传感器和信号调理

传感器与信号调理模拟题1

1 为了测量某一电阻器两端的压降，我们考虑两种可供选择的方法：利用精确度为0.1%读数的电压表；利用精确度为0.1%读数的电流表。若电阻器的公差为0.1%，试问哪一种方法更精确？ 1答: dV=RdI+IdR

对于微小变化，可用增量近似代表微分，△V/V=△I/I+△R/R9 利用精确度为0.1%读数的电压表,不确定性为0.1%

利用精确度为0.1%读数的电流表,不确定性为电流测量的不确定性与电阻本身的不确定性的迭加，为0.2%

2 （1）一个K=2.1的350欧姆应变片被粘贴到铝支柱（E=73GPa ）上。支柱的外径为50mm ，内径为47.5mm 。试计算当支柱承受1000Kg 负荷时电阻的变化。（2）阐述在单端固支悬臂梁上采用单应变片、双应变片、4应变片的贴法。 2答：

（1）△R=RK ε=RKF/AE,代入给定数据，结果为0.52欧姆

（2）在单端固支悬臂梁上粘贴单应变片时，可在梁的合适位置的上表面或下表面粘贴；在单端固支悬臂梁上粘贴双应变片时，可在梁的合适位置的上表面与下表面对称粘贴，形成差动半桥；在单端固支悬臂梁上粘贴四应变片时，可在梁的两个合适位置的上表面和下表面对称粘贴，形成差动全桥；

3 第3题图变极距型电容传感器示意图，试推导其输出特性。采用差动技术带来了哪些优势？

第3题图变极距型电容传感器示意图 3答：单一式

初始时 00/d s c ε=

动极板上移d ?

000

001)1(d d c d d d s

d s

c ?-

?-=

εε

差动式

)1/(01ds

d c c ?-

) 1/(

ε/

采用差动技术，提高灵敏度、降低非线性、提高抗共模干扰的能力。

4第4题图是变气隙型自感传感器示意图，推倒其传感特性表达式

第4题图变气隙型自感传感器示意图

4答：自感表达式I

其中m

F A

因为0

μ>>

所以δ

，δ

≈

所以传感器电感

≈

当铁心向下位移△δ时，传感器电感为

)

5下图分别是压电传感器与电荷放大器连接的示意图和压电传感器与电压放大器连接的示意图，分别推导其输出电压与传感器受力之间的关系式；如果测量准静态量，应选用哪种接口电路形式？

第5题图a 压电传感器与电荷放大器连接示意图

第5题图b 压电传感器与电压放大器连接示意图

5答：

压电传感器与电荷放大器连接时，输出电压与传感器受力之间的关系式推导：

/(1

0F F

C j R I U ω+-= ω

ωωωj C Q C j R Q j F

F F

-=+-

F C R 1

所以 2

00)(

11ω

ω+?=

C Q U （一阶高通滤波特性）

当0ωω>>时，F

C Q U =

0 测力F

时，dF Q =，所以F c dF U /0=

压电传感器与电压放大器连接时，输出电压与传感器受力之间的关系式推导：

10U K U ?= 12

1R R K +=

ωωωωj C

Q c j R

Q j c j R I U i

+?=

10=ω 2

00)(

11ω

ω+?=

U （一阶高通滤波特性）

0ωω>>时，]/[/0i c a C C C kQ C KQ U ++==

测力时，dF Q = C

U =0 如果测量准静态量，应选用电荷放大器接口电路形式。

6 下图为三线制铂电阻与其测量电桥，请正确连线。

第6题图三线制铂电阻与其测量电桥

6答：热电阻的单引出线接RP ，（5分）双引出线其一接R3，其二接电源负极。

7 画出光电式传感器的基本组成图；按被测信号转换为光电器件入射光通量变化的形式，光电传感器可分为哪些种类？并分别说明之。

7答：光电式传感器的基本组成包括光源、光学通路、光电器件、测量电路

光电传感器的基本类型包括

1、透射式，应用举例：测量透明度和混浊度。

2、反射式，应用举例：测量表面粗糙度

3、辐射式，应用举例：光电高温计和炉子燃烧监视装置。

4、遮挡式，应用举例：测量物体面积、尺寸和位移等

5、开关式，应用举例：①开关，②产品计数或测量转速等，③编码。 8 阐述集成传感器的基本概念。下图是线性集成霍尔传感器，说明各部分的作用。

第9题图线性集成霍尔传感器

8答：

集成传感器将传感器、温度补偿、校准和信号调理于同一块芯片上。（5分）线性集成霍尔传感器由第一级差分放大V1、V2，第二级差分放大V3-V6 等组成，R8外接，用于改变电路增益。

2 第5题图是热电偶冷端温度电桥补偿法的原理图，详细阐述其补偿原理。

第5题图热电偶冷端温度电桥补偿法原理图

参考答案：答：热电偶冷端温度电桥补偿法对冷端温度波动能够自动补偿，电桥产生的不平衡电势正好补偿冷端温度波动引起的热电势波动。因此

①补偿条件 0T T n =时，0=ab U

0T T n ≠时，)

,(0T T E U n AB ab =

②补偿结果：),()(),(),(00T T E T T E T T E U T T E U AB b n AB n AB ab n AB =+=+= ③注意点：

1°给定的热电偶只能选配与其相适应的补偿器

2°补偿器只能在规定的温度范围内使用，即C T n ?=40~0

3°补偿器极性不能接反a 、b 不能接反，E 不能反接

6通过恒流源激励和在输入端并联温度敏感电阻，可补偿温度对霍尔传感器的影响。如第6题图所示。设温度从T 0 上升到T 时，霍尔片的输入电阻从r 0变到r ，霍尔片的灵敏系数从K H0变到K H ，选用的温度补偿电阻从R 0变到R ，且K H = K H0+αK H0(T- T 0); r= r 0+βr 0(T- T 0); R= R 0+δR 0(T- T 0)，在霍尔片一定的前提下，确定补偿电阻。

第6题图霍尔传感器的温度补偿

参考答案：答：采用恒流源供电并且在输入回路并联电阻，实际流过霍尔元件的电流随温度的波动自动改变，正好补偿霍尔元件特性随温度的改变，保证霍尔电势不随温度波动而波动。因

)1(0t K K H H ?+=α )1(0t r r ?+=β )1(0t R R ?+=δ

按上述要求推导出输入回路并联电阻应为

00r R α

αβ--=

一般δ很小，可忽略不计，且α＜＜β，故有00R r β

≈

7 阐述集成传感器的基本概念。第7题图是集成霍尔开关，说明各部分的作用。

第7题图集成霍尔开关

参考答案：

答：集成传感器将传感器、温度补偿、校准和信号调理于同一块芯片上。

集成霍尔开关由霍尔元件H 、差分放大V1和V2、施密特触发器V3和V4、输出级V5至V8组成

8 随机误差具有哪些特征？随机误差产生的原因是什么？有三台测压仪表，量程均为0-0.6MPa ，精度等级分别为2.5级、2.0级、1.5级，现需测量0.5MPa 左右的压力，要求相对误差不超过2.5%，选用哪台仪表更合理？参考答案：

