调频式测
量电路如题图4—11﹙ａ﹚所示，传感器线圈接入
LC振荡回路，当传感器与被测导体距离
x改
变时，在涡流
题图4—11﹙ａ﹚电涡流传感器调频式测量电路 影响下，传感器的电感变化，将导致振荡频率变化，
f?该变化的频率是距离x的函数，即
12?L?x??C，该电路输出是频率量，固抗干扰性能较好，但
f的表达式中有电容C参数存在，为避免传感器引线的分布电容影响。通常将L.C封装在传感器内，此时电缆分布电容并联在大电容上，因而对振荡频率
f的影响大大减小。
调幅式测量电路如题图4—11﹙ｂ﹚所示，石英晶体振荡器起恒流源作用，给谐振回路提供了一个激励
频率
?f0?稳定的激励电流
i0，由传感器线圈L、电
容器C构成一个LC振荡电路，其输出电压
U0?i0?f?z?，当金属
导体远离电涡流传感器或
题图4—11﹙ｂ﹚电涡流传感器调幅式测量电路 路的谐振频率即为石英振荡频率
去掉时，
LC并联谐振回
f0，回路呈现的阻抗最大，谐振回路上的输出电压也最大；当金属导体靠
近传感器线圈时，线圈的等效电感L发生变化，导致回路失谐而偏离了激励频率，从而使输出电压降低，L的数值随距离x的变化而变化，因此，输出电压也随x而变化。
第五章
1.根据工作原理可将电容式传感器分为那几种类型？每种类型各有什么特点？各适用于什么场合？ 答：根据电容式传感器的工作原理，电容式传感器有三种基本类型，即变极距(d)型（又称变间隙型）、变面积(A)型和变介电常数(ε)型。变间隙型可测量位移，变面积型可测量直线位移、角位移、尺寸，变介电常数型可测量液体液位、材料厚度。电容式传感器具有以下特点：功率小，阻抗高，由于电容式传感器中带电极板之间的静电引力很小，因此，在信号检测过程中，只需要施加较小的作用力，就可以获得较大的电容变化量及高阻抗的输出；动态特性良好，具有较高的固有频率和良好的动态响应特性；本身的发热对传
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感器的影响实际上可以不加考虑；可获取比较大的相对变化量；能在比较恶劣的环境条件下工作；可进行非接触测量；结构简单、易于制造；输出阻抗较高，负载能力较差；寄生电容影响较大；输出为非线性。 2.如何改善单极式变极距型传感器的非线性？
答：采用差动式结构，可以使非线性误差减小一个数量级。
5－3 图5—7为电容式液位计测量原理图。请为该测量装置设计匹配的测量电路，要求输出电压U0与液
D位h之间呈线性关系。
H dC?C0??2?h(?1??)D1nd 图5-7 电容式液位变换器结构原理图
解：电容式液位计的电容值为：Ch?1?C0?2?h(?1??)2??H，其中C0?DD1n1ndd。
可见C与液面高度h呈线性关系。
可以看出，该结构不宜做成差动形式，所以不宜采用二极管双T形交流电桥，也不宜采用脉冲宽度调制电路。另外要求输出电压U0与液位h之间呈线性关系，所以不宜采用调频电路和运算放大器式电路。 可以采用环形二极管充放电法，具体电路如图所示。可将直流电流表改为直流电压表与负载电阻R的并联，R上的电压为U0，则有：
BDCxU0?RI?Rf?E(Cx?Cd)
其中，Cx为电容式液位计的电容值，f为方波的频率，ΔE=E2-E1为方波的幅值，Cd为平衡电容传感器初始电容的调零电容。当h=0
E2E1T1T2Ae1Vi1VD2AV V R C i4i2C2??H时调节Cd?C0?D1ndC Vi3D3，则输出电压
VDCdU0与液位h之间呈线性关系。
环形二极管电容测量电路原理图
5－5 题5—5图为电容式传感器的双T电桥测量电路，已知R1?R2?R?40k?，RL?20k?，
4VD2VD1ABR2R122
e?10V，
f?1MHz，C0?10pF，C1?10pF，?C1?1pF。求UL的表达式及对于上述
已知参数的UL值。 解：
UL??R(R?2RL)?RLUf(C1?C0)2(R?RL)40?(40?2?20)2?40?20??0.18?V?
