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1、 光生伏特效应如何产生?
答: 当光照射到距表面很近的PN节时, 如果光能足够大, 光子能量大于半导体材料的禁带宽度, 电子就能从价带跃迁到导带, 成为自由电子。 由于光生电子、 空穴在扩散过程中会分别于半导体中的空穴、 电子复合, 因此载流子的寿命与扩散长度有关。只有PN结距表面的厚度小于扩散长度, 才能形成光电流产生光生电动势。
2、 什么是压电效应? 压电传感器有哪些?
答: 当某些晶体沿一定方向伸长或压缩时, 在其表面上会产生电荷, 这种效应成为压电效应。压电传感器有压电加速度传感器、 压电谐振式传感器、 声表面波传感器。
3、 当吸附膜是绝缘材料、 导电体或金属氧化物半导体时, SAW气敏传感器的敏感机理?
答: 当薄膜是绝缘材料时,它吸附气体引起密度的变化,进而引起SAW延迟线振荡器频率的偏移;当薄膜是导电体或金属氧化物半导体膜时,主要是由于导电率的变化引起SAW延迟线振荡器频率的偏移。
4、 简说马赫―泽德(Mach―Zehnder)干涉仪的工作原理。
5、 简述光纤传感器的优点?
1. 具有很高的灵敏度
2. 频带宽动态范围大
3. 可根据实际情况做成各种形状
4. 能够用很相近的技术基础构成传感不同物理量的传感器, 这些物理量包括声场、 磁场、 压力、 温度、 加速度、 转动、 位移、 液位、 流量、 电流、 辐射等等。
5. 便于与计算机和光纤传输系统相连, 易于实现系统的遥测和控制。
6. 可用于高温、 高压、 强磁干扰、 腐蚀等各种恶劣环境。
7. 结构简单、 体积小、 重量轻、 耗能少。
6、 相位跟踪系统是由什么组成的并简述它的功能?
相位跟踪系统是由电路系统和光纤相位调制器组成的。
1. 抵消任何不必要的大的低频相位漂移, 使干涉仪保持平衡,
2. 提供保证干涉仪在正交状态下工作的相移。
7、 什么叫安时特性
流过热敏电阻的电流与时间的关系, 称为安时特性
8、 数值孔径的定义
光从空气入射到光纤输入端面时, 处在某一角锥内的光线一旦进入光纤, 就将被截留在纤芯中, 此光锥半角的正弦称为数值孔径
9、 什么叫绝对湿度
在一定温度和压力条件下, 单位体积的混合气体中所含水蒸气的质量为绝对湿度
10、 光纤优点: 1抗电磁干扰能力强2柔软性好3光纤集传感与信号传输与一体, 利用它很容易构成分布式传感测量
11、 光纤分类:
一功能型①光强度调制型②光相位调制型③光偏振态调制型
二非功能型①光线位移传感器②光纤温度传感器
12、 光导纤维为什么能够导光? 光导纤维有哪些优点? 光纤式传感器中光纤的主要优点有哪些?
答: 光导纤维工作的基础是光的全内反射, 当射入的光线的入射角大于纤维包层间的临界角时, 就会在光纤的接口上产生全内反射, 并在光纤内部以后的角度重复逐次反射, 直至传递到另一端面。
优点:
a具有优良的传旋光性能, 传导损耗小
b频带宽, 可进行超高速测量, 灵敏度和线性度好
c能在恶劣的环境下工作, 能进行远距离信号的传送
功能型光纤传感器其光纤不但作为光传播的波导, 而且具有测量的功能。它能够利用外界物理因素改变光纤中光的强度、 相位、 偏振态或波长, 从而对外界因素进行测量和数据传输。
优点: 抗电磁干扰能力强; 灵敏度高; 几何形状具有多方面的适应性, 能够制成任意形状的光纤传感器, 能够制造传感各种不同物理信息的器件; 光纤传感器可用于高压, 电气噪声, 高温, 腐蚀或其它恶劣环境; 而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。
13、 简述振幅型和相位型光纤传感器的原理。
振幅型传感器的原理: 待测的物理扰动与光纤连接的光纤敏感元件相互作用, 直接调制光强。相位型传感器的原理: 在一段单模光纤中传输的相干光, 因待测物理场的作用, 产生相位调制。
14、 简述半导体气敏器件的分类和它们的代表性被测气体分别是什么?