解：正态分布的随机误差的统计特点：

1)对称性――绝对值相同的正、负误差出现的次数相同。

2)抵偿性： 01lim =∑=∞

→n

i i n δ

3)单蜂性：在0=δ处，概率最大

４)有界性：随机误差的绝对值不会超过一定界限。

随机误差是由数量众多、但每个因素对结果影响有很微弱的因素造成。

2.5级测压仪表最大绝对误差为0.015MPa, 2.0级测压仪表最大绝对误差为0.012MPa. 测量0.5MPa 左右的压力，要求相对误差不超过2.5%，即要求最大绝对误差低于0.0125MPa ，故应选用2.0级的仪表。

传感器与信号调理模拟题2

1、按误差所呈现的规律分类，检测误差一般可分为哪几种？现需要测量80℃左

右的温度，有两只温度计可选，其一量程300℃ ，0.5级；其二量程

100℃ ，1.0级，问应该选用哪一只温度计？

答：按误差所呈现的规律分类，检测误差一般可分为系统误差、随机误差、

粗大误差（疏失误差）。

若选用量程300℃ ，0.5级温度计，则最大绝对误差300*0.5%=1.5(℃) 若选用量程100℃ ，1.0级温度计，则最大绝对误差100*1.0%=1.0(℃) 因此应该选用100℃ ，1.0级温度计。

2、下图是一根导体受拉伸后发生参数变化的示意图，试推导其应变效应的数学

表达式。

第2题图金属材料的应变效应示意图

答：电阻定律

A L R ?

=ρ

全微分表达式 ρρεμd A dA L dL R

dR ++=-=)21( 对金属材料 εμρ

)21(-==c v dv

因此应变效应表达式为ε00K R R

其中

0/R R K ?=

为应变材料的灵敏系数

对金属材料， μμμ21)21()21(0+≈-++=c K 约1.0~2

3、假定惠斯登电桥的1臂（左上臂）是一个120Ω的应变片（G=2.00），4臂上

（左下臂）是用于补偿的相类似的附属应变片。2臂和3臂是固定的120Ω电阻器。流过应变片的最大电流为40mA 。若检测应变片粘贴在钢梁（E=210GPa ）

上，而电桥由5V 供电，试问当外加负荷为70Kg/cm 2

时，电桥的输出电压是多少？假定校准电阻器与1臂上未加负荷的应变片并联，试计算为了产生与钢梁加载700 Kg/cm 2相同输出电压所需的校准电阻值。答：当外加负荷为70Kg/cm 2时，应变片阻值变化为

70Kg/cm 2 *2.00*120/210GPa

输出电压为

)

)(

(

计算结果为81微伏（5分）

该电阻与120Ω并联后使该桥臂电阻发生变化，应使该变化量与钢梁加载700 Kg/cm2产生的阻值变化相同，即

700Kg/cm2 *2.00*120/210GPa

计算结果为184.5kΩ

4、第4题图是角位移测量用差动电容传感器示意图，推导其输出特性表达式。

第4题图角位移测量用差动电容传感器

答：初始时0

)

(

)

(

επ

（5分）转动α

?后

)

(

)

(

1α

ε?

)

2α

所以0

5、下图是变气隙型差动变压器结构图，试推导其输出特性。

第5题图变气隙型差动变压器结构图

答：1

1N N '= 22N N '=

δδδ?+=01 δδδ?-=02

所以

)

1/(001δδ

=L L

)

1/(002δδ

=L L

211W N L M ?

22122

2N N L N N L M =''=（5分）

1212122210)()(I M M j I M M j U U U -=--=-=ωω

212)(I N N L L j

-=ω

jQ L L j U L j L j r r U I E

E 111)

()/(122

1211+

+=+++=ωωω

121)

(r L r r L L Q ωω≈

++=

（

021021,L L L r r r ====初始时）

所以

)11/(1212120jQ

L L L L N N U U E

++-??=

12012111

1)11/(Q Q j

N N U jQ N N U E

E ++????=+???=δδδδ 0

U 中包含同相分量和正交分量

2000122120)(1/1

1/L r N N U Q

N N U U E E

ωδδδδ+??=+??=

当0L r

<<ω时

ωδδ?????=000120r L N N U U E

当

0L r

ω时

0120δδ??

?=N N U U E

ω继续增加到超过某一数值时(该值视铁心材料而异)，由于导线趋肤效应和铁损等影响而使灵敏度下降。应选取合适的较高的激励频率，以保持灵敏度不变。

6下图分别是压电传感器与电荷放大器连接的示意图和压电传感器与电压放大器连接的示意图，分别推导其输出电压与传感器受力之间的关系式；那种电路形式对电缆长度要求更为苛刻？

第6题图a 压电传感器与电荷放大器连接示意图

第6题图b 压电传感器与电压放大器连接示意图

答：

压电传感器与电荷放大器连接时，输出电压与传感器受力之间的关系推导：

/(1

0F F

C j R I U ω+-= ω

ωωωj C Q C j R Q j F

F F

-=+-

F C R 1

所以 2

00)(

11ω

ω+?=

C Q U （一阶高通滤波特性）

当0ωω>>时，F

C Q U =

0 测力F

时，dF Q

=，所以F c dF U /0= 压电传感器与电压放大器连接时，输出电压与传感器受力之间的关系式推导：

0U K U ?= 1

1R R K += ω

ωωωωj C

Q c j R

Q j c j R I U i

+?=

10=ω 2

00)(

11ω

ω+?=

U （一阶高通滤波特性）

0ωω>>时，]/[/0i c a C C C kQ C KQ U ++==

测力时，dF Q = C

U =0 压电传感器与电压放大器连接时，因灵敏度与电缆分布参数有关，故对电缆要求苛刻，更换电缆是必须重新标定。

7、下图是热电偶冷端温度电桥补偿法的原理图，详细阐述其补偿原理。

第7题图热电偶冷端温度电桥补偿法原理图

答：热电偶冷端温度电桥补偿法对冷端温度波动能够自动补偿，电桥产生的不平衡电势正好补偿冷端温度波动引起的热电势波动。（5分）因此

①补偿条件 0T T n =时，0=ab U

0T T n ≠时，)

,(0T T E U n AB ab =

②补偿结果：),()(),(),(00T T E T T E T T E U T T E U AB b n AB n AB ab n AB =+=+= ③注意点：

