《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》（張佑春）思考與練習(xí)參考答案

西安電子科技大學(xué)出版社張佑春、王海榮主編《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》資源課教材配套資料《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》思考與練習(xí)參考答案第1章緒論1-1什么是直接測(cè)量、間接測(cè)量和組合測(cè)量？直接測(cè)量，是指直接將被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，讀取儀器儀表顯示的數(shù)值從而得到測(cè)量結(jié)果；間接測(cè)量，是指測(cè)量與被測(cè)量有一定函數(shù)關(guān)系的參量，然后通過(guò)已知函數(shù)關(guān)系的公式、曲線或表格，求出該被測(cè)量；組合測(cè)量，是指在測(cè)量中，使各個(gè)被測(cè)量以不同的組合形式出現(xiàn)，根據(jù)直接測(cè)量和間接測(cè)量所得到的數(shù)據(jù)，通過(guò)解一組聯(lián)立方程而求出被測(cè)量的數(shù)值。1-2測(cè)量誤差有哪些表示方法？分別寫(xiě)出其表達(dá)式。（1）絕對(duì)誤差（2）相對(duì)誤差（3）引用誤差1-3誤差按照其出現(xiàn)的規(guī)律可分為哪幾類(lèi)？簡(jiǎn)述各種誤差的特點(diǎn)和處理方法。（1）系統(tǒng)誤差特點(diǎn)：是有規(guī)律可循、可再現(xiàn)、可預(yù)測(cè)的。系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因比較復(fù)雜，如測(cè)量方法不完善或采用近似的計(jì)算公式（原理誤差），零點(diǎn)未調(diào)整（裝置誤差），溫度的影響（環(huán)境誤差），測(cè)量者經(jīng)驗(yàn)不足（使用誤差）等。處理方法：系統(tǒng)誤差具有確定性規(guī)律，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證的方法掌握這個(gè)規(guī)律，并采取適當(dāng)?shù)拇胧┫驕p小它，對(duì)于不能消除的系統(tǒng)誤差，可以在測(cè)量結(jié)果中加以修正。（2）隨機(jī)誤差特點(diǎn)：是隨機(jī)出現(xiàn)、沒(méi)有規(guī)律也無(wú)法預(yù)測(cè)的。隨機(jī)誤差是不能修正、無(wú)法消除的，但它服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，當(dāng)測(cè)量次數(shù)趨于無(wú)限次時(shí)，正負(fù)隨機(jī)誤差可相互抵消而趨于零。處理方法：可以通過(guò)適當(dāng)增加測(cè)量的次數(shù)，使用統(tǒng)計(jì)分析和計(jì)算處理的方法來(lái)減小它，測(cè)量次數(shù)越多，隨機(jī)誤差越小。（3）粗大誤差特點(diǎn)：屬異常數(shù)據(jù)，與有用的數(shù)據(jù)混在一起，既違背統(tǒng)計(jì)規(guī)律，又違背確定性規(guī)律。處理方法：含有粗大誤差的測(cè)量值稱(chēng)為壞值，可用物理或統(tǒng)計(jì)的方法判斷后直接剔除。1-4什么是傳感器？傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。1-5傳感器一般由哪幾部分組成？各組成部分的作用是什么？一般來(lái)說(shuō)，傳感器是由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、測(cè)量電路和輔助電源四個(gè)部分組成的。敏感元件直接感受被測(cè)量的變化，并輸出一個(gè)與被測(cè)量成某種函數(shù)關(guān)系的中間量，它是傳感器的核心。轉(zhuǎn)換元件將敏感元件輸出的中間量轉(zhuǎn)換成電參量，如：電阻R、電容C、電感L，或直接轉(zhuǎn)化成適于傳輸和測(cè)量的電量，如：電流i、電壓u、頻率f。測(cè)量電路將轉(zhuǎn)換元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并對(duì)傳感器輸出的微弱電信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步轉(zhuǎn)換和處理，如：放大、濾波、線性化、補(bǔ)償?shù)?，以獲得更好的品質(zhì)特性，便于后續(xù)電路實(shí)現(xiàn)顯示、記錄、處理及控制等功能。測(cè)量電路以及傳感器的正常工作必須由輔助電源提供電能。1-6傳感器是如何分類(lèi)的？比較常用的分類(lèi)方法:（1）按照傳感器的輸入量（被測(cè)量）分類(lèi)，可分為：溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、加速度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器等。（2）按照傳感器的工作原理分類(lèi)，可分為：應(yīng)變式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、熱電式傳感器等。（3）按照傳感器的輸出量分類(lèi)，可分為：模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器。（4）按照傳感器轉(zhuǎn)換能量的情況分類(lèi)，可分為：能量轉(zhuǎn)換型傳感器和能量控制型傳感器。1-7什么是傳感器的靜態(tài)特性？它有哪些性能指標(biāo)？分別說(shuō)明這些指標(biāo)的含義。當(dāng)傳感器的輸入信號(hào)為常量或變化極慢時(shí)，即被測(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)，其輸入輸出的關(guān)系特性稱(chēng)為靜態(tài)特性。（1）測(cè)量范圍，傳感器所能檢測(cè)到的最小輸入量與最大輸入量之間的范圍稱(chēng)為傳感器的測(cè)量范圍。（2）量程，傳感器測(cè)量范圍的上限值與下限值的代數(shù)差，稱(chēng)為量程。（3）精度，精度是指測(cè)量結(jié)果的可靠程度，是測(cè)量中各類(lèi)誤差的綜合反映（4）靈敏度，是指?jìng)鞲衅鞯妮敵鲎兓颗c引起該輸出變化量的輸入變化量之比。（5）線性度，是指?jìng)鞲衅鬏敵雠c輸入之間關(guān)系的線性程度，即輸出量與輸入量之間的關(guān)系曲線偏離理想直線的程度。（6）分辨力和分辨率，傳感器的分辨力是指在規(guī)定的測(cè)量范圍內(nèi)所能檢測(cè)出的被測(cè)量的最小變化量，即分辨能力，又稱(chēng)為分辨率。（7）重復(fù)性，是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓堪赐环较蜃魅砍踢B續(xù)多次變化時(shí)，所得特性曲線間不一致的程度。（8）遲滯，傳感器的輸入量在正向（由小到大）和反向（由大到?。┬谐讨?，其輸出特性曲線不重合的現(xiàn)象稱(chēng)為遲滯特性。（9）穩(wěn)定性，是指?jìng)鞲衅髟谳^長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)保持其性能參數(shù)的能力。（10）漂移，指在外界的干擾下，一定時(shí)間間隔內(nèi)，傳感器的輸出量發(fā)生與輸入量無(wú)關(guān)的或不需要的變化。

