1、第一章習題答案1 .什么是傳感器它由哪幾個局部組成分別起到什么作用解：傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測量裝置,能完成檢測任務(wù)；傳感器由敏感元件,轉(zhuǎn)換元件,轉(zhuǎn)換電路組成.敏感 元件是直接感受被測量,并輸出與被測量成確定關(guān)系的物理量；轉(zhuǎn)換元件把敏感元件的輸出作為它的輸入,轉(zhuǎn)換成電路參量；上述電路參數(shù)接入根本轉(zhuǎn)換電路,便可轉(zhuǎn)換成電量輸出.2 .傳感器技術(shù)的開展動向表現(xiàn)在哪幾個方面解：(1)開發(fā)新的敏感、傳感材料：在發(fā)現(xiàn)力、熱、光、磁、氣體等物理量都會使半導體 硅材料的性能改變,從而制成力敏、熱敏、光敏、磁敏和氣敏等敏感元件后,尋找發(fā)現(xiàn)具有 新原理

2、、新效應(yīng)的敏感元件和傳感元件.(2)開發(fā)研制新型傳感器及組成新型測試系統(tǒng)MEMS技術(shù)要求研制微型傳感器.如用于微型偵察機的CCD傳感器、用于管道爬壁機器人的力敏、視覺傳感器.研制仿生傳感器研制海洋探測用傳感器研制成分分析用傳感器研制微弱信號檢測傳感器(3)研究新一代的智能化傳感器及測試系統(tǒng)：如電子血壓計,智能水、電、煤氣、熱 量表.它們的特點是傳感器與微型計算機有機結(jié)合,構(gòu)成智能傳感器.系統(tǒng)功能最大程度地用軟件實現(xiàn).4傳感器開展集成化：固體功能材料的進一步開發(fā)和集成技術(shù)的不斷開展,為傳感器集成化開辟了廣闊的前景.5多功能與多參數(shù)傳感器的研究：如同時檢測壓力、溫度和液位的傳感器已逐步走向市場.3

3、 .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)如何選擇解：在生產(chǎn)過程和科學實驗中, 要對各種各樣的參數(shù)進行檢測和限制,就要求傳感器能感受被測非電量的變化并將其不失真地變換成相應(yīng)的電量,這取決于傳感器的根本特性,即輸出輸入特性.衡量靜態(tài)特性的重要指標是線性度、靈敏度,遲滯和重復性等.1傳感器的線性度是指傳感器的輸出與輸入之間數(shù)量關(guān)系的線性程度；2傳感器的靈敏度 S是指傳感器的輸出量增量A y與引起輸出量增量A y的輸入量增量A x 的比值；3傳感器的遲滯是指傳感器在正輸入量增大反輸入量減小行程期間其輸出-輸入特性曲線不重合的現(xiàn)象；4傳感器的重復性是指

4、傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)屢次變化時,所得特性曲 線不一致的程度.5傳感器的漂移是指在外界的干擾下,輸出量發(fā)生與輸入量無關(guān)的、不需要的變化.漂移包括零點漂移和靈敏度漂移等.傳感器的動態(tài)特性是指其輸出對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性：頻率響應(yīng)、時間常數(shù)、固有頻率和阻尼比等.1瞬態(tài)響應(yīng)特性：傳感器的瞬態(tài)響應(yīng)是時間響應(yīng).在研究傳感器的動態(tài)特性時,有時需要從時域中對傳感器的響應(yīng)和過渡過程進行分析.這種分析方法是時域分析法,傳感器對所加鼓勵信號的響應(yīng)稱瞬態(tài)響應(yīng).常用鼓勵信號有階躍函數(shù)、斜坡函數(shù)、脈沖函數(shù)等.2頻率響應(yīng)特性：傳感器對正弦輸入信號的響應(yīng)特性,稱為頻率響應(yīng)特性.頻率響應(yīng)法是從傳感器的頻

5、率特性出發(fā)研究傳感器的動態(tài)特性.為了減小動態(tài)誤差和擴大頻率響應(yīng)范圍,一般是提升傳感器固有頻率 34.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.3U 300 10解：其靈敏度k -60X 5 10第二章習題答案1 .什么是應(yīng)變效應(yīng)什么是壓阻效應(yīng)什么是橫向效應(yīng)解：應(yīng)變效應(yīng),是指 在導體產(chǎn)生機械變形時,它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化.壓阻效應(yīng),是指半導體材料在某一軸向受外力作用時,其電阻率p發(fā)生變化的現(xiàn)象.橫向效應(yīng),是指將直的電阻絲繞成敏感柵后,雖然長度不變,應(yīng)變狀態(tài)相同,但由于應(yīng)變片敏感柵的電阻變化較小,因而其靈敏系數(shù)k較電阻絲的靈敏系數(shù) k0小的現(xiàn)象.2、試說明

