傳感器技術(shù)與應(yīng)用第3版習(xí)題答案

1、傳感器技術(shù)與應(yīng)用第3版習(xí)題參考答案習(xí)題11. 什么叫傳感器？它由哪幾部分組成？ 答：傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。傳感器通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺芑蝽憫?yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)部分。 2. 傳感器在自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)中起什么作用？答：自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制技術(shù)是人們對(duì)事物的規(guī)律定性了解、定量分析預(yù)期效果所從事的一系列技術(shù)措施。自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)是完成這一系列技術(shù)措施之一的裝置。一個(gè)完整的自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)，一般由傳感器、測(cè)量電路、顯示記錄裝置或調(diào)節(jié)執(zhí)行裝置、電源四部分

2、組成。傳感器的作用是對(duì)通常是非電量的原始信息進(jìn)行精確可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換為電量，提供給測(cè)量電路處理。3. 傳感器分類有哪幾種？各有什么優(yōu)、缺點(diǎn)？答：傳感器有許多分類方法，但常用的分類方法有兩種，一種是按被測(cè)輸入量來(lái)分，如溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、流量傳感器、液位傳感器、力傳感器、加速度傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器等；另一種是按傳感器的工作原理來(lái)分，如電學(xué)式傳感器、磁學(xué)式傳感器、光電式傳感器、電勢(shì)型傳感器、電荷傳感器、半導(dǎo)體傳感器、諧振式傳感器、電化學(xué)式傳感器等。還有按能量的關(guān)系分類，即將傳感器分為有源傳感器和無(wú)源傳感器；按輸出信號(hào)的性質(zhì)分類，即將傳感器分為模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器。按

3、被測(cè)輸入量分類的優(yōu)點(diǎn)是比較明確地表達(dá)了傳感器的用途，便于使用者根據(jù)其用途選用；缺點(diǎn)是沒有區(qū)分每種傳感器在轉(zhuǎn)換機(jī)理上有何共性和差異，不便使用者掌握其基本原理及分析方法。按工作原理分類的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)傳感器的工作原理比較清楚，有利于專業(yè)人員對(duì)傳感器的深入研究分析；缺點(diǎn)是不便于使用者根據(jù)用途選用。4. 什么是傳感器的靜態(tài)特性？它由哪些技術(shù)指標(biāo)描述？答：傳感器測(cè)量靜態(tài)量時(shí)表現(xiàn)的輸入、輸出量的對(duì)應(yīng)關(guān)系為靜態(tài)特性。它有線性度、靈敏度、重復(fù)性、遲滯現(xiàn)象、分辨力、穩(wěn)定性、漂移等技術(shù)指標(biāo)。 5. 為什么傳感器要有良好的動(dòng)態(tài)特性？什么是階躍響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法？ 答：在動(dòng)態(tài)（快速變化）的輸入信號(hào)情況下，要求傳感器能迅速準(zhǔn)

4、確地響應(yīng)和再現(xiàn)被測(cè)信號(hào)的變化。因此，需要傳感器具有良好的動(dòng)態(tài)特性。測(cè)試和檢驗(yàn)傳感器的動(dòng)態(tài)特性有瞬態(tài)響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法。階躍響應(yīng)法即瞬態(tài)響應(yīng)法，是給傳感器輸入一個(gè)單位階躍函數(shù)的被測(cè)量，測(cè)量其輸出特性。動(dòng)態(tài)特性優(yōu)良的傳感器的輸出特性應(yīng)該上升沿陡，頂部平直。頻率響應(yīng)法是給傳感器輸入各種頻率不同而幅值相同，初相位為零的正弦函數(shù)的被測(cè)量，測(cè)量其輸出的正弦函數(shù)輸出量的幅值和相位與頻率的關(guān)系。動(dòng)態(tài)特性優(yōu)良的傳感器，輸出的正弦函數(shù)輸出量的幅值對(duì)于各頻率是相同的，相位與各頻率成線性關(guān)系。6. 傳感器的性能指標(biāo)有哪些？設(shè)計(jì)、制造傳感器時(shí)應(yīng)如何考慮？試舉例說(shuō)明？答：傳感器有基本參數(shù)指標(biāo)，例如量程、靈敏度、精度以及動(dòng)

5、態(tài)特性的頻率特性、上升時(shí)間、過沖量等；有環(huán)境參數(shù)指標(biāo)，例如溫度、氣壓、濕度等；有可靠性指標(biāo)，例如壽命、平均無(wú)故障時(shí)間、絕緣電阻、耐壓等；還有供電方式、外形尺寸、重量、安裝方式等性能指標(biāo)。在設(shè)計(jì)、制造傳感器時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際的需要與可能，在確保主要性能指標(biāo)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，放寬對(duì)次要性能指標(biāo)的要求，以求得高的性能價(jià)格比。例如：測(cè)量體溫的溫度表用的是水銀材料（精度高，水銀低溫時(shí)要凍結(jié)），而家庭使用測(cè)量室內(nèi)溫度的溫度計(jì)用的是染色酒精（低溫時(shí)不凍結(jié)，價(jià)格便宜）。習(xí)題21. 用K型（鎳鉻鎳硅）熱電偶測(cè)量爐溫時(shí)，自由端溫度t0=30，由電子電位差計(jì)測(cè)得熱電勢(shì)E(t,30)=37.724mV，求爐溫t。答：參考端（自

6、由端）溫度t0=30，由分度表2-1可查得 E(30,0)=1.203mv，若測(cè)得熱電勢(shì)E(t,30)= 37.724mv，則可得E(t,0)=E(t,30+E(30,0)= 37.724+1.203=38.927mv再查分度表可知爐溫t=940。2. 熱電偶主要分幾種類型，各有何特點(diǎn)。我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶有哪幾種？答：熱電偶主要分普通型熱電偶、鎧裝熱電偶和薄膜熱電偶。普通型熱電偶由熱電極、絕緣套管、保護(hù)管和接線盒組成，是工業(yè)測(cè)量上應(yīng)用最多的熱電偶；鎧裝熱電偶耐高壓、反應(yīng)時(shí)間短、堅(jiān)固耐用；薄膜熱電偶適用于各種表面溫度的測(cè)量。我國(guó)指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電

7、偶。3. 利用分度號(hào)Pt100鉑電阻測(cè)溫，求測(cè)量溫度分別為t1=-100和t2=650的鉑電阻Rt1、Rt2值。答：在-100鉑電阻的電阻溫度特性方程為： Rt=RO1+At+Bt2+Ct3(t-100)將R0=100、t1=-100、A= 3.9684×10-3/、B= -5.847×10-7/2、C= -4.22×10-12/4代入，可計(jì)算得到Rt=10013.9684×10-3×（-100）（-5.847×10-7）×（-100）2（-4.22×10-12）×（-100）3×（-10010

8、0）59.6在+650鉑電阻的電阻溫度特性方程為： Rt=RO(1+At+Bt2)將R0=100、t2=650、A= 3.9684×10-3/、B= -5.847×10-7/2代入，可計(jì)算得到Rt=100（13.9684×10-3×650-5.847×10-7×6502）3334. 利用分度號(hào)Cu100的銅電阻測(cè)溫，當(dāng)被測(cè)溫度為50時(shí),問此時(shí)銅電阻Rt值為多大？答： RtR0(1+t) R0為溫度為0時(shí)銅電阻值，Cu100為100，1為常數(shù)；1=4.28×10-3 -1。代入算得 Rt100×（14.28×

