《傳感器試題庫》word版

1、傳感器考試試卷一：填空題（每空1分）依據(jù)傳感器的工作原理，傳感器分 敏感元件 ， 轉(zhuǎn)換元件 ， 測量電路 三個部分組成。半導(dǎo)體應(yīng)變計應(yīng)用較普遍的有體型、薄膜型、擴散型、外延型等。光電式傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的光敏元件，根據(jù)光電效應(yīng)可以分為 外光電效應(yīng) ， 內(nèi)光電效應(yīng) ， 熱釋電效應(yīng) 三種。光電流與暗電流之差稱為光電流。光電管的工作點應(yīng)選在光電流與陽極電壓無關(guān)的飽和區(qū)域內(nèi)。金屬絲應(yīng)變傳感器設(shè)計過程中為了減少橫向效應(yīng)，可采用 直線柵式應(yīng)變計 和 箔式應(yīng)變計 結(jié)構(gòu)。反射式光纖位移傳感器在位移-輸出曲線的前坡區(qū)呈 線性關(guān)系，在后坡區(qū)與距離的平方成反比關(guān)系。根據(jù)熱敏電阻的三種類型，其中 臨界溫度系

2、數(shù)型 最適合開關(guān)型溫度傳感器。畫出達(dá)林頓光電三極管內(nèi)部接線方式：靈敏度是描述傳感器的輸出量對輸入量敏感程度的特性參數(shù)。其定義為：傳感器 輸出量的變化值 與相應(yīng)的 被測量的變化值 之比，用公式表示 k（x）=y/x 。線性度是指傳感器的 輸出量 與 輸入量 之間是否保持理想線性特性的一種度量。按照所依據(jù)的基準(zhǔn)之線的不同，線性度分為 理論線性度 、 端基線性度 、 獨立線性度 、 最小二乘法線性度 等。最常用的是 最小二乘法線性度。根據(jù)敏感元件材料的不同，將應(yīng)變計分為 金屬式 和 半導(dǎo)體 式兩大類。利用熱效應(yīng)的光電傳感器包含 光-熱、 熱-電 兩個階段的信息變換過程。應(yīng)變傳感器設(shè)計過程中，通常需要

3、考慮溫度補償，溫度補償?shù)姆椒姌蜓a償法、計算機補償法、應(yīng)變計補償法、熱敏電阻補償法。應(yīng)變式傳感器一般是由 電阻應(yīng)變片 和 測量電路 兩部分組成。傳感器的靜態(tài)特性有 靈敏度 、線性度、靈敏度界限、遲滯差 和穩(wěn)定性。在光照射下，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) ，入射光強改變物質(zhì)導(dǎo)電率的物理現(xiàn)象稱為 內(nèi)光電效應(yīng) 。 光電管是一個裝有光電 陰極 和 陽極 的真空玻璃管。光電管的頻率響應(yīng)是指一定頻率的調(diào)制光照射時光電輸出的電流隨頻率變化的關(guān)系，與其物理結(jié)構(gòu)、工作狀態(tài)、負(fù)載以及入射光波長等因素有關(guān)。多數(shù)光電器件靈敏度與調(diào)制頻率的關(guān)系為Sr（f）=Sr。/(1+4f)內(nèi)光電效應(yīng)可分為光電導(dǎo)效

4、應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。國家標(biāo)準(zhǔn)GB 7665-87對傳感器下的定義是：能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器按輸出量是模擬量還是數(shù)字量，可分為模擬量傳感器和數(shù)字量傳感器傳感器靜態(tài)特性的靈敏度用公式表示為：k(x)=輸出量的變化值/輸入量的變化值=y/x應(yīng)變計的粘貼對粘貼劑的要求主要有：有一定的粘貼強度；能準(zhǔn)確傳遞應(yīng)變；蠕變?。粰C械滯后??；耐疲勞性好；具有足夠的穩(wěn)定性能；對彈性元件和應(yīng)變計不產(chǎn)生化學(xué)腐蝕作用；有適當(dāng)?shù)膬Υ嫫?；?yīng)有較大的溫度適用范圍。根據(jù)傳感器感知外界信息所依據(jù)的基本校園，可以將傳感器分成三大類： 物理傳感器 ，化學(xué)傳感

5、器 ，生物傳感器。 P3應(yīng)變式測力與稱重傳感器根據(jù)彈性體的的結(jié)構(gòu)形式的不同可分為 柱式傳感器 、 輪輻式傳感器 、 懸梁式傳感器 和 環(huán)式傳感器 大多數(shù)接收器對所感受的波長是有選擇性的，接受器對不同波長光的反應(yīng)程度稱為光譜靈敏度，其表達(dá)式為：應(yīng)變式傳感器一般是由 電阻應(yīng)變片 和 測量電阻 兩部分組成。應(yīng)變式傳感器的基本構(gòu)成通?？煞譃閮刹糠郑簭椥悦舾性?、應(yīng)變計傳感器種類繁多，根據(jù)傳感器感知外界信息的基本效應(yīng)，可將傳感器分為 基于物理效應(yīng) ， 基于化學(xué)效應(yīng) ， 分子識別 三大類。長為l、截面積為A、電阻率為的金屬或半導(dǎo)體絲，其電阻為：。傳感器是靜態(tài)特性有靈敏度、線性度、靈敏度閾值、遲滯差、穩(wěn)定性

