《傳感器》習(xí)題答案解析

./第一章思考題與習(xí)題1、什么是傳感器的靜態(tài)特性？它有哪些性能指標(biāo)？答：輸入量為常量或變化很慢情況下,輸出與輸入兩者之間的關(guān)系稱為傳感器的靜態(tài)特性。它的性能指標(biāo)有：線性度、遲滯、重復(fù)性、靈敏度與靈敏度誤差、分辨率與閾值、穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、抗干擾穩(wěn)定性和靜態(tài)誤差〔靜態(tài)測(cè)量不確定性或精度。2、傳感器動(dòng)特性取決于什么因素？答：傳感器動(dòng)特性取決于傳感器的組成環(huán)節(jié)和輸入量,對(duì)于不同的組成環(huán)節(jié)〔接觸環(huán)節(jié)、模擬環(huán)節(jié)、數(shù)字環(huán)節(jié)等和不同形式的輸入量〔正弦、階躍、脈沖等其動(dòng)特性和性能指標(biāo)不同。3、某傳感器給定相對(duì)誤差為2%FS,滿度值輸出為50mV,求可能出現(xiàn)的最大誤差δ〔以mV計(jì)。當(dāng)傳感器使用在滿刻度的1/2和1/8時(shí)計(jì)算可能產(chǎn)生的百分誤差。并由此說明使用傳感器選擇適當(dāng)量程的重要性。已知：,；求：δm=？解：∵；∴若:則:若:則:由此說明,在測(cè)量時(shí)一般被測(cè)量接近量程<一般為量程的2/3以上>,測(cè)得的值誤差小一些。4、有一個(gè)傳感器,其微分方程為,其中y為輸出電壓〔mV,x為輸入溫度〔0C,試求該傳感器的時(shí)間常數(shù)τ和靜態(tài)靈敏度k。已知：；求：τ=？,k=?解：將化為標(biāo)準(zhǔn)方程式為：與一階傳感器的標(biāo)準(zhǔn)方程：比較有：5、已知某二階系統(tǒng)傳感器的自振頻率f0=20kHz,阻尼比ξ=0.1,若要求傳感器的輸出幅值誤差小于3%,試確定該傳感器的工作頻率范圍。已知：f0=20kHz,ξ=0.1。求：時(shí)的工作頻率范圍。解：二階傳感器頻率特性<p14-1—30式>∵∴式中：則有：由〔1式：由〔2式：即：?。簞t有：第二章思考題與習(xí)題1、何為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)？怎樣利用這種效應(yīng)制成應(yīng)變片？答：〔1當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí),其電阻值將發(fā)生變化,這種現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)?！?應(yīng)變片是利用金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng),將金屬絲繞成柵形,稱為敏感柵。并將其粘貼在絕緣基片上制成。把金屬絲繞成柵形相當(dāng)于多段金屬絲的串聯(lián)是為增大應(yīng)變片電阻,提高靈敏度,2、什么是應(yīng)變片的靈敏系數(shù)？它與電阻絲的靈敏系數(shù)有何不同？為什么？答：〔1應(yīng)變片的靈敏系數(shù)是指應(yīng)變片安裝于試件表面,在其軸線方向的單向應(yīng)力作用下,應(yīng)變片的阻值相對(duì)變化與試件表面上安裝應(yīng)變片區(qū)域的軸向應(yīng)變之比?！?實(shí)驗(yàn)表明,電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)恒小于電阻絲的靈敏系數(shù)其原因除了粘貼層傳遞變形失真外,還存在有恒向效應(yīng)。3、對(duì)于箔式應(yīng)變片,為什么增加兩端各電阻條的截面積便能減小橫向靈敏度？答：對(duì)于箔式應(yīng)變片,增加兩端圓弧部分尺寸較柵絲尺寸大得多〔圓弧部分截面積大,其電阻值較小,因而電阻變化量也較小。所以其橫向靈敏度便減小。4、用應(yīng)變片測(cè)量時(shí),為什么必須采用溫度補(bǔ)償措施？答：用應(yīng)變片測(cè)量時(shí),由于環(huán)境溫度變化所引起的電阻變化與試件應(yīng)變所造成的電阻變化幾乎有相同的數(shù)量級(jí),從而產(chǎn)生很大的測(cè)量誤差,所以必須采用溫度補(bǔ)償措施。5、一應(yīng)變片的電阻R=120Ω,k=2.05。