傳感器原理及工程應(yīng)用作業(yè)

1、目錄第三章33- 1.什么是應(yīng)變效應(yīng)？什么是壓阻效應(yīng)？利用應(yīng)變效應(yīng)和壓阻效應(yīng)解釋金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理。 33- 2.試述應(yīng)變片溫度誤差的概念，產(chǎn)生原因和補償方法。33.試用應(yīng)變片傳感器實現(xiàn)一種應(yīng)用。 3第四章34- 1.說明差動變隙式電感傳感器的主要組成、工作原理和基本特征。34 -3.差動變壓器式傳感器有哪幾種結(jié)構(gòu)形式？各有什么特點？44- 10.何為渦流效應(yīng)？怎用利用渦流效應(yīng)進(jìn)行位移測量？44- 11.電渦流的形成范圍包括哪些內(nèi)容？他們的主要特點是什么？45.用電感式傳感器設(shè)計應(yīng)用 4第五章55- 1.根據(jù)工作原理可以將電容式傳感器分為哪幾類？每種類型各有什么特點？各適用

2、于什么場合？ 55.55- 9.簡述差動式電容測厚傳感器系統(tǒng)的工作原理。第八早6- 1.什么叫正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)？什么叫縱向壓電效應(yīng)和橫向壓電效應(yīng)？56- 3.簡述壓電陶瓷的結(jié)構(gòu)及其特性。 53.利用壓電式傳感器設(shè)計一個應(yīng)用系統(tǒng)6第七章67- 4.什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電勢與哪些因素有關(guān)？67- 6.溫度變化對霍爾元件輸出電勢有什么影響？怎樣補償？6第八章68- 1.光電效應(yīng)有哪幾種？相對應(yīng)的光電器件有哪些？68- 2.試述光敏電阻、光敏二極管、光敏晶體管和光電池的工作原理，在實際應(yīng)用時各有什么特點？ 78- 6.光在光纖中是怎樣傳輸?shù)模繉饫w及入射光的入射角有什么要求？78-7.試用光電開

3、關(guān)設(shè)計一個應(yīng)用系統(tǒng)。 7第九章89- 1.簡述氣敏元件的工作原理 89- 2.為什么多數(shù)氣敏元件都附有加熱器 89- 3.什么叫濕敏電阻？濕敏電阻有哪些類型？各有什么特點？8第十章810- 1.超聲波在介質(zhì)中傳播具有哪些特性？ 810-2.圖10-3中，超聲波探頭的吸收塊作用是什么？ 910- 3.超聲波物位測量有幾種方式 ？各有什么特點？ 910- 5.已知超聲波探頭垂直安裝在被測介質(zhì)底部，超聲波在被猜測介質(zhì)中的傳播速度為1460m/s，測得時間間隔為 28卩s,試求物位高度? 9第十一章911- 1.簡述微波傳感器的測量機(jī)理。 911- 2微波傳感器有哪些特點？微波傳感器如何分類？ 911

4、- 4微波無損檢測是如何進(jìn)行測量的 10第十二章1012-1 :紅外探測器類型及工作原理 1012- 2 :什么是放射性同位素？輻射強(qiáng)度與什么因素有關(guān)？10第十三章1013- 1.數(shù)字式傳感器有什么特點？可分為哪幾種類型？ 1013-2.光柵傳感器的組成及工作原理是什么？ 1113- 5.碼盤式轉(zhuǎn)角-數(shù)字傳感器的工作原理是什么？其基本組成部分有哪些？11第十四章1214- 1 什么是智能傳感器？它包含哪幾種主要形式 ？應(yīng)從哪些方面研究開發(fā)智能傳感器？1214-2.智能傳感器一般由哪些部分構(gòu)成？它有哪些顯著特點？1214-3 傳感器的智能化與集成智能傳感器有何區(qū)別? 12MEMS傳感器131.

