傳感器 課后題及答案

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1、第1章 傳感器特性 1．什么是傳感器？（傳感器定義） 2．傳感器由哪幾個部分組成？分別起到什么作用？ 3. 傳感器特性在檢測系統(tǒng)中起到什么作用？ 4．解釋下列名詞術(shù)語： ????1)敏感元件;2)傳感器; 3)信號調(diào)理器;4)變送器。 5．傳感器的性能參數(shù)反映了傳感器的什么關(guān)系？ 靜態(tài)參數(shù)有哪些？各種參數(shù)代表什么意義？ 動態(tài)參數(shù)有那些？應(yīng)如何選擇？ 6．某傳感器精度為2%FS ，滿度值50mv ，求出現(xiàn)的最大誤差。當(dāng)傳感器使用在滿刻度值1/2和1/8 時計算可能產(chǎn)生的百分誤差，并說出結(jié)論。 7．一只傳感器作二階振蕩系統(tǒng)處理，固有頻率f0=800Hz，阻尼比ε=0.14，

2、用它測量頻率為400的正弦外力，幅植比，相角各為多少？ ε=0.7時，，又為多少？ 8．某二階傳感器固有頻率f0=10KHz，阻尼比ε=0.1若幅度誤差小于3%， 試求：決定此傳感器的工作頻率。 9. 某位移傳感器，在輸入量變化5 mm時，輸出電壓變化為300 mV,求其靈敏度。 10. 某測量系統(tǒng)由傳感器、放大器和記錄儀組成，各環(huán)節(jié)的靈敏度為： S1=0.2mV/℃、S2=2.0V/mV、S3=/V，求系統(tǒng)的總的靈敏度。 11．測得某檢測裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下： a)試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度； b)用C語言編制程序在微機上實現(xiàn)。 12．某溫度傳感

3、器為時間常數(shù) T=3s 的一階系統(tǒng)，當(dāng)傳感器受突變溫度作用后，試求傳感器指示出溫差的1/3和1/2所需的時間。 13．某傳感器為一階系統(tǒng)，當(dāng)受階躍函數(shù)作用時，在t=0時，輸出為10mV;t→∞時，輸出為100mV;在t=5s時，輸出為50mV,試求該傳感器的時間常數(shù)。 14．某一階壓力傳感器的時間常數(shù)為0.5s,若階躍壓力從25MPa,試求二倍時間常數(shù)的壓力和2s后的壓力。 15．某壓力傳感器屬于二階系統(tǒng)，其固有頻率為1000Hz,阻尼比為臨界值的50%,當(dāng)500Hz的簡諧壓力輸入后，試求其幅值誤差和相位滯后。 16.已知某壓力傳感器的測定范圍為0～10000Pa，輸入特性表示為：

4、y=10(x-0.00007x2+2000)請問這種傳感器能使用嗎？ 17.某CO2氣體傳感器在20。C，濃度范圍為0～100ppm時的輸入特性表示為Rx=x+250(kΩ),用差動法回答以下問題（其中R1=10MΩ,E=2V）: ⑴利用最簡單的電阻-電壓變換電路，繪出X，V0的關(guān)系圖。 ⑵利用電橋進行電阻-電壓變換電路，繪出20 。C時X，V0的關(guān)系圖。另外，當(dāng)30。C時，Rx=x+500(kΩ)，在同一張圖上再加上X，V0的關(guān)系圖，然后進行比較。 ⑶采用兩個差動法的傳感器電路繪出20。C，30。C時X，V0的關(guān)系，然后與（2）中的圖形進行比較。 18.設(shè)阻抗Rs為1 kΩ俄信號源

5、與100V的動力線有50m的并行走線距離，靜電感應(yīng)所產(chǎn)生的噪聲電壓為多少？分布電容設(shè)為10pF/m。 第3章 電感式傳感器 1.敘述變磁阻式傳感器的工作原理。 2.說明差動變壓器（螺線管式）傳感器的結(jié)構(gòu)形式與輸出特性。 3.什么是零點殘余電壓，有哪些方法可以進行殘余電壓補償？ 4.用差動變壓器進行位移測量時采用那種電路形式可以直接由輸出電壓區(qū)別位移的大小和方向？ 5.什么是電渦流效應(yīng)？電渦流傳感器可以進行哪些非電量參數(shù)測量？ ? 分別利用哪些物理量進行檢測，由哪個電參量轉(zhuǎn)換進行電量輸出的？ 6．差動電感結(jié)構(gòu)有什么優(yōu)點，采用什么電路可有線形輸出？ 7．電感式傳感器有哪些種類？它