9、;10-3×50）121.45. 畫出用四個(gè)熱電偶共用一臺(tái)儀表分別測(cè)量T1、T2、T3和T4的測(cè)溫電路。若用四個(gè)熱電偶共用一臺(tái)儀表測(cè)量T1、T2、T3和T4的平均溫度，電路又應(yīng)怎樣連接？答：（1）四個(gè)熱電偶分別接電子開關(guān)，再接同一臺(tái)測(cè)量?jī)x表，通過選通電子開關(guān)的辦法，實(shí)現(xiàn)分別測(cè)量T1、T2、T3和T4的溫度。（電子開關(guān)可以采用DG801802超導(dǎo)通電阻（最大導(dǎo)通電阻為0.4）電子開關(guān)， S端輸入，D端輸出，C端高電平時(shí)選通。）（2）四個(gè)熱電偶并聯(lián)再接測(cè)量?jī)x表，可以實(shí)現(xiàn)共用一臺(tái)儀表測(cè)量T1、T2、T3和T4的平均溫度。圖略，可參照?qǐng)D212。6. 硅二極管測(cè)溫電路，如圖2-25所示。當(dāng)被測(cè)

10、溫度t為30時(shí)，輸出電壓為5V，當(dāng)輸出電壓為10V時(shí)，問被測(cè)溫度為多大？答：溫度每變化1，輸出電壓變化量為0.1V。輸出電壓為10V時(shí)，被測(cè)溫度為80。7. 利用如圖2-28所示集成溫度傳感器測(cè)量溫度，如果被測(cè)溫度為30時(shí)，輸出電壓為303mV，問被測(cè)溫度為120時(shí)，輸出電壓UR為多大？答：溫度每變化1，輸出電壓變化量為1mV（每1度K與每1相同）。被測(cè)溫度為120時(shí)，輸出電壓UR為303mV90mV，即393mV。8. 分析圖2-29所示熱電偶參考端溫度補(bǔ)償電路工作原理。答：集成溫度傳感器AD590應(yīng)緊貼熱電偶參考端，處于同一溫度下。AD580是一個(gè)三端穩(wěn)壓器，提供穩(wěn)定輸出電壓U0=2.5V

11、。電路工作時(shí)，調(diào)整電阻R2使得集成溫度傳感器AD590的隨溫度變化的輸出電流的I1分量為 I1=t0×10-3I1的單位是mA，即1AK的電流。這樣在電阻R1上產(chǎn)生一個(gè)隨參考端溫度t0變化的補(bǔ)償電壓U1=I1R1。選擇R1使U1與EAB（t0,0）近似相等。U1與熱電偶輸出電壓EAB（t, t0）串聯(lián)相加后輸入測(cè)量?jī)x表，起參考端溫度補(bǔ)償作用，測(cè)量?jī)x表顯示的為實(shí)際測(cè)量溫度值。9. 正溫度系數(shù)熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻各有什么特性？各有哪些用途？哪一種熱敏電阻可以做“可恢復(fù)熔絲”？答：正溫度系數(shù)熱敏電阻隨溫度升高阻值增大，阻值隨溫度的變化有線性型和突變型。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻隨溫度升高阻

12、值降低，阻值隨溫度的變化有突變型和負(fù)指數(shù)型。 線性型正溫度系數(shù)熱敏電阻和負(fù)指數(shù)型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻適用于溫度測(cè)量。突變型正溫度系數(shù)熱敏電阻和突變型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻適用于溫控開關(guān)和溫度保護(hù)電路。突變型正溫度系數(shù)熱敏電阻可以做“可恢復(fù)熔絲”。溫度升高到突變值，電阻陡然升高，相當(dāng)于保險(xiǎn)絲熔斷。當(dāng)溫度降低時(shí)，電阻陡然變小，相當(dāng)于保險(xiǎn)絲又恢復(fù)接通了。10. 參照冰箱熱敏電阻溫控電路，用熱水器專用溫度傳感器設(shè)計(jì)熱水器溫度控制電路？答：如圖，溫度降低到一定值，繼電器K接通，電加熱器加熱。溫度升高到一定值，繼電器K斷開，電加熱器停止加熱。習(xí)題31. 彈性敏感元件的作用是什么？有哪些彈性敏感元件？如何使用？答

13、：彈性敏感元件把力或壓力轉(zhuǎn)換成了應(yīng)變或位移，然后再由傳感器將應(yīng)變或位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。有變換力的彈性敏感元件，例如等截面柱式、圓環(huán)式、等截面薄板、懸臂梁及軸狀等結(jié)構(gòu)。有變換壓力的彈性敏感元件，例如彈簧管、波紋管、波紋膜片、膜盒和薄壁圓筒等，它可以把流體產(chǎn)生的壓力變換成位移量輸出。應(yīng)仔細(xì)分清不同彈性敏感元件的性能，根據(jù)測(cè)量物理量的性質(zhì)、大小、測(cè)量條件和測(cè)量精度，選用合適的彈性敏感元件。2. 電阻應(yīng)變片是根據(jù)什么基本原理來(lái)測(cè)量應(yīng)力的？簡(jiǎn)述圖3-9所示不同類型應(yīng)變片傳感器的特點(diǎn)。答：電阻應(yīng)變片是把導(dǎo)體的機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻應(yīng)變，通過電阻測(cè)量來(lái)測(cè)量所受的應(yīng)力。金屬電阻應(yīng)變片分體型和薄膜型。屬于體型的有電阻

14、絲柵應(yīng)變片、箔式應(yīng)變片、應(yīng)變花等。圖3-9所示絲繞式應(yīng)變片粘貼性能好，能保證有效地傳遞變形，性能穩(wěn)定，且可制成滿足高溫、強(qiáng)磁場(chǎng)、核輻射等特殊條件使用的應(yīng)變片。缺點(diǎn)是U型應(yīng)變片的圓弧型彎曲段呈現(xiàn)橫向效應(yīng)，H型應(yīng)變片因焊點(diǎn)過多，可靠性下降。箔式應(yīng)變片優(yōu)點(diǎn)是粘合情況好、散熱能力較強(qiáng)、輸出功率較大、靈敏度高等。在工藝上可按需要制成任意形狀，易于大量生產(chǎn)，成本低廉。半導(dǎo)體應(yīng)變片靈敏系數(shù)大、機(jī)械滯后小、頻率響應(yīng)快、阻值范圍寬（可從幾歐幾十千歐），易于做成小型和超小型；但熱穩(wěn)定性差，測(cè)量誤差較大。3. 圖3-11（d）為應(yīng)變片全橋測(cè)量電路，試推導(dǎo)其輸出電壓U0表達(dá)式。答：圖3-11（d）是四個(gè)橋臂均為測(cè)量片

15、的電路，且互為補(bǔ)償，有應(yīng)變時(shí)，必須使相鄰兩個(gè)橋臂上的應(yīng)變片一個(gè)受拉，另一個(gè)受壓?？梢杂?jì)算輸出電壓為 4. 利用圖3-12分析石英晶體的壓電效應(yīng)。答：當(dāng)在X軸向施加壓力時(shí)，如圖3-12（b）所示，各晶格上的帶電粒子均產(chǎn)生相對(duì)位移，正電荷中心向B面移動(dòng)，負(fù)電荷中心向A面移動(dòng)，因而B面呈現(xiàn)正電荷，A面呈現(xiàn)負(fù)電荷。當(dāng)在X軸向施加拉伸力時(shí)，如圖3-12(c)所示，晶格上的粒子均沿X軸向外產(chǎn)生位移，但硅離子和氧離子向外位移大，正負(fù)電荷中心拉開，B面呈現(xiàn)負(fù)電荷，A面呈現(xiàn)正電荷。在Y方向施加壓力時(shí)，如圖3-12（d）所示，晶格離子沿Y軸被向內(nèi)壓縮， A面呈現(xiàn)正電荷，B面呈現(xiàn)負(fù)電荷。沿Y軸施加拉伸力時(shí)，如圖3-

