傳感器復(fù)習(xí)提綱、資料及答案

1、傳感器復(fù)習(xí)提綱第 1 章 概述1現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱是什么？傳感器技術(shù)、通信技術(shù)與計算機技術(shù)2. 什么是傳感器？傳感器定義有哪3 個含義？從廣義的的角度來說，可以把傳感器定義為：一種能把特定的信息（物理、化學(xué)、生物）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號輸出的器件和裝置。從狹義角度對傳感器的定義是： 能把外界非電信息轉(zhuǎn)換成電信號輸出的器件。我國國家標(biāo)準(zhǔn)對傳感器的定義是：能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件和裝置。3傳感器的總體發(fā)展趨勢是什么？現(xiàn)代傳感器有哪些特征，采用什么物理量輸出？發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在這樣幾個方面：發(fā)展、利用新效應(yīng)；開發(fā)新材料；提高傳感器性能和檢測范圍； 微型化與

2、微功耗； 集成化與多功能化； 傳感器的智能化；傳感器的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。特征：集成化、數(shù)字化、多功能化、微（小）型化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和光機電一體化的方向發(fā)展， 具有高精度、 高性能、 高靈敏度、 高可靠性、 高穩(wěn)定性、長壽命、高信噪比、寬量程和無維護等特點。輸出：4傳感器基本結(jié)構(gòu)，由哪幾個部分組成？分別起到什么作用？傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和基本電路三部分組成。敏感元件感受被測量， 轉(zhuǎn)換元件將響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成電參量， 基本電路把電參量接入電路轉(zhuǎn)換成電量。5了解傳感器的分類方法。有哪三大類？按照我國傳感器分類體系表， 傳感器分為物理量傳感器、 化學(xué)量傳感器以及生物量傳感器三大類。6了解傳感

3、器的圖形符號，其中符號內(nèi)容代表什么含義。7一個自動檢測系統(tǒng)的組成包括哪幾部分，畫出結(jié)構(gòu)框圖。第 2 章 傳感器的基本特性(靜態(tài)特性；傳遞函數(shù)；動態(tài)特性)1傳感器的性能參數(shù)反映了傳感器的什么關(guān)系？2靜態(tài)特性：特性參數(shù)有哪些？(線性度、遲滯、重復(fù)性、靈敏度、分辨率、穩(wěn)定性) ，各種參數(shù)代表什么意義，描述了傳感器的哪些特征？線性度是表征實際特性與擬合直線不吻合的參數(shù)。遲滯用來描述傳感器在正反行程期間特性曲線不重合的程度。重復(fù)性是指在相同條件下，輸入量按同一方向做全量程多次測量時，所得傳感器輸出特性曲線不一致的程度。靈敏度是指傳感器在穩(wěn)定工作狀態(tài)下，輸出微小變化增量與引起此變化的輸入微小變量的比值。分

4、辨率是指當(dāng)傳感器的輸入從非零值緩慢增加時，在超過某一增量時，輸出發(fā)生可觀測的變化，這個輸入增量稱為傳感器的分辨率，即最小輸入增量。穩(wěn)定性表示傳感器在一較長時間內(nèi)保持性能參數(shù)的能力， 故又稱長期穩(wěn)定性。3傳遞函數(shù)：傳感器的傳遞函數(shù)在數(shù)學(xué)上的定義是什么？初始條件為零(t<=0,y=0), 輸出拉氏變換與輸入拉氏變換之比， 輸出的拉氏變換等于輸入拉氏變換乘以傳遞函數(shù)Y(s)=x(s)H(s)4 .動態(tài)特性：特性參數(shù)有那些(時間常數(shù)、阻尼比己、傳感器固有頻率con ) ?這些參數(shù)反映了傳感器的哪些特征，應(yīng)如何選擇？5 . 分別討論一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)。一階傳感器系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)主

5、要取決于時間常數(shù)。 時間常數(shù)越小越好， 減少時間常數(shù)可改善傳感器頻率特性，加快響應(yīng)過程。二階傳感器對階躍信號響應(yīng)和頻率響應(yīng)特性的好壞很大程度上取決于阻尼系數(shù)和傳感器的固有頻率。第 3 章電阻應(yīng)變式傳感器（金屬應(yīng)變片；直流電橋；應(yīng)變儀；電阻傳感器）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)？試說明金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的相同和不同之處， 半導(dǎo)體應(yīng)變片比金屬應(yīng)變片在性能上有哪些優(yōu)缺點。導(dǎo)體在受到外界拉力或壓力的作用時會產(chǎn)生機械變形，同時機械變形會引起導(dǎo)體阻值的變化， 這種因?qū)w材料變形而使其電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。壓阻效應(yīng)是指當(dāng)半導(dǎo)體受到應(yīng)力作用時，由于應(yīng)力引起能帶的變化，能

