内容发布更新时间 : 2024/11/9 1:54:18星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

6.6 霍尔元件不等位电势产生的原因有哪些？

6.6答：

霍尔电势不为零的原因是，霍尔引出电极安装不对称，不在同一等电位面上；激励电极接触不良，半导体材料不均匀造成电阻率?不均匀等原因。

6.7 某一霍尔元件尺寸为L?10mm，b?3.5mm,d?1.0mm，沿L方向通以电流

I?1.0mA，在垂直于L和b的方向加有均匀磁场B?0.3T，灵敏度为22V/(A?T)，试求输出霍尔电势及载流子浓度。

6.7解：

?KH?22V/(A?T),I?1.0mA,B?0.3TQ输出霍尔电势： UH?KHIB?6.6mV?L?10mm,b?3.5mm,de?1.0mm，e?1.6?10?19Q载流子浓度为：IB0.001?0.3 n????28.41?1019?19UHed0.0066?1.6?10?0.001

6.9 霍尔元件灵敏度KH?40V/(A?T)，控制电流I?3.0mA，将它置于1?10?4～

5?10?4T线性变化的磁场中，它输出的霍尔电势范围有多大？

6.9解：

?KH?40V/(A?T),I?3.0mA,B?1?10?4?5?10?4TQ输出霍尔电势范围是： 低端：UH?KHIB?12?V 高端：UH?KHIB?60?V

第7章 压电式传感器

7.1 什么是压电效应？什么是正压电效应和逆压电效应？

7.1答：

某些电介质在沿一定的方向受到外力的作用变形时，由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状态；而当作用力方向改变时，电荷的极性随着改变。晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象称为正压电效应。如对晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随之消失，称为逆压电效应

7.3 压电传感器能否用于静态测量？试结合压电陶瓷加以说明。

7.3答：

1）由压电传感器的等效电路可见，要保证输出信号与输入作用力间的线性关系，只有在负载电阻较大，工作频率较高时，传感器电荷才能得以保存补充，需要测量电路具有无限大的输入阻抗。但实际上这是不可能的，故压电传感器只能作动态测量，不宜作静态信号测量，只能在其上加交变力，电荷才能不断得到补充，并给测量电路一定的电流。

2）（略）

7.4 压电元件在使用时常采用多片串联或并联的结构形式。试述在不同接法下输

出电压、电荷、电容的关系，它们分别适用于何种应用场合？

7.4.答：

1）在压电式传感器中，为了提高灵敏度，往往采用多片压电芯片构成一个压电组件。其中最常用的是两片结构；根据两片压电芯片的连接关系，可分为串联和并联连接，常用的是并联连接，可以增大输出电荷，提高灵敏度。

2）如果按相同极性粘贴，相当两个压电片（电容）串联。输出总电容为单片电容的一半，输出电荷与单片电荷相等，输出电压是单片的两倍；若按不同极性粘贴，相当两个压电片（电容）并联，输出电容为单电容的两倍，极板上电荷量是单片的两倍，但输出电压与单片相等。

7.11什么是超声波？其频率范围是多少？

11.1答：

1）超声波是人耳无法听到的声波。人耳听见的声波称机械波，频率在16Hz～20kHz，一般说话的频率范围在100Hz～8kHz之间，低于20Hz频率的波称为次声波，高于20kHz频率的波称超声波，频率在300MHz～300GHz之间的波称为微波。

2）超声波频率范围在几十千赫兹到几十兆赫兹，

7.12 超声波在通过两种介质界面时，将会发生什么现象？

答：

当超声波从一种介质入射到另一种介质时，在界面上会产生反射、折射和波形转换。

7.13 超声波传感器的发射与接收分别利用什么效应，检测原理是什么？常用的超声波传感器（探头）有哪几种形式？简述超声波测距原理。

11.3答：

1）超声波传感器主要利用压电材料（晶体、陶瓷）的压电效应，其中超声波发射器利用逆压电效应制成发射元件，将高频电振动转换为机械振动产生超声波；超声波接收器利用正压电效应制成接收元件，将超声波机械振动转换为电信号。

2)按工作形式简单超声波传感器有专用型和兼用型两种形式，兼用型传感器是将发射（TX）和接收（RX）元件制作在一起，器件可同时完成超声波的发射与接收；专用型传感器的发送（TX）和接收（RX）器件各自独立。按结构形式有密封性和开放型，超声波传感器上一般标有中心频率（23kHz、40kHz、75kHz、200kHz、400kHz），表示传感器工作频率。