16、12（e）所示,晶格離子在Y向被拉長(zhǎng)，X向縮短，B面呈現(xiàn)正電荷，A面呈現(xiàn)負(fù)電荷。5. MPX4100A型集成硅壓力傳感器由哪幾部分電路組成？單晶硅壓電傳感器單元是如何工作的？為什么需要加溫度補(bǔ)償和放大電路？答：MPX4100A型集成硅壓力傳感器由3部分電路組成，它們是單晶硅壓電傳感器單元，薄膜溫度補(bǔ)償器和第一級(jí)放大器，第二級(jí)放大器和模擬電壓輸出電路。單晶硅壓電傳感器單元受到垂直方向上的壓力p時(shí)，該壓力進(jìn)入熱塑殼體，作用于單晶硅壓電傳感器管芯，與密封真空室的參考?jí)毫ο啾容^，使輸出電壓大小與壓力p成正比。該電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，可由微處理器計(jì)算出被測(cè)壓力值。 單晶硅壓電傳感器本身的內(nèi)阻比較大

17、，而輸出能量又比較小，且隨溫度的變化比較大，所以，通常需要加溫度補(bǔ)償和放大電路。6. 壓電元件在使用時(shí)常采用多片串聯(lián)或并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式。試問不同接法輸出電壓、電流或電荷有什么不同？它們分別適合哪一種應(yīng)用場(chǎng)合？答：以2片壓電元件串、并聯(lián)為例。壓電元件2片串聯(lián)時(shí)，輸出電容為單片的一半，輸出電壓為單片的一倍，極板上電荷量不變。壓電元件2片并聯(lián)時(shí)，輸出電容為單片的一倍，輸出電壓與單片相同，極板上電荷量增加一倍。串聯(lián)接法輸出電壓高，適用于以電壓作為輸出量，測(cè)量電路輸入阻抗大的場(chǎng)合。并聯(lián)接法輸出電荷量大，輸出電容大，時(shí)間常數(shù)大，適用于測(cè)量緩變信號(hào)和以電荷作為輸出量，以及測(cè)量電路輸入阻抗較小的場(chǎng)合。7. 電容

18、式傳感器分幾種類型？各有什么特點(diǎn)？適用于什么場(chǎng)合？答：平行板電容器的和S不變，只改變電容器兩極板間距離d，為變極距型電容傳感器，電容變化與d的關(guān)系是線性的，常用于壓力、加速度、振動(dòng)的測(cè)量。改變電容器極板面積S，為變面積型電容傳感器，電容變化是線性的，靈敏度為常數(shù)，常用于作用力、角度、長(zhǎng)度位移的測(cè)量。改變電容器的，為變介電常數(shù)型電容傳感器，電容變化與介質(zhì)進(jìn)入電容器的長(zhǎng)度x的關(guān)系是線性的，常用于作用力、位移、成分含量的測(cè)量。8. 已知變面積型電容式傳感器兩極板間距離為10mm，介電常數(shù)50Fm，兩極板幾何尺寸一樣，為30 mm×20 mm×5 mm，在外力作用下，動(dòng)極板向外移動(dòng)

19、了10 mm，試求電容量變化C和靈敏度Kx。答：a30 mm，b20 mm，d10 mm，x10 mm，50Fm?？梢杂?jì)算 C0abd3000F10003F， 電容量變化Cx C0a1F， 靈敏度Kxbd100Fm。9. 利用圖3-22分析差動(dòng)式電容傳感器提高靈敏度的原理。答：差動(dòng)式電容傳感器中間電極不受外力作用時(shí)，由于d1=d2=d0,所以C1=C2，則兩電容差值C1-C2=0。中間電極若受力向上位移d，則C1容量增加，C2容量減小，兩電容差值為 可見，電容傳感器做成差動(dòng)型后之后，靈敏度提高一倍。10. 如圖3-29所示交流電橋測(cè)量電路，靜態(tài)時(shí)，Z1=Z2，電感量都是100mH，u0=0V；

20、動(dòng)態(tài)時(shí)，電感最大變化量L=10mH，若uAC=2sint(V)時(shí)，求動(dòng)態(tài)最大輸出電壓Uo。答： L0100mH，L=10mH，UAC2V，動(dòng)態(tài)最大輸出電壓UOL UACL00.2 （V）瞬時(shí)量u0=0.2sint (V) 11. 差動(dòng)變隙式電感傳感器是如何工作的？差動(dòng)變壓器式傳感器又是如何工作的？?jī)煞N電感傳感器工作原理有什么異同？答：閉磁路式自感傳感器電感量L為：當(dāng)銜鐵受外力作用使氣隙厚度減小，則線圈電感變化為： 電感的相對(duì)變化為： 差動(dòng)變隙式電感傳感器由兩個(gè)相同的電感線圈和磁路組成，當(dāng)銜鐵受外力作用使氣隙厚度減小，使兩個(gè)磁回路中磁阻發(fā)生大小相等，方向相反的變化，導(dǎo)致一個(gè)線圈的電感量增加，一個(gè)

21、線圈的電感量減小，形成差動(dòng)工作形式，使靈敏度提高一倍。差動(dòng)變壓器式傳感器有多種型式，螺線管式差動(dòng)變壓器由初級(jí)線圈、兩個(gè)次級(jí)線圈和插入線圈中央的圓柱形鐵芯等組成。初級(jí)線圈輸入激勵(lì)電壓，兩個(gè)次級(jí)線圈感應(yīng)的輸出電壓反相串聯(lián)后輸出。圓柱形鐵芯受外力移動(dòng)時(shí)，輸出電壓變化，可測(cè)位移方向和距離。差動(dòng)變隙式電感傳感器是位移產(chǎn)生磁阻變化，造成自感量的變化，差動(dòng)變壓器式傳感器是位移產(chǎn)生磁阻變化，造成互感量的變化。最后都要轉(zhuǎn)換為電壓輸出進(jìn)行測(cè)量。12. 如何用兩個(gè)測(cè)力單元（重力傳感器）組成加速度傳感器？如何用加速度傳感器測(cè)物體的垂直運(yùn)動(dòng)加速度和水平運(yùn)動(dòng)加速度？答：測(cè)力單元為差動(dòng)式結(jié)構(gòu)的變極距電容傳感器。上下兩塊極板

22、a、b為固定極板，與加速度傳感器殼體固定成一體。中間極板c是活動(dòng)的，與活動(dòng)框連成一體，經(jīng)彈簧錨定在殼體上，組成加速度傳感器。加速度會(huì)使中間極板c向一個(gè)固定極板運(yùn)動(dòng)，從而使電容變化。測(cè)出變化量，即可測(cè)出加速度。加速度傳感器殼體可以水平方向固定在被測(cè)設(shè)備上，測(cè)被測(cè)設(shè)備的水平方向加速度；也可以豎直方向固定在被測(cè)設(shè)備上，測(cè)被測(cè)設(shè)備的豎直方向加速度（重力加速度以外）或靜止時(shí)受到地球引力（重力）。單軸加速度傳感器的兩個(gè)測(cè)力單元是同方向的，兩個(gè)測(cè)力單元電容變化相疊加，可增加輸出信號(hào)強(qiáng)度。雙軸加速度傳感器的兩個(gè)測(cè)力單元分別為X和Y方向，兩個(gè)測(cè)力單元電容變化量相減，不僅可以測(cè)出加速度或靜止時(shí)地球引力的大小，還可

