发布时间 : 星期二 文章传感器与检测技术习题答案--周杏鹏更新完毕开始阅读
厚度发生变化，将引起电容量的变化，用交流电桥将电容的变化电容为C1+C2 测出来，经过放大即可由电表指示测量结果。4.18
工作答：电感式传感器种类：自感式、涡流式、差动式、变压式、压磁式、感应同步器。 原理：自感、互感、涡流、压磁。详细参看教材相关章节。4.19 答：略 专业文档供参考，如有帮助请下载。．
4.20 答：略 4.21
解：
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=16mH
4.22
i。使该答：电涡流效应：有一通以交变电流H1的传感器线圈，其周围产生一个交变磁场1ii
方向相反，力H1H2，与将产生一个新磁场H2磁场范围内的被测导体内产生电涡流，22发生变化。测量原理：通过和品质因数Q从而导致线圈的电感H1,L 、阻抗Z图削弱原磁场，导体的几等效电路分析，能够引起这三者变化的因素有，传感器线圈与导体之间的距离x余者皆不变，就能构成测量该参数的传感何形状，导体的材质，控制其中某一个参数改变，器，例如位移测量、探伤、材质检测、测厚等。测量电路：被测量引起变化的电参量有：线电桥电路、谐振电路、Q值，针对不同参量测量电路有三种：阻抗圈电感L、Z、或品质因数 值测试电路Q4.23 4-63。P112答：特点见本教材P107页第二段。原理图见本教材图
第五章5.1
答：当固体在某一方向上承受应力时，电阻率发生显著变化，这种现象称为压阻效应。 单位应力作用下电阻率的相对变化称为压阻系数。 晶向的表示方法有两种，一种是截距法，一种是法线法。 5.2
就会引起它内一些离子型晶体电介质，当沿着一定方向受到机械力作用而产生形变时，答：部正负电荷中心相对位移产生电的极化，从而导致其两个相对表面上出现符号相反的电荷；当作用力方向改变时，电荷的这种现象称为压电效应。当外力去掉后，恢复到不带电状态。。当在电介质方向施极性也随之改变，这种将机械能转换为电能的现象称为“正压电效应” 。加电厂时，这些电解质也会产生几何形变，这种现象称为“逆压电效应” 专业文档供参考，如有帮助请下载。． 通常把沿压电晶体电轴方向的力作用下产生的压电效应称为“纵向压电效应”，而把沿机械轴方
向的力作用下产生的压电效应称为“横向压电效应”
5.3
答：石英晶体俗称水晶，有天然和人工之分，天然结构的石英晶体是一个正六边形的晶柱。 其z轴称为光轴，也成为中性轴，当光线沿此轴通过石英晶体时，无折射；
经过六面体棱线并垂直于光轴的X轴称为电轴，在垂直于此轴的面上压电效应最强； 与X轴、Z轴垂直的Y轴称为机械轴，在电厂的作用下，沿该轴方向的机械形变最明显。
5.4
答：图见图5-15 P128。
当压电晶体受机械应力作用时，在它的两个极化面上出现极性相反电量相等的电荷。故压电器件实际上是一个电荷发生器。同时它也是一个电容器，晶片上聚集正负电荷的两表面相当于电容的两个极板，极板间物质等效于一种介质。
基于以上分析，压电传感器可以等效为一个与电容相并联的电荷源，也可以等效为一个与电容相串联的电压源。
5.5
答：参见 5.2.2 等效电路及测量电路中的第二节 测量电路。
5.6
答：压电式加速度传感器主要由压电元件、质量块、预压弹簧、基座及外壳等组成。整个部件装在外壳内，并由螺栓加以固定。
当加速度传感器和被测量物一起受到冲击振动时，压电元件受质量块惯性力的作用，根据牛顿第二定律，此惯性力是加速度的函数，此时力作用在压电原件上，因而产生电荷，当传感器一旦确定，则电荷与加速度成正比。因此通过测量电路测得电荷的大小，即可知道加速度的大小。
5.7
答：光照射在物体上就可以看做是一连串的具有能量的粒子轰击在物体上，这时物体吸收了光子能量后将引起电效应。这种因为吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量而产生的电效应就称为光电效应。
光电效应可分为外光电效应、内光电效应和阻挡层光电效应三种类型。 基于外光电效应原理工作的光电器件有光电管和光电倍增管。
基于内光电效应原理工作的光电器件有光敏电阻和反向偏置工作的光敏二极管和光敏三极管。 基于阻挡层效应原理工作的光电器件有光电池。
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5.8
答：电容式传感器可分为以下几种：
变极矩型电容传感器：量程远小于极板间初始距离是，可认为电容的变化量与距离呈线性关系。 变面积型电容式传感器：电容的变化量与面积的变化量呈线性关系。 变介质型电容传感器：电容量的变化与被测介质的移动量呈线性关系。
5.9
答：调频电路：调频测量电路是吧电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分，当输入量导致电容量发生变化时，振荡器的振荡频率就发生变化。
运算放大器式电路：运算放大器的输出电压与极板间距离呈线性关系，从而克服了变间隙式电容传感器的非线性问题。注意的是运算放大器要求具有足够大的放大倍数，而且输入阻抗很高。 双T二极管型电路：电源，传感器电容、负载均可同时在一点接地；非线性失真小；电源频率需要稳定；输出电压较高等；
5.10
答：光敏电阻：纯粹电阻元件，阻值随光照增加而减少，无光照时，光敏电阻阻值很大，电路中
的电流很小；当受到一定波长范围内的光照时，它的阻值急剧减小，电路中的电流迅速增大。 光敏二极管：在电路中光敏二极管一般处于反向工作状态，处于反向偏置的PN结，在无光照时具有高阻特性，反向暗电流很小。当有光照时，在结电场作用下，电子向N区运动，空穴向P区运动，形成光电流，方向与反向电流一致。光的照度愈大，光电流愈大。由于无光照时的反偏电流很小，因此光照时的反方向电流基本与光强成正比。