6、谷的能量移動，使其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。直線電阻絲繞成敏感柵后， 雖然長度相同， 但應(yīng)變不同， 圓弧部分使靈敏度下降了，這種現(xiàn)象就稱為橫向效應(yīng)。金屬應(yīng)變片的基本原理是電阻應(yīng)變效應(yīng)， 金屬絲靈敏系數(shù)主要由材料的幾何尺寸決定的，金屬電阻絲的靈敏系數(shù)近似1.5 2。半導(dǎo)體應(yīng)變片主要利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)， 半導(dǎo)體靈敏系數(shù)主要由材料受力后電阻率的變化決定， 靈敏系數(shù)近似50100.優(yōu)缺點：靈敏度高、體積小、耗電少、動態(tài)響應(yīng)好、精度高、測量范圍寬、有正負(fù)兩種符號的應(yīng)力效應(yīng)，易于微型化和集成化，缺點是受溫度影響較大。2比較電阻應(yīng)變片組成的單橋、半橋、全橋電路（電壓靈敏度、溫度補償、非線性誤差） 。寫出各

7、電路輸出電壓靈敏度。電橋電壓靈敏度定義為應(yīng)變片電阻的相對變化引起的電橋輸出電壓單橋電壓靈敏度Ku=E/4半橋電壓靈敏度Ku=E/2半橋差動電路無非線性誤差， 半橋電壓靈敏度是單橋的兩倍， 具有溫度補償作用。全橋電壓靈敏度Ku=E全橋差動電路無非線性誤差， 半橋電壓靈敏度是單橋的四倍， 具有溫度補償作用。全橋差動電路連接時應(yīng)注意應(yīng)變片的受力方向，應(yīng)變片必須按對臂同性（受力方向符號相同） 、鄰臂異性（受力方向符號不同）的原理連接。單：半：全 =1:2:43有一吊車的拉力傳感器如圖所示，電阻應(yīng)變片R1、R2、R3 R4粘貼在等截面軸上，已知R1R4標(biāo)稱阻值為120Q , 橋路電壓2V,物重M引起R1

8、、R2變化增量為1.2 Q。請連接出應(yīng)變片電橋電路，計算出測得的輸出電壓和電橋的輸出靈敏度，說明R3、 R4 可以起到什么作用？全橋電路：4. 相敏檢波電路與普通檢波電路有什么不同？敘述相敏檢波電路工作原理。 （參電路原理圖）普通檢波電路只輸出單向的電壓或電流， 無法判斷信號的相位， 不能確定應(yīng)變片處于拉或壓的狀態(tài)。相敏檢波電路可以區(qū)分正負(fù)極性的雙向信號。相敏檢波器的作用：一是只對同相或反相信號檢波；二是識別調(diào)制信號的正負(fù)。原理參考書本。5. 畫出電阻應(yīng)變儀電路框圖， 當(dāng)應(yīng)變信號為正弦信號振蕩時， 請繪制各單元電路的輸出波形。第 5 章電容式傳感器1電容傳感器有哪些類型？敘述變極距型電容傳感器

9、的工作原理、輸出特性。（1）改變極板面積（S）的電容器稱變面積型電容式傳感器，特點是測量 范圍較大，多用于側(cè)線位移、角位移。（2） 改變極板距離的電容器稱變極距型電容式傳感器，宜做小位移測量。（3） 改變極板介質(zhì)的電容器稱變介質(zhì)型電容式傳感器，普遍用于液面高度測量，介質(zhì)厚度測量，可制成料位計等。工作原理：面積和介質(zhì)不變，只改變極板間距離，將距離的變化轉(zhuǎn)換成電容量的變化。 變極距型電容式傳感器進行非電量測量時， 其靈敏度要高于改變其他參數(shù)的電容式傳感器靈敏度。輸出特性：（ 1）要提高靈敏度，應(yīng)減小初始極距，又要避免電容擊穿，可在極板間放置高介電常數(shù)的材料（如云母片、塑料薄膜）（ 2）輸出特性的非

10、線性隨相對位移的增加而增加，為保證線性度，應(yīng)限制相對位移的大小。（ 3）起始極距使靈敏度和線性度相矛盾，只適合做小位移測量。（4） 為提高靈敏度和改善非線性關(guān)系， 一般采用差動結(jié)構(gòu) （一個動片， 兩個靜片）2電容式傳感器的結(jié)構(gòu)多采用差動形式，差動結(jié)構(gòu)形式的特點是什么？一個動片，兩個靜片（靈敏度提高一倍）3畫出電容傳感器的等效電路。4電容傳感器的測量電路有哪些？敘述二極管雙T 型交流電橋工作原理。交流電橋、二極管雙T 型電路、差動脈沖調(diào)寬電路、運算放大器式電路二極管雙 T 型交流電橋工作原理參考書本。5 說明 P56 圖 4-20 壓差式電容壓力傳感器結(jié)構(gòu)和工作原理。 如果將該電容接入二極管雙T