6、（5）溫度補償?shù)姆椒姌蜓a償法、計算機補償法、應(yīng)變計補償法、熱敏電阻補償法（4）在應(yīng)變計設(shè)計過程中，為了減少橫向效應(yīng)，可采用直角線柵式應(yīng)變計或箔式應(yīng)變計。光電式傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的光敏元件，其中內(nèi)光電效應(yīng)可以分為光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng) 。應(yīng)變計的允許的最高工作頻率f是應(yīng)變計的重要參數(shù)，若應(yīng)變波幅測量的相對誤差為e，在該材料中的傳播速度為v，則對于L的應(yīng)變計，其f= 。應(yīng)變計根據(jù)敏感元件的材料不同，可分為金屬式和半導(dǎo)體式。應(yīng)變計根據(jù)敏感元件的不同可以分為金屬式和半導(dǎo)體式兩大類。應(yīng)變測力傳感器由彈性體、應(yīng)變計和外殼組成。 內(nèi)光電效應(yīng)分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。光敏電阻的溫度特性的公式

7、是=（R1為在一定光照下，溫度為T1時的阻值；R2為在一定光照下，溫度為T2時的阻值）電阻應(yīng)變計，也稱應(yīng)變計或應(yīng)變力，是一種能將機械構(gòu)件上的應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換成電阻變化的傳感元件。一個高階系統(tǒng)的傳感器總可以看成是由若干個零階系統(tǒng)、一階和二階系統(tǒng)組合而成的。敏感光柵越窄，基長越長的應(yīng)變計，其橫向效應(yīng)引起的誤差越 小 (大/小)。應(yīng)變式傳感器的基本結(jié)構(gòu)通?？梢苑譃閮刹糠?，彈性敏感元件和應(yīng)變計。應(yīng)變計自補償方法包括：選擇式自補償應(yīng)變計和雙金屬敏感柵自補償應(yīng)變計。入射光強改變物質(zhì)導(dǎo)電率的物理現(xiàn)象叫做光電導(dǎo)效應(yīng)。光電倍增管是利用二次電子釋放效應(yīng)，將光電流在管內(nèi)部進(jìn)行放大。依據(jù)傳感器的輸出信號形式，傳感器可分

8、為 模擬式傳感器 ， 數(shù)字式傳感器 。傳感器線性度公式 ，其中，YFS表示的是 傳感器滿量程輸出平均值 。兩個各有G1(s)和G2(s)傳遞函數(shù)的系統(tǒng)串聯(lián)后，如果其阻抗匹配合適，相互之間不影響彼此的工作狀態(tài)，那么其傳遞函數(shù)為 G(s)= G1(s) G2(s) 。實驗表明，金屬線材的應(yīng)變計實際靈敏度k恒 （、或）理論靈敏度系數(shù)k0 , 其原因除了粘合劑、基片傳遞變形失真外，主要原因是存在 橫向效應(yīng) 。光電倍增管是利用 二次電子釋放 效應(yīng)，將光電流在管內(nèi)部進(jìn)行放大。它由 光電陰極 、 若干倍增極 和 陽極 三部分組成。根據(jù)傳感器感知外界信息所依據(jù)的基本效應(yīng)，可將傳感器分為三大類，分別是： 物理傳

9、感器 、 化學(xué)傳感器 、 生物傳感器 輸入逐漸增加到某一值，與輸入逐漸減小到同一入值時的輸出值不相等，叫做 遲滯 現(xiàn)象。 遲滯差 表示這種不相等的程度。其值以 滿量程 的輸出FS的百分?jǐn)?shù)表示。二、判斷題一個復(fù)雜的高階系統(tǒng)總是可以看成是由若干個零階、 一階和二階系統(tǒng)串聯(lián)而成的。（對）應(yīng)變計的非線性度一般要求在0.05或1以內(nèi)。（對）電阻絲式應(yīng)變傳感計的橫向效應(yīng)可以用H=ky/kx=(n-1)ls/2nl1+(n-1)ls表示，可見ls（r）愈小，l1愈大，H愈小。即敏感柵愈窄，基長愈長的應(yīng)變計，其橫向效應(yīng)引起的誤差越小。（對）等臂電橋當(dāng)電源電壓及電阻相對變化一定時，電橋的輸出電壓及其電壓靈敏度與

10、各橋臂阻值的大小無關(guān)。（對）應(yīng)變計粘合劑不但要求粘接力強，而且要求粘合層的剪切彈性模量大，能真實地傳遞試件的應(yīng)變。另外，粘合層應(yīng)有高的絕緣電阻、良好的防潮性防油性能以及使用簡便等特點。（對）光生伏特效應(yīng)就是半導(dǎo)體材料吸收光能后,在PN結(jié)上產(chǎn)生電動勢的效應(yīng)。（對）傳感器動態(tài)特性可用瞬態(tài)響應(yīng)法和頻率相應(yīng)法分析。（）APD在使用時，須在元件兩端加上近于擊穿的反偏壓。(對)半導(dǎo)體色敏傳感器能用來直接測量從可見光到紅外波段內(nèi)單色輻射的波長。(對)半導(dǎo)體色敏傳感器可以用來直接測量從可見光到紅外波段內(nèi)單色的波長，它有兩個深度相同的PN結(jié)構(gòu)成。（錯）光電二極管的光譜特性與PN結(jié)的結(jié)深有關(guān)。（對）CCD圖像傳感

11、器是按一定規(guī)律排列的MOS電容器組成的陣列。（對）光生伏特效應(yīng)就是半導(dǎo)體材料吸收光能后,在PN結(jié)上產(chǎn)生電動勢的效應(yīng)。（對）壓電諧振式感器可以不利用壓電晶體諧振器的共振頻率隨被測物理量變化進(jìn)行測量的。（）數(shù)值孔徑是反映纖芯接收光量的多少,標(biāo)志光纖接收性能的一個重要參數(shù)（對）在階躍型光纖中，數(shù)值孔徑越大光纖性能越好。（錯）光纖傳感器中的彎曲損耗是有害的，必須消除。（錯）光纖纖芯折射率低于包層的折射率。（錯）感濕特征量隨環(huán)境溫度的變化越大,環(huán)境溫度變化所引起的相對濕度的誤差就越?。ㄥe）半導(dǎo)體濕度傳感器的響應(yīng)時間分為吸濕響應(yīng)時間和脫濕響應(yīng)時間，大多數(shù)濕度傳感器都是脫濕響應(yīng)時間大于吸濕響應(yīng)時間。（對）濕

