傳感器復(fù)習(xí)課2

1、一、填空（共20分，每空2分）（1）按傳感器的工作原理，可以分為物理型、化學(xué)型、生物型 三類；（2）傳感器檢測(cè)時(shí)，在正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐讨袦y(cè)試得到的輸出輸入曲線不重合稱為遲滯。（3）衡量傳感器精度的指標(biāo)有三個(gè)：說(shuō)明傳感器輸出值的分散性指標(biāo)為強(qiáng)密，說(shuō)明傳感器輸出值與真值的偏離程度的指標(biāo)為 _ 準(zhǔn)確度，說(shuō)明傳感器精度的綜合指標(biāo)為精確度。（4）當(dāng)金屬在外力作用下發(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)；單晶硅材料在受到應(yīng)力作 用后，其電阻率發(fā)生明顯變化，這種現(xiàn)象被稱為壓阻效應(yīng)。（5）表示溫度大小的尺度稱為溫標(biāo)，目前常用的溫標(biāo)有：熱力學(xué)溫標(biāo)、國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)、攝

2、氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)。（6）磁敏傳感器是對(duì)磁場(chǎng)參量磁感應(yīng)強(qiáng)度 B、磁場(chǎng)強(qiáng)度H、磁通量 A敏感的元器件或裝置，具有把磁學(xué)物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的功能。（7）冰點(diǎn)槽法是熱電偶試驗(yàn)中經(jīng)常使用的一種方法。這種方法使用了熱電偶測(cè)溫 定律。（8）通電的導(dǎo)體或半導(dǎo)體，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱之為霍耳效應(yīng) 。（9）太陽(yáng)能電池采用的物理原理為 光生伏特效應(yīng)。（10）光敏電阻采用的物理原理為光電效應(yīng)。二、簡(jiǎn)答題（共50分，每題10分）（1）簡(jiǎn)述傳感器的組成結(jié)構(gòu)。敏感元件是直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉(zhuǎn)換成電路參量。，便可轉(zhuǎn)

3、換成電量輸出?；巨D(zhuǎn)換電路：上述電路參數(shù)接入基本轉(zhuǎn)換電路（簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)換電路）2）什么是外光電效應(yīng)？是指物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量，從而產(chǎn)生的電效應(yīng)。光電傳感器的工作原理基于光電效應(yīng)。光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng) 兩大類。1、外光電效應(yīng) 在光線的作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外 光電效應(yīng)。向外發(fā)射的電子叫做光電子?；谕夤怆娦?yīng)的光電器件有光電管、 光電倍增管等。光子是具有能量的粒子，每個(gè)光子的能量：E=h vh普朗克常數(shù)，6.626X 10-34J - s； v 光的頻率（s-1）根據(jù)愛(ài)因斯坦假設(shè)，一個(gè)電子只能接受一個(gè)光子的能量，所以要使一個(gè)電子 從物體

4、表面逸出，必須使光子的能量大于該物體的表面逸出功，超過(guò)部分的能 量表現(xiàn)為逸出電子的動(dòng)能。外光電效應(yīng)多發(fā)生于金屬和金屬氧化物，從光開(kāi)始 照射至金屬釋放電子所需時(shí)間不超過(guò) 10-9s。根據(jù)能量守恒定理，式中 m電子質(zhì)量；v0電子逸出速度。該方程稱為愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程。光電子能否產(chǎn)生，取決于光電子的能量是否大于該物體的表面電子逸出功 A0。 不同的物質(zhì)具有不同的逸出功，即每一個(gè)物體都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的光頻閾值，稱為 紅限頻率或波長(zhǎng)限。光線頻率低于紅限頻率，光子能量不足以使物體內(nèi)的電子 逸出，因而小于紅限頻率的入射光，光強(qiáng)再大也不會(huì)產(chǎn)生光電子發(fā)射；反之， 入射光頻率高于紅限頻率，即使光線微弱，也會(huì)有光電子