用作應(yīng)變?yōu)?00μm/m的傳感元件。①求△R和△R/R；②若電源電壓U=3V,求初始平衡時(shí)惠斯登電橋的輸出電壓U0。已知：R=120Ω,k=2.05,ε=800μm/m；求：①△R=？,△R/R=？②U=3V時(shí),U0=？解①：∵∴解②：初始時(shí)電橋平衡〔等臂電橋∵∴6、在材料為鋼的實(shí)心圓柱形試件上,沿軸線和圓周方向各貼一片電阻為120Ω的金屬應(yīng)變片R1和R2,把這兩應(yīng)變片接入差動(dòng)電橋〔參看圖2-9a。若鋼的泊松系數(shù)μ=0.285,應(yīng)變片的靈敏系數(shù)k=2,電橋電源電壓U=2V,當(dāng)試件受軸向拉伸時(shí),測(cè)得應(yīng)變片R1的電阻變化值△R=0.48Ω,試求電橋的輸出電壓U0。圖2-9a差動(dòng)電橋已知：R1=R2=120Ω,μ=0.285,k=2,U=2V,△R1=0.48Ω,△R1/R1=0.48/120=0.004求：U0=？解：∵∴又∵∴設(shè)：R1=R2=R3=R4=R,對(duì)電橋若四臂電阻都變其輸出為：∵則有：本題：7、金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何不同？答：金屬應(yīng)變片的工作原理是：金屬應(yīng)變片在外力的作用下,應(yīng)變片的幾何尺寸〔長(zhǎng)度和截面積發(fā)生變化〔機(jī)械形變而引起應(yīng)變片的電阻改變,運(yùn)用它們的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)測(cè)量目的。其靈敏系數(shù)〔k≈1+2μ主要是材料幾何尺寸變化引起的。半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理是：半導(dǎo)體應(yīng)變片受到作用力后,應(yīng)變片的電阻率ρ發(fā)生變化,而引起應(yīng)變片的電阻值改變。其靈敏系數(shù)〔k=△ρ/ρε主要是半導(dǎo)體材料的電阻率隨應(yīng)變變化引起的。第三章思考題與習(xí)題1、何謂電感式傳感器？它是基于什么原理進(jìn)行檢測(cè)的？答：電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成線圈自感量或互感量的變換,再由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出的一種裝置。它是基于電磁感應(yīng)原理進(jìn)行檢測(cè)的。2、減小零殘電壓的有效措施有哪些？答：〔1盡量使兩個(gè)線圈對(duì)稱設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使上下磁路對(duì)稱,制造時(shí)應(yīng)使上下磁性材料特性一致,磁筒、磁蓋、磁芯要配套挑選,線圈排列要均勻,松緊要一致,最好每層的匝數(shù)都相等?！?減小磁化曲線的非線性由于磁化曲線的非線性產(chǎn)生零殘電壓的高次諧波成分,所以選用磁化曲線為線性的磁芯材料或調(diào)整工作點(diǎn),使磁化過程在磁化曲線的線性區(qū)。〔3使振蕩變壓器二次側(cè)對(duì)稱,兩個(gè)二次電壓的相位相同。在一次側(cè)線圈上并聯(lián)一個(gè)電容,并調(diào)整電容大小使兩個(gè)二次電壓的相位相同。3、渦流式傳感器有何特點(diǎn)?它有哪些應(yīng)用：答：渦流式傳感器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于進(jìn)行非接觸的連續(xù)測(cè)量,靈敏度較高,適應(yīng)性強(qiáng)。它的應(yīng)用有四個(gè)方面：〔1利用位移為變換量,可做成測(cè)量位移、厚度、振幅、振擺、轉(zhuǎn)速等傳感器,也可做成接近開關(guān)、計(jì)數(shù)器等；〔2利用材料的電阻率作為變換量,可做成測(cè)量溫度、材質(zhì)判別等傳感器；〔3利用磁導(dǎo)率作為變換量,可做成測(cè)量應(yīng)力、硬度等傳感器；〔4利用三個(gè)變換量的綜合影響,可做成探傷裝置。4、試比較渦流傳感器的幾種應(yīng)用電路的優(yōu)缺點(diǎn)？