傳感器應(yīng)用技術(shù)趙靜習(xí)題答案

傳感器概述一、選擇題1．傳感器的主要功能是（A）A、檢測與轉(zhuǎn)換B、濾波與放大C、調(diào)制與解調(diào)D、傳輸與顯示2.屬于傳感器動態(tài)特性指標(biāo)的是(B)。A、重復(fù)性B、固有頻率C、靈敏度D、漂移3.一階傳感器輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的10%到90%所需的時間是(B)。A、延遲時間B、上升時間C、峰值時間D、響應(yīng)時間4.傳感器的下列指標(biāo)全部屬于靜態(tài)特性的是(C)。A、線性度、靈敏度、阻尼系數(shù)B、幅頻特性、相頻特性、穩(wěn)態(tài)誤差C、遲滯、重復(fù)性、漂移D、精度、時間常數(shù)、重復(fù)性5.通常所說的傳感器核心組成部分是指：（B）A、敏感元件和傳感元件B、敏感元件和轉(zhuǎn)換元件C、轉(zhuǎn)換元件和調(diào)理電路D、敏感元件、調(diào)理電路和電源二、簡答題1．一個實用的傳感器由那幾部分構(gòu)成？各部分的功用是什么？用框圖標(biāo)示出你所理解的傳感器系統(tǒng)。答：敏感元件：直接感受被測量的變化，并輸出與被測量成確定關(guān)系的某一物理量的元件，是傳感器的核心。轉(zhuǎn)換元件：將敏感元件輸出的物理量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號。測量電路：將轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號進(jìn)行進(jìn)一步的轉(zhuǎn)換和處理，如放大、濾波、線性化、補償?shù)?，以獲得更好的品質(zhì)特性，便于后續(xù)電路實現(xiàn)顯示、記錄、處理及控制等功能。測量電路轉(zhuǎn)換元件敏感元件測量電路轉(zhuǎn)換元件敏感元件被測量電信號非電信號輔助電源輔助電源2．傳感器的靜態(tài)參數(shù)有哪些？各種參數(shù)代表什么意義？答：靜態(tài)參數(shù)有：靈敏度、分辨力、線性度、穩(wěn)定度、遲滯、重復(fù)性、可靠性。靈敏度是指傳感器輸出的變化量與引起該變化量的輸入變化量之比，傳感器能檢測到輸入量最小變化量的能力稱為分辨力，所謂傳感器的線性度是指其輸出量與輸入量之間的關(guān)系曲線偏離理想直線的程度，又稱為非線性誤差。穩(wěn)定性表示傳感器在一個較長的時間內(nèi)保持其性能參數(shù)的能力。遲滯特性表明傳感器在正(輸入量增大)反(輸入量減小)行程中輸出與輸入曲線不重合的程度。重復(fù)性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變動時所得特性曲線間不一致的程度?？煽啃允呛饬總鞲衅髂軌蛘９ぷ鞑⑼瓿善涔δ艿某潭?。3.什么是傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性？差別何在？答：當(dāng)傳感器的輸入信號是常量，不隨時間變化(或變化極緩慢)時，其輸出輸入關(guān)系特性稱為靜態(tài)特性。動態(tài)特性是指傳感器對于隨時間變化的輸入信號的響應(yīng)特性。當(dāng)輸入量為常量，或變化極慢時，這一關(guān)系稱為靜態(tài)特性；當(dāng)輸入量隨時間較快地變化時，這一關(guān)系稱為動態(tài)特性。傳感器輸出與輸入關(guān)系可用微分方程來描述。理論上，將微分方程中的一階及以上的微分項取為零時，即得到靜態(tài)特性。因此，傳感器的靜態(tài)特性只是動態(tài)特性的一個特例。4.某位移傳感器，在輸入量變化5mm時，輸出電壓變化為300mV，求其靈敏度。解：其靈敏度項目二自測題一、填空題1.與金屬箔式應(yīng)變片相比，半導(dǎo)體應(yīng)變片的最大優(yōu)點是靈敏度高。2.應(yīng)變直流電橋測量電路中，全橋靈敏度是單臂電橋靈敏度的4倍。3.應(yīng)變直流全橋電路中，相鄰橋臂的應(yīng)變片的應(yīng)變極性應(yīng)一致（選一致或相反）。4.將電阻應(yīng)變片貼在各種彈性敏感元器件上可以構(gòu)成測力、位移、加速度等參數(shù)的傳感器。5.