?20?10?1?106?1?10?12
5－8 题5—8图为二极管环形电桥检波测量电路，Up为恒压信号源，C1和C2是差动式电容传感器，C0是固定电容，其值C0??C1，C0??C2，设二极管VD1~VD4正向电阻为零，反向电阻为无穷大，
信号输出经低通滤波器取出直流信号eAB。要求： ① 分析检波电路测量原理； ② 求桥路输出信号eAB?f?C1,C2?的表达式；
?C2、C1?C2、C1?C2三种情况下的波形图（提示：画
③ 画出桥路中UA、UB、eAB在C1出Up正负半周的等效电路图，并标出工作电流即可求出eAB的表达式）。 解： 等效电路为：
A C0 C Up
t
C0 D1 D2 eAB D4 B C1 C0 A C2 C0 A C2 低通滤波器eAB ~ D3 D C1 题5—8图 D Up C C Up D ~ － ＋ C0 B C2 ~ ＋ － C0 B C1 23 （a）Up为正半周时 （b）Up为负半周时
当Up为正半周时，D1、D3导通，等效电路如图（a）所示。 当Up为负半周时，D2、D4导通，等效电路如图（b）所示。 电容C0、C1和C2的阻抗分别为：Z0?1j?C0，Z1?1j?C1，Z2?1j?C2。
则UA?Z1Z2Up，UB?Up。
Z1?Z0Z2?Z0eAB＝UB?UA?Up∵C0Z0?Z2?Z1?C0?C1?C2? ?Up?Z1?Z0??Z2?Z0??C0?C1??C0?C2???C1，C0??C2
?C1?C21?CUp?Up
2C02C0∴eAB当C1?C2时，Z1?Z2，UA＝UB，eAB＝0； ?C2时，Z1?Z2，
Up正半周时，UA?UB，即0?UA?UBUp负半周时，UA?UB，即UA?UB?0，所以eAB当C1?0；
当C1?C2时，Z1?Z2，
Up正半周时，UA?UB，即UA?UB?0Up负半周时，UA?UB，即0?UA?UB，所以eAB?0。
Up 波形如图所示。 t C1 ? C
2
0 UA 0 C1?C2t 0 UA t UB UB t t 0 0 eAB 24
eAB 0 t 0
t
C1 ? C 2
UA t 0 UB t 0 eAB 0 t 第六章 压电式传感器
1.什么叫正压电效应和逆压电效应？什么叫纵向压电效应和横向压电效应？
答：某些电介质在沿一定的方向上受到外力的作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电的状态，这种现象称为压电效应。这种机械能转化成电能的现象，称为“顺压电效应”。反之，在电介质的极化方向上施加交变电场或电压，它会产生机械变形，当去掉外加电场时，电介质变形随之消失，这种现象称为“逆压电效应”。在石英晶体中，通常把沿电轴x方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”， 而把沿机械轴y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”。
2.压电式加速度传感器的工作原理？
答：其原理利用压电晶体的电荷输出与所受的力成正比，而所受的力在敏感质量一定的情况下与加速度值成正比。在一定条件下，压电晶体受力后产生的电荷量与所感受到的加速度值成正比。 第七章 磁电式传感器
1.什么是霍尔效应？霍尔电势与哪些因素有关？
答：金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流通过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。霍尔电动势的大小正比于激励电流I与磁感应强度B，且当I或B的方向改变时，霍尔电动势的方向也随着改变，但当I和B的方向同时改变时霍尔电动势极性不变。
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