分为电阻型和非电阻型两大类。电阻型可分为1) 表面电阻控制型, 其代表性被测气体为可燃性气体; 2) 体电阻控制型, 其代表性被测气体为乙醇、 可燃性气体和氧气; 非电阻型又可分为1) 表面电位, 其其代表性被测气体为硫醇; 2) 二级管整流特性, 其代表性被测气体为氢气、 一氧化碳、 乙醇3) 晶体管特性, 其代表性被测气体为氢气和硫化氢。
15、 简述光纤传感器的优点。
1) 与其它传感器相比, 它具有很高的灵敏度
2) 频带宽动态范围大
3) 可根据实际需要做成各种形状
4) 能够用很相近的技术基础构成传感不同物理量的传感器, 这些物理量包括声场、 磁场、 压力、 温度、 加速度、 转动( 陀螺) 、 位移、 液位、 流量、 电流、 辐射等等
5) 便于与计算机和光纤传输系统相连, 易于实现系统的遥测和控制
6) 可用于高温、 高压、 强电磁干扰、 腐蚀等各种恶劣环境
7) 结构简单、 体积小、 重量轻、 耗能少
16、 什么是红限频率?
答: 光电效应能否产生, 取决于光子的能量是否大于该物质表面的电子逸出功。这意味着每一种物质都有一个对应的光频阈值。
17、 电阻应变计产生温度误差的原因是?
答: ( 1) 敏感栅金属丝电阻本身随温度发生变化。
( 2) 试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一, 使应变丝产生附加变形而造成的电阻变化。
18、 什么叫线性度?
其定义为: 传感器的输出—输入校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程输出之比, 称为该传感器的”非线性误差”或称”线性度”, 也称”非线性度”。 一般见相对误差表示其大小:
19、 简说光电倍增管的工作原理。
答;利用二次电子释放效应, 将光电流在管内部进行放大。所谓二次电子释放效应是指高速电子撞击固体表面, 再发射出二次电子的现象。
20、 简述温度补偿方法有哪些? :
(1)电桥补偿法。
(2)辅助测温元件微型计算机补偿法。
(3)应变计自补偿法。
(4)热敏电阻补偿法。
21、 电阻应变计产生温度误差的原因是?
答: ( 1) 敏感栅金属丝电阻本身随温度发生变化。
( 2) 试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一, 使应变丝产生附加变形而造成的电阻变化。
22、 简说光电倍增管的工作原理。
答: 利用二次电子释放效应, 将光电流在管内部进行放大。所谓二次电子释放效应是指高速电子撞击固体表面, 再发射出二次电子的现象。
23、 光纤传感器所具有的特点?
A. 与其它的传感器相比, 它具有很高的灵敏度。
B. 频带宽动态范围大。
C. 可根据实际需要做成各种形状。
D. 能够用很相近的技术基础构成传感不同物理量的传感器。
E. 便于与计算机和光纤传输系统相连, 易于实现系统的遥测和控制
F. 可用于高温、 高压、 强电磁波干扰、 腐蚀等各种恶劣环境。
G. 结构简单、 体积小、 重量轻、 耗能少。
24、 温度传感器从使用上分为什么? 各自有何不同。
温度传感器从使用上大致分文接触型和非接触型两大类, 前者是让温度传感器直接与待测对象接触, 后者是使温度传感器与待测对象离开一定距离, 检测从待测对象放射出的红外线, 从而达到测温的目的。
25、 简单简述下声波传感器
简写SAW, 是一种能量集中于媒质表面、 沿表面传播、 其振幅随深度呈指数衰减的弹性波。一般在压电晶体的表面设置叉指换能器( IDT) 来激励和检测声波表面。SAW的传感器主要的机理来达到检测物理量、 化学量、 和生物量的目的
26、 应变式传感器与其它类型传感器相比具有如下特点:
(1)测量范围广、 精度高。
(2)性能稳定可靠,使用寿命长。
(3)频率响应特性较好。
(4)能在恶劣的环境条件下工作。
(5)易于实现小型化、 整体化
27、 数值孔径( NA) 的定义及其公式。
答: 光从空气入射到光纤输入端面时, 处在某一角锥内的光线一旦进入光纤, 就将被截留在纤芯中, 此光锥半角( θ) 的正弦称为数值孔径。可导出
式中n1为铅芯折射率, n2为包层折射率。
28、 晶体的压电效应和反向压电效应的定义。
答: 当某些晶体沿一定方向伸长或压缩时,在其表面上会产生电荷(束缚电荷),这种效应称为压电效应。压电效应是可逆的,即晶体在外电场的作用下要发生形变,这种效应称为反向压电效应。
29、 SAW气敏传感器选择性吸附膜的要求是什么?