金屬絲在外力作用下發(fā)生機械形變時它的電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為金屬電阻應(yīng)變效應(yīng)。固體受到作用力后電阻率要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。二、選擇題1金屬絲應(yīng)變片在測量構(gòu)件的應(yīng)變時，電阻的相對變化主要由(B)來決定的。A、貼片位置的溫度變化B、電阻絲幾何尺寸的變化C、電阻絲材料的電阻率變化D、外接導(dǎo)線的變化2.為提高電橋的靈敏度，可采取的方法是：（C）。A、半橋雙臂各串聯(lián)一片電阻應(yīng)變片；B、半橋雙臂各并聯(lián)一片電阻應(yīng)變片；C、適當(dāng)提高電橋的電源電壓；D、增大應(yīng)變片的初始電阻值。三、簡答題1.用應(yīng)變片測量時，為什么必須采取溫度補償措施？答：因為當(dāng)時焊應(yīng)變片的溫度和測量時的溫度是不一樣的這時候應(yīng)變沒受載荷就已經(jīng)有應(yīng)變了,要用溫度補償片減掉溫度帶來的應(yīng)變以減少溫度對應(yīng)變片阻值的影響。2.什么叫應(yīng)變效應(yīng)？利用應(yīng)變效應(yīng)解釋金屬電阻應(yīng)變片的工作原理。答：導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在受到外界力作用時，產(chǎn)生機械變形，機械變形導(dǎo)致其阻值變化，這種因形變而使其阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。金屬絲的電阻隨著它所受的機械變形的大小而發(fā)生相應(yīng)的變化的現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。因此通過測量阻值的大小，就可以反映外界作用力的大小。3.在傳感器測量電路中，直流電橋與交流電橋有什么不同，如何考慮應(yīng)用場合?用電阻應(yīng)變片組成的半橋、全橋電路與單橋相比有哪些改善?答：直流電橋適合供電電源是直流電的場合，交流電橋適合供電電源是交流的場合。半橋電路比單橋電路靈敏度提高一倍，全橋電路比單橋電路靈敏度提高4倍，且二者均無非線性誤差。4.在傳感器測量電路中，直流電橋與交流電橋有什么不同，如何考慮應(yīng)用場合?用電阻應(yīng)變片組成的半橋、全橋電路與單臂橋相比有哪些改善?答：直流電橋適合供電電源是直流電的場合，交流電橋適合供電電源是交流的場合。半橋電路比單臂橋電路靈敏度提高一倍，全橋電路比單臂橋電路靈敏度提高4倍，且二者均無非線性誤差。四、計算題1.如果將100?的應(yīng)變片貼在彈性試件上，若試件截面積S＝0.5×10－4mm2，彈性模量E=2×1011N/m2，若由5×104N拉力引起的應(yīng)變片電阻變化為1?，試求該應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。解：δ=E?,則?=δ/E=5×104/2×1011=2.5×10－7m2=0.25mm2K==×=×=0.2×10－62.如題圖所示為等強度梁測力系統(tǒng)，為電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片靈敏度系數(shù)，未受應(yīng)變時，當(dāng)試件受力時，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變，求：（1）應(yīng)變片電阻變化量和電阻相對變化量。解：k=則=1.64×10－3=1.64×10－3×120=0.1968Ω（2）將電阻應(yīng)變片置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流3，求電橋輸出電壓是多少。解：ΔU=×=×1.64×10－3=1.23mv項目三自測題一、填空題1.變極距型電容傳感器的靈敏度K=1/d0。2.電容式傳感器采用電容器作為傳感元件，將不同的被測物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化。3、.