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(bǔ)償方法。33.試用應(yīng)變片傳感器實(shí)現(xiàn)一種應(yīng)用。3第四章34-1.說(shuō)明差動(dòng)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(dòng)變壓器式傳感器有哪幾種結(jié)構(gòu)形式？各有什么特點(diǎn)？44-10.何為渦流效應(yīng)？怎用利用渦流效應(yīng)進(jìn)行位移測(cè)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(diǎn)是什么？45.用電感式傳感器設(shè)計(jì)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(diǎn)？各適用于什么場(chǎng)合？55-

2、9.簡(jiǎn)述差動(dòng)式電容測(cè)厚傳感器系統(tǒng)的工作原理。5第六章56-1.什么叫正壓電效應(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(jiǎn)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(jì)一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)6第七章67-4.什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電勢(shì)與哪些因素有關(guān)？67-6.溫度變化對(duì)霍爾元件輸出電勢(shì)有什么影響？怎樣補(bǔ)償？6第八章68-1.光電效應(yīng)有哪幾種？相對(duì)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(shí)際應(yīng)用時(shí)各有什么特點(diǎn)？78-6.光在光纖中是怎樣傳輸?shù)?？?duì)光纖及入射光的入射角有什么要求？78-7.試用光電開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)。7第九章89-1.簡(jiǎn)述

3、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(diǎn)？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(cè)量有幾種方式?各有什么特點(diǎn)？910-5.已知超聲波探頭垂直安裝在被測(cè)介質(zhì)底部，超聲波在被猜測(cè)介質(zhì)中的傳播速度為1460m/s，測(cè)得時(shí)間間隔為28s，試求物位高度？9第十一章911-1.簡(jiǎn)述微波傳感器的測(cè)量機(jī)理。911-2 微波傳感器有哪些特點(diǎn)？微波傳感器如何分類？911-4 微波無(wú)損檢測(cè)是如何進(jìn)行測(cè)量的10第十二章1012-1：

4、紅外探測(cè)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(diǎn)？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(pán)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(kāi)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(diǎn)？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131.什么是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

5、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(shí)，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(shí)，將伸長(zhǎng)l，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，從而引起電阻變化R。半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。用應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變或應(yīng)力時(shí)，根據(jù)上述特點(diǎn)，在外力作用下，被測(cè)對(duì)象產(chǎn)生應(yīng)變（或應(yīng)力）時(shí)，應(yīng)變片隨之發(fā)生相同的變

6、化，同時(shí)應(yīng)變片電阻值也發(fā)生相應(yīng)變化。當(dāng)測(cè)得的應(yīng)變片電阻值變化量為R是，便可測(cè)到被測(cè)對(duì)象的應(yīng)變值，根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系，得到應(yīng)力值為=E*，由此可知，應(yīng)力值正比于應(yīng)變，而試件應(yīng)變正比于電阻值的變化。所以應(yīng)力正比于電阻值的變化，這就是利用應(yīng)變片測(cè)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(bǔ)償方法。由于測(cè)量環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度的改變而給測(cè)量帶來(lái)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(gè)方面：（1）電阻溫度系數(shù)的影響（2）試件材料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(bǔ)償方法：（1）線路補(bǔ)償法（2）應(yīng)變片的自補(bǔ)償法3.試用應(yīng)變片傳感器實(shí)現(xiàn)一種應(yīng)

7、用。 自動(dòng)門(mén) 當(dāng)遠(yuǎn)處有人接觸到傳感器，傳感器檢測(cè)到應(yīng)力變化，從而產(chǎn)生電阻值變化。這樣可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)門(mén)。這可以應(yīng)用到一般酒店或?qū)懽謽?、商?wù)大廈等地方，以方便人群。第四章4-1.說(shuō)明差動(dòng)變隙式電感傳感器的主要組成、工作原理和基本特征。差動(dòng)變隙式電感傳感器是利用線圈自感量的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)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(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連。當(dāng)被測(cè)量變化時(shí)，使銜鐵產(chǎn)生位移，引起磁路中磁阻變化，從而導(dǎo)致電感線圈的電感量變化，因此只要能測(cè)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(dòng)變隙式電感傳感器基本特征：（1）靈敏

8、度是單邊式的兩倍。（2）線性度得到明顯改善。4 -3.差動(dòng)變壓器式傳感器有哪幾種結(jié)構(gòu)形式？各有什么特點(diǎn)？差動(dòng)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(cè)量中，應(yīng)用最多的是螺線管式差動(dòng)變壓器。特點(diǎn)：（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(cè)量幾幾百的位移。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(cè)量1100mm 機(jī)械位移，并具有測(cè)量精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、便于制作等優(yōu)點(diǎn)，使用廣泛

