傳感器與檢測技術課后習題答案

1、第一章 1什么是傳感器它由哪幾個部分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關系的、 便于應用的某種 物理量的測量裝置，能完成檢測任務；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)接入基本轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。 2傳感器技術的發(fā)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

2、理、新效應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合， 構成智能傳感器。 系統(tǒng)功能最大程度地用 軟件實現(xiàn)。 （ 4）傳感器發(fā)展集成化： 固體功能材料的進一步開發(fā)和集成技術的不斷發(fā)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：

3、 如同時檢測壓力、 溫度和液位的傳感器已逐步走向 市場。 3傳感器的性能參數(shù)反映了傳感器的什么關系靜態(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)進行檢測和控制， 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的電量， 這取決于傳感器的基本特性， 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 廚與引起輸出量增量 窗的輸入量增量 Ax 的比值； 3）傳感器的遲滯是指傳感器在正（

4、輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐唐陂g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傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變化時，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特性：頻率響應、時間常數(shù)、 固有頻率和阻尼比等。 1）瞬態(tài)響應特性：傳感器的瞬態(tài)響應是時間響應。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 激勵信號的響應稱瞬態(tài)響應。常用激勵信號有階躍函數(shù)

5、、斜坡函數(shù)、脈沖函數(shù)等。 2）頻率響應特性：傳感器對正弦輸入信號的響應特性，稱為頻率響應特性。頻率響應法是 從傳感器的頻率特性出發(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范圍， 一般是提高傳感器固有頻率3n。 4.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。 3 解：其靈敏度k 丄 300 10360 X 5 10 第二章 1 .什么是應變效應什么是壓阻效應什么是橫向效應 解：應變效應，是指 在導體產(chǎn)生機械變形時，它的電阻值相應發(fā)生變化。 壓阻效應，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，是指將直的電阻絲繞成敏

6、感柵后，雖然長度不變，應變狀態(tài)相同，但由于應 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、試說明金屬應變片與半導體應變片的相同和不同之處。 解：金屬應變片由敏感柵、基片、覆蓋層和引線等部分組成。金屬電阻應變片的敏感柵有絲 式、箔式和薄膜式三種。箔式應變片是利用光刻、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 艸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)點是應變靈敏度系數(shù)大，允 許電流密度大，

7、工作范圍廣。 半導體應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。半導 體應變片的突出優(yōu)點是靈敏度高，比金屬絲式應變片高5080倍，尺寸小，橫向效應小, 動態(tài)響應好。但它有溫度系數(shù)大，應變時非線性比較嚴重等缺點。 3、應變片產(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。 電阻應變片的溫度補償方法：通常有線路補償法和應變片自補償兩大類。 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

8、面的四個條件不一滿足，尤其是兩個應變片很難處于同一溫度場。 2) 應變片的自補償法是利用自身具有溫度補償作用的應變片。 4、鋼材上粘貼的應變片的電阻變化率為，鋼材的應力為10kg/mm2。試求 求鋼材的應變。 鋼材的應變?yōu)?00X 10時，粘貼的應變片的電阻變化率為多少 A R/R=所以 A l/l應變)=5 10 l F 是 R/R=2 A l/)。因為電阻變化率是 l l6 因 300 10 ,所以 R. R 2 300 10 6 10 5、如系題圖1-1所示為等強度梁測力系統(tǒng)，R1為電阻應變片，應變片靈敏度 系數(shù)k 2.05，未受應變時R1 120 ，當試件受力F時，應變片承受平均應變

9、8 10 4，求 3V，求電橋 (1)應變片電阻變化量R1和電阻相對變化量 R/R。 (2)將電阻應變片置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流 輸出電壓是多少。 R1 (a) (b) 習題圖1-1等強度梁測力系統(tǒng) Ri 解：(1) Ri 2.05 8 10 41.64 10 3, R k R 1.64 10 3 120 0.1968 Uo e(RR & RiR2 R3 R3& ER & 7R尺&)(&rj R4R1 ER3 r (1 衛(wèi)邑)(1R4) R RR3 設橋臂比n ，分母中R1/R1可忽略，并考慮到平衡條件 13，則上式可寫為: R2 R4 廠 n R (1 n)2 R1 3 一 n

