【正文】 答：微波傳感器就是指利用微波特性來檢測一些非電量的器件和裝置。其原理是：由發(fā)射天線發(fā)射出微波，當遇到被測物體時將被吸收或反射，使微波功率發(fā)生變化。若利用接受天線接收到通過被測物或由被測物反射回來的微波，將它轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過信號調(diào)理電路后，即能顯示出被測量，這就是微波檢測過程。與一般傳感器不同，微波傳感器的敏感元件可以認為是一個微波場。微波傳感器的分類：反射式微波傳感器、遮斷式微波傳感器超聲波傳感器也即換能器又稱超聲波探頭。超聲波換能器根據(jù)其工作原理不同，分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數(shù)種。在檢測技術(shù)中主要采用壓電式。換能器由于其結(jié)構(gòu)的不同，又分為直探頭、斜探頭、雙探頭、表面探頭、聚焦探頭、水浸探頭、空氣傳導探頭以及其它專用探頭等。與微波傳感器類似，工作方式主要有兩種：當超聲波發(fā)生器與接受器分別置于被測物兩側(cè)時，這種類型稱為透射型；當超聲波發(fā)生器與接受器置于同側(cè)時，這種類型稱為反射型。5. 多普勒傳感器的工作原理是什么？其應用有哪些？解答：多普勒傳感器的工作原理是多普勒效應：即由于波源和接收者之間存在著相互運動而造成接收者接收到的頻率與波源發(fā)出的頻率不同，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應。應用：測量運動物體的速度，如車速、船速、衛(wèi)星速度和流體的流速等。也可根據(jù)光學多普勒頻移測定天體相對地球的運動。第八章 生物傳感器1．生物傳感器的工作原理是什么？ 解答：生物傳感器是在基礎傳感器上再耦合一個生物敏感膜而形成的，其工作原理如圖81所示（教材P170）。圖中生物功能膜上(或膜中)附著有生物傳感器的敏感物質(zhì)，被測量溶液中待測定的物質(zhì)經(jīng)擴散作用進入生物敏感膜層，經(jīng)分子識別或發(fā)生生物學反應，其所產(chǎn)生的信息可通過相應的化學或物理原理轉(zhuǎn)變成可定量和可顯示的電信號，通過電信號的分析就可知道被測物質(zhì)的成分或濃度。2．舉例說明酶傳感器的應用。 解答：利用酶傳感器可以測定各種糖、氨基酸、酯質(zhì)和無機離子等，在醫(yī)療、食品、發(fā)酵工業(yè)和環(huán)境分析等領(lǐng)域獲得多方面的應用。例如：酶傳感器可以用于水質(zhì)監(jiān)測，酚是一類對人體有害的化合物，經(jīng)常通過煉油和煉焦等工廠的廢水排放到河流和湖泊中。根據(jù)測定水中酚含量的需要，科學家利用固定化多酚氧化酶研制成多酚氧化酶傳感器，這種酶傳感器可快速測定出水中質(zhì)量分數(shù)僅有的酚。3．微生物傳感器分為哪幾種？各有何特點？解答：微生物的生存特性對氧氣有好氣性與厭氣性之分，其傳感器分為好氣性微生物傳感器和厭氣性微生物傳感器兩大類。特點:好氣性微生物傳感器:好氣性微生物生存在含氧條件下，生長過程離不開氧，它吸入氧氣而放出二氧化碳，這種微生物的呼吸可用氧電極或二氧化碳電極來測定。 厭氣性微生物傳感器:厭氣性微生物的生長會受到存在氧的妨礙，可由其生成的二氧化碳或代謝產(chǎn)物量來測定其生理狀態(tài)。當測定微生物的代謝生成物時，可用離子選擇電極來測定。4．葡萄糖傳感器的工作原理是什么？解答：葡萄糖傳感器是以葡萄糖氧化酶(GOD)為生物催化劑，氧電極為電化學測量裝置，通過測定酶作用后氧含量的變化實現(xiàn)對糖的量的測量，反應方程為： (82)式(82)表明可以通過測量氧的消耗量、或的生成量、或由葡萄糖酸引起的P H值的變化來測量葡萄糖的濃度。