23、以測(cè)出方向。13. 試用ADXL320雙軸加速度傳感器設(shè)計(jì)一個(gè)手機(jī)跌落關(guān)機(jī)保護(hù)電路。答：跌落（失重）狀態(tài)，ADXL320雙軸加速度傳感器的Xout和Yout輸出端的輸出都是1.500V，送入運(yùn)算放大器比較器進(jìn)行比較，輸出為0V。將其作為觸發(fā)信號(hào)，送入微處理器，觸發(fā)運(yùn)行關(guān)機(jī)程序，進(jìn)行關(guān)機(jī)。14. 手機(jī)和平板電腦的重力感應(yīng)屏幕橫豎顯示方向轉(zhuǎn)換是如何實(shí)現(xiàn)的？答：采用ADXL320雙軸加速度傳感器。當(dāng)人們縱向（X方向）拿著手機(jī)或平板電腦時(shí)，XOUT端口和YOUT端口輸出電壓為XOUT1.500V， YOUT1.326V。分別接比較器A的正相輸入端和反相輸入端。比較器A輸出高電平，送入微處理器，控制掃描

24、電路進(jìn)行X方向掃描和信號(hào)顯示。當(dāng)人們將拿著的手機(jī)或平板電腦轉(zhuǎn)為橫向（Y方向）時(shí)，XOUT端口和YOUT端口輸出電壓變?yōu)閄OUT1.326V， YOUT1.500V。比較器A輸出變?yōu)榈碗娖剑腿胛⑻幚砥?。微處理器控制掃描電路改為Y方向掃描和信號(hào)顯示。習(xí)題41. 光電效應(yīng)有哪幾種？與之對(duì)應(yīng)的光電元件有哪些？請(qǐng)簡(jiǎn)述其特點(diǎn)。答：通常把光電效應(yīng)分為三類：外光電效應(yīng)，內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。根據(jù)這些光電效應(yīng)可制成不同的光電轉(zhuǎn)換器件（光電元件），如：光電管，光電倍增管，光敏電阻，光敏晶體管，光電池等。光電管的金屬陽(yáng)極A和陰極K封裝在一個(gè)玻璃殼內(nèi)，當(dāng)入射光照射在陰極上時(shí)，從陰極表面溢出的電子被具有正向電壓的

25、陽(yáng)極所吸引，在光電管中形成電流，稱為光電流。光電流I正比于光電子數(shù)，而光電子數(shù)又正比于光通量。光電倍增管的陰極和陽(yáng)極間設(shè)置許多二次發(fā)射電極D1、D2、D3、，光電倍增管陽(yáng)極得到的光電流比普通光電管大倍，因此光電倍增管靈敏度極高。光敏電阻受到光照時(shí)，電阻率變小。光照愈強(qiáng)，阻值愈低。入射光消失，電子-空穴對(duì)逐漸復(fù)合，電子也逐漸恢復(fù)原值。光敏晶體管有兩個(gè)PN結(jié)，從而可以獲得電流增益。光線通過透明窗口落在集電結(jié)上，在集電結(jié)附近產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，大部分的電子穿越基區(qū)流向集電區(qū)，集電極電流IC是原始光電流的倍，靈敏度高。光電池基于光生伏特效應(yīng)。當(dāng)光照射在光電池上時(shí)，可以直接輸出電動(dòng)勢(shì)及光電流。2. 光電傳

26、感器可分為那幾類，請(qǐng)分別舉出幾個(gè)例子加以說(shuō)明。答：利用光電效應(yīng)可制成了各種光電轉(zhuǎn)換器件，即光電式傳感器。眾多的光電傳感器中，最為成熟且應(yīng)用最廣的是可見光和近紅外光傳感器，熱釋電傳感器屬于中、遠(yuǎn)紅外線傳感器，光纖傳感器屬于傳光型傳感器。光電傳感器的應(yīng)用類型有兩類。一類是模擬量光電傳感器，一類是開關(guān)量光電傳感器。模擬量光電傳感器有光輻射檢測(cè)型，例如光電比色高溫計(jì)；光透射檢測(cè)型，例如液體、氣體渾濁度計(jì)；光反射檢測(cè)型，例如物體表面光潔度計(jì)。開關(guān)量光電傳感器有穩(wěn)定的“通”、“斷”狀態(tài)，例如長(zhǎng)度、厚度測(cè)量?jī)x，轉(zhuǎn)速表，繼電器開關(guān)等。3. 某光電開關(guān)電路如圖4-40（a）所示，施密特觸發(fā)反相器CD40106的

27、輸出特性如圖4-40（b）所示。1）請(qǐng)分析該電路的工作原理；答：無(wú)光照時(shí)，光敏二極管VD1不導(dǎo)通，IC1的1端低電平， 2端輸出高電平，晶體管VT1導(dǎo)通，繼電器得電流吸合，將外接電路接通。有光照時(shí)，光敏二極管導(dǎo)通，IC1的1端高電平， 2端輸出低電平，晶體管VT1截止，繼電器無(wú)電流釋放，將外接電路斷開。2）列表說(shuō)明各元件的作用；答：元件作用元件作用VD1光敏二極管IC1施密特觸發(fā)反相器VD2繼電器反向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)泄流R2隔離降壓電阻R1向IC1提供輸入電壓K繼電器RP調(diào)節(jié)向IC1輸入電壓大小VT1繼電器導(dǎo)通激勵(lì)晶體管3）光照從小到大逐漸增加時(shí)，繼電器K的狀態(tài)如何改變？反之當(dāng)光照由大變小時(shí)繼電器的

28、狀態(tài)如何改變？答：光照從小到大逐漸增加時(shí)，繼電器由吸合狀態(tài)滯后一段時(shí)間再變化到釋放狀態(tài)；當(dāng)光照由大逐漸變小時(shí)，繼電器由釋放狀態(tài)滯后一段時(shí)間再變化到吸合狀態(tài)。滯后狀態(tài)形成回差，保證了繼電器不會(huì)在光照閾值點(diǎn)來(lái)回反復(fù)吸合和釋放。 （a） （b） 圖4 40 光電開關(guān)電路及特性（a）電路； （b) CD40106的輸出特性4. 某光敏晶體管在強(qiáng)光照時(shí)的光電流為2.5mA，選用的繼電器吸合電流為50mA，直流電阻為200?，F(xiàn)欲設(shè)計(jì)兩個(gè)簡(jiǎn)單的光電開關(guān)，其中一個(gè)是有強(qiáng)光照時(shí)繼電器吸合，另一個(gè)相反，是有強(qiáng)光照時(shí)繼電器釋放。請(qǐng)分別畫出兩個(gè)光電開關(guān)的電路圖（只允許采用普通晶體管放大光電流），并標(biāo)出電源極性及選用的

29、電壓值。 答： （a）強(qiáng)光照時(shí)繼電器吸合 （b）強(qiáng)光照時(shí)繼電器釋放圖（a）R1和RP共約300，圖（b）R1約5k，R2和RP共約1k。5. 造紙工業(yè)中經(jīng)常需要測(cè)量紙張的“白度”以提高產(chǎn)品質(zhì)量，請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)檢測(cè)紙張“白度”的測(cè)量?jī)x，要求：（1） 畫出傳感器簡(jiǎn)圖；（2） 畫出測(cè)量電路簡(jiǎn)圖；（3） 簡(jiǎn)要說(shuō)明其工作原理。答：如圖所示，光源照射白紙，反射光照射到光電池上，產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)輸出，光生電動(dòng)勢(shì)大小與白紙反射光強(qiáng)度有關(guān)，反射光強(qiáng)度又與白紙的白度有關(guān)。該光生電動(dòng)勢(shì)經(jīng)運(yùn)算放大器放大后輸出到測(cè)量?jī)x表，或再經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)，測(cè)出白紙的白度。其測(cè)量的精度需用精確的白度儀進(jìn)行校準(zhǔn)。6. 在物理學(xué)中

