现代传感技术复习思考题讲述

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1、现代传感技术复习思考题1.传感器的基本概念是什么？一般情况下由哪几部分组成？答：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件，转换元件和转换电路组成。2.传感器有几种分类形式，各种分类之间有什么不同？答：根据传感器的工作机理（包括物理，化学，生物传感器等）；根据传感器的构成原理（结构型，物性型传感器）；根据传感器的能量转换情况（能量控制，能量转换传感器）。3.举例说明结构型传感器与物性型传感器的区别。答：结构型传感器是利用物理学中场的定律构成的，包括动力场的运动定律，电磁场的

2、电磁定律等。物理学中的定律一般是以方程式给出的。特点是传感器的工作原理是以传感器中元件相对位置变化引起场的变化为基础，而不是以材料特性变化为基础。物性型传感器是利用物质定律构成的,如虎克定律、欧姆定律等。定律、法则大多数是以物质本身的常数形式给出。这些常数的大小，决定了传感器的主要性能。4.电阻传感器（应变式（电位器式）、热电式、光电式）工作原理、测量电路及应用。答：基本原理是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路而最后显示被测量值的变化。电位器式（应变式）：工作原理是将物体的位移转换为电阻的

3、变化。测量电路即为桥式电路。主要用于测量压力、高度、加速度、航面角等各种参数。热电式：通过温度的变化转换为电压的变化，接入测量电路。主要用于测温装置。光电式：通过被测量的变化转换为光信号的变化最后转换为电信号的变化。应用：能转换成光量变化的其他非电量。1.电容传感器、电感传感器工作原理、测量电路及应用。（差动机构）。2.压电式传感器工作原理、测量电路及应用。3.磁电式传感器（霍尔传感器、变磁阻式传感器）工作原理、测量电路及应用。4.热电偶工作原理、测量电路及应用。5.光电传感器工作原理、测量电路及应用。6.光栅

4、的工作原理、测量电路及应用。7.传感器与传感技术概念有什么不同？答：传感器是获取信息的工具。传感器技术是关于传感器设计、制造及应用的综合技术。1.物质、能量和信息三者之间的关系是什么？答：物质、能量和信息，作为物质世界的三种资源，具有三位一体相辅相成的关系；信息是客观事物和主观认识相结合的产物，没有信息，物质和能量便无从认识；信息是由能量或物质形态表示的；信息是载荷于能量流传输的；信息在传输过程中需要消耗能量，维持信息传输必须供给能量；信息传输的方向与携带信息的能量流方向是一致的；测量过程中，被测对象应具有足够

5、的负熵才能保证有效测量。2.传感器所依据的自然定律、规律有哪些？答：守恒定律；场的定律；物质定律；统计物理学法则。3.简述各类基础效应的含义以及与传感器的关系。（如法拉弟磁光效应、光的多普勒效应）。答：在光的照射下，物质内部的电子受到光子的作用，吸收光子能量而从表面释放出来的现象，称为外光电效应；在光的照射下，物质吸收入射光子的能量，在物质内部激发载流子，但这些载流子仍留在物质内部，从而增加物体的导电性或产生电动势、或产生光电流的现象，称为内光电效应；物质的光学特性（如折射率）受外电场的影响而发生变化的现象统称

6、为电光效应；某些非晶体物质（如塑料、玻璃）在机械力的作用下，弹性体的折射率发生变化，呈现双折射性质的效应。这称作应力致双折射或光弹效应；电致发光效应：某些固态晶体如高纯度锗、硅和砷化镓等化合物半导体在光和外加电场作用下发出冷光（指荧光和磷光）的现象，以及某些固态晶体如磷化镓、磷化铟等无需外加激发光而在外加电场作用下即可发光的现象；置于外磁场的物体，在光和外磁场的作用下，其光学特性（如吸光特性、折射率等）发生变化的现象称为磁光效应。1.光纤传感器的工作原理？有哪些类型？考察光纤性能的主要参数是什么？答：基本工作原

7、理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等）发生变化，成为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。分类：功能性，非功能性，拾光型。主要参数：单模光纤：衰耗系数，色度色散系数，模长直径，截止波长.，零色散波长，零色散斜率。双模光纤：衰耗系数，带宽系数，数值孔径，归一化频率。2.什么是热平衡型一次效应和二次效应？写出热平衡现象中的三个麦克斯韦关系式，举例说明它们在传感器中的应用。答：不同种类能量所对应的

8、强度型状态量与容量型状态（或相反）微分之比为定值，具有这种关系的效应称为热平衡一次效应，一次效应为可逆的（压电，压磁效应）。同种类能量的示强变量与示容变量微分之比，或同种类能量的示容变量与示强变量微分之比，是不能直接构成传感器的，这些比例系数虽然不能在传感器中直接而将被测量转换成电信号输出，但可以利用其中的状态量与其他状态量之间的关系制成各种传感器，这种变换称为二次效应，二次效应没有逆