6、金屬應(yīng)變片與半導體應(yīng)變片的相同和不同之處.解：金屬應(yīng)變片由敏感柵、基片、覆蓋層和引線等局部組成.金屬電阻應(yīng)變片的敏感柵有絲式、箔式和薄膜式三種.箔式應(yīng)變片是利用光刻、腐蝕等工藝制成的一種很薄的金屬箔柵,其優(yōu)點是散熱條件好,允許通過的電流較大,便于批量生產(chǎn),可制成各種所需的形狀；缺點 是電阻分散性大.薄膜式應(yīng)變片是采用真空蒸發(fā)或真空沉淀等方法在薄的絕緣基片上形成0.1 pm以下的金屬電阻薄膜的敏感柵,最后再加上保護層.它的優(yōu)點是應(yīng)變靈敏度系數(shù)大, 允許電流密度大,工作范圍廣.半導體應(yīng)變片是用半導體材料制成的,其工作原理是基于半導體材料的壓阻效應(yīng).半導體應(yīng)變片的突出優(yōu)點是靈敏度高,比金屬絲式應(yīng)變片

7、高5080倍,尺寸小,橫向效應(yīng)小,動態(tài)響應(yīng)好.但它有溫度系數(shù)大,應(yīng)變時非線性比擬嚴重等缺點.3、應(yīng)變片產(chǎn)生溫度誤差的原因及減小或補償溫度誤差的方法是什么解：電阻應(yīng)變片產(chǎn)生溫度誤差的原因：當測量現(xiàn)場環(huán)境溫度變化時,由于敏感柵溫度系數(shù)及柵絲與試件膨脹系數(shù)之差異性而給測量帶來了附加誤差.電阻應(yīng)變片的溫度補償方法：通常有線路補償法和應(yīng)變片自補償兩大類.1電橋補償是最常用的且效果較好的線路補償法.電橋補償法簡單易行,而且能在較 大的溫度范圍內(nèi)補償,但上面的四個條件不一滿足,尤其是兩個應(yīng)變片很難處于同一溫度場.2應(yīng)變片的自補償法是利用自身具有溫度補償作用的應(yīng)變片.4、鋼材上粘貼的應(yīng)變片的電阻變化率為0.1

8、%,鋼材的應(yīng)力為10kg/mm 2.試求求鋼材的應(yīng)變. 鋼材的應(yīng)變?yōu)?00 X10-6時,粘貼的應(yīng)變片的電阻變化率為多少R _ l 一解： F是AR/R=2 Al/l.由于電阻變化率是A R/R=0.001 ,所以A l/l 應(yīng) R l變=0.0005= 5 10 4因7 300 10,所以R/R 2 300 106 105、如系題圖1-1所示為等強度梁測力系統(tǒng),Ri為電阻應(yīng)變片,應(yīng)變片靈敏 度系數(shù)k 2.05,未受應(yīng)變時R1 120 ,當試件受力F時,應(yīng)變片承受平均應(yīng) 變 8 10 4 ,求(1)應(yīng)變片電阻變化量 R1和電阻相對變化量 R/R1.(2)將電阻應(yīng)變片置于單臂測量電橋,電橋電源電

9、壓為直流3V,求電橋輸出電壓是多少.(a)(b)習題圖1-1等強度梁測力系統(tǒng)., R43_3_解：(1)- K 2.05 8 101.64 10 , R k R 1.64 10 3 120 0.1968R解：(2)U.E(丁RiE(RRiR2)(RR4)R4RR1R4ER3 R(1國與(1與RR1R3設(shè)橋臂比n 良,分母中 /可忽略,并考慮到平衡條件 3 也,那么上式可寫為: RR R4Uo E (131.64 10_34.92 106、單臂電橋存在非線性誤差,試說明解決方法.解：為了減小和克服非線性誤差,常采用差動電橋在試件上安裝兩個工作應(yīng)變片,一個受拉應(yīng)變,一個受壓應(yīng)變,接入電橋相鄰橋臂,

10、稱為半橋差動電路,由教材中的式2-42 可知,U.與AR1/R1呈線性關(guān)系,差動電橋無非線性誤差,而且電橋電壓靈敏度Kv=E2,比單臂工作時提升一倍,同時還具有溫度補償作用.第三章習題答案1 .為什么電感式傳感器一般都采用差動形式解：差動式結(jié)構(gòu),除了可以改善非線性,提升靈敏度外,對電源電壓、頻率的波動及溫度變化等外界影響也有補償作用；作用在銜鐵上的電磁力, 是兩個線圈磁力之差, 所以對電磁力 有一定的補償作用,從而提升了測量的準確性.2 .交流電橋的平衡條件是什么解：由交流電路分析可得U (Z1Z4 Z2Z3)-一+ , 一 C -Uo 一一遼二 要滿足電橋平衡條件,即 Uo 0,那么有： (

