【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 產(chǎn)生的光電流很小，只有零點(diǎn)幾個(gè)微安，很不容易探測(cè)。為了提高光電管的靈敏度，這時(shí)常用光電倍增管對(duì)電流進(jìn)行放大。光電倍增管的光電轉(zhuǎn)換過程為：當(dāng)入射光的光子打在光電陰極上時(shí)，光電陰極發(fā)射出電子，該電子流又打在電位較高的第一倍增極上，于是又產(chǎn)生新的二次電子；第一倍增極產(chǎn)生的二次電子又打在比第一倍增極電位高的第二倍增極上，該倍增極同樣也會(huì)產(chǎn)生二次電子發(fā)射，如此連續(xù)進(jìn)行下去，直到最后一級(jí)的倍增極產(chǎn)生的二次電子被更高電位的陽(yáng)極收集為止，從而在整個(gè)回路里形成光電流。 ，選用的繼電器吸合電流為50mA，直流電阻為250Ω?，F(xiàn)欲設(shè)計(jì)兩個(gè)簡(jiǎn)單的光電開關(guān)，其中一個(gè)是有強(qiáng)光照時(shí)繼電器吸合，另一個(gè)相反，是有強(qiáng)光照時(shí)繼電器釋放。請(qǐng)分別畫出兩個(gè)光電開關(guān)的電路圖（采用普通三極管放大），并標(biāo)出電源極性及選用的電壓值。 ，請(qǐng)分析其工作原理，并說明各元件的作用，該電路在無光照的情況下繼電器K是處于吸合還是釋放狀態(tài)？ 請(qǐng)用激光傳感器設(shè)計(jì)一臺(tái)激光測(cè)量汽車速度的裝置（畫出示意圖），并論述其測(cè)速的基本工作原理。答：汽車上安定一個(gè)反光體，當(dāng)激光照射時(shí)，反光體將激光反射反回來，將會(huì)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。發(fā)射機(jī)發(fā)射出的激光向被測(cè)物體輻射，被測(cè)物體以速度運(yùn)動(dòng)，如圖（a）所示，被測(cè)物體作為接收機(jī)接收到的頻率為：式中： ——發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)的頻率；——被物體的運(yùn)動(dòng)速度； ——激光波長(zhǎng)，為激光的傳播速度。如果將作為反射波向接收機(jī)發(fā)射信號(hào)，如圖（b）所示。接收機(jī)接收到的信號(hào)頻率為：由于被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于激光光速，則可認(rèn)為，即由多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的頻率之差稱為多普勒頻率，即由此可見，被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)速度可以用多普勒頻率來描述。 什么是超聲波？超聲波通過兩種介質(zhì)界面時(shí)，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？答：波是振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播，振動(dòng)頻率20kHz以上的機(jī)械波稱為超聲波。當(dāng)超聲波由一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí)，由于在兩種介紹中的傳播速度不同，在異質(zhì)界面上將會(huì)產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象。，往往要在工件與探頭接觸的表面上加一層耦合劑，這是為什么？答：用聲波進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，在工件與探頭接觸的表面加一層耦合劑。相當(dāng)于聲波由一種介質(zhì)內(nèi)傳來、通過第二種介質(zhì)傳到第三種介質(zhì)中去的時(shí)候。假設(shè)聲波由聲阻抗為的介質(zhì)中入射到聲阻抗為和二種介質(zhì)的交界面上，然后透過第二種介質(zhì)入射到和二種介質(zhì)的交界面上，最后進(jìn)入聲阻抗為的介質(zhì)，如圖所示。