【導(dǎo)讀】說明各部分的作用。當然其中還包括電源和傳輸通道等不可缺少的部。感器所引入的誤差。路加以放大，以滿足顯示記錄裝置的要求。根據(jù)需要測量電路還。能進行阻抗匹配、微分、積分、線性化補償?shù)刃盘柼幚砉ぷ?。作用是使人們了解被測量的大小或變化的過程。物理量的測量裝置，能完成檢測任務(wù)；傳感器由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件，轉(zhuǎn)換電路組成。原理、新效應(yīng)的敏感元件和傳感元件。①MEMS技術(shù)要求研制微型傳感器。如用于微型偵察機的CCD傳感器、用于管道爬。壁機器人的力敏、視覺傳感器。它們的特點是傳感器與微型計算機有機結(jié)合，構(gòu)成智能傳感器。系統(tǒng)功能最大程度地用。5．某位移傳感器，在輸入量變化5mm時，輸出電壓變化為300mV，求其靈敏度。移測量儀的輸出電壓由減至，求該儀器的靈敏度。500℃時的相對誤差為％。對于等臂電橋R1=R2=R3=R4=R，當R1的電阻增量ΔR1=ΔR時，由上面三種結(jié)果可以看出，當橋臂應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化時，應(yīng)變成線性關(guān)系。個被測信號接成兩個差動對稱的全橋工作形式，

　　

【正文】 量 遮 蔽 光 通 量1 被 測 物 2 光 電 元 件 3 恒 光 源a )b )22113 7. 光纖傳感器常用的調(diào)制原理有哪些？ 29 解： 1） 強度調(diào)制 原理 2） 相位調(diào)制原理 3） 頻率調(diào)制原理 4） 偏振調(diào)制 原理 8. 紅外線的最大特 點是什么？什么是紅外傳感器？ 解：紅外線的最大特點是具有光熱效應(yīng)，可以輻射熱量，它是光譜中的最大光熱效應(yīng)區(qū)。能將紅外輻射量的變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置稱為紅外探測器或紅外傳感器。 紅外傳感器一般由光學(xué)系統(tǒng)、探測器、信號調(diào)理電路及顯示系統(tǒng)等組成。 第 8 章 霍爾傳感器 習(xí)題答案 1. 什么是霍爾效應(yīng)？ 答： 在置于磁場的導(dǎo)體或半導(dǎo)體中通入電流，若電流與磁場垂直，則在與磁場和電流都垂直的方向上會出現(xiàn)一個電勢差， 這種現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，是由科學(xué)家愛德文 霍爾在 1879年發(fā)現(xiàn)的。 產(chǎn)生的電勢差 稱為霍爾電壓。 2. 為什么導(dǎo) 體材料和絕緣體材料均不宜做成霍爾元件？ 答：因為導(dǎo)體材料 的 μ 雖然很大，但 ρ 很小，故不宜做成元件，而絕緣材料的 ρ 雖然很大，但 μ 很小，故也不宜做成元件。 3. 為什么霍爾元件一般采用 N型半導(dǎo)體材料？ 答：因為 在 N型半導(dǎo)體材料 中， 電子的遷移率比空穴的大，且 μnμ p，所以霍爾元件一般采用 N型半導(dǎo)體材料。 30 4. 霍爾靈敏度與霍爾元件厚度之間有什么關(guān)系？ 答：霍爾靈敏度與霍爾元件厚度成反比，nqdKH 1?。 5. 什么是霍爾元件的溫度特性？如何進行補償？ 答： 霍爾元件的溫度特性是指 元件的內(nèi)阻及輸出與溫度之間的關(guān)系。與一般半導(dǎo)體一樣，由于電阻率、遷移率以及載流子濃度隨溫度變化，所以霍爾元件的內(nèi)阻、輸出電壓等參數(shù)也將隨溫度而變化?