30、，與重力加速度g有關(guān)的公式為s=0t+gt2/2，式中0為落體初速度，t為落體經(jīng)設(shè)定距離s所花的時(shí)間。請(qǐng)根據(jù)上式，設(shè)計(jì)一臺(tái)測(cè)量重力加速度g的教學(xué)儀器，要求同第5題（提示：0可用落體通過一小段路程s0的平均速度0代替）。答：如圖所示。圖中1、5為RS觸發(fā)器，2、6為高頻脈沖發(fā)生器，3、7為計(jì)數(shù)器，4、8為計(jì)算顯示器。當(dāng)物體自上向下自由落體時(shí)，首先遮斷光源LEDA的光線，光敏二極管VDA輸出低電平，觸發(fā)RS觸發(fā)器，使其Q端置“1”，與非門打開，高頻脈沖可以通過，計(jì)數(shù)器3開始計(jì)數(shù)。當(dāng)物體經(jīng)過已知高度h1而遮擋 光源LEDB時(shí)，光敏二極管VDB輸出低電平，RS觸發(fā)器Q端置“0”，與非門關(guān)閉，高頻脈沖不

31、能通過，計(jì)數(shù)器3停止計(jì)數(shù)。設(shè)高頻脈沖的頻率f =1MHz，周期T=1s，若計(jì)數(shù)器所計(jì)脈沖數(shù)為n ，則可計(jì)算出物體通過已知高度h1所經(jīng)歷的時(shí)間為t1 =nT =ns ，則物體下落的平均速度為 V=h1/nT該平均速度近似作為自由落體的初速，由計(jì)算顯示器4計(jì)算后輸入計(jì)算顯示器8備用。物體繼續(xù)向下自由落體，計(jì)數(shù)器7以同樣的辦法所計(jì)脈沖數(shù)為m, 可計(jì)算出物體通過已知高度h2所經(jīng)歷的時(shí)間為t2 =mT =ms。計(jì)算顯示器8根據(jù)h2、t2、V和公式 h2Vt2gt22/2可計(jì)算得到重力加速度g。7. 標(biāo)準(zhǔn)化考試，學(xué)生用2B鉛筆填涂答題卡，由機(jī)器閱卷評(píng)分。答題卡機(jī)器光電頭首先將正確答題卡填涂信息錄入到答題卡

32、機(jī)器軟件系統(tǒng)，然后將需要閱讀的答題卡用光電頭錄入，與正確答題卡填涂信息對(duì)比，給出得分。試用學(xué)過的光電式傳感器知識(shí)，設(shè)計(jì)一答題卡機(jī)器方案，畫出框圖。答：OMR 光標(biāo)閱讀器，如圖。光標(biāo)閱讀器由機(jī)械傳動(dòng)部分、光電傳感器部分和微處理器部分組成。一般可閱讀16開、32開和64開信息卡（答題卡）。信息卡邊緣有定位同步帶線。閱讀速度一般2張秒。機(jī)械傳動(dòng)部分包括電動(dòng)機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、分紙機(jī)構(gòu)和變速機(jī)構(gòu)。光電傳感器部分包括多個(gè)（例如43個(gè)）紅外發(fā)光二極管和同樣數(shù)量的光敏二極管，組成一個(gè)線型陳列。微處理器包括A/D轉(zhuǎn)換器、CPU、RAM、EPROM、鍵盤和顯示器，通過USB接口與PC機(jī)通信。光標(biāo)閱讀器組成框圖如圖所示

33、。8. 光耦合器有哪幾種結(jié)構(gòu)？能做哪些用途？光耦合器在插卡式電源開關(guān)中起什么作用？答：光耦合器有窄縫透射式，可用于片狀遮擋物體的位置檢測(cè)，或碼盤閱讀、轉(zhuǎn)速測(cè)量中；有反射式，可用于反光體的位置檢測(cè)，對(duì)被測(cè)物不限制厚度；有全封閉式，用于前后級(jí)電路的隔離。插卡式電源開關(guān)中，光耦合器由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成。住宿卡插入光斷路器的凹槽內(nèi)，正好擋住光線，光敏晶體管截止，光斷路器輸出高電平，使VT1和VT2導(dǎo)通，繼電器K工作，接通房間內(nèi)的總電源。住宿人員外出，取走住宿卡，光線無(wú)阻擋，光敏晶體管導(dǎo)通，光斷路器輸出低電平，使VT1截止。C3起延時(shí)作用，其充的電放完后，VT2截止，繼電器K斷開，切斷房間總電源

34、。 習(xí)題51. CCD的MOS電容器陣列是如何將光照射轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并轉(zhuǎn)移輸出的？答：每一個(gè)MOS電容器實(shí)際上就是一個(gè)光敏元件，假定半導(dǎo)體襯底是P型硅，當(dāng)光照射到MOS電容器的P型硅襯底上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電子空穴對(duì)（光生電荷），電子被柵極吸引存儲(chǔ)在陷阱中。入射光強(qiáng)，則光生電荷多，入射光弱，則光生電荷少。無(wú)光照的MOS電容器則無(wú)光生電荷。這樣把光的強(qiáng)弱變成與其成比例的電荷的多少，實(shí)現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換。若停止光照，由于陷阱的作用，電荷在一定時(shí)間內(nèi)也不會(huì)消失，可實(shí)現(xiàn)對(duì)光照的記憶。一個(gè)個(gè)的MOS電容器可以被設(shè)計(jì)排列成一條直線，稱為線陣；也可以排列成二維平面，稱為面陣。每一個(gè)光敏元件（像素）對(duì)應(yīng)有三個(gè)相鄰的柵電極1、

35、2、3，在時(shí)序脈沖的作用下，三個(gè)相鄰的柵電極依此為高電平，將電極1下的電荷依此吸引轉(zhuǎn)移到電極3下。再?gòu)碾姌O3下吸引轉(zhuǎn)移到下一組柵電極的電極1。到整個(gè)一行的各像素都傳送完，在CCD的末端就能依次接收到原存儲(chǔ)在各個(gè)MOS電容器中的電荷。完成一行像素傳送后，再進(jìn)行第二行像素的傳送，直到傳送完整個(gè)面陣上所有行的MOS電容器中的電荷為止，完成一幀像素的傳送。2. CCD圖像傳感器上使用光敏元件與移位寄存器分離式的結(jié)構(gòu)有什么優(yōu)點(diǎn)？答：合而為一的結(jié)構(gòu)，稱為光積蓄式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，但是因光生電荷的積蓄時(shí)間比轉(zhuǎn)移時(shí)間長(zhǎng)得多，所以再生圖像往往產(chǎn)生“拖尾”，圖像容易模糊不清。分離式結(jié)構(gòu)采用光敏二極管陣列作為感

