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简答题
第一章传感器的定义，组成和分类。
定义：人们通常将能把被测物理量或者化学量转换为与之有确定对应关系的电量输出的装置称为传感器
组成：传感器由敏感元件、传感元件和其他辅助件组成，有时也将信号调节与转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分。分类：
一、根据输入物理量可分为：位移传感器、压力传感器、速度传感器、温度传感器及气敏传感器等。
二、根据工作原理可分为：电阻式、电感式、电容式及电势式等。
三、根据输出信号的性质可分为：模拟式传感器和数字式传感器。即模拟式传感器输出模拟信号，数字式传感器输出数字信号.四、根据能量转换原理可分为：有源传感器和无源传感器。第二章爱因斯坦光电效应方程。
hv12mv0A0 22 光电效应，外光电效应，内光电效应，光生伏特效应。
光电效应：当光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体中的电子吸收了入射光子的能量，而发生相应的效应
外光电效应：在光线作用下使电子逸出物体表面的现象 内光电效应：在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象 光生伏特效应：在光线作用下能使物体产生一定方向电动势的现象 3 光敏电路分析。光电传感器报警原理，测转速计算。5 光电池结构。
硅光电池是在一块N型硅片上，用扩散的方法惨入一些P型杂质形成PN结制作而成。硒光电池是在铝片上涂硒，再用溅射的工艺，在硒层上形成一层半透明的氧化镉。在正反两面上低溶合金作为电极。光电倍增管结构和工作原理，什么是倍增系数。
光电倍增管结构：由光阴极、次阴极（倍增极）以及阳极3部分组成。
工作原理：光电倍增管除光电阴极外，还有若干个倍增电极。使用时在各个倍增电极上均加上电压。阴极电位最低，从阴极开始，各个倍增电极的电位依次升高，阳极电位最高。阳极电位最高。同时这些倍增电极用次级发射材料制成，这种材料在具有一定能量的电子轰击下，能够产生更多的“次级电子”。由于相邻两个倍增电极之间有电位差，因此存在加速电场，对电子加速。从阴极发出的光电子，在电场的加速下，打到第一个倍增电极上，引起二次电子发射。每个电子能从这个倍增电极上打出3~6倍个次级电子；被打出来的次级电子再经过电场的加速后，打在第二个倍增电极上，电子数又增加3~6倍，如此不断倍增，阳极最后收集到的电子数将达到阴极发射电子数的105~106倍。即光电倍增管的放大倍数可达到几万倍到几百万倍。光电倍增管的灵敏度就比普通光电管高几万到几百万倍。因此在很微弱的光照时，它就能产生很大的光电流。
倍增系数：倍增系数等于各倍增电极的二次电子发射系数i的乘积。7 红外光传感器分类，什么是热释电效应。
红外光传感器分类：按工作原理可以分为光量子型和热电型两大类
热释电效应：热释电效应是指极化强度随温度改变而表现出的电荷释放现象，宏观上是温度的改变是在材料的两端出现电压或产生电流。8 菲涅尔透镜的作用。
一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在人体热式传感器上，第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在人体热式传感器上产生变化热释红外信号。光纤结构。光纤传感器的分类。什么是强度调制原理。
光纤结构是一种具有多层介质结构的对称圆柱体，包括纤芯、包层、涂敷层及护套。光纤传感器的分类：一类是传光型，也称非功能型光纤传感器，又可细分为光纤传输回路型和光纤探头型；另一类是穿感型，或称功能型光纤传感器，又可以细分为干涉型、非干涉性和光电混合型。
强度调制原理：光源发射的光经入射光纤传输到调制器——它由可动反射器等组成，经反射器把光反射到出射光纤，通过出射光纤传输到光电接收器。而可动反射器的动作受到被测信号的控制，因此反射出的光强是随被测量变化的。光电接收器接收到光强变化的信号，经解调得到被测物理量的变化。当然还可采用可动透射调制器或内调制型—微弯调制等。可动反射调制器中出射光纤能收到多少光强，由入射光纤射出的光斑在反射屏上形成的基圆大小决定，而圆半径由反射面到入射光纤的距离决定，它又受待测物理量控制（如微位移、热膨胀等），因此出射光纤收到的光强调制信号代表了待测物理量的变化，经解调可得到与待测物理量成比例的电信号，运算即得到待测量的变化。