答: 首先,它需要对特定气体有灵敏的选择性和分辨率;
其次,性能应稳定可靠;
第三,要有较快的响应时间并易于解吸恢复。
30、 简述半导体热敏电阻的工作原理和主要特点。
答: ( 1) 工作原理: 由于热运动(如温度升高), 载流子克服禁带宽度(或电离能)引起导电,这种热跃迁使半导体载流子浓度和迁移率发生变化,引起电阻率值发生变化。
( 2) 主要特点: ①灵敏度高
②体型小
③使用方便
31、 半导体应变计有什么优点?
（1） 灵敏度高。比金属应变计的灵敏度约大50-100倍。
（2） 体积小, 耗电省
（3） 由于具有正、 负两种符号的应力效应, 则能够用有正、 负两种符号应力效应的半导体应变计组成同一应力方向的电桥两臂, 提高灵敏度。
（4） 机械滞后小, 可测量静态应变、 低频应变等。
32、 简述谐振式传感器的优点
答: 以数字输出, 不必经过A/D转换就能够方便的与计算机相连, 组成 高精度的测量和控制系统, 功耗少、 稳定性高。
33、 简述半导体热敏电阻的工作原理
答: 由于热运动( 譬如温度升高) , 越来越多的载流子客服禁带宽度( 或电离能) 引起导电。
34、 光电倍增管工作原理
答: 是利用二次电子释放效应, 将光电流在管内部进行放大。所谓二次电子释放效应是指高速电子桩基固体表面, 再发射出二次电子的现象。
35、 热电型辐射传感器
答: 热电型辐射传感器是指由于辐射热引起无件温度的微小变化, 导致电阻一类的物理量度的变化, 而达到测温的目的。这类传感器一般与波长无关。热电型红外传感器的优点是使用方便, 缺点是响应速度慢, 灵敏度低。
36、 绝对湿度和相对湿度
答: 两者的定义分别为:
(1)绝对湿度:在一定温度和压力条件下, 单们体积的混合气体中所含水蒸气的质量为绝对湿度。
(2)相对湿度:相对湿度是指气体的绝对湿度与同一温度下达到饱和状态的绝对湿度的百分比。
37、 半导体磁敏传感器
答: 半导体磁敏传感器是指电参数按一定规律随磁性量变化的传感器, 常见的有霍尔传感器和磁敏电阻传感器。利用磁场作为媒介来检测位移、 振动、 力、 转速、 加速度、 流量、 电流、 电功率等。可实现非接触测量, 而且不从磁场中获取能量。
38、 湿滞回线
答: 湿度传感器在升湿和降湿往返变化时的吸湿和脱湿特性曲线不重合, 所构成的曲线叫湿滞回线。
39、 温度系数
答: 温度系数是反映湿度传感器的感湿特征量—相对湿度特性曲线随环境温度而变化的特征
40、 光生伏特效应如何产生?
答: 当光照射到距表面很近的PN节时, 如果光能足够大, 光子能量大于半导体材料的禁带宽度, 电子就能从价带跃迁到导带, 成为自由电子。 由于光生电子、 空穴在扩散过程中会分别于半导体中的空穴、 电子复合, 因此载流子的寿命与扩散长度有关。只有PN结距表面的厚度小于扩散长度, 才能形成光电流产生光生电动势。
41、 模式去除器的作用?
答: 吸收几乎所有可能在光纤包层中传播的光。首先保证只有纤芯光才能到达变形器中的光纤段, 其次是保证吸收掉因采用变形器而进去包层中的任何纤芯光。
42、 简说萨格奈克(Sagnac)干涉仪的工作原理。
见书本P108 图4.21
43、 光电效应可分为哪三种类型, 简单说明传感器的原理并分别列出以之为基础的光电传感器。
答: 光电效应可分为:
A. 外光电效应: 指在光的照射下, 材料中的电子逸出表面的现象。光电管及光电倍增管均属这一类。它们的光电发射极, 即光明极就是用具有这种特性的材料制造的。
B. 内光电效应: 指在光的照射下, 材料的电阻率发生改变的现象。光敏电阻即属此类。
C. 光生伏特效应: 利用光势垒效应, 光势垒效应指在光的照射下, 物体内部产生一定方向的电动势。光电池是基于光生伏特效应制成的, 是自发电式有源器件。
44、 简述光敏电阻的特点:
灵明度高 光谱响应范围宽 体积小 重量轻 机械强度高 耐冲击 抗过载能力强 耗散功率大 寿命长
45、 箔式应变计与丝式应变计相比有什么优点?
答:
( 1) 工艺上能保证线栅的尺寸正确、 线条均匀, 大批量生产时, 阻值离散程度小。
( 2) 可根据需要制成任意形状的箔式应变计和微型小基长的应变计。
( 3) 敏感栅截面积为矩形, 表面积大, 散热好, 在相同截面情况下能经过较大的电流。
( 4) 厚度薄, 因此具有良好的可挠性, 它的扁平状箔栅有利于形变的传递。
( 5) 蠕变小, 疲劳寿命高。
( 6) 横向效营小。
( 7) 便于批量生产, 生产效率高。
46、 应变计的零漂的定义以及产生零漂的原因?
