傳感器應(yīng)用技術(shù)作業(yè)習(xí)題及參考答案梁長垠

《傳感器應(yīng)用技術(shù)》，梁長垠編著，高等教育出版社思考與練習(xí)題參考答案第一章傳感器基礎(chǔ)傳感器的作用是什么？其基本組成包括哪幾個(gè)部分？各部分的作用是什么？傳感器作用是能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。傳感器的組成主要包括敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、測量電路、輔助電源等。其中，敏感元件的作用是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的某一物理量的元件；轉(zhuǎn)換元件的作用是將敏感元件的輸出轉(zhuǎn)換成電路參量；測量電路的作用是將轉(zhuǎn)換元件得到的電路參量進(jìn)一步變換成可直接利用的電信號(hào)；輔助電源是提供傳感器各電路工作所需要的能源。傳感器的靜態(tài)性能指標(biāo)有哪些？各自的含義是什么？傳感器的靜態(tài)特性包括測量范圍、量程、靈敏度、線性度、重復(fù)性、遲滯、分辨力與閾值等。測量范圍是指傳感器所能測量到的最小輸入量與最大輸入量之間的范圍；量程是指傳感器測量范圍的上限值與下限值的代數(shù)差；靈敏度是指傳感器輸出曲線的斜率，即傳感器輸出的變化量與引起該變化量的輸入變化量之比；線性度是指傳感器的校準(zhǔn)曲線與選定的擬合直線之間的偏離程度，也稱為非線性誤差；重復(fù)性是指傳感器在輸入按同一方向連續(xù)多次變動(dòng)時(shí)所得特性曲線不一致的程度；遲滯是指傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減小）行程中輸出輸入曲線不重合程度；分辨力是指傳感器能檢測到的最小的輸入增量，在傳感器輸入零點(diǎn)附近的分辨力稱為閾值。請問測量誤差分別按表示方法和性質(zhì)分類時(shí)可各分為哪幾類？每一類是如何定義的？測量誤差按表示方法可分為絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差、引用誤差三類。絕對(duì)誤差是指測量結(jié)果x減去被測量的約定真值x0所得的差值，用Δx表示。絕對(duì)誤差有符號(hào)和單位，它的單位與被測量相同。絕對(duì)誤差既有大小，也有單位。相對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差與被測量真值的比值，常用百分?jǐn)?shù)表示。引用誤差以儀表的絕對(duì)誤差與儀表量程之比的百分?jǐn)?shù)表示。工業(yè)儀表常見的精度等級(jí)0.1級(jí)，0.2級(jí)，0.5級(jí)等都是按照最大引用誤差來表示的。例如精度等級(jí)為1.0的儀表，在使用時(shí)它的最大引用誤差不超過±1.0％，也就是說，在整個(gè)量程內(nèi)它的絕對(duì)誤差最大值不會(huì)超過其量程的±1％。測量誤差按性質(zhì)可分為隨機(jī)誤差(偶然誤差)、系統(tǒng)誤差、粗大誤差三類。隨機(jī)誤差是指在實(shí)際相同條件下，對(duì)同一被測量進(jìn)行多次等精度測量時(shí)，由于各種隨機(jī)因素（如溫度、濕度、電源電壓波動(dòng)、磁場等）的影響，各次測量值之間存在一定差異；系統(tǒng)誤差是指在實(shí)驗(yàn)重復(fù)性條件下，對(duì)同一被測量進(jìn)行多次測量出現(xiàn)的某些確定的、經(jīng)常性的因素引起的誤差；粗大誤差是指在相同條件下，對(duì)同一被測量進(jìn)行多次等精度測量時(shí)，有個(gè)別測量結(jié)果的誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)定條件下的預(yù)計(jì)值。使用一只0.2級(jí)、量程為10V的電壓表，測得某一電壓為5.0V，試求此測量值可能出現(xiàn)的絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差的最大值。絕對(duì)誤差為0.2%X10=0.02V；相對(duì)誤差為(0.02/5)X100%=0.4%有三臺(tái)測溫儀表，量程均為0~800℃，精度等級(jí)分別為2.5級(jí)、2.0級(jí)和1.5級(jí)，現(xiàn)要測量500℃的溫度，要求相對(duì)誤差不超過2.5％，選那臺(tái)儀表合理?