5、射出。當(dāng)入射光的頻譜成分不變時(shí)，產(chǎn)生的光電流與光強(qiáng)成正比。即光強(qiáng)愈大，意味 著入射光子數(shù)目越多，逸出的電子數(shù)也就越多。光電子逸出物體表面具有初始動(dòng)能 mv02 /2 ，因此外光電效應(yīng)器件（如光電管） 即使沒(méi)有加陽(yáng)極電壓，也會(huì)有光電子產(chǎn)生。為了使光電流為零，必須加負(fù)的截 止電壓，而且截止電壓與入射光的頻率成正比。（3）簡(jiǎn)述正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)的物理原理。正壓電效應(yīng) （順壓電效應(yīng)） ：某些電介質(zhì)， 當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ?施力而使它變形時(shí)， 內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象， 同時(shí)在它的一定表面 上產(chǎn)生電荷， 當(dāng)外力去掉后， 又重新恢復(fù)不帶電狀態(tài)的現(xiàn)象。 當(dāng) 作用力方向改變時(shí)，電荷極性也隨著改變。逆壓電效應(yīng)（電致

6、伸縮效應(yīng)） ：當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)就在一定方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械壓力，當(dāng)外加電場(chǎng)撤去時(shí)，這些變形或應(yīng)力也隨之消失的現(xiàn)象。(4)簡(jiǎn)述如圖所示熱電偶回路中，為什么電位計(jì)E能夠測(cè)量到T和TO之間的電勢(shì)差。中間導(dǎo)體定律：一個(gè)由幾種不同導(dǎo)體材料連接成的閉合回路，只要它們彼此連接的接點(diǎn)溫度相同， 則此回路各接點(diǎn)產(chǎn)生的熱電勢(shì) 的代數(shù)和為零。如圖，由A、B、C三種材料組成的閉合回路，貝VE 總=EAB (T) +EBC (T) +ECA (T) = 0三種不同導(dǎo)體組成的熱電偶回路根據(jù)上述原理，可以在熱電偶回路中接入電位計(jì) E,只要保證電 位計(jì)與連接熱電偶處的接點(diǎn)溫度相等，就不會(huì)影響回路中

7、原來(lái)的熱電勢(shì)，接入的方式見(jiàn)下圖所示。To接入后的B根據(jù)電橋的工作原理，在電橋的負(fù)載電橋的輸出電壓為:1路中接入電位CAU(5 )簡(jiǎn)要說(shuō)明第一對(duì)稱電橋測(cè)金屬應(yīng)變片電阻的原理。Ug=0；IM第一對(duì)稱電橋如果R仁R2=R,R3=R4=R &則R電橋平衡C電橋相同。g _ (RiRRR + Rj 如果R1有一增量 R 上式表明：第一對(duì)稱電橋的-e4R 2R4 R J2R ：R 2R若R也Rr f這時(shí)輸出電壓與應(yīng)變成正比。1 Ug =E -(6)如圖為某光敏電阻的伏安特性曲線，請(qǐng)敘述該特性曲線的4物理含義(1.什么是光敏電阻的伏安特性曲線，2.曲線a和b的表示的物理意義)A在一定照度下，加在電阻光敏安特

8、性。圖中曲線501、2分別表100性。由曲線可知，在給定備壓50定的光照度下，所加的與電流之間的關(guān)系稱為伏及照度為某值時(shí)的伏安特光照度較大，光電流也越大。在一:，光電流越大，而且無(wú)飽和現(xiàn)象。但2040 UN9是電壓不能無(wú)限地增大照度因?yàn)槿魏喂饷綦娮瓒际茴~定功率、 最高工作某光敏電阻的伏安特性曲線圖電壓和額定電流的限制。超過(guò)最高工作電壓和最大額定電流， 可能導(dǎo) 致光敏電阻永久性損壞。(7 )如圖所示為光電轉(zhuǎn)速傳感器工作原理示意圖，請(qǐng)敘述該傳 感器是如何工作的在待測(cè)轉(zhuǎn)速軸上固定一帶孔的轉(zhuǎn)速調(diào)置盤2在調(diào)置盤一邊由白 熾燈產(chǎn)生恒定光E曇過(guò)盤上小孔到達(dá)光敏二極管組成的光電轉(zhuǎn)換卿 r :闢器上，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)