根據(jù)工作原理的不同，電容式傳感器可分為面積變化型電容傳感器、極距變化型電容傳感器和介質(zhì)變化型電容傳感器。4.電容式傳感器常用的轉(zhuǎn)換電路有：二極管雙T型交流電橋、差動脈沖調(diào)制電路、運算放大電路、調(diào)頻電路和電調(diào)電路等。二、選擇題1.電容式傳感器測量固體或液體物位時，應(yīng)該選用（B）。A、變極距式 B、變介電常數(shù)式C、變面積式 D、空氣介質(zhì)變極距式2.電容式傳感器采用差動連接的目的是（D）。A、改善回程誤差 B、提高固有頻率C、提高精度 D、提高靈敏度3.如將變面積型電容式傳感器接成差動形式，其靈敏度將（B）。A、保持不變 B、增大一倍C、減小一倍 D、增大兩倍4.當(dāng)變間隙式電容傳感器兩極板間的初始距離d增加時，將引起傳感器的（B）。A、靈敏度增加 B、靈敏度減小C、非線性誤差增加 D、非線性誤差不變?nèi)?、簡答題1.為什么變面積式電容傳感器的測位移范圍較大?答：面積變化型電容傳感器的優(yōu)點是輸出與輸入成線性關(guān)系，但與極板變化型電容式傳感器相比，靈敏度較低，適用于較大量程范圍的角位移和直線位移的測量。2.變極距型電容傳感器的特性是非線性的，采用什么措施可改善其非線性特征？答：將變極距型電容傳感器與運算放大器并接可以改善其非線性特征四、計算題1.有一臺變間隙非接觸式電容測微儀，其傳感器的極板半徑r=4mm，假設(shè)與被測工件的初始間隙為d0=0.3mm，極板間介質(zhì)為空氣。試求：如果傳感器與工件的間隙減少Δd=10μm，電容的變化量。解：C0≈=（8.85×10-12×3.14×16×10-6）/(0.3×10-3)=1482.08×10-15F≈,則ΔC==(1482.08×10-15×10×10-6)/(0.3×10-3)=4940×10-17F=0.0494pF2.一個以空氣為介質(zhì)的平板電容式傳感器，其中a=10mm，b=16mm，兩極板間距d=1mm。測量時，若上極板在原始位置上向左平移了2mm，求該傳感器的電容變化量。解：C0≈=(8.85×10-12×160×10-6）/(1×10-3)=1416×10-15FΔC=-C0Δx/a=-1416×10-15×2×10-3/10-3=-2832×10-15F=-2.832pF3.一個圓形平板電容式傳感器，其極板半徑為5mm，工作初始間隙為0.3mm，空氣介質(zhì)，所采用的測量電路的靈敏度為100mV/pF，讀數(shù)儀表靈敏度為5格/mV。如果工作時傳感器的間隙產(chǎn)生2μm的變化量，則讀數(shù)儀表的指示值變化多少格？解：設(shè)讀數(shù)儀表的知識之變化M格C0==(8.85×10-12×3.14×25×10-6)/(0.3×10-3)=2315.75×10-15FΔC=C0Δd/d0=2315.75×10-15×2×10-6/(0.3×10-3)=15438×10-18F=1.5438×10-2pFΔU=ΔC×K1=1.5438×10-2×100=1.5438mvM=ΔU×K2=1.5438×5=7.72格項目四自測題一、填空題1.電感式傳感器是建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的一種傳感器。2.電渦流傳感器從測量原理來分，可以分為高頻掃射式和低頻透射式兩大類。3.電感式傳感器可以分為自感式、互感式、渦流式三大類。二、選擇題1.不能用渦流式傳感器進(jìn)行測量的是(D)。A位移B材質(zhì)鑒別C探傷D非金屬材料2.電渦流傳感器常用的材料為（D）A．玻璃Ｂ．陶瓷Ｃ．高分子Ｄ．金屬三、簡答題1．為什么電感式傳感器一般都采用差動形式?答：為了減小非線性誤差，提高靈敏度。實際測量中廣泛采用差動變隙式電感傳感器簡述變氣隙式傳感器的工作原理。傳感器的靈敏度與那些因素有關(guān)，如何提高其靈敏度？答：傳感器由線圈、鐵心和銜鐵組成，可動線圈與被測物體相連，工作時，被測物體的位移通過可動銜鐵的上下移動，將引起空氣氣息的距離發(fā)生變化即氣隙磁阻發(fā)生相應(yīng)的變化，從而導(dǎo)致線圈電感量發(fā)生變化，實際測量時，正是利用這一變化來判斷被測物體的位移量及運動方向的。K=可見，靈敏度K隨初始?xì)庀兜脑龃蠖鴾p小.采用差動式可提高其靈敏度。渦流式傳感器的主要優(yōu)點是什么?答：非接觸式，測量精度高、體積小、安裝方便電渦流傳感器除了能測量位移外，還能測量哪些非電量？答：電渦流傳感器還可以測量厚度、轉(zhuǎn)速、振動、硬度等參數(shù)以及進(jìn)行無損探傷。比較自感式傳感器和差動式傳感器的異同。答：自感式傳感器與差動變壓器式傳感器相同點：

