傳感器與檢測技術(shù)課后習(xí)題答案

1、第一章1. 什么是傳感器？它由哪幾個部分組成？分別起到什么作用？解：傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測量裝 置，能完成檢測任務(wù)；傳感器由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件，轉(zhuǎn)換電路組成。敏感元件是直接感受被測量，并輸出 與被測量成確定關(guān)系的物理量；轉(zhuǎn)換元件把敏感元件的輸岀作為它的輸入，轉(zhuǎn)換成電路參量；上述電路參數(shù) 接入基本轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。2. 傳感器技術(shù)的發(fā)展動向表現(xiàn)在哪幾個方面？解：（1）開發(fā)新的敏感、傳感材料：在發(fā)現(xiàn)力、熱、光、磁、氣體等物理量都會使半導(dǎo)體硅材料的性能改 變，從而制成力敏、熱敏、光敏、磁敏和氣敏等敏感元件后，尋找發(fā)現(xiàn)具有新原

2、理、新效應(yīng)的敏感元件和傳 感元件。（2）開發(fā)研制新型傳感器及組成新型測試系統(tǒng) MEMS技術(shù)要求研制微型傳感器。如用于微型偵察機的CCD傳感器、用于管道爬壁機器人的力敏、視覺傳感器。 研制仿生傳感器 研制海洋探測用傳感器 研制成分分析用傳感器 研制微弱信號檢測傳感器（3）研究新一代的智能化傳感器及測試系統(tǒng)：如電子血壓計，智能水、電、煤氣、熱量表。它們的特點 是傳感器與微型計算機有機結(jié)合，構(gòu)成智能傳感器。系統(tǒng)功能最大程度地用軟件實現(xiàn)。（4）傳感器發(fā)展集成化：固體功能材料的進一步開發(fā)和集成技術(shù)的不斷發(fā)展，為傳感器集成化開辟了廣 闊的前景。（5）多功能與多參數(shù)傳感器的研究：如同時檢測壓力、溫度和液位的

3、傳感器己逐步走向市場。3. 傳感器的性能參數(shù)反映了傳感器的什么關(guān)系？靜態(tài)參數(shù)有哪些？各種參數(shù)代表什么意義？動態(tài)參數(shù)有那 些？應(yīng)如何選擇？解：在生產(chǎn)過程和科學(xué)實驗中，要對各種各樣的參數(shù)進行檢測和控制，就要求傳感器能感受被測非電量的變 化并將其不失真地變換成相應(yīng)的電量，這取決于傳感器的基本特性，即輸出一輸入特性。衡量靜態(tài)特性的重 要指標(biāo)是線性度、靈敏度，遲滯和重復(fù)性等。1）傳感器的線性度是指傳感器的輸出與輸入之間數(shù)量關(guān)系的線性程度；2）傳感器的靈敏度S是指傳感器的輸出量增量Ay與引起輸出量增量Ay的輸入量增量X的比值；3）傳感器的遲滯是指傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐唐陂g其輸出-輸入

4、特性曲線不重合的現(xiàn)象；4）傳感器的重復(fù)性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變化時，所得特性曲線不一致的程度。5）傳感器的漂移是指在外界的干擾下，輸出量發(fā)生與輸入量無關(guān)的、不需要的變化。漂移包括零點漂移和靈 敏度漂移等。傳感器的動態(tài)特性是指其輸出對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性：頻率響應(yīng)、時間常 數(shù)、固有頻率和阻 尼比等。1）瞬態(tài)響應(yīng)特性：傳感器的瞬態(tài)響應(yīng)是時間響應(yīng)。在研究傳感器的動態(tài)特性時，有時需要從時域中對傳感 器的響應(yīng)和過渡過程進行分析。這種分析方法是時域分析法，傳感器對所加激勵信號的響應(yīng)稱瞬態(tài)響應(yīng)。常用激勵信號有階躍函數(shù)、斜坡函數(shù)、脈沖函數(shù)等。2）頻率響應(yīng)特性：傳感器對正弦輸入信

