4. 什么是电涡流效应？涡流的分布范围。电涡流传感器可以进行哪些非电量参数测量？

（1）一个块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中切割磁力线运动时，导体内部会产生闭合的电流，这种现象称为涡流效应。

（2）分布范围：径向：涡流范围与涡流线圈外径有固定比例关系，涡流密度的最大值只在线圈外径附近一个狭窄区域内；线圈中心为零。轴向：由于趋肤效应只在表面薄层存在。

（3）可用于非接触式测量，位移、振动、转速、厚度、材料、温度。

5. 电涡流传感器是由哪种电参量转换实现电量输出的？电涡流传感器可以检测金属材料，也可以检测非金属材料吗？

（1）电涡流传感器是由电流转换实现电量输出。

（2）电涡流传感器不可以直接测量非金属物体，这是由于传感器本身特性决定的。涡流传感器与被测体共同构成传感器，因此被测体必须是导体。

第六章 磁电式传感器（磁电感应式、霍尔式、磁敏元件）

1．为什么说磁电感应式传感器是一种有源传感器？常用的结构形式有哪些？

（1）磁电感应式利用电磁感应原理将运动速度、位移转换成线圈中的感应电动势输出。工作时不需外加电源，导体和磁场发生相对运动是会在导体两端输出感应电动势。

（2）有恒磁通式、变磁通式两种结构形式。

2．磁电式传感器是速度传感器，它如何通过测量电路获得相对应的位移和加速度信号？

磁电式传感器的输出信号直接经主放大器输出，该信号与速度成正比。前置放大器分别接积分电路或微分电路，接入积分电路时，感应电动势输出正比于位移信号；接入微分电路时，感应电动势输出正比于加速度信号。

3．什么是霍尔效应？霍尔电势的大小与方向和哪些因素有关？霍尔元件不等位电势产生的因素有哪些？

(1)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。

(2)霍尔电势：UH?vBb?KHIB，式中v表示电子运动速度，B表示磁场强度，b表示电子流过霍尔元件的宽度；KH?

RH1(RH??)表示灵敏度，I表示流过的电流。 dne- 9 -

(3)霍尔电势不为零的原因是：①霍尔引出电极安装不对称，不在同一等电位面上；②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。 4．霍尔元件的温度补偿方法有哪些？霍尔元件的常见应用。

（1）外界温度敏感元件进行补偿：两种连接方式，恒流源激励，恒压源激励。

（2）测位移：极性相反磁极共同作用，形成梯度磁场；磁电编码器：金属齿轮计算脉冲数测转速；测压力压差；交流直流钳形数字电流表。

5．半导体磁敏元件有哪些？它们的电路符号怎样? 它们可以检测什么物理量？

（1）半导体磁敏元件：磁敏电阻，磁敏二极管，磁敏三极管等。

（2）1）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。

2）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、对高压线不断线测电流、小量程高斯计、漏磁仪、磁力探伤仪等设备装置。

3）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10-6T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，如计算机无触点电键、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。

第七章 压电式传感器

1．什么是压电效应？压电传感器能否用于静态测量？为什么？

（1）某些晶体，当沿着一定方向施加力时，内部产生极化现象，两个表面会产生符号相反地电荷，外力去掉后又恢复不带电状态。作用力方向改变电荷极性也改变。

（2）压电式传感器以电介质的压电效应为基础，外力作用下在电介质表面产生电荷，从而实现非电量测量,是一种典型的发电型传感器。不适用于测量频率太低的物理量，更不能测量静态量。当输入信号频率??0时，电压放大器输入信号为零，即UL?0;因此压电传感器不能测静态物理量。 2. 石英晶体和压电陶瓷的压电效应有何不同之处？比较几种常用压电材料的优缺点，说出它们各自适用的场合。

（1）石英晶体整体是中性的，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是一种多晶材料，本身并不具有压电性，必须在一定温度下极化处理后，才呈现压电特性。