答：交流電橋電路：線性好、溫度穩(wěn)定性高,但存在零點(diǎn)殘余電壓?jiǎn)栴}及測(cè)量范圍較??；諧振電路：電路簡(jiǎn)單,靈敏度高,但線性度差及范圍更?。徽答侂娐罚簻y(cè)量范圍較大,是電橋的2至3倍,但電路復(fù)雜。5、有一4極感應(yīng)感應(yīng)同步器,設(shè)h=5mm、θ=150、δ=0.15mm、r=6.5mm、N1=N2=900匝,勵(lì)磁電流I1=35mA、f=400Hz,試求：①輸出信號(hào)的靈敏度k〔mV/deg=?②勵(lì)磁電壓u=?解：第四章思考題與習(xí)題1、如何改善單組式變極距型電容傳感器的非線性？答：對(duì)于變極距單組式電容器由于存在著原理上的非線性,所以在實(shí)際應(yīng)用中必須要改善其非線性。改善其非線性可以采用兩種方法?！?使變極距電容傳感器工作在一個(gè)較小的范圍內(nèi)〔0.01μm至零點(diǎn)幾毫米,而且最大△δ應(yīng)小于極板間距δ的1/5—1/10?！?采用差動(dòng)式,理論分析表明,差動(dòng)式電容傳感器的非線性得到很大改善,靈敏度也提高一倍。單組式變面積型平板形線位移電容傳感器,兩極板相對(duì)覆蓋部分的寬度為4mm,兩極板的間隙為0.5mm,極板間介質(zhì)為空氣,試求其靜態(tài)靈敏度？若兩極板相對(duì)移動(dòng)2mm,求其電容變化量。〔答案為0.07pF/mm,0.142pF已知：b=4mm,δ=0.5mm,ε0=8.85×10－12F/m求：〔1k=?；<2>若△a=2mm時(shí)△C=?。解：如圖所示∵；；3、畫出并說明電容傳感器的等效電路及其高頻和低頻時(shí)的等效電路。答：電容傳感器的等效電路為：其中：r：串聯(lián)電阻〔引線、焊接點(diǎn)、板極等的等效電阻；L：分布電感〔引線、焊接點(diǎn)、板極結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的；CP：引線電容〔引線、焊接點(diǎn)、測(cè)量電路等形成的總寄生電容C0：傳感器本身電容；Rg：漏電阻〔極板間介質(zhì)漏電損耗極板與外界的漏電損耗電阻低頻時(shí)等效電路和高頻時(shí)等效電路分別為圖〔a和圖<b>：4、設(shè)計(jì)電容傳感器時(shí)主要應(yīng)考慮哪幾方面因素答：電容傳感器時(shí)主要應(yīng)考慮四個(gè)幾方面因素：<1>減小環(huán)境溫度濕度等變化所產(chǎn)生的影響,保證絕緣材料的絕緣性能；〔2消除和減小邊緣效應(yīng)；〔3減小和消除寄生電容的影響；〔4防止和減小外界干擾。5、何謂"電纜驅(qū)動(dòng)技術(shù)"？采用它的目的是什么？答：電纜驅(qū)動(dòng)技術(shù),即：傳感器與測(cè)量電路前置級(jí)間的引線為雙屏蔽層電纜,其內(nèi)屏蔽層與信號(hào)傳輸線〔即電纜芯線通過1：1放大器而為等電位,從而消除了芯線與內(nèi)屏蔽層之間的電容。由于屏蔽線上有隨傳感器輸出信號(hào)等大變化的電壓,因此稱為"驅(qū)動(dòng)電纜"。采用"電纜驅(qū)動(dòng)技術(shù)"的目的是減小或消除寄生電容的影響。6、畫出電容式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖,并說明其工作原理。答：電容式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖為：其中：1、5為兩個(gè)固定極板；2為殼體；3為支撐彈簧片；4質(zhì)量塊；A面和B面為固定在質(zhì)量塊上的電容器的極板。當(dāng)測(cè)量垂直方向上直線加速度時(shí),傳感器的殼體2固定在被測(cè)振動(dòng)體上,振動(dòng)體的振動(dòng)使殼體相對(duì)質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng),因而與殼體固定在一起的兩固定極板1、5相對(duì)質(zhì)量塊4運(yùn)動(dòng),致使上固定極板5與質(zhì)量塊4的A面組成的電容器Cx1以及下固定極板與質(zhì)量塊4的B面組成的電容器Cx2隨之改變,一個(gè)增大,一個(gè)減小,它們的差值正比于被測(cè)加速度,而實(shí)現(xiàn)測(cè)量加速度的目的。7、什么是電容式集成傳感器？它有何特點(diǎn)？