主要內容：

11.1微波概述

11.2微波傳感器的原理和組成11．3微波傳感器的應用

教學要求：

了解壓電式傳感器具有的特點及其應用范圍，掌握其組成的測量電路分析及應用。

第12章 輻射式傳感器1 學時

主要內容：

12.1紅外傳感器

12.2核輻射傳感器

教學要求：

了解輻射式傳感器的特性及應用。

第13章 數字式傳感器自學

主要內容：

13.1光柵傳感器

13.2編碼器

13.3感應同步器

教學要求：

了解數字式傳感器的特點及應用。

第14章 智能式傳感器自學

主要內容：

14.1概述

14.2傳感器的智能化

14.3集成智能傳感器

教學要求：

了解集成智能感器的特性及應用。

第15章 傳感器在工程檢測中的應用4學時

主要內容：

15.1溫度測量

15.2壓力測量

15.3流量測量

15.4物位測量

教學要求：

了解熱電偶的結構和原理、熱電效應的構成成份。掌握熱電偶的基本定律、冷端補償方法、測量計算方法。了解熱電阻的工作原理、結構，掌握應用方法。了解傳感器在工程檢測中的作用及其應用。

四、教學重點、難點及教學方法

重點：各種常見的、應用廣泛的傳感器的基本原理、基本特性、轉換電路以及工程應用，及分析、設計方法。以課堂講授為主，通過實驗加深對所學各類傳感器的性能及工作原理理解。

難點：各種傳感器的特性分析。

五、考核方式及成績評定方式：

考核方式：考查，六、教材及參考書目

推薦教材：

《傳感器原理及工程應用》（第三版），郁有文等編著，西安科技大學出版社，2008年參考書：

1．王化祥，《傳感器原理與應用》，天津大學出版社，第七版，2003

3．劉君華，《智能傳感器系統》，西安電子科技大學出版社，第一版，1999

4．單成祥，《傳感器的理論與設計基礎及其應用》，國防工業出版社，1999

4．趙負圖，《現代傳感器集成電路》，人民郵電出版社，2000

修（制）訂人：審核人：

2010年 3 月30日

第四篇：壓電傳感器原理及其應用

壓電傳感器原理及其應用

摘要：壓電式傳感器，作為傳感器的一種，它具有自己鮮明的特點。而且除了一些自然界中的晶體材料外，我們還有人工材料壓電陶瓷。它們的應用也十分的廣泛，在聲學、醫學、力學、宇航、振動測量、機械沖擊都有不錯的涉及。

關鍵字： 壓電傳感器

壓電原理

應用

壓電現象是100多年前居里兄弟研究石英時發現的。居里兄弟在研究熱電性與晶體對稱，發現正負電荷，而且電荷密度與壓力大小成正比。居里兄弟所報道的這些晶體就有后來廣為研究的鐵電體酒石酸鉀鈉（羅息鹽）。1881年，應用熱力學原理預言了逆壓電效應，即電場可以引起與之成正比的應變。很快這一預言被居了里兄弟用實驗所證實了。自發現壓電效應以來，這種類型的壓電傳感器就廣泛應用于各個領域。經過多年的發展，壓電傳感器的材料、結構設計和工藝都有了很大的進步。而這些對改善傳感器的性能起到了至關重要的作用。

一． 壓電傳感器的工作原理

1.壓電原理

一些離子型晶體的電介質（如石英、酒石酸鉀鈉、鈦酸鋇等）不僅在電場力作用下，而且在機械力作用下，都會產生極化現象。即：在這些電介質的一定方向上施加機械力而產生變形時，就會引起它內部正負電荷中心相對轉移而產生電的極化，從而導致其兩個相對表面（極化面）上出現符號相反的束縛電荷，且其電位移D（在MKS單位制中即電荷密度σ）與外應力張量T成正比；當外力消失，又恢復不帶電原狀；當外力變向，電荷極性隨之而變。這種現象稱為正壓電效應，或簡稱壓電效應。

基于壓電效應人們研究出一種可以自發電式和機電轉換式傳感器。它的敏感元件由壓電材料制成。壓電材料受力后表面產生電荷。此電荷經電荷放大器和測量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。壓電式傳感器用于測量力和能變換為力的非電物理量。壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態測量，因為經過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態的應力。2.壓電材料

