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1、传感器与机器视觉(ISBN)思考与练习题1参考答案1 .想一想手机中都有哪区传感器？它们的被测幅和测量:原理分别是什么？手机中有很多创奶器,如：影像传感器：摄像；亮度传感器:亮度检测:破阻传绯器：数字指南针：声波传感器，麦克风：加速度传感器：角加速度传感器：花蝶仪：温度传感器：过热保护等等.2 .测fit误差有几种我示方法？测量误差可用绝对误差、示值相对误差、引用相对误差及实际相对误差表示3 .传感器的选用原则行哪些？通常的选择依据是根据测证条件目的和传序器使用环境判断传感器性能是否满足要求.在湎足指标参数要求的情况卜,选择成本低里、工作可箍且容易维修，性价比而的传第器,1.传感罂的命名规则是
2、什么？根据国家标准G8/T7666-2005.传感器的命名由主题词(fJSSS)和四级佟饰语祖成，第一级修饰语被测量。第二依隹&语转换原理，一般可后续以式字。第二级修饰谱一一特征描述：传感器结构、性能、材料特征等.一股可后续以“里”字.第四级修饰语一一主要技术指标(Ji程、精确度、灵敏度等).5 .传感器静态标定的步骤？将传感器的测Ift范围分成若干个等间距的点：根据传感器测地范图分点情况，由小到大等间跪递墙方式输入相应的标准诉，并记录与各输入值相对应的输出值。将输入值从大到小一点点地递减，I可时记录与各输入值相对应的输出值。按照2和(3)步骤，对传感器进行正、反行程往坡循环多次测试，物得到的
3、输出/怆入测试数据用表格列fj或绘制成曲税.对测试数据进行必要的整理.根据处理结果就可以计算出传感零的线性度、灵敏度、滞后和重复性等静态特性指标了.6 .通过查阅贡科说说传岳曙的发展趋势？传礴器陋看智能化、篥成化、脚络化、虚拟化、微型化等方向发展.7通过查阅资料将课本中图1.12“传感器籽性参数表实例”表中未解择的特性参数.逐条解择说明.参照微源资源5如何选择传感潺38 .有一温度H.它的检测能因为02C.精度为05级.求：读表可能出现的最大葩对误差；当示值分别为20C、100C时的示值相对说差，最大绝对误差为；o.s%2oo=r示值相对误差分别为：l20*l%=5%;1/100*100%=1
4、%;9 .被沏器衣为400,现行1程为0500C、精度1.5级和肽程O-100OC精废1.0级的温度仪表各一块.问选用哪一块仪表测W更好？请说明J京因“价：1.5级温度计测见时UJ能出现的报大绝对误差、测IftICicrcuJ能出现的最大示值相对误差分别为IA1.i=XArt=1.5%x(500-0)=7.5.l=11100%=-I%=1.875%X4(M)I .0级温度计测Jft时可能出现的最大绝对误差、测加40(C时可能出现的最大示优相对误差为Ivu,I=y,-,2=i.0%(0()0-0)=10C九2=l1(X)%=蔡XloO%=2.5%因此第1块我更好.10.某超声波传感器测距离实验中
5、，溯得如下表所示的实险数据,请先计算误差,再分斤数据的好坏？实际即高cm)10203040506070皆)90IW测距离(cm)18.620.129.940.250.259.869.780.290.395实际相对误差86%0.5%Q.30.5%0.4%0.3%-0.4、0.25%0.33%-5%示位相对误羌46.2%0.m-0.3%0.490.39-0.3%-0.4、0.21%0.33%-5.2可以看出,第一列数据误差极大为炼依.II .有台体我计假轻5斤，个200斤的胖子脓虫时的泓联误差和个80斤的减子称策时的祗破误差，谁的大?为什么？绝对误差均为-5.-样大.示值相对误差在子比瘦子小.思考