6、們的工作原理是什么？ 8．試分析差動變壓器相敏檢測電路的工作原理。 9．分析電感傳感器出現(xiàn)非線性的原因，并說明如何改善？ 10．圖所示一簡單電感式傳感器。尺寸已示于圖中。磁路取為中心磁路，不記漏磁，設(shè)鐵心及銜鐵的相對磁導(dǎo)率為104，空氣的相對磁導(dǎo)率為1，真空的磁導(dǎo)率為4π×10-7H﹒m-1,試計算氣隙長度為零及為2mm時的電感量。圖中所注尺寸單位均為mm. 11．簡述電渦流效應(yīng)及構(gòu)成電渦流傳感器的可能的應(yīng)用場合。電感： 12．問振幅是5V，頻率是1000Hz的正弦波交流的有效值為多少？周期為多少？ 13.在膜厚傳感器上，厚度l 越大，線圈的自感系數(shù)是變大還是變小？ 第4章

7、電容式傳感器 1.電容傳感器有哪些類型？ 2.敘述電容傳感器的工作原理，輸出特性。 3.為什么電感式和電容式傳感器的結(jié)構(gòu)多采用差動形式，差動結(jié)構(gòu)形式的特點是什么？ 4.電容傳感器的測量電路有哪些？敘述二極管雙T型交流電橋工作原理。 5.說明P100圖5-17差動式電容壓力傳感器結(jié)構(gòu)和工作原理。 6.P90圖5-6，已知變面積型電容傳感器的兩極板間距離為d=10mm;ε=50μF/m;兩極板幾何尺寸一樣為30mm*20mm*5mm（長*寬*厚）;在外力作用下動極板在原位置向外移動10mm（寬）；試求ΔC=？。 7．差動式電容測厚傳感器系統(tǒng)的工作原理？ 8．如圖：電容傳感器的雙T電

8、橋測量電路，已知 R1=R2=R=40K，RL=20K， E=10V，f=1MHz，C1=10pF， C1=1 Pf。 求UL的表達(dá)試，帶入?yún)?shù)求UL的值。 9．推導(dǎo)差動式電容傳感器的靈敏度，并與單極式電容傳感器相比較。 10．根據(jù)電容傳感器的工作原理說明它的分類，電容傳感器能夠測量哪些物理參量？ 11．有一個直徑為2m、高5m的鐵桶，往桶內(nèi)連續(xù)注水，當(dāng)注水?dāng)?shù)量達(dá)到桶容量的80%時就應(yīng)當(dāng)停止，試分析用應(yīng)變片式或電容式傳感器系統(tǒng)來解決該問題的途徑和方法。 12．總結(jié)電容式傳感器的優(yōu)缺點，主要應(yīng)用場合以及使用中應(yīng)注意的問題。 13．試推導(dǎo)圖F1-8所示變電介質(zhì)電容式位移傳感器的特性

9、方程C=f(x)。設(shè)真空的介電系數(shù)為ε0, ε2＞ε1 ，以及極板寬度為W。其他參數(shù)如圖F1-8所示。 14. 在上題中，設(shè)δ=d=1mm，極板為正方形（邊長50mm）。ε1 =1,ε2=4試在x=0到50mm范圍內(nèi)，輸出磁位移傳感器的特性曲線，并給以適當(dāng)說明。 15. 簡述電容式傳感器用差動脈沖調(diào)寬電路的工作原理及特點 第5章 磁電式傳感器 1.為什么說磁電感應(yīng)式傳感器是一種有源傳感器？ 2.變磁阻式傳感器有哪幾種結(jié)構(gòu)形式？可以檢測哪些非電量？ 3.磁電式傳感器是速度傳感器，它如何通過測量電路獲得相對應(yīng)的位移和加速度信號？ 4.什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電勢的大小與方向和哪些因素