3)（略)

补充： 利用超声波测厚的基本方法是什么？已知超声波在工件中的声速为5640m/s，测得的时间间隔t为22?s，试求工件厚度

11.4

1）通过测得超声波脉冲从发射到接收的时间间隔t和超声波在介质中传播速度，便可以求得待测的厚度或物位。 2）解：

已知：??5640m/s,t1?t2?22?s

Q由?t?2?h/?，得到工件厚度?h??t?/2?62.04m第8章 光电效应及器件

8.1什么是内光电效应？什么是外光电效应？说明其工作原理并指出相应的典

型光电器件。

8.1答：当用光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体材料中的电子吸收光子能量而发生相应的电效应（如电阻率变化、发射电子或产生电动势等）。这种现象称为光电效应。

1）当光线照在物体上,使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应，内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。入射光强改变物质导电率的物理现象称光电导效应，典型的光电器件有光敏电阻；光照时物体中能产生一定方向电动势的现象叫光生伏特效应，光电池、光敏晶体管。

2）在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，典型的光电器件有光电管、光电倍增管。

8.2普通光电器件有哪几种类型？各有何特点？利用光电导效应制成的光电器件有哪些？用光生伏特效应制成的光电器件有哪些？8.2答：（略）

8.4什么是光敏电阻的亮电阻和暗电阻？暗电阻电阻值通常在什么范围？

8.4答：

暗电阻，无光照时的电阻为暗电阻，暗电阻电阻值范围一般为0.5～200MΩ； 亮电阻、受光照时的电阻称亮电阻，亮电阻的阻值一般为0.5～20KΩ。

8.8何为光电池的开路电压及短路电流？为什么作为检测元件时要采用短路电

流输出形式，作为电压源使用时采用开路电压输出形式？

8.8答：

1）光生电动势与照度之间关系为开路电压曲线，短路电流是指外接负载电阻相对于光电池内阻很小时的光电流值。

2）短路电流曲线在很大范围内与光照度成线性关系，因此光电池作为检测元件使用时，一般不作电压源使用，而作为电流源的形式应用。而开路电压与光照度关系在照度为2000lx以上趋于饱和呈非线性关系，因此适于作电压源使用。

8.15光电传感器控制电路如图8-53所

示，试分析电路工作原理：① GP—IS01是什么器件，内部由哪两种器件组成？② 当用物体遮挡光路时，发光二极管LED有什么变化？③ R1是什么电阻，在电路中起到什么作用？如果VD二极管的最大额定电流为60mA， R1应该如何选择？④ 如果GP—IS01中的VD二极管反向连接，电路状态如何？晶体管VT 、LED如何变化？

图8-53

8.15电路分析：

1）GP—IS01是光电开关器件，内部由发光二极管和光敏晶体管组成；

2）当用物体遮挡光路时，Vg无光电流VT截止，发光二极管LED不发光；

3）R1是限流电阻，在电路中可起到保护发光二极管VD的作用；如果VD二极管的最大额定电流为60mA，选择电阻大于R1 =（12V-0.7）/0.6 = 18.8Ω。

4）如果GP—IS01中的VD二极管反向连接，Vg无光电流VT截止，发光二极管LED不发光；电路无状态变化。

8.16光栅传感器的基本原理是什么？莫尔条纹是如何形成的？有何特点？分析光栅传感器具有较高测量精度的原因。8.16答：（略）

8.17某光栅的栅线密度为100线/mm ，要使形成莫尔条纹宽度为10mm，求栅线

夹角?是多少? 8.17解：

已知：光栅的栅线密度为100线/mm 即W=0.02mm，B=10mm

?B?W/?

Q??W/B?0.02/10?0.002rad(即0°06′53″)

第9章 新型光电传感器

9.3 CCD电荷耦合器主要由哪两个部分组成？试描述CCD输出信号的特点。

9.3答：

1）CCD基本结构由MOS光敏元阵列和读出移位寄存器两部分组成。

2）CCD电极传输电荷方向（向右或向左）是通过改变三相时钟脉冲的时序来控制的，输出的幅值与对应的光敏元件上电荷量成正比。信号电荷的输出的方式主要有电流输出和电压输出两种，电流输出型是输出电流与电荷成正比，在输出电路负载上形成输出电流。