答：運(yùn)用集成電路工藝把電容敏感元件與測(cè)量電路制作在一起構(gòu)成電容式集成傳感器。她的核心部件是一個(gè)對(duì)被測(cè)量敏感的集成電容器。集成電容傳感器的特點(diǎn)是：體積小、輸出阻抗小、可批量生產(chǎn)、重復(fù)性好、靈敏度高、工作溫度范圍寬、功耗低、寄生電容小等特點(diǎn)。第五章思考題與習(xí)題1、簡(jiǎn)述磁電感應(yīng)式傳感器的工作原理。磁電感應(yīng)式傳感器有哪幾種類型？答：磁電感應(yīng)式傳感器是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)的,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知,N匝線圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁力線或線圈所在磁場(chǎng)的磁通量變化時(shí),線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e的大小取決于穿過線圈的磁通φ的變化率,即：根據(jù)這個(gè)原理,可將磁電感應(yīng)式傳感器分為恒定磁通式和變磁通式兩類。2、某些磁電式速度傳感器中線圈骨架為什么采用鋁骨架？答：某些磁電式速度傳感器中線圈采用鋁骨架是因?yàn)榫€圈在磁路系統(tǒng)氣隙中運(yùn)動(dòng)時(shí),鋁骨架中感應(yīng)產(chǎn)生渦流,形成系統(tǒng)的電磁阻尼力,此阻尼起到衰減固有振動(dòng)和擴(kuò)展頻率響應(yīng)范圍的作用。3、何謂磁電式速度傳感器的線圈磁場(chǎng)效應(yīng),如何補(bǔ)償？答：線圈磁場(chǎng)效應(yīng)是指磁電式速度傳感器的線圈中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)恒定磁場(chǎng)作用,而使其變化。如公式知,由于B的變化而產(chǎn)生測(cè)量誤差。補(bǔ)償方法通常是采用補(bǔ)償線圈與工作線圈串接,來抵消線圈中感應(yīng)電流磁場(chǎng)對(duì)恒定磁場(chǎng)的影響。4、為什么磁電感應(yīng)式傳感器在工作頻率較高時(shí)的靈敏度,會(huì)隨頻率增加而下降？答：由理論推到可得傳感器靈敏度與頻率關(guān)系是：當(dāng)振動(dòng)頻率低于傳感器固有頻率時(shí),這種傳感器的靈敏度是隨振動(dòng)頻率變化；當(dāng)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)大于固有頻率時(shí),傳感器的靈敏度基本上不隨振動(dòng)頻率而變化,而近似為常數(shù)；當(dāng)振動(dòng)頻率更高時(shí),線圈阻抗增大,傳感器靈敏度隨振動(dòng)頻率增加而下降。5、變磁通式傳感器有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？答：變磁通式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)環(huán)境條件要求不高,能在－150—+900C的溫度條件下工作,而不影響測(cè)量精度,也能在油、水霧、灰塵等條件下工作。缺點(diǎn)主要是它的工作頻率下限較高,約為50Hz,上限可達(dá)100kHz,所以它只適用于動(dòng)態(tài)量測(cè)量,不能測(cè)靜態(tài)量。6、什么是霍爾效應(yīng)？霍爾式傳感器有哪些特點(diǎn)？答：金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中,當(dāng)有電流流過時(shí)。在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。霍爾傳感器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、堅(jiān)固、頻率響應(yīng)寬〔從直流到微波、動(dòng)態(tài)范圍〔輸出電動(dòng)勢(shì)的變化范圍大、無觸點(diǎn)、使用壽命長(zhǎng)、可靠性高、易于微型化和集成化。