對(duì)2.5級(jí)儀表，其絕對(duì)誤差為800X2.5%=20℃,測量500℃時(shí)的相對(duì)誤差為（20/500）X100%=4%對(duì)2.0級(jí)儀表，其絕對(duì)誤差為800X2.0%=16℃,測量500℃時(shí)的相對(duì)誤差為（16/500）X100%=3.2%對(duì)1.5級(jí)儀表，其絕對(duì)誤差為800X1.5%=12℃,測量500℃時(shí)的相對(duì)誤差為（12/500）X100%=2.4%由此可見，滿足測量要求時(shí)應(yīng)該選用1.0級(jí)測溫儀表。1-6圖1-16為蔬菜大棚溫濕度自動(dòng)檢測與控制系統(tǒng)框圖，請說明該系統(tǒng)的主要功能模塊以及各模塊的主要作用。主要功能模塊包括：傳感器模塊、信息采集單元、控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)單元、控制執(zhí)行設(shè)備、數(shù)據(jù)處理中心等。傳感器模塊包括溫濕度傳感器、、水分傳感器、光照傳感器等，用于檢測空氣、土壤的溫度、濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度等；數(shù)據(jù)采集單元包括各種用于檢測空氣、土壤的傳感器；數(shù)據(jù)處理中心功能是將數(shù)據(jù)采集單元達(dá)到的各主要傳感器信息進(jìn)行處理，并將得到的信息與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，形成誤差控制信號(hào)送控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)單元電路，也可將處理后的各種有用信號(hào)進(jìn)行顯示或送報(bào)警電路?？刂葡到y(tǒng)驅(qū)動(dòng)單元主要功能是將數(shù)據(jù)處理中心送來的控制信號(hào)進(jìn)行功率放大，以達(dá)到能夠驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的目的?？刂茍?zhí)行設(shè)備主要包括控制具體的加熱、加濕、電機(jī)等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚內(nèi)空氣、土壤溫濕度、CO2濃度的控制作用。第二章溫濕度傳感器及其應(yīng)用2-1常用的溫標(biāo)有哪幾種？相互的關(guān)系是怎樣的？常用的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)與國際實(shí)用溫標(biāo)等。攝氏溫標(biāo)與華氏溫標(biāo)的關(guān)系：攝氏溫標(biāo)與熱力學(xué)溫標(biāo)的關(guān)系：t/°C=T/K-273.152-2什么是絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度？絕對(duì)濕度是指在一定溫度和壓力條件下，單位空間內(nèi)混合氣體中所含水蒸氣的質(zhì)量，用AH表示；相對(duì)濕度是指被測混合氣體中的水蒸氣壓和該氣體在相同溫度下飽和水蒸氣氣壓的百分比，用RH表示。2-3說明利用PN結(jié)二極管進(jìn)行溫度測量的原理。利用PN結(jié)進(jìn)行溫度測量主要是利用PN結(jié)的溫度特性，即晶體二極管或三極管PN結(jié)的結(jié)電壓具有隨溫度變化而變化的特性。例如硅管PN結(jié)的結(jié)電壓在溫度每升高1°C時(shí)，下降大約-2mV。2-4常用的熱敏電阻分為幾大類？各自的特性是什么？按照熱敏電阻的溫度特性可將熱敏電阻分為正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）、負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）和臨界溫度熱敏電阻（CTR)三大類。正溫系數(shù)熱敏電阻的電阻值隨溫度升高而增大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻值隨溫度升高而下降，臨界溫度熱敏電阻也具有負(fù)溫度系數(shù)，但它的電阻值會(huì)在某特定溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而降低3～4個(gè)數(shù)量級(jí)。