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（2）石英晶体优点稳定性好，工作温度范围大，缺点灵敏度低，难于加工；适用于精度要求较高，不需要维护的场合。压电陶瓷优点灵敏度高，缺点是稳定性差，易碎；适用于精度要求不太高且较易维护的场合。压电薄膜优点柔性好，便于加工，灵敏度高，缺点容易划破，耐高温性能差；适用于受力较小且工作温度不高的场合。

3．压电元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？

（1）在压电式传感器中，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。其中最常用的是两片结构；根据两片压电片的连接关系，可分为串联和并联连接。

（2）如果按相同极性粘贴，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；适合测量变化较快且以电压输出的场合；若按不同极性粘贴，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，适合测量变化较慢且以电荷输出的场合。

4. 压电传感器的等效电路怎样？前置放大器起什么作用？电压放大器和电荷放大器各有什么特点？

（1）等效电路

压电传感器等效电压源 压电传感器等效电荷源

（2）前置放大器起放大微弱信号和阻抗变换（将传感器高阻输出变换为低阻输出）的作用。 （3）1）电压放大器：高频响应特性好。一般认为当ωτ≥3时输入电压与信号频率无关；低频响应差。从电压灵敏度Ku可见，连接电缆的分布电容Cc影响传感器灵敏度，使用时更换电缆就要求重新标定，测量系统对电缆长度变化很敏感，这是电压放大器的缺点。

2）电荷放大器：为解决电缆分布电容Cc对传感器灵敏度的影响，和低频响应差的缺点可采用电荷放大，集成运放组成的电荷放大器有较好的性能。电荷放大器的输出电压U0只取决于输入电荷量Q和反馈电容Cf ，输出电压与电缆电容Cc无关，与Q成正比，与电容Cf 成反比，这是电荷放大器的突出优点。缺点是电路复杂、价格昂贵。

5．用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器振动，已知，加速度计灵敏度为5pC/g，电荷放大器灵敏度为50mV/pC，最大加速度时输出幅值2V，试求机器振动加速度。

已知加速度计灵敏度为5PC/g，电荷放大器灵敏度为50mV/PC

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当输出幅值为2V时，机器振动加速度为：g?6．什么是超声波？其频率范围是多少？

2V/50mV/PC?0.8g

5PC/g频率在几十千赫兹到几十兆赫兹，一种人听不到的声波。

7. 超声波传感器的发射与接收分别利用什么效应？常用的超声波传感器（探头）有哪几种形式？

（1）超声波传感器主要利用压电材料（晶体、陶瓷）的压电效应，其中超声波发射器利用逆压电效应制成发射元件，将高频电振动转换为机械振动产生超声波；超声波接收器利用正压电效应制成接收元件，将超声波机械振动转换为电信号。

（2）按工作形式简单超声波传感器有专用型和兼用型两种形式，兼用型传感器是将发射（TX）和接收（RX）元件制作在一起，器件可同时完成超声波的发射与接收；专用型传感器的发送（TX）和接收（RX）器件各自独立。按结构形式有密封性和开放型，超声波传感器上一般标有中心频率（23kHz、40kHz、75kHz、200kHz、400kHz），表示传感器工作频率。 8. 简述超声波测距的原理。最大测距范围和测量精度分别由什么决定？

（1）超声波测距是通过定时控制电路、触发逻辑电路、放大检波电路实现脉冲的发射和接收，利用时钟脉冲对发射和接收之间的延迟时间进行计数，再通过数据处理电路将计数值与每个脉冲的周期相乘得到超声波的传播时间，进而根据超声波的传播速度得到被测的距离。

（2）根据被测物体的距离范围设定反射脉冲时间间隔，调整晶振器触发时间。测量精度由检波电路决定。

第八章 光电传感器

1．什么是外光电效应？内光电效应？（光生伏特效应、光电导效应）。光电器件中的光照特性、光谱特性分别描述的是光电器件的什么性能？

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。

（2）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，典型的光电器件有光电管、光电倍增管。

（3）光照特性描述光元件的照度与光电流光、电压的关系；光谱特性描述光元件的波长与灵敏度的关系。

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