6、与练习题2参考答案【课后习题2】1 .热电偶的测温原理是什么？热电效应：物两种不同材质的导体或半导体(A和B首尾相接组成闭合网路，当两个接点温度(TT0不相I可时，回路中就会产生一个电动势，称为热电动势，这种现象称为热电效应。2 .热电他的冷端补偿方法有哪些？常用的冷端补偿方法有冰浴法、补偿导线法、计匏修正法、补偿通桥法、显示仪去机械零位调整法等。3 .热电阻的连接方式有哪几种？分别用在什么场合？热电阻与测试通路的连接方式有二线制、一:线制和四现制.当热电阻传感器与测址网路不太远的情况下，采用：戏制连接方式。否则采用三规制或四战制连接方式，其中三战制是电压源供电，四线制足电流源供电。4 .为什
7、么三线制连接方法可以抵消掉导跳电班带来的测旅误差？三战制连接方式是指从热电阻传感器两端引出三根导践并将其接入测小回路中，这三根导线粗细相同，长度相等，阳值都是Rw,连接电路如图216（八）所示。其中一根连接到电魂匕另外两根分别连接到宜流电桥(惠斯特电桥的相邻两臂中,这样就把连接导线的电阻伯加在相邻的两个桥臂中,导规电阻对测盘的影响可以相互抵消,等效电路如图2-20(b)所示。5 .试希从原抖、测海范图、输出信号、材料等方面来分析热电供和金属热电阻的M别.原理冽温范豳输出信号材料热电偶热电效应-2701800rmV两种不同合佥，如银错博硅金属热电阻电阻值随温度变化而变化-260850,C电阻金属
8、，如缸钢6 .与模拟温度传感潺相比,数字式翱便传感器有哪些特点？连税少、价格便宜、信号传输距离远、易与可编程设备相连.7 .用银曲锲硅热电偶测炉温,当冷端温度为20C恒定,测出热端温度为T时热电势为18Q5mV,求炉子的口实湿度。解：设炉子其实部度为T,已知冷端温&To=20C.且热电偶测得的热电势为E(T.TO)=E(T,20)=18.05mV杳附录IK型热电偶分度表：E(20.0)=0.798mV根据中加1温度定律：E(T,OJ=E(T.20+E(20.0)=18.05*0.798=18.848mV再查K型热电粥分度太可知18.848mV所对应的淑度为4S8-C,因此炉子真实温度为T=45
9、8C.8 .在一个实际的K型热电偶测ifi系统中，配用K型热电供祝度显示仪表U示被谢温度的大小.测温对象是炉膛器度为100oC的加热炉，设热电催冷端温度为50C显示仪式所在的控制室远窗加热炉,室温为20C.要求分别用普通审导线和K型热电隅补恺导税将热电偶与显示仪去迸行连接，测/结果分别是多少？所测温度数据是否能反映炉原的真实温度？用普通铜导线连接时,测量结果是错误的,因为其没有延伸冷端的作用用补偿导线连接时，测JS结果是正确的，炉睦真实甜度为100oc.9 .DS18B20测温范恸-55C-+125C,精度为0.5C,请问最少需要几位二进制表示Jfi度值？(125-(-55)/0.5=360,
10、因此最少9位,包含512个值,大于360.10 .参照DS18B20图2.23电路图和2.24时序图,编写DS18B20初始化和读写代码。11 .某捽制电路需要过流保护,其工作电压为48V、电路正常工作电流为4S0mA、电路的环境温.度为5(C.要求电路中电流为SA时2秒内应把电跖中的电流降到50OmA以下.请利用互岷网找到合适的热敏电阻型号。答案不唯一.符合要求的均可以。图中运放构成一个差分放大电路，输出电压等于12 .分析下图中电路的工作原理.其中RT为热电Bl温度传感器.(UMJ-)*A.因此温度变化时,RT阻值不同,U与3的差不PMftdJ电压也不同.思考与练习题3参考答案【课后习题3