10、有關(guān)？影響霍爾電勢的因素有哪些？ 5.集成霍爾器件有哪幾種類型？試畫出其輸出特性曲線。 6.有一測量轉(zhuǎn)速裝置，調(diào)制盤上有100對永久磁極，N、S極交替放置，調(diào)制盤由轉(zhuǎn)軸帶動旋轉(zhuǎn)，在磁極上方固定一個霍爾元件，每通過一對磁極霍爾元件產(chǎn)生一個方脈沖送到計數(shù)器。假定t=5min采樣時間內(nèi)，計數(shù)器收到N=15萬個脈沖，求轉(zhuǎn)速n=？轉(zhuǎn)/分。 7.磁敏元件有哪些？（磁敏電阻、磁敏二極管、磁敏晶體管）什么是磁阻效應(yīng)？簡述磁敏二極管、晶體管工作原理。 8.磁敏電阻與磁敏晶體管有哪些不同？與霍爾元件在本質(zhì)上的區(qū)別是什么？ 9.磁敏晶體管與普通晶體管的區(qū)別是什么？ 10．試證明霍爾式位移傳感器的輸出與位

11、移成正比。 11．磁電式傳感器與電感式傳感器有哪些不同？磁電式傳感器主要用于測量哪些物理參數(shù)？ 12. 霍爾元件能夠測量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電勢的概念是什么？溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？ 13. 簡述霍爾效應(yīng)及構(gòu)成以及霍爾傳感器可能的應(yīng)用場合。 14.發(fā)電機是利用導(dǎo)線在永久磁鐵的磁場中作旋轉(zhuǎn)運動而發(fā)電的。無論負(fù)載怎樣消耗這個電能，永久磁鐵不會變?nèi)酰@是什么道理？ 第6章??壓電式傳感器 1.什么是正壓電效應(yīng)？什么是逆壓電效應(yīng)？壓電效應(yīng)有哪些種類？壓電傳感器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點是什么？能否用壓電傳感器測量靜態(tài)壓力？ 2.石英晶體X、Y、Z軸的名稱是什么？有哪些特征？ 3.簡述壓

12、電陶瓷特性，作為壓電元件比較他與石英晶體有哪些特點？ 4.說明電壓放大器與電荷放大器的優(yōu)缺點，各自要解決什么問題？ 5.用石英晶體加速度計及電荷放大器測量機器振動，已知，加速度計靈敏度為5pc/g;電荷放大器靈敏度為50mv/p，最大加速度時輸出幅值2v，試求機器振動加速度。 6．超聲波傳感器利用壓電材料制成發(fā)射器和接收器，說明它們各利用哪種壓電效應(yīng)？ 7．電荷放大器所要解決的核心問題是什么？試推導(dǎo)其輸入輸出關(guān)系。 8．簡述電壓試加速傳感器的工作原理？ 9.為什么壓電傳感器通常都用來測量動態(tài)或瞬態(tài)參量？ 10. 設(shè)計壓電式傳感器檢測電路的基本考慮點是什么？為什么？ 11.畫出(

13、111)晶面和<110>晶向。并計算(111)晶面內(nèi)， <110>晶向的縱向壓阻系數(shù)和橫向壓阻系數(shù)。 第7章 光電式傳感器 1.什么是外光電效應(yīng)？內(nèi)光電效應(yīng)？光生伏特效應(yīng)？光電導(dǎo)效應(yīng)？ 2.光電器件中的光照特性、光譜特性分別描述的是光電器件的什么性能？ 3.試述光敏電阻、光敏晶體管、光電池的器件結(jié)構(gòu)和工作原理。 —μm時宜采用哪種材料的光敏元件進行測量？ 5.敘述電荷耦合器件（CCD）的結(jié)構(gòu)和存儲電荷與轉(zhuǎn)移電荷的工作過程。 —29 ；P145圖8—31 。 7.光纖傳感器在位移測量中有哪些特點？反射光的光強弱對測量有哪些影響？ 8.求光纖n1=1.46， n2=1.45的NA