第2章電阻式傳感器與力的檢測(cè)2-1什么是應(yīng)變效應(yīng)？什么是壓阻效應(yīng)？應(yīng)變效應(yīng)，是指導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料受到外力作用時(shí)，將產(chǎn)生機(jī)械變形，從而導(dǎo)致其電阻值發(fā)生改變的現(xiàn)象。半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)主要是基于壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體沿某一軸向施加壓力時(shí)，除了產(chǎn)生一定應(yīng)變外，材料的電阻率也要發(fā)生變化，從而導(dǎo)致阻值發(fā)生變化，稱(chēng)為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。2-2利用應(yīng)變效應(yīng)解釋金屬電阻應(yīng)變片的工作原理。設(shè)金屬單絲的長(zhǎng)度為L(zhǎng)、截面積為A、半徑為r、電阻率為ρ，則它的電阻值R為：。當(dāng)金屬絲受到拉力F作用時(shí)，其長(zhǎng)度將伸長(zhǎng)?L，橫截面積相應(yīng)減小?A，電阻率因其材料晶格發(fā)生變形等因素的影響而改變?ρ，從而引起電阻值的相對(duì)變化?R。金屬絲的阻值相對(duì)變化主要是有電阻絲的幾何尺寸產(chǎn)生應(yīng)變而引起的。2-3電阻應(yīng)變式傳感器按照其材料可分為哪兩種？簡(jiǎn)述兩者的相同和不同之處。電阻應(yīng)變式傳感器按照其材料可分為金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類(lèi)。相同之處：受到外力時(shí)都會(huì)因?yàn)閼?yīng)變效應(yīng)產(chǎn)生阻值相對(duì)變化；不同之處：①金屬應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)主要是因?yàn)殡娮杞z的幾何尺寸產(chǎn)生應(yīng)變而引起的；而半導(dǎo)體應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)主要因受力后半導(dǎo)體的電阻率發(fā)生變化而引起的。②金屬應(yīng)變片的靈敏度較小，但輸出電阻值dR/R與應(yīng)變量εx之間的關(guān)系是線性的；半導(dǎo)體材料的應(yīng)變靈敏度系數(shù)遠(yuǎn)大于金屬材料的應(yīng)變度靈敏系數(shù)，但應(yīng)變與輸出電阻值之間的關(guān)系是非線性的。2-4金屬箔式應(yīng)變片與金屬絲式應(yīng)變片相比，具有哪些優(yōu)點(diǎn)？金屬絲式應(yīng)變片由于其圓弧部份參與變形而會(huì)產(chǎn)生較大的橫向效應(yīng)，蠕變較大，且金屬絲易脫膠；箔式應(yīng)變片與片基的接觸面積大得多，散熱條件較好，相同截面下能通過(guò)較大電流；厚度薄，扁平狀箔柵有利于形變的傳遞；橫向效應(yīng)小，長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量時(shí)的蠕變較小，使用壽命長(zhǎng)；一致性較好，適合于批量生產(chǎn)；還可以通過(guò)對(duì)金屬箔式應(yīng)變片進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚蛊渚€脹系數(shù)、電阻溫度系數(shù)和被粘貼的試件的線脹系數(shù)三者相互抵消，從而將溫度影響減小到最低。2-5什么是應(yīng)變片的溫度誤差？產(chǎn)生的原因是什么？補(bǔ)償方法有哪些？粘貼在測(cè)試件上的應(yīng)變片，由于環(huán)境溫度的變化，會(huì)引起應(yīng)變片的電阻值隨之發(fā)生變化，稱(chēng)為溫度誤差。溫度誤差的產(chǎn)生有下面兩個(gè)主要原因：①電阻絲自身的溫度系數(shù)α的影響。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，電阻絲的電阻值產(chǎn)生相應(yīng)變化；②試件材料和金屬絲材料的線膨脹系數(shù)β不同的影響。當(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同（βg≠βs）時(shí)，由于環(huán)境溫度的變化，電阻絲會(huì)產(chǎn)生附加變形，從而產(chǎn)生附加電阻變化。補(bǔ)償方法：①自補(bǔ)償法，通過(guò)選擇應(yīng)變片或使用特殊的應(yīng)變片，使溫度變化時(shí)應(yīng)變片的電阻值不隨溫度變化（溫度系數(shù)和線膨脹系數(shù)不同造成的誤差相互抵消），從而不產(chǎn)生溫度誤差。②線路補(bǔ)償法，將兩個(gè)特性相同的應(yīng)變片，用同樣的方法分別粘貼在測(cè)試件上和同樣材質(zhì)的補(bǔ)償塊上，再將它們置于相同的溫度環(huán)境中，利用電橋電路的對(duì)稱(chēng)性，將溫度產(chǎn)生的誤差抵消掉。2-6采用雙臂電橋或差動(dòng)全橋測(cè)量應(yīng)變電阻值，與單臂電橋電路相比有什么優(yōu)勢(shì)？單臂電橋電壓靈敏度KU=Ui/4，且存在非線性誤差。雙臂電橋電壓靈敏度為KU=Ui/2，是單臂時(shí)的兩倍，差動(dòng)電橋輸出電壓Uo與ΔR/R成線性關(guān)系，沒(méi)有非線性誤差，且具有溫度補(bǔ)償作用。差動(dòng)全橋電壓靈敏度為KU=Ui，是單片時(shí)的4倍，沒(méi)有非線性誤差，同樣具有溫度補(bǔ)償作用。2-7擬在等截面的懸臂梁上粘貼4個(gè)完全相同的電阻應(yīng)變片，并組成差動(dòng)全橋電路，4個(gè)應(yīng)變片應(yīng)怎樣粘貼在懸臂梁上？請(qǐng)畫(huà)出相應(yīng)的電橋電路圖。將應(yīng)變片對(duì)稱(chēng)地貼在圓柱表面的中間部分，一半沿軸向粘貼，一半沿環(huán)向粘貼，構(gòu)成正負(fù)應(yīng)變區(qū)，連接成差動(dòng)電橋進(jìn)行測(cè)量。2-8采用標(biāo)稱(chēng)阻值R=120，靈敏度系數(shù)K=2.0的金屬電阻應(yīng)變片，與阻值R=120的固定電阻組成電橋，電源電壓為10V，應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)?000μm/m，求單臂、雙臂和全橋的輸出電壓各為多少？單臂時(shí)：，Uo=10×2×10雙臂時(shí)：，Uo=10×2×10-32全橋時(shí)：，Uo=10×2×10-3