36、光元件，光敏二極管在受到光照時(shí)，便產(chǎn)生相應(yīng)于入射光量的電荷，再經(jīng)過電注入法將這些電荷引入CCD電容器陣列的陷阱中，便成為用光敏二極管感光的CCD圖像傳感器。它的靈敏度極高，在低照度下也能獲得清晰的圖像，在強(qiáng)光下也不會(huì)燒傷感光面。3. 舉例說(shuō)明CCD圖像傳感器的用途。答：攝像機(jī)、照相機(jī)、監(jiān)視器、圖像分析儀、物體形狀檢測(cè)儀、掃描儀、腸胃鏡、液體濃度分析儀等。4. CMOS圖像傳感器與CCD圖像傳感器有什么不同？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：CCD圖像傳感器是MOS電容器組成的陣列，CMOS圖像傳感器是按一定規(guī)律排列的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）組成的陣列。互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（M

37、OSFET）如下圖所示。它是把與CMOS型放大器源極相連的P型半導(dǎo)體襯底充當(dāng)光電變換器的感光部分。當(dāng)CMOS型放大器的柵源電壓時(shí)，CMOS型放大器處于關(guān)閉狀態(tài)，即，CMOS型放大器的P型襯底受光信號(hào)照射產(chǎn)生并積蓄光生電荷，當(dāng)積蓄過程結(jié)束，柵源之間加上開啟電壓時(shí)，源極通過漏極負(fù)載電阻對(duì)外接電容充電形成電流即為光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的輸出。5. CCD彩色圖像傳感器在數(shù)碼相機(jī)中起什么作用？數(shù)碼相機(jī)存儲(chǔ)卡上存儲(chǔ)的是什么信號(hào)？答：變化的外界景物通過鏡頭照射到CCD彩色圖像傳感器上，當(dāng)感覺滿意的圖像出現(xiàn)時(shí)，可由取景器電路發(fā)出信號(hào)鎖定，再由CCD彩色圖像傳感器轉(zhuǎn)換為串行模擬脈沖信號(hào)輸出。該串行模擬脈沖信號(hào)由放

38、大器放大，再由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)ASIC集成電路壓縮后，存儲(chǔ)在PCMCIA卡（個(gè)人電腦存儲(chǔ)卡國(guó)際接口標(biāo)準(zhǔn)）上。數(shù)碼相機(jī)存儲(chǔ)卡上存儲(chǔ)的是經(jīng)ASIC集成電路壓縮后的外界景物的數(shù)字信號(hào)。 6. 平板電腦和手機(jī)的攝像頭為什么一般都采用CMOS彩色圖像傳感器？CMOS圖像傳感器采用什么方法提高低光照環(huán)境下的清晰度？答：CMOS針對(duì)CCD最主要的優(yōu)勢(shì)就是非常省電。CMOS的耗電量只有普通CCD的1/3左右。平板電腦和手機(jī)要延長(zhǎng)電池充電后的使用時(shí)間，必須要盡可能省電。所以其攝像頭一般都采用CMOS彩色圖像傳感器。新型背照式CMOS是將傳統(tǒng)CMOS表面的電子電路布線層移到感光面的背部，使感光面前移

39、接近微型透鏡，能獲得約兩倍于傳統(tǒng)正照式CMOS的光通量，從而使CMOS傳感器可在低光照環(huán)境下、夜視環(huán)境下使用，低光照對(duì)焦能力也大大提高。習(xí)題61. 什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電壓與哪些因素有關(guān)？答：在置于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體或半導(dǎo)體內(nèi)通入電流，若電流與磁場(chǎng)垂直，則在與磁場(chǎng)和電流都垂直的方向上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。利用霍爾效應(yīng)制成的元件稱為霍爾傳感器。1）霍爾電壓UH大小與材料的性質(zhì)有關(guān)。2）霍爾電壓UH與元件的尺寸關(guān)系很大，生產(chǎn)元件時(shí)要考慮到：3）霍爾電壓UH與控制電流及磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。2. 霍爾器件由什么材料構(gòu)成？為什么用這些材料？答：由霍爾電壓公式 設(shè) ，得 式中，RH為霍爾系數(shù)，反映材

40、料霍爾效應(yīng)的強(qiáng)弱；KH為霍爾靈敏度，表示一個(gè)霍爾元件在單位控制電流和單位磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生的霍爾電壓的大小。一般來(lái)說(shuō)，金屬材料電子濃度n較大，導(dǎo)致和變小，故不宜做霍爾元件?；魻栐话悴捎肗型半導(dǎo)體材料。3. 霍爾器件有哪些指標(biāo)？使用時(shí)應(yīng)注意什么？答： 輸入電阻RIN和輸出電阻ROUT，要與電路匹配。額定控制電流IC，不能超過。不等位電勢(shì)U0，要注意消除測(cè)量誤差。霍爾電壓UH，要符合測(cè)量要求?；魻栯妷旱臏囟忍匦?，注意消除溫度造成的測(cè)量誤差。4. 什么是磁阻效應(yīng)，產(chǎn)生的原因是什么？答：當(dāng)霍爾元件受到與電流方向垂直的磁場(chǎng)作用時(shí)，會(huì)出現(xiàn)半導(dǎo)體電阻率增大的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng)。利用磁阻效應(yīng)做成的電

41、路元件，叫做磁阻元件。產(chǎn)生的原因是當(dāng)磁場(chǎng)垂直作用在磁阻元件表面上時(shí)，由于霍爾效應(yīng)，使得電流密度矢量偏移電場(chǎng)方向某個(gè)霍爾角，這使電流流通的途徑變長(zhǎng)，導(dǎo)致磁阻元件兩端金屬電極間的電阻值增大。5. 闡述磁敏二極管的工作原理。答：磁敏二極管是平面P+-i-N+型結(jié)構(gòu)的二極管。在電路連接時(shí)，P+區(qū)接正電壓，N+區(qū)接負(fù)電壓， P+區(qū)向i區(qū)注入空穴，N+區(qū)向i 區(qū)注入電子。在沒有外加磁場(chǎng)情況下，大部分的空穴和電子分別流入N區(qū)和P 區(qū)而產(chǎn)生電流，只有很少部分載流子在r區(qū)復(fù)合。若給磁敏二極管上加一個(gè)正向磁場(chǎng)，空穴和電子受洛侖茲力的作用偏向r區(qū)，由于空穴和電子在r區(qū)的復(fù)合速率大，載流子數(shù)量減少，使i區(qū)的電阻增大，

42、壓降也增大，正向電流減小。若給磁敏二極管上加一個(gè)反向磁場(chǎng)，載流子在洛侖磁力的作用力下，均偏離復(fù)合區(qū)r，結(jié)果與加正向磁場(chǎng)時(shí)的情況恰好相反，載流子數(shù)量增加，正向電流增大，電阻減小。6. 新型的磁傳感器有哪些？工作原理如何？答：磁阻元件將磁信息轉(zhuǎn)換成電阻變化，具有阻抗低、阻值隨磁場(chǎng)變化率大、非接觸式測(cè)量、頻率響應(yīng)好、動(dòng)態(tài)范圍廣及噪聲小等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)、壓力開關(guān)、旋轉(zhuǎn)編碼器、角度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器等場(chǎng)合。磁敏二極管、磁敏晶體管可以將磁信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，具有體積小、靈敏度高、響應(yīng)快、無(wú)觸點(diǎn)、輸出功率大及性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。它可廣泛應(yīng)用于磁場(chǎng)的檢測(cè)、磁力探傷、轉(zhuǎn)速測(cè)量、位移測(cè)量、電流測(cè)量、無(wú)觸點(diǎn)