9.4 试述CCD的光敏元和读出移位寄存器工作原理。9.4答：（略）

9.9 什么是光纤的数值孔径？ 物理意义是什么？NA取值大小有什么作用？有

一光纤，其纤芯折射率为1.56，包层折射率为1.24，求数值孔径为多少？

9.9答：

1）数值孔径定义为：NA?2N12?N2，表示了光纤的集光能力，无论光源的发射功

率有多大，只有在2?c张角之内的入射光才能被光纤接收、传播。若入射角超出这一范围，光线会进入包层漏光。

2）NA越大集光能力越强，光纤与光源间耦合会更容易，但NA越大光信号畸变越大，所以要选择适当。

QNA?3）已知：N1?1.56，N2?1.24，2N12?N2?0.9466

9.10光纤传感器有哪两大类型？它们之间有何区别？

9.10答：

光纤传感器大致可分为功能型和非功能型两大类，它们的基本组成相似，有光源、入射光纤、调制器、出射光纤、光敏器件。

功能型又称传感型，这类传感器利用光纤本身对外界被测对象具有敏感能力和检测功能，光纤不仅起到传光作用，而且在被测对象作用下使光强、相位、偏振态等光学特性得到调制，调制后的信号携带了被测信息。如果外界作用时光纤传播的光信号发生变化，使光的路程改变，相位改变，将这种信号接收处理后，可以得到与被测信号相关的变化电信号。

非功能型又称传光型，这时光纤只作传播光媒介，待测对象的调制功能是由其它转换元件实现的，光纤的状态是不连续的，光纤只起传光作用。

9.12光纤可以通过哪些光的调制技术进行非电量的检测，说明原理。

9.12答：

光强度调制：利用外界物理量改变光纤中的光强度，通过测量光强的变化测量被测信息。根据光纤传感器探头结构形式可分为透射、反射、折射等方式调制。

相位调制：一般压力、张力、温度可以改变光纤的几何尺寸（长度），同时由于光弹效应光纤折射率也会由于应变而改变，这些物理量可以使光纤输出端产生相位变化，借助干涉仪可将相位变化转换为光强的变化。干涉系统的种类很多，可根据具体情况采用不同的干涉系统。

频率调制：当光敏器件与光源之间有相对运动时，光敏器件接收到的光频率fs与光源频率f不同，这种现象称为光的“多普勒效应”。频率调制方法可以测量运动物体（流体）的速度、流量等。

第10章 半导体式化学传感器

10.4 半导体气体传感器为什么要在高温状态下工作？加热方式有哪几种？加热

丝可以起到什么作用？

10.4答：

1）因为在常温下，电导率变化不大，达不到检测目的，因此以上结构的气敏元件都有电阻丝加热器，加热时间2～3分钟，最佳工作温度为200℃～400℃。

2）加热方式分为直热式和旁热式。电阻型气敏传感器加热的目的有两个方面的因素，一是为了加速气体吸附和上述的氧化还原反应，提高灵敏度和响应速度，另外使附着在传感器元件壳面上的油雾、尘埃烧掉。

10.6 什么是绝对湿度？什么是相对湿度？表示空气湿度的物理量有哪些？如何表示？

10.6答：

1）绝对湿度指单位体积空气内所含水汽的质量，一般用每立方米空气中所含水汽的克数表示

AH?mV(g/m3)V

2）相对湿度是指被测气体中，实际所含水汽蒸汽压和该气体在相同温度下饱和水蒸气

压的百分比，一般用符号%RH(Relative Humidity)表示，无量纲。

3）除用绝对湿度、相对湿度表示空气的水汽含量外，露点温度是一个与湿度相关的重要物理量，简称露点。当空气中温度下降到某一温度时，空气中的水汽就有可能转化为液相而凝结成露珠，这一特定温度称为空气的露点或露点温度。

第12章 热电式传感器

12.1 什么是热电效应？热电偶测温回路的热电动势由哪两部分组成？由同一种

导体组成的闭合回路能产生热电势吗？

12.1答：

1）两种不同类型的金属导体两端分别接在一起构成闭合回路，当两个结点有温差时，导体回路里有电流流动会产生热电势，这种现象称为热电效应。

2）热电偶测温回路中热电势主要是由接触电势和温差电势两部分组成。

3）热电偶两个电极材料相同时，无论两端点温度如何变化无热电势产生。

12.2 为什么热电偶的参比端在实际应用中很重要？对参比端温度处理有哪些方