5、號的響應(yīng)特性，稱為頻率響應(yīng)特性。頻率響應(yīng)法是從傳感器的頻率特性出發(fā)研究傳感器的動態(tài)特性。為了減小動態(tài)誤差和擴大頻率響應(yīng)范圍，一般是提高傳感器固有頻率cone4某位移傳感器，在輸入量變化5 mm時，輸出電壓變化為300 mV,求其靈敏度。解：其靈敏度k二衛(wèi)AX300 10”-605 10 第二章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)？解：應(yīng)變效應(yīng)，是指在導(dǎo)體產(chǎn)生機械變形時，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。壓阻效應(yīng)，是指半導(dǎo)體材料在某一軸向受外力作用時，其電阻率p發(fā)生變化的現(xiàn)象。橫向效應(yīng)，是指將直的電阻絲繞成敏感柵后，雖然長度不變，應(yīng)變狀態(tài)相同，但由于應(yīng)變片敏感柵的電阻變化較小，因而其靈敏系

6、數(shù)k較電阻絲的靈敏系數(shù)ko小的現(xiàn)象。2、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。解：金屬應(yīng)變片由敏感柵、基片、覆蓋層和引線等部分組成。金屬電阻應(yīng)變片的敏感柵有纟纟式、箔式和薄膜 式三種。箔式應(yīng)變片是利用光刻、腐蝕等工藝制成的一種很薄的金屬箔柵，其優(yōu)點是散熱條件好，允許通過 的電流較大，便于批量生產(chǎn)，可制成各種所需的形狀；缺點是電阻分散性大。薄膜式應(yīng)變片是采用真空蒸發(fā) 或真空沉淀等方法在薄的絕緣基片上形成0.1 ym以下的金屬電阻薄膜的敏感柵，最后再加上保護層。它的 優(yōu)點是應(yīng)變靈敏度系數(shù)大，允許電流密度大，工作范圍廣。半導(dǎo)體應(yīng)變片是用半導(dǎo)體材料制成的，其工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)

7、。半導(dǎo)體應(yīng)變片的突出 優(yōu)點是靈敏度高，比金屬絲式應(yīng)變片高5080倍，尺寸小，橫向效應(yīng)小，動態(tài)響應(yīng)好。但它有溫度系數(shù)大，應(yīng)變時非線性比較嚴(yán)重等缺點。3、應(yīng)變片產(chǎn)生溫度誤差的原因及減小或補償溫度誤差的方法是什么？解：電阻應(yīng)變片產(chǎn)生溫度誤差的原因：當(dāng)測量現(xiàn)場環(huán)境溫度變化時，由于敏感柵溫度系數(shù)及柵絲與試件膨脹系數(shù)之差異性而給測量帶來了附加誤差。電阻應(yīng)變片的溫度補償方法：通常有線路補償法和應(yīng)變片自補償兩大類。1) 電橋補償是最常用的且效果較好的線路補償法。電橋補償法簡單易行，而且能在較大的溫度范圍內(nèi)補 償，但上面的四個條件不一滿足，尤其是兩個應(yīng)變片很難處于同一溫度場。2) 應(yīng)變片的自補償法是利用自身具有

8、溫度補償作用的應(yīng)變片。24、鋼材上粘貼的應(yīng)變片的電阻變化率為0.1%,鋼材的應(yīng)力為10kg/mm。試求 求鋼材的應(yīng)變。 鋼材的應(yīng)變?yōu)?00X 10“時，粘貼的應(yīng)變片的電阻變化率為多少？AR心I解：F是厶R/R=2 (A I/I )o因為電阻變化率是 R/R=O. 001,所以 I/IRI(應(yīng)變)二0. 0005=5 10 鼻因二300 10”，所以R R二2 300 10飛 10*I5、如系題圖1-1所示為等強度梁測力系統(tǒng)，R】為電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片靈敏度系數(shù)k -2.05,未受應(yīng)變時R/20門，當(dāng)試件受力F時，應(yīng)變片承受平均應(yīng) 變；二810鼻，求3V,求電橋應(yīng)變片電阻變化量 :&和電阻相對變化