在自然界中，大多數的材料都具有壓電效應，但是十分微弱。隨著人們對壓電材料的不斷研究與發現，壓電材料性能得以大大的提高。新型壓電材料的研制成功極大地推動了壓電傳感器的進步。從最開始的石英到BaTi03壓電陶瓷，錯欽酸鉛(PZT)壓電陶瓷，再到壓電聚合物如聚偏二氟乙烯(PVDF)等新型壓電材料。單晶技術的進展培育了許多實用化的壓電材料，薄膜工藝的進展為壓電器件的平面化、集成化創造了條件。壓電材料的這一系列進步為設計大量高性能的壓電元件提供了技術保障。

二． 壓電傳感器的應用及發展

1.壓電式測力傳感器

壓電式測力傳感器是利用壓電元件直接實現力-電轉換的傳感器，在拉、壓場合，通常較多采用雙片或多片石英晶體作為壓電元件。其剛度大，測量范圍寬，線性及穩定性高，動態特性好。當采用大時間常數的電荷放大器時，可測量準靜態力。按測力狀態分，有單向、雙向和三向傳感器，它們在結構上基本一樣。例如壓電式單向測力傳感器。該傳感器適用于機床動態切削力的測量。主體包括絕緣套.基座.電極.石英晶片.上蓋。絕緣套用來絕緣和定位。基座內外底面對其中心線的垂直度、上蓋及晶片、電極的上下底面的平行度與表面光潔度都有極嚴格的要求，否則會使橫向靈敏度增加或使片子因應力集中而過早破碎。為提高絕緣阻抗，傳感器裝配前要經過多次凈化（包括超聲波清洗），然后在超凈工作環境下進行裝配，加蓋之后用電子束封焊。2.壓電式加速度傳感器

壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計。它也屬于慣性式傳感器。它是利用某些物質如石英晶體的壓電效應，在加速度計受振時，質量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當被測振動頻率遠低于加速度計的固有頻率時，則力的變化與被測加速度成正比。

電荷輸出壓電加速度傳感器，采用剪切和中心壓縮結構形式。其原理利用壓電晶體的電荷輸出與所受的力成正比，而所受的力在敏感質量一定的情況下與加速度值成正比。在一定條件下，壓電晶體受力后產生的電荷量與所感受到的加速度值成正比。

國內在壓電加速度傳感器方面的研究起步較晚，且結構設計和工藝水平落后于國外。目前國內壓電傳感器的主要結構是中心壓縮型，較好的高沖擊壓電加速度傳感器(中心壓縮型)樣機的主要技術指標為:最大沖擊加速度100,000g，最高頻響8kHz。在壓電加速度傳感器的研制方面，北戴河億柏傳感器技術研究所和西安204所做得較好。3.壓電傳感器用于報警裝置

玻璃破碎報警裝置它利用壓電元件對振動敏感的特性來感知玻璃受撞擊和破碎時產生的振動波。傳感器把振動波轉換成電壓輸出，輸出電壓經放大、濾波、比較等處理后提供給報警系統。玻璃破碎時會發出幾千赫茲至幾十千赫茲的振動，使用時將高分子壓電薄膜傳感器粘貼在玻璃上，感受這一振動，然后通過電纜和報警電路相連，將壓電信號傳送給集中報警系統。為了提高報警器的靈敏度，信號經放大后，再經帶通濾波器進行濾波，要求它對選定的頻譜通帶的衰減要小，而頻帶外衰減要盡量大。玻璃振動的波長在音頻和超聲波的范圍內，這就使濾波器成為電路中的關鍵。只有當傳感器輸出信號高于設定的閾值時，才會輸出報警信號，驅動報警執行機構工作。玻璃破碎報警器可廣泛用于文物保管、貴重商品保管及其他商品柜臺保管等場合 4.壓電陶瓷應用

壓電陶瓷具有極高的靈敏度，壓電高壓發生器利用正壓效應可以把振動轉換成電能，還可以獲得高電壓輸出。這種獲得高電壓的方法可以用來做引燃裝置，如給汽車火花塞、煤氣灶、打火機、炮彈的引爆壓電雷管等點火。