1°给定的热电偶只能选配与其相适应的补偿器

2°补偿器只能在规定的温度范围内使用，即C T n ?=40~0

3°补偿器极性不能接反a 、b 不能接反，E 不能反接

8、阐述集成传感器的基本概念。下图是集成霍尔开关，说明各部分的作用。

第7题图集成霍尔开关

参考答案：

答：集成传感器将传感器、温度补偿、校准和信号调理于同一块芯片上。

集成霍尔开关由霍尔元件H 、差分放大V1和V2、施密特触发器V3和V4、输出级V5至V8组成

9答：莫尔条纹的主要特性：

(1) 移动方向：主光栅右移，则莫尔条纹向下移；

主光栅左移，则莫尔条纹向上移。

(2) 移动距离：主光栅移动一个栅距W ，莫尔条纹移动一个条纹间距H 。

莫尔条纹具有放大作用，即H ＞＞W 。

(3)平均效应：莫尔条纹具有减小光栅栅距局部误差的作用（5分）

电子细分：在主光栅移动一个栅距过程中，产生m 个彼此相位差360°/m 的正弦交流信号

),2,1(),360360sin(m i m

i W x U u m i

=?-?=

m 个ui 波形依次产生m 个过零脉冲，于是，与光栅位移x 对应的过零脉冲计数

值即位移的数字测量结果为：

/x x

N m W W m

（5分） 10答：测量原理：两块面积相等的极板固定在被测金属板材的上、下两侧，两极板与板材的电容的并联（两极板相连）值C x 随板材厚度变化（若Cx 增大，表示板材厚度变厚；反之，板材变薄），Cx 与固定电容C0接入变压器电桥。（5分）检测滞后形成原因：主要由于电容极板与轧辊之间的空间距离造成。（2分）检测滞后造成影响：造成控制系统稳定裕量降低，超调量加大、调节时间延长。（3分）

传感器与信号调理模拟题3

1、试推导第1题图所示不平衡电桥输出电压信号的一般表达式（忽略后级电路的输入阻抗），并阐述在单端固支悬臂梁上采用采用单应变片、双应变片、4应变片的贴法。

第1题图不平衡电桥示意图

答：

输出电压信号一般表达式

)

)((43214231434

1Z Z Z Z Z Z Z Z E Z Z Z Z Z Z E U ++-=???? ??+-+=（5分）

应变片的贴法：在单端固支悬臂梁上粘贴单应变片时，可在梁的合适位置的上表

面或下表面粘贴；在单端固支悬臂梁上粘贴双应变片时，可在梁的合适位置的上表面与下表面对称粘贴，形成差动半桥；在单端固支悬臂梁上粘贴四应变片时，可在梁的两个合适位置的上表面和下表面对称粘贴，形成差动全桥；

2 第2题图是角位移测量用差动电容传感器示意图，推导其输出特性表达式。

第2题图角位移测量用差动电容传感器

2答：初始时

220220212)

(2)(αεπαεπε?-=?-====d r R d r R d s

c c c

转动α?后

)

1()

(2)

(000221αα

ααε?-

=?--=

c d

r R c

)

1(0

02αα

=c c

所以

2121αα

=+-c c c c

3 第3题图是变面积式自感传感器示意图，推倒其传感输出特性表达式

第3题图变面积式自感传感器示意图 3答：自感

I N L φ

其中 m R NI =

φ δR R R F m += F F F F A l R μ= A R 02μδδ=

因为

μμ>>F 所以

R R F <<，所以δR R m ≈

所以

δμδ20222A

N R N R N L m =

≈= 对所示变面积式自感传感器

)

1(2)(00002a a

L a a b N L ?+=?+=δμ 4 第4题图分别是压电传感器与电荷放大器连接的示意图和压电传感器与电压

放大器连接的示意图，分别推导其输出电压与传感器受力之间的关系式；那种电路形式对电缆长度要求更为苛刻？

第4题图a 压电传感器与电荷放大器连接示意图

第4题图b 压电传感器与电压放大器连接示意图

4答：

压电传感器与电荷放大器连接时，输出电压与传感器受力之间的关系式推导：

/(1

0F F

C j R I U ω+-= ω

ωωωj C Q C j R Q j F

F F

-=+-

F C R 1

所以 2

00)(

11ω

ω+?=

C Q U （一阶高通滤波特性）

当0ωω>>时，F

C Q U =

0 测力F

时，dF Q =，所以F c dF U /0= 压电传感器与电压放大器连接时，输出电压与传感器受力之间的关系式推导：

10U K U ?= 1

1R R K +

ωωωω

j C

c j R

Q j c j R I U i

+?=

10=ω 2

00)(

11ω

ω+?=

U （一阶高通滤波特性）

0ωω>>时，]/[/0i c a C C C kQ C KQ U ++==

测力时，dF Q = C

U =0 压电传感器与电压放大器连接时，因灵敏度与电缆分布参数有关，故对电缆要求苛刻，更换电缆是必须重新标定。

5 第5题图为三线制铂电阻与其测量电桥，请正确连线。

第5题图三线制铂电阻与其测量电桥

5答：热电阻的单引出线接RP ，

双引出线其一接R3，其二接电源负极。

6画出光电式传感器的基本组成图；按被测信号转换为光电器件入射光通量变化的形式，光电传感器可分为哪些种类？并分别说明之。 6答：

光电式传感器的基本组成包括光源、光学通路、光电器件、测量电路

光电传感器的基本类型包括

1、透射式，应用举例：测量透明度和混浊度。

2、反射式，应用举例：测量表面粗糙度

3、辐射式，应用举例：光电高温计和炉子燃烧监视装置。

4、遮挡式，应用举例：测量物体面积、尺寸和位移等

5、开关式，应用举例：①开关，②产品计数或测量转速等，③编码。

热电偶温度传感器信号调理电路设计与仿真介绍

目录第1章绪论 (1) 1.1 课题背景与意义 (1) 1.2 设计目的与要求 (1) 1.2.1 设计目的 (1) 1.2.2 设计要求 (1) 第2章设计原理与内容 (2) 2.1 热电偶的种类及工作原理 (3) 2.1.1热电偶的种类 (3) 2.1.2工作原理分析 (4) 2.2 设计内容 (4) 2.2.1 总体设计 (4) 2.2.2 原理图设计 (5) 2.2.3 可靠性和抗干扰设计 (7) 第3章器件选型与电路仿真 (8) 3.1 器件选型说明 (8) 3.2 电路仿真 (8) 第4章设计心得与体会 (9) 参考文献 (10) 附录1：电路原理图 (11) 附录2：PCB图 (11) 附录3：PCB效果图 (11)

第1章绪论 1.1 课题背景与意义温度是一个基本的物理量，在工业生产和实验研究中，如机械、食品、化工、电力、石油、等领域，温度常常是表征对象和过程状态的重要参数，温度传感器是最早开发、应用最广的一类传感器。本设计中正是关于温度的测量，采用热电偶温度测量具有很多的好处，它具有结构简单，制作方便，测量范围广，精度高，惯性小和输出信号便于远传等许多优点。同时，热电偶作为有源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常在日常生活中被应用，如测量炉子，管道内的气体或液体温度及固体的表面温度。热电偶作为一种温度传感器，通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用。热电偶可直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。 1.2 设计目的与要求 1.2.1 设计目的 (1) 了解常用电子元器件基本知识（电阻、电容、电感、二极管、三极管、集成电路）； (2) 了解印刷电路板的设计和制作过程； (3) 掌握电子元器件选型的基本原理和方法； (4) 了解电路焊接的基本知识和掌握电路焊接的基本技巧； (5) 掌握热电偶温度传感器信号调理电路的设计，并利用仿真软件进行电路的调试。 1.2.2 设计要求选用热电偶温度传感器进行温度测量，要求测温范围100-300℃、精度为0.1℃。设计传感器的信号调理电路，实现以下要求：（1）将传感器输出4.096-12.209mV的信号转换为0-5V直流电压信号；（2）对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据；（3）电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容；（4）电路的基本工作原理应有一定说明；（5）电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性