光敏晶体管具有两个PN结，可以看成是一个bc结为光敏二极管的三极管。在光照作用下，二极管将光信号转换为电流信号，该电流信号被三极管放大。
光电池：基于光生伏打特效制成，是自发式有源器件。它有较大面积的PN结，当光照射在PN结上时，在结的两端出现电动势。
5.11
答：光照强度指单位面积上所接受可见光的能量。
光电器件的灵敏度可用光照特性来表征，它是指半导体器件产生的光电流(光电压)与光照之间的关系。
光电器件的光谱特性是指相对灵敏度与入射光波长之间的关系，又称为光谱响应。
5.12
答：略。
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第六章
6.1
答：磁敏传感器是把磁物理量转换成电信号的传感器，大多是基于载流子在磁场中受洛伦兹力的作用而发生偏转的机理实现对相关物理量的信号检测。
6.2
答：当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象就是霍尔效应。
霍尔电势的大小正比于控制电流I和磁感应强度B。
6.3
答：激励电极间的电阻值称为输入电阻，霍尔电极输出电势对外部电路来说相当于一个电压20?5摄氏源，其电源内阻即为输出电阻。以上电阻值是在磁感应强度为零、环境温度为度时所确定的，实际阻值会随着温度的不同而变化。
6.4
答：当霍尔元件通以额定激励电流时，如果所处磁感应强度为零，那么它的霍尔电势应该为零，但实际不为零。这是测得的空载电势称为不等位电势。不等位电势可以用不等位电阻表示。不等位电势就是激励电流流经不等位电阻所产生的电压。
6.5
答：产生不等位电势的原因主要有：霍尔电极安装位置不对称或不在通以等电位面上。此外，材质不均匀、几何尺寸不均匀等原因对不等位电势也有一定的影响。
补偿：可以把霍尔元件等效为电桥电路，根据测量判断应在某一桥臂上并连上一定的电阻。
6.6
答：霍尔元件与一般半导体期间一样，对温度变化十分敏感。这是由于半导体材料的电阻率，迁移率，迁移率和载流子浓度等随温度变化的缘故。霍尔元件的灵敏度稀疏是温度的函数，它随温度变化将引起霍尔电势的变化。
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6.7
答：影响温度特性的因素有半导体材料的电阻率、迁移率和载流子浓度等。
选用温度系数小的元件或采用恒温措施，还可以采用恒流源供电，减少由于输入电阻随温度变化引起的激励电流变化所带来的印象，此外补偿电路也可以起到作用。
6.8
答：略。
6.9
答：略。
6.10
答：湿度是表示大气中水汽含量的物理量。它有两种表示方法。 绝对湿度：指单位体积大气中水汽的质量。
相对湿度：指某一被测气体的绝对湿度与同一温度下水蒸气已达到饱和的气体的绝对湿度之比。
6.11
答：湿度传感器是指能将湿度转换为与其成一定比例关系的电信号输出的器件或装置，通常是由湿敏元件及转换电路组成。
种类：按输出的电学量可分为电阻型、电容型和频率型等；按照探测功能科分为绝对湿度型、相对湿度型；按材料可以分为陶瓷式、半导体式和电介质、有机高分子式等；如果按水分子是否渗入固体内可以分为“水分子亲和力型”和“非分子亲和力型”两大类。
6.12
答：半导体气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化而制成的。当半导体器件被加热到稳定状态，在气体接触半导体表面而被吸收式，被吸附的分子首先在表面物性自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一部分残留分子产生热分解而固定在吸附出。当半导体的功函数小于吸附分子的亲和力时，吸附分子将从器件夺得电子而变成负离子吸附，半导体表面呈现电荷层。如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向器件释放出电子，而形成正离子吸附。当氧化型气体吸附到N型半导体上，还原型气体吸附P型半导体上时，半导体的载流子减少，电阻值增大。当还原型气体吸附到N型半导体上时，氧化型气体吸附到P型半导体上时，半导体的载流子增多，电阻值下降。若气体浓度发生变化，其组织也将变化。
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6.13
答：用以将附着在敏感元件表面的尘埃、油雾等烧掉，加速气体的吸附，从而提高器件的灵敏度和响应速度。
6.14
答：光在半导体中传播时的衰减，是由于半导体带加点字吸收管子而从价带跃迁到导带的结果，这种吸收光子的过程称为本征吸收。实验表明，波长短的光子衰减较快，穿透深度较浅，而波长长的光子则能进入硅的较深区域。通过进一步的分析可以发现，浅的P-N结有较好的的蓝紫光灵敏度，深的P-N结则有利于红外灵敏度的提高。半导体色敏器件正是利用了这一特性。半导体色敏传感器相当于两只结构不同的光电二极管的组合。紫外光部分吸收系数大，经过很短距离已基本吸收完毕。因此浅结的那只光电二极管对紫外光的灵敏度高。而红外部分吸收系数小，这类波长的光子则主要在深结区被吸收。因此深结的那只光电二极管对红外光的灵敏度高。这就是说，在半导体中的不同区域对不同波长分别具有不同的灵敏度。正是由于这一种特性使得这种器件可以用于不同颜色的识别，也就是可以用来测量入射波长的波长。
半导体色敏传感器具体应用时，应先对色敏器件进行标定，也就是说测定不同波长的光照射下器件中两只光电二极管短路电流的比值。
第七章