5、什么是 MEMS傳感器？ 132. MEMS傳感器由幾部分組成？各部分的作用是什么？ 13第三章3- 1.什么是應(yīng)變效應(yīng)？什么是壓阻效應(yīng)？利用應(yīng)變效應(yīng)和壓阻效應(yīng)解釋金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理。應(yīng)變效應(yīng)：導(dǎo)體在外界作用下產(chǎn)生機(jī)械變形(拉伸或壓縮)時，其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。壓阻效應(yīng)：半導(dǎo)體材料的電阻率p隨作用應(yīng)力的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。金屬電阻應(yīng)變片的工作原理基于電阻應(yīng)變效應(yīng)。當(dāng)電阻絲受到拉力F作用時，將伸長厶I，橫截面積相應(yīng)減少 A，電阻率因材料晶格發(fā)生變形等因素影響而變化Ap,從而引起電阻 變化AR。半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理基于半導(dǎo)體材料的壓阻效

6、應(yīng)。用應(yīng)變片測量應(yīng)變或應(yīng)力時，根據(jù)上述特點，在外力作用下，被測對象產(chǎn)生應(yīng)變(或應(yīng)力)時，應(yīng)變片隨之發(fā)生相同的變化， 同時應(yīng)變片電阻值也發(fā)生相應(yīng)變化。當(dāng)測得的應(yīng)變片電阻值變化量為R是，便可測到被測對象的應(yīng)變值，根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系，得到應(yīng)力值b為b=E*由此可知，應(yīng)力值b正比于應(yīng)變,而試件應(yīng)變&正比于電阻值的變化。所以應(yīng)力6正比于電阻值的變化，這就是利用應(yīng) 變片測量應(yīng)變的基本原理。3- 2.試述應(yīng)變片溫度誤差的概念，產(chǎn)生原因和補償方法。由于測量環(huán)境現(xiàn)場環(huán)境溫度的改變而給測量帶來的附加誤差，稱為應(yīng)變片的溫度誤差。產(chǎn)生應(yīng)變片溫度誤差的主要因素有下述兩個方面：(1) 電阻溫度系數(shù)的影響(2 )試件材料

7、和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響電阻應(yīng)變片的溫度誤差補償方法：(1) 線路補償法(2) 應(yīng)變片的自補償法3.試用應(yīng)變片傳感器實現(xiàn)一種應(yīng)用。自動門當(dāng)遠(yuǎn)處有人接觸到傳感器， 傳感器檢測到應(yīng)力變化，從而產(chǎn)生電阻值變化。 這樣可以實現(xiàn)自動開門。這可以應(yīng)用到一般酒店或?qū)懽謽恰⑸虅?wù)大廈等地方，以方便人群。第四章4- 1.說明差動變隙式電感傳感器的主要組成、工作原理和基本特征。差動變隙式電感傳感器是利用線圈自感量的變化來實現(xiàn)測量的，它由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙， 傳感器的運動部分與銜鐵相連。當(dāng)被測量變化時，使銜鐵產(chǎn)生位移，引起磁路中磁阻變化

8、， 從而導(dǎo)致電感線圈的電感量變化，因此只要能測出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。差動變隙式電感傳感器基本特征：(1) 靈敏度是單邊式的兩倍。(2 )線性度得到明顯改善。4 -3.差動變壓器式傳感器有哪幾種結(jié)構(gòu)形式？各有什么特點？差動變壓器結(jié)構(gòu)形式有變隙式、變面積式和螺線管式等，在非電量測量中，應(yīng)用最多的 是螺線管式差動變壓器。特點：(1 )變氣隙式：靈敏度較高，但隨氣隙的增大而減小，非線性誤差大，為了減小非線 性誤差，量程必須限制在較小的范圍內(nèi)工作，一般為氣隙的1/5 一下，用于測量幾um幾百的位移。這種傳感器制作困難。(2) 變面積式：靈敏度小于變氣隙式，但為常數(shù)，所以線性

9、好、量程大，使用較廣泛。(3) 螺線管式：靈敏度低，但量程大它可以測量1100mm 機(jī)械位移，并具有測量 精度高、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、便于制作等優(yōu)點，使用廣泛。4- 10 何為渦流效應(yīng)？怎用利用渦流效應(yīng)進(jìn)行位移測量？根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律， 塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運 動時，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈旋渦狀的感應(yīng)電流，此電流叫電渦流，以上現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。禾U用渦流效應(yīng)測量位移時，可使被測物體的電阻率P、磁導(dǎo)率、線圈與被測物的尺寸 因子r、線圈中激磁電流的頻率 f保持不變，只改變線圈與導(dǎo)體間的距離，這樣測出的傳感 器線圈的阻抗變化，可以反應(yīng)被測物位移的變化。4-11.電渦流的形