传感器的主要知识点

绪论一、传感器的定义、组成、分类、发展趋势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或装置，通常由敏感元件和转换元件构成。如果传感器信号经信号调理后，输出信号为规定的标准信号（0~10mA,4~20mA;0~2V,1~5V;…），通常称为变送器，分类：按照工作原理分，可分为：物理型、化学型与生物型三大类。物理型传感器又可分为物性型传感器和结构型传感器。按照输入量信息：按照应用范围：传感器技术: 是关于传感器的研究、设计、试制、生产、检测和应用的综合技术. 发展趋势: 一是开展基础研究，探索新理论，发现新现象，开发传感器的新材料和新工艺；二是实现传感器的集成化、多功能化与智能化。 1．发现新现象； 2．发明新材料； 3．采用微细加工技术； 4．智能传感器； 5．多功能传感器； 6．仿生传感器。二、信息技术的三大支柱现在信息科学（技术）的三大支柱是信息的采集、传输与处理技术，即传感器技术、通

信技术和计算机技术。课后习题 1、什么叫传感器，它由哪几部分组成？它们的作用与相互关系？传感器(transducer/sensor)：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置（国标GB7665—2005）。通常由敏感元件和转换元件组成。敏感元件：指传感器中能直接感受或响应被测量并输出与被测量成确定关系的其他量(一般为非电量)部分。转换元件：指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的可用输出信号(一般为电信号)部分。信号调理电路(Transduction circuit) ：由于传感器输出电信号一般较微弱，而且存在非线性和各种误差，为了便于信号处理，需配以适当的信号调理电路，将传感器输出电信号转换成便于传输、处理、显示、记录和控制的有用信号。第一章传感器的一般特性 1. 传感器的基本特性动态特性静态特性 2. 衡量传感器静态特性的性能指标（1）测量范围、量程（2）线性度 %100max ??± =?S F L y δ 传感器静态特性曲线及其获得的方法传感器的静态特性曲线是在静态标准条件下进行校准的。

传感器与信号处理

《传感器与检测技术》试题一、填空：（20分） 1，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。（2分） 2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。 3、光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有光电管、光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电效应，这类元件有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表。 4.热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab （T ，To ）=T B A T T B A 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ?+-。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。 5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。（2分） 6. 变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③不变）（2分） 7. 仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的（2分） 8. 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（① 变面积型 ② 变极距型 ③ 变介电常数型）外是线性的。（2分） 9. 电位器传器的（线性），假定电位器全长为Xmax, 其总电阻为Rmax ，它的滑臂间的阻值可以用Rx = （① Xmax/x Rmax,②x/Xmax Rmax ,③ Xmax/XRmax ④X/XmaxRmax ）来计算。 10、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）。 11、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。 12、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与原方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。 13、传感器是能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或装置，传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。 14、热电偶所产生的热电势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成。 15、电阻应变片式传感器按制造材料可分为① _金属_ 材料和②____半导体__体材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由 _电阻应变效应形成的，而②的电阻变化主要是由温度效应造成的。半导体材料传感器的灵敏度较大。 16、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与绕组匝数成正比，与穿过线圈的磁通_成正比，与磁回路中磁阻成反比。 17.磁电式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端产生感应电势的。而霍尔式传感器为霍尔元件在磁场中有电磁效应（霍尔效应）而输出电势的。霍尔式传感器可用来测量电流，磁场，位移，压力。（6分） 18.测量系统的静态特性指标通常用输入量与输出量的对应关系来表征（5分）简答题 1 简述热电偶的工作原理。（6分）

酒精浓度传感器信号调理电路设计与仿真报告

目录第一章绪论 ............................................................................................................................................ - 1 -1.1 设计背景.................................................................................................................................................. - 1 -1.2 设计目的.................................................................................................................................................. - 1 -1.3 设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）................................................... - 1 -1.4 设计工作任务及工作量的要求................................................................................................................ - 2 -第二章酒精浓度传感器的设计.................................................................................................................... - 3 -2.1 传感器的概述 ........................................................................................................................................ - 3 -2.2 传感器的选择 .......................................................................................................................................... - 4 -2.2.1MQ-3酒精浓度传感器的特点 .. (4) 2.2.2MQ-3工作原理简介 (5) 2.3 可靠性与抗干扰设计............................................................................................................................... - 6 -第三章酒精传感器信号调理电路的设计..................................................................................................... - 7 - 3.1 设计思路综述 .......................................................................................................................................... - 7 -3.2 电压跟随器 .............................................................................................................................................. - 7 -3.3 减法器...................................................................................................................................................... - 8 -3.4 比例放大电路 .......................................................................................................................................... - 9 -3.5 器件选型表 .............................................................................................................................................. - 9 -3.6 设计心得体会 .........................................................................................................................................- 10 -第四章仿真与PCB设计..............................................................................................................................- 11 - 4.1 信号调理电路仿真..................................................................................................................................- 11 -4.2 PCB图 .....................................................................................................................................................- 11 -4.3 PROTUES图3D效果图 ...........................................................................................................................- 12 -参考文献 .........................................................................................................................................................- 13 -

传感器与信号处理电路习题答案

第1章传感器与检测技术基础 1.某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm 变到5.0mm 时，位移测量仪的输出电压由3.5V 减至 2.5V ，求该仪器的灵敏度。解：该仪器的灵敏度为 25 .40.55.35.2-=--=S V/mm 2.某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下：铂电阻温度传感器： 0.45Ω/℃ 电桥： 0.02V/Ω 放大器： 100(放大倍数) 笔式记录仪： 0.2cm/V 求：(1)测温系统的总灵敏度； (2)记录仪笔尖位移4cm 时，所对应的温度变化值。解：（1）测温系统的总灵敏度为 18.02.010002.045.0=???=S cm/℃ （2）记录仪笔尖位移4cm 时，所对应的温度变化值为 22.2218 .04==t ℃ 6.有三台测温仪表，量程均为0~800℃，精度等级分别为2.5级、2.0级和1.5级，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5％，选那台仪表合理? 解：2.5级时的最大绝对误差值为20℃，测量500℃时的相对误差为4％；2.0级时的最大绝对误差值为16℃，测量500℃时的相对误差为3.2％；1.5级时的最大绝对误差值为12℃，测量500℃时的相对误差为2.4％。因此，应该选用1.5级的测温仪器。 10.试分析电压输出型直流电桥的输入与输出关系。答：如图所示，电桥各臂的电阻分别为R 1、 R 2、 R 3、R 4。U 为电桥的直流电源电压。当四臂电阻R 1=R 2=R 3=R 4=R 时，称为等臂电桥；当R 1=R 2=R ,R 3=R 4=R ’(R ≠R ’)时，称为输出对称电桥；当R 1=R 4=R ，R 2=R 3 =R ’(R ≠R ’)时，称为电源对称电桥。 D 直流电桥电路当电桥输出端接有放大器时，由于放大器的输入阻抗很高，所以可以认为电桥的负载电阻为无穷大，这时电桥