；魻栐囟妊a償?shù)姆椒ㄖ饕欣幂斎牖芈返拇?lián)電阻進行補償和利用輸出回路的負載進行補償兩種。 1）利用輸入回路的串聯(lián)電阻進行補償。下圖是輸入補償?shù)幕揪€路，圖中的四端元件是霍爾元件的符號。兩個輸入端串聯(lián)補償電阻 R并接恒電源，輸出端開路。根據(jù)溫度特性，元件霍爾系數(shù)和輸入內(nèi)阻與溫度之間的關(guān)系式為 RHt=RH0(1+α t) Rit=Ri0(1+β t) 式中， RHt為溫度為 ｔ 時霍爾系數(shù)； RH0為 0℃ 時的霍爾系數(shù)； Rit為溫度為 ｔ 時的輸入電阻； Ri0為 0℃ 時的輸入電阻； α 為霍爾電壓的溫度系數(shù) , β 為輸入電阻的溫度系數(shù)。當溫度變化 Δ t時，其增量為 : Δ RH=RH0αΔ t Δ Ri=Ri0βΔ t REIREIR itU Hra ） 基本電路 b ） 等效電路R vt 31 根據(jù)dIBRU HH ?及 I=E/(R+Ri)，可得出霍爾電壓隨溫度變化的關(guān)系式為itHtHH RR EBdRRU ?? 對上式求溫度的導(dǎo)數(shù)，可得增量表達式 tRRRUU i iHH ????? )( 0 00 ?? (1) 要使溫度變化時霍爾電壓不變，必須使 000 ??? RRRii ?? 即 ? ?? )(0 ?? iRR (2) 式 (1)中的第一項表示因溫度升高霍爾系數(shù)引起霍爾電壓的增量，第二項表示輸入電阻因溫度升高引起霍爾電壓減小的量。很明顯，只有當?shù)谝豁棔r，才能用串聯(lián)電阻的方法減小第二項，實現(xiàn)自補償。 將元件的 α、β 值代入式 (2)，根據(jù) Ri0的值就可確定串聯(lián)電阻R的值。 R LI IR it R vtU Hra ） 基本電路 b ） 等效電路R LUL (2) 利用輸出回路的負載進行補償。上圖為補償原理電路圖，霍爾元件的輸入采用恒流源，使控制電流 Ｉ 穩(wěn)定不變。這樣，可以不考慮輸入回路的溫度影響。輸出回路的輸出電阻及霍爾電壓與溫度之間的關(guān)系為 UHt=UH0(1+α t) Rvt=Rv0(1+β t) 32 式中， UHt為溫度為 t時的霍爾電壓； UH0為 0時的霍爾電壓； Rvt為溫度為 t時的輸出電阻； Rv0為０時的輸出電阻。負載 RL上的電壓 UL為 UL=[UH0(1+α t) ] RL/[Rv0(1+β t)+RL] (3) 為使 UL不隨溫度變化，可對式 (3)求導(dǎo)數(shù)并使其等于零，可得 RL/Rv0≈ β /α .1≈ β /α (4) 最后，將實際使用的霍爾元件的 α、β 值代入，便可得出溫度補償時的 RL值。當 RL= Rv0時，補償最好。 6. 集成霍爾傳感器有什么特點？ 答：集成霍爾傳感器的特點主要是 取消了傳感器和測量電路之間的界限，實現(xiàn)了材料、元件、電路三位一體。集成霍爾傳感器與分立相比，由于減少了焊點，因此顯著地提高了可靠性。此外，它具有體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點。 7. 寫出你認為可以用霍爾傳感器來檢測的物理量。 答：可以用霍爾傳感器來檢測的物理量 有力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、轉(zhuǎn)速、磁場量等等。 8. 設(shè)計一個采用霍爾傳感器的液位控制系統(tǒng)。 33 答：液位控制系統(tǒng)原理如圖所示，霍爾元件固定不動，磁鐵與探測桿固定在一起，連接到裝液體的容器旁邊，通過管道與內(nèi)部連接。