2-5熱電阻測量溫度的原理是什么？常用的熱電阻有哪幾種？熱電阻是利用金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度變化而變化的特性制成的測溫元件，具有正的溫度系數(shù)，即電阻值隨溫度升高而增大。在實(shí)際測量時(shí)，可以利用萬用表測量出熱電阻的阻值變化，從而得到與電阻值對(duì)應(yīng)的溫度值。常用的熱電阻有金屬鉑電阻、金屬銅電阻兩大類。2-6什么是熱電效應(yīng)？熱電偶的熱電勢有哪幾部分組成？熱電效應(yīng)是指當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體兩端相互緊密地連接在一起組成閉合回路時(shí)，如果兩接點(diǎn)溫度不等，在回路中將會(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，并形成回路電流。該回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢稱為熱電動(dòng)勢。熱電偶的熱電動(dòng)勢由接觸電動(dòng)勢和溫差電動(dòng)勢兩部分組成2-7熱電偶的熱電勢與哪些因素有關(guān)？與哪些因素?zé)o關(guān)？熱電偶的熱電勢只與組成熱電偶的材料以及熱電偶兩端的溫度差有關(guān)，與組成熱電偶材料的長度、粗細(xì)無關(guān)。2-8熱電偶在測量溫度時(shí)為什么需要進(jìn)行冷端補(bǔ)償？由于熱電偶熱電勢的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，為保證輸出熱電勢是被測溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定。但實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于熱電偶冷端距離工作端很近，且又處在大氣中，其溫度因受到測量對(duì)象和周圍環(huán)境溫度波動(dòng)影響而很難保持恒定，這樣將會(huì)給測量帶來誤差。因此，實(shí)際測量時(shí)必須對(duì)熱電偶的冷端進(jìn)行溫度補(bǔ)償。2-9集成溫度傳感器的組成包括哪幾個(gè)部分？有什么特點(diǎn)？集成溫度傳感器內(nèi)部包括溫度敏感器件、信號(hào)放大電路、溫度補(bǔ)償電路、基準(zhǔn)電源電路等，把以上各單元集成在一塊極小的半導(dǎo)體芯片內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)專用集成電路。2-10熱釋電傳感器的工作原理是什么？舉例說明熱釋電傳感器的應(yīng)用。熱釋電紅外傳感器是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器，主要由傳感器探測元件、菲涅爾透鏡、干涉濾光片和場效應(yīng)管匹配器等幾部分組成。在工作時(shí)，熱釋電紅外傳感器將菲涅爾透鏡傳遞過來的紅外輻射轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理電路對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理，報(bào)警電路根據(jù)傳遞過來的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警。熱釋電傳感器主要應(yīng)用在自動(dòng)門開關(guān)、防人體入侵報(bào)警等。2-11按照使用材料的不同，常用的濕度傳感器可分為哪幾類？濕度傳感器按照使用材料的不同可分為陶瓷式、半導(dǎo)體式、電解質(zhì)式和有機(jī)高分子式等多種類型，按照濕敏元件的不同又可分為電阻式和電容式兩大類。2-12與模擬溫度傳感器相比，數(shù)字式溫度傳感器有哪些特點(diǎn)？結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，可靠性高、體積小、靈敏度高，輸出為數(shù)字量，易于與單片機(jī)連接構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)等。第三章光敏傳感器及其應(yīng)用3-1什么是光電效應(yīng)？光電效應(yīng)是如何分類的？光電效應(yīng)是指光照射到物體上使物體發(fā)射電子，進(jìn)而使得其電導(dǎo)率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢等。