傳感器與檢測技術課后習題答案(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ???40200040202050300302030200000000121221111dddddcdddddsdckdddddddsdddddddddddddsdddsdddsddsddsCCCe???????????????????????????????? ?????????? ?????? ?4020001dddddcdcke下頁 上頁 返回 圖庫 第 4章 ? 答：原理：由物理學知，兩個平行金屬極板組成的電容器。如果不考慮其邊緣效應，其電容為 C=ε S/D 式中 ε 為兩個極板間介質的介電常數， S為兩個極板對有效面積， D為兩個極板間的距離。由此式知，改變電容 C的方法有三： 其一為改變介質的介電常數；其二為改變形成電容的有效面積；其三為改變各極板間的距離，而得到的電參數的輸出為電容值的增量 這就組成了電容式傳感器。 下頁 上頁 返回 圖庫 第 4章 ? 類型：變極距型電容傳感器、變面積型電容傳感器、變介電常數型電容傳感器。 電容傳感器可用來測量直線位移、角位移、振動振幅。尤其適合測溫、高頻振動振幅、精密軸系回轉精度、加速度等機械量。還可用來測量壓力、差壓力、液位、料面、糧食中的水分含量、非金屬材料的涂層、油膜厚度、測量電介質的濕度、密度、厚度等 C?下頁 上頁 返回 圖庫 第 4章 ? 答：可選用差分式電容壓力傳感器，通過測量筒內水的重力，來控制注水數量。或者選用應變片式液徑傳感器。 ? 答：①優點： a溫度穩定性好 b結構簡單、適應性強 c動響應好 ②缺點： a可以實現非接觸測量，具有平均效應 b輸出阻抗高、負載能力差 c寄生電容影響大 下頁 上頁 返回 圖庫 第 4章 ? ③ 輸出特性非線性： 電容傳感器作為頻響寬、應用廣、非接觸測量的一種傳感器，在位移、壓力、厚度、物位、濕度、振動、轉速、流量及成分分析的測量等方面得到了廣泛的應用。 使用時要注意保護絕緣材料的的絕緣性能；消除和減小邊緣效應；消除和減小寄生電容的影響；防止和減小外界的干擾。 ? 解： 下頁 上頁 ? ?? ? ??????????? xwddwxl C 1020212120 ?????下頁上頁返回 圖庫 第 4章 ? 略 ? 答：工作原理：假設傳感器處于初始狀態，即 且 A點為高電平，即 Ua=U。 而 B點為低電平，即 Ub=0 差分脈沖調寬型電路的特點就在于它的線性變換特性。 021 CCC xx ??下頁 上頁 返回 圖庫 第 5章 ? 答：磁電式傳感器是通過磁電作用將被測量轉換為電信號的一種傳感器。 電感式傳感器是利用線圈自感或互感的變化來測量的一種裝置。 磁電式傳感器具有頻響寬、動態范圍大的特點。而電感式傳感器存在交流零位信號，不宜于高頻動態信號檢測；其響應速度較慢，也不宜做快速動態測量。 磁電式傳感器測量的物理參數有：磁場、電流、位移、壓力、振動、轉速。 下頁 上頁 返回 圖庫 第 5章 ? 答：霍爾組件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動、轉速等。 霍爾組件的不等位電勢是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無外加磁場時，兩輸出電極之間的空載電勢，可用輸出的電壓表示。 溫度補償方法： a分流電阻法： 適用于恒流源供給控制電流的情況。 b電橋補償法 下頁 上頁 返回 圖庫 第 5章 ? 答：一塊長為 l、寬為 d的半導體薄片置于磁感應強度為磁場（磁場方向垂直于薄片）中，當有電流 I流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電動勢 Uh。這種現象稱為霍爾效應。霍爾組件多用 N型半導體材料，且比較薄。 霍爾式傳感器轉換效率較低，受溫度影響大，但其結構簡單、體積小、堅固、頻率響應寬、動態范圍（輸出電勢變化）大、無觸點，使用壽命長、可靠性高、易微型化和集成電路化，因此在測量技術、自動控制、電磁測量、計算裝置以及現代軍事技術等領域中得到廣泛應用。 下頁 上頁 返回 圖庫 第 6章 ? 