14、值；外部n0=1時，求最大入射角θ=？。 9.功能型光纖傳感器與非功能型光纖傳感器有什么區(qū)別？各有哪些功能？ 10．使用光電耦合器組成下面的邏輯運算電路： A=B+C，A=B C 11．求光纖n1=1.46n2=1.45的值。如光纖外部介質(zhì)的n0=1，求最大入射角=？ 12. 光纖損耗是如何產(chǎn)生的？它對光纖傳感器有哪些影響？ 13. 光導(dǎo)纖維為什么能夠?qū)Ч猓抗鈱?dǎo)纖維有哪些優(yōu)點？光纖式傳感器中光纖的主要優(yōu)點有哪些？ 14．作為光波5μm紅外線的傳感器材料有哪些？ 15．作光電管的CdS材料和InSb晶體的性質(zhì)差異是什么？ 16．在用光開關(guān)檢測物體的系統(tǒng)中，指出輸出電壓的時間波形

15、。 17．在用光開關(guān)檢測物體的系統(tǒng)中，由受光器的受光次數(shù)，可計算通過輸送帶上物體的個數(shù)，那么，用輸送帶搬運兩種高度的物體時，畫出能分別計算兩種高度的物體個數(shù)的系統(tǒng)組成圖。 18．由光電二極管二維陣列組成面型傳感器進行圖像檢測，對圖像的分辨率由光電二極管的個數(shù)決定，試說明理由。 第8章 溫度傳感器 1．熱電偶冷端溫度對熱電偶的熱電勢有什么影響？為消除冷端溫度影響可采用哪些措施？半導(dǎo)體熱敏電阻的主要優(yōu)缺點是什么？在電路中是怎樣克服的？ 2．PN結(jié)為什么可以用來作為溫敏元件？ 3．集成溫度傳感器的測溫原理，有何特點？ 4．如果需要測量1000℃和20℃溫度時，分別宜采用哪種類型的溫度傳

16、感器？ 5．采用一只溫度傳感器能否實現(xiàn)絕對溫度、攝氏溫度、華氏溫度的測量？怎樣做？ 6．熱電阻傳感器主要分為幾種類型？它們應(yīng)用在什么不同場合？ 7．什么叫熱電動勢、接觸電動勢和溫差電動勢？說明熱電偶測溫原理及其工作定律的應(yīng)用。分析熱電偶測溫的誤差因素，并說明減小誤差的方法。 8．試述熱電偶測溫的基本原理和基本定理。 9．試比較電阻溫度計與熱電偶溫度計的異同點。 10．試解釋負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻的伏安特性并說明其用途。 11．有一串聯(lián)的熱敏電阻測溫電路，如圖所示。試設(shè)計其最佳線性工作特性，并計算其線性度，最后，用坐標(biāo)紙每5℃一點繪出電路圖中u=f(t)的曲線。 12。鉑線電

17、阻在20。C時為10Ω。求50。C時的電阻。 13．下圖1所示的鉑測溫電阻元件，當(dāng)溫度由0。C上升到100。C時，電阻變化率ΔR/R0為多少?下圖2所示的熱敏電阻（R0=28kΩ），其ΔR/R0為多少? 圖1圖2 14。上圖1 所示的鉑測溫電阻元件，在0～200。C范圍內(nèi)的電阻溫度系數(shù)為多少？ 15．要測1000。C左右的高溫，用什么類型的熱電偶好？要測1500。C左右的高溫呢？ 16．使用k型熱電偶，基準(zhǔn)接點為0。C、測量接點為30。C和900。C時，溫差電動勢分別為1.203mV和37.326mV。當(dāng)基準(zhǔn)接點為30。C，測溫接點為900。C時的溫差電動勢為多少？ 1

18、7．0。C時鉑金熱電阻的阻值為100Ω。按下圖所示進行溫度測量。R1=100Ω,R2=200Ω,R3=300Ω時橋路達(dá)到平衡。此時溫度為多少？假設(shè)鉑金電阻的溫度系數(shù)為0.003851。C-1，電阻與溫度成線性關(guān)系，另外導(dǎo)線的電阻可忽略不計。 18．0。C時的電阻為100Ω的鉑金熱電阻。300。C時的阻值按下面兩種方法計算，其結(jié)果之差換算成溫度差是多少？ Ω）電阻值與溫度為二次函數(shù)關(guān)系。用一次方程近似時，溫度誤差為多少？ 19．某熱敏電阻0。C時電阻為30kΩ,若用來測量100。C物體的溫度，其電阻為多少？設(shè)熱敏電阻的系數(shù)B為3450K。 20．和人體體溫（36。C）相同的黑體，其熱輻射