答: 恒定温度下, 粘贴在试件上的应变计, 在不承受载荷的条件下, 电阻随时间变化的特性称为应变计的零漂。零漂的主要原因是, 敏感栅经过工作电流后的温度效应, 应变计的内应力逐渐变化, 粘接剂固化不充分等。
47、 应变计温度误差产生的原因?
答: 产生温度误差的原因有两点:
( 1) 敏感栅金属丝电阻本身随温度发生变化。
( 2) 试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一, 是应变丝产生附加变形而造成的电阻变化。
48、 对光电器件灵敏度的理解?
答: 光电器件对辐射通量的反应成为灵敏度, 也成为响应。反应用电压或电流表示, 对可将光常见的有流明灵敏度和勒克斯灵敏度。
流明灵敏度Slm=光电流( A) /光通量( lm)
勒克斯灵敏度Slx=光电流( A)/受光面照度( lx)
49、 什么是传感器的灵敏度
灵敏度是描述传感器的输入量( 一般为电学量) 对输入量( 一般为非电学量) 敏感程度的特性参数。其定义为: 传感器的变化值和相应的被测量( 输入量) 的变化值之比, 用公式表示为:
K( x) =输出量的变化值/输入量的变化值=△y/△x
50、 光电效应可分为哪三种类型, 简单说明传感器的原理并分别列出以之为基础的光电传感器。
答: 光电效应可分为:
a) 外光电效应: 指在光的照射下, 材料中的电子逸出表面的现象。光电管及光电倍增管均属这一类。它们的光电发射极, 即光明极就是用具有这种特性的材料制造的。
b) 内光电效应: 指在光的照射下, 材料的电阻率发生改变的现象。光敏电阻即属此类。
c) 光生伏特效应: 利用光势垒效应, 光势垒效应指在光的照射下, 物体内部产生一定方向的电动势。光电池是基于光生伏特效应制成的, 是自发电式有源器件。
51、 应变式传感器与其它类型传感器相比具有如下特点:
(1)测量范围广、 精度高。
(2)性能稳定可靠,使用寿命长。
(3)频率响应特性较好。
(4)能在恶劣的环境条件下工作。
(5)易于实现小型化、 整体化
52、 简说热释电效应
答: 当一些晶体受热时, 在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷。这种由于热变化而产生的电极化现象称为热释电效应。
一般, 晶体自发极化所产生的束缚电荷被空气中附集在晶体外表面的自由电子所中和, 其自发极化电矩不能显示出来。当温度变化时, 晶体结构中的正、 负电荷重心产生相对位移, 晶体自发极化值就会发生变化, 在晶体表面就会产生电荷耗尽。
53、 什么是弹性敏感元件。
答: 传感器中由弹性材料制成的敏感元件。在传感器的工作过程中常采用弹性敏感元件把力、 压力、 力矩、 振动等被测参量转换成应变量或位移量, 然后再经过各种转换元件把应变量或位移量转换成电量。
54、 什么是热释电效应?
答: 由于温度的变化, 热释电晶体和压电陶瓷等会出现结构上的电荷中心相对位移, 使她们的自发极化强度发生变化, 从而在它们的两端产生异号的束缚电荷, 这种现象称为热释电效应。
55、 金属式应变片和半导体式应变片在工作原理上有什么不同?
答: 金属应变片是经过变形改变丝栅的几何尺寸, 而它的电阻率一般不变, 半导体应变片是基于压阻效应而工作的, 就是说沿半导体晶轴的应变, 使它的电阻率有很大的变化, 从而产生电阻变化。
56、 什么是电桥补偿法?
在被测试件上安装一工作应变计, 在另外一个于被测试件的材料相同, 但不受力的补偿件上安装一补偿应变计。补偿件于被测试件处于完全相同的温度场内。测量时, 使两者接入电桥的相邻臂上, 由于补偿片RB是与工作片R1完全相同的, 且都贴在相同的试件上, 并处于相同的温度下, 这样, 由于温度变化使工作片产生的电阻变化ΔR1t与补偿片的电阻变化RBt相等, 因此, 电桥输出Usc与温度无关, 从而补偿了应变计的温度误差。
57、 简要说明光电倍增管的工作原理。
光阴极在光子作用下发射电子, 这些电子被外电场(或磁场)加速, 聚焦于第一次极。这些冲击次极的电子能使次极释放更多的电子, 它们再被聚焦在第二次极。这样, 一般经十次以上倍增, 放大倍数可达到108～1010。最后, 在高电位的阳极收集到放大了的光电流。输出电流和入射光子数成正比。
58、 简要说明光电式传感器的应用和特点:
光电传感器是将光信号转化为电信号的光敏器件, 可用于检测直接引起光强变化的非电量, 如光强, 辐射测温, 气体成分分析等, 也可用于测量能转换为光量变化的其它非电量, 如零件线度, 表面粗糙度, 位移, 速度, 加速度。具有非接触, 相应快, 性能可靠等优点。
59、 什么是传感器?