但它的轉(zhuǎn)換率較低,溫度影響大,在要求轉(zhuǎn)換精度較高時(shí)必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。7、某霍爾元件l、b、d尺寸分別為1.0cm×0.35cm×0.1cm,沿l方向通以電流I=1.0mA,在垂直于lb面方向加有均勻磁場(chǎng)B=0.3T,傳感器的靈敏度系數(shù)為22V/A·T,試求其輸出霍爾電動(dòng)勢(shì)及載流子濃度。已知：l×b×d=1.0cm×0.35cm×0.1cm；I=1.0mA；B=0.3T；kH=22V/A·T；求：UH=?；n=？解：如圖∵∴而：∴n=8、試分析霍爾元件輸出接有負(fù)載RL時(shí),利用恒壓源和輸入回路串聯(lián)電阻R進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)臈l件。如圖,設(shè)：t0時(shí),靈敏系數(shù)kH0；輸入電阻Ri0；輸出電阻RO0。t時(shí),靈敏系數(shù)kHt；輸入電阻Ri0；輸出電阻ROt。兩者關(guān)系為：因?yàn)椋海欢核裕?；則：VL不隨溫度t變化的條件是：而：即有：若忽略Ro的影響,即RO0=0,則有：9、試說明霍爾式位移傳感器的輸出UH與位移x成正比關(guān)系。答：因?yàn)榛魻栯妷簽椋?若I一定,而使霍爾元件在一個(gè)沿空間均勻梯度的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)即：。則有：,所以霍爾式位移傳感器的輸出UH與位移x成正比關(guān)系。10、霍爾式速度傳感器和磁電感應(yīng)式速度傳感器相比,各有哪些特點(diǎn)。答：霍爾式速度傳感器能測(cè)量慢速運(yùn)動(dòng)物體的速度。另外它的信號(hào)處理電路通常也集成在一起封裝的,無需外加信號(hào)處理電路,提高了抗干擾能力,并且,大多數(shù)霍爾式速度傳感器輸出的是數(shù)字信號(hào),所以它與數(shù)字邏輯、微機(jī)及PLC兼容。而磁電感應(yīng)式速度傳感器不適合于測(cè)量低速運(yùn)動(dòng)的物體。其輸出為模擬信號(hào),若要輸出數(shù)字信號(hào)需要附加處理電路,另外,磁電感應(yīng)式速度傳感器可以應(yīng)用于較高溫度的環(huán)境,工作溫度超過300度,而前者工作溫度范圍較小。第六章思考題與習(xí)題1、什么是壓電效應(yīng)？答：沿著一定方向?qū)δ承╇娊橘|(zhì)加力而使其變形時(shí),在一定表面上產(chǎn)生電荷,當(dāng)外力取消,又重新回到不帶電狀態(tài),這一現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)在某些電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng),這些電介質(zhì)在一定方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械壓力,當(dāng)外加電場(chǎng)散去,這些變形和應(yīng)力也隨之消失,此即稱為逆壓電效應(yīng)。2、為什么壓電傳感器不能測(cè)量靜態(tài)物理量？答：壓電元件送入放大器的輸入電壓由上式可知,用·當(dāng)作用在壓電元件上的力是靜壓力〔ω=0時(shí),前置放大器輸入電壓等于零。因?yàn)殡姾删蜁?huì)通過放大器的輸入電阻和傳感器本身的泄漏電阻漏掉。所以壓電傳感器不能測(cè)量靜態(tài)物理量。3、壓電式傳感器中采用電荷放大器有何優(yōu)點(diǎn)？為什么電壓靈敏度與電纜長(zhǎng)度有關(guān)？而電荷靈敏度與電纜長(zhǎng)度無關(guān)？答：p115第七章思考題與習(xí)題1、光電式傳感器常用光源有哪幾種,哪些光源可用作紅外光源？答：光電式傳感器常用光源有自然光源和人造光源,人造光源包括熱輻射光源、氣體放電光源、電致發(fā)光光源和激光光源?？勺鳛榧t外光源的有白熾燈、Nd：YAG固體激光器、氦氖激光器、半導(dǎo)體激光器和染料激光器等。2、光電式傳感器常用接收器件有哪幾種,各基于什么原理各有什么特點(diǎn)？答：光電式傳感器常用接收器件按原理可分為熱探測(cè)器和光子探測(cè)器兩類。熱探測(cè)器是基于光輻射與物質(zhì)相互作用的熱效應(yīng)。