传感器简答题

场合：变间隙型可测量位移，变面积型可测量直线位移、角位移、尺寸，变介电常数型可测量液体液位、材料厚度。

特点：电容式传感器具有以下特点：功率小，阻抗高，由于电容式传感器中带电极板之间的静电引力很小，因此，在信号检测过程中，只需要施加较小的作用力，就可以获得较大的电容变化量及高阻抗的输出；动态特性良好，具有较高的固有频率和良好的动态响应特性；本身的发热对传感器的影响实际上可以不加考虑；可获取比较大的相对变化量；能在比较恶劣的环境条件下工作；可进行非接触测量；结构简单、易于制造；输出阻抗较高，负载能力较差；寄生电容影响较大；输出为非线性。

6.1什么叫做正压电效应和逆压电效应？什么叫做纵向电压效应和横向电压效应？ 答：某些电介质在沿一定的方向上受到外力的作用而变形时，内部会产生极化现 象，同时在其表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电的状态， 这种现象称为压电效应。这种机械能转化成电能的现象，称为“顺压电效应”。 反之，在电介质的极化方向上施加交变电场或电压，它会产生机械变形，当 去掉外加电场时，电介质变形随之消失，这种现象称为“逆压电效应”。在 石英晶体中，通常把沿电轴x方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵 向压电效应”， 而把沿机械轴y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横 向压电效应”。

6.6简述压电式加速度传感器的工作原理。

答：其原理利用压电晶体的电荷输出与所受的力成正比，而所受的力在敏感质量 一定的情况下与加速度值成正比。在一定条件下，压电晶体受力后产生的电 荷量与所感受到的加速度值成正比。

7.1简述变磁通式和恒磁通式传感器的工作原理。

答1.变磁通式传感器工作原理：产生磁场的永久磁铁和线圈都固定不动，通过磁 通Φ的变化产生感应电动势e。变磁通式又称磁阻式常用于角速度的测量。 2.恒磁通式传感器工作原理：气隙磁通保持不变，感应线圈与磁铁作相对运 动，线圈切割磁力线产生感应电势。 7.4什么是霍尔效应？霍尔电势与哪些因素有关？

答：1.通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这 种现象称霍尔效应。该电势称霍尔电势。

2.霍尔电势正比于激励电流及磁感应强度，其灵敏度与霍尔系数RH成正比

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而与霍尔片厚度d成反比。为了提高灵敏度，霍尔元件常制成薄片形状。 8.1光电效应有哪几种？相对应的光继电器件各有哪些？

答：1.光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类。内光电效应又可分为光电 导效应和光生伏特效应。 2.光电器件

（1）基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管、光电摄像管等。 （2）基于光电导效应的光电器件有光敏电阻。

（3）基于光生伏特效应的光电器件有光电池、光敏二极管、三极管。

8.2试述光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管和光电池的工作原理，在实际应用时各有什么特点？

答：1.光敏电阻的工作原理

其工作原理是基于光电导效应，其阻值随光照增强而减小。光敏电阻没有极 性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。无 光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。当光敏 电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，电路中电 流迅速增大。一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好， 此时光敏电阻的 灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧量级， 亮电阻值在几千欧以下。 2.光敏二极管的工作原理

在无光照时，处于反偏的光敏二极管工作在截止状态，其反向电阻很大， 反向电流很小，这种反向电流称为暗电流。当有光照射到光敏二极管的PN结 时，PN结附近受光子轰击，吸收其能量而产生电子-空穴对，它们在反向电压 和内电场的作用下，漂移越过PN结，形成比无光照时大得多的反向电流，该 反向电流称为光电流，此时，光敏二极管的反向电阻下降。 若入射光的强度 增强，产生的电子-空穴对数量也随之增加，光电流也响应增大，即光电流与 光照度成正比。

如果外电路接上负载，便可获得随光照强弱变化的信号。光敏二极管的光电 流 I 与照度之间呈线性关系。光敏二极管的光照特性是线性的，所以适合检测 等方面的应用。 光敏晶体管的工作原理

大多数光敏晶体管的基极无引出线，当集电极加上相对于发射极为正的电压而

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不接基极时，集电结就是反向偏压。当光照射在集电结时，就会在结附近产生