工作原理都是建立在電磁感應(yīng)的基礎(chǔ)上，都可以分為變氣隙式、變面積式和螺旋式等。

不同點：

結(jié)構(gòu)上，自感式傳感器是將被測量的變化轉(zhuǎn)化為電感線圈的電感值變化。差動變壓器式電感式傳感器是把被測量的變化轉(zhuǎn)換為傳感器互感的變化，傳感器本身是互感系數(shù)可變的變壓器。6．簡述電感式傳感器的基本工作原理和主要類型。答：電感式傳感器是建立在電磁感應(yīng)的基礎(chǔ)上，它將輸入的物理量（如位移、振動、壓力、流量等）轉(zhuǎn)換為自感系數(shù)L或互感系數(shù)M的變化，再通過測量電路將L或M轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，從而將非電量轉(zhuǎn)換成電信號輸出，實現(xiàn)對非電量的測量。根據(jù)工作原理不同，電感式傳感器可分為自感式、變壓器式和渦流式傳感器。項目五自測題一、填空題1.金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強度為B的磁場中，磁場方向垂直于薄片，當(dāng)有電流I流過薄片時，在垂直于電流和磁場的方向上產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。2.霍爾傳感器的零位誤差主要包括不等位電勢和寄生直流電動勢。用半導(dǎo)體制成霍爾組件的測量誤差主要來自于溫度誤差和零位誤差。二、選擇題1.下列不屬于造成霍爾元件不等位電勢的原因是（D）A.元件輸出極焊接不對稱B.元件的厚薄不均勻C.元件兩個輸出極接觸不良D.通過元件的磁場方向改變2.下列四種傳感器中屬于四端元件的是（C）A.應(yīng)變片B.壓電晶片C.霍爾元件D.熱敏電阻3．霍爾元件采用恒流源激勵是為了（C）A、提高靈敏度B、克服溫漂C、減小不等位電動勢D、減小磁感應(yīng)強度4.光電式傳感器可用來測量轉(zhuǎn)速，但霍爾傳感器不能實現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量。（×）6.說明霍爾效應(yīng)的原理？解：置于磁場中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)它的電流方向與磁場方向不一致時，載流導(dǎo)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)象稱霍爾效應(yīng)?；魻杺鞲衅魇抢冒雽?dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)進(jìn)行磁－電轉(zhuǎn)換的磁電式傳感器7.為什么霍爾元件用半導(dǎo)體薄片制成？答：因為金屬材料中的自由電子濃度n很高，因此RH很小，不宜作霍爾元件。霍爾元件多用載流子遷移率大的N型半導(dǎo)體材料制作。另外，霍爾元件越薄(d越小)，KH就越大，所以通?；魻栐驾^薄。8.簡述霍爾傳感器可能應(yīng)用的場合。答：霍爾元件具有結(jié)構(gòu)牢固、工藝成熟、體積小、壽命長、線性度好、頻率高、耐振動、不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕的優(yōu)點，目前，霍爾傳感器是全球使用量排名第三的傳感器產(chǎn)品，它被廣泛應(yīng)用到工業(yè)、汽車業(yè)、計算機、手機以及新興消費電子領(lǐng)域中。9.霍爾電勢答：UH==KHICB項目六自測題一、填空題1.熱電偶中熱電勢的大小僅與導(dǎo)體材料的性質(zhì)、接觸點的溫度有關(guān)，而與熱電極尺寸、形狀及溫度分布無關(guān)。2.熱電動勢來源于兩個方面，一部分由兩種導(dǎo)體的接觸電勢構(gòu)成，另一部分是單一導(dǎo)體的溫差電勢。3.補償導(dǎo)線法常用作熱電偶的冷端溫度補償，它的理論依據(jù)是中間溫度定律。4.常用的熱電式傳感元件有熱電偶和熱敏電阻。5.