10、成范圍包括哪些內(nèi)容？他們的主要特點是什么？線圈-導(dǎo)體系統(tǒng)產(chǎn)生的電渦流密度既是線圈與導(dǎo)體間距離x的函數(shù)，又是沿線圈半徑方向r的參數(shù)。當(dāng)x一定時，電渦流密度 J與半徑r的關(guān)系如下：(1) 電渦流徑向形成范圍大約在傳感器線圈外半徑的1.82.5倍范圍內(nèi)，且分布不均 勻。(2) 電渦流密度在r=0處為零。(3) 電渦流密度最大值在 r=傳感器線圈外半徑附近的一個狹窄區(qū)域內(nèi)。5用電感式傳感器設(shè)計應(yīng)用電渦流探傷在非破壞性探測領(lǐng)域內(nèi)，電渦流傳感器已被用作有效的探傷技術(shù)。例如，用來測試金屬材料的表面裂紋、熱處理裂痕，砂眼、氣泡以及焊接部分的探傷等。探傷時，傳感器與被測 物體間距要保持不變，當(dāng)有裂紋出現(xiàn)時，傳感

11、器阻抗發(fā)生變化，導(dǎo)致測量電路的輸出電壓改變，達(dá)到探傷的目的。電渦流傳感器還可以探測地下或墻里埋沒的管道或金屬體，包括帶金屬零件的地雷。第五章5- 1.根據(jù)工作原理可以將電容式傳感器分為哪幾類？每種類型各有什么特點？各適用于什么場合？電容式傳感器可分為三種：變極距型、變面積型和變介電常數(shù)型。變極距型電容式傳感器：輸出特性不是線性關(guān)系，在微位移測量中應(yīng)用最廣。變面積型電容式傳感器：電容量與水平位移是線性關(guān)系，適合測量線位移和角位移。變介電常數(shù)型電容式傳感器：利用不同介質(zhì)的介電常數(shù)不同， 通過改變介質(zhì)的介電常數(shù) 實現(xiàn)對被測量的檢測， 并通過電容式傳感器的電容量變化反映， 適合介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生改 變

12、的場合。5- 9.簡述差動式電容測厚傳感器系統(tǒng)的工作原理。在被測帶材的上下兩側(cè)各置一塊面積相等，與帶材距離相等的極板， 這樣極板和帶材就構(gòu)成了兩個電容器 C1、C2。把兩塊極板用導(dǎo)線連接起來成為一個極，而帶材就是電容的另 一個極，其總電容為 C1+C2，如果帶材厚度發(fā)生變化，將引起電容量的變化，用交流電橋 將電容的變化測出來，經(jīng)過放大即可由電表指示測量結(jié)果。第六章6- 1.什么叫正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)？什么叫縱向壓電效應(yīng)和橫向壓電效應(yīng)？某些電介質(zhì)，當(dāng) 一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的 兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱為

13、壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時，電荷的極性也隨之改變。又是人們把這種機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的現(xiàn)象，稱為正壓電效應(yīng)”。相反，當(dāng)在電介質(zhì)極化方向施加電場時，這些電介質(zhì)也 會產(chǎn)生幾何變形，這種現(xiàn)象稱為“逆壓電效應(yīng)”。通常把沿電軸x方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”，而把沿機(jī)械軸y方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”。6- 3.簡述壓電陶瓷的結(jié)構(gòu)及其特性。壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料。材料內(nèi)部的晶粒有許多自發(fā)極化的電疇，它有一定的極化方向，從而存在磁場。在無外電場作用時，電疇在晶體中雜亂分布，它們各自的 極化效應(yīng)被相互抵消， 壓電陶瓷內(nèi)極化強(qiáng)度為零。因此原始的壓電陶瓷