答: 传感器是与人的感觉器官相对应的元件。能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置, 一般由敏感元件和转换元件组成。
60、 什么是零漂和蠕变?
答: ( 1) 恒定温度下, 粘贴在试件上的应变计, 在不承受载荷的条件下, 电阻随时间变化的特性称为应变计的零漂。零漂的主要原因是, 敏感栅经过工作电流后的温度效应,应变计的内应力逐渐变化, 粘接剂固化不充分等。
( 2) 粘贴在试件上的应变计, 保持温度恒定, 在某一恒定机械应变长期作用下, 指示应变随时间变化的特性, 称为应变计的蠕变。粘合剂的选用和使用不当, 应变计在制造过程中产生的内应力等, 是造成应变计产生蠕变的主要原因。
61、 什么是光电效应?
答: 半导体材料的电学特性受到光的照射而发生变化。光电效应分为外光电效应和内光电效应, 内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。
62、 简述光敏电阻的结构原理。
答: 光敏电阻的工作原理是基于光电导效应: 在无光照时, 光敏电阻具有很高的阻值; 在有光照时, 党光子的能量大于材料禁带宽度, 价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带, 激发出能够导电的电子-空穴对, 使电阻降低; 光线越强, 激发出的电子-空穴对越多, 电阻值越低; 光照停止后, 自由电子与空穴复合, 导电性能下降, 电阻恢复原值。
63、 简述应变计对粘贴剂的要求。
答: 有一定的粘结强度。能准确传递应变。蠕变小。机械滞后小。耐疲劳性能好。具有足够的稳定性能。对弹性元件和应变计不产生化学腐蚀作用。有适当的储存期。应有较大的温度使用范围。
64、 传感器技术发展迅速的原因
答: ( 1) 电子工业和信息技术促进了传感器产业的相应发展
( 2) 政府对传感器产业发展提供资助并大力扶植
( 3) 国防、 空间技术和民用产品有广大的传感器市场
( 4) 在许多高新技术领域可获得用于开发传感器的理论和工艺
65、 干涉型光纤传感器的基本原理?
答: 干涉型光纤传感器的基本机理是: 在一段单模光纤中传输的相干光, 因待测能量场的作用, 而产生相位调制。
66、 相位跟踪系统的功能?
答: ( 1) 抵消任何不必要的大的低频香味漂移, 使干涉仪保持平衡;
( 2) 提供保证干涉仪在正交状态下工作的相移。
67、 什么是温度系数?
答: 温度系数是反映湿度传感器的湿度特征量-相对湿度特征曲线随环境温度而变化的特征。
68、 半导体气敏器件的分类?
答: 当前研究和使用的半导体气敏器件大致上可分为电阻式和非电阻式两大类。电阻式又可分成表面控制型和体电阻控制型。非电阻式又可分为利用表面电位的、 二极管整流特性的和晶体管特性的三种。
69、 温度传感器的分类?
答: 温度传感器从使用上大致可分为接触型和非接触型两大类, 前者是让温度传感器直接与待测对象接触, 后者是使温度传感器与待测对象离开一定距离, 检测从待测对象放射出的红外线, 从而达到测温的目的。
70、 解释弯曲损耗?
答: 弯曲损耗有两种类型。一种类型是由整根光纤以给定尺寸的半径弯曲所引起的, 如把光纤绕在卷筒上可能引起的损耗。另一种类型称为微弯损耗, 是由于纤芯轴线方向的随机变化引起的。它是由外力、 纤芯或包层的不完整性、 纤芯-包层界面的波动、 微小的疵点等原因造成的。
71、 什么是电阻应变效应?
是指金属导体的电阻在导体受力产生变形( 伸长或缩短) 时发生变化的物理现象。当金属电阻丝受到轴向拉力时, 其长度增加而横截面变小, 引起电阻增加。反之, 当它受到轴向压力时则导致电阻减小
72、 内光电效应分为几种, 简述她们产生的原因?