這些因光照引起物體電學(xué)特性改變的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。光電效應(yīng)可分為外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)，內(nèi)光電效應(yīng)又可分為光電導(dǎo)效應(yīng)與光生伏特效應(yīng)。3-2光敏電阻的主要參數(shù)有哪些？各自的含義是什么？光敏電阻的主要參數(shù)包括暗電阻、暗電流、亮電阻、亮電流、靈敏度等。暗電阻與暗電流：通常將光敏電阻未受到光照射時(shí)的阻值稱為暗電阻，此時(shí)流過的電流稱為暗電流。亮電阻與亮電流：在受到光照射時(shí)的阻值稱為亮電阻，此時(shí)流過的電流稱為亮電流。亮電流與暗電流之差，稱為光電流。光敏電阻的靈敏度是指光敏電阻能夠探測最弱光強(qiáng)信號(hào)的能力。3-3光電池的作用有哪些？簡述光電池的工作原理。光電池的作用一是可以用作太陽能電源，二是用作光電檢測器件使用。原理：當(dāng)光照射到PN結(jié)的一個(gè)面，如P型面時(shí)，若光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，那么P型區(qū)每吸收一個(gè)光子就產(chǎn)生一對(duì)自由電子和空穴，電子--空穴對(duì)從表面向內(nèi)迅速擴(kuò)散，在結(jié)電場的作用下，最后建立一個(gè)與光照強(qiáng)度有關(guān)的電動(dòng)勢（光生伏特效應(yīng)）。3-4光電二極管由哪些特性？光敏二極管的主要特性參數(shù)包括最高工作電壓、光電流、光譜相應(yīng)特性等。3-5舉例說明光電耦合器的作用與應(yīng)用案例。光電耦合器由發(fā)光二極管輻射可見光或紅外光，受光器件在光輻射作用下控制輸出電流的大小，通過電-光、光-電兩次轉(zhuǎn)換進(jìn)行輸入與輸出間耦合。光電耦合器主要用于信號(hào)隔離、電平變換、信號(hào)傳輸、控制系統(tǒng)中無觸點(diǎn)開關(guān)等，例如開關(guān)電源中保護(hù)電路。3-6畫出光電開關(guān)作為生產(chǎn)線產(chǎn)品計(jì)數(shù)的框圖，說明工作原理。原理：光源發(fā)出的光直接被光敏器件接收，經(jīng)電路處理后沒有信號(hào)用于計(jì)數(shù)；當(dāng)光線被自動(dòng)傳送帶上物品遮擋時(shí)，光敏器件接收不到光源發(fā)出的信號(hào)，經(jīng)電路處理后形成一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，送計(jì)數(shù)電路用于產(chǎn)品計(jì)數(shù)和顯示。3-7紅外線測距的原理是什么？與其他測距方式相比有什么特點(diǎn)？紅外測距傳感器利用紅外信號(hào)遇到障礙物距離的不同反射的強(qiáng)度也不同的原理，進(jìn)行障礙物遠(yuǎn)近的檢測。紅外測距傳感器具有一對(duì)紅外信號(hào)發(fā)射與接收二極管，發(fā)射管發(fā)射特定頻率的紅外信號(hào)，接收管接收這種頻率的紅外信號(hào)，當(dāng)紅外的檢測方向遇到障礙物時(shí)，紅外信號(hào)反射回來被接收管接收，經(jīng)過處理之后可用來識(shí)別周圍障礙物的距離。紅外線測距傳感器可實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離測量，在無反光板和反射率低的情況下能測量較遠(yuǎn)的距離；響應(yīng)時(shí)間短，外形設(shè)計(jì)緊湊，易于安裝，便于操作。3-8畫出反射式光電傳感器測量電機(jī)轉(zhuǎn)速的原理框圖，說明其工作原理。反射式光電傳感器用于電機(jī)速度測量時(shí)，可在電機(jī)主軸上制作一個(gè)開孔碼盤，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，遇到透光孔時(shí)光電管接收不到信號(hào)而輸出高電平，經(jīng)整形電路形成脈沖送計(jì)數(shù)電路或單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理得到電機(jī)轉(zhuǎn)速。3-9如何利用光敏電阻構(gòu)成室內(nèi)光強(qiáng)控制電路？