14、呈電中性，不具有壓電性質(zhì)。在陶瓷上施加外電場時，電疇的極化方向發(fā)生轉(zhuǎn)動，趨向于按外電場方向的排列，從而使材料得到極化。外電場愈強(qiáng)，就有更多的電疇更完全的轉(zhuǎn)向外電場方向。讓外電場強(qiáng)度大到使材料的極化達(dá)到飽和的程度，即所有的電疇極化方向都整齊地與外電場方向一致時，當(dāng)外電場去掉后，電疇的極化方向基本不變化，即剩余極化強(qiáng)度很大，這時的材料才具有壓電特性。3利用壓電式傳感器設(shè)計一個應(yīng)用系統(tǒng)超載報警系統(tǒng)經(jīng)常有大型車輛超載造成路面或者橋面損壞，可利用壓電式測力傳感器設(shè)計一種超載報警系統(tǒng)，可檢測出車輛的實際載重量，當(dāng)超過額定限度，即發(fā)出警報。第七章7- 4.什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電勢與哪些因素有關(guān)？霍爾效應(yīng)：置

15、于磁場中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)其電流方向與磁場方向不一致時，載流導(dǎo)體上垂直于電流和磁場方向上的兩個面之間產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)?；魻柶骷ぷ鳟a(chǎn)生的霍爾電勢為 5=RH|B/d=K hIB。由表達(dá)式可知，霍爾電勢 Uh正比于激勵 電流I及磁感應(yīng)強(qiáng)度B，其靈敏度 心與霍爾系數(shù)Rh成正比，而與霍爾片厚度 d成反比。7- 5.影響霍爾元件輸出零點的因素有哪些？怎樣補償?影響霍爾元件輸出零點的因素包括：不等位電勢、寄生直流電勢等，其中不等位電勢是最主要的零位誤差。補償措施：制造工藝上采取措施，減少誤差；選材更精細(xì)；采用補償電路。7- 6.溫度變化對霍爾元件輸出電勢有什么影響？怎樣補償?霍爾元件的靈敏

16、系數(shù) Kh是溫度的函數(shù)，關(guān)系式為：Kh=Kho(1+ aZT)，大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)a是正值，因此，它們的霍爾電勢也將隨溫度升高而增加T倍。補償溫度變化對霍爾電勢的影響，通常采用一種恒流源補償電路?；舅枷胧牵涸跍囟仍黾拥耐瑫r，讓激勵電流Io相應(yīng)地減小，并能保持 Kh*|o乘積不變，也就可以相對抵消溫度對靈 敏系數(shù)Kh增加的影響，從而抵消對霍爾電勢的影響。第八章8- 1.光電效應(yīng)有哪幾種？相對應(yīng)的光電器件有哪些？光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類。內(nèi)光電效應(yīng)又可分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。光電器件：(1 )基于外光電效應(yīng)的光電元件有光電管、光電倍增管、光電攝像管等。(2) 基于光電

17、導(dǎo)效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。(3) 基于光生伏特效應(yīng)的光電器件有光電池、光敏二極管、三極管。8- 2.試述光敏電阻、光敏二極管、光敏晶體管和光電池的工作原理，在實際應(yīng)用時各有什么特點?光敏電阻的工作原理：基于光電導(dǎo)效應(yīng)，其阻值隨光照增強(qiáng)而減小。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓， 也可以加交流電壓。無光照時，光敏電阻值（暗 電阻）很大，電路中電流（暗電流）很小。當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，它的阻 值（亮電阻）急劇減小，電路中電流迅速增大。 一般希望暗電阻越大越好， 亮電阻越小越好， 此時光敏電阻的靈敏度高。 實際光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐量級，亮電阻值在幾千歐

18、以下。光敏二極管的工作原理： 在無光照時，處于反偏的光敏二極管工作在截止?fàn)顟B(tài)，其反向電阻很大，反向電流很小，這種反向電流稱為暗電流。當(dāng)有光照射到光敏二極管的PN結(jié)時，PN結(jié)附近受光子轟擊，吸收其能量而產(chǎn)生電子-空穴對，它們在反向電壓和內(nèi)電場的作用下，漂移越過PN結(jié)，形成比無光照時大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流，此時，光敏 二極管的反向電阻下降。若入射光的強(qiáng)度增強(qiáng)，產(chǎn)生的電子-空穴對數(shù)量也隨之增加，光電流也響應(yīng)增大，即光電流與光照度成正比。如果外電路接上負(fù)載，便可獲得隨光照強(qiáng)弱變化 的信號。光敏二極管的光電流 I與照度之間呈線性關(guān)系。光敏二極管的光照特性是線性的， 所以適合檢測等方面的應(yīng)