压电传感器的信号调节

压电传感器的信号调节作者：Eduardo Bartolome，德州仪器(TI) 医疗事业部系统工程师压电传感器用于感应和激励的压电传感器应用延伸到了许多领域。本文主要介绍对一些物理强度的感应，即加速度、振动、振荡和压力，从传感器及其要求信号调节的角度来看其可以被认为是类似的。1就加速度而言，传感器灵敏度通常被表示为一个与外力即加速度（大多数时候称作重力加速度g）成比例关系的电荷。然而，从严格物理意义上来讲，传感器输出一个实际由其变形/偏斜情况决定的电荷。例如，图 1 显示了安装于顶部位置的一个传感器，与此同时底部正受到一个外力的拉拽，即F ext。在使用加速计的情况下，固定端（顶部）会粘附在要测量加速度的物体上，同时外力为粘附于另一端（底部）的质量的惯性，而这一端不断想要保持静止。就固定于顶端的参考坐标系而言（假设传感器充当的是一个弹簧，其具有很高的弹簧系数K），偏斜x 会形成一种反作用力： F int = Kx (1) 最终，质量（传感器偏斜）将会在下列情况下停止移动/改变： F int = F ext = Kx (2) 图 1 加速度力作用下的传感器由于电荷Q 与偏斜成比例关系（一阶），而偏斜与力成比例关系，因此Q 与力也成比例关系。施加一个F max最大值的正弦力，会形成一个Q max 最大值的正

弦电荷。换句话说，当正弦力为最大值时，对来自传感器的电流求积分可得到Q max。增加正弦波的频率，同时会增加电流；但是会更快地达到峰值，即保持积分(Q max) 恒定。厂商会以传感器可用频率范围内Q max与F max的比率，来说明灵敏度规范。但是，由于传感器的机械性质，传感器实际上有谐振频率（可用频率范围以上），其中一个即使很小的振荡力都会产生相对较大的偏转，从而得到较大的输出振幅。如果忽略谐振的影响，则我们可以将压电传感器一阶建模为一个与传感器寄生电容（此处称作C d）并联的电流源，或者也可以将其建模为一个与C d串联的电压源。该电压为存储电荷时在传感器阳极上看到的等效电压。但是，我们需要注意的是，就许多应用的仿真而言，第二种方法要更加简单一些。如前所述，电流与偏斜变化的速率成比例关系；例如，拿恒幅加速度的正弦AC 曲线来说，电流生成器的振幅必须根据频率来改变。最后，如果这种生成器需要代表实际物理信号，则可以使用变压器，如图 2 所示。本例中，我们建模了一个具有0.5 pC/g 灵敏度和500 pF 寄生电容的生成器。正弦波生成器每单位g 输出1V，以实现仿真。变压器在其次级线圈将它向下调节至1mV。施加给C1（500 pF）的1-mV 摆动，将会如我们预计的那样在下一级注入Q = VC = 0.5 pC。图 2 压电传感器模型电荷放大器分析图 3 显示了经典电荷放大器的基本原理，其可以用作一个信号调节电路。这种情况下，我们选择电流源模型，表明传感器主要为一种带高输出阻抗的器件。输入阻抗信号调节电路必须具有非低的输入阻抗，以收集传感器的大部分电荷输出。因此，电荷放大器是理想的解决方案，因为只要放大器在这些信号频率下保持高增益，其输入便会让传感器信号出现虚拟接地。换句话说，如果传感器的任何电荷想要在传感器阳极(C d) 或者放大器输入寄生电容(C a) 上增大，在放大器输入端就

传感器信号调理电路

传感器信号调理电路传感器信号调理电路信号调理往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。通常，传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或定标模拟信号，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到微控制器或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。此链路工作的关键是选择运放，运放要正确地接口被测的各种类型传感器。然后，设计人员必须选择ADC。ADC应具有处理来自输入电路信号的能力，并能产生满足数据采集系统分辨率、精度和取样率的数字输出。传感器传感器根据所测物理量的类型可分类为：测量温度的热电偶、电阻温度检测器(RTD)、热敏电阻；测量压力或力的应变片；测量溶液酸碱值的PH电极；用于光电子测量光强的PIN光电二极管等等。传感器可进一步分类为有源或无源。有源传感器需要一个外部激励源(电压或电流源)，而无源传感器不用激励而产生自己本身的电压。通常的有源传感器是RTD、热敏电阻、应变片，而热电偶和PIN二极管是无源传感器。为了确定与传感器接口的放大器所必须具备的性能指标，设计人员必须考虑传感器如下的主要性能指标： ·源阻抗 ——高的源阻抗大于100KΩ ——低的源阻抗小于100Ω ·输出信号电平 ——高信号电平大于500mV满标 ——低信号电平大于100mV满标 ·动态范围在传感器的激励范围产生一个可测量的输出信号。它取决于所用传感器类型。放大器功用放大器除提供dc信号增益外，还缓冲和定标送到ADC之前的传感器输入。放大器有两个关键职责。一个是根据传感器特性为传感器提供合适的接口。另一个职责是根据所呈现的负载接口ADC。关键因素包括放大器和ADC之间的连接距离，电容负载效应和ADC的输入阻抗。选择放大器与传感器正确接口时，设计人员必须使放大器与传感器特性匹配。可靠的放大器特性对于传感器——放大器组合的工作是关键性的。例如，PH电极是一个高阻抗传感器，所以，放大器的输入偏置电流是优先考虑的。PH传感器所提供的信号不允许产生任何相当大的电流，所以，放大器必须是在工作时不需要高输入偏置电流的型号。具有低输入偏置电流的高阻抗MOS输入放大器是符合这种要求的最好选择。另外，对于应用增益带宽乘积(GBP)是低优先考虑，这是因为传感器工作在低频，而放大器的频率响应不应该妨碍传感器信号波形的真正再生。

