《现代传感技术》复习要点

4.1 应变效应和应变式传感器何为电阻应变效应？电阻丝阻值公式，由哪些参数决定？电阻丝灵敏度系数由哪两部分构成？与电阻丝材质的关系？温度如何影响应力传感器的输出电阻？应力传感器的温度补偿方法有哪些？常用的温度补偿方法有三种：1) 桥路补偿法，它主要是通过贴片和接桥方法消除温度的影响，补偿原理和方法将在后文中详细介绍； 2) 应变片的自补偿，它是从电阻应变片的敏感栅材料及制造工艺上采取措施，使应变片在一定的温度范围内满足的0)(21=++ββαS 关系；3) 热敏电阻法，利用热敏电阻的特性和选择合适的分流电阻达到温度补偿的目的。

电阻应变式传感器在设计过程中，应该考虑哪些问题？1） 结构简单。

2） 有很好的刚性。

3） 结构的整体性。

4） 对作用力位置的变化和干扰力的影响不敏感。

5） 弹性元件有效工作区应有良好的线性。

6） 弹性元件有效工作区应具有最大应变值。

7） 工作区的最佳额定应变值。

8） 弹性元件工作区的工艺性能好。

9） 弹性元件自身具有过载保护能力或便于设置过载保护装置。

10） 安装方便，互换性好。

常用应变式传感器的工作原理。

在测力传感器中有一个弹性元件，利用它可把被测力的变化转换成应变量的变化，由于弹性元件上粘贴有应变片，因此可把应变量的变化转换成应变片电阻的变化。

4.2 电容、电感式传感器电容式传感器的工作原理。

电容的公式，由哪些参数决定？电容式传感器是将被测量(如位移、压力等)的变化转换成电容量变化的一种传感器。

电容式传感器实质上就是一个可变参数的电容器。

由物理学可知，两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为：AC εδ=若A 、δ或ε任一参数发生变化，电容C 也随之变化。

在交流电路中，电容C 的变化改变了容抗X C ，从而使输出电流或电压发生变化。

常见电容式传感器的类型及其工作原理。

变极距式：动极板因测量值变化极板间距改变 变面积式：受到外力作用相对面积改变差动结构的优点有哪些？描述常见电感式传感器工作原理（自感式、差动变压器式、电涡流、压磁式传感器）。

压磁式传感器是测力传感器的一种，它利用铁磁材料的压磁效应将被测力引起磁导率的变化转换为电信号。

4.3 压电效应及压电式传感器什么是压电效应？某些晶体材料，在沿着某一方向施加外力而使之变形时，内部就会产生电荷；当外力去掉之后，电荷也随之消失，这种现象称为正压电效应。

反之，如对晶体施加外电场时，晶体本身将产生机械变形，这种现象称为逆压电效应。

石英晶体内部存在哪三种压电效应，有何特点？纵向压电效应、横向压电效应、切向压电效应。

4.4 电磁效应及磁电式传感器磁电式传感器的线圈感应电动势取决于哪些参数？线圈感应电势的大小，取决于线圈匝数和穿过线圈的磁通变化率。

磁通变化率与磁场强度、磁路磁阻、线圈与磁场的相对运动速度有关，故磁电式传感器只适用于动态测量。

磁电式传感器的典型结构及工作原理？按照结构方式不同，磁电式传感器可分为变磁通式和恒磁通式两种。

4.5 热电效应和热电式传感器热电偶如何工作（热电势和温度有何关系）？将两种不同材料的导体A与B组成一个闭合回路时，若两端结点温度不同，则回路中就会产生电势，同时在回路中产生电流，其电流的大小与导体材料的性质和结点温度（T,T0）有关，这一现象称为热电效应。

相应的输出电势称做热电势，回路中产生的电流则称做热电流。

在热电偶回路中引入各种测量仪表、连接导线，会对热电势有何影响，为什么？中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要第三种导线两端温度相同，则第三种导线的引入不会产生附加的热电势输出。