19、的分光輻射輝度為最大時波長為多少？ 第1章 傳感器特性習(xí)題答案： 5.答： ???靜特性是當(dāng)輸入量為常數(shù)或變化極慢時，傳感器的輸入輸出特性，其主要指標(biāo)有線性度、遲滯、重復(fù)性、分辨力、穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、各種抗干擾穩(wěn)定性。傳感器的靜特性由靜特性曲線反映出來，靜特性曲線由實際測繪中獲得。人們根據(jù)傳感器的靜特性來選擇合適的傳感器。 9．解： 10. 解： 11．解： 帶入數(shù)據(jù) 擬合直線靈敏度 0.68,線性度 ±7% 。 ， ， ， ， ， ， 13．解： 此題與爐溫實驗的測試曲線類似: 14．解： 15．解：

20、所求幅值誤差為1.109,相位滯后33042, 所求幅值誤差為1.109,相位滯后33042, 16．答： dy/dx=1-0.00014x。微分值在x<7143Pa時為正，x>7143Pa時為負(fù)，故不能使用。 17．答： ⑴　20。C時，0～100ppm對應(yīng)得電阻變化為250～350 kΩ。V0在48.78～67.63mV之間變化。 ⑵　如果R2=10 MΩ，R3=250 kΩ，20。C時，V0在0～18.85mV之間變化。30。C時V0在46.46mV（0ppm）～64.43mV（100ppm）之間變化。 ⑶　20。C時，V0為0～18.85mV，30。C時V0為

21、0～17.79mV，如果零點不隨溫度變化，靈敏度約降低4.9%。但相對（2）得情況來說有很大的改善。 18．答： 感應(yīng)電壓=2πfCRSVN,以f=50/60Hz, RS=1kΩ, VN=100代入，并保證單位一致，得： 感應(yīng)電壓=2π*60*500*10-12*1000*100[V]=1.8*10-2V 第3章 應(yīng)變式傳感器概述習(xí)題答案 9. 答： (1).全橋電路如下圖所示 (2).圓桶截面積???? ? 應(yīng)變片1、2、3、4感受縱向應(yīng)變； 應(yīng)變片5、6、7、8感受縱向應(yīng)變； 滿量程時： ? （3） 10．答： 敏感元件與彈性元件溫度

22、誤差不同產(chǎn)生虛假誤差，可采用自補償和線路補償。 ? 11．解： ? ? ? 12．解： ? 13．解： ①　 是ΔR/R=2（Δl/l）。因為電阻變化率是ΔR/R=0.001，所以Δl/l（應(yīng)變）=0.0005=5*10-4。②　因Δl/l=300*10-6，所以，ΔR/R=2*300*10-6=6*10-4。 ? 14．答： R=ρ(l/S)中，ρ(鎳)是（95～104）*10-8Ω·m，ρ（銅）是1.72*10-8Ω·m， 所以R（鎳）/R（銅）=ρ（鎳）/ρ（銅）=（95～104）/1.72=55.2～60.5。 ? 15．答：假定輸入輸

23、出端沒有電流流過，流過阻抗Z4和Z1的電流為i4，流過阻抗Z3和Z2的電流為i3，由基爾霍夫電壓定律得以下關(guān)系式： （Z4+Z1）i4= ( Z3+Z2)i3=Vi(1) i4Z4= i3 Z3+Vi(2) 由（1）式得 （3） （4） 將（3）和（4）代入（2）求得V0為： V0 = i4Z4 -i3 Z3 =（ ）Vi= Vi ? 16．答：由等效力學(xué)模型得，當(dāng)有位移輸入u(t)時，盛物器的相對位移x的運動方向為： （6） 因此，如果物體以振動頻率f（角頻率ω=2πf）、振幅U0作正弦振動 u(t)=U0sinωt 則上述微分方程為： （7） 其中 因此

