《传感器与检测技术（胡向东第4版）》
习题参考答案 （完全版）
第1章概述
学习拓展：
以智能手机为例，其所包含的传感器有：加速度传感器、重力传感器、光线传感器、距离传感器、磁（场）传感器、陀螺仪、GPS位置传感器、指纹传感器、霍尔传感器、气压传感器、心率传感器、血氧传感器、温度传感器、摄像头等.
1.1什么是传感器？
答：传感器是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组成.
1.2传感幕的共性是什么？
答：传感器的共性就是利用物理定律和物质的物理、化学或生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、电容、电阻等）输出.
1.3传感器一般由哪几部分组成？
答：传感器的基本组成分为敏感元件和转换元件.止匕外，一般还包括信号调理电路、辅助电源等.
1.4传感器是如何进行分类的？
答：①按输入量分，包括位移传感器、速度传感器、温度传感器、压力传感器等：②按输出量分，有模拟式传感器和数字式传感器：③按工作原理分，有应变式、电容式、电感式、压电式、热电式传感器等：④按基本效应分，可分为物理型、化学型和生物型三种传感器：
按构成分，分为物性型和结构型：按能量变换关系分，可分为能量变换型和能量控制型传感器.
按技术特征分，分为普通传感器和新型传感器：③按传感器的尺寸大小可分为宏
传感器和微传感器：@按传感器的存在形式可分为硬传感器和软传感器.
1.5传感器技术的发展趋势有哪些？
答：总体上说，传感器技术的发展趋势可以概括为九个方面：一是提高与改善传感器的技术性能：二是开展基础理论研究，寻找新原理、开发新材料、采用新工艺或探索新功能等：最新的发展还包括传感器的无线化、微型化、集成化、网络化、智能化、安全化和虚拟化.这些发展不是独立的，往往相辅相成、彼此关联、相互融合，从而推动传感器由分离器件向数字化、网络化、系统集成与功能复合和应用创新方向发展.
1.6改善传感器性能的技术途径有娜些？
答：①差动技术：②平均技术：③补偿与修正技术：④屏蔽、隔高与干扰抑制：稳定性处理
1.7试从传感器角度论述我国面临的信息安全挑战.
答：（1我国经济社会高质量发展和国家安全等依赖大量信总的运用：传感器作为信息采集的基本手段使用广泛，深入各行各业：
（2传感器数据作为各行业应用的基础数据，具有“第一数据”的地位：
3我国传感器生产研发能力与国外相比还存在较大差距，特别是高端传感器，大量依额进口.导致一方面传感器（特别是高端传感器）的取得要受制于人（“卡脖子”）：另一方面，传感器在使用过程中所产生的数据（特别是某些关键数据）可能隐秘或不受控制地被非授权方获取，引起信息安全问题，进而威赫我国国家主权安全、经济安全等.
第2章传感器的基本特性
2.1什么是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？
答：传感器的静特性是它在稳态信号作用下的输入一输出关系.静态特征所描述的传感器的输入、输出关系中不含时间变量.其主要指标有线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性和漂移.
2.2传感器输入输出特性的线性化有什么意义？如何实现其线性化？
答：传感器的理想输入一输出特性应是线性化的，有助于简化传感器的理论分析、数据处理、制作标定和测试.若传感器的非线性项的次方不高，在输入量变化范围不大的条件下，可以用切线或割线拟合、过零炭转拟合、端点平移拟合等来近似的代表实际曲线的一段，但多数情况下是用最小二乘法求出拟合直线.
2.3什么是传感器的动态特性？如何分析传感器的动态特性？
答：传感器的动态特征是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特征，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性.传感器的动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来分析.
2.4描述传感器动态特性的主要指标有哪些？
答：传感器动态特征的主要指标有时间常数、延迟时间、上升时间、峰值时间、响应时间、超调量.
2.5试解释线性时不变系统的叠加性和频率保持特性的含义及其意义.
答：①叠加性
含义：当一个系统有N个激励同时作用时，它的响应等于N个激励单独左右的响应之和.即各个输入所引起的输出互不影响.
意义：当检测系统的输入信号是由多个信号叠加而成的复杂信号时，根据叠加性可以把复杂信号的作用看成若干型号的单独作用之和，从而简化问题.
②频率保持特性
含义：当线性定常系统的输入为某一频率的简谐（正弦或余弦）信号X"）=X.cos@0时，系统的稳态输出必定是与输入同频率的简谐信号，即V*）=元cos（血%）.但幅值和初始相位可能发生变化.
意义：如果已知线性系统的输入频率，根据频率保持特性，可确定该系统输出信号中只有与输入同频率的成分可能是该信号引起的输出，其他频率成分的输出都是噪声干扰，可以采用滤波技术，在很强的噪声干扰下，也能把有用信息提取出来.
2.6用某一阶传感器测量100Hz的正弦信号，如要求幅值误差限制在土5%以内，时间常
数应取多少？如果用该传感器测量50Hz的正弦信号，其幅值误差和相位误差各为多少？解：由于一阶传感器的幅频特性为：A3=，1①万
由题意：阳°）-5%，即 -145%J1 （蛇f
-11 xlO0% =-1.32%
《传感器与检测技术（第3版）》习题参考答案（20220323版）
所以有：-1.32%<AA(G)<0相位误差：A处刃）=-arctan（m)=-9.3.所以有：-9.3°<A^)<0 2.7 某温度传感器为时间常数工=3s的一阶系统，当传感器受突变温度作用后，试求传感暴指示出温差的三分之一和二分之一所需的时间. 解：对传感器施加突变信号属于阶跃输入： 单位阶跃信号： 进行拉氏变换： Y(s) = H(s)- X(s)= 111e1 rssscs 1 所以： 对上式进行拉氏逆变换：y（t）=i-e设温差为R，则此温度传感器的阶跃响应为：y(t) = R(l-e") = R(l-e2)R当3时，则3 y(t) = = 1.22sy(t)=↑= -31n-= 2.08s R当2时，则2 2.8 玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传给水银，可用一阶微分方程来表示，现已知某玻璃水银温度计特性的微分方程是： y代表水银柱高（mm)，x代表输入温度（C）.求该盈度计的时间常数及灵敏度. 解：由了也Oy"）=S户0），其中“是传感器的时间常数，鼠传感器的灵敏度，所dr以工=2 5=Ixl0-（注意单位：mm要换算成标准单位：m）