用光敏電阻構(gòu)成的室內(nèi)光強(qiáng)調(diào)節(jié)電路如圖。當(dāng)周圍光線變?nèi)鯐r(shí)，光敏電阻RG的阻值增加，使加在電容C上的分壓上升，進(jìn)而使可控硅的導(dǎo)通角增大，照明燈兩端電壓增大，照明燈亮度增大。反之，若周圍的光線變亮，則RG的阻值下降，導(dǎo)致可控硅的導(dǎo)通角變小，照明燈兩端電壓也同時(shí)下降，使燈光變暗，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光照度的控制。3-10說明紅外測溫儀的工作原理。紅外測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯分布式光纖測溫系統(tǒng)示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯集其視場內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學(xué)零件以及位光纖紅外測溫儀置決定。紅外能量聚焦在光電探測儀上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過放大器和信號(hào)處理電路按照儀器內(nèi)部的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值。3-11舉例說明顏色傳感器在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用。圖書館用于通過區(qū)分不同顏色進(jìn)行文獻(xiàn)分類；包裝行業(yè)用于根據(jù)不同顏色快速區(qū)分產(chǎn)品性質(zhì)與用途。3-12光纖傳感器有哪些特點(diǎn)？畫出光纖傳感器溫度測量系統(tǒng)中的應(yīng)用框圖。特點(diǎn)包括：靈敏度高、測量速度快、信息容量大，適用于惡劣環(huán)境，抗干擾、電絕緣、耐腐蝕等。3-13畫出自動(dòng)門系統(tǒng)的工作原理框圖。自動(dòng)門控制系統(tǒng)實(shí)踐上就是電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路。使用熱釋電紅外傳感器檢測人體移動(dòng)信息。當(dāng)有人體走近時(shí)，觸發(fā)電路導(dǎo)通，電機(jī)正傳，人離開一定距離自動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)關(guān)門。3-14說明紅外光電煙霧報(bào)警器的工作原理。紅外光電煙霧報(bào)警器內(nèi)設(shè)置有光學(xué)系統(tǒng)，安裝有紅外反射光與紅外接收管。當(dāng)無煙霧時(shí)紅外接收管接收不到紅外發(fā)光管發(fā)射的紅外光；當(dāng)有煙霧進(jìn)入到光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，經(jīng)折射、反射后接收管便可以接收到紅外光，經(jīng)信號(hào)處理后送報(bào)警電路與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較。如果測量得到的煙霧濃度大于設(shè)定值，報(bào)警電路工作。3-15設(shè)計(jì)一款PM2.5監(jiān)測系統(tǒng)，說明其工作原理。力敏傳感器及其應(yīng)用4-1常用的力敏傳感器有哪些種類？各有什么特點(diǎn)？電阻式壓力傳感器：通過彈性敏感元件將外部的應(yīng)力轉(zhuǎn)換成應(yīng)變，再由電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻值的微小變化，通過測量電橋轉(zhuǎn)換成電壓或電流的輸出。電容式壓力傳感器：利用電容敏感元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成與之成一定關(guān)系的電量輸出的壓力傳感器。電感式壓力傳感器：利用電感線圈電感量變化來測量壓力的傳感器。壓電式傳感器：以壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)，將力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電量的器件。