12、度傳感器在升濕和降濕往返變化時的吸濕特性曲線不重合，所構(gòu)成的曲線叫濕滯回線。（）根據(jù)全內(nèi)反射原理，設(shè)計光纖纖芯的折射率要小于包層的折射率。（錯）在光纖纖維傳中傳播模式很多對信息傳輸是不利的，因為同一光信號采取很多模式傳播，就會使這一光信號分為不同時間到達(dá)接收端的多個小信號，從而導(dǎo)致合成信號的畸變。（對）暗市場傳感器與亮市場傳感器的不同之處在于:它使用從包層進(jìn)入纖芯的光產(chǎn)生輸出信號。（錯）壓縮式壓電加速度傳感器中為便于裝配和增大電容量常用兩片極化方向相同的晶片，電學(xué)上串聯(lián)輸出。（錯）SAW氣敏傳感器中，吸附膜吸收了環(huán)境中的某種特定氣體，使基片表面性質(zhì)發(fā)生變化，導(dǎo)致SAW振蕩器振蕩頻率發(fā)生變化，通

13、過測量頻率的變化就可檢測特定氣體成分的含量。（對）熱敏電阻的溫度系數(shù)隨溫度減小而減小，所以低溫時熱敏電阻溫度系數(shù)小，靈敏度高，故熱敏電阻常用于低溫（-100300）測量。（錯）因環(huán)境溫度改變而引起的附加電阻變化或者造成的視應(yīng)變，除與環(huán)境溫度變化有關(guān)外，還與應(yīng)變計本身的性能參數(shù)k、。s以及被測構(gòu)件的線膨脹系數(shù)g有關(guān)。（對）應(yīng)變計的靈敏度K恒小于金屬材料的靈敏度系數(shù)K0（對）光電效應(yīng)能否產(chǎn)生，取決于光子的能量是否大于該物質(zhì)表面的溢出功（對）一個復(fù)雜的高階系統(tǒng)總是可以看成是由若干個零階、 一階和二階系統(tǒng)并聯(lián)而成的。（錯）電阻應(yīng)變儀的差值法一般用于動態(tài)測量，零值法一般用于靜態(tài)測量（對）為了使電子從價帶

14、激發(fā)到導(dǎo)帶，入射光子的能量E0應(yīng)該大于禁帶寬度Eg。（對）傳感器的輸出-輸入校準(zhǔn)曲線與理論擬合直線之間的最大偏差與傳感器滿量程輸出之比，稱為該傳感器的“非線性誤差”。（）選擇傳感器時，相對靈敏度必須大于零。（）用一階系統(tǒng)描述的傳感器，其動態(tài)響應(yīng)特征的優(yōu)劣也主要取決于時間常數(shù)，越大越好。（）應(yīng)變計靈敏度k橫小于金屬線材的靈敏度系數(shù)k。（）想要提高電橋的電壓靈敏度Ku，必須提高電源電壓，但不受應(yīng)變計允許功耗的限制。（）彈性敏感元件的彈性儲能高，具有較強的抗壓強度，受溫度影響大，具有良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性等。（）光譜靈敏度為光電器件對單色輻射通量的反應(yīng)與入射的單色輻射通量之比。（）簡答題光生伏特效應(yīng)如

15、何產(chǎn)生？答：當(dāng)光照射到距表面很近的PN節(jié)時，如果光能足夠大，光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，電子就能從價帶躍遷到導(dǎo)帶，成為自由電子。 由于光生電子、空穴在擴散過程中會分別于半導(dǎo)體中的空穴、電子復(fù)合，因此載流子的壽命與擴散長度有關(guān)。只有PN結(jié)距表面的厚度小于擴散長度，才能形成光電流產(chǎn)生光生電動勢。什么是壓電效應(yīng)？壓電傳感器有哪些？答：當(dāng)某些晶體沿一定方向伸長或壓縮時，在其表面上會產(chǎn)生電荷，這種效應(yīng)成為壓電效應(yīng)。壓電傳感器有壓電加速度傳感器、壓電諧振式傳感器、聲表面波傳感器。當(dāng)吸附膜是絕緣材料、導(dǎo)電體或金屬氧化物半導(dǎo)體時，SAW氣敏傳感器的敏感機理？答：當(dāng)薄膜是絕緣材料時,它吸附氣體引起密度的變

16、化,進(jìn)而引起SAW延遲線振蕩器頻率的偏移;當(dāng)薄膜是導(dǎo)電體或金屬氧化物半導(dǎo)體膜時,主要是由于導(dǎo)電率的變化引起SAW延遲線振蕩器頻率的偏移。簡說馬赫澤德(MachZehnder)干涉儀的工作原理。簡述光纖傳感器的優(yōu)點？具有很高的靈敏度頻帶寬動態(tài)范圍大可根據(jù)實際情況做成各種形狀可以用很相近的技術(shù)基礎(chǔ)構(gòu)成傳感不同物理量的傳感器，這些物理量包括聲場、磁場、壓力、溫度、加速度、轉(zhuǎn)動、位移、液位、流量、電流、輻射等等。便于與計算機和光纖傳輸系統(tǒng)相連，易于實現(xiàn)系統(tǒng)的遙測和控制?？捎糜诟邷?、高壓、強磁干擾、腐蝕等各種惡劣環(huán)境。結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、耗能少。相位跟蹤系統(tǒng)是由什么組成的并簡述它的功能？相位跟蹤系