由物理學(xué)可知，進(jìn)入第三介質(zhì)的聲波聲壓與第一介質(zhì)的聲壓的比為： 式中：——耦合劑的厚度。則由透射系數(shù)定義（進(jìn)入第三介質(zhì)的聲強(qiáng)與入射波聲強(qiáng)的比值）可得： （3135）若令，當(dāng)時(shí)，上式可簡(jiǎn)化為： （3136）這時(shí)若有，得到。其物理意義是：當(dāng)聲波垂直通過聲阻抗分別、的介質(zhì)所組成的界面時(shí)，只要耦合劑的聲阻抗為介質(zhì)1和介質(zhì)3的幾何平均值時(shí)，則選取耦合劑的厚度為聲波波長(zhǎng)的時(shí)，就能獲得聲波的全透射。 請(qǐng)你依據(jù)已學(xué)過的知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)超聲波液位計(jì)（畫出原理框圖，并簡(jiǎn)要說明它的工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)）。答：采用單換能器的傳感器發(fā)射和接收超聲波均使用一個(gè)換能器，如圖所示結(jié)構(gòu)示意圖。超聲波發(fā)射和接收換能器安裝在液面的上方，讓超聲波在空氣中傳播。超聲波從發(fā)射到液面，又從液面反射到換能器的時(shí)間為t，則換能器距液面的距離h為：式中，v為超聲波在介質(zhì)中傳播的速度。由此可知，只要測(cè)量從液面反射到換能器的時(shí)間為t，即可液位情況。 微波傳感器分為哪兩種？其工作原理是什么？答：微波傳感器就是指利用微波特性來檢測(cè)某些物理量的器件或裝置。由發(fā)射天線發(fā)出微波，遇到被測(cè)物體時(shí)將被吸收或反射，使其功率發(fā)生變化。若利用接收天線，接收到通過被測(cè)物或由被測(cè)物反射回來的微波，并將它轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)，再經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路后，即可顯示出被測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)微波檢測(cè)過程。根據(jù)上述原理，微波傳感器可以分為反射式和遮斷式兩類。 比較微波傳感器與超聲波傳感器有何異同。答：，如表所示項(xiàng) 目微波傳感器超聲波傳感器波類型電磁波機(jī)械波反射特性在不同介電常數(shù)的界面上反射在不同聲阻抗的界面上反射壓力影響微不足道很小溫度影響微不足道需溫度補(bǔ)償傳播速度約（真空中）約（空氣中，）測(cè)量盲區(qū)到天線頂端離輻射面大于傳播環(huán)境很少受氣相環(huán)境影響要求均一的氣體環(huán)境 請(qǐng)用紅外傳感器設(shè)計(jì)一臺(tái)紅外防盜裝置（畫出它的示意圖），并說明其工作原理？答：紅外報(bào)警器主要由光學(xué)系統(tǒng)、熱釋電紅外傳感器、信號(hào)濾波和放大、信號(hào)處理和報(bào)警電路等幾部分組成。一般人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)10μm左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的10μm左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10μm左右的紅外線通過菲尼爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。其結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。圖中，菲涅爾透鏡可以將人體輻射的紅外線聚焦到熱釋電紅外探測(cè)元上，同時(shí)也產(chǎn)生交替變化的紅外輻射高靈敏區(qū)和盲區(qū)，以適應(yīng)熱釋電探測(cè)元要求信號(hào)不斷變化的特性；熱釋電紅外傳感器是報(bào)警器設(shè)計(jì)中的核心器件，它可以把人體的紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以供信號(hào)處理部分使用；信號(hào)處理主要是把傳感器輸出的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、延遲、比較。