9、。4-10.何為渦流效應(yīng)？怎用利用渦流效應(yīng)進(jìn)行位移測(cè)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(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，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)。利用渦流效應(yīng)測(cè)量位移時(shí)，可使被測(cè)物體的電阻率、磁導(dǎo)率、線圈與被測(cè)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(cè)出的傳感器線圈的阻抗變化，可以反應(yīng)被測(cè)物位移的變化。4-11.電渦流的形成范圍包括哪些內(nèi)容？他們的主要特點(diǎn)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(shí)，電渦流密度J與半徑r的關(guān)系如下：

10、（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(gè)狹窄區(qū)域內(nèi)。5.用電感式傳感器設(shè)計(jì)應(yīng)用電渦流探傷在非破壞性探測(cè)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(lái)測(cè)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(shí)，傳感器與被測(cè)物體間距要保持不變，當(dāng)有裂紋出現(xiàn)時(shí)，傳感器阻抗發(fā)生變化，導(dǎo)致測(cè)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(cè)地下或墻里埋沒(méi)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

11、類？每種類型各有什么特點(diǎn)？各適用于什么場(chǎng)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(cè)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(cè)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(guò)改變介質(zhì)的介電常數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量的檢測(cè)，并通過(guò)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)生改變的場(chǎng)合。5-9.簡(jiǎn)述差動(dòng)式電容測(cè)厚傳感器系統(tǒng)的工作原理。在被測(cè)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(gè)電容器C1、C2。把兩塊極板用導(dǎo)線連接起來(lái)成為一個(gè)極，而

12、帶材就是電容的另一個(gè)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?qū)㈦娙莸淖兓瘻y(cè)出來(lái)，經(jīng)過(guò)放大即可由電表指示測(cè)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(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)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)象稱為壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，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(chǎng)時(shí)，這些電介質(zhì)也會(huì)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

13、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(jiǎn)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(chǎng)。在無(wú)外電場(chǎng)作用時(shí)，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呈電中性，不具有壓電性質(zhì)。在陶瓷上施加外電場(chǎng)時(shí)，電疇的極化方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，趨向于按外電場(chǎng)方向的排列，從而使材料得到極化。外電場(chǎng)愈強(qiáng)，就有更多的電疇更完全的轉(zhuǎn)向外電場(chǎng)方向。讓外電場(chǎng)強(qiáng)度大到使材料的極化達(dá)到飽和的程度，即所有的

14、電疇極化方向都整齊地與外電場(chǎng)方向一致時(shí)，當(dāng)外電場(chǎng)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(shí)的材料才具有壓電特性。3.利用壓電式傳感器設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)超載報(bào)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(cè)力傳感器設(shè)計(jì)一種超載報(bào)警系統(tǒng)，可檢測(cè)出車輛的實(shí)際載重量，當(dāng)超過(guò)額定限度，即發(fā)出警報(bào)。第七章7-4.什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電勢(shì)與哪些因素有關(guān)？霍爾效應(yīng)：置于磁場(chǎng)中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)其電流方向與磁場(chǎng)方向不一致時(shí)，載流導(dǎo)體上垂直于電流和磁場(chǎng)方向上的兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)?；魻柶骷ぷ鳟a(chǎn)生的霍爾電勢(shì)為UH=RHIB/d=KHIB。由表達(dá)式可知，霍爾電勢(shì)UH正比

15、于激勵(lì)電流I及磁感應(yīng)強(qiáng)度B，其靈敏度KH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(diǎn)的因素有哪些？怎樣補(bǔ)償？影響霍爾元件輸出零點(diǎn)的因素包括：不等位電勢(shì)、寄生直流電勢(shì)等，其中不等位電勢(shì)是最主要的零位誤差。補(bǔ)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(bǔ)償電路。7-6.溫度變化對(duì)霍爾元件輸出電勢(shì)有什么影響？怎樣補(bǔ)償？霍爾元件的靈敏系數(shù)KH是溫度的函數(shù)，關(guān)系式為：KH=KH0(1+T)，大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)是正值，因此，它們的霍爾電勢(shì)也將隨溫度升高而增加T倍。補(bǔ)償溫度變化對(duì)霍爾電勢(shì)的影響，通常采用一種恒流源補(bǔ)償電路。基本思想是：在溫度增加的同時(shí)，讓激勵(lì)電流

16、I0相應(yīng)地減小，并能保持KH*I0乘積不變，也就可以相對(duì)抵消溫度對(duì)靈敏系數(shù)KH增加的影響，從而抵消對(duì)霍爾電勢(shì)的影響。第八章8-1.光電效應(yīng)有哪幾種？相對(duì)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(shí)際應(yīng)用時(shí)各有什么特點(diǎn)？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(méi)有