19、用。光敏晶體管的工作原理：大多數(shù)光敏晶體管的基極無引出線，當(dāng)集電極加上相對于發(fā)射極為正的電壓而不接基極時， 集電結(jié)就是反向偏壓。 當(dāng)光照射在集電結(jié)時， 就會在結(jié)附近產(chǎn)生電 子一空穴對，光生電子被拉到集電極，基區(qū)留下空穴，使基極與發(fā)射極間的電壓升高，這樣便會有大量的電子流向集電極，形成輸出電流，且集電極電流為光電流的B倍，所以光敏晶 體管有放大作用。光電池的工作原理：硅光電池是在一塊N型硅片上用擴(kuò)散的辦法摻入一些P型雜質(zhì)（如硼）形成PN結(jié)。當(dāng)光照到PN結(jié)區(qū)時，如果光子能量足夠大，將在結(jié)區(qū)附近激發(fā)出電子-空穴對，在N區(qū)聚積負(fù)電荷，P區(qū)聚積正電荷，這樣 N區(qū)和P區(qū)之間出現(xiàn)電位差。若將 PN結(jié)兩端用導(dǎo)

20、線連 起來，電路中有電流流過，電流的方向由P區(qū)流經(jīng)外電路至N區(qū)。若將外電路斷開，就可測出光生電動勢。8- 6.光在光纖中是怎樣傳輸?shù)?？對光纖及入射光的入射角有什么要求？光在同一種介質(zhì)中是直線傳播的，當(dāng)光線以不同的角度入射到光纖端面時，在端面發(fā)生折射進(jìn)入光纖后，又入射到折射率較大的光密介質(zhì)（纖芯）與折射率較小的光疏介質(zhì)（包層）的 交界面，光線在該處有一部分投射到光疏介質(zhì)，一部分反射回光密介質(zhì)。對光纖的要求是包層和纖芯的折射率不同，且纖芯的折射率大于包層的折射率。對入射角的要求是入射角小于臨界角。8-7.試用光電開關(guān)設(shè)計一個應(yīng)用系統(tǒng)。利用光電開關(guān)可以制作感應(yīng)門。將發(fā)射器裝在門的上方，接收器裝在門前

21、方的地上，當(dāng)有人經(jīng)過門前時，人會遮擋光束，此時接收器便可感知有物體經(jīng)過，再利用別的裝置打開門，達(dá) 到自動感應(yīng)門的效果。第九章9- 1.簡述氣敏元件的工作原理半導(dǎo)體氣敏傳感器的敏感部分是金屬氧化物半導(dǎo)體微結(jié)晶粒子燒結(jié)體，當(dāng)它的表面吸附被測氣體時，半導(dǎo)體微結(jié)晶粒子接觸表面的導(dǎo)電電子比例就會發(fā)生變化，從而使氣敏元件的電阻值隨被測氣體的濃度而改變。這種反應(yīng)是可逆的，因而可重復(fù)使用。當(dāng)氧化型氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，還原型氣體吸附到P型半導(dǎo)體上時，將使半導(dǎo)體載流子減少，而使半導(dǎo)體電阻值增大。當(dāng)還原型氣體吸附到 N型半導(dǎo)體上，氧化型氣體吸附到 P型半導(dǎo)體上時， 則半導(dǎo)體載流子增多，使半導(dǎo)體電阻值下降。9-