电子—空穴对，光生电子被拉到集电极，基区留下空穴，使基极与发射极间的电压升高，这样便会有大量的电子流向集电极，形成输出电流，且集电极电流为光电流的β倍，所以光敏晶体管有放大作用。 4.光电池的工作原理

硅光电池是在一块N型硅片上用扩散的办法掺入一些P型杂质(如硼)形成PN 结。当光照到PN结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发出电子- 空穴对，在N区聚积负电荷，P区聚积正电荷，这样N区和P区之间出现电位 差。若将PN结两端用导线连起来，电路中有电流流过，电流的方向由P区流 经外电路至N区。若将外电路断开，就可测出光生电动势。 8.6光在光纤中是怎样传输的？对光纤及入射光的入射角有什么要求？

答：1.光在光纤内的全内反射进行传输的，实际工作时需要光纤弯曲，但只要满 足全反射条件，光线仍然继续前进。可见这里的光线“转弯”实际上是由光 的全反射所形成的。

2.为满足光在光纤内的全内反射， 光入射到光纤端面的入射角θi应满足

2n12?n2?i??c?arcsin()n0

一般光纤所处环境为空气，则n0=1，这样上式可表示为

2?i??c?arcsin(n12?n2)

9-1 简述气敏传元件的工作原理。

半导体气敏传感器的敏感部分是金属氧化物半导体微结晶粒子烧结体，当它的表面吸附被测气体时，半导体微结晶粒子接触表面的导电电子比例就会发生变化，从而使气敏元件的电阻值随被测气体的浓度而改变。这种反应是可逆的，因而是可重复使用的。

当氧化型气体吸附到N型半导体上，还原型气体吸附到P型半导体上时，将使半导体载流子减少，而使半导体电阻值增大。

当还原型气体吸附到N型半导体上，氧化型气体吸附到P型半导体上时，则半导体载流子增多，使半导体电阻值下降。

9-3什么叫湿敏电阻？湿敏电阻有哪些类型？各有什么特点?

湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化的电阻。

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氯化锂湿敏电阻

半导体陶瓷湿敏电阻

（3）前者优点滞后小，不受测试环境风速影响，检测精度高达±5％，但耐热性差，不能用于露点以下测量，器件性能重复性不理想，使用寿命短。

后者可分为负特性湿敏半导体陶瓷和正特性湿敏半导体陶瓷。前者电阻率随湿度的增加而下降，后者的表面电阻随湿度的增加而加大 10-1 超声波在介质中传播具有哪些特性？

（1）超声波的波型：声源在介质中施力方向与波在介质中传播方向的不同，声波的波型也不同。通常有：纵波、横波和表面波。

（2）超声波的传播速度：在固体中，纵波、横波及其表面波三者的声速有一定的关系， 通常可认为横波声速为纵波的一半，表面波声速为横波声速的90%；气体中纵波声速为344 m/s。；液体中纵波声速在900～1900m/s。

（3）超声波的反射和折射：声波从一种介质传播到另一种介质，在两个介质的分界面上一部分声波被反射, 另一部分透射过界面，在另一种介质内部继续传播。这样的两种情况称之为声波的反射和折射。 （4）超声波的衰减，声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰减，其衰减的程度与声波的扩散、散射及吸收等因素有关。 10-3超声波物位测量有几种方式？各有什么特点？

传感器可分为单换能器和双换能器。单换能器的传感器发射和接收超声波使用同一个换能器，而双换能器的传感器发射和接收各由一个换能器担任。

超声波发射和接收换能器可设置在液体介质中，让超声波在液体介质中传播，由于超声波在 液体中的衰减比较小，所以即使发射的超声脉冲幅度较小也可以传播。超声波发射和接收换能器也可以安装在液面的上方，让超声波在空气中传播，这种方式便于安装和维修，但超声波在空气中的衰减比较厉害。 11-1 简述微波传感器的测量机理。

由发射天线发出微波，此波遇到被测物体时将被吸收或反射，使微波功率发生变化。若利用接收天线，接收到通过被测物体或由被测物体反射回来的微波，并将它转换为电信号，再经过信号调理电路，即可以显示出被测量，实现了微波检测。

11-2 微波传感器有哪些特点？微波传感器如何分类？

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