43、開關(guān)、無(wú)刷直流電機(jī)等許多領(lǐng)域。7. 分析圖6-16所示霍爾計(jì)數(shù)裝置的工作原理。答：鋼球?yàn)殍F磁性材料，鋼球到達(dá)，磁場(chǎng)增強(qiáng)，霍爾開關(guān)集成傳感器UGN3020在增強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下，輸出霍爾電壓增大為高電平，加在運(yùn)算放大器的反向輸入端，輸出為低電平，晶體管截止，集電極輸出高電平。鋼球離開，磁場(chǎng)減弱，霍爾開關(guān)集成傳感器在減弱磁場(chǎng)的作用下，輸出霍爾電壓減小為低電平，加在運(yùn)算放大器的反向輸入端，輸出為高電平，晶體管導(dǎo)通，集電極輸出低電平。高、低電平變化為一個(gè)脈沖信號(hào)，輸入到計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。 8. 霍爾元器件在地磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生霍爾電壓，其大小正比于霍爾元器件正面法線與磁子午線所成角度的余弦值，連接指示儀表后可做成

44、航海羅盤。試畫出航海羅盤的組成框圖，解釋羅盤的使用方法。答：霍爾元件在地磁場(chǎng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)到不同的方位，可以得到霍爾電壓輸出為 UH=KHIBcosf(L/W) 式中：KH為霍爾靈敏度，I為輸入霍爾元件電流值，B為地磁場(chǎng)的水平分量，為霍爾元件正面法線與地磁子午線的夾角，f(L/W)為霍爾元件形狀效應(yīng)系數(shù)。航海羅盤的組成框圖如下：將霍爾線性集成傳感器SL3501的霍爾電壓輸出同指示儀表相連，就可以從儀表上讀出方位角來(lái)。9. 簡(jiǎn)單敘述磁卡結(jié)構(gòu)和磁卡閱讀器的工作過程。為什么說(shuō)磁卡是識(shí)別卡？答：磁條貼在磁卡的背面，磁條中有3條編碼磁道，磁道之間有間隔。離磁卡邊最近的是1磁道。各磁道的編碼信息有主帳號(hào)、國(guó)家、持

45、卡人姓名、失效日期、服務(wù)范圍、貨幣類型、可用金額指數(shù)、允許輸錯(cuò)次數(shù)、校驗(yàn)碼等。刷卡速度為10120cms，在刷卡的過程中，閱讀器通過電感線圈感應(yīng)磁條上磁性（磁阻）的變化來(lái)讀取數(shù)據(jù)，相當(dāng)靈敏，準(zhǔn)確度很高。閱讀器讀取的數(shù)據(jù)送入ATM機(jī)專用計(jì)算機(jī)。專用計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)交換中心與發(fā)卡銀行主機(jī)聯(lián)系，檢查帳號(hào)的合法性，通過專用計(jì)算機(jī)接口驅(qū)動(dòng)點(diǎn)鈔機(jī)、打印機(jī)進(jìn)行點(diǎn)鈔輸出和打印輸出。所謂識(shí)別卡，是指一種標(biāo)識(shí)其持卡人和發(fā)行者的卡，卡上載有進(jìn)行該卡預(yù)期應(yīng)用所要求輸入的數(shù)據(jù)。磁卡就是這種識(shí)別卡，卡上并沒有用戶所具有的資源信息，資源信息保存在發(fā)卡單位主機(jī)中。習(xí)題71. 用作位移測(cè)量的電位器傳感器的主要作用有哪些？答：用作

46、位移測(cè)量的電位器傳感器由電阻體、電刷、轉(zhuǎn)軸、滑動(dòng)臂、焊片等組成，用機(jī)械運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)電位器的轉(zhuǎn)軸，將機(jī)械位移或其它能轉(zhuǎn)換為位移的非電量，轉(zhuǎn)換為與其有一定函數(shù)關(guān)系的電阻值的變化，從而引起電路中輸出電壓的變化。2. 畫圖分析光柵位移傳感器莫爾條紋放大作用原理，并討論數(shù)量關(guān)系。答：莫爾條紋是光柵非重合部分光線透過而形成的亮帶，當(dāng)指示光柵不動(dòng)，主光柵左右平移時(shí)，莫爾條紋將沿著指示柵線的方向上下 移動(dòng)，查看莫爾條紋的上下移動(dòng)方向，即可確定主光柵左右移動(dòng)方向。莫爾條紋有位移的放大作用。當(dāng)主光柵沿與刻線垂直方向移動(dòng)一個(gè)柵距W時(shí)，莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)條紋間距B。當(dāng)兩個(gè)等距光柵的柵間夾角較小時(shí)，主光柵移動(dòng)一個(gè)柵距W，莫爾

47、條紋移動(dòng)KW距離，K為莫爾條紋的放大系數(shù)，可由下式確定，即 當(dāng)角較小時(shí)，例如=30，用弧度表示為1115，則K=115，表明莫爾條紋的放大倍數(shù)相當(dāng)大。這樣，就可把肉眼看不見的光柵位移變成為清晰可見的莫爾條紋移動(dòng)，可以用測(cè)量條紋的移動(dòng)來(lái)檢測(cè)光柵的位移,從而實(shí)現(xiàn)高靈敏的位移測(cè)量。 3. 簡(jiǎn)單分析磁電式轉(zhuǎn)速傳感器工作原理。答：磁電式轉(zhuǎn)速傳感器由永久磁鐵、感應(yīng)線圈、磁盤等組成。在磁盤上加工有齒形凸起，磁盤裝在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上，與轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁盤的凸凹齒形將引起磁盤與永久磁鐵間氣隙大小變化，從而使永久磁鐵組成的磁路中磁通量隨之發(fā)生變化。磁路通過感應(yīng)線圈，當(dāng)磁通量發(fā)生突變時(shí)，感應(yīng)線圈會(huì)感應(yīng)出一定

48、幅度的脈沖電勢(shì)，其頻率為 f=Z·n 式中：Z磁輪的齒數(shù)； n磁輪的轉(zhuǎn)數(shù)。測(cè)出脈沖頻率，即可得知被測(cè)物體的轉(zhuǎn)速。如果磁電式轉(zhuǎn)速傳感器配接上數(shù)字電路，便可組成數(shù)字式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x，可直接讀出被測(cè)物體的轉(zhuǎn)速。4. 導(dǎo)電式液位傳感器可以在哪些工程和設(shè)備中獲得應(yīng)用？答：導(dǎo)電式液位傳感器在日常工作和生活中應(yīng)用很廣泛，在抽水及儲(chǔ)水設(shè)備、工業(yè)水箱、汽車水箱等方面均被采用。5. 什么是多普勒效應(yīng)？舉例說(shuō)明其原理和用途。答：假若發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離發(fā)生變化，則接收機(jī)收到信號(hào)的頻率與發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)的頻率就不同。發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離增大，接收機(jī)收到信號(hào)的頻率變低；發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離減小，接收機(jī)收

49、到信號(hào)的頻率變高。此現(xiàn)象是由多普勒發(fā)現(xiàn)的，所以稱為多普勒效應(yīng)。高速公路測(cè)速雷達(dá)；地面雷達(dá)測(cè)量飛機(jī)的速度和方向；液體流量計(jì)等等。6. 試設(shè)計(jì)一個(gè)多電極、多水位的水位控制系統(tǒng)。答：如圖低水位時(shí)，VT3基極無(wú)電壓，處于截止?fàn)顟B(tài)，VT2基極低電平導(dǎo)通，集電極高電平加到晶體管VT4基極，VT4導(dǎo)通，繼電器得電吸合，繼電器接點(diǎn)接單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)開關(guān)打開，給水箱加水。中水位時(shí)，VT3基極得電壓導(dǎo)通，VT2基極高電平截止，集電極低電平加到晶體管VT4基極，VT4截止，繼電器無(wú)電釋放。由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路未獲得新觸發(fā)信號(hào)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)開關(guān)維持打開狀態(tài)，繼續(xù)給水箱加水。高水位時(shí)，VT1基極得電壓導(dǎo)通，集電極