熱電偶是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢的測溫元件，熱電阻和熱敏電阻是將溫度轉(zhuǎn)換為電阻變化的測溫元件。6.熱電阻最常用的材料是鉑和銅，工業(yè)上被廣泛用來測量中低溫區(qū)的溫度，在測量溫度要求不高且溫度較低的場合，銅熱電阻得到了廣泛應(yīng)用。7.熱電阻引線方式有三種，其中三線制適用于工業(yè)測量，一般精度要求場合；二線制適用于引線不長，精度要求較低的場合；四線制適用于實驗室測量，精度要求高的場合。二、選擇題1.為了減小熱電偶測溫時的測量誤差，需要進(jìn)行的溫度補償方法不包括(D)。A、補償導(dǎo)線法B、電橋補償法C、冷端恒溫法D、差動放大法2.熱電偶測量溫度時(D)。A、需加正向電壓B、需加反向電壓C、加正向、反向電壓都可以D、不需加電壓3.鎳鉻-鎳硅熱電偶靈敏度為0.04mV/°C，把它放在溫度為1200℃處，若以指示儀表作為冷端，此處溫度為50°C，則熱電勢大?。˙）mV。A、60；B、46；C、56；D、66。4.已知在某特定條件下材料A與鉑配對的熱電勢為13.967mV，材料B與鉑配對的熱電勢是8.345mV，則在此特定條件下，材料A與材料B配對后的熱電勢為（A）mV。A、5.622；B、6.622；C、7.622；D、8.622。5.熱電偶中熱電勢由（BC）組成。A、感應(yīng)電動勢B、溫差電動勢C、接觸電動勢D、切割電動勢6.工程（工業(yè)）中，熱電偶冷端處理方法有（CD）A、熱電動勢修正法B、溫度修正法C、0℃恒溫法D、冷端延長法7.實用熱電偶的熱電極材料中，用的較多的是（D）A、純金屬B、非金屬C、半導(dǎo)體D、合金三、簡答題1.常用的熱電阻有哪幾種？適用范圍如何？答：鉑、銅、鎳、鐵,鉑在很寬的溫度范圍內(nèi)約1200C以下都能保證上述特性,銅可用來制造-50～150℃范圍內(nèi)工業(yè)用電阻溫度,鎳、鐵用于-50~100℃.2.什么是中間導(dǎo)體定律和中間溫度定律？他們在利用熱電偶測溫時有什么實際意義？答：中間導(dǎo)體定律：將由A、B兩種導(dǎo)體組成的熱電偶的冷端（T0端）斷開而接入的三種導(dǎo)體C后，只要冷、熱端的T0、T保持不變，則回路的總熱電勢不變。根據(jù)此定律，只要儀表兩接入點的溫度保持一致(T0)儀表的接入就不會影響熱電勢。而且A、B結(jié)點的焊接方法也可以是任意的。中間溫度定律EAB（T1,T3）=EAB（T1,T2）+EAB（T2,T3）在實際的熱電偶測溫應(yīng)用中，引用測量儀表而不影響測量結(jié)果就是利用了熱電偶的中間溫度定律3.簡述熱電偶測溫原理？答：EAB(t,t0)=f(t)-f(t0)=f(t)-C=?(t)可見：只要測出EAB（T,T0）的大小，就能得到被測溫度T，這就是利用熱電偶測溫的原理4.現(xiàn)用一只鎳鉻—鎳硅熱電偶測某換熱器內(nèi)溫度，其冷端溫度為30°C，而顯示儀表機械零位為0°C，這時指示值為400°C，若認(rèn)為換熱器內(nèi)的溫度為430°C，對不對？為什么？正確值為多少？E（30，0）=1.203mV鎳鉻—鎳硅熱電偶分度表工作端溫度°C400410420430440熱電動勢mV16.39516.81817.24117.66418.0885.試比較熱電阻與熱敏電阻的異同。答:熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱是阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的熱敏性制成的電阻。用在電訊和自動機械的控制系統(tǒng)中，又用來制作溫度計。

6.什么是熱電勢？答：熱電偶的熱電勢由接觸電勢和溫差電勢組成。項目七自測題一、選擇題：1.壓電式加速度傳感器是（D）傳感器。A.結(jié)構(gòu)型B.適于測量直流信號C.適于測量緩變信號D.適于測量動態(tài)信號2.沿石英晶體的光軸z的方向施加作用力時，（A）。A.晶體不產(chǎn)生壓電效應(yīng)B.在晶體的電軸x方向產(chǎn)生電荷C.在晶體的機械軸y方向產(chǎn)生電荷D.在晶體的光軸z方向產(chǎn)生電荷 3。在電介質(zhì)極化方向施加電場，電介質(zhì)產(chǎn)生變形的現(xiàn)象稱為（B）。A.正壓電效應(yīng)B.逆壓電效應(yīng)C.橫向壓電效應(yīng)D.