第3章電容式傳感器與液位檢測(cè)3-1根據(jù)工作原理可將電容式傳感器分為哪幾種類(lèi)型？每種類(lèi)型各有什么特點(diǎn)？各適用于什么場(chǎng)合？根據(jù)工作原理可將電容式傳感器分為變極距型、變面積型和變介質(zhì)型三種變面積式電容傳感器的靈敏度K為常數(shù)，電容量C與水平位移x呈線性關(guān)系，可用于測(cè)量線位移和角位移；變極距型電容傳感器是非線性的，僅適合測(cè)量微小位移；變介質(zhì)型電容傳感器極板之間的介質(zhì)發(fā)生變化，造成電容量變化，可用于固體或液體的物位測(cè)量，紙張、絕緣薄膜等的厚度測(cè)量，以及糧食、紡織品、木材或煤等非導(dǎo)電固體介質(zhì)的濕度、密度等的測(cè)定，檢測(cè)片狀材料的厚度、性質(zhì)，顆粒狀物體的含水量以及檢測(cè)液體的液位等。3-2采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)的電容傳感器有什么優(yōu)點(diǎn)？采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)的電容傳感器能減小非線性誤差，使傳感器的靈敏度提高一倍，同時(shí)，外界的影響諸如溫度、激勵(lì)源電壓、頻率變化等造成的誤差也基本能相互抵消。3-3下圖為電容測(cè)厚傳感器系統(tǒng)，簡(jiǎn)述其工作原理。被測(cè)金屬帶材與上下兩側(cè)極板構(gòu)成了兩個(gè)電容器C1、C2。把兩塊極板用導(dǎo)線連接起來(lái)成為一個(gè)極，帶材是兩個(gè)電容的另一個(gè)極，總電容為C1+C2，如果帶材的厚度發(fā)生變化，將引起總電容量的變化，測(cè)出電容量的變化即可獲得金屬帶材的厚度。3-4簡(jiǎn)述電容式接近開(kāi)關(guān)的工作原理。電容式位移傳感器是通過(guò)改變電容器極板間的距離引起電容量的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的，通常采用單極變極距式，被測(cè)物體作為另外一個(gè)極板。當(dāng)被測(cè)物體產(chǎn)生位移，就會(huì)引起與電容極板之間距離的變化，從而改變電容傳感器的電容值，電容值的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，即可得到被測(cè)物體的位移情況。3-5如圖所示正方形平板電容器，極板長(zhǎng)度a=4cm，極板間距離δ=0.2mm。若用此變極距型傳感器測(cè)量位移x，試計(jì)算該傳感器的靈敏度。極板間的介質(zhì)為空氣，。解：/pF靈敏度：/pF3-6如圖所示，一個(gè)用于位移測(cè)量的電容式傳感器，兩個(gè)極板是邊長(zhǎng)為5cm的正方形，間距是1mm，氣隙中恰好放置一個(gè)邊長(zhǎng)為5cm、厚度d為1mm、相對(duì)介電常數(shù)εr為4的正方形介質(zhì)板，該介質(zhì)板可在氣隙中自由滑動(dòng)。試計(jì)算當(dāng)輸入位移x（即介質(zhì)板向某一方向移出極板相互覆蓋部分的距離）分別為0.0cm、2.5cm、5.0cm時(shí)，該傳感器的輸出電容值各為多少？（空氣介電常數(shù)為）解：由題意知：(1)位移x=0.0cm,(2)位移x=2.5cm,(3)位移x=5.0cm,

第4章電感式傳感器與振動(dòng)檢測(cè)4-1試述自感式電感傳感器的工作原理。自感式傳感器由線圈、鐵芯和銜鐵（動(dòng)鐵芯）三部分組成。鐵芯與銜鐵由硅鋼片等導(dǎo)磁性材料制成。傳感器在使用時(shí)，其受力機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連，當(dāng)外力變化導(dǎo)致銜鐵移動(dòng)時(shí)，鐵芯與銜鐵間的氣隙厚度就會(huì)發(fā)生改變，從而引起整個(gè)磁路的磁阻發(fā)生變化，最終導(dǎo)致線圈電感值發(fā)生改變。所以只要使用測(cè)量電路測(cè)量出電感量的變化，就能確定銜鐵的位移量的大小和方向。4-2試述電渦流式傳感器的靈敏度主要受哪些因素影響？它的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？電渦流式傳感器的靈敏度主要受導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀，線圈的幾何參數(shù)，激勵(lì)電流頻率以及線圈到被測(cè)導(dǎo)體間的距離等因素影響。電渦流式傳感結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、測(cè)量范圍大、抗干憂能力強(qiáng)，特別是有非接觸測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。4-3什么是零點(diǎn)殘余電壓，有哪些方法可以進(jìn)行殘余電壓補(bǔ)償？當(dāng)銜鐵處在中心位置時(shí)，差動(dòng)變壓器輸出的電壓不為零，這個(gè)不為零的電壓即為零點(diǎn)殘余電壓。產(chǎn)生原因主要由傳感器線圈的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對(duì)稱(chēng)等引起?？刹捎靡韵路椒ㄟM(jìn)行殘余電壓補(bǔ)償：①盡可能保證傳感器尺寸、線圈電氣參數(shù)和磁路對(duì)稱(chēng)。②選用合適的測(cè)量電路。③采用補(bǔ)償電路，加串聯(lián)電阻，加并聯(lián)電容，加反饋電阻或反饋電容。4-4用差動(dòng)變壓器進(jìn)行位移測(cè)量時(shí)采用哪種電路形式可以直接由輸出電壓區(qū)別位移的大小和方向？采用相敏檢波電路的輸出電壓為直流，其極性由輸入電壓的相位決定。當(dāng)銜鐵向下位移時(shí)，檢流計(jì)的儀表指針正向偏轉(zhuǎn)。當(dāng)銜鐵向上位移時(shí)，儀表指針?lè)聪蚱D(zhuǎn)。采用相敏檢波電路，得到的輸出信號(hào)既能區(qū)別位移大小，也能區(qū)別位移方向。4-5什么是電渦流效應(yīng)？電渦流傳感器可以進(jìn)行哪些非電量參數(shù)測(cè)量？電渦流傳感器可將哪些物理量轉(zhuǎn)換為電量進(jìn)行輸出？ 