传感技术与信号处理

浙江工业大学之江学院010/011 学年第二学期《传感技术与信号处理》期终试卷（考试类型：闭卷）班级姓名学号一、填空( 每空1.5分共45分) 1．通常把频谱中作为信号的频宽，称为1/10法则；对于有跃变的信号，取作为频宽。 2.测试装置的灵敏度愈高，测量范围往往愈________，稳定性愈______。 3.若要信号在传输过程中不失真，测试系统的输出和输入的幅频特性必须满足（表达式）__________________，相频频特性必须满足（表达式）__________________。 4.为了消除应变片的温度误差，可采用的温度补偿措施包括：、、和。 5. 电感式传感器按工作原理可分为_______________、________________和电涡流式三种。 6.为了提高极距变化式电容传感器的灵敏度，应_______初始间隙。但初始间隙过_______时，一方面使测量范围_______，另一方面容易使_______击穿。 7.压电式传感器测量电路的前置放大器有_________________和_________________两种，_________________作为前置放大器时压电式传感器输出信号与测量导线的距离无关。 8. 光电耦合器是由一个和一个共同封装在一个外壳内组成的复合型转换元件，又称为。 9.光栅传感器中莫尔条纹的一个重要特性是具有位移放大作用。如果两个光栅距相等，即W=0.02mm，其夹角θ=0.1°，则莫尔条纹的宽度B=_____________莫尔条纹的放大倍数K=_____________。 10.热电偶产生热电势必须具备的基本条件是 ____________、____________。 11.霍尔式传感器为______ _______在磁场中有电磁效应（霍尔效应）而输出电势的。霍尔式元件的电路符号图为：_________________。 14.热电动势由两部分电动势组成，一部分是两种导体的________电动势，另一部分是单一导体的______电动势。

传感器技术及传感器信号处理

传感器技术及其信号处理方法第一章传感器概述 1.1 传感器技术基础传感器(sensor)是一种把物理量转换成电信号的器件。可以说，传感器代表了物理世界与电气设备（如计算机）世界接口的一部分。这种接口的另一部分由把电信号转换成物理量的执行器（actuator)表示。为什么我们这么关心这个接口？近年来，电子行业拥有了巨大的信息处理能力。其中最明显的例子是个人计算机。此外，价格低廉的微处理器的使用对汽车、微波炉、玩具等嵌入式计算产品的设计产生了重大影响。最近几年，使用微处理器进行功能控制的产品越来越多。在汽车行业，为满足污染限制要求必须利用微处理器的这种信息处理能力。而在其他行业，这种能力又带来了降低产品成本、提高产品性能的优势。所有这些微处理器都需要输人电压以接收指令和数据、因此，随着廉价微处理器的出现，传感器在各种产品中的应用也越来越多。此外，由于传感器输出的是电信号，因而传感器也就能够按电子没备的描述方式来插述。同电子产品数据手册一样，很多传感器数据手册也都遵照某种格式撰写。然而，目前存在很多种格式，而且传感器规格说明的国际标准还没有制订，这样，传感器系统设

计师就会遇到对同一传感器性能参数存在不同的解释，这常常令人混淆。这种混淆并非由于这些术语的含义无法理解，而是在于传感器界不同的人群习惯于使用不同的术语，认识到这一点至关重要。 1.1.1 传感器数据手册为了解决上述术语使用的差异向题，有必要首先命绍数据手册的功用，数据手册主要是一份营销文件，用来突出某一传感器的优点，強调其潜在的应用，但是有可能忽视该传感器的不足。很多情况下，传感器是设计用来满足特定用户的特定性能要求的，而数锯手册就集中了该用户最感兴趣的性能参数。这种情况下，传感器制造商和客户就有可能越来越习惯于使用某种约定的传感器性能参数定义，而这种定义却未必通用，这样，这种传感器未来的新用户必须认清这种情形以便恰当地理解这些参数。人们常常遇到不同的定义。此外，大多数传感器数据手册都缺少对特定应用有用的信息。 1.1.2 传感器性能特征定义下面是一些较重要的传感器性能特征。 1.传递函数传递函数表示物理输入信号与电瑜出信号之间的函数关系。通常，这种关系以输入输出信号关系图来表示，具体的关系构成了对传感器性能特点的完整描述。对需逐

第二章PSD传感器与信号处理电路

a 第二章 PSD 传感器与信号处理电路为了将电机轴的位置信号转换为相应的电信号，本文的传感器使用光电位置敏感器件PSD （Position Sensitive Detector ）。本章介绍PSD 及其信号处理电路的工作原理及选型。 2.1 PSD 传感器的工作原理及选型传感器是一种以一定的精确度将被测量（如位置、力、加速度等）转换成与之有确定对应关系的、易于精确处理和测量的某种物理量（如电量）的测量部件或装置。传感器在检测系统中是一个非常重要的环节，其性能直接影响到整个系统的测量精度和灵敏度。如果传感器的误差很大，后面的测量电路、放大器等的精度再高也将难以提高整个系统的精度。所以在系统设计时慎重选择传感器是十分必要的。光电位置敏感器件PSD （Position Sensitive Detector ）是一种对其感光面上入射光斑重心位置敏感的光电器件。即当入射光斑落在器件感光面的不同位置时，PSD 将对应输出不同的电信号。通过对此输出电信号的处理，即可确定入射光斑在PSD 的位置。入射光的强度和尺寸大小对PSD 的位置输出信号均无关。PSD 的位置输出只与入射光的“重心”位置有关。 PSD 可分为一维PSD 和二维PSD 。一维PSD 可以测定光点的一维位置坐标，二维PSD 可测光点的平面位置坐标。由于PSD 是分割型元件，对光斑的形状无严格的要求，光敏面上无象限分隔线，所以对光斑位置可进行连续测量从而获得连续的坐标信号。实用的一维PSD 为PIN 三层结构，其截面如图2.1.1所示。表面P 层为感光面，两边各有一信号输出电极。底层的公共电极是用来加反偏电压的。当入射光点照射到PSD 光敏面上某一点时，假设产生的总的光生电流为I 0。由于在入射光点到信号电极间存在横向电势，若在两个信号电极上接上负载电阻，光电流将分别流向两个信号电极，从而从信号电极上分别得到光电流I 1和I 2。显然，I 1和I 2之和等于光生电流I 0，而I 1和I 2的分流关系取决于入射光点位置到两个信号电极间的等效电阻R 1和R 2。如果PSD 表面层的电阻是均匀的，则PSD 的等效电路为图2.1.1〔b 〕所示的电路。由于R sh 很大，而C j 很小，故等效电路可简化成图2.1.1 (c) 的形式，其中R 1和R 2的值取决于入射光点的位置。假设负载电阻R L 阻值相对于R 1和R 2可以忽略，则有：（2.1.1）I I R R L x L x 1221==-+式中，L 为PSD 中点到信号电极的距离，x 为入射光点距PSD 中点的距离。式（2.1.1）表明，两个信号电极的输出光电流之比为入射光点到该电极间距离之比的倒数。将I 0= I 1+I 2与式（2.1.1）联立得：

信号调理电路的原理、功能

什么是信号调理？信号调理电路的原理，信号调理模块的功能 [导读] 信号调理电路往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。但是传感器信号不能直接转换为数字数据，因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。信号调理电路原理信号调理电路往往是把来自的模拟信号变换为用于、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。但是传感器信号不能直接转换为数字数据，因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或定标模拟信号，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。信号调理电路技术 1.放大提高输入信号电平以更好地匹配模拟-数字转换器(ADC)的范围，从而提高测量精度和灵敏度。此外，使用放置在更接近信号源或转换器的外部信号调理装置，可以通过在信号被环境噪声影响之前提高信号电平来提高测量的信号-噪声比。 2.衰减衰减，即与放大相反的过程，在电压(即将被数字化的)超过数字化仪输入范围时是十分必要的。这种形式的信号调理降低了输入信号的幅度，从而经调理的信号处于ADC范围之内。衰减对于测量高电压是十分必要的。 3.隔离