11、型電路（P52圖4-13）,當(dāng)壓力P變化時電路輸出電壓如何變化？（變磁阻式、差動變壓器式、電渦流式）1. 敘述變磁阻式電感傳感器的工作原理。雙線圈結(jié)構(gòu)與單線圈結(jié)構(gòu)有哪些不同，為什么傳感器多采用差動形式？變磁阻式傳感器是利用被測量改變磁路的磁阻，使線圈的電感量發(fā)生變化。變磁阻式傳感器屬自感式傳感器。為減小非線性誤差，多采用差動變間隙式傳感器。雙線圈結(jié)構(gòu)由兩個相同的電感線圈和磁路組成，測量時，銜鐵通過導(dǎo)桿與被測物體相連， 當(dāng)被測量是銜鐵發(fā)生左右位移時， 兩個鐵心回路中磁阻發(fā)生大小相等、方向相反的變化，使一個線圈電感量增加，另一個減小，形成差動形式。雙線圈比較單線圈：靈敏度提高一倍；線性度得到明顯改

12、善；差動形式的兩個電感結(jié)構(gòu)，可以抵消溫度、噪聲干擾的影響。2. 說明 （螺線管式） 差動變壓器傳感器的結(jié)構(gòu)形式與輸出特性。 利用這種傳感器可以進行哪種非電量的測量？骨架中間繞制一個初級線圈，兩個次級線圈分別繞在初級線圈兩邊，鐵心在骨架中間可上下移動。結(jié)構(gòu)形式較多，主要由線圈、鐵心和銜鐵三部分組成。輸出特性：（ 1）銜鐵向上移動式輸出與E2a 同極性，向下時與E2b 同極性；（ 2） 輸出電壓幅值與互感成正比， 互感大小取決于銜鐵在線圈中移動的距離，二輸出電壓與輸入電壓的相位由銜鐵的移動方向決定；（ 3）輸出正負(fù)電壓的結(jié)果，經(jīng)相敏檢波后行程旋轉(zhuǎn)；（ 4）輸出電壓與觸及激勵電壓和電流有關(guān)，希望激勵

13、電壓電流盡可能大，輸出電壓還與頻率成正比。3. 什么是零點殘余電壓， 產(chǎn)生的原因？用哪些方法可以進行零點殘余電壓補償？舉例說明哪種電路具有這種功能。從理論上講， 差動變壓器式傳感器的鐵心處于中間位置時， 輸出電壓應(yīng)為零，實際上并不等于零， 將這個鐵心處于中間位置時， 最小不為零的電壓稱為零點殘余電壓。原因 : 一是兩個次級線圈繞組的電氣系數(shù)不完全相同， 幾何尺寸也不完全相同，工藝上很難保證完全一致； 二是電源高磁諧波、 線圈寄生電源的存在， 使實際特性曲線總有最小輸出。電路補償方法：串聯(lián)電阻，消除兩次級繞組基波分量幅值上的差異；并聯(lián)電阻、電容，消除基波分量的相位差異，減小諧波分量；加反饋支路，

14、初、次級間加入反饋，減小諧波分量；相敏檢波器對零點殘余誤差有很好的抑制作用。4. 用差動變壓器進行位移測量時， 需采用哪種電路可以直接把正比于位移大小的輸出電壓用于區(qū)別位移的大小和方向？差動變壓器輸出交流信號，為正確反映銜鐵位移大小和方向，常常采用差動整流電路和相敏檢波器。5. 什么是電渦流效應(yīng)， 渦流的分布范圍有哪些特征？渦流傳感器測距范圍與渦流傳感器的幾何特征有什么關(guān)系？一個塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中切割磁力線運動時，導(dǎo)體內(nèi)部會產(chǎn)生閉合的電流， 這種電流想水中漩渦， 故稱為電渦流， 這種現(xiàn)象叫做電渦流效應(yīng)。因為金屬存在趨勢效應(yīng)，電渦流只存在于金屬導(dǎo)體的表面薄層內(nèi)，或者說存在一個