24、，（7）的特解，求得如下： x（t）=X0sin(ωt+φ)(8) X0,φ用λ=ω/p表示，則有 （9） （10） 如果λ《1，則由（9）得 (11) 即p2X0=ω2U0, ω=2πf(12) ? 17．答：方框圖如下： 第3章 電感式傳感器答案 7．答： ①種類：自感式、渦流式、差動式、變壓式、壓磁式、感應(yīng)同步器。 ②原理：自感、互感、渦流、壓磁。 8．答： 相敏檢測電路原理是通過鑒別相位來辨別位移的方向，即差分變壓器輸出的調(diào)幅波經(jīng)相敏檢波后，便能輸出既反映位移大小，又反映位移極性的測量信號。經(jīng)過相敏檢波電路，正位移輸出正電壓，負(fù)位移輸出負(fù)電壓，電壓值的

25、大小表明位移的大小，電壓的正負(fù)表明位移的方向。 9．答： ①原因是改變了空氣隙長度 ②改善方法是讓初始空氣隙距離盡量小，同時靈敏度的非線性也將增加，最好使用差動式傳感器，其靈敏度增加非線性減少。 10．解： 空氣氣隙為零時： 空氣氣隙為2mm時： 11．答： 應(yīng)用場合有低頻透射渦流測厚儀，探傷，描述轉(zhuǎn)軸運動軌跡軌跡儀。 12．答 ：有效值（p.73）= ≈3.54V。周期（p.71）=1/1000=10-3s=1ms。 ? 13．答：變大。 第5章電容式傳感器答案 9．答： 差動式電容傳感器的靈敏度比單極式提高一倍，而且非線性也大為減小。 10．答：

26、 原理： 由物理學(xué)知，兩個平行金屬極板組成的電容器。如果不考慮其邊緣效應(yīng)，其電容為C=εS/D 式中ε為兩個極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為兩個極板對有效面積，D為兩個極板間的距離。由此式知，改變電容C的方法有三： 其一為改變介質(zhì)的介電常數(shù)； 其二為改變形成電容的有效面積； 其三為改變各極板間的距離； 而得到的電參數(shù)的輸出為電容值的增量這就組成了電容式傳感器。 類型： 變極距型電容傳感器、變面積型電容傳感器、變介電常數(shù)型電容傳感器。 電容傳感器的應(yīng)用： 可用來測量直線位移、角位移、振動振幅。尤其適合測溫、高頻振動振幅、精密軸系回轉(zhuǎn)精度、加速度等機械量。還可用來測量壓力、差壓力、液位

27、、料面、糧食中的水分含量、非金屬材料的涂層、油膜厚度、測量電介質(zhì)的濕度、密度、厚度等。 11．答： 可選用差分式電容壓力傳感器，通過測量筒內(nèi)水的重力，來控制注水?dāng)?shù)量?；蛘哌x用應(yīng)變片式液徑傳感器。 12．答： ①優(yōu)點：a溫度穩(wěn)定性好 b結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強 c動響應(yīng)好 ②缺點：a可以實現(xiàn)非接觸測量，具有平均效應(yīng) b輸出阻抗高、負(fù)載能力差 c寄生電容影響大 ③輸出特性非線性： 電容傳感器作為頻響寬、應(yīng)用廣、非接觸測量的一種傳感器，在位移、壓力、厚度、物位、濕度、振動、轉(zhuǎn)速、流量及成分分析的測量等方面得到了廣泛的應(yīng)用。 使用時要注意保護絕緣材料的的絕緣性能；消除和減小邊緣效應(yīng)；

28、消除和減小寄生電容的影響；防止和減小外界的干擾。 13．解： ? 15．答： 工作原理：假設(shè)傳感器處于初始狀態(tài)，即Cx1 = Cx2 = C0,且A點為高電平，即Ua=U; 而B點為低電平，即Ub=0差分脈沖調(diào)寬型電路的特點就在于它的線性變換特性。 第5章 磁電式傳感器答案 11.答： a.磁電式傳感器是通過磁電作用將被測量轉(zhuǎn)換為電信號的一種傳感器。 電感式傳感器是利用線圈自感或互感的變化來測量的一種裝置。 b.磁電式傳感器具有頻響寬、動態(tài)范圍大的特點。而電感式傳感器存在交流零位信號，不宜于高頻動態(tài)信號檢測；其響應(yīng)速度較慢，也不宜做快速動態(tài)測量。 c. 磁電式傳感器測量