22、2.為什么多數(shù)氣敏元件都附有加熱器油霧燒掉，同時加速氣體的吸附。 這加熱器的作用是將附著在敏感元件表面上的塵埃、 樣可以提高器件的靈敏度和響應(yīng)速度。9- 3 .什么叫濕敏電阻？濕敏電阻有哪些類型？各有什么特點？濕敏電阻：利用濕敏材料吸收空氣中的水分而導(dǎo)致本身電阻值發(fā)生變化這一原理而制成的電 阻叫濕敏電阻。類型：半導(dǎo)體陶瓷濕敏元件；氯化鋰濕敏電阻；有機(jī)高分子膜濕敏電阻。特點：（1）半導(dǎo)體陶瓷濕敏元件：電導(dǎo)率隨濕度呈明顯變化。如四氧化三鐵、氧化鈦、氧化鉀 氧化鐵、鉻酸鎂-氧化鈦及氧化鋅-氧化鋰-氧化釩等系統(tǒng)的陶瓷濕敏元件。它們的電導(dǎo)率對 水特別敏感，適宜用作濕度的測量和控制。（2）氯化鋰濕敏電阻：

23、氯化鋰濕度傳感器具有穩(wěn)定性、耐溫性和使用壽命長多項重要的優(yōu) 點。其主要特性：1）可在120度高溫環(huán)境中穩(wěn)定工作；2） 線性測濕量程較窄大約在 20%RH左右，在該測量范圍內(nèi)，其線性誤差小2%RH=（3）有機(jī)高分子膜濕敏電阻：當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使 其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。第十章10- 1.超聲波在介質(zhì)中傳播具有哪些特性？（1 ）超聲波的波形：由于聲源在介質(zhì)中施力方向與波在介質(zhì)中傳播方向不同，聲波的波形 有縱波、橫波和表面波。振蕩源在介質(zhì)中可產(chǎn)生兩種形式的振蕩，即橫向振蕩和縱向振蕩。橫向振蕩只能在固體中產(chǎn)生，而縱向振蕩可在固體、液體和氣體中

24、產(chǎn)生。（2）超聲波的折射與反射：在通過兩種不同的介質(zhì)時，產(chǎn)生折射和反射現(xiàn)象。（3 ）超聲波的衰減：在通過同種介質(zhì)時，隨著傳播距離的增加，其強(qiáng)度因介質(zhì)吸收能量而減弱。10- 2.圖10-3中，超聲波探頭的吸收塊作用是什么?降低晶片的機(jī)械品質(zhì)，吸收聲能量。如果沒有吸收塊，當(dāng)激勵的電脈沖信號停止時，晶片將會繼續(xù)振蕩，加長超聲波的脈沖寬度，使分辨率變差。10- 3.超聲波物位測量有幾種方式？各有什么特點？(1)超聲波發(fā)射和接收探頭設(shè)置在液體介質(zhì)中：超聲波在液體介質(zhì)中傳播，由于超聲波在 液體中衰減比較小，所以即使發(fā)射的超聲波脈沖幅度較小也可以傳播。(2 )超聲波發(fā)射和接收探頭安裝在液面的上方：超聲波在空

25、氣中傳播，這種方式便于安裝 和維修，但超聲波在空氣中的衰減比較厲害。10-5.已知超聲波探頭垂直安裝在被測介質(zhì)底部，超聲波在被猜測介質(zhì)中的傳播速度為1460m/s，測得時間間隔為28 g,試求物位高度？H=C* T/2=1460m/s *28陰 /2=2.044*10A-5m物位高度為20.44mm11- 1.簡述微波傳感器的測量機(jī)理。由發(fā)射天線發(fā)出微波。當(dāng)遇到被測物體時微波將被吸收或反射，這時波功率發(fā) 生變化。若利用接收天線，接收到通過被測物體或由被測物體反射回來的微波，并 將它轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過信號調(diào)理電路，即可以顯示出被測量，實現(xiàn)了微波檢測11- 2微波傳感器有哪些特點？微波傳感器如何

26、分類？特點：(1) 有極寬的頻譜(波長=1.0mm1.0m );(2) 在煙霧、粉塵、水汽、化學(xué)氣氛以及高、低溫環(huán)境中對檢測信號的傳播影響極 小，因此可以在惡劣環(huán)境下工作；(3) 介質(zhì)對微波的吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例，水對微波的吸收作最強(qiáng)；(4) 時間常數(shù)小，反應(yīng)速度快，可以進(jìn)行動態(tài)檢測與實時處理，便于自動控制；(5) 測量信號本身就是電信號，無須進(jìn)行非電量的轉(zhuǎn)換，從而簡化了傳感器與微處 理器間的接口，便于實現(xiàn)遙測和遙控；(6) 微波無顯著輻射公害。分類：根據(jù)微波傳感器的原理可以分為(1) 反射式反射式微波傳感器是通過檢測被測物體反射回來的微波功率進(jìn)過的時間間隔來 測量被測量的。通常它可以測