15、渦流區(qū)。實際上渦流的分布是不均勻的，渦流區(qū)內(nèi)各處的渦流密度不同，存在徑向分布和軸向分布。金屬導(dǎo)體表面的電渦流強度與被測物體之間距離的關(guān)系是非線性的，即隨x/r 的上升而下降。6. 電渦流傳感器可以進行哪些非電量參數(shù)測量（舉例） ，簡單說明渦流探傷、電渦流傳感器測材料的工作原理？可測位移、測振動、測轉(zhuǎn)速、測厚度、測材料、測溫度、電渦流探傷等。渦流探傷：探傷時，傳感器與被測金屬保持距離不變，如果有裂紋出現(xiàn)，導(dǎo)體電阻率會產(chǎn)生變化，渦流損耗改變而引起輸出電壓的變化。7. 電渦流傳感器是由哪種電參量轉(zhuǎn)換實現(xiàn)電量輸出的？電渦流傳感器 （接近開關(guān)） 可以檢測哪一類材料。（磁電感應(yīng)式、霍爾式、磁敏元件）1.

16、為什么說磁電感應(yīng)式傳感器是一種有源傳感器？其中動鋼式和動圈式工作原理有哪些不同，分別用于哪些測量？磁電感應(yīng)式傳感器在工作時可直接將被測物體的機械能轉(zhuǎn)換為電量輸出。動鋼式：線圈組件與傳感器殼體固定，永久磁鐵相對于傳感器殼體運動。動圈式：永久磁鐵與傳感器殼體固定，線圈相對于傳感器殼體運動。2磁電感應(yīng)式傳感器主要檢測哪些非電量？磁電式傳感器是速度傳感器，它如何利用傳感器輸出電動勢e 的變化獲得相對應(yīng)的位移和加速度信號？運動速度、位移、振動、轉(zhuǎn)速、壓力等多種非電量測量。想要獲得振動位移和振動加速度， 可分別加入積分電路和微分電路， 將速度信號轉(zhuǎn)換成與位移和加速度有關(guān)的電信號輸出。3什么是霍爾效應(yīng)？霍爾

17、電勢的大小與方向和哪些因素有關(guān)？影響霍爾電勢的因素有哪些？通電的（半）導(dǎo)體放在磁場中，電流方向和磁場方向垂直，在導(dǎo)體另外兩側(cè)會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)?；魻栯妱莸拇笮∨c方向與電流和磁場強度有關(guān)。4集成霍爾器件分哪幾種類型？試畫出其輸出特性曲線。開關(guān)型集成霍爾器件的輸出特性存在切換回差，這一特性可起到什么作用？舉例說明該器件的應(yīng)用。集成霍爾器件可分為線性型和開關(guān)型。切換回差特性可防止干擾引起的誤動作。 這種傳感器可做無觸點開關(guān)， 利用磁場進行開關(guān)工作，如測轉(zhuǎn)速、計數(shù)、開關(guān)控制、判斷磁極性。5.有一測量轉(zhuǎn)速的裝置，調(diào)制盤上有100對永久磁極，N、S極交替放置，調(diào)制盤由轉(zhuǎn)軸帶動旋轉(zhuǎn)， 在磁

18、極上方固定一個霍爾元件， 每通過一對磁極霍爾元件產(chǎn)生一個方脈沖送到計數(shù)器。假定t=5min采樣時間內(nèi)，計數(shù)器收到N=15萬個脈沖， 求轉(zhuǎn)速n=?轉(zhuǎn)/分。設(shè)計一霍爾傳感器計數(shù)電路。6列舉磁敏元件的種類，說明各種磁敏元件（磁敏電阻、磁敏二極管、磁敏晶體管、霍爾器件）的工作原理，它們可以檢測哪些物理量。磁敏電阻：利用磁阻效應(yīng)，即外加磁場使（半）導(dǎo)體電阻隨磁場增加而增加。磁敏二極管: 無外加磁場情況下，當(dāng)磁敏二極管接入正向電壓時， P 區(qū)的空穴，N區(qū)的電子同時注入I區(qū)，大部分空穴跑向N區(qū)，電子跑向P區(qū)，從而形成電流，只有少部分電子和空穴在I 區(qū)復(fù)合。7說明各種磁敏元件特性各有什么不同？磁敏電阻與磁敏晶

19、體管有哪些不同？磁敏晶體管與霍爾元件本質(zhì)上的區(qū)別是什么？磁敏晶體管與普通晶體管區(qū)別是什么？詳細答案見課本。 。 。 。 。第 7 章壓電式傳感器（壓電元件；電壓/ 電荷放大器；超聲波傳感器）1什么是正壓電效應(yīng)？什么是逆壓電效應(yīng)？某些電介質(zhì)（晶體） ，當(dāng)沿著一定方向施加力時，內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在他的兩個表面會產(chǎn)生符號相反的電荷， 當(dāng)外力去掉后， 又重新恢復(fù)為不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)是可逆的，當(dāng)在介質(zhì)極化的方向施加電場時，電介質(zhì)會產(chǎn)生形變，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。2. 石英晶體X、Y、 Z 軸的名稱是什么？有哪些特征？石英晶體按特定方向切片后，沿x 方向（電軸）的力作用時產(chǎn)