隔离的信号调理设备通过使用变压器、光或电容性的耦合技术，无需物理连接即可将信号从它的源传输至测量设备。除了切断接地回路之外，隔离也阻隔了高电压浪涌以及较高的共模电压，从而既保护了操作人员也保护了昂贵的测量设备。 4.多路复用通过多路复用技术，一个测量系统可以不间断地将多路信号传输至一个单一的数字化仪，从而提供了一种节省成本的方式来极大地扩大系统通道数量。多路复用对于任何高通道数的应用是十分必要的。 5.过滤在一定的频率范围内去处不希望的噪声。几乎所有的数据采集应用都会受到一定程度的50Hz或60Hz的噪声(来自于电线或机械设备)。大部分信号调理装置都包括了为最大程度上抑制50Hz或60Hz 噪声而专门设计的低通滤波器。 6.激励激励对于一些转换器是必需的。例如，应变计，电热调节器，和RTD需要外部电压或电流激励信号。通常RTD和电热调节器测量都是使用一个电流源来完成，这个电流源将电阻的变化转换成一个可测量的电压。应变计，一个超低电阻的设备，通常利用一个电压激励源来用于惠斯登(Wheatstone)电桥配置。 7.冷端补偿冷端补偿是一种用于精确热电偶测量的技术。任何时候，一个热电偶连接至一个数据采集系统时，您必须知道在连接点的温度(因为这个连接点代表测量路径上另一个“热电偶”并且通常在您的测量中引入一个偏移)来计算热电偶正在测量的真实温度。信号调理电路设计实例 1、硬件设计信号调理电路单路输入的硬件结构，包括信号输入、放大、单片机控制等几大部分。信号输入电路由精密基准电源MAX872、光AQW212E、运放4502 及精密仪表开关电容模块LTC1043 等组成。其中精密基准电源的使用一方面提升输入信号的电位，避免低电位测量时的干扰误差;另一方面作为一路检测电路，其测量结果可以修正其它回路的检测结果，实现系统的在线自校正。MAX872 具有较宽的电压输入范围～20V)，输出精度可达± %。LTC1043CN 是双精密仪

传感器和信号调理

传感器与信号调理模拟题1 1 为了测量某一电阻器两端的压降，我们考虑两种可供选择的方法：利用精确度为0.1%读数的电压表；利用精确度为0.1%读数的电流表。若电阻器的公差为0.1%，试问哪一种方法更精确？ 1答: dV=RdI+IdR 对于微小变化，可用增量近似代表微分，△V/V=△I/I+△R/R9 利用精确度为0.1%读数的电压表,不确定性为0.1% 利用精确度为0.1%读数的电流表,不确定性为电流测量的不确定性与电阻本身的不确定性的迭加，为0.2% 2 （1）一个K=2.1的350欧姆应变片被粘贴到铝支柱（E=73GPa ）上。支柱的外径为50mm ，内径为47.5mm 。试计算当支柱承受1000Kg 负荷时电阻的变化。（2）阐述在单端固支悬臂梁上采用单应变片、双应变片、4应变片的贴法。 2答：（1）△R=RK ε=RKF/AE,代入给定数据，结果为0.52欧姆（2）在单端固支悬臂梁上粘贴单应变片时，可在梁的合适位置的上表面或下表面粘贴；在单端固支悬臂梁上粘贴双应变片时，可在梁的合适位置的上表面与下表面对称粘贴，形成差动半桥；在单端固支悬臂梁上粘贴四应变片时，可在梁的两个合适位置的上表面和下表面对称粘贴，形成差动全桥； 3 第3题图变极距型电容传感器示意图，试推导其输出特性。采用差动技术带来了哪些优势？第3题图变极距型电容传感器示意图 3答：单一式初始时 00/d s c ε= 动极板上移d ? 000 001)1(d d c d d d s d d s c ?- = ?- = ?-= εε 差动式 )1/(01ds d c c ?- =

) 1/( 2d d c c ? + = r d d d c c c c ε/ 2 1 1 2 1 2 1 + ? = + - 采用差动技术，提高灵敏度、降低非线性、提高抗共模干扰的能力。 4第4题图是变气隙型自感传感器示意图，推倒其传感特性表达式第4题图变气隙型自感传感器示意图 4答：自感表达式I N L φ = 其中m R NI = φ δ R R R F m + = F F F F A l R μ = A R 2 μ δ δ = 因为0 μ μ>> F 所以δ R R F << ，δ R R m ≈ 所以传感器电感 δ μ δ 2 2 2 2A N R N R N L m = ≈ = 当铁心向下位移△δ时，传感器电感为 2 2 1 ) 1( 2 ) (2 δ δ δ δ δ μ δ δ μ ? + = ? + = ? + = L A N A N L 5下图分别是压电传感器与电荷放大器连接的示意图和压电传感器与电压放大器连接的示意图，分别推导其输出电压与传感器受力之间的关系式；如果测量准静态量，应选用哪种接口电路形式？

ABS轮速传感器及其信号处理

ABS轮速传感器及其信号处理车轮防抱死制动系统简称ABS 是基于汽车轮胎与路面之间的附着特性而开发的高技术制动系统。ABS由信号传感器、逻辑控制器和执行调节器组成。其控制目标是：当汽车在应急制动时，使车轮能够获得最佳制动效率，同时又能实现车轮不被抱死、侧滑，使汽车在整个制动过程中保持良好的行驶稳定性和方向可操作性。在ABS系统中，几乎都离不开对车轮转动角速度的测定，因为只要有了车轮转动角速度，其它参数（如车轮转动角和加速度）均可通过计算机计算获得。ABS的工作原理就是在汽车制动过程中不断检测车轮速度的变化，按一定的控制方法，通过电磁阀调节轮缸制动压力，以获得最高的纵向附着系数和较高的侧向附着系数，使车轮始终处于较好的制动状态。因此精确检测车轮速度是ABS系统正常工作的先决条件。 1 ABS轮速传感器及特性分析通常，用来检测车轮转速信号的传感器有磁电式、电涡流式和霍尔元件式。由于磁电式轮速传感器工作可靠，几乎不受温度、灰尘等环境因素影响，所以在ABS系统中得到广泛应用。 1.1 磁电式轮速传感器的工作原理磁电式传感器的基本原理是电磁感应原理。根据电磁感应定律，当N匝线圈在均恒磁场内运动时，设穿过线圈的磁通为φ，则线圈内的感应电势ε与磁通变化率有如下关系：若线圈在恒定磁场中作直线运动并切割磁力线时，则线圈两端的感应电势ε为：