29、的物理參數(shù)有：磁場、電流、位移、壓力、振動、轉(zhuǎn)速。 12． 答： a.霍爾元件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動、轉(zhuǎn)速等。 b.霍爾組件的不等位電勢是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無外加磁場時，兩輸出電極之間的空載電勢，可用輸出的電壓表示。 c.溫度補償方法：分流電阻法：適用于恒流源供給控制電流的情況。電橋補償法 13.答： 一塊長為l、寬為d的半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強度為磁場（磁場方向垂直于薄片）中，當(dāng)有電流I流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢Uh。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。霍爾組件多用N型 半導(dǎo)體材料，且比較薄?；魻柺絺鞲衅鬓D(zhuǎn)換效率較低，受溫度影響大，但其結(jié)構(gòu)簡單、體積

30、小、堅固、頻率響應(yīng)寬、動態(tài)范圍（輸出電勢變化）大、無觸點，使用壽 命長、可靠性高、易微型化和集成電路化，因此在測量技術(shù)、自動控制、電磁測量、計算裝置以及現(xiàn)代軍事技術(shù)等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。 ? 14．答： 發(fā)電機供應(yīng)給負(fù)載的電能是，為轉(zhuǎn)動這個發(fā)電機所供應(yīng)得機械能（火力或水力）變換而來的能量。磁鐵持有的能量未被消耗，所以磁鐵不會變?nèi)酢? 第6章??壓電式傳感器答案 1.答： 某 些電介質(zhì)在沿一定的方向受到外力的作用變形時，由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時在兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；而當(dāng)作用力方 向改變時，電荷的極性隨著改變。晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小

31、成正比。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反之，如對晶體施加一定變電場，晶體本身將產(chǎn)生機械 變形，外電場撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。 壓電材料有：石英晶體、一系列單晶硅、多晶陶瓷、有機高分子聚合材料 結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點： 在壓電式傳感器中，為了提高靈敏度，往往采用多片壓電芯片構(gòu)成一個壓電組件。其中最常用的是兩片結(jié)構(gòu)；根據(jù)兩片壓電芯片的連接關(guān)系，可分為串聯(lián)和并聯(lián)連接，常用的是并聯(lián)連接，可以增大輸出電荷，提高靈敏度。 使用時，兩片壓電芯片上必須有一定的預(yù)緊力，以保證壓電組件在工作中始終受到壓力作用，同時可消除兩片壓電芯片因接觸不良而引起的非線性誤差，保證輸出信號與輸入作用力間的線性關(guān)系,因此需

32、要測量電路具有無限大的輸入阻抗。但實際上這是不可能的，所以壓電傳感器不宜作靜態(tài)測量，只能在其上加交變力，電荷才能不斷得到補充，并給測量電路一定的電流。故壓電傳感器只能作動態(tài)測量。 2. 答： 石 英晶體整個晶體是中性的，受外力作用而變形時，沒有體積變形壓電效應(yīng)，但它具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應(yīng)。壓電陶瓷是一種多晶鐵電體。原始的壓電 陶瓷材料并不具有壓電性，必須在一定溫度下做極化處理，才能使其呈現(xiàn)出壓電性。所謂極化，就是以強電場使“電疇”規(guī)則排列，而電疇在極化電場除去后基本保持不變，留下了很強的剩余極化。 當(dāng)極化后的鐵電體受到外力作用時，其剩余極化強度將隨之發(fā)生變化，從而使一定表面