20、生電荷的壓電效應(yīng)稱“縱向壓電效應(yīng)” ，沿 y 方向（機械軸）的力作用時產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱“橫向壓電效應(yīng)” ，沿 z 方向（光軸）的力作用時不會產(chǎn)生壓電效應(yīng)。當(dāng)晶體受到 x 軸方向壓力時。晶體產(chǎn)生厚度變形并發(fā)生極化現(xiàn)象。在晶體的線性彈性范圍內(nèi)，在x 軸面所產(chǎn)生的電荷與作用力成正比。同一晶片，當(dāng)受到 y軸方向壓力時， 仍在垂直x 軸面上產(chǎn)生極性方向相反的電荷， 電荷大小與y 方向作用力成正比。3. 簡述壓電陶瓷特性，比較壓電陶瓷與石英晶體有哪些優(yōu)缺點？壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料，材料的內(nèi)部晶粒有許多自發(fā)極化的電疇， 這些電疇具有一定的極化方向。 壓電陶瓷在未進行極化處理時， 不具有壓電效

21、應(yīng)，是非壓電體。壓電陶瓷極化后才具有壓電特性，壓電效應(yīng)非常明顯，具有很高的壓電系數(shù)。比較石英晶體，壓電陶瓷的縱向壓電常數(shù)大得多，所以壓電陶瓷制作的傳感器靈敏度高。極化后的壓電陶瓷由于受溫度影響，又使壓電特性減弱。這種傳感器要注意校準(zhǔn)修正。3 說明電壓放大器與電荷放大器工作原理， 各有哪些優(yōu)缺點， 要解決什么問題？電壓放大器：用場效應(yīng)管實現(xiàn)的高阻抗匹配放大自舉反饋電路，實質(zhì)是一個阻抗變換電路。壓電傳感器不能測量靜態(tài)物理量； 電壓的放大器高頻響應(yīng)好， 動態(tài)特性好，這是電壓放大器的突出特點； 增大前置輸入回路電阻可改善低頻響應(yīng)， 所以電壓放大器要求具有高輸入阻抗； 儀器使用時只要更換電纜就要重新標(biāo)定

22、傳感器， 測 量系統(tǒng)對電纜長度變化很敏感，這是電壓放大器的缺點。電荷放大器：實際上是一個具有深度負(fù)反饋的高增益運算放大器。電荷放大器的輸出電壓直接與傳感器電荷量成正比，與電容成反比。輸出電壓與電纜電容無關(guān)， 電纜電容變化不影響傳感器靈敏度， 這是電荷放大器的優(yōu)點，使用電荷放大器時電纜長度變化的影響可忽略， 并允許使用長電纜， 但實際的電荷放大器電路復(fù)雜、價格較貴。4用石英晶體加速度計及電荷放大器測量機器振動，已知，加速度計靈敏度為5pc/g ， 電荷放大器靈敏度為50mV/p， 最大加速度時輸出幅值2V， 試求機器振動加速度。5超聲波的物理性質(zhì)有哪些特點？超聲波傳感器可以進行哪些物理量的檢測？

23、超聲波具有聚束、定向、反射、透射、頻率高、波長短等特性。超聲波傳感器可進行物位檢測、測距、測流量等。6超聲波傳感器利用壓電材料制成發(fā)射器和接收器，說明它們各利用哪種壓電效應(yīng)？超聲波傳感器可以進行哪種能量的轉(zhuǎn)換。超聲波傳感器主要利用壓電材料的壓電效應(yīng)，其中，超聲波發(fā)射器利用逆壓電效應(yīng)制成發(fā)射元件，將高頻電振動轉(zhuǎn)換為機械振動從而產(chǎn)生超聲波; 超聲波接收器利用正壓電效應(yīng)制成接受元件，將超聲波機械振動轉(zhuǎn)換為電信號。7.超聲波傳感器上所標(biāo)識的(R40kHz ,( T40kHz)是什么含義。簡述超聲波測距原理。(R40kHz表示接U頻率為 40kHz,( T40kHz )表示發(fā)送頻率為 40kHz超聲波測