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流，稱(chēng)之為電渦流或渦流，這種現(xiàn)象稱(chēng)為渦流效應(yīng)。電渦流傳感器可以測(cè)量振動(dòng)、位移、厚度、轉(zhuǎn)數(shù)、溫度、硬度等參數(shù)，還可進(jìn)行無(wú)損探傷。 電渦流傳感器可將位移、溫度等物理量轉(zhuǎn)換為電量進(jìn)行輸出。4-6試述電感式傳感器有哪些種類(lèi)及其工作原理。電感式傳感器有自感式傳感器、互感式傳感器、電渦流式傳感器等。自感式傳感器，把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成自感的變化，通過(guò)一定的轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出?；ジ惺絺鞲衅鳎瑢⒈粶y(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為變壓器的互感變化，變壓器初級(jí)線圈輸入交流電壓，次級(jí)線圈則互感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。電渦流傳感器，利用電渦流效應(yīng)，將位移、溫度等非電量轉(zhuǎn)換為阻抗的變化或電感的變化從而進(jìn)行非電量的測(cè)量。4-7分析電感傳感器出現(xiàn)非線性的原因，并說(shuō)明如何改善？電感傳感器的自感系數(shù)可表示為：，變氣隙式電感傳感器應(yīng)用最為廣泛，其氣隙厚度δ與電感L呈非線性關(guān)系。可采用差分式結(jié)構(gòu)改善線性。兩個(gè)完全相同的單線圈共用一個(gè)活動(dòng)銜鐵，構(gòu)成差分電感傳感器，兩個(gè)線圈的電氣參數(shù)和幾何尺寸要求完全相同。

第5章霍爾傳感器與位移檢測(cè)5-1試述霍爾電勢(shì)建立的過(guò)程?；魻栯妱?shì)的大小和方向與哪些因素有關(guān)？霍爾效應(yīng)是半導(dǎo)體中的自由電荷受到磁場(chǎng)中的洛侖茲力作用而產(chǎn)生的。半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)制是自由電子沿著與電流相反的方向運(yùn)動(dòng)，在磁場(chǎng)中自由電子將受到洛侖茲力的作用，受力方向可由左手定則判定。由于洛侖茲力的作用，自由電子會(huì)向一側(cè)偏轉(zhuǎn)，半導(dǎo)體薄片在該側(cè)形成了自由電子的累積，而另一側(cè)缺少電子，所以形成了電場(chǎng)。該電場(chǎng)對(duì)自由電子產(chǎn)生電場(chǎng)力，阻止自由電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)。當(dāng)電場(chǎng)力與洛侖茲力相等時(shí)，自由電子的積累便達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡。同時(shí)由于電荷的積聚，產(chǎn)生了靜電場(chǎng)，該靜電場(chǎng)稱(chēng)為霍爾電場(chǎng)?；魻栯妶?chǎng)兩端之間形成一個(gè)穩(wěn)定的電勢(shì)，就是霍爾電勢(shì)?；魻栯妱?shì)的大小和方向與以下因素有關(guān)：激勵(lì)電流I、與激勵(lì)電流垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度分量B、器件材料，霍爾電勢(shì)的方向還與半導(dǎo)體是P型還是N型有關(guān)，兩者方向相反。5-2霍爾元件存在不等位電勢(shì)的主要原因有哪些？如何補(bǔ)償？補(bǔ)償?shù)脑硎鞘裁矗坎坏任浑妱?shì)主要是由于兩個(gè)電極不在同一等位面上以及材料電阻率不均勻等因素引起的。除了在工藝上采取措施以外，還需采用補(bǔ)償電路加以補(bǔ)償，即在阻值較大的橋臂上并聯(lián)可調(diào)電阻?；魻栐撬亩嗽?，可以等效為一個(gè)四壁電橋，理想情況下不等位電勢(shì)等于0，對(duì)應(yīng)于電橋的平衡狀態(tài)。如果由于霍爾元件的某種結(jié)構(gòu)原因造成不等位電勢(shì)不為零，則電橋就處于不平衡狀態(tài)，不等位電勢(shì)就是電橋的不平衡輸出電壓。產(chǎn)生不等位電勢(shì)的原因?yàn)榈刃щ姌虻乃膫€(gè)橋壁電阻的不相等，所以所有能使電橋達(dá)到平衡的方法都可用于補(bǔ)償不等位電勢(shì)。5-3最佳的霍爾傳感器的材料是什么材料？為什么？最佳的霍爾傳感器的材料是半導(dǎo)體材料。若想得到較強(qiáng)的霍爾電勢(shì)，則半導(dǎo)體材料的電阻率必須要高，且遷移率也要大。雖然金屬導(dǎo)體的載流子遷移率很大，但其電阻率低；絕緣體的電阻率很高，但其載流子遷移率低。因此最佳的霍爾傳感器的材料只有半導(dǎo)體材料。5-4集成霍爾傳感器分為哪些類(lèi)型，各有什么特點(diǎn)？集成霍爾傳感器的輸出是經(jīng)過(guò)處理的霍爾輸出信號(hào)，按照輸出信號(hào)的形式，它可分為開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器和線性型集成霍爾傳感器兩種。開(kāi)關(guān)型霍爾集成電路的輸出只有低電平和高電平兩種狀態(tài)；而線性霍爾集成電路的輸出卻是對(duì)外加磁場(chǎng)的線性感應(yīng)。5-5若一個(gè)霍爾器件的靈敏度，控制電流，將它置于1T-5T變化的磁場(chǎng)中，它輸出的霍爾電勢(shì)范圍多大?設(shè)計(jì)一個(gè)20倍的比例放大器來(lái)放大該霍爾電勢(shì)。解：根據(jù)：U可得：B=1T時(shí)，UB=5T時(shí)，U輸出的霍爾電勢(shì)范圍：12mV~60mV。第6章壓電式傳感器與動(dòng)態(tài)檢測(cè)6-1壓電式傳感器是一種典型的自發(fā)電型元件，只有在受到動(dòng)態(tài)力時(shí)才會(huì)產(chǎn)生電量。6-2壓電傳感器里常見(jiàn)的壓電元件材料有石英晶體、壓電陶瓷、壓電半導(dǎo)體、高分子壓電材料四種。6-3常用壓電材料中，壓電系數(shù)高且介電常數(shù)大的是壓電陶瓷，機(jī)械強(qiáng)度高且溫度及機(jī)械穩(wěn)定性能最好的是石英晶體，質(zhì)輕柔軟、不易破碎且能制成較大面積的是高分子壓電材料。6-4壓電傳感器測(cè)量電路的作用是：阻抗變換和信號(hào)放大。6-5使用壓電陶瓷制作的力或壓力傳感器可測(cè)量C。A.人的體重B.車(chē)刀的壓緊力C.車(chē)刀在切削時(shí)感受到的切削力的變化量D.自來(lái)水管中的水的壓力6-6動(dòng)態(tài)力傳感器中，兩片壓電片多采用B接法，可增大輸出電荷量；在電子打火機(jī)和煤氣灶點(diǎn)火裝置中，多片壓電片采用A接法，可使輸出電壓達(dá)上萬(wàn)伏，從而產(chǎn)生電火花。A.