諧振式壓力傳感器：利用諧振元件把被測壓力轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)的傳感器。擴(kuò)散硅壓力傳感器：利用壓阻效應(yīng)原理，被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化。4-2什么是應(yīng)變效應(yīng)？舉例說明應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用情況。應(yīng)變效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體的電阻值隨著它受力所產(chǎn)生機(jī)械變形（拉伸或壓縮）的大小而發(fā)生變化的現(xiàn)象稱之為金屬的應(yīng)變效應(yīng)。主要應(yīng)用是金屬應(yīng)變片制作的壓力傳感器。4-3分析電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的異同點(diǎn)。相同點(diǎn)：二者都是由于力學(xué)量的測量不同點(diǎn)：金屬應(yīng)變片電阻變化主要基于應(yīng)變效應(yīng)工作，而半導(dǎo)體是利用半導(dǎo)體的物理效應(yīng)即壓阻效應(yīng)工作的。

4-4在簡易電子秤電路制作過程中，選擇儀表放大器時(shí)主要應(yīng)注意哪些方面的問題？由于電阻應(yīng)變片輸出的信號(hào)非常微弱，如果用普通集成運(yùn)算放大器搭建儀表放大器，由于普通放大器本身的輸入失調(diào)電壓等較大，調(diào)試結(jié)果很難滿足要求。儀表建議使用專用儀表放大器芯片來處理應(yīng)變片輸出的電壓差動(dòng)信號(hào)。4-5常用的電容式傳感器有哪些種類？各有什么特點(diǎn)？按照電容器表達(dá)式，電容式傳感器一般有變極距型、變面積型、變介電常數(shù)型三種類型。變極距型適合測量微小位移量，變面積型適合測量角度位移以及角位移等，變介電常數(shù)型適合測量厚度、液位、濕度等參數(shù)。4-6列舉差壓式電容器在工業(yè)控制系統(tǒng)中的典型應(yīng)用案例。測量流體的流量，鍋爐汽包的液位等4-7什么是壓電效應(yīng)？壓電效應(yīng)有哪些應(yīng)用案例？某些電介質(zhì)物質(zhì)，在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在其表面上產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉后，又重新回到不帶電的狀態(tài)，這種將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象，稱為“正壓電效應(yīng)”。反之，在電介質(zhì)的極化方向上施加電場，它會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，當(dāng)去掉外加電場時(shí)，電介質(zhì)的變形隨之消失。這種將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的現(xiàn)象，稱為“逆壓電效應(yīng)”。壓電效應(yīng)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在壓電式壓力傳感器、超聲波發(fā)射與接收探頭等。4-8壓電式壓力傳感器是如何進(jìn)行壓力測量的？壓電式壓力傳感器的敏感元件由壓電材料制成。壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷，此電荷經(jīng)電荷放大器和測量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。4-9目前市售的電子血壓計(jì)的工作原理是怎樣的？電子血壓計(jì)多采用振蕩（示波）法進(jìn)行血壓測量，即使用壓力傳感器檢測血液流動(dòng)時(shí)發(fā)生振動(dòng)的變化，通過電橋電路得到相應(yīng)的電位差。4-10機(jī)場碼頭使用的安檢儀原理是什么？金屬探測器通過檢測該渦流信號(hào)有無來發(fā)現(xiàn)附近是否存在金屬物。由發(fā)射器發(fā)射出激勵(lì)電磁波由接收超聲波傳感器及其應(yīng)用5-1什么是聲波？什么是超聲波？超聲波在空氣中的傳播速度是多少？聲波是聲音的傳播形式，是一種機(jī)械波，由物體振動(dòng)產(chǎn)生。