24、距: 通過定時控制電路、觸發(fā)邏輯電路、放大檢波電路及數(shù)據(jù)處理電路， 將超聲波信號變換為與距離有關(guān)的信號來實現(xiàn)。 關(guān)鍵利用時鐘脈沖對發(fā)送和接收之間的延遲時間進行計數(shù)， 計數(shù)值與每個技術(shù)脈沖的周期時間的乘積就是超聲波的傳播時間。第 8、 9 章 光電效應(yīng)與普通光電器件(光電效應(yīng)；光電器件光敏電阻、光敏二極管、光敏晶體管、光電池、光電開關(guān) ）1什么是外光電效應(yīng)？內(nèi)光電效應(yīng)（光生伏特效應(yīng)、光電導(dǎo)效應(yīng)）？光電器件中的光照特性、光譜特性分別描述的是光電器件的什么性能？光電效應(yīng) : 光照射在某些物質(zhì)上，使該物質(zhì)吸收光能后電子的能量和電特性發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。外光電效應(yīng)：在光線作用下，物體內(nèi)的電子

25、逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象。內(nèi)光電效應(yīng)： 當(dāng)光線照在物體上， 使物體的電導(dǎo)率發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象。光生伏特效應(yīng)：光照在物體中能產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象。光電導(dǎo)效應(yīng)：入射光強改變物質(zhì)導(dǎo)電率的現(xiàn)象。2試述光敏電阻、光敏晶體管、光電池的器件結(jié)構(gòu)和工作原理，各基于哪種光 電效應(yīng)。光敏電阻工作原理基于光電導(dǎo)效應(yīng)，又稱光電導(dǎo)。器件結(jié)構(gòu)是在玻璃底層上涂一層對光敏感的半導(dǎo)體物質(zhì)， 兩端有梳狀金屬電極， 然后再半導(dǎo)體上覆蓋一層漆膜或壓入塑料封裝體內(nèi)。 在外加電壓的作用下， 電路中電流隨光敏電阻變化 而變化，通過光照強度可改變電路中電流的大小。光敏晶體管工作原理主要基于光生伏特效應(yīng)。光敏二極管一般處于反

26、向偏置狀態(tài)，無光照時反向電阻很大，反向電流很小。有光照時，形成光電流，光電流隨入射光強度變化，光照越強光電流越大。因此，光敏二極管在不受光照時，處于截止?fàn)顟B(tài)； 受光照射時， 光電流方向與反向電流一致。 光敏三極管是把光敏 二極管產(chǎn)生的光電流進一步放大，是具有更高靈敏度和響應(yīng)速度的光敏傳感器。光電池工作原理是基于光生伏特效應(yīng)。光電池可直接將光能轉(zhuǎn)換成電能的器件， 是典型的有源器件， 在有光線作用時就是電源。 光電池實質(zhì)是一個大面積P-N結(jié)，上電極為柵狀受光電極，下電極是一層鋁襯底。當(dāng)光照在 P-N結(jié)的一個 面時，光生的電子-空穴對迅速擴散，在P-N結(jié)電場作用下建立一個與光照強度 有關(guān)的電動勢。3

27、. 發(fā)光二極管與光敏二極管有什么不同？光敏晶體管與普通晶體管有哪些不 同？發(fā)光二極管與光敏二極管不是同一種功能的材料，發(fā)光二極管的工作原理 是利用固體材料的電致發(fā)光， 半導(dǎo)體摻雜材料不同時， 發(fā)光二極管發(fā)出的顏色不 同，它是一種將電能轉(zhuǎn)換為光能的器件。發(fā)光二極管工作時加正向電壓。光敏二極管的工作原理主要基于光生伏特效應(yīng)，工作時加反向電壓。光敏晶體管較之普通晶體管，響應(yīng)速度快、靈敏度高、可開性高，光敏晶體 管具有放大作用。4. 當(dāng)光源波長為0.80.9 m時宜，你選用哪種材料的光敏器件進行測量？ 宜采用硅光電池或硅光敏管，因為其光譜響應(yīng)峰值在.8um左右。5. 光電開關(guān)與光電耦合器有什么區(qū)別？光

28、電開關(guān)可以有哪幾種檢測方法， 請畫出 檢測方法示意圖。光電耦合器件 （簡稱 光耦） 。 光耦又稱光電隔離器， 器件由發(fā)光元件和接收光敏元件（受光元件可以是光敏電阻、光敏二極管、光敏晶體管等）集成在一起。器件通過電 -光、光- 電兩次轉(zhuǎn)換進行輸入與輸出耦合。光耦集成器件特點， 輸入輸出完全隔離， 有獨立的輸入輸出阻抗， 器件有很強的抗干擾能力和隔離能力， 可 避免振動和噪聲干擾。光電開關(guān)也是將光敏器件和發(fā)光器件集成在一起，與光耦不同的是光電開關(guān)的光檢測信號由被測非電量控制，按工作方式分透射式和反射式。第 9 章 新型光電傳感（CC端件；光纖傳感器）1 .分別用中英文表示出CCD勺全稱；CCD （