當液位達到控制位置時霍爾元件輸出控制信號，通過處理電路和電磁閥來控制液壓閥門的開啟和關(guān)閉，如液位低于控制位置時開啟閥門，超過控制位置時則關(guān)閉閥門。 儲 存 罐最 高 位最 低 位磁 鐵開 關(guān) 型霍 爾 片處 理 電 路控 制 電 源電 磁 閥液 體 源 第 9 章 新型傳感器 習(xí)題答案 1．光纖傳感器的性能有何特殊之處？主要有哪些應(yīng)用？ 答： 光導(dǎo)纖維傳感器 (簡稱光纖傳感器 )是七十年代迅速發(fā)展起來的一種新型傳感器。光纖傳感器具有靈敏度高，不受電磁波干擾，傳輸頻帶寬，絕緣性能好，耐水抗腐蝕性好，體積小，柔軟等優(yōu)點。目前已研制出多種光纖傳感器，可用于位移、速度、加速度、液位、壓力、流量、振動、水聲、溫度、電壓、電流；磁場、核輻射等方面的測量。應(yīng)用前景十分廣闊。 34 2．紅外線溫度傳感器有哪些主要類型？它與別的溫度傳感器有什么顯著區(qū)別？ 答： 能把紅 外輻射轉(zhuǎn)換成電量變化的裝置，稱為紅外傳感器，主要有熱敏型和光電型兩大類。 熱敏型是利用紅外輻射的熱效應(yīng)制成的，其核心是熱敏元件。由于熱敏元件的響應(yīng)時間長，一般在毫秒數(shù)量級以上。另外，在加熱過程中，不管什么波長的紅外線，只要功率相同，其加熱效果也是相同的，假如熱敏元件對各種波長的紅外線都能全部吸收的話，那么熱敏探測器對各種波長基本上都具有相同的響應(yīng)，所以稱其為“無選擇性紅外傳感器”。這類傳感器主要有熱釋電紅外傳感器和紅外線溫度傳感器兩大類。 光電型是利用紅外輻射的光電效應(yīng)制成的，其核心是光電元件。因此它的響應(yīng)時間一般比熱敏型短得多，最短的可達到毫微秒數(shù)量級。此外，要使物體內(nèi)部的電子改變運動狀態(tài)，入射輻射的光子能量必須足夠大，它的頻率必須大于某一值，也就是必須高于截止頻率。由于這類傳感器以光子為單元起作用，只要光子的能量足夠，相同數(shù)目的光子基本上具有相同的效果，因此常常稱其為“光子探測器”。這類傳感器主要有紅外二極管、三極管等。 3．紅外線光電開關(guān)有哪些優(yōu)越的開關(guān)特性？ 答：紅外線光電開關(guān) 具有 表面反射率 低、 環(huán)境特性 優(yōu)越、 回差距 35 離 遠、 響應(yīng)頻率 高、 輸出狀態(tài) 靈活、 檢測方式 多樣、 輸出形式 多等許多優(yōu)越的開 關(guān)特性。 4．超聲波有哪些傳播特性 ? 答：超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機械振蕩，它是由與介質(zhì)相接觸的振蕩源所引起的。振蕩源在介質(zhì)中可產(chǎn)生兩種形式的振蕩，即橫向振蕩和縱向振蕩。橫向振蕩只能在固體中產(chǎn)生，而縱向振蕩可在固體、液體和氣體中產(chǎn)生。 超聲波的一種傳播特性是在通過兩種不同的介質(zhì)時，產(chǎn)生折射和反射現(xiàn)象， 超聲波的另一種傳播特性是在通過同種介質(zhì)時，隨著傳播距離的增加，其強度因介質(zhì)吸收能量而減弱。 5. 什么是絕對濕度和相對濕度？ 解： 絕對濕度是指單位空間中所含水蒸汽的絕對含量或者濃度或者密度 ， 一般用符號 AH 表示。相對濕度是指被測氣體中蒸汽壓和該氣體在相同溫度下飽和水蒸氣壓的百分比 ， 一般用符號 RH 表示。 第 10 章 信號處理及抗干擾技術(shù) 習(xí)題答案 1. 對傳感器輸出的微弱電壓信號進行放大時，為什么要采用測量放大器？ 36 答：因為測量放大器不但具有很高的放大倍數(shù)，而且具有十分穩(wěn)定的輸出特性，符合傳感器微弱信號放大的要求。