17、統(tǒng)是由電路系統(tǒng)和光纖相位調(diào)制器組成的。抵消任何不必要的大的低頻相位漂移，使干涉儀保持平衡，提供保證干涉儀在正交狀態(tài)下工作的相移。什么叫安時特性 流過熱敏電阻的電流與時間的關(guān)系，稱為安時特性數(shù)值孔徑的定義 光從空氣入射到光纖輸入端面時，處在某一角錐內(nèi)的光線一旦進(jìn)入光纖，就將被截留在纖芯中，此光錐半角的正弦稱為數(shù)值孔徑什么叫絕對濕度 在一定溫度和壓力條件下，單位體積的混合氣體中所含水蒸氣的質(zhì)量為絕對濕度光纖優(yōu)點：1抗電磁干擾能力強2柔軟性好3光纖集傳感與信號傳輸與一體，利用它很容易構(gòu)成分布式傳感測量光纖分類：一功能型光強度調(diào)制型光相位調(diào)制型光偏振態(tài)調(diào)制型二非功能型光線位移傳感器光纖溫度傳感器光導(dǎo)纖

18、維為什么能夠?qū)Ч?？光?dǎo)纖維有哪些優(yōu)點？光纖式傳感器中光纖的主要優(yōu)點有哪些？答：光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射，當(dāng)射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時，就會在光纖的接口上產(chǎn)生全內(nèi)反射，并在光纖內(nèi)部以后的角度反復(fù)逐次反射，直至傳遞到另一端面。優(yōu)點： a具有優(yōu)良的傳旋光性能，傳導(dǎo)損耗小 b頻帶寬，可進(jìn)行超高速測量，靈敏度和線性度好 c能在惡劣的環(huán)境下工作，能進(jìn)行遠(yuǎn)距離信號的傳送功能型光纖傳感器其光纖不僅作為光傳播的波導(dǎo)，而且具有測量的功能。它可以利用外界物理因素改變光纖中光的強度、相位、偏振態(tài)或波長，從而對外界因素進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)傳輸。優(yōu)點：抗電磁干擾能力強；靈敏度高；幾何形狀具有多方面的適應(yīng)

19、性，可以制成任意形狀的光纖傳感器，可以制造傳感各種不同物理信息的器件；光纖傳感器可用于高壓，電氣噪聲，高溫，腐蝕或其他惡劣環(huán)境；而且具有與光纖遙測技術(shù)的內(nèi)在相容性。簡述振幅型和相位型光纖傳感器的原理。振幅型傳感器的原理：待測的物理擾動與光纖連接的光纖敏感元件相互作用，直接調(diào)制光強。相位型傳感器的原理：在一段單模光纖中傳輸?shù)南喔晒?，因待測物理場的作用，產(chǎn)生相位調(diào)制。簡述半導(dǎo)體氣敏器件的分類和它們的代表性被測氣體分別是什么？分為電阻型和非電阻型兩大類。電阻型可分為1）表面電阻控制型，其代表性被測氣體為可燃性氣體；2）體電阻控制型，其代表性被測氣體為乙醇、可燃性氣體和氧氣；非電阻型又可分為1）表面電

20、位，其其代表性被測氣體為硫醇；2）二級管整流特性，其代表性被測氣體為氫氣、一氧化碳、乙醇3）晶體管特性，其代表性被測氣體為氫氣和硫化氫。簡述光纖傳感器的優(yōu)點。1）與其他傳感器相比，它具有很高的靈敏度2）頻帶寬動態(tài)范圍大3）可根據(jù)實際需要做成各種形狀4）可以用很相近的技術(shù)基礎(chǔ)構(gòu)成傳感不同物理量的傳感器，這些物理量包括聲場、磁場、壓力、溫度、加速度、轉(zhuǎn)動（陀螺）、位移、液位、流量、電流、輻射等等5）便于與計算機和光纖傳輸系統(tǒng)相連，易于實現(xiàn)系統(tǒng)的遙測和控制6）可用于高溫、高壓、強電磁干擾、腐蝕等各種惡劣環(huán)境7）結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、耗能少什么是紅限頻率？答：光電效應(yīng)能否產(chǎn)生，取決于光子的能量是否

21、大于該物質(zhì)表面的電子逸出功。這意味著每一種物質(zhì)都有一個對應(yīng)的光頻閾值。電阻應(yīng)變計產(chǎn)生溫度誤差的原因是？答：（1） 敏感柵金屬絲電阻本身隨溫度發(fā)生變化。（2） 試件材料與應(yīng)變絲材料的線膨脹系數(shù)不一，使應(yīng)變絲產(chǎn)生附加變形而造成的電阻變化。什么叫線性度？其定義為: 傳感器的輸出輸入校準(zhǔn)曲線與理論擬合直線之間的最大偏差與傳感器滿量程輸出之比, 稱為該傳感器的“非線性誤差”或稱“線性度”, 也稱“非線性度”。 通常用相對誤差表示其大小: 簡說光電倍增管的工作原理。答;利用二次電子釋放效應(yīng)，將光電流在管內(nèi)部進(jìn)行放大。所謂二次電子釋放效應(yīng)是指高速電子撞擊固體表面，再發(fā)射出二次電子的現(xiàn)象。簡述溫度補償方法有哪