答：某些電介質在沿一定的方向受到外力的作用變形時，由于內部電極化現象同時在兩個表面上產生符號相反的電荷，當外力去掉后，恢復到不帶電的狀態；而當作用力方向改變時，電荷的極性隨著改變。晶體受力所產生的電荷量與外力的大小成正比。這種現象稱為正壓電效應。反之，如對晶體施加一定變電場，晶體本身將產生機械變形，外電場撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應。 壓電材料有：石英晶體、一系列單晶硅、多晶陶瓷、有機高分子聚合材料 下頁 上頁 返回 圖庫 第 6章 ? 結構和應用特點： 在壓電式傳感器中，為了提高靈敏度，往往采用多片壓電芯片構成一個壓電組件。其中最常用的是兩片結構；根據兩片壓電芯片的連接關系，可分為串聯和并聯連接，常用的是并聯連接，可以增大輸出電荷，提高靈敏度。 使用時，兩片壓電芯片上必須有一定的預緊力，以保證壓電組件在工作中始終受到壓力作用，同時可消除兩片壓電芯片因接觸不良而引起的非線性誤差，保證輸出信號與輸入作用力間的線性關系 下頁 上頁 返回 圖庫 第 6章 ? 因此需要測量電路具有無限大的輸入阻抗。但實際上這是不可能的，所以壓電傳感器不宜作靜態測量，只能在其上加交變力，電荷才能不斷得到補充，并給測量電路一定的電流。故壓電傳感器只能作動態測量。 ? 答：如作用在壓電組件上的力是靜態力，則電荷會泄露，無法進行測量。所以壓電傳感器通常都用來測量動態或瞬態參量。 下頁 上頁 返回 圖庫 第 6章 ? 答：石英晶體整個晶體是中性的，受外力作用而變形時，沒有體積變形壓電效應，但它具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應。壓電陶瓷是一種多晶鐵電體。原始的壓電陶瓷材料并不具有壓電性，必須在一定溫度下做極化處理，才能使其呈現出壓電性。所謂極化，就是以強電場使 “ 電疇 ” 規則排列，而電疇在極化電場除去后基本保持不變，留下了很強的剩余極化。 當極化后的鐵電體受到外力作用時，其剩余極化強度將隨之發生變化，從而使一定表面分別產生正負電荷。 下頁 上頁 返回 圖庫 第 6章 ? 在極化方向上壓電效應最明顯。鐵電體的參數也會隨時間發生變化 — 老化，鐵電體老化將使壓電效應減弱。 ? 答：基本考慮點是如何更好的改變傳感器的頻率特性，以使傳感器能用于更廣泛的領域。 ? 略 下頁 上頁 返回 圖庫 第 7章 ? 答：當用光照射物體時，物體受到一連串具有能量的光子的轟擊，于是物體材料中的電子吸收光子能量而發生相應的電效應（如電阻率變化、發射電子或產生電動勢等）。這種現象稱為光電效應。 ? 答：①吸收性損耗：吸收損耗與組成光纖的材料的中子受激和分子共振有關，當光的頻率與分子的振動頻率接近或相等時，會發生共振，并大量吸收光能量，引起能量損耗。 ②散射性損耗：是由于材料密度的微觀變化、成 下頁 上頁 返回 圖庫 第 7章 ? 分起伏，以及在制造過程中產生的結構上的不均勻性或缺陷引起。一部分光就會散射到各個方向去，不能傳輸到終點，從而造成散射性損耗。 ③輻射性損耗：當光纖受到具有一定曲率半徑的彎曲時，就會產生輻射磁粒。 a彎曲半徑比光纖直徑大很多的彎曲 b微彎曲：當把光纖組合成光纜時，可能使光纖的軸線產生隨機性的微曲。 下頁 上頁 返回 圖庫 第 7章 ? 答：光導纖維工作的基礎是光的全內反射，當射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時，就會在光纖的接口上產生全內反射，并在光纖內部以后的角度反復逐次反射，直至傳遞到另一端面。 優點： a具有優良的傳旋光性能，傳導損耗小 b頻帶寬，可進行超高速測量，靈敏度和線性度好 c能在惡劣的環境下工作，能進行遠距離信號的傳送 下頁 上頁 返回 圖庫 第 7章 ? 功能型光纖傳感器其光纖不僅作為光傳播的波導，而且具有測量的功能。它可以利用外界物理因素改變光纖中光的強度、相位、偏振態或波長，從而對外界因素進行測量和數據傳輸。 下頁 上頁 返回 圖庫 第 7章 ? 答： CCD是一種半導體器件，在 N型或 P型硅襯底上生長一層很薄的 SiO2，再在 SiO2薄層上依次序沉積金屬電極，這