11、】1、电阻应变片和半导体应变片的工作原理有何区别？它们各有何特点？这是两种不同材料的应变片,工作原理都毡应变效应.不同在于前拧受力时应变常数会变化.而后者不会。因此前者灵敏度远大于后者，不过前者存在温度偏移,2、成卷IIUi出电阻应变式传感零的几种测量电路？分析各电路的测壮灵收度.即书中的单臂桥、双警桥和全桥电路,灵敏度即输出电压公式.3、因环境制度改变而引起电阻变化的主要因素有哪些？环境温度改变会引起应变片应变常数的不温度.4、什么是压电效应？当外力消失后，又恢发不带电原状：当外力变向，电荷极性随之而变.这种现象称为IE压电效应,或简称张电效应,如果在这些电介质的极化方向施加电场.这些电介质
12、就在一定方向产生机枪变形或机械应力.当外电场撤去时，这些变形或应力也Hl之消失，这种观望称之为逆压电效应，或称之为电致伸缩效应。S,常用的压电材料有哪些?目前压电材料可分为三大类：第一类是压电晶体（堆晶）它包括压电石英晶体和尤他压电单晶：第：类是压电陶费（多晶半导左）；第三类是新型压电材料，乂可分为压电半睡体和彳i机高分子压电材料两种，6、常见的电感传感涔由哪些类型？根据转换原理，可将电感式传感器分为白感式、互感式和电涡流式三种，根据结构型式，可将电学式传塔器分气隙型和螺管皇两种。7、什么是零点残余电压？主要跟哪些因素相关？零戊残余电压主要是由传感器的两次级绕组的电气参数与几何尺寸不对称，以及
13、磁性材料的非线性等问题引起的,零点残余电压的波形十分复杂，主要由暴波和而次谐波祖成荏波产生的主饕原因是：传感落的两次级绕双的电气参数和几何尺寸不对称，导致它们产生的感应电势的幅值不等、相位不同,因此不论怎样调整衔快位置,两线圈中感应电势都不能完全抵消.高次谐波中起主要作用的是三次谐波，产生的原因是由于磁性材料磁化曲线的非线性（磁饱和、破滞）.零点残余电压一般在几十妄伏以下,在实际使用时,应设法减小,，否则将会影响传出器的测讨结果.8,什么是漏电流效应？简述涡流式传形器的工作原理.涡流式传七零的原理是利用金属体在交变磁场中的涡电流效应.如图337所示.一块金财板跣于一只组附的附近,根据法拉第定律
14、.当传感器线网通以正弦交变电流A时，税曲冏固空间必然产生正弦交变磁场，使置于此破场中的金属导体中感应涡电流Z，Z又产生新的交变磁场”根据楞次定律，论的作用将反抗原极场导致传感器线偃的等效阻抗发生变化.9、某试件受力后，应变为2x107,已知应变片的灵敏度为2,初始值120.若不计温度的影响，求电阻的变化依A”下图为一直流应变电桥，假设图中U,=4V,H=色=为=R=120,求(1)/为金属应变片，其余均为外接电阻，当用的增状为A4=1,2C时，电桥的输出电乐U(I是多少？Uo=,/(4R)Ui三1.2Z4120w4=0.01V(2凡和此为金属应变片，旦批号相同，感受应变的大小相同，极性相反，A
15、Al=,2=A=12C时,电桥的输出电H血是多少？Uo=,/(2R)Ui=1.22120*4=0.02V10、卜图为用电涡流式传搏器构成的液位监控系统“通过浮子1与杠杆带动涡流板2上卜位格.由电涡流式传感湍3发出信号捽制电动泵的开启而使液位保持一定.请分析该液位监捽系统的J1.作过程.1.浮子；2.涡流板：3.电涡流式传感器当液位升高时,浮于1匕升.涡流板2下移,与电涡波式传它零3史近传感涔输出信号增大。思考与练习题4参考答案1、什么是光电效应？光电传将器的原理足光电效应。用光照射某一物体,可以看作物体受到一连串能球为E的光子的轰击，组成这种物体的材料吸收光子能显而发生相应电效应的物理现望称为