光电导效应: 入射光强改变是物质导电率的物理现象叫光电导效应
光生伏特效应: 半导体材料吸收光能后, 在PN节上产生电动势的效应。
73、 1差值法的优点: 35页
74、 2.光敏电阻的优点: 65页
75、 3.说出光电二极管的任意一种工作状态 : 71页
76、 4什么是光电导效应: 53页
77、 5什么是选择式自补偿应变计 33页
78、 1、 什么是传感器的灵敏度
灵敏度是描述传感器的输入量( 一般为电学量) 对输入量( 一般为非电学量) 敏感程度的特性参数。其定义为: 传感器的变化值和相应的被测量( 输入量) 的变化值之比, 用公式表示为
K( x) =输出量的变化值/输入量的变化值=△y/△x
79、 为什么PN结会产生光伏特效应
光照到PN结上时, 如果光能足够大, 光子能量大于半导体材料的禁带宽度, 电子就能够从低价带跃迁到导带, 成为自由电子, 二价带则相应成为自由空穴。这些电子-空穴对在PN结的内部电场作用下, 电子被推向N区外侧, 空穴被推向P区外侧, 使N区带上负电, P区带上整点。这样, N区和P区之间就产生的电位差, 于是PN结两侧便产生了光生电动势。
80、 什么是传递函数? 在数学上的定义是什么?
答:
初始值为零时, 输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。
81、 传感器存在灵敏度界限的原因?
答: 一个是输入的变化量经过传感器内部被吸收, 因而反应不到输出端上去。第二个原因是传感器输出存在噪声。
82、 简述相位跟踪系统的功能
答: 相位跟踪系统的功能:
( 1) 抵消任何不必要的大的低频相位漂移,使干涉仪保持平衡
( 2) 提供保证干涉仪在正交状态下工作的相移.相位跟踪系统和光纤相位调制器组成。
83、 分别说明接触型半导体传感器中半导体热敏电阻、 PN结型热敏器件、 PN集成温度传感器、 半导体光纤温度传感器的优缺点。
答: (1)半导体热敏电阻
特点: 灵敏度高, 小型, 使用方便
缺点: 互换性和稳定性还不够理想, 非线性严重, 不可在高温下使用
(2)PN结型热敏器件
优点: 体积小, 反应快, 线性较好, 价格低廉,
用途: 电子仪器和家用电器的过热保护, 简单的温度显示和控制
局限: 只能用来测量150摄氏度以下的温度
(3)集成温度传感器
反温度传感器与后续的放大器等用集成化技术制作在同一基片上而成的, 集传感与放为一体的功能器件。
优点: 线性关系, 精度高, 使用方便。
(4)半导体光纤温度传感器
优点: 抗干扰性好, 细, 轻, 能量损失小。
84、 光电管的频率响应是什么?
答: 光电管的频率响应是指, 一定频率的调制光照射时, 光电管输出的光电流( 或负载上的电压) 随频率的变化关系。
85、 感湿灵敏度定义。
在某一相对湿度范围内, 相对湿度改变1%RH时, 湿度传感器感湿特性征量的变化值或百分率为感湿灵敏度, 简称灵敏度, 又称湿度系数。
86、 简述压电谐振传感器工作原理。
压电谐振式感器是利用压电晶体谐振器的共振频率随被测物理量变化进行测量的
87、 什么是传感器? 传感器由哪三个部分组成?
答: 传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的便于应用的某种物理量的测量装置。
传感器的组成:
敏感元件——直接感受被测量(非电量)能产生有确定关系的输出量
传感元件——又称为变换器, 一般情况它不直接感受被测量, 而是将敏感元件的输出量转换为电量输出的元件。
变换电路——能把传感元件输出的电量转换为便于处理、 传输、 记录、 显示和控制的有用电信号的电路。
88、 什么是晶体压电效应? 请举例说明。
答: 当某些晶体沿一定方向伸长或压缩时, 在其表面上会产生电荷, 这种效应称为压电效应。一些晶体当不受外力作用时, 晶体的正负电荷中心相重合, 单位体积中的电距等于零, 晶体对外不呈现极性, 而在外力作用下晶体形变时, 正负电荷的中心发生分离, 这是单位体积的电锯不再等于零, 晶体表现出极性。另外一些晶体由于具有中心对称的结构, 无论外力如何作用, 晶体正负电荷的中心总是重合在一起, 因此这些晶体不会出现压电效应。
89、 什么是声表面波? SAW传感器主要有那些特性?
答: 声表面波是一种能量集中于媒质表面、 沿表面传播、 其振幅随深度指数衰减上网弹性波。SAW传感器具有分辨率高、 灵敏度搞、 可靠、 一致性好、 制造简单等优点, 而且由于它符合数字化、 集成化和高精度的发展方向, 国际上对其研究和开发十分重视, 是当代传感器的重要支柱之一。
90、 光敏电阻中什么是光电流, 什么是亮电流, 什么是暗电流?