10图为光电传感器电路，GP—IS01是光电断路器。分析电路工作原理：
（1）当用物体遮挡光路时晶体三极管VT状态是导通还是截止？（2）二极管是一个什么器件，在电路中起到什么作用？（3）如果二极管反相连接晶体管VT状态如何？
解： ①截止；②红外发射管，起控制作用；③截止。第四章 1 热电效应。
是当受热物体中的电子（空穴），因随着温度梯度由高温区往低温区移动时，所产生电流或电荷堆积的一种现象。2 中间温度定律及其实际意义。
中间温度定律：当热电偶的两个接点的温度分别为T和T0时，所产生的热电势等于该热电偶两接点温度为T、Tn和Tn、T0时所产生的热电势之代数和。即：
EAB(T,T0)EAB(T,Tn)EAB(Tn,T0)
实际意义：由于热电偶E-T之间通常呈非线性关系,当冷端温度不为0摄氏度时，不能利用已知回路实际热电势E（T,T0)直接查表求取热端温度值；也不能利用已知回路实际热电势E（T,T0)直接查表求取的温度值，再加上冷端温度确定热端被测温度值，需按中间温度定律进行修正。热电偶标准电极定律有何实际意义？
直接计算各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势 4 中间导体定律及其实际意义。
中间导体定律。EABCT,T0EABTEABT0EABT,T0 由导体A、B组成的热电偶，当插入第三种导体时，T 测量仪表 C 2 T0 3 A B 只要该导体两端的温度相同，插入导体后对回路总的热电势无影响。热电偶回路的热电动势由那两部分组成。接触电动势和温差电动势 6 温敏晶闸管电路分析。7 AD590特点。
T0 A B T0 C 1(1)流过器件的电流(μA)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数： Ir/T=1(1)式中，Ir—流过器件(AD590)的电流，单位为μA；T—热力学温度，单位为K；(2)AD590的测温范围为-55℃~+150℃；
(3)AD590的电源电压范围为4～30 V，可以承受44 V正向电压和20 V反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏；(4)输出电阻为710 mΩ；
(5)精度高，AD590在-55℃~+-150℃范围内，非线性误差仅为±0.3℃。第五章什么是应变效应？试说明金属应变片与半导体应变片的相同和不同之处。应变效应：是指导体产生机械形变时，它的电阻值相应的发生变化
相同的是都是 在一定条件下可改变自身的物理性质，但是他们的材料组成不同，灵敏度不同，金属是自身的特性，半导体是许多不同物质在一起改变了自身的特性。2 单臂、半桥、全桥电桥电路灵敏度特点，输出电压大小。
灵敏度特点：，半桥电路的电压灵敏度比单臂电桥提高一倍，全桥电路的电压灵敏度是单臂电桥的四倍，输出电压大小：单臂电桥由于输出电压忽略了分母中的ΔＲ／Ｒ项，因而得出的是近似值，存在非线性误差，而半桥电路和全桥电路的输出电压与 ΔＲ／Ｒ成严格的线性关系，没有非线性误差。交流电桥的平衡条件是什么？
设四个桥臂，Z1（Zx）、Z2、Z3、Z4，交流电桥的平衡条件是：相对桥臂的阻抗的乘积相等，即Z1×Z3=Z2×Z4。为什么电感式传感器一般都采用差动形式? 差动式结构，除了可以改善非线性，提高灵敏度外，对电源电压、频率的波动及温度变化等外界影响也有补偿作用。简述变磁阻式传感器的工作原理及其分类。
将位移、转速、加速度等非电物理量转换为磁阻变化的传感器。它包括电感式传感器、变压器式传感器和电涡流式传感器。画出变极距型电容位移传感器测量线位移的原理示意图，并分析其测量原理。7 什么是有源传感器。举例说明。什么是无源传感器。举例说明。
有源型传感器即能量控制型传感器，是从外部供给辅助能量使其工作的，并由被测量来控制外部供给能量的变化。例如，电阻应变测量中，应变计接于电桥上，电桥工作能源由外部供给，而由于被测量变化所引起应变计的电阻变化来控制电桥的不平衡程度。此外电感式测微仪、电容式测振仪等均属此种类型。
