北航生物医学传感器作业

“电容式传感器”作业 1、

已知平板形电容式传感器，极板间介质为空气，极板的初始间

距为1 mm ，初始电容值记为0C 。试求：（1）当极距减少0.1 mm 时，其电容变化量和传感器的灵敏度？（2）将其改为差动结构，若初始参数不变（即动极板与上极板之间、动极板与下极板之间的距离均为1 mm ），当极距变化（动极板移动）0.1 mm 时，求其电容变化量和传感器的灵敏度。并说明差动传感器为什么能提高灵敏度和减少非线性误差。 2、

如图所示，被测介质中放入两个同心圆柱形极板1和极板2，

若容器内液体介质的介电常数为1ε，容器内液体介质上面的气体介电常数为0ε，1R 为圆柱形极板1的半径。2R 圆柱形极板2的半径。

h 为电容器的高度。x 为被测液面高度。当容器内液面高度发生变

化时，极板1和极板2之间的电容量就要发生变化。设容器中的介质是非导电的，试推导电容式液面计电容C 的公式

010212122()ln(/)ln(/)

h x

C R R R R πεπεε-=

+。

3、

变介质型电容式传感器如图所示，介质块A 可移动，移入电容中的距离为x ，试求：（1）电容中无介质块A 时的电容0C ；（2

）

介质块A移入电容中的距离为x时的电容C，以及C与距离x为何种关系。

电阻式传感器作业

1. 金属应变片的工作原理是什么效应？写出其公式，并解释其中变量的含义。

2. 写出金属材料的灵敏度系数公式，并解释其中变量的含义。

3. 应变片的灵敏系数与其金属材料的灵敏系数之间存在什么样的关系？导致这一现象的原因是什么？

4. 什么叫应变片的应变极限？什么叫应变片的机械滞后？什么参数用于衡量应变片对时间的稳定性？

5. 半导体应变片的工作原理是什么？写出其公式，并解释其中变量的含义。

6. 写出半导体材料的灵敏度系数公式。并简述半导体应变片的特性。

7. 写出图1中电桥的平衡条件，及开路电压U0和等效电阻R0的计算公式。

8. 电路如图2所示，E=5V，不计其内阻；R1=100Ω，R2=200Ω，R3=1000Ω，R4=2000Ω，ΔR4=5Ω，检流计内阻RL=100Ω，检流计灵敏度KL=10mm/μA。求输出电压UL及检流计的偏转大小。

9. 当电桥电压U一定时，写出等臂电桥、差动半桥、差动全桥的电压灵敏度公式。

10. 图3为直流电桥的实际补偿电路，请简述其中各补偿电阻的作用。

11. 简述下图中各传感器的主要用途。

电感式传感器

1 以变气隙式电感传感器为例，说明差动式结构的优势及其原因。

2 电感式传感器的测量电路中需要有相敏检波，其作用是什么？

3 什么叫电涡流效应？

压电式传感器

1. 请简要描述正、逆压电效应及其能量转换关系。

2. 请写出压电常数矩阵中两个下标的含义。

3. 通过下图中第1幅的信息，画出后3幅中压电晶体极板上的电荷分布。

4.

5. 请画出压电元件的两种等效电路。

X X Y 轴向受拉力

Y 轴向受压力

6.请简单描述压电元件的串联和并联，并写出串联和并联时电容、

电压和电荷的关系。

7.请简述压电式传感器的电路特性，及测量电路中放大器的主要

作用。

8.请简述电缆长度对电压放大器和电荷放大器测量结果的影响。

9.请简述用电压式传感器测量加速度的原理。

10.请问什么叫压电谐振现象？这一现象有什么作用？

11.请简述多普勒效应，及其在血液流速测量中的作用。

磁传感器

1 简述恒磁通式和变磁通式磁电传感器的工作原理。

2 什么是霍尔效应？影响霍尔电势的因素有哪些？

光学传感器

1、试述内、外光电效应的产生机理。

2、简述光电倍增管的基本结构及原理。与普通光电管相比，它有哪些优点？

3、根据传光原理，试述光纤传感器是如何工作的？

4、试计算n1=1.46，n2=1.45 的阶跃折射率光纤的数值孔径NA 值？

如果外部媒质为空气n0=1，该种光纤的最大入射角是多少？

5、简述光纤微弯传感器、反射式光纤压力传感器的原理。

热电式传感器

1. 请简述热敏电阻的工作原理，写出其公式表达。

2. 请写出金属热电阻和半导体热电阻各自的优缺点。

3. 简述半导体热敏电阻的三种类型和各自的应用。

4. 简述半导体热敏电阻的两种线性化方法。

5. 请写出热电偶传感器的测量原理。

6. 请写出热电偶的四大基本定则的名称。

7. 请简述PN结型温度传感器的测温原理及特点。

8. 请写出集成电路温度传感器的三种输出方式。

9. 请简述热释电效应及其原理。

10. 请简述接触式温度测量在生物医学领域的三种不同应用。化学传感器

1 什么是电离常数？什么是活度？

2 简述开放式O2电极的工作原理。