待 測(cè)目 標(biāo)光 學(xué) 系 統(tǒng)（菲涅爾透鏡）熱釋電紅外傳感器信 號(hào)處 理報(bào) 警電 路 報(bào)警器結(jié)構(gòu)框圖 在精密車床上使用刻線為5400條/周圍光柵作長(zhǎng)度檢測(cè)時(shí)，問該車床絲桿的螺距為多少？ 動(dòng)態(tài)讀磁頭與靜態(tài)讀磁頭有何區(qū)別？答：動(dòng)態(tài)磁頭又稱速度響應(yīng)式磁頭，它只有一組輸出繞組，只有當(dāng)磁頭磁柵有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，才有信號(hào)輸出。運(yùn)動(dòng)速度不同，輸出信號(hào)的大小也不同，靜止時(shí)沒有信號(hào)輸出，故不適用于長(zhǎng)度測(cè)試。磁芯材料為鐵鎳合金（含Ni80%）片，每片厚度為，疊成需要有厚度。圖中W為磁信號(hào)節(jié)距，讀出信號(hào)為正弦信號(hào)，在N和N相重疊處為正的最強(qiáng)，S和S相重疊處為負(fù)的最強(qiáng)。靜態(tài)磁頭又稱磁通響應(yīng)式磁頭，它在磁頭與磁柵間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下也有信號(hào)輸出。，磁芯材料為高磁導(dǎo)率材料，如坡莫合金，單片厚度等于。磁芯由三種不同形式的薄膜疊合而成，疊合順序?yàn)锳→B→C→B→D→B→C→B→A反復(fù)循環(huán)，組成一個(gè)多間隙磁頭。磁芯上繞有兩個(gè)繞組，一個(gè)勵(lì)磁繞組匝，它由一交變的勵(lì)磁電壓激勵(lì)，產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度沿圖中虛線所示的途徑流通。另一個(gè)為輸出繞組匝，它根據(jù)勵(lì)磁繞組所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁尺上的磁化強(qiáng)度的變化情況，輸出一個(gè)與磁尺位置相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。兩個(gè)繞組的線徑。在勵(lì)磁繞組中通入交變的勵(lì)磁電流，使磁芯的可飽和部分（截面較小）在每周內(nèi)兩次被電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)飽和。這時(shí)磁芯的磁阻很大，磁柵上的漏磁通就不能由磁芯流過輸出繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。只有在勵(lì)磁電流每周兩次過零時(shí)，可飽和磁芯不被飽和，磁柵上的漏磁通才能渡過輸出繞組的磁芯而產(chǎn)生電勢(shì)，其頻率為勵(lì)磁電流頻率的兩倍，輸出幅值與磁柵進(jìn)入磁芯漏磁通的大小成正比例。為了增大輸出，實(shí)際使用時(shí)，常將這種磁頭多個(gè)串聯(lián)起來做成一體（稱為多間隙靜態(tài)磁頭）。 動(dòng)態(tài)磁頭外形 動(dòng)態(tài)磁頭讀取信號(hào)的示意圖 靜態(tài)磁頭外形及磁頭讀取信號(hào)的示意圖 機(jī)械工業(yè)中常用的數(shù)字式傳感器有哪幾種？各利用了什么原理？它們各有何特點(diǎn)？答：按照輸出信號(hào)的形式，常用的數(shù)字式傳感器可分為三類：脈沖輸出式數(shù)字傳感器（如光柵傳感器、感應(yīng)同步器、增量編碼器等），編碼輸出式數(shù)字傳感器（如絕對(duì)編碼器等），頻率輸出式數(shù)字傳感器。此外，數(shù)字式傳感器也可分為直接數(shù)字式傳感器和準(zhǔn)數(shù)字式傳感器兩大類。其中，直接數(shù)字式傳感器是指它的輸出為二元形式（01）的信號(hào)，它包括各種編碼器（直接編碼器、光柵、磁柵、感應(yīng)同步器、CCD或類似的光敏器件以及觸發(fā)器式的傳感器）。準(zhǔn)數(shù)字式傳感器是指以頻率形式輸出的諧振式傳感器。