无源型传感器即能量转换型传感器，是直接由被测对象输入能量使其工作的，例如，热电偶温度计、弹性压力计等。但由千这类传感器是被测对象与传感器之间的能量传输，必然导致被测对象状态的变化，而造成测量误差。8 涡流效应及其涡流传感器分析
在一根导体外面绕上线圈，并让线圈通入交变电流，那么线圈就产生交变磁场。由于线圈中间的导体在圆周方向是可以等效成一圈圈的闭合电路，闭合电路中的磁通量在不断发生改变，所以在导体的圆周方向会产生感应电动势和感应电流，电流的方向沿导体的圆周方向转圈，就像一圈圈的漩涡，所以这种在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象。第六章正压电效应。逆压电效应。纵向压电效应。横向压电效应。
正压电效应：对于某些电介质沿一定的方向施以压力使其变形时，其内部产生极化现象而使其出现电荷聚集的现象
逆压电效应：当在片状压电材料的两个电极面上加上交流电压，那么压电片将产生机械振动，即压电片在电极方向上产生伸缩变形，压电材料的这种现象称也为电致伸缩效应。纵向压电效应：沿石英晶体的X轴（电轴）方向受力产生的压电效应。横向压电效应：沿石英晶体的Y轴（机械轴）方向受力产生的压电效应。2 压电传感器常用材料及其特点。
石英晶体：性能稳定，自振频率高，动态响应好，机械强度高绝缘性能好，迟滞小，重复性好，线性范围宽，居里点高（575℃），但压电系数小（2.31×10-12C/N）用作标准传感器和高精度传感器
钛酸钡：压电常数高（190×10-12C/N）居里点较低（120℃）机械强度低基本不用 锆钛酸铅：压电常数高[（200~500）×10-12C/N]，较高的居里点，（500℃），应用广 铌镁酸铅：压电常数高[（800~900）×10-12C/N]，居里点一般（200℃）
高分子压电材料：包括聚偏二氟乙烯（PVF2或PVTF）、聚氟乙烯（PVF）、改性聚氟乙烯（PVC等，不易破碎，防水，价格便宜，测量动态范围达80dB，频率响应宽（0.1~109HZ），压电常数高，但居里点低（
并联：输出电荷大，本身电容大，时间常数大，适合测量慢变信号并且以电荷作为输出的场合。
串联：输出电压大，本身电容小，适合用于以电压作为输出信号，并且输出测量电路输入阻抗很高。4 压电传感器前置放大电路的作用。
压电式传感器的前置放大器的作用是改变阻抗。解决传感器与放大器之间的匹配。隔离放大器输入电阻小的问题。压电式传感器是否适合静态测量？为什么？
压电式传感器不是更适用于静态测量。因为压电式传感器属于加速度型传感器，静态没有加速度，所以不能测量静态的信号，匀速运动也不能测简述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点。
答：传感器与电压放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电压成正比,但容易受电缆电容的影响。
传感器与电荷放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电荷成正比,电缆电容的影响小。简述霍尔电动势产生的原理。什么是不等位电势，产生原因。
当一块半导体薄片置于磁场中有 电流流过时，电子将受到 洛伦兹力的作用而发生偏转，在半导体薄片的另外两端将产生霍尔电动势。
在额定控制电流下，不加磁场时霍尔输出电极间的空载霍尔电势称为不等位电势。产生原因：①霍尔电极安装位置不正确，不对称或不在同一等电位量上。②半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或使几何尺寸不均匀。③控制电极接触不良造成控制电流不均匀分布。磁敏二极管和磁敏三极管的结构。
磁敏二极管：两端是由高阻材料制成的P型和N型电极，P、N之间有一个较长的本征区I，本征区I分为一面磨成光滑的复合表面，另一面打毛，设置为高复合区。
磁敏三级管：是在弱P型或弱N型本征半导体上用合金法或者扩散法形成发射极、基极、集电极，基区较长，有高复合速率的r区和本征I区。长基区分为输运基区和复合基区。
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