17、極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可加直流電壓，也可以加交流電壓。無(wú)光照時(shí)，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(zhǎng)范圍的光照時(shí)，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(shí)光敏電阻的靈敏度高。實(shí)際光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐量級(jí)，亮電阻值在幾千歐以下。光敏二極管的工作原理：在無(wú)光照時(shí)，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(shí)，PN結(jié)附近受光子轟擊，吸收其能量而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，它們?cè)诜聪螂妷汉蛢?nèi)電場(chǎng)的作用下，漂移越過(guò)PN結(jié)，形成比

18、無(wú)光照時(shí)大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流，此時(shí)，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(duì)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(hào)。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(cè)等方面的應(yīng)用。光敏晶體管的工作原理：大多數(shù)光敏晶體管的基極無(wú)引出線，當(dāng)集電極加上相對(duì)于發(fā)射極為正的電壓而不接基極時(shí)，集電結(jié)就是反向偏壓。當(dāng)光照射在集電結(jié)時(shí)，就會(huì)在結(jié)附近產(chǎn)生電子空穴對(duì)，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(huì)有大量的電子流向集電極，形成輸出電

19、流，且集電極電流為光電流的倍，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(shí)，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(duì)，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)線連起來(lái)，電路中有電流流過(guò)，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(kāi)，就可測(cè)出光生電動(dòng)勢(shì)。8-6.光在光纖中是怎樣傳輸?shù)?？?duì)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(shí)，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

20、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(duì)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(duì)入射角的要求是入射角小于臨界角。8-7.試用光電開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)。利用光電開(kāi)關(guān)可以制作感應(yīng)門(mén)。將發(fā)射器裝在門(mén)的上方，接收器裝在門(mén)前方的地上，當(dāng)有人經(jīng)過(guò)門(mén)前時(shí)，人會(huì)遮擋光束，此時(shí)接收器便可感知有物體經(jīng)過(guò)，再利用別的裝置打開(kāi)門(mén)，達(dá)到自動(dòng)感應(yīng)門(mén)的效果。第九章9-1.簡(jiǎn)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(cè)氣體時(shí)，半導(dǎo)體微結(jié)晶粒子接觸表面的導(dǎo)電電子比例就會(huì)發(fā)生變化，從而使氣敏元

21、件的電阻值隨被測(cè)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(shí)，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(shí)，則半導(dǎo)體載流子增多， 使半導(dǎo)體電阻值下降。9-2.為什么多數(shù)氣敏元件都附有加熱器加熱器的作用是將附著在敏感元件表面上的塵埃、油霧燒掉，同時(shí)加速氣體的吸附。這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(diǎn)？濕敏電阻：利用濕敏

22、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(diǎn)：（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(duì)水特別敏感，適宜用作濕度的測(cè)量和控制。（2）氯化鋰濕敏電阻：氯化鋰濕度傳感器具有穩(wěn)定性、耐溫性和使用壽命長(zhǎng)多項(xiàng)重要的優(yōu)點(diǎn)。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(cè)濕量程較窄大約在20%RH左右，在該測(cè)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

23、改變時(shí)，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(duì)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、液體和氣體中產(chǎn)生。（2）超聲波的折射與反射：在通過(guò)兩種不同的介質(zhì)時(shí),產(chǎn)生折射和反射現(xiàn)象。（3）超聲波的衰減：在通過(guò)同種介質(zhì)時(shí),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

24、。如果沒(méi)有吸收塊，當(dāng)激勵(lì)的電脈沖信號(hào)停止時(shí)，晶片將會(huì)繼續(xù)振蕩，加長(zhǎng)超聲波的脈沖寬度，使分辨率變差。10-3.超聲波物位測(cè)量有幾種方式?各有什么特點(diǎn)？（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(cè)介質(zhì)底部，超聲波在被猜測(cè)介質(zhì)中的傳播速度為1460m/s，測(cè)得時(shí)間間隔為28s，試求物位高度？H=C*T/2=1460m/s *28s /2=2.044

25、*10-5m物位高度為20.44mm第十一章11-1.簡(jiǎn)述微波傳感器的測(cè)量機(jī)理。 由發(fā)射天線發(fā)出微波。當(dāng)遇到被測(cè)物體時(shí)微波將被吸收或反射，這時(shí)波功率發(fā)生變化。若利用接收天線，接收到通過(guò)被測(cè)物體或由被測(cè)物體反射回來(lái)的微波，并將它轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路，即可以顯示出被測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了微波檢測(cè)。11-2 微波傳感器有哪些特點(diǎn)？微波傳感器如何分類？ 特點(diǎn)： （1）有極寬的頻譜（波長(zhǎng)=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(duì)檢測(cè)信號(hào)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(duì)微波的吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例，水對(duì)