9、量.汎/R,。(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輸出電壓是多少。(a)習(xí)題圖1-1等強度梁測力系統(tǒng)解：（1） =k ； Ri =1. 64 10- 120-0. 1968J解：（2）旦二 K；二2.05 8 10 蟲二1.64 10*RiJr2-亍 RdR3二 E（R .只只2）侃RdRiR3 K1二込鳥（1旦二一，則上式可寫為:R2 &設(shè)橋臂比n二曳，分母中厶尺/尺可忽略，并考慮到平衡條件RiE宀込(1 n)2 Ri二 3- 1.64 10”(1 n)2二 4. 92 102)6、單臂電橋存在非線性誤差，試說明解決方法。解：為了減小和克服非線性誤差，常采用差動電橋在試件上

10、安裝兩個工作應(yīng)變片，一個受拉應(yīng)變，一個受壓 應(yīng)變，接入電橋相鄰橋臂，稱為半橋差動電路，由教材中的式(2-42)可知，U。與厶Ri/Ri呈線性關(guān)系，差動電橋無非線性誤差，而且電橋電壓靈敏度K=E/2,比單臂工作時提高一倍，同時還具有溫度補償作用。第三章1. 為什么電感式傳感器一般都采用差動形式？解：差動式結(jié)構(gòu)，除了可以改善非線性，提高靈敏度外，對電源電壓、頻率的波動及溫度變化等外界影響也 有補償作用；作用在銜鐵上的電磁力，是兩個線圈磁力之差，所以對電磁力有一定的補償作用，從而提高了 測量的準(zhǔn)確性。2. 交流電橋的平衡條件是什么？解：由交流電路分析可得Uo乙-乙乙)要滿足電橋平衡條件,即Uo =

11、0,則有：(Zi Z2XZ3 乙)乙乙=：2：33渦流的形成范圍和滲透深度與哪些因素有關(guān)？被測體對渦流傳感器的靈敏度有何影響？解:電渦流的徑向形成范圍大約在傳感器線圈外徑的1.8-2. 5倍范圍內(nèi)，且分 布不 均勻。渦流貫穿深度h=k. . , /(斗)，定義在渦流密度最大值的jm/e處。被測體的平面 不應(yīng)小于傳感器線圈外D的2倍，厚度大于2倍貫穿度h時，傳感器靈敏度幾乎不 受影響。4 渦流式傳感器的主要優(yōu)點是什么？解：電渦流式傳感器最大的特點是能對位移、厚度、表面溫度、速度、應(yīng)力、材料損傷等進行非接觸式連續(xù) 測量，另外還具有體積小，靈敏度高，頻率響應(yīng)寬等特點，應(yīng)用極其廣泛。5電渦流傳感器除了

12、能測量位移外，還能測量哪些非電量？解：還可以對厚度、表面溫度、速度、應(yīng)力、材料損傷等進行非接觸式連續(xù)測量。r =4 (mm),工作初始極板間距離第四章1 某電容傳感器(平行極板電容器)的圓形極板半徑、：o =0. 3 (mm),介質(zhì)為空氣。問:(1 )如果極板間距離變化量二-1( m),電容的變化量 C是多少?(2)如果測量電路的靈敏度k 100(mV pF),讀數(shù)儀表的靈敏度k 5 (格/ mV)在二1(in)時，讀數(shù)儀表的變化量為多少?解：(1)根據(jù)公式Cd_d d d,其中 S二 r： r2根據(jù)公式-A6& 1OOXM0；k25= 0.022寄生電容與電容傳感器相關(guān)聯(lián)影響傳感器的靈敏度，

13、它的變化為虛假信號影響傳感器的精度。試闡述消除 和減小寄生電容影響的幾種方法和原理。解：電容式傳感器內(nèi)極板與其周圍導(dǎo)體構(gòu)成的“寄生電容”卻較大，不僅降低了傳感器的靈敏度，而且這些 電容（如電纜電容）常常是隨機變化的，將使儀器工作很不穩(wěn)定，影響測量精度。因此對電纜的選擇、安 裝、接法都有要求。若考慮電容傳感器在高溫、高濕及高頻激勵的條件下工作而不可忽視其附加損耗和電效 應(yīng)影響時，其等效電路如圖4-8所示。圖中L包括引線電纜電感和電容式傳感器本身的電感；C。為傳感器本身的電容；Cp為引線電纜、所接測量電路及極板與外界所形成的總寄生電容，克服其影響，是提高電容傳感器實用性能的關(guān)鍵之一；皿為低頻損耗并