11、Zi Z2XZ3 Z4)乙Z4 Z2Z33 .渦流的形成范圍和滲透深度與哪些因素有關(guān)被測體對渦流傳感器的靈敏度有何影響解：電渦流的徑向形成范圍大約在傳感器線圈外徑的 1.82.5倍范圍內(nèi),且分布 不均勻.渦流貫穿深度h kJ /(f),定義在渦流密度最大值的jm/e處.被測 體的平面不應(yīng)小于傳感器線圈外 D的2倍,厚度大于2倍貫穿度h時,傳感器 靈敏度幾乎不受影響.4 .渦流式傳感器的主要優(yōu)點是什么 解：電渦流式傳感器最大的特點是能對位移、厚度、外表溫度、速度、應(yīng)力、材料損傷等進行非接觸式連續(xù)測量, 另外還具有體積小,靈敏度高,頻率響應(yīng)寬等特點,應(yīng)用極其廣泛.5 .電渦流傳感器除了能測量位移外

12、,還能測量哪些非電量解：還可以對厚度、外表溫度、速度、 應(yīng)力、材料損傷等進行非接觸式連續(xù)測量.第四章習題答案1 .某電容傳感器(平行極板電容器)的圓形極板半徑r 4(mm),工作初始極板間距離00.3(mm),介質(zhì)為空氣.問：(1)如果極板間距離變化量1( m),電容的變化量 C是多少(2)如果測量電路的靈敏度 ki 100(mV/pF),讀數(shù)儀表的靈敏度 k2 5(格/mV)在1( m)時,讀數(shù)儀表的變化量為多少.,S S S d 2解：(1)根據(jù)公式 C ,其中S= rd d d d d d3(2)根據(jù)公式 L,可得到 1 k=-0 0.02k2k252 .寄生電容與電容傳感器相關(guān)聯(lián)影響傳

13、感器的靈敏度,它的變化為虛假信號影響傳感器的精度.試闡述消除和減小寄生電容影響的幾種方法和原理.解：電容式傳感器內(nèi)極板與其周圍導體構(gòu)成的“寄生電容卻較大,不僅降低了傳感器的靈敏度,而且這些電容(如電纜電容)常常是隨機變化的,將使儀器工作很不穩(wěn)定,影響測量 精度.因此對電纜的選擇、安裝、接法都有要求.假設(shè)考慮電容傳感器在高溫、高濕及高頻激勵的條件下工作而不可無視其附加損耗和電效應(yīng)影響時,其等效電路如圖4-8所示.圖中L包括引線電纜電感和電容式傳感器本身的電感；C0為傳感器本身的電容； Cp為引線電纜、所接測量電路及極板與外界所形成的總寄生電容,克服其影響,是提升電容傳感器實用性能的關(guān)鍵之一；Rg

14、為低頻損耗并聯(lián)電阻,它包含極板間漏電和介質(zhì)損耗；Rs為高濕、高溫、高頻鼓勵工作時的串聯(lián)損耗電組,它包含導線、極板間和金屬支座等損耗電阻.此時電容傳感器的等效靈敏度為ke 工C0/(1"J2 -2(4-28)dd(1LC0)kg變?yōu)閗e, ke與傳感器的當電容式傳感器的供電電源頻率較高時,傳感器的靈敏度由固有電感包括電纜電感有關(guān),且隨3變化而變化.在這種情況下,每當改變鼓勵頻率或者更換傳輸電纜時都必須對測量系統(tǒng)重新進行標定.3 .簡述電容式傳感器的優(yōu)缺點.解：優(yōu)點：1溫度穩(wěn)定性好2結(jié)構(gòu)簡單3動態(tài)響應(yīng)好4可以實現(xiàn)非接觸測量,具有 平均效應(yīng)缺點：1輸出阻抗高,負載水平差2寄生電容影響大4

15、.電容式傳感器測量電路的作用是什么解：電容式傳感器中電容值以及電容變化值都十分微小, 這樣微小的電容量還不能直接被目 前的顯示儀表顯示, 也很難被記錄儀接受, 不便于傳輸.這就必須借助于測量電路檢出這一微小電容增量,并將其轉(zhuǎn)換成與其成單值函數(shù)關(guān)系的電壓、電流或者頻率.電容轉(zhuǎn)換電路有調(diào)頻電路、運算放大器式電路、二極管雙T型交流電橋、脈沖寬度調(diào)制電路等5 .以下圖為變極距型平板電容傳感器的一種測量電路,其中 Cx為傳感器電容,C 為固定電容,假設(shè)運放增益 A=8,輸入阻抗Z=8;試推導輸出電壓U0與極板 間距的關(guān)系,并分析其工作特點.Il 12c電 dt° dUoCX _dt兩邊積分得到