22、些？: (1)電橋補償法。 (2)輔助測溫元件微型計算機補償法。 (3)應(yīng)變計自補償法。 (4)熱敏電阻補償法。 電阻應(yīng)變計產(chǎn)生溫度誤差的原因是？答：（1） 敏感柵金屬絲電阻本身隨溫度發(fā)生變化。（2） 試件材料與應(yīng)變絲材料的線膨脹系數(shù)不一，使應(yīng)變絲產(chǎn)生附加變形而造成的電阻變化。簡說光電倍增管的工作原理。答：利用二次電子釋放效應(yīng)，將光電流在管內(nèi)部進(jìn)行放大。所謂二次電子釋放效應(yīng)是指高速電子撞擊固體表面，再發(fā)射出二次電子的現(xiàn)象。光纖傳感器所具有的特點？與其它的傳感器相比，它具有很高的靈敏度。頻帶寬動態(tài)范圍大?？筛鶕?jù)實際需要做成各種形狀?？梢杂煤芟嘟募夹g(shù)基礎(chǔ)構(gòu)成傳感不同物理量的傳感器。便于與計算機和

23、光纖傳輸系統(tǒng)相連，易于實現(xiàn)系統(tǒng)的遙測和控制可用于高溫、高壓、強電磁波干擾、腐蝕等各種惡劣環(huán)境。結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、耗能少。溫度傳感器從使用上分為什么？各自有何不同。溫度傳感器從使用上大致分文接觸型和非接觸型兩大類，前者是讓溫度傳感器直接與待測對象接觸，后者是使溫度傳感器與待測對象離開一定距離，檢測從待測對象放射出的紅外線，從而達(dá)到測溫的目的。簡單簡述下聲波傳感器簡寫SAW，是一種能量集中于媒質(zhì)表面、沿表面?zhèn)鞑?、其振幅隨深度呈指數(shù)衰減的彈性波。通常在壓電晶體的表面設(shè)置叉指換能器（IDT）來激勵和檢測聲波表面。SAW的傳感器主要的機理來達(dá)到檢測物理量、化學(xué)量、和生物量的目的應(yīng)變式傳感器與其他

24、類型傳感器相比具有如下特點: (1)測量范圍廣、精度高。 (2)性能穩(wěn)定可靠,使用壽命長。 (3)頻率響應(yīng)特性較好。 (4)能在惡劣的環(huán)境條件下工作。 (5)易于實現(xiàn)小型化、整體化數(shù)值孔徑（NA）的定義及其公式。答：光從空氣入射到光纖輸入端面時，處在某一角錐內(nèi)的光線一旦進(jìn)入光纖，就將被截留在纖芯中，此光錐半角（）的正弦稱為數(shù)值孔徑。可導(dǎo)出 式中n1為鉛芯折射率，n2為包層折射率。 晶體的壓電效應(yīng)和反向壓電效應(yīng)的定義。答：當(dāng)某些晶體沿一定方向伸長或壓縮時,在其表面上會產(chǎn)生電荷(束縛電荷),這種效應(yīng)稱為壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)是可逆的,即晶體在外電場的作用下要發(fā)生形變,這種效應(yīng)稱為反向壓電效應(yīng)。SAW氣

25、敏傳感器選擇性吸附膜的要求是什么？ 答：首先,它需要對特定氣體有靈敏的選擇性和分辨率;其次,性能應(yīng)穩(wěn)定可靠;第三,要有較快的響應(yīng)時間并易于解吸恢復(fù)。簡述半導(dǎo)體熱敏電阻的工作原理和主要特點。 答：（1）工作原理：由于熱運動(如溫度升高), 載流子克服禁帶寬度(或電離能)引起導(dǎo)電,這種熱躍遷使半導(dǎo)體載流子濃度和遷移率發(fā)生變化,引起電阻率值發(fā)生變化。 （2）主要特點：靈敏度高 體型小 使用方便半導(dǎo)體應(yīng)變計有什么優(yōu)點？靈敏度高。比金屬應(yīng)變計的靈敏度約大50-100倍。體積小，耗電省由于具有正、負(fù)兩種符號的應(yīng)力效應(yīng)，則可以用有正、負(fù)兩種符號應(yīng)力效應(yīng)的半導(dǎo)體應(yīng)變計組成同一應(yīng)力方向的電橋兩臂，提高靈敏度。機

26、械滯后小，可測量靜態(tài)應(yīng)變、低頻應(yīng)變等。簡述諧振式傳感器的優(yōu)點答：以數(shù)字輸出，不必經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換就可以方便的與計算機相連，組成高精度的測量和控制系統(tǒng)，功耗少、穩(wěn)定性高。簡述半導(dǎo)體熱敏電阻的工作原理答：由于熱運動（譬如溫度升高），越來越多的載流子客服禁帶寬度（或電離能）引起導(dǎo)電。光電倍增管工作原理答：是利用二次電子釋放效應(yīng)，將光電流在管內(nèi)部進(jìn)行放大。所謂二次電子釋放效應(yīng)是指高速電子樁基固體表面，再發(fā)射出二次電子的現(xiàn)象。熱電型輻射傳感器答：熱電型輻射傳感器是指由于輻射熱引起無件溫度的微小變化，導(dǎo)致電阻一類的物理量度的變化，而達(dá)到測溫的目的。這類傳感器一般與波長無關(guān)。熱電型紅外傳感器的優(yōu)點是使用方便，

27、缺點是響應(yīng)速度慢，靈敏度低。絕對濕度和相對濕度答：兩者的定義分別為：(1)絕對濕度:在一定溫度和壓力條件下，單們體積的混合氣體中所含水蒸氣的質(zhì)量為絕對濕度。(2)相對濕度:相對濕度是指氣體的絕對濕度與同一溫度下達(dá)到飽和狀態(tài)的絕對濕度的百分比。半導(dǎo)體磁敏傳感器答：半導(dǎo)體磁敏傳感器是指電參數(shù)按一定規(guī)律隨磁性量變化的傳感器，常用的有霍爾傳感器和磁敏電阻傳感器。利用磁場作為媒介來檢測位移、振動、力、轉(zhuǎn)速、加速度、流量、電流、電功率等?？蓪崿F(xiàn)非接觸測量，并且不從磁場中獲取能量。濕滯回線答：濕度傳感器在升濕和降濕往返變化時的吸濕和脫濕特性曲線不重合，所構(gòu)成的曲線叫濕滯回線。溫度系數(shù)答：溫度系數(shù)是反映濕度傳