答: 在温室条件下, 光敏电阻在全暗后经过一定时间测得的电阻值为暗电阻, 此时给定工作电压下流过光敏电阻的电流为暗电流。
光敏电阻在某一光照下的阻值, 称为该光照下的亮电阻, 此时流过的电流为亮电流。
亮电流与暗电流的差为光电流。
91、 简述光敏电阻的结构原理?
答: 光敏电阻的工作原理是基于光电导效应: 在无光照时, 光敏电阻具有很高的而阻值; 在有光照时, 当光子的能量大于材料禁带宽度, 价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带, 激发出能够导电的电子-空穴对, 使电阻降低。
92、 简要分析存在灵敏度界限的原因, 并举例说明。( 5分)
答: 一是输入的变化量经过传感器内部被吸收, 反应不到输出端上去, 即内部损耗了。二是传感器输出存在噪声, 如果传感器的输出值比噪声电平小, 就无法把有用信号和噪声分开。如果不加最起码的输入值是得不到有用的输出值的。
93、 传递函数有哪些功用? ( 5分)
答: ( 1) 传递函数的功用之一: 在方块图中用作表示系统的图示符号。
( 2) 另一方面,当组成系统的各个元件或环节的传递函数已知时,能够用传递函数来确定该系统的总特性,可用单个环节的传递函数的乘积表示系统的传递函数。
( 3) 对于复杂系统的求解, 我们能够将其化成简单系统的组合, 其解则为简单系统解的组合。
94、 按传播模式分类, 光纤有几种类型, 它们的定义分别是?
( 1) : 单模光纤: 一般是指阶跃型光纤中的纤芯尺寸很小、 光纤传播的模式很少、 原则上只能传送一种模式的光纤。
( 2) : 多模光纤: 一般是指阶跃型光纤中的纤芯尺寸较大、 传播的模式很多的光纤。
3.数值孔径的定义, 公式以及它的意义?
定义: 光从空气入射到光纤输入端面时, 处在某一角锥内的光纤一旦进入光纤, 就将被截留在纤芯中。此时锥半角的正弦称为数值孔径。
公式:
意义: 无论光源发射功率有多大, 只有2θ张角之内的光功率被光纤接受传播。
95、 湿度的定义?
绝对湿度: 在一定温度和压力条件下, 单位体积的混合气体中所含水蒸气的质量为绝对湿度。
相对湿度: 指气体的绝对湿度与同一温度下达到饱和状态的绝对湿度的百分比。
露点湿度: 保持压力一定而降温, 使混合气体中的水蒸气达到饱和而开始结露或结霜时的湿度。
96、 弯曲损耗有哪两种类型? 哪种光纤是根据光纤弯曲时纤芯中的光注入包层的原理研制成的。
一种是整根光纤以给定尺寸的半径弯曲引起的 二是由于纤芯轴线方向的随机变化引起的。微弯光纤传感器。
97、 外差检测的优点是?
答: 对光强度波动和低频噪声不敏感。
98、 压电谐振式传感器有哪五种?
答: 应变敏感型, 热敏感型, 声敏感型, 质量敏感型, 回转敏感型
99、 简述光电池的工作原理。
答: 硅光电池是在N型硅片中掺入P型杂质形成一个大面积的PN结, 上电极为栅状受光电极, 下电极为衬底铝电极。栅状电极能减少电极与光敏面的接触电阻, 增加透光面积。其上还蒸镀抗反射膜, 既减少反射损失, 又对光电池其保护作用。当光照射到PN结上时, 如果在两电极间串接负载电阻, 则电路中便产生了电流。
100、 光生伏特效应如何产生?
答: 当光照射到距表面很近的PN节时, 如果光能足够大, 光子能量大于半导体材料的禁带宽度, 电子就能从价带跃迁到导带, 成为自由电子。 由于光生电子、 空穴在扩散过程中会分别于半导体中的空穴、 电子复合, 因此载流子的寿命与扩散长度有关。只有PN结距表面的厚度小于扩散长度, 才能形成光电流产生光生电动势。
101、 什么叫安时特性
流过热敏电阻的电流与时间的关系, 称为安时特性
102、 简述半导体气敏器件的分类和它们的代表性被测气体分别是什么?