縱向壓電效應(yīng)4.天然石英晶體與壓電陶瓷比，石英晶體壓電常數(shù)（C），壓電陶瓷的穩(wěn)定性（C）。A.高，差B.高，好C.低，差D.低，好5.沿石英晶體的電軸x的方向施加作用力產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為（D）。A.正壓電效應(yīng)B.逆壓電效應(yīng)C.橫向壓電效應(yīng)D.縱向壓電效應(yīng)6.石英晶體在沿電軸X方向的力作用下會(D)。A.不產(chǎn)生壓電效應(yīng)B.產(chǎn)生逆向壓電效應(yīng)C.產(chǎn)生橫向壓電效應(yīng)D.產(chǎn)生縱向壓電效應(yīng)二、簡答題1.什么是壓電效應(yīng)？縱向壓電效應(yīng)與橫向壓電效應(yīng)有什么區(qū)別？答：某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┘油饬Χ顾冃螘r，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，相應(yīng)地會在它的兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱壓電效應(yīng)。通常把沿電軸X－X方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”；而把沿機械軸Y－Y方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”；所以縱向壓電效應(yīng)與橫向壓電效應(yīng)的主要區(qū)別在于施力方向不同，電荷產(chǎn)生方向也不同。2.壓電式傳感器為何不能測量靜態(tài)信號？因為壓電傳感元件是力敏感元件，壓電式傳感器是利用所測的物體的運動產(chǎn)生的相應(yīng)的電信號，而靜態(tài)的不能產(chǎn)生相應(yīng)的電信號。所以壓電式傳感器不能測量靜態(tài)信號。3.壓電式傳感器連接前置放大器的作用是什么？答：前置放大器的作用：一方面把傳感器的高輸出阻抗變換為低輸出阻抗，另一方面是放大傳感器輸出的微弱信號。三、計算題1.某石英壓電元件x軸向切片d11=2.31×10-12C/N，相對介電常數(shù)εr=4.5，截面積S=8cm2，厚度h=0.6cm，受到縱向壓力Fx=10N。試求兩極片間輸出電壓。解：q=d11Fx=2.31×10-12C/N×10N=2.31×10-11C,Ca==(8.85×10-12×4.5×8×10-4)/(0.6×10-2)=531×10-14FUa=q/Ca=2.31×10-11/(531×10-14)=4.35v項目八自測題一、填空題1.光電傳感器的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)，常用的外光電器件有光電管等，常用的內(nèi)光電器件有光敏電阻、光電池等。2.光敏電阻的光電流是指亮電流與暗電流之差。3.光敏電阻的光譜特性反映的是光敏電阻的靈敏度與光波波長的關(guān)系。二、選擇題1.下列四種光電元件中，基于外光電效應(yīng)的元件是：（C） A、光敏二極管B、硅光電池C、光電管D、光導(dǎo)管2．光纖傳感器的種類很多，工作原理也各不相同，但都離不開（C）A、光的調(diào)制一個環(huán)節(jié)；B、光的解調(diào)一個環(huán)節(jié)；C、調(diào)制與解調(diào)兩個環(huán)節(jié)；D、光的反射3.在光線作用下，半導(dǎo)體的電導(dǎo)率增加的現(xiàn)象屬于（）。A、外光電效應(yīng)B、光生伏特效應(yīng)C、光電發(fā)射D、光電導(dǎo)效應(yīng)4．光電管傳感器所加的電源電壓（）A、正向電壓；B、交流電壓；C、感應(yīng)電壓；D、反向電壓；三、簡答題什么是光電效應(yīng)？光電效應(yīng)有哪幾種？與之對應(yīng)的光電器件各有那些？答：光電效應(yīng)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(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類：外光電效應(yīng)，如光電管、光電倍增管等。