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传感器原理及应用 结 课 作 业 班级：20级电子信息工程1班 姓名： 张思涵 学号： 201040100105 一、理论巩固 1.什么是传感器?传感器的共性是什么? 传感器一般由哪几部分组成?传感器是如何进行分类的? 答： （1）传感器是指能感受规定的被测量量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 （2）传感器的共性就是利用物理定律或物质的物理、化学或生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量输出。 （3）传感器的基本组成分为敏感元件和转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。另外还需要信号调理与转换电路，辅助电源。 （4）传感器可按输出量、输入量、工作原理、基本效应、能量变换关系以及所蕴含的技术特征等分类，其中按输入量和工作原理的分类方式应用较为普遍。 按传感器的输入量进行分类 按输入量分类的传感器以被测物理量命名，如位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。 按传感器的工作原理进行分类 根据传感器的工作原理（物理定理、物理效应、半导体理论、化学原理等），可以分为电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。 按传感器的基本效应进行分类 根据传感器敏感元件所蕴含的基本效应，可以将传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。 改善传感器性能的技术途径有哪些? 答：差动技术、平均技术、补偿与修正技术、屏蔽，隔离与干扰抑制、稳定性处理。 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：（1）传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入、输出关系。静态特性所描述的传感器的输入-输出关系中不含时间变量。 （2）衡量传感器静态特性的主要指标是线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性和漂移。 4.什么是传感器的动态特性? 如何分析传感器的动态特性? 描述传感器动态特性的主要指标有哪些? 答：（1）所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。 (2)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。 (3)主要指标有：跃阶响应和频率响应。采用阶跃输入研究传感器的时域动态持性时，常用延迟时间、上升时间、响应时间、超调量等来表征传感器的动态特性，在采用正弦输入信号研究传感器的频域动态特征时，常用振幅特性和相频特征来描述传感器的动态特性。 二、计算题 5.用某一阶传感器测量 100 的正弦信号，如要求幅值误差限制在士5%以内，时间常数应取多少?如果用该传感器测量 50的正弦信号，其幅值误差和相位误差各为多少? 解：一阶传感器频率响应特性： H(jω）= 幅频特性： A（ω 由题意得：|A（j 11+(ωτ) 又ω=2πΤ 所以0τ0.532ms,取τ=0.532ms 幅值误差： ΔA(ω)=(1/1+ 相位误差： Δφ(ω)= ?arctan 三、拓展题 6、根据自己的理解，列举出智能手机所包含传感器有哪些? 答：（1）光线传感器 光线传感器类似于手机的眼睛。可以让手机感测环境光线的强度，用来调节手机屏幕的亮度。运用光线传感器来协助调整屏幕亮度，能进一步达到延长电池寿命的作用。光线传感器也可搭配其他传感器一同来侦测手机是否被放置在口袋中，以防止误触。 （2）指纹传感器 目前主流的技术是电容式指纹传感器，然而超音波指纹传感器也有逐渐流行起来趋势。电容式指纹传感器作用时，手指是电容的一极、另一极则是硅芯片数组，透过人体带有的微电场与电容传感器之间产生的微电流，指纹的波峰波谷与传感器之间的距离形成电容高低差，来描绘出指纹的图形。而超音波指纹传感器原理也类似，但不会受到汗水、油污的干扰，辨识速度也更为快速。运用在手机中可用来解锁、加密、支付等等。 （3）温度传感器 温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。 （4）GPS/北斗导航 地球上方特定轨道上运行着24颗GPS卫星，手机中的GPS模块透过卫星的瞬间位置来起算，以卫星发射坐标的时间戳与接收时的时间差来计算出手机与卫星之间的距离。可运用在定位、测速、测量距离与导航等用途。 （5）距离传感器 透过红外线LED灯发射红外线，被物体反射后由红外线探测器接受，借此判断接收到红外线的强度来判断距离，有效距离大约在10米左右。它可感知手机是否被贴在耳朵上讲电话，若是则会关闭屏幕来省电。 (6)磁(场)传感器 测量电阻变化来确定磁场强度，使用时需要摇晃手机才能准确判断，大多运用在指南针、地图导航当中