高于20kHz的機(jī)械波稱為超聲波，超聲波在空氣中傳播速度為340m/s。5-2常用的超聲波傳感器有哪些主要的性能指標(biāo)？超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)有工作頻率、工作溫度和靈敏度等。工作頻率是壓電晶片的共振頻率。工作溫度：由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高，特別是診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長時(shí)間地工作而不失效。醫(yī)療用超聲探頭的溫度比較高，需要單獨(dú)的制冷設(shè)備。靈敏度：反映了換能器在諧振頻率下接收或檢測微弱回波信號(hào)的能力，它主要取決于制造晶片本身。5-3在超聲波發(fā)送探頭前為什么一般要加入驅(qū)動(dòng)電路？主要是為了增大超聲波發(fā)送頭的驅(qū)動(dòng)電流。5-4簡述超聲波測距的原理。超聲波測距系統(tǒng)主要應(yīng)用的是反射式檢測方式。即超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射一串超聲波脈沖，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波后就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離s5-5超聲波液位測量與距離測量的工作原理是否完全一致？測量原理基本相似。都是利用計(jì)算超聲波發(fā)射遇到障礙物或液面反射到接收探頭的時(shí)間，再根據(jù)超聲波在空氣中的傳播速度計(jì)算得到被測距離。區(qū)別在于液位測量時(shí)液位高低為被測容器高度與測量得到液面高度的差值。5-6簡述超聲波用于金屬管道探傷的基本原理。超聲波探傷一般是利用反射法。在均勻的材料中，缺陷的存在將造成材料的不連續(xù)，這種不連續(xù)往往又造成聲阻抗的不一致，由反射定理，超聲波在兩種不同聲阻抗的介質(zhì)的交界面上將會(huì)發(fā)生反射，反射回來的能量的大小與交界面兩邊介質(zhì)聲阻抗的差異和交界面的取向、大小有關(guān)。磁敏傳感器及應(yīng)用6-1常用的磁敏傳感器有哪些？它們各自的工作原理是否相同？常用的磁敏傳感器有磁敏電阻、干簧管、磁敏晶體管、霍爾傳感器等。磁敏電阻基于磁阻效應(yīng)工作；干簧管是一種磁性開關(guān)；磁敏晶體管是一類新型的磁電轉(zhuǎn)換元件；霍爾傳感器基于霍爾效應(yīng)工作。6-2什么是磁阻效應(yīng)？磁敏電阻具有哪些基本特性？在通有電流的金屬或半導(dǎo)體上施加磁場時(shí)，其電阻值將發(fā)生明顯變化，這種現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng)。磁敏電阻可以在無偏磁和有偏磁兩種方式工作，無偏磁時(shí)只能根據(jù)磁阻變化檢測磁場大小而無法判斷磁極性；在弱偏磁時(shí)磁阻比與磁感應(yīng)強(qiáng)度的平方成正比，在強(qiáng)磁場時(shí)與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比。6-3什么是巨磁電阻？它與基本的磁敏電阻特性是否完全相同？巨磁電阻是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時(shí)較之無外磁場作用時(shí)存在顯著變化（電阻急劇減?。┑囊活愲娮琛＞薮烹娮柙诠ぷ鲿r(shí)需要為其提供直流電源，并對(duì)磁場環(huán)境有一定要求。6-4簡述干簧管的工作原理。干簧管在使用過程中可應(yīng)用于常開模式、常閉模式或保持模式上。

在常開模式下，當(dāng)有磁鐵靠近干簧開關(guān)時(shí)，外加的磁場使兩片簧片端點(diǎn)位置附近產(chǎn)生不同的極性，結(jié)果兩片不同極性的簧片將互相吸引并閉合，將磁鐵移開后干簧片就會(huì)重新打開。在常閉模式下，當(dāng)有磁鐵靠近\o"磁簧開關(guān)"磁簧開關(guān)時(shí)干簧片就會(huì)打開，將磁鐵移開后干簧片就會(huì)重新關(guān)閉。在保持模式上，干簧片可能是在常開或常閉兩種狀態(tài)，當(dāng)有磁鐵靠近干簧管時(shí)干簧片就會(huì)改變它們的形態(tài)，如果起初的形態(tài)是打開，現(xiàn)在就會(huì)關(guān)閉，當(dāng)磁鐵移開后干簧片仍會(huì)保持關(guān)閉，這時(shí)將改變了磁極性的磁鐵再靠近時(shí)干簧片才會(huì)打開，將磁鐵移走后干簧片仍會(huì)保持打開。