33、分別產(chǎn)生正負(fù)電荷。在極化方向上壓電效應(yīng)最明顯。鐵電體的參數(shù)也會隨時間發(fā)生變化—老化，鐵電體老化將使壓電效應(yīng)減弱。 9. 答： 如作用在壓電組件上的力是靜態(tài)力，則電荷會泄露，無法進行測量。所以壓電傳感器通常都用來測量動態(tài)或瞬態(tài)參量。 10. 答： 基本考慮點是如何更好的改變傳感器的頻率特性，以使傳感器能用于更廣泛的領(lǐng)域。 第7章 光電式傳感器答案 4.答： 當(dāng)用光照射物體時，物體受到一連串具有能量的光子的轟擊，于是物體材料中的電子吸收光子能量而發(fā)生相應(yīng)的電效應(yīng)（如電阻率變化、發(fā)射電子或產(chǎn)生電動勢等）。這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。 5.答： CCD是一種半導(dǎo)體器件，在N型或P型硅襯底上

34、生長一層很薄的SiO2，再在SiO2薄層上依次序沉積金屬電極，這種規(guī)則排列的MOS電容數(shù)組再加上兩端的輸入及輸出二極管就構(gòu)成了CCD芯片,CCD可以把光信號轉(zhuǎn)換成電脈沖信號。每一個脈沖只反映一個光敏元的受光情況，脈沖幅度的高低反映該光敏元受光的強弱，輸出脈沖的順序可以反映光敏元的位置，這就起到圖像傳感器的作用。 12.答： ①吸收性損耗：吸收損耗與組成光纖的材料的中子受激和分子共振有關(guān)，當(dāng)光的頻率與分子的振動頻率接近或相等時，會發(fā)生共振，并大量吸收光能量，引起能量損耗。 ②散射性損耗：是由于材料密度的微觀變化、成 分起伏，以及在制造過程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)上的不均勻性或缺陷引起。一部分光就會散

35、射到各個方向去，不能傳輸?shù)浇K點，從而造成散射性損耗。 ③輻射性損耗：當(dāng)光纖受到具有一定曲率半徑的彎曲時，就會產(chǎn)生輻射磁粒。 a彎曲半徑比光纖直徑大很多的彎曲 b微彎曲：當(dāng)把光纖組合成光纜時，可能使光纖的軸線產(chǎn)生隨機性的微曲。 ? 13.答： 光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射，當(dāng)射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時，就會在光纖的接口上產(chǎn)生全內(nèi)反射，并在光纖內(nèi)部以后的角度反復(fù)逐次反射，直至傳遞到另一端面。 優(yōu)點： a具有優(yōu)良的傳旋光性能，傳導(dǎo)損耗小 b頻帶寬，可進行超高速測量，靈敏度和線性度好 c能在惡劣的環(huán)境下工作，能進行遠(yuǎn)距離信號的傳送 功能型光纖傳感器其光纖不僅作

36、為光傳播的波導(dǎo)，而且具有測量的功能。它可以利用外界物理因素改變光纖中光的強度、相位、偏振態(tài)或波長，從而對外界因素進行測量和數(shù)據(jù)傳輸。 14．答： 有InSb,Hg0.8Cd0.2Te等材料。 15．答： InSb光電管雖然響應(yīng)速度快，但必須使用液體氮冷卻。 16．答： 光進入受光器輸出電壓為0V，光不進入時，輸出6V， 所以右圖為所示波形。 17．答： 在運輸帶兩邊分別設(shè)置發(fā)光器A和B，受光器A'和B'。高度低的物體通過時，（下圖（a）），受光器A'受光但B'不受光（表1中分別用符號Ο和Ⅹ表示）。若是高低物體，則A'和B'都不受光（表1中分別用Ⅹ和Ⅹ表示）。因此可得b圖的體統(tǒng)組成圖。受光時（符號Ο）輸出是0V（L水平），不受光（符號Ⅹ）時輸出是6V（H水平）。因此，表1變成表2 。結(jié)果，分別數(shù)一數(shù)輸出a,b為L，H時（低的物體）或者H，H時（高的物體）即可。這是用邏輯電路和計數(shù)電路完成的。 18.答： ????面型傳感器由許多的單元構(gòu)成二維平面，其中每一個小單元都是一個光電二極管，稱為像素。用面型傳感器測量物體的形狀所得的圖像的分辨率最高只能是一個像素。如果所測得圖像長為l ，對應(yīng)N個像素，分辨率為l/N。假設(shè)N為200，則分辨率最高只能使1/200。 ?