它們輸出信號(hào)可以為頻率脈沖個(gè)數(shù)、位相或脈沖寬度，它包括機(jī)械式的（振弦、振桿、振膜、振筒、振殼等）、聲學(xué)的（SAW）、光學(xué)的（包括激光器）以及電學(xué)的（各種L、C、R組合形成的振蕩器）。 數(shù)字式傳感器及數(shù)顯表采用微機(jī)后，有什么好處？答：具有處理更方便、抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)可以高速遠(yuǎn)距離傳輸、而且可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)測(cè)控、便于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)及多路測(cè)量、數(shù)據(jù)共享及易于與計(jì)算機(jī)接口等。 生物傳感器有哪些類型？有什么特點(diǎn)？答：按照敏感膜材料（分子識(shí)別元件）和敏感元件（電信號(hào)轉(zhuǎn)換元件）的不同，生物傳感器有多種分類方法，但主要有兩種分類法。（1）敏感膜材料按照敏感膜材料的不同，生物傳感器可分為細(xì)胞器傳感器（organall sensor）、微生物傳感器（microbial sensor）、免疫傳感器（immunol sensor）、酶?jìng)鞲衅鳎╡nzyme sensor）和組織傳感器（tissue sensor）等五大類（）。 生物傳感器按敏感膜分類（2）敏感元件按照敏感元件的工作原理不同，生物傳感器可分為生物電極（bioelectrode）、熱生物傳感器（calorimetric biosensor）、壓電晶體生物傳感器（piezoelectric biosensor）、半導(dǎo)體生物傳感器（semiconduct biosensor）、光生物傳感器（optical biosensor）和介體生物傳感器（medium biosensor）等（）。 生物傳感器按敏感元件分類 與通常的化學(xué)分析法相比，生物傳感器具有以下特點(diǎn)：1） 分析速度快，可以在較短的時(shí)間內(nèi)得到結(jié)果；2） 準(zhǔn)確度高，一般相對(duì)誤差可以達(dá)到1%；3） 操作較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析；生物傳感器的主要缺點(diǎn)是使用壽命較短。 酶?jìng)鞲衅鞯臋z測(cè)方式有哪幾種？試舉例說明。答：常見的酶?jìng)鞲衅饔须娏餍秃碗娢恍蛢煞N。其中，電流型是由與酶催化反應(yīng)有關(guān)物質(zhì)電極反應(yīng)所得到的電流來確定反應(yīng)物質(zhì)的濃度，一般采用氧電極、電極等；而電位型是通過電化學(xué)傳感器件測(cè)量敏感膜電位來確定與催化反應(yīng)有關(guān)的各種物質(zhì)的濃度，一般采用電極、電極、電極等。下面以葡萄糖酶?jìng)鞲衅鳛槔f明其工作原理與檢測(cè)過程。圖所示為葡萄糖酶?jìng)鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)原理圖，它的敏感膜為葡萄糖氧化酶，固定在聚乙烯酰胺凝膠上。敏感元件由陰極，陽(yáng)極和中間電解液（強(qiáng)堿溶液）組成。在電極表面上覆蓋一層透氧化的聚四氟乙烯膜，形成封閉式氧電極，它避免了電極與被測(cè)液直接接觸，防止電極毒化。當(dāng)電極浸入含蛋白質(zhì)的介質(zhì)中，蛋白質(zhì)會(huì)沉淀在電極表面上，從而減小電極有效面積，使兩電極之間的電流減小，傳感器受到毒化。測(cè)量時(shí)，葡萄糖酶?jìng)鞲衅鞑迦氲奖粶y(cè)葡萄糖溶液中，由于酶的催化作用而耗氧（過氧化氫），其反應(yīng)式為葡萄糖+ 葡萄糖酸+式中，GOD為葡萄糖氧化酶。由式可知，葡萄糖氧化時(shí)產(chǎn)生，而通過選擇性透氣膜，使聚四氟乙烯膜附近的氧化量減少，相應(yīng)電極的還原電流減少，從而通過電流值的變化來確定葡萄糖的濃度。 免疫傳感器有哪兩種類型？其工作原理分別是什么？答：免疫傳感器的基本原理是免疫反應(yīng)。利用抗體能識(shí)別抗原并與抗原結(jié)合的功能的生物傳感器稱為免疫傳感器。它利用固定化抗體（或抗原）膜與相應(yīng)的抗原（或抗體）的特異反應(yīng)，反應(yīng)的結(jié)果使生物敏感膜的電位發(fā)生變化。