26、微波的吸收作最強(qiáng)；（4）時(shí)間常數(shù)小，反應(yīng)速度快，可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)與實(shí)時(shí)處理，便于自動(dòng)控制；  （5）測(cè)量信號(hào)本身就是電信號(hào)，無(wú)須進(jìn)行非電量的轉(zhuǎn)換，從而簡(jiǎn)化了傳感器與微處理器間的接口，便于實(shí)現(xiàn)遙測(cè)和遙控； （6）微波無(wú)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(guò)檢測(cè)被測(cè)物體反射回來(lái)的微波功率進(jìn)過(guò)的時(shí)間間隔來(lái)測(cè)量被測(cè)量的。通常它可以測(cè)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(guò)檢測(cè)接收天線收到的微波功率大小來(lái)判斷發(fā)射天線與接收天線之間有無(wú)被測(cè)物體或被測(cè)物體的厚度，含水量等參數(shù)的。11-4 

27、;微波無(wú)損檢測(cè)是如何進(jìn)行測(cè)量的微波無(wú)損檢測(cè)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(huì)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(shí)的微波場(chǎng)會(huì)受到材料中的電磁參數(shù)和幾何參數(shù)的影響。通過(guò)測(cè)量微波信號(hào)基本參數(shù)的改變即可達(dá)到檢測(cè)材料內(nèi)部缺陷的目的。第十二章12-1：紅外探測(cè)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(cè)器。（2）利用各種光子效應(yīng)的光子探測(cè)器。工作原理：（1）熱探測(cè)器的工作原理：熱探測(cè)器吸收紅外輻射后，溫度升高，可以使探測(cè)材料產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)、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(cè)量這些物理性

28、能的變化就可以測(cè)定被吸收的紅外輻射能量或功率。（2）光子探測(cè)器的工作原理：光子探測(cè)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(cè)器利用入射光輻射的光子流與探測(cè)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(gè)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?，在周期表是同一位置的元素，所以兩者就叫同位素。有放射性的同位素稱為“放射性同位素”,沒(méi)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(diǎn)的距離有關(guān)。（3）跟輻射源與被輻射點(diǎn)

29、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(diǎn)？可分為哪幾種類型？特點(diǎn)：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(diǎn)：測(cè)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(pán)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

30、起，并且使它們的刻線成角度，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(duì)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(guò)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(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí), 莫爾條紋就沿夾角口平分線的方向移動(dòng)。兩光柵相對(duì)移過(guò)一個(gè)光柵常數(shù),莫爾條紋移過(guò)一個(gè)條紋間距,通過(guò)測(cè)量條紋間距移動(dòng)的距離,可得到光柵移動(dòng)的位移。13-5.碼盤(pán)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

31、式編碼器由碼盤(pán)和電刷組成。接觸式碼盤(pán)工作原理：以一個(gè)四位8421碼制的編碼器的碼盤(pán)為例。用四個(gè)同心圓碼道和四個(gè)電刷構(gòu)成；每個(gè)碼道分成若干個(gè)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(gè)電刷沿某一徑向安裝，四位二進(jìn)制碼盤(pán)上有四圈碼道，每個(gè)碼道有一個(gè)電刷，電刷經(jīng)電阻接地。當(dāng)碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到某一角度后，電刷就輸出一個(gè)數(shù)碼；碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一周，電刷就輸出16種不同的四位二進(jìn)制數(shù)碼。后續(xù)電路通過(guò)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(pán)（碼盤(pán)）、窄縫以及安裝在圓盤(pán)兩邊的光源和光敏元件等組成。碼盤(pán)由光學(xué)玻璃制成，其上刻有許多同心碼道，每位碼道

32、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(pán)上時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)碼盤(pán)，通過(guò)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(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)于亮區(qū)和暗區(qū)的光敏元件輸出的信號(hào)，前者為“1”，后者為“0”。當(dāng)碼盤(pán)旋至不同位置時(shí)，光敏元件輸出信號(hào)的組合，反映出按一定規(guī)律編碼的數(shù)字量，代表了碼盤(pán)軸的角位移大小。3）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(pán)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(pán)，但又不與碼盤(pán)表面接觸。每個(gè)磁頭上繞兩組繞組，原邊繞組用恒幅恒頻的正弦信號(hào)激勵(lì)，副邊繞組用作輸出信號(hào)，副邊繞組感應(yīng)碼盤(pán)上的磁化信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，其感應(yīng)電勢(shì)與兩繞組匝數(shù)比和整個(gè)磁路的磁導(dǎo)率有關(guān)。當(dāng)磁頭對(duì)準(zhǔn)磁化區(qū)時(shí)，磁路飽和，輸出電壓很低，如磁頭對(duì)準(zhǔn)非磁化區(qū)，它就類似于變壓器，輸出電壓會(huì)很高，因此可以區(qū)分狀態(tài)1和0。幾個(gè)磁頭同時(shí)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(kāi)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(cè)、信號(hào)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