串聯(lián)B.并聯(lián)C.既串聯(lián)又并聯(lián)6-7什么是壓電效應(yīng)？用壓電效應(yīng)傳感器能否測(cè)量靜態(tài)信號(hào)？為什么？某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的一定表面上產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)不帶電狀態(tài)的現(xiàn)象，稱(chēng)為壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)傳感器不能測(cè)量靜態(tài)信號(hào)。因?yàn)楫?dāng)作用于壓電元件力為靜態(tài)力（ω=0）時(shí),則前置放大器的輸入電壓等于零,因?yàn)殡姾蓵?huì)通過(guò)放大器輸入電阻和傳感器本身漏電阻漏掉,所以壓電傳感器不能用于靜態(tài)力測(cè)量。6-8常用的壓電元件有哪幾種？哪種測(cè)量精度最高？壓電傳感器里常見(jiàn)的壓電元件材料有石英晶體、壓電陶瓷、壓電半導(dǎo)體、高分子壓電材料。其中，石英晶體性能非常穩(wěn)定，它有很大的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定的機(jī)械性能，測(cè)量精度最高。6-9根據(jù)下圖所示石英晶體切片上第一次受力情況下產(chǎn)生的電荷極性，試標(biāo)出其余三種受力情況下的產(chǎn)生的電荷極性。解：6-10現(xiàn)有一測(cè)單向脈動(dòng)力的壓電傳感器如圖所示，壓電元件用兩片壓電陶瓷并聯(lián)，壓電常數(shù)為200×10-12C/N，電荷放大器的反饋電容Cf=2000pF，測(cè)得輸出電壓uo=5sinωt(V)。求：1）該傳感器產(chǎn)生的電荷為多少？2）此被測(cè)脈動(dòng)力大小是多少？解：1)由得：Q=UO·CF=5sinωt×2000pf=10-8sinωt(C)2)F=Q/d=200×10-12/10-8sinωt=0.02sinωt(N)

第7章熱電式傳感器與溫度檢測(cè)7-1什么是熱電效應(yīng)和熱電動(dòng)勢(shì)？什么叫接觸電動(dòng)勢(shì)？什么叫溫差電動(dòng)勢(shì)？答：兩種不同的導(dǎo)體兩端相互緊密地連接在一起，組成一個(gè)閉合回路。當(dāng)兩接點(diǎn)溫度不等時(shí)，回路中就會(huì)產(chǎn)生大小和方向與導(dǎo)體材料及兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)的電動(dòng)勢(shì)，從而形成電流，這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)，該電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為熱電動(dòng)勢(shì)。由于兩種導(dǎo)體自由電子密度不同，而在其接觸處形成的電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為接觸電動(dòng)勢(shì)。在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電位差，稱(chēng)為溫差電動(dòng)勢(shì)。7-2什么是熱電偶的中間導(dǎo)體定律？中間導(dǎo)體定律有什么意義？答：在熱電偶測(cè)溫回路內(nèi)接入第三種導(dǎo)體，只要其兩端溫度相同，則對(duì)回路的總熱電勢(shì)沒(méi)有影響。中間導(dǎo)體定律的意義在于：在實(shí)際的熱電偶測(cè)溫應(yīng)用中，測(cè)量?jī)x表（如動(dòng)圈式毫伏表、電子電位差計(jì)等）和連接導(dǎo)線可以作為第三種導(dǎo)體對(duì)待。7-3什么是熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)電極定律？標(biāo)準(zhǔn)電極定律有什么意義？答：如果兩種導(dǎo)體A、B分別與第三種導(dǎo)體C組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)已知，則由這兩個(gè)導(dǎo)體A、B組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)可由下式來(lái)確定：標(biāo)準(zhǔn)電極定律的意義在于：純金屬的種類(lèi)很多，合金的種類(lèi)更多，在實(shí)際處理中，由于鉑的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，通常選用高純鉑絲作標(biāo)準(zhǔn)電極，只要測(cè)得它與各種金屬組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)，則各種金屬間相互組合成熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)就可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電極定律計(jì)算出來(lái)。7-4熱電偶串聯(lián)測(cè)溫線路和并聯(lián)測(cè)溫線路主要用于什么場(chǎng)合，并簡(jiǎn)述各自的優(yōu)缺點(diǎn)。答：有些大型設(shè)備，有時(shí)需要測(cè)量多點(diǎn)（兩點(diǎn)或兩點(diǎn)以上）的平均溫度，可以通過(guò)將多支同型號(hào)的熱電偶同極性并聯(lián)或串聯(lián)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。串聯(lián)線路的主要優(yōu)點(diǎn)：熱電動(dòng)勢(shì)大，儀表的靈敏度大大增加，且避免了熱電偶并聯(lián)線路存在的缺點(diǎn)，只要有一只熱電偶斷路，總的熱電動(dòng)勢(shì)消失，立即可以發(fā)現(xiàn)有斷路。缺點(diǎn)：只要有一支熱電偶斷路，整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)將停止工作。并聯(lián)線路的主要特點(diǎn)：當(dāng)有一只熱電偶燒斷時(shí)，難以覺(jué)察出來(lái)。當(dāng)然，它也不會(huì)中斷整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)的工作。7-5電阻式溫度傳感器的工作原理是什么？有幾種類(lèi)型？答：熱電阻作為一種感溫元件，它是利用導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量。最常用的材料是鉑和銅。工業(yè)上被廣泛用來(lái)測(cè)量中低溫區(qū)－200～500oC的溫度。