14、聯(lián)電阻，它包含極板間漏電和介質(zhì)損耗；Rs為高濕、高溫、高頻激勵工作時的串聯(lián)損耗電組，它包含導(dǎo)線、極板間和金屬支座等損耗電阻。此時電容傳感器的等效靈敏度為=dkg2 2(1-, 2LC. ) 2(4-28)當(dāng)電容式傳感器的供電電源頻率較高時，傳感器的靈敏度由咕變?yōu)閗e, ke與傳感器的固有電感（包括電纜電感）有關(guān)，且隨3變化而變化。在這種情況下，每當(dāng)改變激勵頻率或者更換傳輸電纜時都必須對測量系統(tǒng)重新進行標(biāo)定。3 簡述電容式傳感器的優(yōu)缺點。解：優(yōu)點：（1）溫度穩(wěn)定性好結(jié)構(gòu)簡單動態(tài)響應(yīng)好（4）可以實現(xiàn)非接觸測量，具有平均效應(yīng)缺點：（1）輸出阻抗高，負(fù)載能力差（2）寄生電容影響大4 電容式傳感器測量電

15、路的作用是什么？解：電容式傳感器中電容值以及電容變化值都十分微小，這樣微小的電容量還不能直接被目前的顯示儀表顯 示，也很難被記錄儀接受，不便于傳輸。這就必須借助于測量電路檢出這一微小電容增量，并將其轉(zhuǎn)換成與 其成單值函數(shù)關(guān)系的電壓、電流或者頻率。電容轉(zhuǎn)換電路有調(diào)頻電路、運算放大器式電路、二極管雙T型交 流電橋、脈沖寬度調(diào)制電路等5.下圖為變極距型平板電容傳感器的一種測量電路，其中CX 為傳感器電容，C為固定電容，假設(shè)運放增益A= %，輸入阻抗Z二;試推導(dǎo)輸出電 壓U。與極板間距的關(guān)系，并分析其工作特點。Il “2dU,dU0C 一dtq _dt題圖4-1兩邊積分得到:cU i = Cx U o

16、u CU, cdU,Cx式中負(fù)號表示輸出電壓U o的相位與電源電壓反相。上式說明運算放大器的輸出電壓與極Ui的幅值和固定板間距離d線性關(guān)系。運算放大器電路解決了單個變極板間距離式電容傳感器的非線性問 題。但要求Zi及放大倍數(shù)K足夠大。為保證儀器精度，還要求電源電壓 電容C值穩(wěn)定。第五章1.簡述正、逆壓電效應(yīng)。變形也隨之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。解：某些電介質(zhì)在沿一定的方向受到外力的作用變形時，由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時在兩個表而上產(chǎn)生符號 相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；而當(dāng)作用力方向改變時，電荷的極性隨著改變。晶體 受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。這種現(xiàn)象稱為 正壓電效應(yīng)。反之，

17、如對晶體施加一定變電場， 晶體本身將產(chǎn)生機械變形，外電場撤離，2壓電材料的主要特性參數(shù)有哪些?解：壓電材料的主要特性參數(shù)有：（數(shù)，它直接關(guān)系到壓電輸出的靈敏度。壓電器件的固有頻率和動態(tài)特性。（1)3)壓電常數(shù)：壓電常數(shù)是衡量材料壓電效應(yīng)強弱的參2）彈性常數(shù)：壓電材料的彈性常數(shù)、剛度決定著介電常數(shù)：對于一定形狀、尺寸的壓電元件，其固有電容與介電常數(shù)有關(guān)；而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限。（4）機械耦合系數(shù)：在壓電效應(yīng)中，其值等于轉(zhuǎn)換輸岀能量（如電能）與輸入的能量（如機械能）之比的平方根；它是衡 量壓電材料機電能量轉(zhuǎn)換效率的一個重要參數(shù)。（5）電阻壓電材料的絕緣電阻：將減少電荷泄漏，從而改善