28、感器的感濕特征量相對濕度特性曲線隨環(huán)境溫度而變化的特征光生伏特效應(yīng)如何產(chǎn)生？答：當(dāng)光照射到距表面很近的PN節(jié)時，如果光能足夠大，光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，電子就能從價帶躍遷到導(dǎo)帶，成為自由電子。 由于光生電子、空穴在擴散過程中會分別于半導(dǎo)體中的空穴、電子復(fù)合，因此載流子的壽命與擴散長度有關(guān)。只有PN結(jié)距表面的厚度小于擴散長度，才能形成光電流產(chǎn)生光生電動勢。模式去除器的作用？答：吸收幾乎所有可能在光纖包層中傳播的光。首先保證只有纖芯光才能到達(dá)變形器中的光纖段，其次是保證吸收掉因采用變形器而進(jìn)去包層中的任何纖芯光。簡說薩格奈克(Sagnac)干涉儀的工作原理。見書本P108 圖4.21光電

29、效應(yīng)可分為哪三種類型，簡單說明傳感器的原理并分別列出以之為基礎(chǔ)的光電傳感器。答：光電效應(yīng)可分為：外光電效應(yīng)：指在光的照射下，材料中的電子逸出表面的現(xiàn)象。光電管及光電倍增管均屬這一類。它們的光電發(fā)射極，即光明極就是用具有這種特性的材料制造的。內(nèi)光電效應(yīng)：指在光的照射下，材料的電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象。光敏電阻即屬此類。光生伏特效應(yīng)：利用光勢壘效應(yīng)，光勢壘效應(yīng)指在光的照射下，物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電動勢。光電池是基于光生伏特效應(yīng)制成的，是自發(fā)電式有源器件。簡述光敏電阻的特點：靈明度高 光譜響應(yīng)范圍寬 體積小 重量輕 機械強度高 耐沖擊 抗過載能力強 耗散功率大 壽命長箔式應(yīng)變計與絲式應(yīng)變計相比有什么優(yōu)

30、點？答：（1）工藝上能保證線柵的尺寸正確、線條均勻，大批量生產(chǎn)時，阻值離散程度小。（2）可根據(jù)需要制成任意形狀的箔式應(yīng)變計和微型小基長的應(yīng)變計。（3）敏感柵截面積為矩形，表面積大，散熱好，在相同截面情況下能通過較大的電流。（4）厚度薄，因此具有良好的可撓性，它的扁平狀箔柵有利于形變的傳遞。（5）蠕變小，疲勞壽命高。（6）橫向效營小。（7）便于批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高。應(yīng)變計的零漂的定義以及產(chǎn)生零漂的原因？答：恒定溫度下，粘貼在試件上的應(yīng)變計，在不承受載荷的條件下，電阻隨時間變化的特性稱為應(yīng)變計的零漂。零漂的主要原因是，敏感柵通過工作電流后的溫度效應(yīng)，應(yīng)變計的內(nèi)應(yīng)力逐漸變化，粘接劑固化不充分等。應(yīng)變

31、計溫度誤差產(chǎn)生的原因？ 答：產(chǎn)生溫度誤差的原因有兩點：（1）敏感柵金屬絲電阻本身隨溫度發(fā)生變化。（2）試件材料與應(yīng)變絲材料的線膨脹系數(shù)不一，是應(yīng)變絲產(chǎn)生附加變形而造成的電阻變化。對光電器件靈敏度的理解？ 答：光電器件對輻射通量的反應(yīng)成為靈敏度，也成為響應(yīng)。反應(yīng)用電壓或電流表示，對可將光常用的有流明靈敏度和勒克斯靈敏度。流明靈敏度Slm=光電流（A）/光通量（lm）勒克斯靈敏度Slx=光電流（A)/受光面照度（lx）什么是傳感器的靈敏度靈敏度是描述傳感器的輸入量（一般為電學(xué)量）對輸入量（一般為非電學(xué)量）敏感程度的特性參數(shù)。其定義為：傳感器的變化值和相應(yīng)的被測量（輸入量）的變化值之比，用公式表示為

32、：K（x）=輸出量的變化值/輸入量的變化值=y/x光電效應(yīng)可分為哪三種類型，簡單說明傳感器的原理并分別列出以之為基礎(chǔ)的光電傳感器。答：光電效應(yīng)可分為：外光電效應(yīng)：指在光的照射下，材料中的電子逸出表面的現(xiàn)象。光電管及光電倍增管均屬這一類。它們的光電發(fā)射極，即光明極就是用具有這種特性的材料制造的。內(nèi)光電效應(yīng)：指在光的照射下，材料的電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象。光敏電阻即屬此類。光生伏特效應(yīng)：利用光勢壘效應(yīng)，光勢壘效應(yīng)指在光的照射下，物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電動勢。光電池是基于光生伏特效應(yīng)制成的，是自發(fā)電式有源器件。應(yīng)變式傳感器與其他類型傳感器相比具有如下特點: (1)測量范圍廣、精度高。 (2)性能穩(wěn)定可靠

