《物联网技术及应用开发》习题与答案(2014-6-4)

物联网技术及应用开发习题与答案 5

4．位移传感器接受（D）信息，并转化为电信号。

A、力 B、声 C、光 D、位置 5．光敏传感器接受（C）信息，并转化为电信号。

A、力 B、声 C、光 D、位置 6．（A）年哈里.斯托克曼发表的“利用反射功率的通讯”奠定了射频识别RFID的理论基础。

A、1948 B、1949 C、1960 D、1970 7．美军全资产可视化5级：机动车辆采用（A）。

A、全球定位系统 B、无源RFID标签 C、条形码 D、有源RFID标签 8．哪个不是物理传感器（B）。

A、视觉传感器 B、嗅觉传感器 C、听觉传感器 D、触觉传感器 9．机器人中的皮肤采用的是（D）。

A、气体传感器 B、味觉传感器 C、光电传感器 D、温度传感器 10．哪个不是智能尘埃的特点（D）。

A、广泛用于国防目标 B、广泛用于生态、气候 C、智能爬行器 D、体积超过1立方米 二、简答题

1. 简述传感器的作用及组成。

简单地说，传感器实际上是一种功能快，其作用是将来自外界的各种信号转换成电信号。

传感器一般有敏感元件，转换元件，基本转换电路三部分组成。敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一种物理量的元件。转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换层电路产量。转换电路完成被测量参数至电量的基本转换输入到测控电路中，进行放大，运算，处理等进一步转换，以获得被测值或进行过程控制。

2. 简述传感器的选用原则

（1） 根据测量对象与测量环境确定传感器的类型 （2） 灵敏度的选择

通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。

（3） 频率响应特性

传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。

（4） 线性范围

传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。

6 嵌入式系统基础

（5） 稳定性

传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。

（6） 精度

精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。

3．简述智能传感器的结构和功能。 答：1）智能传感器的典型结构如下： 智能传感器的结构是：

智能传感器除了检测物理、化学量的变化之外，还具有测量信号调理（如滤波、放大、A/D转换等）、数据处理以及数据显示等能力，它几乎包括了仪器仪表的全部功能。智能传感器结构框图如图3.10所示。

被测量传感器信号调理电路微处理器输出接口数字量输出

图 3.10 智能传感器结构框图

如果从结构上划分，智能传感器可以分为集成式、混合式和模块式。集成智能传感器是将一个或多个敏感器件与微处理器、信号处理电路集成在同一硅片上，集成集成度高，体积小，但目前的技术水平还很难实现；将传感器和微处理器、信号处理电路做在不同芯片上，则构成混合式智能传感器，目前这类结构较多；初级的智能传感器也可以由许多互相独立的模块组成，如将微计算机、信号调理电路模块、数据电路模块、显示电路模块和传感器装配在同一壳结构内则组成模块式智能传感器。

2）智能传感器应具有如下功能：

物联网技术及应用开发习题与答案 7

(1)自补偿功能：根据给定的传统传感器和环境条件的先验知识，处理器利用数字计算方法，自动补偿传统传感器硬件线性、非线性和漂移以及环境影响因素引起的信号失真，以最佳地恢复被测信号。计算方法用软件实现，达到软件补偿硬件缺陷的目的。

(2)自校准功能：操作者输入零值或某一标准量值后，自校准软件可以自动地对传感器进行在线校准。

(3)自诊断功能：因内部和外部因素影响,传感器性能会下降或失效，分别称为软、硬故障。处理器利用补偿后的状态数据，通过电子故障字典或有关算法可预测、检测和定位故障。

(4)数值处理功能：可以根据智能传感器内部的程序， 自动处理数据，如进行统计处理、剔除异常值等。

(5)双向通信功能：微处理器和基本传感器之间构成闭环，微处理机不但接收、处理传感器的数据，还可将信息反馈至传感器，对测量过程进行调节和控制。

(6)自计算和处理功能

根据给定的间接测量和组合测量数学模型，智能处理器利用补偿的数据可计算出不能直接测量的物理量数值。利用给定的统计模型可计算被测对象总体的统计特性和参数。利用已知的电子数据表，处理器可重新标定传感器特性。

(7)数字量输出功能：数据交换通信接口功能,数字和模拟输出功能及使用备用电源的断电保护功能等。

(8)自学习与自适应功能

传感器通过对被测量样本值学习,处理器利用近似公式和迭代算法可认知新的被测量值,即有再学习能力。同时,通过对被测量和影响量的学习,处理器利用判断准则自适应地重构结构和重置参数。例如,自选量程,自选通道、自动触发、自动滤波切换和自动温度补偿等。

4．光纤传感器有哪些特点？ 答：光纤传感器具有如下特点： (1)灵敏度较高；

(2)几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器； (3)可以制造传感各种不同物理信息（声、磁、温度、旋转等）的器件；

8 嵌入式系统基础

(4)可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境； (5)而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。

5．生物传感器主要有哪几类？ 答：

用固定化生物成分或生物体作为敏感元件的传感器称为生物传感器（biosensor）。生物传感器并不专指用于生物技术领域的传感器，它的应用领域还包括环境监测、医疗卫生和食品检验等。 生物传感器主要有下面三种分类命名方式：

(1)根据生物传感器中分子识别元件即敏感元件可分为五类：酶传感器

（enzymesensor），微生物传感器（microbialsensor），细胞传感器（organallsensor），组织传感器（tis-suesensor）和免疫传感器（immunolsensor）。显而易见，所应用的敏感材料依次为酶、微生物个体、细胞器、动植物组织、抗原和抗体。

(2)根据生物传感器的换能器即信号转换器分类有：生物电极（bioelectrode）传感器，半导体生物传感器（semiconductbiosensor），光生物传感器（opticalbiosensor），热生物传感器（calorimetricbiosensor），压电晶体生物传感器（piezoelectricbiosensor）等，换能器依次为电化学电极、半导体、光电转换器、热敏电阻、压电晶体等。

(3)以被测目标与分子识别元件的相互作用方式进行分类有生物亲合型生物传感器（affinitybiosensor）。

三种分类方法之间实际互相交叉使用。

6．检测技术按测量过程的特点分类可分为哪几类？ 答：1．按测量过程的特点分类 (1)直接测量法

在使用仪表或传感器进行测量时，对仪表读数不需要经过任何运算就能直接表示测量所需结果的测量方法称为直接测量。例如，用磁电式电流表测量电路的某一支路电流、用弹簧管压力表测量压力等，都属于直接测量。直接测量的优点是测量过程既简单又迅速，缺点是测量精度不高。