27、量物體的位置、位移、厚度等參數(shù)。(2) 遮斷式遮斷式微波傳感器是通過檢測接收天線收到的微波功率大小來判斷發(fā)射天線與 接收天線之間有無被測物體或被測物體的厚度，含水量等參數(shù)的。11- 4微波無損檢測是如何進(jìn)行測量的微波無損檢測是綜合利用微波與物質(zhì)的相互作用。一方面微波在不連續(xù)的界面 會產(chǎn)生反射，散射，透射；另一方面微波還能與被檢材料產(chǎn)生相互作用，此時的微 波場會受到材料中的電磁參數(shù)和幾何參數(shù)的影響。通過測量微波信號基本參數(shù)的改 變即可達(dá)到檢測材料內(nèi)部缺陷的目的。第十二章12- 1 :紅外探測器類型及工作原理類型：（1）器件的某些性能參數(shù)隨入射的輻射通量作用引起的溫度變化的熱探測器。（2）利用各種

28、光子效應(yīng)的光子探測器。工作原理：（1）熱探測器的工作原理：熱探測器吸收紅外輻射后，溫度升高，可以使探測材料產(chǎn)生溫差電動勢、電阻率變 化，自發(fā)極化強(qiáng)度變化，或者氣體體積與壓強(qiáng)變化等，測量這些物理性能的變化就 可以測定被吸收的紅外輻射能量或功率。（2）光子探測器的工作原理：光子探測器是利用光輻射與物質(zhì)相互作用的光子效應(yīng)制成的器件。光子探測器利用 入射光輻射的光子流與探測器材料中的電子的相互作用，改變電子的能量狀態(tài)，從 而引起各種電學(xué)現(xiàn)象。12- 2 :什么是放射性同位素？輻射強(qiáng)度與什么因素有關(guān)？如果兩個原子質(zhì)子數(shù)目相同，但中子數(shù)目不同，則他們?nèi)杂邢嗤脑有颍?周期表是同一位置的元素，所以兩者就

29、叫同位素。有放射性的同位素稱為“放射性同 位素”沒有放射性并且半衰期大于1050年的則稱為“穩(wěn)定同位素”。輻射強(qiáng)度：（1）跟輻射源的發(fā)射強(qiáng)度有關(guān)。（2）跟輻射源與被輻射點的距離有關(guān)。（3）跟輻射源與被輻射點之間的阻隔物種類有關(guān)。第十三章13- 1.數(shù)字式傳感器有什么特點？可分為哪幾種類型？特點：數(shù)字式傳感器（Digital Sensor）能夠直接將非電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，這樣就不需要A/D轉(zhuǎn)換，直接用數(shù)字顯示。數(shù)字式傳感器與模擬式傳感器相比有以下優(yōu)點：測量精度和分辨率高，穩(wěn)定性好， 抗干擾能力強(qiáng)，便于與微機(jī)接口，適宜遠(yuǎn)距離傳輸?shù)?。類型：碼盤式傳感器、光柵式傳感器、磁柵式傳感器、感應(yīng)同步式傳感器、頻

30、率輸出式傳 感器。13- 2.光柵傳感器的組成及工作原理是什么？光柵傳感器由光源，透鏡，光柵副和光電接收元件等組成 工作原理：光柵傳感器是根據(jù)光柵的莫爾條紋原理進(jìn)行工作的一種傳感器，莫爾條紋原理 是指將兩塊光柵疊合在一起，并且使它們的刻線成角度B,由于光柵的刻線相交處形 成亮帶，而在一塊光柵的刻線與另一塊光柵的縫隙相交處形成暗帶，在與光柵刻線 垂直的方向，將出現(xiàn)明暗相間的條紋，這些條紋就成為莫爾條紋。莫爾條紋的寬度 由光柵常數(shù)與光柵的夾角決定對于給定的光柵常數(shù)的兩光柵，夾角愈小，條紋寬度愈大，即條紋愈稀所以通過調(diào)整夾角，可使條紋寬度為任何所需要的值。當(dāng)兩疊合的光 柵沿垂直于柵線方向相對運動時，