16、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：外光电效应、内光电效应和光生伏特现象.2、常见的光电舞件有嚅些?I：作常理分别是?常见的光电器件有光电管、光敏电阻、光敏二极管、光敏:极管、光电池等.光电管原理：当入射光战穿过光窗照到光电阴极上时，由于外光电效应，光电子就从极层内发射至真空。在电场的作用卜，光电子在极间作加逑运动，呆后被高电位的阳极接收，在阳极电路内就可测出光电流,其大小取决于光照强度和光阴极的灵敏度等因素.光敏电阻：阻值的光照变化而变化，光照越强，电阻越小.光敏：极管：光敏：极管在不受光照射时处F截止状态；受光照射时处于注通状态。光敏三级管：光线通过透明窗口落在基区
17、及集电结上,使PN结产生光生电子-空穴时，在内电场作用下做定向运动,形成光电流.因此PN结的反向电流大大增加.光电池是一种宜接将光能转换为电能的光电器件.光电池在有光线作用时实质就是电源，电路中有了这种器件就不需要外加电源。3、说说雷尔电势产生的过程？霍尔电势的大小与用些因素相关？置于磁场中的淋止敦流导体,当它的电流方向与磁场方向不一致时,我流导体上平行于电流和磴场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称出尔效应，该电势称费尔电势。UH=KiiIBcosO修尔电势正比于激励电流及磁感应强度.其灵敏度KM与留尔套数Rh成正比而与衽尔片照度d成反比。4.为什么霍尔兀件要进行温度补偿？主要仃哪些补偿
18、方法？补偿的陵理是什么？荏尔元件是栗用半导体材料制成的，因此它们的许多参数用具有较大的谓度系数行温度变化时，役尔元件的我流子浓度、迂移率、电阻率及IE尔系数都将发生变化，从而使霍尔元件产生温度误差。为/减小霍尔元件的淑度误差,除选用温度系数小的元件或采用恒温措施外.5、图1为出尔式转速测取装程的结构Ki理图,调制盘上有100对永久超极,N、S极交普放式,调制盘由行轴带动旋杼，在磁极上方固定一个出尔元件，标通过对磁极柒尔元件产生一个方脉冲送到计数器.假定t=Smin采样时间内.计数器收到N=IS万个脓冲,求转速为海分仲多少转？图1霍尔式转速测量装置原理图n=60fN=60-1500005l=18
19、000rmin6、目前在我国越来越多的商门外包奘上都印有条形码符号。条形码是由黑门楣何、机细不同的线条组成的，它上面带有国家、厂家、商品型I；、规格等许多信息，对这些信息的检测是通过光电扫描里来实现数据注入的。请根据图2分析其I：作原Fh扫e方向图（八）条形码扫描笔笔头结构JU1.nUU三卧冲M图（b）扫描笔输出的脉冲列图2商品条形光电扫描笔码扫眄原理果色的条码具有反射光的特点,因此当扫描黑色条码时.光电传感器怆出高电平：条码越宽.电平脉冲越宽,反之白色交隙不反光，光电传整器输出低电平。7.如图所示,是某公司5号为1.anOl的压电式加速度传感器,其主笺参数为:1123415161781图31
20、.COlOl压电式加速度传感器灵敏度：100mWg:加速吱变化1g.他出变化100mV信程：SOg:测鼠范困翔率莅困：0.58000HzOnnOn、matlab、IabVieW等.6,机器视觉系统的作用有哪咚？分别适应于什么应用场合？机器视觉系统在自动化生产中发挥否引导、识别、测金、检测等越来越重要的作用.机器视觉的引导主要用于楮元件在二维或：维空间内的位置和方向报告给机器人说机器控制涔，让执行机构能够定位元件，以便将元件对位。机器视觉的识别应用包括颜色识别、形状识别、条形码识别、：,维码识别等，机器视觉的测量作用主要指尺寸测I鼠机器觇觉的检测是机零视觉工业领域最主要的应用之一,几乎所有产品都需要检测,而人工检测存在着较多的弊端,人工检测准确性低，长时间工作的这，准确性更是无法保证，而且检测速度慢.容易影响整个生产过程的效率,因此，机器视觉在图像检测的应用方面也非常的广泛。