29、 Charge-Coupled-Devices ）電荷耦合器件2 .電荷耦合器件（CCD結(jié)構(gòu)包括哪兩個部分，分別起到什么作用？試述電荷存 儲與電荷轉(zhuǎn)移的工作過程。包括MO沈敏元陣列和讀出移位寄存器，MO沈敏元陣列可以感光，讀出移位 寄存器可輸出電荷（電荷轉(zhuǎn)移） 。電荷存儲：MO%敏元件結(jié)構(gòu)是在半導(dǎo)體基片上（P Si）生長一個 具有介質(zhì) 作用的氧化物（510:）,又在上面沉積一層金屬電極，形成MO沈敏元。當(dāng)金屬電 極上加正電壓時，由于電場作用，電極下 P 型硅區(qū)里空穴被排斥形 成耗盡區(qū)， 對電子而言，是一勢能很低的區(qū)域，稱“勢阱” 。有光線人射到硅片上 時，光子 作用下產(chǎn)生電子一空穴對，空穴被電

30、場作用排斥出耗盡區(qū)，而電子被附近勢阱 吸引，此時勢阱內(nèi)吸收的光子數(shù)與光強度成正比。電荷轉(zhuǎn)移：光敏元上的電荷需要經(jīng)過電路進行輸出，CCDfe荷藕合器件是以電荷為信號而不是電壓電流。讀出移位積存器也是MOS吉構(gòu)，由金屬電極、氧化物、 半導(dǎo)體三部分組成。它與 MO沈敏元的區(qū)別 是半導(dǎo)體底部覆蓋了一層遮光層， 防止外來光線干擾。由三個十分鄰近的電極組成 一個藕合單元（ 傳輸單元 ） ，在三個電極上分別施加脈沖波創(chuàng)、 咖、 媽。 信號電荷按設(shè)計好的方向在時鐘脈沖控 制下從寄存器的一端轉(zhuǎn)移到另一端。3 .CCD有哪幾種結(jié)構(gòu)形式，線陣和面陣結(jié)構(gòu)分別可以進行哪些檢測？CCD器件分為線陣CCDO面陣CCD結(jié)構(gòu)有

31、多種形式，如單溝道 CCD雙溝 道CCD幀轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)CCD行間轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)CCD?.線陣結(jié)構(gòu)可以測量尺寸，面陣結(jié)構(gòu)可以測量圖像。4 . 說明光纖的結(jié)構(gòu)和傳光原理，光纖的幾個重要參數(shù)代表什么含義？ NA 是什么 參數(shù)，普通光纖通常為什么值？求光纖 N1=1.46, N2=1.45的NA值；計算外部介 質(zhì)為空氣時（N0=1）最大入射角8二？。光纖主要由三部分組成：中心-纖芯；外層-包層；護套-尼龍塑料。光纖的傳播基于光的全反射原理。數(shù)值孔徑（NA） ：將臨界入射角的正弦函數(shù)定義為光纖的數(shù)值孔徑。NA 表示了光纖的集光能力， 無論光源的發(fā)射功率有多大， 只有在 張角之內(nèi)的入射光 才能被光纖接收、傳播。光纖

32、模式（V） ：指光波沿光線傳播的途徑和方式，不同入射角度光纖在界面上反射的次數(shù)不同。 光在光纖內(nèi)反射傳播， 反射中相位變化 2pi 整數(shù)倍的光波形成駐波，只有駐波才能在光纖中傳播（稱模） 。傳播損耗：由于材料的吸收、散射和彎曲處的輻射損耗影響，光纖在傳播是不可避免的要有損耗， 反映光纖傳播的損耗大小用衰減率A 表示，表示光纖每公里的衰減率，傳播損耗的大小是評定光纖優(yōu)劣的標(biāo)志之一。光纖耦合：光纖的強耦合是使光纖在纖芯間形成直通，光纖的弱耦合是通過光纖的彎曲或使耦合處成錐形。5 . 反射式光纖位移傳感器在位移測量中的輸出特性曲線有哪些特點？可以完成 哪些測量？反射光的光強弱對測量有哪些影響？前坡區(qū)

33、輸出信號的強度增加快， 這一區(qū)域位移輸出曲線有較好的線性關(guān)系，可以進行小位移測量（微米級） ；后坡區(qū)信號隨探頭和被測物體之間的距離增加而減弱，該區(qū)域可用于距離較遠，而靈敏度、線性度要求不高的較大位移測量（毫米級） ；光封區(qū)信號有最大值，值的大小決定被測表面的狀態(tài)，光封區(qū)域可用于表面狀態(tài)測量，如工件的光潔度或光滑度。反射光的強弱將會影響接收光纖的光通量發(fā)生變化。6 . 功能型光纖傳感器與非功能型光纖傳感器有什么區(qū)別？舉例說明兩種功能型和非功能型光纖傳感器。功能型（傳光、傳感）又稱傳感型，利用光纖本身對外界被測對象具有敏感能力和檢測能力，光纖不僅起到傳光作用，而且在被測對象作用下使光強、相位、偏振