33、,使用壽命長。 (3)頻率響應(yīng)特性較好。 (4)能在惡劣的環(huán)境條件下工作。 (5)易于實現(xiàn)小型化、整體化簡說熱釋電效應(yīng)答：當(dāng)一些晶體受熱時，在晶體兩端將會產(chǎn)生數(shù)量相等而符號相反的電荷。這種由于熱變化而產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。通常，晶體自發(fā)極化所產(chǎn)生的束縛電荷被空氣中附集在晶體外表面的自由電子所中和，其自發(fā)極化電矩不能顯示出來。當(dāng)溫度變化時，晶體結(jié)構(gòu)中的正、負(fù)電荷重心產(chǎn)生相對位移，晶體自發(fā)極化值就會發(fā)生變化，在晶體表面就會產(chǎn)生電荷耗盡。什么是彈性敏感元件。答：傳感器中由彈性材料制成的敏感元件。在傳感器的工作過程中常采用彈性敏感元件把力、壓力、力矩、振動等被測參量轉(zhuǎn)換成應(yīng)變量或位移量，然后

34、再通過各種轉(zhuǎn)換元件把應(yīng)變量或位移量轉(zhuǎn)換成電量。什么是熱釋電效應(yīng)？答：由于溫度的變化，熱釋電晶體和壓電陶瓷等會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的電荷中心相對位移，使他們的自發(fā)極化強度發(fā)生變化，從而在它們的兩端產(chǎn)生異號的束縛電荷，這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。金屬式應(yīng)變片和半導(dǎo)體式應(yīng)變片在工作原理上有什么不同？答：金屬應(yīng)變片是通過變形改變絲柵的幾何尺寸，而它的電阻率一般不變，半導(dǎo)體應(yīng)變片是基于壓阻效應(yīng)而工作的，就是說沿半導(dǎo)體晶軸的應(yīng)變，使它的電阻率有很大的變化，從而產(chǎn)生電阻變化。 什么是電橋補償法？在被測試件上安裝一工作應(yīng)變計，在另外一個于被測試件的材料相同，但不受力的補償件上安裝一補償應(yīng)變計。補償件于被測試件處于完全相同的

35、溫度場內(nèi)。測量時，使兩者接入電橋的相鄰臂上，由于補償片RB是與工作片R1完全相同的，且都貼在相同的試件上，并處于相同的溫度下，這樣，由于溫度變化使工作片產(chǎn)生的電阻變化R1t與補償片的電阻變化RBt相等，因此，電橋輸出Usc與溫度無關(guān)，從而補償了應(yīng)變計的溫度誤差。簡要說明光電倍增管的工作原理。光陰極在光子作用下發(fā)射電子，這些電子被外電場(或磁場)加速，聚焦于第一次極。這些沖擊次極的電子能使次極釋放更多的電子，它們再被聚焦在第二次極。這樣，一般經(jīng)十次以上倍增，放大倍數(shù)可達(dá)到1081010。最后，在高電位的陽極收集到放大了的光電流。輸出電流和入射光子數(shù)成正比。簡要說明光電式傳感器的應(yīng)用和特點: 光電

36、傳感器是將光信號轉(zhuǎn)化為電信號的光敏器件，可用于檢測直接引起光強變化的非電量，如光強，輻射測溫，氣體成分分析等，也可用于測量能轉(zhuǎn)換為光量變化的其他非電量，如零件線度，表面粗糙度，位移，速度，加速度。具有非接觸，相應(yīng)快，性能可靠等優(yōu)點。 什么是傳感器？答：傳感器是與人的感覺器官相對應(yīng)的元件。能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。什么是零漂和蠕變？答：（1） 恒定溫度下，粘貼在試件上的應(yīng)變計，在不承受載荷的條件下，電阻隨時間變化的特性稱為應(yīng)變計的零漂。零漂的主要原因是，敏感柵通過工作電流后的溫度效應(yīng),應(yīng)變計的內(nèi)應(yīng)力逐漸變化，粘接劑固化不充分

37、等。（2） 粘貼在試件上的應(yīng)變計，保持溫度恒定，在某一恒定機械應(yīng)變長期作用下，指示應(yīng)變隨時間變化的特性，稱為應(yīng)變計的蠕變。粘合劑的選用和使用不當(dāng)，應(yīng)變計在制造過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力等，是造成應(yīng)變計產(chǎn)生蠕變的主要原因。什么是光電效應(yīng)？答：半導(dǎo)體材料的電學(xué)特性受到光的照射而發(fā)生變化。光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)，內(nèi)光電效應(yīng)又分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。簡述光敏電阻的結(jié)構(gòu)原理。答：光敏電阻的工作原理是基于光電導(dǎo)效應(yīng)：在無光照時，光敏電阻具有很高的阻值；在有光照時，黨光子的能量大于材料禁帶寬度，價帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導(dǎo)帶，激發(fā)出可以導(dǎo)電的電子-空穴對，使電阻降低；光線越強，激發(fā)出的電子-

38、空穴對越多，電阻值越低；光照停止后，自由電子與空穴復(fù)合，導(dǎo)電性能下降，電阻恢復(fù)原值。簡述應(yīng)變計對粘貼劑的要求。答：有一定的粘結(jié)強度。能準(zhǔn)確傳遞應(yīng)變。蠕變小。機械滯后小。耐疲勞性能好。具有足夠的穩(wěn)定性能。對彈性元件和應(yīng)變計不產(chǎn)生化學(xué)腐蝕作用。有適當(dāng)?shù)膬Υ嫫?。?yīng)有較大的溫度使用范圍。傳感器技術(shù)發(fā)展迅速的原因答：（1）電子工業(yè)和信息技術(shù)促進(jìn)了傳感器產(chǎn)業(yè)的相應(yīng)發(fā)展 （2）政府對傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供資助并大力扶植 （3）國防、空間技術(shù)和民用產(chǎn)品有廣大的傳感器市場 （4）在許多高新技術(shù)領(lǐng)域可獲得用于開發(fā)傳感器的理論和工藝干涉型光纖傳感器的基本原理？答：干涉型光纖傳感器的基本機理是：在一段單模光纖中傳輸?shù)南喔?/p>