16、:UocUIcdUICXSCU|CxUo式中負號表示輸出電壓 U 0的相位與電源電壓反相.上式說明運算放大器的輸出電壓與極板間距離d線性關(guān)系.運算放大器電路解決了單個變極板間距離式電容傳感器的非線性問題.但要求Zi及放大倍數(shù)K足夠大.為保證儀器精度,還要求電源電壓Ui的幅值和固定電容C值穩(wěn)定.第五章習題答案1 .簡述正、逆壓電效應(yīng).解：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)象同時在兩個外表上產(chǎn)生符號相反的電荷,當外力去掉后,恢復到不帶電的狀態(tài)；而當作用力方向改變時,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

17、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).2 .壓電材料的主要特性參數(shù)有哪些解：壓電材料的主要特性參數(shù)有：1壓電常數(shù)：壓電常數(shù)是衡量材料壓電效應(yīng)強弱的參數(shù),它直接關(guān)系到壓電輸出的靈敏度.2彈性常數(shù)：壓電材料的彈性常數(shù)、剛度決定著壓電器件的固有頻率和動態(tài)特性.3介電常數(shù)：對于一定形狀、尺寸的壓電元件,其固有電容與介電常數(shù)有關(guān)； 而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限.4機械耦合系數(shù)： 在壓電效應(yīng)中,其值等于轉(zhuǎn)換輸出能量 如電能與輸入的能量如機械能之比的平方根；它是衡量壓電材料機電能量轉(zhuǎn)換效率的一個重要參數(shù).5電阻壓電材料的絕緣電阻：將減少電荷泄漏,從而改善壓電

18、傳感器的低頻特性.6居里點：壓電材料開始喪失壓電特性的溫度稱為居里點.3 .簡述電壓放大器和電荷放大器的優(yōu)缺點.解：電壓放大器的應(yīng)用具有一定的應(yīng)用限制,壓電式傳感器在與電壓放大器配合使用時,連接電纜不能太長.優(yōu)點：微型電壓放大電路可以和傳感器做成一體,這樣這一問題就可以得到克服,使它具有廣泛的應(yīng)用前景.缺點：電纜長,電纜電容Cc就大,電纜電容增大必然使傳感器的電壓靈敏度降低.不過由于固態(tài)電子器件和集成電路的迅速開展,電荷放大器的優(yōu)點：輸出電壓Uo與電纜電容 Cc無關(guān),且與 Q成正比,這是電荷放大器的最大特點.但電荷放大器的缺點：價格比電壓放大器高,電路較復雜,調(diào)整也較困難.要注意的是,在實際應(yīng)

19、用中,電壓放大器和電荷放大器都應(yīng)加過載放大保護電路,否那么在傳感器過載時,會產(chǎn)生過高的輸出電壓.4 .能否用壓電傳感器測量靜態(tài)壓力為什么解：不可以,壓電傳感器本身的內(nèi)阻抗很高,而輸出能量較小,為了保證壓電傳感器的測量誤差較小,它的測量電路通常需要接入一個高輸入阻抗的前置放大器,所以不能用來測量靜態(tài)壓力.5 .題圖5-1所示電荷放大器中 Ca=100 PF, Ra=8, Rf=巴 r=巴 Cf=10 PF.假設(shè)考慮引線電容Cc影響,當Ao=104時,要求輸出信號衰減小于 1%,求使用90 PF/m 的電 纜,其最大允許長度為多少解：U0KQCa Cc Ci (1因此假設(shè)滿足1 K Cf ? Ca

20、K)CfCc Ci 時,式6-4可表不為第六章習題答案1 .說明霍爾效應(yīng)的原理解：置于磁場中的靜止載流導體,當它的電流方向與磁場方向不一致時,載流導體上平行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).32 .某霍爾兀件l b d為1.0 0.35 0.1cm沿l萬向通以電流I 1.0mA,在垂直lb面萬向加有均勻磁場 B 0.3T ,傳感器的靈敏度系數(shù)為 22V/A.?T ,試求其輸出霍爾電勢及載流子濃度.(q 1.602 1019C)._ 舊解：UH Rh Kh IB ,式中KH=RH/d稱為霍爾片的靈敏度 d 33 一 . . IB .所以輸出的霍爾電勢為Uh 22 1

