答：低于16Hz的机械波称为次声波高于2×10Hz的机械波．称为超声波。

3-24简述超声波测厚度、液位和流量的原理。

答：略。

3-25 MEMS的英文名是什么？

答：Micro-Electro-Mechanical Systems

3-26 MEMS的定义是什么？

答：完整的MEMS是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通信接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。

3-27 MEMS的优点和特点是什么？

答：MEMS器件和系统具有体积小、重量轻、功耗低、成本低、可靠性高、性能优异、功能强大、可以批量生产等传统机械无法比拟的优点。

3-28传感器接口特点是什么？传感器的输出信号有什么特点？

答：传感器输出信号的处理主要由传感器的接口电路完成。因此传感器接口电路应具有一定的信号预处理能力。经预处理后的信号应成为可供测量、控制使用及便于向微型计算机输入的信号形式。

一般来说传感器输出信号具有如下特点：

⑴输出信号比较微弱有的传感器输出电压仅有0.1μV。这就要求接口电路必须有一定的放大能力。

⑵输出阻抗比较高这样会使传感器信号输入到测量电路时产生较大的信号衰减。

⑶输出信号动态范围很宽。输出信号随着输入物理量的变化而变化，但它们之间的关系不一定是线性比例关系。

3-29传感器与微型计算机接口的一般结构是什么？输入通道和输出通道的特点是什么？

答：传感器与微型计算机接口的一般结构：

4

输入通道的特点：

⑴ 输入通道的结构类型取决于传感器送来的信号大小和类型。由于被测量和信号转换的差异，输入通道会有不同的类型。

⑵ 输入通道的主要技术指标是信号转换精度和实时性，后者为实时检测和控制系统的特殊要求。对输入通道技术指标的要求是选择通道中有关器件的依据。

⑶ 输入通道是一个模拟、数字信号混合的电路，其功耗小，一般没有功率驱动要求。 ⑷ 被测信号所在的现场可能存在各种电磁干扰。这些于扰会与被测信号一起从输入通道进入微机，影响测量和控制精度，甚至使微机无法正常工作，因此在输入通道中必采取措施。

输出通道的特点：

⑴ 通道的结构取决于系统要求，其中的信号有数字量和模拟量两大类，要用到的转换 器件是D－A转换器。

⑵ 微机输出信号的电平和功率都很小，而被控装置所要求的信号电平和功率往铰比较 大，因此在输出通道中要有功率放大，即输出驱动环节。

⑶ 输出通道连接被控装置的执行机构，各种电磁干扰会经通道进入被控装置，因此必 须在输出通道中采取抗干扰措施。

3-30电桥电路的主要作用是什么？可以分为哪几种？

答：电桥电路是传感器检测电路中经常使用的电路，主要用来把传感器的电阻、电容、电感变化转换为电压或电流。分为直流电桥、 交流电桥和放大电路

3-31绘出基本放大电路的电路图。

答：略。

3-32放大电路有哪3种形式?输出信号的表达形式分别是什么？ 答：

⑴ 反向放大：

Uout??RFR1Uin

⑵ 同向放大： ?RF??Uin Uout??1???R1??⑶ 差动放大：

Uout??U2?U1?RFR1

第4章答案

4-1传感器节点在实现各种网络协议和应用系统时，存在哪些现实约束？

答：传感器节点在实现各种网络协议和应用系统时，存在以下一些现实约束。 1.电源能量有限

传感器节点体积微小，通常携带能量十分有限的电池。由于传感器节点个数多、成本要求低廉、分布区域广，而且部署区域环境复杂，有些区域甚至人员不能到达，所以传感器节点通过更换电池的方式来补充能源是不现实的。如何高效使用能量来最大化网络生命周期是传感器网络面临的首要挑战。如何让网络通信更有效率，减少不必要的转发和接收，不需要通信时尽快进入睡眠状态，是传感器网络协议设计需要重点考虑的问题。

2.通信能力有限

无线通信的能量消耗与通信距离的关系为：

E?kdn

其中，参数n满足关系2

3.计算和存储能力有限

传感器节点是一种微型嵌入式设备，要求它价格低功耗小，这些限制必然导致其携带的处理器能力比较弱，存储器容量比较小。为了完成各种任务，传感器节点需要完成监测数据的采集和转换、数据的管理和处理、应答汇聚节点的任务请求和节点控制等多种工作。如何利用有限的计算和存储资源完成诸多协同任务成为传感器网络设计的挑战。

4-2举例说明无线传感器网络的应用领域。

答：传感器网络的应用前景非常广阔，能够广泛应用于军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型车间和仓库管理，以及机场、大型工业园区的安全监测等领域。随着传感器网络的深入研究和广泛应用，传感器网络将逐渐深入到人类生活的各个领域。

1.军事应用

传感器网络具有可快速部署、可自组织、隐蔽性强和高容错性的特点，因此非常适合在军事上应用。利用传感器网络能够实现对敌军兵力和装备的监控、战场的实时监视、目标的定位、战场评估、核攻击和生物化学攻击的监测和搜索等功能。通过飞机或炮弹直接将传感器节点播撒到敌方阵地内部，或者在公共隔离带部署传感器网络，就能够非常隐蔽而且近距离准确地收集战场信息，迅速获取有利于作战的信息。传感器网络是由大量的随机分布的节点组成的，即使一部分传感器节点被敌方破坏，剩下的节点依然能够自组织地形成网络。传感器网络可以通过分析采集到的数据，得到十分准确的目标定位，从而为火控和制导系统提供精确的制导。利用生物和化学传感器，可以准确地探测到生化武器的成分，及时提供情报信息，有利于正确防范和实施有效的反击。

2.环境观测和预报系统

随着人们对于环境的日益关注，环境科学所涉及的范围越来越广泛。传感器网络在环境研究方面可用于监视农作物灌溉情况、土壤空气情况、牲畜和家禽的环境状况和大面积的地表监测等，可用于行星探测、气象和地理研究、洪水监测等，还可以通过跟踪鸟类、小型动物和昆虫进行种群复杂度的研究等。类似地，传感器网络可实现对森林环境监测和火灾报告，传感器节点被随机密布在森林之中，平常状态下定期报告森林环境数据，当发生火灾时，这些传感器节点通过协同合作会在很短的时间内将火源的具体地点、火势的大小等信息传送给相关部门。

3.医疗护理