39、光，因待測能量場的作用，而產(chǎn)生相位調(diào)制。相位跟蹤系統(tǒng)的功能？答：（1） 抵消任何不必要的大的低頻香味漂移，使干涉儀保持平衡；（2） 提供保證干涉儀在正交狀態(tài)下工作的相移。什么是溫度系數(shù)？答：溫度系數(shù)是反映濕度傳感器的濕度特征量-相對濕度特征曲線隨環(huán)境溫度而變化的特征。半導(dǎo)體氣敏器件的分類？答：目前研究和使用的半導(dǎo)體氣敏器件大體上可分為電阻式和非電阻式兩大類。電阻式又可分成表面控制型和體電阻控制型。非電阻式又可分為利用表面電位的、二極管整流特性的和晶體管特性的三種。溫度傳感器的分類？答：溫度傳感器從使用上大致可分為接觸型和非接觸型兩大類，前者是讓溫度傳感器直接與待測對象接觸，后者是使溫度傳感器與

40、待測對象離開一定距離，檢測從待測對象放射出的紅外線，從而達(dá)到測溫的目的。解釋彎曲損耗？答：彎曲損耗有兩種類型。一種類型是由整根光纖以給定尺寸的半徑彎曲所引起的，如把光纖繞在卷筒上可能引起的損耗。另一種類型稱為微彎損耗，是由于纖芯軸線方向的隨機變化引起的。它是由外力、纖芯或包層的不完整性、纖芯-包層界面的波動、微小的疵點等原因造成的。設(shè)計題（20分，每個10分）依據(jù)已學(xué)知識設(shè)計一光纖位移傳感器（要求畫出框架圖，并解釋位移與輸出信號的關(guān)系）依據(jù)已學(xué)知識設(shè)計一種加速度傳感器（要求畫出結(jié)構(gòu)圖并注明所用的敏感元件）用所學(xué)知識設(shè)計出一種壓力傳感器，說明他的工作原理？P103 圖4.10 光纖測壓傳感器 或

41、者P151 圖6.26光纖干涉儀有較高的靈敏度，具有非常大的動態(tài)范圍等優(yōu)勢。利用集成電路技術(shù)和目前的電光技術(shù)起來，請畫出集成的邁克爾遜(Michelson)干涉儀，并寫出具體部件。依據(jù)已學(xué)知識設(shè)計一硒蒸發(fā)膜濕度傳感器（標(biāo)明電極） 圖見書本P187 頁用熱釋電傳感器設(shè)計一個熱釋電報警器?CCD圖像傳感器的工作原理？依據(jù)已學(xué)知識設(shè)計一容器內(nèi)液體重量傳感器依據(jù)已學(xué)知識設(shè)計一種熱釋電傳感器（要求畫出結(jié)構(gòu)圖并注明所用的敏感元件）畫出你所認(rèn)知的一種光電式傳感器，要求注明結(jié)構(gòu) 如圖是光電管設(shè)計微彎光纖傳感器104頁依據(jù)已學(xué)知識設(shè)計一種筒式壓力傳感器（要求畫出結(jié)構(gòu)圖并注明所用的敏感元件） 補償片工作片依據(jù)已學(xué)

42、知識設(shè)計一應(yīng)變式感器（要求畫出結(jié)構(gòu)圖并注明所用的敏感元件）應(yīng)變電阻1和4沉積在桿的凹面處應(yīng)變電阻2和3沉積在桿的凸面處依據(jù)已學(xué)知識，設(shè)計一個用差動變壓式加速度傳感器來測量某測試臺平臺振動的加速度（只畫出原理圖）依據(jù)所學(xué)知識，設(shè)計一種實現(xiàn)自相關(guān)檢測傳感器（只畫出原理圖）依據(jù)已學(xué)知識設(shè)計一種零差法檢測的光纖相位傳感器（要求只畫出框架圖）依據(jù)已學(xué)知識設(shè)計一光纖磁傳感器（要求畫出框架圖，并解釋位移與輸出信號的關(guān)系）答：書本P121，圖4.38依據(jù)已學(xué)知識設(shè)計一種位移傳感器（要求畫出結(jié)構(gòu)圖并注明所用的敏感元件）（5分）P101圖4.7（a）所示計算題（10分）對于鋼材v=5000m/s,若要e=1時，對

43、L=1mm的應(yīng)變計，其允許的最高工作頻率多大？答： f=v（6e）1/2/l =5106（60.01）1/2/（1）=390kHz某溫度傳感器特性方程為20dy/dt+5y=0.15x，其中y為輸出電壓（mV），x為輸入溫度（），求該傳感器的時間常數(shù)和靜態(tài)靈敏度k。用石英晶體加速度計及電荷放大器測量機器的振動，已知：加速度計的靈敏度為5pC/g，電荷放大靈敏度為50mV/pC，當(dāng)機器達(dá)到最大加速度值時相應(yīng)的輸出電壓幅值為2V，試求機器的振動加速度。（g為重力加速度）解：由題意知，振動測量系統(tǒng)（壓電式加速度計加上電荷放大器）的總靈敏度K=K1*K2=5pC/g*50mV/pC=250mV/g=U/a式中U為輸出電壓，a為振動系數(shù)的加速度。當(dāng)輸出電壓為2V時，振動加速度為a=U/K=2*103/250=8(g)已知均勻光纖的折射率為=1.50，相對折射率差為=0.01，纖芯半徑為a=25 ，試求：該光纖LP01模的截止波長。若=1，試計算光纖的歸一化截止頻率V及其中傳輸?shù)哪?shù)量N各等于多少。(8)由，=0.01，可得=1.485 (3分)=11.28 (3分)=27.14Hz (3分)=368 (3分)已知某二階系統(tǒng)傳器的自振頻率f0=10kHz，阻尼比=