热电偶的冷端温度处理方法有哪些？0℃恒温法热电势修正法电桥补偿法延伸导线法(1) 0℃恒温法把冰屑和清洁的水相混合，放在保温瓶中，并使水面略低于冰屑面，然后把热电偶的冷端置于其中，这时热电偶输出的热电势与分度值一致。

(2)热电势修正法当冷端温度保持在某一恒定温度Tn(T n ≠0）时，可采用热电势修正法进行修正：)T ,(T E +)T (T,E =)T (T,E 0n AB n AB 0AB 式中 E AB (T,T n ) —实测值；E AB (T n ,T 0) —修正值，是冷端为0℃时，工作端为区段的热电势； E AB (T,T 0) —修正后的输出值。

被测温度T 按E AB (T,T 0)从分度表中查出。

该方法是通过在热电偶与显示仪表之间接入一个直流不平衡电桥。

（也称作冷端补偿器），利用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势的变化值。

4.6 光电效应及光电式传感器内光电效应和外光电效应有何区别？在光的照射下，材料的导电性增加，电阻率下降的现象叫内光电效应。

外光电效应是指物质吸收光子并激发出自由电子的行为。

MOS 光敏元如何存储电荷？ CCD 全称是什么？电荷耦合器件（CCD,Charge Coupled Device ）三相CCD 中，信号电荷在不同MOS 光敏元间如何转移？ 1、电荷包的转移是通过变换CCD 电极电压来完成的。

图1.1 电荷包转移示意图 图1.2 三相脉冲电路示意图随着时间滑尺的移动，2φ和3φ同时接通导致电荷包拉长，然后3φ断开使电荷包移动到2φ位置。

然后1φ接通导致电荷包拉长，再由于2φ断开使电荷包移动到1φ位置。

经过这样的往复之后右面的电荷包从右边离开，又有新的电荷包从左边进入。

CCD 电荷的注入方式有哪些？CCD 电荷的注入方法有电注入和光注入两种。

面阵CCD 传感器的类型及对比？可以通过哪些参数评价CCD 的性能？CCD 器件的性能参数包括灵敏度、分辨率、信噪比、光谱响应、动态范围、暗电流等。

PSD 相对于象限探测器，有何优点？（1）它对光斑的形状没有严格的要求，即输出信号与光的聚焦无关，只与光的能量中心位置有关，这给测量带来了很多方便。

（2）光敏面上无需分割，消除了死区，可连续测量光斑的位置，位置分辨率高，一维PSD 可达0.2μm 。

（3）可同时检测位置和光强：PSD 输出的总光电流与入射光强有关，而各信号电极输出光电流之和等于总光电流，所以从总光电流可求得相应的入射光强。

结合示意图，描述PSD 的工作原理。

当入射光照射到PSD 的光敏层时，在入射位置上就产生了与光能成比例的电荷，此电荷作为光电流通过电阻层由电极输出。

设左右电极距离光敏面中心点的距离都为L ，左右电极输出的光电流分别为I 1和I 2，总电流为I 0，则有I 0=I 1+I 2若以PSD 的中心点位置作为原点，光点离中心点的距离为x ，则有即可确定光斑能量中心的位置。

4.7 磁光效应及磁光式传感器结合原理图，说明什么是法拉第效应？当线偏振光沿磁场方向通过置于磁场中的磁光介质时，其偏振面发生旋转的现象称为磁致旋光效应，通常又称为法拉第旋转效应。

克尔效应和法拉第效应的区别？磁光克尔效应指的是一束线偏振光在磁化了的介质表面反射时，反射光将是椭圆偏振光, 而以椭圆的长轴为标志的“偏振面”相对于入射偏振光的偏振面旋转了一定的角度。

法拉第效应是通过磁光介质，克尔效应是在磁化介质表面反射结合示意图，说明法拉第效应测导线电流的工作机理？克尔效应可分为哪几类，电场和磁场方向的对应关系？按照磁化强度取向，磁光克尔效应又大致分为三种情况：(1) 极向克尔效应，即磁化强度M与介质表面垂直时的克尔效应；(2) 横向克尔效应，即M与介质表面平行，但垂直于光的入射面时的克尔效应；(3) 纵向克尔效应，即M既平行于介质表面又平行于光入射面时的克尔效应。