21、100.3 6.6 10 ,由于Uh ,式中令nedRh=-1/ (ne),稱之為霍爾常數(shù),其大小取決于導體載流子密度,所以濃度IB _1 10 3 0.3319UHdq 6.6 100.1 1.602 103 .磁電式傳感器與電感式傳感器有何不同解：磁敏式傳感器是通過磁電作用將被測量(如振動、位移、轉(zhuǎn)速等)轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器.磁電感應(yīng)式傳感器也稱為電動式傳感器或感應(yīng)式傳感器.磁電感應(yīng)式傳感器是利用導體和磁場發(fā)生相對運動產(chǎn)生電動式的,它不需要輔助電源就能把被測對象的機械量轉(zhuǎn)換成易于測量的電信號,是有源傳感器.電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理將被測非電量如位移、壓力、流量、重量、振動等轉(zhuǎn)換成

22、線圈自感量L或互感量M的變化,再由測量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出的裝置.4 .霍爾元件在一定電流的限制下,其霍爾電勢與哪些因素有關(guān)解：根據(jù)下面這個公式可以得到UH KHIBf(L),霍爾電勢還與磁感應(yīng)強度 B, Kh為霍爾片的靈敏度,霍爾元件的長度bL和寬度b有關(guān).第七章習題答案1 .什么是熱電勢、接觸電勢和溫差電勢解：兩種不同的金屬 A和B構(gòu)成的閉合回路,如果將它們的兩個接點中的一個進行加熱,使其溫度為T,而另一點置于室溫 T0中,那么在回路中會產(chǎn)生的電勢就叫做熱電勢.由于兩種不同導體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動勢叫做接觸電勢.溫差電勢(又稱湯姆森電勢)是同一導體的兩端因其溫

23、度不同而產(chǎn)生的一種熱電勢.2 .說明熱電偶測溫的原理及熱電偶的根本定律.解：熱電偶是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置,它利用傳感元件的電磁參數(shù)隨溫度變化的特征來到達測量的目的. 通常將被測溫度轉(zhuǎn)換為敏感元件的電阻、磁導或電勢等的變化,通過適當?shù)臏y量電路,就可由電壓電流這些電參數(shù)的變化來表達所測溫度的變化.熱電偶的根本定律包括以下三種定律：1)中間導體定律：在熱電偶回路中,只要中間導體兩端的溫度相同,那么接入中間導體后,對熱電偶的回路的總電勢無影響.2)參考電極定律：如果導體 C熱電極作為參考電極,并標準電極與任意導體配對時的熱電勢,那么在相同結(jié)點溫度(T,T0)下,任意兩導體 A、B組成的熱

24、電偶,其電勢可由下式求得 Eab(T,To) Eac (T,To) Ecb(T,To)3)中間溫度定律：在熱電偶回路中,兩接點溫度為 T, T0時的熱電勢,等于該熱電偶在接點 T、Ta和 Ta、T0 時的熱電勢之和,即 Eab(T,T0) EAB(T,Ta) EAB(Ta T0)3 .在其特定條件下材料 A與鉗配對的熱電勢 EapKT, To) 13.967mV,材料B與伯配對 的熱電勢Eb Pt(T, To) 8.345mV,試求出此條件下材料 A與材料B配對后的熱電勢.解：根據(jù)熱電偶根本定律中的參考電極定律可知,當結(jié)點溫度為T, T.時,用導體A, B組成的熱電偶的熱電動勢等于 AC熱電偶

25、和CB熱電偶的熱電動勢的代數(shù)和,即：Eab(T,T°)Eac(T,T0) Ecb(T,T0)Eac T,T0Ebc(T,T0) 13.976 8.345 5.631mV4 . Pt100和Cu50分別代表什么傳感器分析熱電阻傳感器測量電橋之三線、四線連接法 的主要作用.解：Pt100代表鉗熱電阻傳感器,Cu50代表銅熱電阻傳感器.三線制可以減小熱電阻與測量儀表之間連接導線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起的測量誤差.四線制可以完全消除引線電阻對測量的影響,用于高精度溫度檢測.工業(yè)用鉗電阻測溫常采用三線制和四線制連接法.5 .將一只靈敏度為 0.08mv/ C的熱電偶與毫伏表相連,接線端溫度為

26、 50 C,毫伏表的 輸出為60 mv,求熱電偶熱端的溫度為多少 60 o解：T 750 C 0.086.試比擬熱電阻與熱敏電阻的異同.解：熱電阻將溫度轉(zhuǎn)換為電阻值大小的熱電式傳感器,熱電阻傳感器是利用導體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進行測溫的.熱電阻傳感器的測量精度高；有較大的測量范圍,它可測量一200500 C的溫度；易于使用在自動測量和遠距離測量中.熱電阻由電阻體、保護套和接線盒等部件組成.其結(jié)構(gòu)形式可根據(jù)實際使用制作成各種形狀.熱敏電阻是由一些金屬氧化物,如鉆、鎰、饃等的氧化物,采用不同比例的配方,經(jīng)高溫燒結(jié)而成,然后采用不同的封裝形式制成珠狀、片狀、桿狀、墊圈狀等各種形狀.熱敏電