分为电阻型和非电阻型两大类。电阻型可分为1) 表面电阻控制型, 其代表性被测气体为可燃性气体; 2) 体电阻控制型, 其代表性被测气体为乙醇、 可燃性气体和氧气; 非电阻型又可分为1) 表面电位, 其其代表性被测气体为硫醇; 2) 二级管整流特性, 其代表性被测气体为氢气、 一氧化碳、 乙醇3) 晶体管特性, 其代表性被测气体为氢气和硫化氢。
设计题( 20分, 每个10分)
1． 依据已学知识设计一光纤位移传感器( 要求画出框架图, 并解释位移与输出信号的关系)
2． 依据已学知识设计一种加速度传感器( 要求画出结构图并注明所用的敏感元件)
3． 用所学知识设计出一种压力传感器, 说明她的工作原理?
P103 图4.10 光纤测压传感器 或者P151 图6.26
4． 光纤干涉仪有较高的灵敏度, 具有非常大的动态范围等优势。利用集成电路技术和当前的电光技术起来, 请画出集成的迈克尔逊(Michelson)干涉仪, 并写出具体部件。
5． 依据已学知识设计一硒蒸发膜湿度传感器( 标明电极)
图见书本P187 页
6． 用热释电传感器设计一个热释电报警器?
7． CCD图像传感器的工作原理?
8． 依据已学知识设计一容器内液体重量传感器
9． 依据已学知识设计一种热释电传感器( 要求画出结构图并注明所用的敏感元件)
10． 画出你所认知的一种光电式传感器, 要求注明结构
如图是光电管
11． 设计微弯光纤传感器104页
12． 依据已学知识设计一种筒式压力传感器( 要求画出结构图并注明所用的敏感元件)
补偿片
工作片
P
13． 依据已学知识设计一应变式感器( 要求画出结构图并注明所用的敏感元件)
应变电阻1和4沉积在杆的凹面处
应变电阻2和3沉积在杆的凸面处
14． 依据已学知识, 设计一个用差动变压式加速度传感器来测量某测试台平台振动的加速度( 只画出原理图)
15． 依据所学知识, 设计一种实现自相关检测传感器( 只画出原理图)
16． 依据已学知识设计一种零差法检测的光纤相位传感器( 要求只画出框架图)
17． 依据已学知识设计一光纤磁传感器( 要求画出框架图, 并解释位移与输出信号的关系)
答: 书本P121, 图4.38
18． 依据已学知识设计一种位移传感器( 要求画出结构图并注明所用的敏感元件) ( 5分)
P101图4.7( a) 所示
计算题( 10分)
1. 对于钢材v=5000m/s,若要e=1％时, 对L=1mm的应变计, 其允许的最高工作频率多大?
答: f=v( 6e) 1/2/πl =5×106×( 6×0.01) 1/2/( π×1) =390kHz
2. 某温度传感器特性方程为20dy/dt+5y=0.15x, 其中y为输出电压( mV) , x为输入温度( ℃) , 求该传感器的时间常数τ和静态灵敏度k。
用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器的振动, 已知: 加速度计的灵敏度为5pC/g, 电荷放大灵敏度为50mV/pC, 当机器达到最大加速度值时相应的输出电压幅值为2V, 试求机器的振动加速度。( g为重力加速度)
解: 由题意知, 振动测量系统( 压电式加速度计加上电荷放大器) 的总灵敏度
K=K1*K2=5pC/g*50mV/pC=250mV/g=U/a
式中U为输出电压, a为振动系数的加速度。
当输出电压为2V时, 振动加速度为
a=U/K=2*10^3/250=8(g)
3. 已知均匀光纤的折射率为=1.50, 相对折射率差为⊿=0.01, 纤芯半径为a=25 , 试求: 该光纤LP01模的截止波长。若=1, 试计算光纤的归一化截止频率V及其中传输的模数量N各等于多少。(8％)
由, ⊿==0.01, 可得
=1.485 (3分)
=11.28 (3分)
=27.14Hz (3分)
=368 (3分)
4. 已知某二阶系统传器的自振频率f0=10kHz, 阻尼比ξ=0.5, 若要求传感器的输出幅值误差小于5%, 试确定该传感器的工作频率范围。
5. 某压电加速度传感器的电容为Cs=100pF, 电荷灵敏度Kq=2.5pC/g, ①求压电加速度传感器的电压灵敏度; ②外接电缆和示波器组成一个测量系统, 电缆电容Cc=100pF, 示波器的输入阻抗为Ri=100MΩ和并联电容为Ci=50pF, 如测量系统允许的幅值误差为5%, 最低可测频率是多少?
6. 根据一阶(惯性)系统的传递函数: , 求冲激响应。
7. 答: 设输入信号为δ函数, 即:
(0.1)
且
(0.2)
根据拉普拉斯变化:
(0.3)
因此:
(
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