熱電阻由電阻體、保護(hù)套管和接線盒等部件組成。由金屬導(dǎo)體鉑、銅、鎳等制成的測(cè)溫元件稱(chēng)為金屬熱電阻傳感器，簡(jiǎn)稱(chēng)熱電阻傳感器；由半導(dǎo)體材料制成的測(cè)溫元件稱(chēng)為熱敏電阻。7-6金屬熱電阻溫度傳感器常用的材料有哪幾種？各有何特點(diǎn)？答：金屬熱電阻的工作原理：利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的。測(cè)溫范圍——-220850℃范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測(cè)量至1K（-272℃），高溫可測(cè)量至1000℃。金屬熱電阻的主要材料——鉑和銅。7-7目前熱電阻常用的引線方法主要有哪些？并簡(jiǎn)述各自的應(yīng)用場(chǎng)合。答：熱電阻引線方式有兩線制、三線制和四線制三種。（1）兩線制接法（用于引線不長(zhǎng)，精度較低）（2）三線制接法（用于工業(yè)測(cè)量，一般精度）（3）四線制接法（實(shí)驗(yàn)室用，高精度測(cè)量）7-8請(qǐng)簡(jiǎn)要敘述一下熱敏電阻的優(yōu)缺點(diǎn)及改進(jìn)措施。答：（1）電阻值和電阻溫度系數(shù)大、靈敏度高（比熱電阻大1～2個(gè)數(shù)量級(jí)）。（2）體積小（最小直徑可達(dá)0.1～0.2mm，可用來(lái)測(cè)量“點(diǎn)溫”）、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固（能承受較大的沖擊、振動(dòng)）。（3）電阻率高、熱慣性小、響應(yīng)速度快，適用于快速變化的測(cè)量場(chǎng)合。（4）制造簡(jiǎn)單，使用方便壽命長(zhǎng)。（5）易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量（本身阻值一般較大，無(wú)需考慮引線電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響）。目前它存在的主要缺點(diǎn)是：互換性較差，同一型號(hào)的產(chǎn)品特性參數(shù)有較大差別；穩(wěn)定性較差；非線性嚴(yán)重，且不能在高溫下使用。但隨著技術(shù)的發(fā)展和工藝的成熟，熱敏電阻的缺點(diǎn)將逐漸得到改進(jìn)。

第8章光電式傳感器與轉(zhuǎn)速檢測(cè)8-1光電效應(yīng)有哪幾種？分別對(duì)應(yīng)什么光電元件？答：根據(jù)產(chǎn)生電效應(yīng)的不同，光電效應(yīng)大致可分為外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)三類(lèi)。在光線照射下，使電子從物體表面逸出的現(xiàn)象稱(chēng)為外光電效應(yīng)。根據(jù)外光電效應(yīng)制成的光電器件有光電管、光電倍增管等。在光線照射下，使物體的電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象稱(chēng)為內(nèi)光電效應(yīng)，也稱(chēng)為光電導(dǎo)效應(yīng)。根據(jù)內(nèi)光電效應(yīng)制成的光電器件有光敏電阻、光敏二極管與光敏三極管等。在光線照射下，使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱(chēng)為光生伏特效應(yīng)，簡(jiǎn)稱(chēng)光伏效應(yīng)。根據(jù)光伏效應(yīng)制成的光電器件有光電池等。8-2試比較光敏電阻，光電池，光敏二極管和光敏晶體管的性能差異，并簡(jiǎn)述在不同場(chǎng)合下應(yīng)選用哪種元件最為合適。答：光敏電阻又稱(chēng)光導(dǎo)管，為純電阻元件，其工作原理是基于光電導(dǎo)效應(yīng)，其阻值隨光照增強(qiáng)而減小。優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，光譜響應(yīng)范圍寬，體積小，重量輕，機(jī)械強(qiáng)度高，耐沖擊，耐振動(dòng)，抗過(guò)載能力強(qiáng)和壽命長(zhǎng)等。不足：需要外部電源，有電流時(shí)會(huì)發(fā)熱。光電池是利用光生伏特效應(yīng)把光直接轉(zhuǎn)變成電能的器件，又稱(chēng)為太陽(yáng)能電池，是基于光生伏特效應(yīng)制成的。硅光電池價(jià)格便宜，轉(zhuǎn)換效率高，壽命長(zhǎng)，適于接受紅外光；硒光電池電轉(zhuǎn)換效率低，壽命短，適于接受可見(jiàn)光，最適宜制造照度計(jì)；砷化鎵光電池轉(zhuǎn)化率比硅光電池稍高，光譜響應(yīng)特性于太陽(yáng)光譜最吻合，工作溫度最高，更耐受宇宙射線的輻射，主要用于宇宙飛船、衛(wèi)星、太空探測(cè)器等的電源。光敏二極管的基本結(jié)構(gòu)是個(gè)PN結(jié)，結(jié)面積小，頻率特性特別好，輸出電流比光電池小，在電路中一般工作在反向工作狀態(tài)。特點(diǎn)：頻帶寬，可達(dá)10GHz，在反偏壓下可承受較高的反向電壓，線性輸出范圍寬，增加反向偏壓會(huì)使耗盡層寬度增加，結(jié)電容進(jìn)一步減小，使頻帶寬度變寬，另外其光照特性是線性的，適合檢測(cè)等方面的應(yīng)用。不足：I層電阻大，輸出電流小。光敏三極管有PNP和NPN兩種，具有電流增益，存在一個(gè)最佳靈敏度的峰值波長(zhǎng)，能把光信號(hào)變成電信號(hào)，輸出電信號(hào)比較大，一般來(lái)說(shuō)光敏三極管的頻響比光敏二極管差，硅管的頻響比鍺管好，在可見(jiàn)光或探測(cè)熾熱狀態(tài)的物體時(shí)一般選用硅管，對(duì)紅外進(jìn)行探測(cè)時(shí)采用鍺管比較合適，因其光照特性，即可作線性轉(zhuǎn)換元件也可作開(kāi)關(guān)元件。光敏晶體管是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)原理制成的特殊光傳感器件，它能夠?qū)⒐庑盘?hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，其外形最大特征是管殼均開(kāi)有感光窗口，并且窗口多設(shè)有會(huì)聚光線的凸透鏡。8-3光電式傳感器由哪些部分組成？被測(cè)量可以影響光電式傳感器的哪些部分？答：光電式傳感器由光源、光學(xué)元器件和光電元器件組成光路系統(tǒng)，結(jié)合相應(yīng)的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路而構(gòu)成。圖中x1和x2為被測(cè)信號(hào)，他們能夠分別造成光源本身或光源通路的變化，從而影響傳感器輸出的電信號(hào)。