27、阻具有以下優(yōu)點：電阻溫度系數(shù)大,靈敏度高；結(jié)構(gòu)簡單；電阻率高,熱慣性小；但 它阻值與溫度變化呈非線性,且穩(wěn)定性和互換性較差.第八章習題答案1 .什么是光電效應(yīng),依其表現(xiàn)形式如何分類,并予以解釋.解：光電效應(yīng)首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化,然后通過光電轉(zhuǎn)換元件變換成電信號,光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類：a在光線作用下,能使電子逸出物體外表的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)； 1b受光照的物體導電率 發(fā)生變化,或廣生光生電動勢的效應(yīng)叫內(nèi)光電效應(yīng).2 .分別列舉屬于內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)的光電器件.解：外光電效應(yīng),如光電管、光電倍增管等.內(nèi)光電效應(yīng),如光敏電阻、光電池和光敏晶體管等.3 .簡述C

28、CD的工作原理.解：CCD的工作原理如下：首先構(gòu)成 CCD的根本單元是 MOS電容器,如果 MOS電容器 中的半導體是 P型硅,當在金屬電極上施加一個正電壓時,在其電極下形成所謂耗盡層,由于電子在那里勢能較低,形成了電子的勢阱,成為蓄積電荷的場所.CCD的最根本結(jié)構(gòu)是一系列彼此非?？拷?MOS電容器,這些電容器用同一半導體襯底制成,襯底上面覆蓋一層氧化層,并在其上制作許多金屬電極,各電極按三相也有二相和四相 配線方式連接.CCD的根本功能是存儲與轉(zhuǎn)移信息電荷,為了實現(xiàn)信號電荷的轉(zhuǎn)換：必須使 MOS電容陣 列的排列足夠緊密,以致相鄰 MOS電容的勢阱相互溝通,即相互耦合；限制相鄰 MOC電 容

29、柵極電壓上下來調(diào)節(jié)勢阱深淺,使信號電荷由勢阱淺的地方流向勢阱深處；在CCD中電荷的轉(zhuǎn)移必須根據(jù)確定的方向.4 .說明光纖傳輸?shù)脑?解：光在空間是直線傳播的.在光纖中,光的傳輸限制在光纖中, 并隨光纖能傳送到很遠的距離,光纖的傳輸是基于光的全內(nèi)反射.當光纖的直徑比光的波長大很多時,可以用幾何光學的方法來說明光在光纖內(nèi)的傳播.設(shè)有一段圓柱形光纖,它的兩個端面均為光滑的平面.當光線射入一個端面并與圓柱的軸線成0i角時,根據(jù)斯涅耳Snell 光的折射定律,在光纖內(nèi)折射成0j,然后以0k角入射至纖芯與包層的界面.假設(shè)要在界面上發(fā)生全反射,那么纖芯與界面的光線入射角 9k應(yīng)大于臨界角 加處于臨界狀態(tài)時,

30、0r=90o,即：k c arcsin 2 n1且在光纖內(nèi)部以同樣的角度反復逐次反射,直至傳播到另一端面.5 .光纖傳感器常用的調(diào)制原理有哪些?解：1強度調(diào)制原理 2相位調(diào)制原理3頻率調(diào)制原理 4偏振調(diào)制原理6 .紅外線的最大特點是什么什么是紅外傳感器?解：紅外線的最大特點是具有光熱效應(yīng),可以輻射熱量,它是光譜中的最大光熱效應(yīng)區(qū).能紅外傳感器一般將紅外輻射量的變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置稱為紅外探測器或紅外傳感器.由光學系統(tǒng)、探測器、信號調(diào)理電路及顯示系統(tǒng)等組成.7 .光敏電阻、光電池、光敏二極管和光敏三極管在性能上有什么差異,它們分別在什么情況下選用最適宜解：光敏電阻(1)伏安特性：在一定照度下