50、高電平加到晶體管VT4基極，VT4導(dǎo)通，繼電器得電吸合，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)開關(guān)再次觸發(fā)關(guān)閉，停止給水箱加水。到下一次低水位時(shí)重復(fù)以上加水過程。7. 電磁式流量計(jì)有哪些優(yōu)點(diǎn)？使用時(shí)要注意哪些事項(xiàng)？答：1) 沒有機(jī)械可動(dòng)部分，安裝使用簡(jiǎn)單可靠;2) 電極的距離正好為導(dǎo)管的內(nèi)徑，因此沒有妨礙流體流動(dòng)的障礙，壓力損失極小；3) 能夠得到與容積流量成正比的輸出信號(hào);4) 測(cè)量結(jié)果不受流體粘度的影響；5) 由于電動(dòng)勢(shì)是包含電機(jī)的導(dǎo)管的斷面處作為平均流速測(cè)得的，因此受流速分布影響較小；6) 測(cè)量范圍寬，可以從0.005190000m3/h；7) 測(cè)量的精度高，可達(dá)±0.5%。使用電磁式流量傳感器時(shí)應(yīng)注意以

51、下幾點(diǎn)：1) 由于管道是絕緣體，電流在流體中流動(dòng)很容易受雜波的干擾，因此必須在安裝流量傳感器的管道兩端設(shè)置接地環(huán)接地。2) 雖然流速的分布對(duì)精度的影響不大，但為了消除這種影響，應(yīng)保證液體流動(dòng)管道有足夠的直線長(zhǎng)度。3) 使用電磁式流量計(jì)時(shí)，必須使管道內(nèi)充滿液體。最好是把管道垂直設(shè)置，讓被測(cè)液體從上至下流動(dòng)。4) 測(cè)定電導(dǎo)率較小的液體時(shí)，由于兩電極間的內(nèi)部阻抗比較高，故所接信號(hào)放大器要有100M左右的輸入阻抗。為保證傳感器正常的工作，液體的速率必須保證在5cm/s以上。電磁式流量計(jì)可以廣泛應(yīng)用于自來(lái)水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水、海水、污水、污泥、化學(xué)藥品、食品、礦漿等流量的檢測(cè)。8. 什么是熱釋電效應(yīng)？

52、熱釋電紅外報(bào)警器是如何工作的？若將該報(bào)警器改為自動(dòng)門開關(guān)，則在電路上應(yīng)作哪些改動(dòng)？ 答：當(dāng)一些晶體受熱時(shí)，在晶體兩端將會(huì)產(chǎn)生數(shù)量相等而符號(hào)相反的電荷，這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象，稱為熱釋電效應(yīng)。能產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)的晶體稱為熱釋電體，又稱熱釋電元件。熱釋電紅外報(bào)警器是用熱釋電元件的熱釋電效應(yīng)探測(cè)人體發(fā)出的紅外線的一種傳感器。它用于防盜、報(bào)警、來(lái)客告之及非接觸開關(guān)等設(shè)備中。人向熱釋電傳感器TTS2120前移動(dòng)時(shí)，人體所釋放出的紅外線被熱釋電傳感器接收，產(chǎn)生脈動(dòng)電壓信號(hào)。該電壓信號(hào)通過電容器C1耦合輸入由運(yùn)算放大器IC1TL082構(gòu)成的低噪聲、高增益放大器放大。放大后的信號(hào)點(diǎn)亮發(fā)光二極管和驅(qū)動(dòng)電表

53、指示，也可以觸發(fā)蜂鳴器或語(yǔ)音集成電路，告知有人員接近。若將該報(bào)警器改為自動(dòng)門開關(guān)，則在電路上將TL082輸出信號(hào)放大后去接通繼電器，從而接通自動(dòng)門電源把門打開，如圖所示。9. 接近傳感器有哪幾種類型？各種類型接近傳感器的工作原理有什么不同？哪一種接近傳感器工作最穩(wěn)定可靠？答：接近傳感器是一種具有感知物體接近能力的器件，又稱為接近開關(guān)。常見的接近傳感器有電容式、渦流式、霍爾效應(yīng)式、光電式、熱釋電式、多普勒式、電磁感應(yīng)式、微波式、超聲波式等類型。 各種類型的工作原理都是取自各自的傳感特性，例如，電容式是一個(gè)以電容的一個(gè)電極為檢測(cè)端的靜電電容接近傳感器，人體接近，電容值變化，其組成的振蕩電路振蕩頻率

54、變化，從而獲得人體接近的信號(hào)。電磁感應(yīng)式的敏感元件是電感線圈，人體接近，電感組成的振蕩電路的振蕩頻率變化或停振，從而檢測(cè)出人體接近信號(hào)。熱釋電式接近傳感器是用熱釋電元件的熱釋電效應(yīng)探測(cè)人體接近時(shí)發(fā)出的紅外線。熱釋電式接近傳感器工作最穩(wěn)定可靠。10. 可否用電磁式流量計(jì)測(cè)量自來(lái)水的流量？如何用電磁式流量計(jì)測(cè)量自來(lái)水的流量？電磁式流量計(jì)有哪些優(yōu)點(diǎn)？答：電磁式流量計(jì)使用條件是所測(cè)流體是導(dǎo)電性的，自來(lái)水是導(dǎo)電性的，所以可以用電磁式流量計(jì)測(cè)量。將電磁式流量計(jì)串接在自來(lái)水管道中，通過對(duì)電磁式流量計(jì)輸出電壓（電動(dòng)勢(shì)）的測(cè)量，可以由下式計(jì)算出自來(lái)水的流量：電磁式流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：1）安裝方便；1）不影響流體流動(dòng)

55、；3）受流體粘度影響小；4）受流速分布影響??；5）測(cè)量范圍寬；6）測(cè)量誤差小。習(xí)題81.簡(jiǎn)要說(shuō)明氣體傳感器有哪些種類，并說(shuō)明它們各自的工作原理和特點(diǎn)。答： 半導(dǎo)體氣體傳感器是利用半導(dǎo)體氣敏元件同氣體接觸，造成半導(dǎo)體性質(zhì)變化，來(lái)檢測(cè)氣體的成分或濃度的氣體傳感器。半導(dǎo)體氣體傳感器大體可分為電阻式和非電阻式兩大類。固體電解質(zhì)式氣體傳感器這類傳感器內(nèi)部不是依賴電子傳導(dǎo)，而是靠陰離子或陽(yáng)離子進(jìn)行傳導(dǎo)，因此，把利用這種傳導(dǎo)性能好的材料制成的傳感器稱為固體電解質(zhì)傳感器。接觸燃燒式氣體傳感器是將白金等金屬線圈埋設(shè)在氧化催化劑中構(gòu)成。使用時(shí)對(duì)金屬線圈通以電流，使之保持在300600C的高溫狀態(tài)，同時(shí)將元件接入電橋電路中的一個(gè)橋臂，調(diào)節(jié)橋路使其平衡。一旦有可燃性氣體與傳感器表面接觸，燃燒熱量進(jìn)一步使金屬絲升溫，造成器件阻值增大，從而破壞了電橋的平衡。其輸出的不平衡電流或電壓與可燃燒氣體濃度成比例，檢測(cè)出這種電流和電壓就可測(cè)得可燃性氣體的濃度。電化學(xué)式氣體傳感器包括離子電極型、定電位型、加伐尼電池型等種類。集成型傳感器有兩類：一類是把敏感部分、加熱部分和控制部分集成在同一基底上，