6-5什么是霍爾效應(yīng)？霍爾效應(yīng)是指當(dāng)載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體處于與電流相垂直的磁場中時(shí)，在其兩端將產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象?；魻栃?yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢稱為霍爾電動(dòng)勢。6-6常用的霍爾傳感器有哪些種類？根據(jù)霍爾傳感器的輸出特性，將霍爾傳感器分為線性霍爾傳感器、開關(guān)型霍爾傳感器和鎖鍵型霍爾傳感器等三種大類。6-7簡述利用霍爾傳感器測量電機(jī)轉(zhuǎn)速的工作原理?；魻杺鞲衅饔糜跍y量電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，可在電機(jī)主軸上安裝一個(gè)非磁性材料的圓盤，圓盤邊上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤邊緣處，圓盤旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一個(gè)脈沖，從而可測出轉(zhuǎn)數(shù)（計(jì)數(shù)器），若接入頻率計(jì)，便可測出轉(zhuǎn)速。氣敏傳感器及應(yīng)用7-1常用的氣敏傳感器有哪些種類？各自的特點(diǎn)是什么？半導(dǎo)體式氣敏傳感器：分為電阻式和非電阻式兩大類，它是采用金屬氧化物或金屬半導(dǎo)體氧化物材料做成的元件，通過與氣體相互作用時(shí)產(chǎn)生表面吸附或反應(yīng)，引起以載流子運(yùn)動(dòng)為特征的電導(dǎo)率或伏安特性或表面電位變化。接觸燃燒式氣敏傳感器：分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式，其工作原理是氣敏材料(如Pt電熱絲等)在通電狀態(tài)下，可燃性氣體氧化燃燒或者在催化劑作用下氧化燃燒，電熱絲由于燃燒而升溫，從而使其電阻值發(fā)生變化。電化學(xué)型氣敏傳感器：分為原電池式、可控電位電解式、電量式和離子電極式四種類型。原電池式氣敏傳感器通過檢測電流來檢測氣體的體積分?jǐn)?shù)；可控電位電解式傳感器是通過測量電解時(shí)流過的電流來檢測氣體的體積分?jǐn)?shù)，和原電池式不同的是，需要由外界施加特定電壓；電量式氣敏傳感器是通過被測氣體與電解質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生的電流來檢測氣體的體積分?jǐn)?shù)；離子電極式氣敏傳感器通過測量離子極化電流來檢測氣體的體積分?jǐn)?shù)。固體電解質(zhì)氣敏傳感器是一種以離子導(dǎo)體為電解質(zhì)的化學(xué)電池。固體電解質(zhì)氣敏傳感器具有電導(dǎo)率高、靈敏度和選擇性好等特點(diǎn)。光學(xué)式氣敏傳感器包括紅外吸收型、光譜吸收型、熒光型、光纖化學(xué)材料型等，主要以紅外吸收型氣體分析儀為主，由于不同氣體的紅外吸收波長不同，通過測量和分析紅外吸收波長來檢測氣體。高分子氣敏傳感器：分為高分子電阻式氣體傳感器、濃差電池式氣體傳感器與面波(SAW)式氣體傳感器等多種類型。高分子電阻式氣體傳感器是通過測量高分子氣敏材料的電阻來測量氣體的體積分?jǐn)?shù)；濃差電池式氣體傳感器是利用氣敏材料吸收氣體時(shí)形成濃差電池，測量輸出的電動(dòng)勢來測量氣體體積分?jǐn)?shù)；面波(SAW)式氣體傳感器則是制作在壓電材料的襯底上，一端的表面為輸入傳感器，另一端為輸出傳感器。7-2簡述半導(dǎo)體氣敏傳感器的工作原理。當(dāng)半導(dǎo)體器件被加熱到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，氣體接觸半導(dǎo)體表面而被吸附，吸附的分子首先在表面自由擴(kuò)散，失去運(yùn)動(dòng)能量，一部分分子被蒸發(fā)掉，另一部分殘留分子產(chǎn)生熱分解而固定在吸附處。將半導(dǎo)體氣敏傳感器置于被測氣體中，器件表面將產(chǎn)生吸附作用，器件的阻值將隨氣體濃度而變化，從濃度與阻值的變化關(guān)系