31、,流過光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的電壓的關(guān)系稱為光敏電阻的伏安特性. 光敏電阻在一定的電壓范圍內(nèi),其I-U曲線為直線,說明其阻值與入射光量有關(guān),而與電壓、電流無關(guān).在給定的偏壓情況下,光照度越大,光電流也就越大；在一定光照度下,加的電壓越大,光電流越大,沒有飽和現(xiàn)象.光敏電阻的最高工作電壓是由耗散功率決定的,耗散功率又和面積以及散熱條件等因素有關(guān).(2)光譜特性：光敏電阻的相對光敏靈敏度與入射波長的關(guān)系稱為光譜特性,亦稱為光譜響應(yīng).光敏電阻的靈敏度是不同的.從圖中可見硫化鎘光敏電阻的光譜響應(yīng)的峰值在可見光區(qū)域,常被用作光度量測量(照度計)的探頭.而硫化鉛光敏電阻響應(yīng)于近紅外和中紅外區(qū), 常用

32、做火焰探測器的探頭.(3)光照特性：由于光敏電阻的光照特性呈非線性,因此不宜作為測量元件,一般在自動 限制系統(tǒng)中常用作開關(guān)式光電信號傳感元件.(4)溫度特性：光敏電阻受溫度的影響較大.當溫度升高時,它的暗電阻和靈敏度都下降.溫度變化影響光敏電阻的光譜響應(yīng),尤其是響應(yīng)于紅外區(qū)的硫化鉛光敏電阻受溫度影響更大.光敏二極管(1)光譜特性：一般來講,錯管的暗電流較大,因此性能較差,故在可見光或探測赤熱狀態(tài)物體時,一般都用硅管.但對紅外光進行探測時,錯管較為適宜.(2)伏安特性：光敏晶體管的光電流比相同管型的二極管大上百倍.(3)溫度特性：從特性曲線可以看出, 溫度變化對光電流影響很小,而對暗電流影響很大

33、,所以在電子線路中應(yīng)該對暗電流進行溫度補償,否那么將會導致輸出誤差.光電池(1)光譜特性：光電池對不同波長的光的靈敏度是不同的.光譜響應(yīng)峰值所對應(yīng)的入射光波長是不同的,硅光電池在0.8 m附近,硒光電池在0.5 m附近.可見硅光電池可以在很 寬的波長范圍內(nèi)得到應(yīng)用.(2)光照特性：光電池在不同光照度下,光電流和光生電動勢是不同的,它們之間的關(guān)系就是光照特性.短路電流在很大范圍內(nèi)與光照強度成線性關(guān)系,開路電壓(負截電阻Rl無限大時)與光照度的關(guān)系是非線性的,并且當照度在 2000 lx時就趨于飽和了.因此光把電池作為測量元件時,應(yīng)把它當作電流源的形式來使用,不能用作電壓源.(3)溫度特性：光電池

34、的溫度特性是描述光電池的開路電壓和短路電流隨溫度變化的情況.由于它關(guān)系到應(yīng)用光電池的儀器或設(shè)備的溫度漂移,影響到測量精度或限制精度等重要指標,因此溫度特性是光電池的重要特性之一.開路電壓隨溫度升高而下降的速度較快,而短路電流隨溫度升高而緩慢增加.由于溫度對光電池的工作有很大影響,因此把它作為測量器件應(yīng)用時,最好能保證溫度恒定或采取溫度補償舉措.第九章習題答案1 .超聲波在介質(zhì)中有哪些傳播特性解：超聲波在各種介質(zhì)中的波速不同,超聲波會被傳播介質(zhì)吸收及散射,從而造成波動能量的損失.一般稱為吸收損失,也稱衰減,頻率愈低的超聲波衰減愈小.當超聲波經(jīng)過性質(zhì)不同的介質(zhì)交界面時,一局部會反射,其余的會穿透過

35、去.這種反射或穿透的強度,由這兩個交界介質(zhì)的特性阻抗 Z決定.介質(zhì)的特性阻抗差越大,反射率也就越大.超聲波射入交界面除了局部反射外,其余的全部穿透過去,2 .什么是超聲波的干預現(xiàn)象解：如果在一種介質(zhì)中傳播幾個聲波,于是會產(chǎn)生波的干預現(xiàn)象.由不同波源發(fā)出的頻率相同、振動方向相同、相位相同或相位差恒定的兩個波在空間相遇時,某些點振動始終增強,某些點振動始終減弱或消失,這種現(xiàn)象稱為超聲波的干預現(xiàn)象.第十章習題答案1 .什么是絕對濕度和相對濕度?解：絕對濕度是指單位空間中所含水蒸汽的絕對含量或者濃度或者密度,一般用符號AH表示.相對濕度是指被測氣體中蒸汽壓和該氣體在相同溫度下飽和水蒸氣壓的百分比,一般