34、態(tài)等光學(xué)特性得到調(diào)制，調(diào)制后的信號攜帶了被測信息。非功能型 （傳光） ： 光纖只作傳播光媒介， 待測對象的調(diào)制功能是由其他轉(zhuǎn)換元件實現(xiàn)的，光線的狀態(tài)是不連續(xù)的，光纖只起傳光作用。第 10 章 半導(dǎo)體式傳感器（氣敏；濕敏；離子敏）1氣敏傳感器有哪幾種類型？其工作原理有什么不同？按半導(dǎo)體的物理特性，氣敏傳感器可分為電阻型和非電阻型。電阻型：利用半導(dǎo)體表面因吸附氣體引起半導(dǎo)體元件電阻值變化，根據(jù)這一特性，從阻值的變化檢測出氣體的濃度。非電阻型：利用MOST極管的電容-電壓特性變化；利用MO揚效應(yīng)管的閾值 電壓的變化；利用肖特基金屬半導(dǎo)體二極管的勢壘變化進行氣體檢測。2為什么多數(shù)電阻型氣敏傳感器要有加

35、熱器工作？加熱器有哪些作用。金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器的靈敏度與溫度有密切的關(guān)系，對于每個氣敏傳感器，其靈敏度都存在最佳工作溫度。加熱作用：一是為了加速氣體吸附和上述的氧化還原反應(yīng)，提高靈敏度和響應(yīng)速度，二是使附著在傳感器元件殼面上的油霧、塵埃燒掉。3非電阻性氣敏傳感器主要利用晶體管的哪些參數(shù)進行檢測，這種傳感器主要 哪種氣體敏感?非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器主要用于氫氣濃度測量。4. 分析 P171 圖 10 10酒精測試儀電路工作原理。5濕敏傳感器有哪些類型？濕度的表示方法。氯化鋰詩敏電阻、半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻表示方法 :第 11 章 射線式傳感器（核輻射物理基礎(chǔ)；核輻射探測器氣體、閃爍、半導(dǎo)體

36、 ；應(yīng)用）1 .放射性同位素在衰變過程中放出哪幾種（射線），說明a、B、丫射線的性質(zhì) 與特點， 他們在與物質(zhì)相互作用時會產(chǎn)生哪些現(xiàn)象？如： 電離、 吸收與散射時分 別有哪些不同。放射性同位素在衰變過程中放出a、B、丫射線。a射線由帶正電的a粒子組成。a粒子由于能量、質(zhì)量、電荷大，電離作用 最強，但射程較短，射程是帶電粒子在物質(zhì)中穿行的直線距離。a射線穿透能力最弱。B射線由帶負(fù)電的B粒子組成，B粒子就是高速運動的電子。B粒子粒子質(zhì) 量小，電離能力較同樣能量的a粒子弱，因為B粒子容易產(chǎn)生散射，所以穿過物 質(zhì)的路徑是彎曲的。B射線穿透能力居中，穿行時易改變方向產(chǎn)生散射形成反射。丫射線是一種電磁波，由

37、中性不帶電的高速光子流組成。r粒子幾乎沒有直接電離作用。丫射線穿透能力最強，能穿透幾十厘米厚的固體物質(zhì)，在氣體中可 穿透幾百米，因此丫射線廣泛用于金屬探傷。電離：具有一定能量的帶電粒子在穿透物質(zhì)時會產(chǎn)生電離作用，在它們經(jīng)過的路程上電離后形成許多離子對， 電離作用是帶電粒子和物質(zhì)相互作用的主要形 式。2. 核探測器有哪些類型，氣體探測器（有哪幾種？） 、閃爍探測器、半導(dǎo)體探測 器，比較他們的特性有哪些不同，舉例說明可以進行哪些測量。氣體探測器（電離室、正比計數(shù)器、蓋格計數(shù)管） 、閃爍探測器、半導(dǎo)體探測器電離室主要用于探測a、B、丫射線，a、B、丫的電離室不能通用，不 同粒子在相同條件下效率相差很大。3. 利用核探測器可以進行哪些檢測， 與其它檢測方法相比有什么特點， 如何檢測？舉例說明。利用a射線的電離現(xiàn)象實現(xiàn)氣體分析和流量測量；利用B射線進行帶材厚度、密度檢測；利用丫射線探測材料缺陷、位置