18、壓電傳感器的低頻特性。（喪失壓電 6）居里點：壓電材料開始 特性的溫度稱為居里點。3 簡述電壓放大器和電荷放大器的優(yōu)缺點。解：電壓放大器的應(yīng)用具有一定的應(yīng)用限制，壓電式傳感器在與電壓放大器配合使用時，連接電纜不能太 長。優(yōu)點：微型電壓放大電路可以和傳感器做成一體，這樣這一問題就可以得到克服，使它具有廣泛的應(yīng) 用前景。缺點：電纜長，電纜電容Cc就大，電纜電容增大必然使傳感器的電壓靈敏度降低。不過由于固態(tài)電子器件和集成電路的迅速發(fā)展，電荷放大器的優(yōu)點：輸出電壓Uo與電纜電容Cc無關(guān)，且與Q成正比，這是電荷放大器的最大特點。但電荷放大器的缺點：價格比電壓放大器高，電路較復(fù)朵，調(diào)整也較困難。要注意的是

19、，在實際應(yīng)用中，電壓放大器和電荷放大器都應(yīng)加過載放大保護電路，否則在傳感器過載時，會產(chǎn)生過高的輸出電壓。4 能否用壓電傳感器測量靜態(tài)壓力？為什么？解：不可以，壓電傳感器本身的內(nèi)阻抗很高，而輸出能量較小，為了保證壓電傳感器的測量誤差較小，它 的測量電路通常需要接入一個高輸入阻抗的前置放大器，所以不能用來測量靜態(tài)壓力。5.題圖5-1所示電荷放大器中Ca=100 PF, Ra, R= R二s, C二io pf。若考慮引線1%求使用90 PF/m的電纜，其最大電容Cc影響，當(dāng)Ao=10時，要求輸出信號衰減小于允許長度為多少?題圖5-1解:KQCa Cc Ci (V K) Cf因此若滿足V K C Ca

20、Cc Ci時，式（6-4）可表示為UoQCf第六章1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 上的兩個而之間產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。2.某霍爾元件1 b d為1.030. 35 0. 1cm沿I方向通以電流I二1. 0mA,在垂直lb面方向加有均勻磁場B =0. 3T,傳感器的靈敏度系數(shù)為22V/A,試求其輸出霍爾電勢及載流子濃度。19(q =1. 602 10 C )IB解：U h二RhK h IB,式中KH=RH/d稱為霍爾片的靈敏度dIB所以輸出的霍爾電勢為Uh =22 1 10J 0. 3 = 6. 6

21、 10，因為5,式中令nedRh二-1/( ne )，稱之為霍爾常數(shù)，其大小取決于導(dǎo)體載流子密度，所以濃度IB 1 10” 0.3 UHdq = 6. 6 100. 1 1.602 10J 93. 磁電式傳感器與電感式傳感器有何不同？解：磁敏式傳感器是通過磁電作用將被測量(如振動、位移、轉(zhuǎn)速等)轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器。磁電感應(yīng) 式傳感器也稱為電動式傳感器或感應(yīng)式傳感器。磁電感應(yīng)式傳感器是 利用導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運動產(chǎn)生電動 式的，它不需要輔助電源就能把被測對象的機械量轉(zhuǎn)換成易于測量的電信號，是有源傳感器。電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理將被測非電量如位移、壓力、流量、重量、振動等 轉(zhuǎn)換成線圈自

22、感 量L或互感量M的變化，再由測量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出的裝置。4. 霍爾元件在一定電流的控制下，其霍爾電勢與哪些因素有關(guān)？解：根據(jù)下面這個公式可以得到Uh -KnlBf (L),霍爾電勢還與磁感應(yīng)強度B, Kh為霍爾片的靈敏度，霍爾b元件的長度L和寬度b有關(guān)。第七章1什么是熱電勢、接觸電勢和溫差電勢? 解：兩種不同的金屬A和B構(gòu)成的閉合回路，如果將它們的兩個接點中的一個進行加熱，使其溫度為T,而 另一點置于室溫T。中，則在回路中會產(chǎn)生的電勢就叫做熱電勢。由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而 在接觸處形成的電動勢叫做接觸電勢。溫差電勢(又稱湯姆森電勢)是同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)