10、2 3 1.64 10 (1 n) 3 n 4.92 10 2 1 n 6、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變片，一個受拉 應變，一個受壓應變，接入電橋相鄰橋臂， 稱為半橋差動電路， 由教材中的式（2-42）可知, Uo與A R1/R1呈線性關系，差動電橋無非線性誤差，而且電橋電壓靈敏度KV=E/2，比單臂工 作時提高一倍，同時還具有溫度補償作用。 第三章 1 .為什么電感式傳感器一般都采用差動形式 解：差動式結構，除了可以改善非線性，提高靈敏度外，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

11、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，從而提高了測量的準確性。 2.交流電橋的平衡條件是什么 解：由交流電路分析可得 U (乙乙 乙乙)要滿足電橋平衡條件，即 Uo 0，則有： (乙 Z2XZ3 Z4) Z1Z4 Z2Z3 3 渦流的形成范圍和滲透深度與哪些因素有關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倍范圍內(nèi)， 且分布不均勻。 渦流貫穿深度h k./(f)，定義在渦流密度最大值的jm/e處。被測體的平面 不應小于傳感器線圈外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

12、么 解：電渦流式傳感器最大的特點是能對位移、厚度、表面溫度、速度、應力、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，頻率響應寬等特點，應用極其廣泛。 5 電渦流傳感器除了能測量位移外，還能測量哪些非電量 解：還可以對厚度、表面溫度、速度、應力、材料損傷等進行非接觸式連續(xù)測量。 第四章 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 k1 100( mV pF)，讀數(shù)儀表的靈敏度 k2 5 (格/ mV)在 1(

13、 m)時，讀數(shù)儀表的變化量為多少 解：(1 )根據(jù)公式 C SSSd2 ，其中S= r2 dd dd dd (2 )根據(jù)公式0 k2 1k1100 1 10 3 1，可得到11-0.02 k25 2 寄生電容與電容傳感器相關聯(lián)影響傳感器的靈敏度，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。若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忽

14、視其附加損耗和電效應影響時，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；Co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，是提高電容傳感器實用性能 的關鍵之一；Rg為低頻損耗并聯(lián)電阻，它包含極板間漏電和介質(zhì)損耗；甩為高濕、高溫、高 頻激勵工作時的串聯(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 (4-28) CeC。心2LC。)2kg dd(12LCo)2 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kg變?yōu)閗e，ke與傳感器的 固有電感（包括電纜電感）有關，且隨3變化

15、而變化。在這種情況下，每當改變激勵頻率或 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)定性好結構簡單動態(tài)響應好（4）可以實現(xiàn)非接觸測量，具有 平均效應 缺點：（1）輸出阻抗高，負載能力差（2 ）寄生電容影響大 4 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

16、電橋、脈沖寬度調(diào)制電路等 5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，假設運放增益 A=x，輸入阻抗Zn；試推導輸出電壓Uo與極板間 距的關系，并分析其工作特點。 題圖4-1 Il I2 dUi c - dt cx學 dt 兩邊積分得到: cUi Uo CXU O cUi cdUi CXS 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

17、五章 1.簡述正、逆壓電效應。 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 表面上產(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。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。 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強弱的參數(shù)， 它直接關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

18、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；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：電壓放大器的應用具有一定的應用限制，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

19、成一體，這樣這一問題就可以得 到克服，使它具有廣泛的應用前景。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發(fā)展， 電荷放大器的優(yōu)點：輸出電壓 Uo與電纜電容Cc無關，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。 否則在傳 要注意的是，在實際應用中，電壓放大器和電荷放大器都應加過載放大保護電路, 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

20、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=,Rf=m,Ri=m,CF=10PF。若考慮引線 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 題圖5-1 解: U0Ca Cc Ci (1 K)Cf 因此若滿足 1 K Cf ? Ca Cc Ci 時，式6-4) 可表示為 Q Cf 第六章 1.說明霍爾效應的原理 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

21、爾效應。 3 2.某霍爾元件| b d為1.0 0.35 0.1cm沿I方向通以電流I 1.0mA，在垂直lb面方向加有均勻磁場 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 10 19C) 解：UH Rh IB KH IB，式中KH=R/d稱為霍爾片的靈敏度 所以輸出的霍爾電勢為片 22 1 10 3 0.3 6.6 10 3，因為UH，式中令 ned Rh=-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 3 IB 1 100.3 UHdq = 6.6 10 3 0.1 1.602 10 19 3 .磁