它其特點(diǎn)是：對(duì)波長(zhǎng)沒有選擇性〔具有寬廣和平坦的光譜響應(yīng),只與接收到的總能量有關(guān),適應(yīng)于紅外探測(cè)。而光子探測(cè)器是基于一些物質(zhì)的光電效應(yīng),即利用光子本身能量激發(fā)載流子。其特點(diǎn)是：具有一定的截止波長(zhǎng),只能探測(cè)短于這一波長(zhǎng)的光線,但它們的響應(yīng)速度快,靈敏度高,使用廣泛。3、電荷藕合器件有哪幾種,各有那幾部分組成？答：電荷藕合器件有線陣電荷耦合器件和面陣電荷耦合器件。它由MOS光敏單元和讀出移位寄存器組成。4、電荷藕合器件中的信號(hào)電荷是如何傳輸?shù)?？答：以典型的三相CCD為例說明CCD電荷轉(zhuǎn)移的基本原理。三相CCD是由每三個(gè)柵為一組的間隔緊密的MOS結(jié)構(gòu)組成的陣列。每相隔兩個(gè)柵的柵電極連接到同一驅(qū)動(dòng)信號(hào)上,亦稱時(shí)鐘脈沖。三相時(shí)鐘脈沖的波形如下圖所示。在t1時(shí)刻,φ1高電位,φ2、φ3低電位。此時(shí)φ1電極下的表面勢(shì)最大,勢(shì)阱最深。假設(shè)此時(shí)已有信號(hào)電荷〔電子注入,則電荷就被存儲(chǔ)在φ1電極下的勢(shì)阱中。t2時(shí)刻,φ1、φ2為高電位,φ3為低電位,則φ1、φ2下的兩個(gè)勢(shì)阱的空阱深度相同,但因φ1下面存儲(chǔ)有電荷,則φ1勢(shì)阱的實(shí)際深度比φ2電極下面的勢(shì)阱淺,φ1下面的電荷將向φ2下轉(zhuǎn)移,直到兩個(gè)勢(shì)阱中具有同樣多的電荷。t3時(shí)刻,φ2仍為高電位,φ3仍為低電位,而φ1由高到低轉(zhuǎn)變。此時(shí)φ1下的勢(shì)阱逐漸變淺,使φ1下的剩余電荷繼續(xù)向φ2下的勢(shì)阱中轉(zhuǎn)移。t4時(shí)刻,φ2為高電位,φ1、φ3為低電位,φ2下面的勢(shì)阱最深,信號(hào)電荷都被轉(zhuǎn)移到φ2下面的勢(shì)阱中,這與t1時(shí)刻的情況相似,但電荷包向右移動(dòng)了一個(gè)電極的位置。當(dāng)經(jīng)過一個(gè)時(shí)鐘周期T后,電荷包將向右轉(zhuǎn)移三個(gè)電極位置,即一個(gè)柵周期〔也稱一位。因此,時(shí)鐘的周期變化,就可使CCD中的電荷包在電極下被轉(zhuǎn)移到輸出端,其工作過程從效果上看類似于數(shù)字電路中的移位寄存器。5、簡(jiǎn)述利用CCD進(jìn)行工件尺寸測(cè)量的原理及測(cè)量系統(tǒng)的組成。答：利用CCD進(jìn)行工件尺寸測(cè)量的原理是根據(jù)工件成像輪廓覆蓋的光敏單元的數(shù)量來計(jì)算工件尺寸數(shù)據(jù)。如果在光學(xué)系統(tǒng)放大率為1/M的裝置中,有：式中：L—工件尺寸；N—覆蓋的光敏單元數(shù)；d—相鄰光敏單元中心距離〔±2d為圖像末端兩個(gè)光敏單元之間可能的最大誤差。CCD測(cè)量系統(tǒng)由光學(xué)系統(tǒng)、圖像傳感器和微處理機(jī)等組成。6、試述用一維PSD進(jìn)行距離測(cè)量的原理。答：一維PSD結(jié)構(gòu)圖如下：由于橫向光電效應(yīng),當(dāng)PSD工作在反向偏壓狀態(tài)時(shí)〔公用極3正電壓,流經(jīng)電極1、2的電流I1和I2與入射光的強(qiáng)度和入射光點(diǎn)的位置有關(guān)。如下式：由上兩式得：式中：XA為入射光點(diǎn)位置；L為PSD的長(zhǎng)度。顯然,通過I1與I2可確定入射光點(diǎn)位置XA。7、利用由斯乃爾定律推導(dǎo)出的臨界角θc表達(dá)式,計(jì)算水〔n=1.33與空氣〔n≈1分界面的θc的值。已知：n0=1；n1=1.33。求：θc=？解：∵而：θ/=900,θ=θc∴8、求n1=1.46,n2=1.45的光纖的NA值；若外部的n0=1,求最大入射角θc=?已知：n1=1.46；n2=1.45；n0=1求：NA=?；θm=？解①：解②：∵∴9、光纖傳感器有哪幾種調(diào)制方式?答：光纖傳感器有3種調(diào)制方法,即：光強(qiáng)度調(diào)制型、光相位調(diào)制型和光偏振態(tài)調(diào)制型。10、利用光纖傳感器進(jìn)行位移測(cè)量的方法有哪些？簡(jiǎn)述其工作原