31、莫爾條紋就沿夾角口平分線的方向移動。兩光柵 相對移過一個光柵常數(shù)，莫爾條紋移過一個條紋間距，通過測量條紋間距移動的距離 可得到光柵移動的位移。13-5.碼盤式轉(zhuǎn)角-數(shù)字傳感器的工作原理是什么？其基本組成部分有哪些？1）接觸式編碼器 由碼盤和電刷組成。接觸式碼盤工作原理：以一個四位 8421碼制的編碼器的碼盤為例。用四個同心圓 碼道和四個電刷構(gòu)成；每個碼道分成若干個導(dǎo)電和不導(dǎo)電的區(qū)域，將所有導(dǎo)電區(qū)連 接到高電位（1）;絕緣區(qū)連到低電平（0）。四個電刷沿某一徑向安裝，四位二進(jìn) 制碼盤上有四圈碼道，每個碼道有一個電刷，電刷經(jīng)電阻接地。當(dāng)碼盤轉(zhuǎn)動到某一 角度后，電刷就輸出一個數(shù)碼；碼盤轉(zhuǎn)動一周，電刷就

32、輸出16種不同的四位二進(jìn)制 數(shù)碼。后續(xù)電路通過判別輸出數(shù)據(jù)就可以知道轉(zhuǎn)到什么角度了。2）光電式編碼器主要由安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的編碼圓盤（碼盤）、窄縫以及安裝在圓盤兩邊的光源和光 敏元件等組成。碼盤由光學(xué)玻璃制成，其上刻有許多同心碼道，每位碼道上都有按 一定規(guī)律排列的透光和不透光部分，即亮區(qū)和暗區(qū)。光電式編碼器工作原理：當(dāng)光源將光投射在碼盤上時，轉(zhuǎn)動碼盤，通過亮區(qū)的光線 經(jīng)窄縫后，由光敏元件接收。光敏元件的排列與碼道一一對應(yīng)，對應(yīng)于亮區(qū)和暗區(qū) 的光敏元件輸出的信號，前者為“ 1”，后者為“”。當(dāng)碼盤旋至不同位置時，光敏元 件輸出信號的組合，反映出按一定規(guī)律編碼的數(shù)字量，代表了碼盤軸的角位移大小。3）

33、電磁式編碼器主要由磁鼓與磁阻探頭組成。電磁式編碼器工作原理：電磁式編碼器的碼盤上按照一定的編碼圖形，做成磁化區(qū) （導(dǎo)磁率高）和非磁化區(qū)（導(dǎo)磁率低），采用小型磁環(huán)或微型馬蹄形磁芯作磁頭， 磁環(huán)或磁頭緊靠碼盤，但又不與碼盤表面接觸。每個磁頭上繞兩組繞組，原邊繞組 用恒幅恒頻的正弦信號激勵，副邊繞組用作輸出信號，副邊繞組感應(yīng)碼盤上的磁化信號轉(zhuǎn)化為電信號，其感應(yīng)電勢與兩繞組匝數(shù)比和整個磁路的磁導(dǎo)率有關(guān)。當(dāng)磁頭 對準(zhǔn)磁化區(qū)時，磁路飽和，輸出電壓很低，如磁頭對準(zhǔn)非磁化區(qū)，它就類似于變壓 器，輸出電壓會很高，因此可以區(qū)分狀態(tài)1和0。幾個磁頭同時輸出，就形成了數(shù)碼。第十四章14- 1 什么是智能傳感器？它包含哪幾種主要形式？應(yīng)從哪些方面研究開發(fā)智能傳感器？智能式傳感器：一種帶有微處理器的，兼有信息檢測、信號處理、信息記憶、邏輯思維與判 斷功能的傳感器。智能傳感器主要形式：一是采用微處理機(jī)或微型計