第十一章 传感器输出信号的处理技术
1. 传感器输出信号有哪些特点？
解答：①传感器输出的信号类型有电压、电流、电阻、电容、电感、频率等，通常是动态的。 ②输出的电信号一般都比较弱，如电压信号通常为μV—mV级，电流信号为nA—mA级。
③传感器内部存在噪声，输出信号会与噪声信号混合在一起，当噪声比较大而输出信号又比较弱时，常会使有用信号淹没在噪声之中。
④传感器的输出信号动态范围很宽。输出信号随着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，例如，热敏电阻值随温度变化按指数函数变化。输出信号大小会受温度的影响，有温度系数存在。
⑤传感器的输出信号受外界环境（如温度、电场）的干扰。
⑥传感器的输出阻抗都比较高，这样会使传感器信号输入到测量电路时，产生较大信号衰减。 2. 传感器测量电路的主要作用是什么？
解答：传感器测量电路主要作用是具有一定信号预处理的功能。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出的信号形式，从而提高测量系统的测量精度和线性度。 3. 传感器测量电路有哪些类型，其主要功能是什么？
解答：传感器测量电路的类型及主要功能如下表所示：
接口电路 阻抗变换电路 放大变换电路 电流电压转换电路 电桥电路 频率电压转换电路 电荷放大器 有效值转换电路 滤波电路 线性化电路 对数压缩电路 对信号的预处理功能 在传感器输出为高阻抗的情况下，换为低阻抗，以便于检测电路准确地拾取传感器将微弱的传感器输出信号放大 将传感器的电流输出转换成电压 把传感器的电阻、电容、电感变化为电流或电压 把传感器输出的频率信号转换为电流或电压 将电场型传感器输出产生的电荷转换为电压 在传感器为交流输出的情况下，转为有效值，变为直流输出 通过低通及带通等滤波器滤去噪声成分 在传感器的特性不是线性的情况下，用来进行线性校正 当传感器输出信号的动态范围较宽时，用对数电路进行压缩
4. 为什么要对传感器测量电路采取抗干扰措施？
解答：在传感器电路的信号传递中，所出现的与被测量无关的随机信号被称为噪声。在信号提取与传递中，噪声信号常叠加在有用信号上，使有用信号发生畸变而造成测量误差，严重时甚至会将有用信号淹
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没其中，使测量工作无法正常进行，这种由噪声所造成的不良效应被称为干扰。而传感器或检测装置需要在各种不同的环境中工作，于是噪声与干扰不可避免地要作为一种输入信号进入传感器与检测系统中。因此系统就不可避免地会受到各种外界因素和内在因素的干扰。为了减小测量误差，在传感器及检测系统设计与使用过程中，应尽量减少或消除有关影响因素的作用。 1. 测量装置常见的噪声干扰有哪几种？通常可采用哪些措施？
解答：常见的干扰有机械干扰（振动与冲击）、热干扰（温度与湿度变化）、光干扰（其他无关波长的光）、化学干扰（酸/碱/盐及腐蚀性气体）、电磁干扰（电/磁场感应）、辐射干扰（气体电离、半导体被激发、金属逸出电子）等。
对由传感器形成的测量装置而言，形成噪声干扰通常有3个要素：噪声源；通道（噪声源到接收电路之间的耦合通道）；接收电路。
按照噪声产生的来源，噪声来源可分为两种：
（１）内部噪声 内部噪声是由传感器或检测电路元件内部带电微粒的无规则运动产生的，例如热噪声、散粒噪声以及接触不良引起的噪声等。
（２）外部噪声 外部噪声则由传感器检测系统外部人为或自然干扰造成的。外部噪声的来源主要为电磁辐射，当电机、开关及其它电子设备工作时会产生电磁辐射，雷电、大气电离及其它自然现象也会产生电磁辐射。在检测系统中，由于元件之间或电路之间存在着分布电容或电磁场，因而容易产生寄生耦合现象，在寄生耦合的作用下，电场、磁场及电磁波就会引入检测系统，干扰电路的正常工作。
根据噪声干扰必须具备的3个要素，检测装置的干扰控制方式主要是消除或抑制干扰源；阻断或减弱干扰的耦合通道或传输途径；削弱接收电路对干扰的灵敏度。
检测装置的干扰噪声控制方法常采用的有屏蔽技术、接地技术、隔离技术、滤波器等硬件抗干扰措施，以及冗余技术、陷阱技术等微机软件抗干扰措施。对其它种类干扰可采用隔热、密封、隔振及蔽光等措施，或在转换为电量后对干扰进行分离或抑制。
第十二章 传感器的标定和传感器
的发展展望
1. 试述静态标定的方法。
解答：标定的基本方法——利用标准仪器产生已知的非电量（如压力、位移等）作为输入量， 输入到待标定的传感器中，然后将传感器的输出量与输入的标准量相比较，获得一系列校准数据或曲线。
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标定过程及步骤：
（1）将传感器全量程（测量范围）分成若干个等间隔点；
（2）按照等间隔点，由小到大逐一输入标准量值，并记录下与各输入值相对应的输出值； （3）再由大到小逐一输入标准量值，同时记录对应的各输出值；
（4）按（2）、（3）所述过程，对传感器进行正、反行程反复循环多次测试，将得到的输出、输 入测试数据用表格列出或画成曲线；
（5）对测试数据进行必要的处理，根据处理结果，可以确定传感器的线性度、灵敏度、滞后和 重复性等静态特性指标。
2. 动静态标定对仪器设备的要求是什么？
解答：对于动态校准系统，除具备静态标定对仪器设备精度等级要求外，还必须具有足够的动 态响应范围。一般要求动态系统的工作频率范围应大于被校准传感器的5—10倍，上升时间应小于被校准传感器上升时间的1/5。如：标准传感器的精度为0.01%，被校传感器的精度可在0.03%～0.05%之内；标准传感器的精度为：0.1%，被校：0.3 %～ 0.5%。 3. 提高传感器性能指标的方法有哪些？
解答：为改善传感器的性能，可采用下列技术途径：差动技术、平均技术、补偿与修正技术、 屏蔽、隔离与干扰抑制、稳定性处理等方法。
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