23、生 的一種熱電勢。2說明熱電偶測溫的原理及熱電偶的基木定律。解：熱電偶是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置，它利用傳感元件的電磁參數(shù)隨溫度變化的特征來達(dá)到 測量的目的。通常將被測溫度轉(zhuǎn)換為敏感元件的電阻、磁導(dǎo)或電勢等的變化，通過適當(dāng)?shù)臏y量電路，就可由 電壓電流這些電參數(shù)的變化來表達(dá)所測溫度的變化。熱電偶的基木定律包括以下三種定律：1) 中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，那么接入中間導(dǎo)體后，對熱電偶的回 路的總電勢無影響。2) 參考電極定律：如果導(dǎo)體 c熱電極作為參考電極，并己知標(biāo)準(zhǔn)電極與任意導(dǎo)體配對時 的熱電勢，那么在相同結(jié)點溫度( T, TO)下，任意兩導(dǎo)體A、B組成

24、的熱電偶，其電勢可由下式求得 Eab (T, To)二Eac (T, T ) Ecb (T, To)3) 中間溫度定律：在熱電偶回路中，兩接點溫度為T, T。時的熱電勢，等于該熱電偶在接點 T、Ta 和 Ta、To 時的熱電勢之和，即 Eab (T, TO = Eab (T, Ta) Eab (Tr T。)3. 己知在其特定條件下材料A與鉗配對的熱電勢Ear (T, T。)=13. 967mV,材料B與鉗配對的熱電勢Eq (T, To ) =8345mV,試求出此條件下材料A與材料B配對后的熱電勢。解：根據(jù)熱電偶基本定律中的參考電極定律可知，當(dāng)結(jié)點溫度為T, T。時，用導(dǎo)體A, B組成的熱電偶

25、的熱電動勢等于AC熱電偶和CB熱電偶的熱電動勢的代數(shù)和，即：Eab (T,To )二Eac (T, T。)Ecb (T,To)=Eac T, To -Ebc (T, To) =13. 976-8. 345 = 5. 631mV4. Pt 100和Cu50分別代表什么傳感器？分析熱電阻傳感器測量電橋之三線、四線連接法 的主要作用。解：PtlOO代表鉗熱電阻傳感器，Cu50代表銅熱電阻傳感器。三線制可以減小熱電阻與測量儀表之間連接導(dǎo)線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起的測量誤差。四線制可以完全消除引線電阻對測量的影 響，用于高精度溫度檢測。工業(yè)用鉗電阻測溫常采用三線制和四線制連接 法。5. 將一只靈敏度為

26、0.08mv/C的熱電偶與毫伏表相連，已知接線端溫度為50C，毫伏表的 輸出為60 mv,求熱電偶熱端的溫度為多少？解：T 60750 C0. 086 試比較熱電阻與熱敏電阻的異同。解：熱電阻將溫度轉(zhuǎn)換為電阻值大小的熱電式傳感器，熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進行測溫的。熱電阻傳感器的測量精度高；有較大的測量范圍，它可測量一200500 C的溫度；易于使用在自動測量和遠(yuǎn)距離測量中。熱電阻由電阻體、保護套和接線盒等部件組成。其結(jié)構(gòu)形 式可根據(jù)實際使用制作成各種形狀。熱敏電阻是由一些金屬氧化物，如鉆、鎰、碌等的氧化物，采用不同比例的配方，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，然后采用不同的封裝形式

27、制成珠狀、片狀、桿狀、墊圈狀等各種形狀。熱敏電阻具有以下優(yōu) 點：電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高；結(jié)構(gòu)簡單；電阻率高，熱慣性小；但它阻值與溫度變化呈非線性， 且穩(wěn)定性和互換性較差。第八章1. 什么是光電效應(yīng)，依其表現(xiàn)形式如何分類，并予以解釋。解：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：a）在光線作用下，能使電子逸出物體表而的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。1b）受光照的物體導(dǎo)電率 發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動勢的效應(yīng)叫內(nèi)光電效應(yīng)。2 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。解：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