壓電傳感器發展迅速，當今世界各國壓力傳感器的研究領域也十分廣泛。歸納起來主要有以下幾個趨勢。（1）小型化。小型化會帶來很多好處，重量輕、體積小、分辨率高，便于安裝 在很小的地方對周圍器件影響小，也利于微型儀器、儀表的配套使用。（2）集成化。壓力傳感器已經越 來越多的與其它測量用傳感器集成以形成測量 和控制系統，集成系統在過 程控制和工廠自動化中可以提高操作速度和效率。（3）智能化。由于集成化的出現，在集成電 路中可添加一些微處理器，使得傳 感器具有自動補償、通訊、自診斷、邏輯判斷等功能。（4）系統化。單一化產品在市場上沒有大的競爭力。市場風云突變，一旦失去 市場，發展則停滯不前，經濟效益差，資金浪費大，產品成本高。（5）標準化。傳感器的設計與制造已經形成了一定的行業標準。如 IEC、ISO 國際標準，美國的 ANSIC、ANSC、MIL-T 和 ASTME 標準，日本 JIS 標準，法國 DIN 標準。

三、總結

壓電式傳感器，作為傳感器的一種，它具有自己鮮明的特點。而且除了一些自然界中的晶體材料外，我們還有人工材料壓電陶瓷。它們的應用也十分的廣泛，在聲學、醫學、力學、宇航、振動測量、機械沖擊都有不錯的涉及。

但是，壓電傳感器在擁有眾多優點的同時，也存在著許多缺點，展望今后的研究重點，可能會有以下幾個方面：(1)從研究的成果來看，理論研究離工程實用還有一定的差距，工程實用化方面研究也相當薄弱，具體表現在理論及仿真研究較多，而實驗驗證相對較少，研究對象以簡單的梁板結構較多，對復雜結構的研究還相當欠缺。(2)壓電元件非線性特性的研究。由于壓電材料的極化特性，壓電系統只能在一定范圍內滿足近似的線性要求，并容易受外界多種環境的影響。非線性特性的存在使壓電元件重復性差、檢測精度低，瞬態位置響應速度慢，可控性變差，成為壓電元件進一步工程應用的主要障礙之一。為減小這種非線性特性所造成的不良影響，更好地發揮壓電元件的性能，國內外很多科研機構從壓電元件非線性特性形成機理、外環及內環非線性特性及控制方法等方面開展了相關研究。(3)壓電材料的壓電特性有待于進一步提高，這使得壓電材料的應用受到極大限制。各國學者正在努力開發，一旦找到一種優異的壓電材料，將會取代傳統的、笨重的機電換能設備，如電動機、馬達等。到那時，壓電研究將會全方位地發展，甚至可能影響到我們生活的各個方面。我相信隨著科技的發展，人工材料會制作的更加完美，壓電式傳感器會更加適合人們的要求。壓電式傳感器和科技將會互相推動互相發展。

第五篇：傳感器原理期末復習

傳感器原理期末復習

名詞

1.遲滯

2.分辨率

3.重復性

4.間接測量

5.不等精度測量分辨力

6.靜態誤差

7.重復性

8.直接測量

9.等精度測量

10.電容式傳感器

11.線性度

12.靜特性的主要技術指標為

13.動態特性是

14.傳感器的三個組成環節

簡答

1.請寫出金屬電阻應變效應的全微分方程，并解釋其物理意義

2.什么是橫向效應

3.形成零點殘余電壓的原因及減小其影響的方法是什么

4.電容式傳感器的特點

5.什么是霍爾效應

6.光電倍增管如何起放大作用

7.熱電偶中間定律？

8.傳感器特性技術指標包括幾個方面

9.遲滯是指什么

10.光電式傳感器的原理

11.什么是逆壓電效應

12.產生機械滯后的原因是什么

計算

1.已知材料A與材料C的熱電動勢為13.967mv,材料B與材料C的熱電動勢為8.345mv，用參考電極定律求材料A與B的熱電動勢

2.變面積型圓柱（單組式）電容式傳感器，兩極板互蓋長度為1mm，可動極筒外徑9.8mm，定極筒內徑10mm，極筒間介質為空氣ε=8.25*10?12F/m，求C?

實例

利用傳感器來測量某物體轉動角度，請把你的實驗思想和步驟寫下來（畫圖說明）