22、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。磁電感應式傳感器也稱為電動式傳感器或感應式傳感器。磁電感應式傳感器是利用 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原理將被測非電量如位移、壓力、流量、重量、振動等轉(zhuǎn) 換成線圈自感量 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控制下，其霍爾電勢與哪些因素有關 解：根據(jù)下面這個公式可以得到 Uh KHlBf （丄），霍爾

23、電勢還與磁感應強度 B, Kh為霍爾片的靈敏度,霍爾元件的長度 b L和寬度b有關。 第七章 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，則在回路中會產(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基本定律。 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 化的特征來達到測量的目的。通常將被

24、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。 熱電偶的基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，并已知標準電極與任意導體配對時的 熱電勢，那么在相同結點溫度(T,T0下，任意兩導體 A、B組成的熱電偶，其電勢可由下 式求得 Eab仃,) Eac (T,To) Ecb(T,T。) 3) 中間溫度定律：在熱電偶回路中，兩接點溫度為T, To時的熱電勢，等于該熱電偶在接

25、 點 T、Ta和 Ta、To時的熱電勢之和，即 Eab(T,To) EAB(T,Ta) EAB(Ta T) 3 已知在其特定條件下材料 A與鉑配對的熱電勢 EAPt(T, To) 13.967mV，材料B與鉑配對 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)熱電偶基本定律中的參考電極定律可知，當結點溫度為T, T0時，用導體A, B組 成的熱電偶的熱電動勢等于AC熱電偶和CB熱電偶的熱電動勢的代數(shù)和，即： EAB (T ,T0) Eac(T,T0)EcB (T ,T0) Eac T,T。Ebc(T,T。)13.976 8.345 5

26、.631mV 4 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代表鉑熱電阻傳感器， 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)用鉑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C的熱電偶與毫伏表相連，已知接線端溫度為 50C，毫伏表的輸出為 60 mv,求熱電偶熱端的溫度為多少 解: T -60750oC 0.08 6 試比較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

27、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 測量一200500C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。其結構形式可根據(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，如鈷、錳、鎳等的氧化物，采用不同比例的配方，經(jīng)高 溫燒結而成，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 阻具有以下優(yōu)點：電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高；結構簡單；電阻率高，熱慣性?。坏?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 1 什么是光電效應

28、，依其表現(xiàn)形式如何分類，并予以解釋。 解：光電效應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,光電效應分為外光電效應和內(nèi)光電效應兩大類： a）在光線作用下，能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應； 1 b）受光照的物體導電率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動勢的效應叫內(nèi)光電效應。 2 分別列舉屬于內(nèi)光電效應和外光電效應的光電器件。 解：外光電效應，如光電管、光電倍增管等。 內(nèi)光電效應，如光敏電阻、光電池和光敏晶體管等。 3 .簡述CCD的工作原理。 解：CCD的工作原理如下：首先構成CCD的基本單元是 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

29、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的最基本結構是一系 列彼此非常靠近的 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 的基本功能是存儲與轉(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；控制相鄰MOC電容柵極電 壓高低來調(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 必須按照確定的方向。 4 說明光纖傳輸?shù)脑怼?解：

30、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Qi角時，根據(jù)斯涅耳（Snell）光的折射定律，在光 纖內(nèi)折射成 Q，然后以 Q角入射至纖芯與包層的界面。若要在界面上發(fā)生全反射，則纖芯 與界面的光線入射角 Qk應大于臨界角 加（處于臨界狀態(tài)時，Q=90o）,即： k c arcs in - 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

31、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，可以輻射熱量，它是光譜中的最大光熱效應區(qū)。能 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。紅外傳感器一般 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 況下選用最合適 解：光敏電阻 (1) 伏安特性：在一定照度下，流過光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的電壓的關系稱為光 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

32、線為直線，說明其阻值與入射 光量有關，而與電壓、電流無關。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。 (2 )光譜特性：光敏電阻的相對光敏靈敏度與入射波長的關系稱為光譜特性，亦稱為光譜 響應。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于近紅外和中紅外區(qū)， 常用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 控制系統(tǒng)中常用作開關式光電信號傳感元