式中，N为线圈匝数；B为磁感应强度；L为每匝线圈的平均长度：为线圈相对磁场运动的速度；θ为线圈运动方向与磁场方向的夹角。

若线圈相对磁场作旋转运动并切割磁力线时，则线圈两端的感应电势ε为：式中，ω为旋转运动的相对角速度；A为每匝线圈的截面积；φ为线圈平面的法线方向与磁场方向间的夹角。根据上述基本原理，磁电传感器可以分为两种类型：变磁通式（变磁阻式）和恒定磁通式。由于变磁通式磁电传感器结构简单、牢固、工作可靠、价格便宜，被广泛用于车辆上作为检测车轮转速的轮速传感器。图1为变磁通式磁电传感器的结构原理。其中传感器线圈、磁铁和外壳均固定不动，齿轮安装在被测的旋转体上。当齿轮与被测的车轮轴一起转动时，齿轮与铁芯之间的气隙随之变化，从而导致气隙磁阻和穿过气隙的主磁通发生变化。结果在感应线圈中感应出交变的电动势，其频率等于齿轮的齿数Z和车轮轴转速n的乘积，即： f=Zh （4）感应电动势的幅值与车轮轴的转速和气隙有关，当气隙一定时，转速越大，其幅值越大；当转速一定时，气隙越小，其幅值越大。 1.2 轮速传感器特性试验研究目前，测量车轮转动速度的一般方法是将变磁阻式磁电传感器安装在车轮总成的非旋转部分上，与随车轮一起转动的由导磁材料制成的齿圈相对。当齿圈随车轮一起转动时，由于齿圈与传感器之间气隙的的交替变化，导致两者间磁阻的变化，从而在传感器内的线圈上感生出交变的电压信号。

(完整版)第二章PSD传感器与信号处理电路

第二章 PSD传感器与信号处理电路为了将电机轴的位置信号转换为相应的电信号，本文的传感器使用光电位置敏感器件PSD（Position Sensitive Detector）。本章介绍PSD及其信号处理电路的工作原理及选型。 2.1 PSD传感器的工作原理及选型传感器是一种以一定的精确度将被测量（如位置、力、加速度等）转换成与之有确定对应关系的、易于精确处理和测量的某种物理量（如电量）的测量部件或装置。传感器在检测系统中是一个非常重要的环节，其性能直接影响到整个系统的测量精度和灵敏度。如果传感器的误差很大，后面的测量电路、放大器等的精度再高也将难以提高整个系统的精度。所以在系统设计时慎重选择传感器是十分必要的。光电位置敏感器件PSD（Position Sensitive Detector）是一种对其感光面上入射光斑重心位置敏感的光电器件。即当入射光斑落在器件感光面的不同位置时，PSD将对应输出不同的电信号。通过对此输出电信号的处理，即可确定入射光斑在PSD的位置。入射光的强度和尺寸大小对PSD的位置输出信号均无关。PSD的位置输出只与入射光的“重心”位置有关。 PSD可分为一维PSD和二维PSD。一维PSD可以测定光点的一维位置坐标，二维PSD可测光点的平面位置坐标。由于PSD是分割型元件，对光斑的形状无严格的要求，光敏面上无象限分隔线，所以对光斑位置可进行连续测量从而获得连续的坐标信号。实用的一维PSD为PIN三层结构，其截面如图2.1.1所示。表面P层为感光面，两边各有一信号输出电极。底层的公共电极是用来加反偏电压的。当入射光点照射到PSD光敏面上某一点时，假设产生的总的光生电流为I0。由于在入射光点到信号电极间存在横向电势，若在两个信号电极上接上负载电阻，光电流将分别流向两个信号电极，从而从信号电极上分别得到光电流I1和I2。显然，I1和I2之和等于光生电流I0，而I1和I2的分流关系取决于入射光点位置到两个信号电极间的等效电阻R1和R2。如果PSD表面层的电阻是均匀的，则PSD的等效电路为图2.1.1〔b〕所示的电路。由于R sh很大，而C j很小，故等效电路可简化成图2.1.1 (c) 的形式，其中R1和R2的值取决于入射光点的位置。假设负载电阻R L阻值相对于R1和R2可以忽略，则有： I I R R L x L x 1 2 2 1 == - + （2.1.1）式中，L为PSD中点到信号电极的距离，x为入射光点距PSD中点的距离。式（2.1.1）表明，两个信号电极的输出光电流之比为入射光点到该电极间距离之比的倒数。将I0= I1+I2与式（2.1.1）联立得：

如何设计液位传感器的信号调理电路

如何设计液位传感器的信号调理电路来源：大比特商务网摘要：在变送器的开发应用中，常常会遇到所需的变送器的输出与已有的变送器的输出不同，或用户已有的变送器的输出不能满足新的需求，这就需要改变变送器原来的输出。为了满足多种客户的需求，就需有多种输出的变送器。例如：作为二型表，标准输出多为0～10mA,或0～10V，而目前应用的三型表，却是4～20mA或1～5V的，它们之间如何变换，是我们必须解决的问题。关键字：传感器,电阻,线性化电路在变送器的开发应用中，常常会遇到所需的变送器的输出与已有的变送器的输出不同，或用户已有的变送器的输出不能满足新的需求，这就需要改变变送器原来的输出。为了满足多种客户的需求，就需有多种输出的变送器。例如：作为二型表，标准输出多为0～10mA,或0～10V，而目前应用的三型表，却是4～20mA或1～5V的，它们之间如何变换，是我们必须解决的问题。 1变送器信号调理电路的设计 1.1温度漂移的处理 ---传感器的温度漂移可分为零点温度漂移和灵敏度温度漂移。零点温漂即传感器不受压时的输出由温度变化引起的漂移，在传感器的应用中，经常用恒流供电，零点及其温漂的补偿方法可用电阻串并联法，采用图1所示的电路可有效的解决零点温漂问题。 ---恒流供电桥路的传感器，其灵敏度温度补偿通常采用的电路如图2所示。其中R的网路中Rt为温度系数与灵敏度温漂同向的热敏电阻，Rs、Rp、Rz为温度系数可忽略的电阻，用来调整Rt的温度系数。经上述零点和灵敏度的温度补偿的传感器的输出信号即可视为在一定的温度范围内与温度变化无关。 1.2放大及非线性的处理

---任何力敏传感器的非线性都有大小、正负之分，信号的处理和传输时要进行线性化处理，使最后得到的信号与液位成线性关系。线性化电路就是根据非线性的大小和正负来设计的，线性化可以在信号处理的不同阶段来进行，有的在模拟信号阶段进行，有的在数字信号阶段进行。 ---在图3的电路中，12脚与6脚连接后调整电阻R8，可以调节正非线性;12脚与1脚连接后调整电阻R8，可以调节负非线性。 ---对于一般应用要求的精度(±0.5%FS0)，在适当的量程范围内，使用简单的正负反馈的修正就足够了;小量程的传感器应用到大量程中，非线性会增大，有时用简单的正负反馈修正进行线性化比较困难，最好使用数字线性化方法，也可以采用多点修正方法。 ---对于输出信号很小，甚至只有几mV的传感器在制作4～20mA液位变送器时，可以使用性能优良的仪表放大器，如INA118，对温度补偿、线性化、放大以及输出全面考虑，设计出满足需求的液位变送器电路。