內(nèi)光電效應(yīng)，如光敏電阻、光電池和光敏晶體管等。分別列舉屬于內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)的光電器件。答：外光電效應(yīng)，如光電管、光電倍增管等。內(nèi)光電效應(yīng)，如光敏電阻、光電池和光敏晶體管等。說明光纖傳輸?shù)脑?。答：光的全反射定?．光纖傳感器常用的調(diào)制原理有哪些？答：強度調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào)制、偏振態(tài)調(diào)制、波長調(diào)制5．紅外線的最大特點是什么？什么是紅外傳感器？紅外傳感器的組成。答：紅外光具有反射、折射、散射、干涉、吸收等特性。它在真空中的傳播速度為光速，即c=3×108m/s。紅外傳感器是將紅外輻射能量轉(zhuǎn)換為電量的一種傳感器。紅外傳感器一般由光學(xué)系統(tǒng)、探測器、信號調(diào)理電路及顯示單元等組成。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？答：主要的區(qū)別是:光敏電阻：隨著光線的強弱,電阻值變化;光電池：是隨著光線的強弱,產(chǎn)生的電動勢發(fā)生變化;光敏三極管是利用外照光線的變化,來實現(xiàn)控制電路的通或斷;二極管就是正向?qū)щ?反向不導(dǎo)電7.什么是光電器件的光譜特性？答：一般對于光電陰極材料不同的光電管，它們有不同的紅限頻率υ0，因此它們可用于不同的光譜范圍。除此之外，即使照射在陰極上的入射光的頻率高于紅限頻率υ0，并且強度相同，隨著入射光頻率的不同，陰極發(fā)射的光電子的數(shù)量還會不同，即同一光電管對于不同頻率的光的靈敏度不同，這就是光電管的光譜特性。8.光導(dǎo)纖維是利用哪種光學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行導(dǎo)光的？光導(dǎo)纖維的數(shù)值孔徑有何意義？答：光導(dǎo)纖維是利用光的全反射現(xiàn)象進(jìn)行導(dǎo)光的。NA=光導(dǎo)纖維數(shù)值孔徑反映了光纖的集光能力，數(shù)值孔徑越大，光纖與光源的耦合越容易，數(shù)值孔徑越大，光信號的畸變也越大項目九自測題一、選擇題1.在測量某物理量（如位移）時，我們可以采用的傳感器是（C）。A.只能用該物理量對應(yīng)名稱的傳感器；B.可以采用多種的傳感器，但這些傳感器必須直接敏感于該物理量；C.可以采用多種的傳感器，但這些傳感器不必直接敏感于該物理量；D.任何一種傳感器都可以。2.光纖傳感器一般由三部分組成，除光纖之外，還必須有光源和(D)兩個重要部件A.反射鏡B.透鏡C.光柵D.光探測器3.（本題為多選題）光纖傳感器用的光纖主要有兩種：(AB)A.單模光纖B.多模光纖C.單晶光纖D.多晶光纖4.為了測量金屬內(nèi)部裂紋，我們可以采用（A）傳感器。A.渦流式；B.壓電式；C.光電式；D.壓阻式。5.（本題為多選題）測量絕緣材料薄膜的厚度，我們可以使用（AD）傳感器。A、渦流式；B、壓電式；C、光纖式；D、電容式。6.光纖傳感器的工作原理是基于（B）。A.入射光的頻譜與光電流的關(guān)系；B.光的折射定律；C.光的衍射；D.光的強度與光電流的關(guān)系。二、簡答題1.光纖傳感器的主要優(yōu)點是什么？求n1=1.46，n2=1.45的階躍型光纖的數(shù)值孔徑值；如果外部介質(zhì)為空氣n0=1，求光纖的最大入射角。答：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)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?！?.試說明強度調(diào)制型光纖傳感器的工作原理、應(yīng)用及特點。答：這是一種利用被測對象的變化引起敏感元件的折射、吸收或反射等參數(shù)的變化，而導(dǎo)致光強度變化來實現(xiàn)敏感測量的傳感器。常見的有利用光纖的微彎損耗；各物質(zhì)的吸收特性:振動膜或液晶的反射光強度的變化；物質(zhì)因各種粒子射線或化學(xué)、機械的激勵而發(fā)光的現(xiàn)象，以及物質(zhì)的熒光輻