8-4簡(jiǎn)述光電倍增管的工作原理。答：光電倍增建立在外光電效應(yīng)、二次電子發(fā)射和電子光學(xué)理論基礎(chǔ)上，結(jié)合了高增益、低噪聲、高頻率響應(yīng)和大信號(hào)接收區(qū)等特征，是一種具有極高靈敏度和超快時(shí)間響應(yīng)的光敏電真空器件，可以工作在紫外、可見(jiàn)和近紅外區(qū)的光譜區(qū)。日盲紫外光電倍增管對(duì)日盲紫外區(qū)以外的可見(jiàn)光、近紫外等光譜輻射不靈敏，具有噪聲低（暗電流小于1nA）、響應(yīng)快、接收面積大等特點(diǎn)。8-5根據(jù)硅光電池的光電特性，在40000Lx的光照下要得到2V的輸出電壓，需要幾片光電池？如何連接？答：晶體硅光電池的能隙寬帶是固定的，即發(fā)電電壓在0.5±0.05V。光線弱電壓高，光線強(qiáng)輸出電壓低而電流大。2V就是4片串聯(lián)的結(jié)果，這個(gè)2V是開(kāi)路電壓，如果想要工作電壓是2V，那么開(kāi)路就得3V，即6片串聯(lián)。8-6設(shè)計(jì)一個(gè)光電開(kāi)關(guān)用于生產(chǎn)流水線的產(chǎn)量計(jì)數(shù)，畫(huà)出結(jié)構(gòu)圖，并簡(jiǎn)要說(shuō)明，為防止熒光等其他光源的干擾，設(shè)計(jì)中應(yīng)采取什么措施？答：為防止熒光等其他光源的干擾，設(shè)計(jì)中應(yīng)采取光隔離器，它是一種避免回返光對(duì)光源等器件的工作產(chǎn)生影響并對(duì)回返光進(jìn)行抑制的一種光無(wú)源器件，對(duì)正向傳輸光具有較低插入損耗，而對(duì)反向傳輸光有很大衰減作用，因而可以抑制光傳輸系統(tǒng)中反射信號(hào)對(duì)光源的不利影響。8-7根據(jù)圖8-31所示的光電數(shù)字轉(zhuǎn)速表的工作原理，如果轉(zhuǎn)盤(pán)的孔數(shù)為N，每秒鐘光敏二極管的脈沖個(gè)數(shù)為f，試問(wèn)轉(zhuǎn)速為每分鐘多少轉(zhuǎn)？答：由脈沖個(gè)數(shù)=孔數(shù)*計(jì)數(shù)時(shí)間*轉(zhuǎn)速/60，那么，轉(zhuǎn)速=脈沖個(gè)數(shù)*60/（孔數(shù)*計(jì)數(shù)時(shí)間）=60f/N.8-8沖床工作時(shí)，為保護(hù)工人的手指安全，設(shè)計(jì)一安全控制系統(tǒng)，選用兩種以上的傳感器來(lái)同時(shí)探測(cè)工人的手是處于危險(xiǎn)區(qū)域（沖頭下方）。只要有一個(gè)傳感器輸出有效（即檢測(cè)到手未離開(kāi)危險(xiǎn)區(qū)），則不讓沖頭動(dòng)作，或使正在動(dòng)作的沖頭慣性輪剎車(chē)。說(shuō)明檢測(cè)控制方案，以及必須同時(shí)設(shè)置兩個(gè)傳感器組成“或”的關(guān)系，必須使用兩只手（左右手）同時(shí)操作沖床開(kāi)關(guān)的好處。答：略

第9章半導(dǎo)體傳感器與濕度、氣體檢測(cè)9-1試述電阻式濕敏傳感器的基本原理。答：電阻式濕敏傳感器是利用器件電阻值隨濕度變化的基本原理來(lái)進(jìn)行工作的，其感濕特征量為電阻值。9-2試述電阻式濕敏傳感器的主要類(lèi)型。答：根據(jù)使用感濕材料的不同，電阻式濕敏傳感器可分為電解質(zhì)式、陶瓷式和高分子式三類(lèi)。電解質(zhì)式電阻濕敏傳感器的典型代表是氯化鋰濕敏電阻，它是利用吸濕性鹽類(lèi)“潮解”，離子導(dǎo)電率發(fā)生變化而制成的測(cè)濕元件。陶瓷式電阻濕敏傳感器通常是由兩種以上金屬氧化物混合燒結(jié)而成的多孔陶瓷，是根據(jù)感濕材料吸附水分后其電阻率會(huì)發(fā)生變化的原理來(lái)進(jìn)行濕度檢測(cè)。高分子式電阻濕敏傳感器是利用高分子電解質(zhì)吸濕而導(dǎo)致電阻率發(fā)生變化的基本原理來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。9-3試述電阻式濕敏傳感器的特點(diǎn)。答：電阻式濕敏傳感器的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，主要缺點(diǎn)是線性度和產(chǎn)品的互換性差。9-4陶瓷式電阻濕敏傳感器的導(dǎo)電機(jī)理是什么？答：陶瓷式電阻濕敏傳感器通常是由兩種以上金屬氧化物混合燒結(jié)而成的多孔陶瓷，是根據(jù)感濕材料吸附水分后其電阻率會(huì)發(fā)生變化的原理來(lái)進(jìn)行濕度檢測(cè)。9-5簡(jiǎn)述陶瓷式電阻濕敏傳感器的特點(diǎn)。答：陶瓷的化學(xué)穩(wěn)定性好，耐高溫，多孔陶瓷的表面積大，易于吸濕和脫濕，所以響應(yīng)時(shí)間可以短至幾秒。這種濕敏器件的感濕體外常罩一層加熱絲，以對(duì)器件進(jìn)行加熱清洗，排除周?chē)鷲毫迎h(huán)境對(duì)器件的污染。9-6氣敏傳感器必須滿(mǎn)足哪些基本條件？答：氣敏傳感器就是能夠感知環(huán)境中氣體成份及其濃度的一種敏感器件，它將氣體種類(lèi)及其濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，根據(jù)這些電信號(hào)的強(qiáng)弱便可獲得與待測(cè)氣體在環(huán)境中存在情況有關(guān)的信息，從而可以進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警，還可以通過(guò)接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)檢測(cè)、控制和報(bào)警系統(tǒng)。9-7請(qǐng)簡(jiǎn)要介紹一下氣敏傳感器在汽車(chē)領(lǐng)域的一些應(yīng)用。答：氣敏傳感器在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用主要是尾氣中有害氣體的檢測(cè)。9-8請(qǐng)簡(jiǎn)要介紹一下半導(dǎo)體式電阻型氣敏傳感器。答：半導(dǎo)體式氣敏傳感器是利用半導(dǎo)體氣敏元件（主要是金屬氧化物）同待測(cè)氣體接觸，造成半導(dǎo)體的電導(dǎo)率等物理性質(zhì)發(fā)生變化的原理來(lái)檢測(cè)特定氣體的成份或者濃度的。半導(dǎo)體式電阻型氣敏傳感器是用氧化錫、氧化鋅等金屬氧化物材料制作成敏感元件，利用敏感材料接觸氣體時(shí)其電阻值的變化來(lái)檢測(cè)氣體的成份或濃度。9-9請(qǐng)簡(jiǎn)要介紹一下半導(dǎo)體式非電阻型氣敏傳感器。答：半導(dǎo)體式非電阻型氣敏傳感器也是一種半導(dǎo)體器件，它們與被測(cè)氣體接觸后，如二極管的伏安特性或場(chǎng)效應(yīng)管的閾值電壓等將會(huì)發(fā)生變化。根據(jù)這些特性的變化來(lái)測(cè)定氣體的成份或濃度。