9、的電脈沖信號(hào)， 經(jīng)過(guò)放大整形電路輸出整齊的 脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)速由該脈沖頻式率決定作原理圖(8 )如圖所示為遮光式光纖溫度警報(bào)傳感器工作原理示意圖， 請(qǐng)敘述該傳感器是如何工作的的控制，溫度設(shè)定值靈活可遮光式光纖溫度計(jì)：下圖為一種簡(jiǎn)單的利用水銀柱升降溫度的 光纖溫度開(kāi)關(guān)。可用于對(duì)設(shè)定溫度建變。(9 )簡(jiǎn)述光纖傳感器的工作lmm到極遠(yuǎn)紫外線的光是一種電磁波，其波長(zhǎng)從極遠(yuǎn)紅外的水銀柱式光纖溫度開(kāi)關(guān)10nm。它的物理作用和生物化學(xué)作用主要因其中的電場(chǎng)而引起。因此，討論光的敏感測(cè)量必須考慮光的電矢量E的振動(dòng)，即A電場(chǎng)E的振幅矢量； 光波的振動(dòng)頻率；光相位;一 t光的傳播時(shí)間。 可見(jiàn)，說(shuō)要 和相位等參量之一隨

10、制，那么，通過(guò)對(duì) 制等進(jìn)行解調(diào)，獲得所需（10）簡(jiǎn)述感應(yīng)式磁敏傳感器被采用發(fā)射機(jī)向發(fā)射線圈供給交變電流，；它: 變電磁場(chǎng)，稱為一次場(chǎng)。叉場(chǎng)70煤fin（矢量A的方向）、頻率 R E受被測(cè)量調(diào)*偏振調(diào)制頻率調(diào)制或相位調(diào)藏的工作原理。2圈周圍則建立起交1如示果地下有良導(dǎo)礦體存在，則礦體被一次場(chǎng)所激發(fā)而在礦體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這是一種渦旋電流（渦 流）,此渦流在空間也產(chǎn)生交變磁場(chǎng)向周圍發(fā)射，這種場(chǎng)稱為二 次場(chǎng)或異常場(chǎng)。三、論述題（共30分，每小題各15分）1. 在采用擬合直線分析傳感器的線性誤差時(shí)，比較常用的 擬合方法有最小二乘擬合法，請(qǐng)推導(dǎo)說(shuō)明該擬合直線是如何得到 的。設(shè)擬合直線方程：y=kx+b若

11、實(shí)際校準(zhǔn)測(cè)試點(diǎn)有n個(gè)，則第i個(gè)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與擬合直線上 響應(yīng)值之間的殘差為 i=yi-（kxi+b）最小二乘法擬合直線的原理就是使為最小值，即對(duì)k和b一階偏導(dǎo)數(shù)等于零，求出a和k的表達(dá)式即得到k和b的表達(dá)式：將k和b代入擬合直線方程，即可得到擬合直線，然后求出殘差的最大值Lmax即為非線性誤差。最小二乘擬合法2. 簡(jiǎn)述如下圖所示的天陽(yáng)能電池系統(tǒng)的工作原理充電器阻塞二極管太陽(yáng)電池方陣直流負(fù)載交流負(fù)載太陽(yáng)能電池電源系統(tǒng)太陽(yáng)電池電源系統(tǒng)主要由太陽(yáng)電池方陣、蓄電池組、調(diào)節(jié)控制和阻塞二極管組成。如果還需要向交流負(fù)載供電， 則加一個(gè)直流一交流變換器，太陽(yáng)電池電源系統(tǒng)框圖如圖。R(T)二 ri太陽(yáng)能電池因光生伏特效應(yīng)產(chǎn)生電能。 阻塞二極管防止電流倒流電池充電器向蓄電池組充電，儲(chǔ)藏電能經(jīng)過(guò)逆變器將直流換成交流電源以供使用