免疫傳感器一般可分為非標(biāo)識(shí)免疫傳感器和標(biāo)識(shí)免疫傳感器。當(dāng)抗體固定在傳感器表面，當(dāng)傳感器表面與含有抗原體的溶液接觸時(shí)，傳感器表面就會(huì)形成抗菌素體的復(fù)合體，比較抗原抗體復(fù)合體形成前后的特性，即可知發(fā)生的物理變化，此種結(jié)構(gòu)的傳感器稱為非標(biāo)識(shí)免疫傳感器。而標(biāo)識(shí)免疫傳感器是利用酶的標(biāo)識(shí)劑來增加免疫傳感器的檢測(cè)靈敏度。前者適合于定量檢測(cè)，后者適用于如荷爾蒙、胰島素等高靈敏度檢測(cè)。圖所示為梅毒抗體傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖，它由三個(gè)容器組成，1為基準(zhǔn)容器，2為測(cè)試容器，3為抗原容器。梅毒抗菌抗體傳感器使用脂質(zhì)抗菌素原固定化膜，將乙酰纖維素和抗原溶于二氯乙烷與乙醇混合溶液中，然后將它攤在玻璃板上，形成厚度為10的膜。將抗原在膜中進(jìn)行包裹固定化，干燥后將膜剝下，通過支持物將它固定在容器內(nèi)。參考膜（不含有抗原的純乙酰纖維素膜）與抗原膜由容器1和容器3分開。血清注入容器2中，抗原膜作為帶電膜而工作，如果血清中存在抗體，則抗體被吸附于抗原表面形成復(fù)合體。因抗體帶正電荷，所以膜的負(fù)電荷減少，引起膜電位變化，最后通過測(cè)定兩個(gè)電極間的電位差，來判斷血清中是否存在梅毒抗體。 什么是智能傳感器？傳感器的智能化主要包括什么內(nèi)容？答：智能傳感器是基于人工智能、信息處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)的具有分析、判斷、量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換，漂移、非線性和頻率響應(yīng)等自動(dòng)補(bǔ)償，對(duì)環(huán)境影響量的自適應(yīng)，自學(xué)習(xí)以及超限報(bào)警、故障診斷等功能的傳感器。傳感器智能化主要包括：邏輯判斷和統(tǒng)計(jì)處理、自診斷和自校準(zhǔn)、自適應(yīng)和自調(diào)整、組態(tài)、記憶和存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通信等功能。 微傳感器的特點(diǎn)是什么？有什么應(yīng)用？ 答：微傳感器具有以下特點(diǎn)：（1）空間占有率小。對(duì)被測(cè)對(duì)象的影響少，能在不擾亂周圍環(huán)境，接近自然的狀態(tài)下獲取信息。（2）靈敏度高，響應(yīng)速度快。由于慣性、熱容量極小，僅用極少的能量即可產(chǎn)生動(dòng)作或溫度變化。分辨率，響應(yīng)快，靈敏度高，能實(shí)時(shí)地把握局部的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。（3）便于集成化和多功能化。能提高系統(tǒng)的集成密度，可以用多種傳感器的集合體把握微小部位的綜合狀態(tài)量；也可以把信號(hào)處理電路和驅(qū)動(dòng)電路與傳感元件集成于一體，提高系統(tǒng)的性能，并實(shí)現(xiàn)智能化和多功能化。（4）可靠性提高。可通過集成，構(gòu)成伺服系統(tǒng)，用零位法檢測(cè)；還能實(shí)現(xiàn)自診斷、自校正功能。把半導(dǎo)體微加工技術(shù)應(yīng)用于微傳感器的制作，能避免因組裝引起的特性偏差。與集成電路集成在一起可以解決寄生電容和導(dǎo)線過多的問題。（5）消耗電力小，節(jié)省資源和能量。（6）價(jià)格低廉。能多個(gè)傳感器制作在一起且無須組裝，可以在一塊晶片上同時(shí)制作幾個(gè)傳感器，大大降低了材料和制造成本。 模糊傳感器具有哪些基本功能？其基本結(jié)構(gòu)是怎樣的？答：模糊傳感器作為一種智能傳感器，它應(yīng)該具有智能傳感器的基本功能，即學(xué)習(xí)、推理、聯(lián)想、感知和通信功能。模糊傳感器的基本功能決定了其基本結(jié)構(gòu)。1．邏輯結(jié)構(gòu)與物理結(jié)構(gòu)所謂模糊傳感器的邏輯結(jié)構(gòu)就是在邏輯上要完成的