9-10氣敏傳感器有哪幾種類(lèi)型？答：由于被測(cè)氣體的種類(lèi)繁多，性質(zhì)各不相同，不可能用一種傳感器來(lái)檢測(cè)所有的氣體，所以氣敏傳感器的種類(lèi)也很多。氣敏傳感器具體類(lèi)型有：半導(dǎo)體式、接觸燃燒式、化學(xué)反應(yīng)式、光干涉式、熱傳導(dǎo)式、紅外線吸收散射式等。9-11簡(jiǎn)述半導(dǎo)體式電阻型氣敏傳感器的工作原理。答：構(gòu)成半導(dǎo)體電阻型氣敏傳感器的核心——?dú)饷粼牟牧?，一般都是金屬氧化物，在合成材料時(shí)，按化學(xué)計(jì)量比的偏離和雜質(zhì)缺陷合成。金屬氧化物半導(dǎo)體分為N型半導(dǎo)體（如氧化錫、氧化鋅、氧化鐵等）和P型半導(dǎo)體（如氧化鉬、氧化鉻、氧化鈷、氧化鉛、氧化銅、氧化鎳等）。9-12氣敏傳感器一般應(yīng)用于哪些方面？答：各種易燃、易爆、有毒、有害氣體對(duì)人們的生產(chǎn)、生活以及人身安全造成極大的危害，人們可以應(yīng)用氣敏傳感器及其相關(guān)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)這些氣體的檢測(cè)和報(bào)警，從而減少有害氣體的危害。（1）便攜式礦井瓦斯超限報(bào)警器；（2）自動(dòng)通風(fēng)扇；（3）煙霧報(bào)警器電路；（4）酒精檢測(cè)報(bào)警器等。

第10章新型傳感器及應(yīng)用10-1.超聲波的物理性質(zhì)有哪些？答：超聲在密度均勻的介質(zhì)中傳播，不產(chǎn)生反射和散射。當(dāng)通過(guò)聲阻抗不同的介質(zhì)時(shí)，在兩種介質(zhì)的交界面上產(chǎn)生反射與折射或散射與繞射。（1）反射與折射，（2）散射與繞射，（3）超聲衰減，（4）多普勒效應(yīng)，（5）機(jī)械效應(yīng)，（6）空化效應(yīng)，（7）熱效應(yīng)；此外，還有聲流效應(yīng)、觸發(fā)效應(yīng)和彌散效應(yīng)等，其都具有很高的應(yīng)用價(jià)值。10-2．超聲波探頭的工作原理是什么？答：超聲波探頭是利用超聲波在超聲場(chǎng)中的物理特性和各種效應(yīng)而研制的轉(zhuǎn)換裝置，作為可逆的聲電轉(zhuǎn)換元件，起發(fā)射和接收高頻脈沖彈性波的作用。其主要是由外殼、接線片、吸收塊(阻尼塊)、壓電晶片、保護(hù)膜組成。探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。外殼主要起保護(hù)固定內(nèi)部原件的作用，阻尼塊則起著吸收聲能加大阻尼；壓電晶片主要實(shí)現(xiàn)聲電相互轉(zhuǎn)換，接線片則實(shí)現(xiàn)晶片和電纜連接。10-3．簡(jiǎn)述磁敏傳感器的工作原理。答：磁性材料在受到外界的熱、光、力以及射線的作用時(shí)，要改變其磁特性。如圖，磁性傳感器的輸入量有熱、光、應(yīng)力、射線、磁等使磁性傳感器（磁性材料）的Bm、Hc、μ或R發(fā)生變化。利用這些磁參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。10-4．常見(jiàn)的磁敏傳感器有哪些，各有什么特點(diǎn)？答：磁敏傳感器是基于磁電轉(zhuǎn)換原理的傳感器。磁敏傳感器主要有：磁敏電阻：磁阻效應(yīng)原理；磁檢測(cè)靈敏度高；輸出信號(hào)幅值大；抗電磁干擾能力強(qiáng)；分辨力高。磁敏二極管：探測(cè)靈敏度高，體積小、響應(yīng)快、無(wú)觸點(diǎn)、輸出功率大及線性特性好。磁敏三極管：采用硅材料，穩(wěn)定性比較高，溫漂系數(shù)比較小，具有正、反磁靈敏度極性?；魻柺酱琶魝鞲衅鳎壕雀?、寬帶寬、測(cè)量范圍廣泛、結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小，頻率高，耐震動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。10-5．簡(jiǎn)述光纖傳感器的分類(lèi)及特點(diǎn)？答：光纖傳感器大致上分成光纖自身傳感器和利用光纖的傳感器，即一類(lèi)是功能型（傳感型）傳感器;另一類(lèi)是非功能型（傳光型）傳感器。（1）功能型傳感器：利用光纖本身的特性把光纖作為敏感元件,被測(cè)量對(duì)光纖內(nèi)傳輸?shù)墓膺M(jìn)行調(diào)制,使傳輸?shù)墓獾膹?qiáng)度、相位、頻率或偏振態(tài)等特性發(fā)生變化,再通過(guò)對(duì)被調(diào)制過(guò)的信號(hào)進(jìn)行解調(diào),從而得出被測(cè)信號(hào)。結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高，但須用特殊光纖，成本高。如光纖陀螺、光纖水聽(tīng)器等。（2）非功能型傳感器：利用其它敏感元件感受被測(cè)量的變化,光纖僅作為信息的傳輸介質(zhì)，常采用單模光纖。光纖在其中僅起導(dǎo)光作用，光照在光纖型敏感元件上受被測(cè)量調(diào)制。無(wú)需特殊光纖及其他特殊技術(shù)；比較容易實(shí)現(xiàn)，成本低。但靈敏度較低。

第11章現(xiàn)代傳感器與虛擬儀器技術(shù)11-1.智能傳感器一般由哪些部分組成？它有哪些顯著特點(diǎn)？答：智能傳感器系統(tǒng)主要由傳感器、微處理器及相關(guān)電路組成，傳感器將被測(cè)的物理量、化學(xué)量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，送到信號(hào)調(diào)制電路中，經(jīng)過(guò)濾波、放大、A/D轉(zhuǎn)換后送達(dá)微處理器。微處理器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析處理后，一方面通過(guò)反饋回路對(duì)傳感器與信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量過(guò)程的調(diào)節(jié)和控制；另一方面將處理的結(jié)果傳送到輸出接口，經(jīng)接口電路處理后按輸出格式、界面定制輸出數(shù)字化的測(cè)量結(jié)果。特點(diǎn)有：精度高、高可靠性與高穩(wěn)定性、高信噪比與高分辨力、強(qiáng)自適應(yīng)性、較高的性能價(jià)格比等。11-2.簡(jiǎn)述多傳感器數(shù)據(jù)融合原理。答：（1）多個(gè)不同類(lèi)型傳感器（有源或無(wú)源）收集觀測(cè)目標(biāo)的數(shù)據(jù)；（2）對(duì)傳感器的輸出數(shù)據(jù)（離散或連續(xù)的時(shí)間函數(shù)數(shù)據(jù)、輸出矢量、成像數(shù)據(jù)或一個(gè)直接的屬性說(shuō)明）進(jìn)行特征提取的變換，提取代