28、敏電阻、光電池和光敏晶體管等。3.簡述CCD的工作原理。解：CCD的工作原理如下：首先構(gòu)成CCD的基本單元是M0S電容器，如果M0S電容器中的半導(dǎo)體是P型硅，當(dāng)在金屬電極上施加一個正電壓時，在其電極下形成所謂耗盡層，由于電子在那里勢 能較低，形成了電子的勢阱，成為蓄積電荷的場所。CCD的最基本結(jié)構(gòu)是一系列彼此非?？拷腗OS電容器，這些電容器用同一半導(dǎo)體襯底制成，襯底上而覆蓋一層氧化層，并在其上制作許多金屬電極，各電極按三相（也有二相和四相）配線方式連接。CCD的基本 功能是存儲與轉(zhuǎn)移信息電荷，為了實現(xiàn)信號電荷的轉(zhuǎn)換：必須使M0S電容陣列的排列足夠緊密，以致相鄰M0S電容的勢阱相互溝通，即相互

29、耦合；控制相鄰M0C電容柵極電壓高低來調(diào)節(jié)勢阱深淺，使信號電荷由勢阱淺的地方流向勢阱深處；在CCD中電荷的轉(zhuǎn)移必須按照確定的方向。4說明光纖傳輸?shù)脑?。解：光在空間是直線傳播的。在光纖中，光的傳輸限制在光纖中，并隨光纖能傳送到很遠(yuǎn)的距離，光纖的傳 輸是基于光的全內(nèi)反射。當(dāng)光纖的直徑比光的波長大很多時，可以用幾何光學(xué)的方法來說明光在光纖內(nèi)的傳 播。設(shè)有一段圓柱形光纖，它的兩個端而均為光滑的平面。當(dāng)光線射入一個端面并與圓柱的軸線成 3角 時，根據(jù)斯涅耳（Snell）光的折射定律，在光纖內(nèi)折射成3,然后以3角入射至纖芯與包層的界面。若要在界面上發(fā)生全反射，則纖芯與界面的光線入射角3應(yīng)大于臨界角氐（處

30、于臨界狀態(tài)時，3=90o ）,即：入 _ ；二 arcs in 一 ni且在光纖內(nèi)部以同樣的角度反復(fù)逐次反射，直至傳播到另一端而。5 光纖傳感器常用的調(diào)制原理有哪些？解：1）強度調(diào)制原理2）相位調(diào)制原理3）頻率調(diào)制原理4）偏振調(diào)制原理6紅外線的最大特點是什么？什么是紅外傳感器？解：紅外線的最大特點是具有光熱效應(yīng)，可以輻射熱量，它是光譜中的最大光熱效應(yīng)區(qū)。能將紅外輻射量的 變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置稱為紅外探測器或紅外傳感器。紅外傳感器一般由光學(xué)系統(tǒng)、探測器、信號調(diào)理 電路及顯示系統(tǒng)等組成。7 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，它們分別在什么情況下選用最合 適？解：光敏電

31、阻（1）伏安特性：在一定照度下，流過光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的電壓的關(guān)系稱為光敏電阻的伏安特 性。光敏電阻在一定的電壓范圍內(nèi)，其I-U曲線為直線，說明其阻值與入射光量有關(guān)，而與電壓、電流無關(guān)。在給定的偏壓情況下，光照度越大，光電流也就越大；在一定光照度 下，加的電壓越大，光電流越大，沒有飽和現(xiàn)象。光敏電阻的最高工作電壓是由耗散功率決定的，耗散功率 又和面積以及散熱條件等因素有關(guān)。（2 ）光譜特性：光敏電阻的相對光敏靈敏度與入射波長的關(guān)系稱為光譜特性，亦稱為光譜響應(yīng)。光敏電 阻的靈敏度是不同的。從圖中可見硫化鎘光敏電阻的光譜響應(yīng)的峰值在可見光區(qū)域，常被用作光度量測量（照度計）的探頭。而硫化鉛光敏電阻響應(yīng)于近紅外和中紅外區(qū)，常用做火焰探測器的探頭。（3）光照特性：由于光敏電阻的光照特性呈非線性，因此不宜作為測量元件，一般在自動控制系統(tǒng)中 常用作開關(guān)