36、用符號RH表不2 .說明半導體色敏傳感器的根本原理.解：半導體色敏傳感器是由結(jié)深不同的兩個P-N結(jié)二極管,淺結(jié)的二極管是 P + N結(jié)組成的；深結(jié)的二極管是 P-N結(jié).當有入射光照射時, P+、N、P三個區(qū)域及其間的勢壘區(qū) 中都有光子吸收,但效果不同.紫外光局部吸收系數(shù)大,經(jīng)過很短距離已根本吸收完畢.在此,淺結(jié)的即是光電二極管對紫外光的靈敏度高,而紅外局部吸收系數(shù)較小,這類波長的光子那么主要在深結(jié)區(qū)被吸收.因此,深結(jié)的那只光電二極管對紅外光的靈敏度較高.3 .什么是水分子親和力型濕敏傳感器解：根據(jù)水分子易于吸附在固體外表并滲透到固體內(nèi)部的這種特性(即水分子親和力) 所制 成的傳感器叫做水分子親

37、和力型濕敏傳感器.第十一章習題答案傳感器測得示值為1 .用測量范圍為-50150KPa的壓力傳感器測量140KPa壓力時,142KPa ,求該示值的絕對誤差、實際相對誤差、標稱相對誤差和引用誤差.解：絕對誤差：X L =142-140=2相對誤差一100% = 100% 1.4285%L1402標稱相對誤差即一100%= 100% 1.4084%2100% 1%200x142引用誤差 100% =2測量范圍上限-測量范圍下限150 ( 50)2 .試問以下測量數(shù)據(jù)中,哪些表示不正確：100 C±0.1 C, 100 C±1C, 100 C±1% , 100 C&#

38、177;0.1%?解：不正確的選項是 100c±0.1C, 100c±1%3 .壓力傳感器測量祛碼數(shù)據(jù)如題表11-1,試解釋這是一種什么誤差,產(chǎn)生這種誤差的原因是什么.題表11-1M (g)012345正向測量值mv )01.522.533.5反向測量值mv )00.5122.53.5解：這是系統(tǒng)誤差,標準量值的不準確及儀表刻度的不準確而引起的誤差.對于系統(tǒng)誤差應(yīng)通過理論分析和實驗驗證找到誤差產(chǎn)生的原因和規(guī)律以減少和消除誤差.4 .什么是粗大誤差如何判斷測量系統(tǒng)中含有粗大誤差?解：明顯偏離測量結(jié)果的誤差稱為粗大誤差,又稱疏忽誤差.這類誤差是由于測量者疏忽大意或環(huán)境條件的忽然

39、變化而引起的.對于粗大誤差,首先應(yīng)設(shè)法判斷是否存在,然后將其剔除.5 .在對量程為10MPa的壓力傳感器進行標定時,傳感器輸出電壓值與壓力值之間的關(guān)系如題表11-2所示,簡述最小二乘法準那么的幾何意義,并討論以下電壓-壓力直線中哪一條最符合最小二乘法準那么 10分題表11-2測量次數(shù)I12345壓力 Xi ( MPa )24581010.0420.0930.1540.1250.07電壓yi (V)33382 y=5.00x-1.05(2) y=7.00x+0.09(3) y=50.00x-10.50(4) y=-5.00x-1.05 y=5.00x+0.07解：最小二乘法準那么的幾何意義在于擬

40、和直線精密度高即誤差小.將幾組x分別帶入以上五式,與 y值相差最小的就是所求,很明顯5為所求.6.測得某檢測裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如題表11-3 ,試用最小二乘法擬合直線,求其線性度和靈敏度；題表11-3解： Y=kx+bi yi (kxi b)n xiyi xi yi一 22n xi ( xi).2.xiyixi xiyi一 22n xi ( xi)代入數(shù)據(jù)得到：k=0.68, b=0.25所以,y=0.68x+0.251 0,238, 20,35, 30,16, 40.1150,126, 60.194Lmax0.35yL吧 100%7%yFS57.設(shè)5次測量某物體的長度,其測量的結(jié)果分別為

41、：9.8, 10.0 ,10.1 , 9.9, 10.2厘米,假設(shè)忽略粗大誤差和系統(tǒng)誤差,試求在99.73 %的置信概率下,對被測物體的最小估計區(qū)間.解:1 nx xin i 1(9.8 10.0 10.1 9,9 10.2)10ViX X 分別為-0.2-0.20 0.1 -0.10.2nVi20.161 1x 3 ,x 3 9,52,10,485 .假設(shè)采樣頻率 fs是150HZ,信號中含有50、70、160、和510 Hz的成分,將產(chǎn)生畸變的頻率成分是哪些新產(chǎn)生的畸變頻率為多少解：產(chǎn)生畸變的頻率成分F3,F4,新產(chǎn)生的畸變頻率為 10和60Hz .第十三章習題答案1、單臂電橋存在非線性誤差,試說明解決方法.1.,解：提升橋臂比：提升了橋臂比