在磁光存储技术中主要应用的是极向克尔效应。

塞曼效应主要应用？研究原子结构磁致双折射效应的两种类型是什么，分别对应那种铁磁介质？科顿—穆顿效应：铁磁和亚铁磁介质中的磁致线性双折射现象；瓦格特效应：反铁磁介质中的磁致线双折射现象。

4.8 湿敏传感器什么是绝对湿度，相对湿度，各自单位是什么？(1)绝对湿度绝对湿度是指单位体积空气中所含水蒸气的含量，即空气中水蒸气的密度，可用“kg/m3”表示。

绝对湿度也称水汽浓度或水汽密度。

(2)相对湿度相对湿度为某一被测蒸汽压（P W）与相同温度下的饱和蒸汽压（P N）的比值的百分数，即H T=(P W/P N)T×100%RH通常用“%RH”表示相对湿度，这是一个无量纲的值。

当温度和压力变化时，因饱和水蒸气变化，所以，即使气体中水蒸气气压相同，其相对湿度也会发生变化。

绝对湿度给出空气内水分的具体含量，而相对湿度则指出了大气的潮湿程度，日常生活中所说的空气湿度，实际上就是指相对湿度。

湿度的表示方法有哪些？绝对湿度，相对湿度，露点，水蒸气分压，比湿，饱和度，饱和差典型湿度测量方法的工作过程？（伸缩式湿度计，干湿球湿度计和露点计）（1）伸缩式湿度计是利用毛发、纤维素等物质随湿度变化而伸缩的性质来测量湿度的，以前常用于自动记录仪和空调的自动控制等场合，目前也用于家庭设备。

此中湿度计无需进行温度补偿，但不能转换为电信号。

（2）干湿球湿度计主要用于气象领域，它是根据湿球的通风情况测量湿度，精度高。

可以利用计算机将湿球的温度换算成湿度，使其达到最佳状态。

此中湿度计有多种类型，但缺点是要不断地给湿球供水。

（3）露点计用于电子冷却系统的冷却，还可用于测量镜面结露的湿度，其精度较高，可以作为标准湿度的校正计，但装置复杂。

湿敏传感器的主要特性参量有哪些？湿感特性曲线，测湿量程，灵敏度，湿度温度系数，响应时间，湿滞回线和湿滞回差，电压特性常见湿敏传感器的工作机理。

（半导体陶瓷湿敏传感器、多孔氧化铝湿敏传感器、结型湿敏传感器和氯化锂湿敏传感器）4.9 气敏传感器气敏传感器的主要性能参数有哪些？灵敏度、响应时间、选择性、稳定性、温度特性、湿度特性和电压源特性能根据传感特性曲线，分析特定性能参数的具体数值。

半导体气敏传感器的分类及可检测气体？浓差电池型气敏传感器的工作机理？这类传感器中最典型的是稳定型氧化锆（ZrO2-Y2O3）的氧传感器。

稳定性氧化锆是将CaO、MgO、Y2O3等固溶于ZrO2中的一类材料。

在氧化锆的两侧装上不电解的铂电极。

当两个电极处的氧的化学位不相同时，两电极间将产生浓差电势，因此将这种传感器称浓差电池型气敏传感器。

5.1 波式传感器什么是超声波，频率范围是什么？频率高于20kHz的机械波。

在超声波检测中，最常用的频率范围是0.25 MHz --20MHz左右。

超声波传感器主要包括哪三种类型，各自的传感机理如何实现？还有电磁式超声波传感器超声波传感器实现厚度、液位和流量检测的过程？超声波测量厚度常采用脉冲回波法。

下图为脉冲回波法检测厚度的工作原理超声波测量物位是根据超声波在两种介质的分界面上的反射特性而工作的。

下图为几种超声波检测物位的工作原理图超声波测量流体流量是利用超声波在流体中传输时，在静止流体和流动流体中的传播速度不同的特点，从而求得流体的流速和流量。