5．舉例說明葡萄糖傳感器的應用。解答：糖尿病的診斷。測量血糖、尿糖等。第九章 化學物質(zhì)傳感器1．氣敏傳感器可以分為哪幾種類型？半導體氣敏元件是如何分類的？解答：根據(jù)傳感器的氣敏材料以及氣敏材料與氣體相互作用的機理和效應不同主要可分為半導體式、固體電解質(zhì)式、電化學式、接觸燃燒式和其他類型。半導體氣敏傳感器又可分為電阻型和非電阻型。2．簡述N型半導體氣敏元件的原理。 解答：通常器件工作在空氣中，由于氧化的作用，空氣中的氧被半導體（N型半導體）材料的電子吸附負電荷，結(jié)果半導體材料的傳導電子減少，電阻增加，使器件處于高阻狀態(tài)；當氣敏元件與被測氣體接觸時，會與吸附的氧發(fā)生反應，將束縛的電子釋放出來，敏感膜表面電導增加，使元件電阻減小。導電機理用一句話描述：半導體表面因吸附氣體引起半導體元件電阻值變化，根據(jù)這一特性，從阻值的變化測出氣體的種類和濃度。3．PdMOSFET的工作原理是什么？解答：由于金屬鈀（Pd）對氫氣特別敏感。當Pd吸附氫氣以后，使Pd的功函數(shù)下降，且所吸附氣體的濃度不同，功函數(shù)變化量也不同，這將引起MOS管的C—U特性向左平移（向負方向偏移），由此可測定氫氣的濃度。4．什么是絕對濕度和相對濕度？解答：絕對濕度就是在一定溫度和壓力條件下，單位體積空氣內(nèi)所含水蒸氣的質(zhì)量，也就是指空氣中水蒸氣的密度。一般用一立方米空氣中所含水蒸氣的克數(shù)表示；相對濕度是表示空氣中實際所含水蒸氣的分壓（）和同溫度下飽和水蒸氣的分壓（）的百分比。5．氯化鋰和陶瓷濕敏電阻各有何特點?解答：氯化鋰濕敏電阻是利用物質(zhì)吸收水分子而使導電率變化來檢測濕度。在氯化鋰溶液中，Li和Cl以正負離子的形式存在，鋰離子（Li+）對水分子的吸收力強，離子水合成度高，溶液中的離子導電能力與溶液濃度成正比，溶液濃度增加，導電率上升。當溶液置于一定濕度場中，若環(huán)境RH上升，溶液吸收水分子使?jié)舛认陆担娮杪师焉仙?，反之RH下降，電阻率ρ下降。通過測量溶液電阻值R實現(xiàn)對濕度的測量。半導體陶瓷濕敏電阻通常用兩種以上的金屬氧化物半導體在高溫1300℃下燒結(jié)成多孔陶瓷，半導體陶瓷濕敏電阻分為兩種，有一種材料的電阻率隨濕度增加而下降，稱為負特性半導體陶瓷濕敏電阻。還有一種材料的電阻率隨著濕度的增加而增大，稱為正特性半導體陶瓷濕敏電阻。不論是N型還是P型半導體陶瓷，其電阻率都可隨濕度的增加而下降。6．簡述高分子電阻式濕度傳感器的工作原理。解答：高分子電阻式濕度傳感器使用高分子固體電解質(zhì)材料制作感濕膜，由于膜中的可動離子而產(chǎn)生導電性，隨著濕度的增加，其電離作用增強，使可動離子的濃度增大，電極間的電阻值減小。反之，電阻值增大。因此，濕度傳感器對水分子的吸附和釋放情況，可通過電極間電阻值的變化檢測出來，從而得到相應的濕度值。7．利用所學知識設計一個測量濕度的電路。解答：參考教材P191濕度傳感器的應用。第十章 機器人傳感器1. 機器人主要有哪些種類？解答：機器人按照用途分類:（1）工業(yè)機器人 用于焊接、噴漆、組裝、搬運、密封等行業(yè)。（2）醫(yī)療福利機器人 用于護理、幫助病人和殘疾人。（3）教育和電子游戲機器人 用于教育、研究、電子游戲等。（4）特殊工作機器人 用于擦窗、建筑、宇宙開發(fā)、原子能發(fā)電站的維修、檢修等。（5）其它機器人 用于辦公和家庭服務。機器人按輸入信息分類:（1)手控機器人 、（2）固定順序機器人 、（3）可變順序機器人、（4）再現(xiàn)式機器人、（5）數(shù)字控制機器人 、（6）智能機器人按照動作形態(tài)可以將機器人分：（1）直角坐標機器人（2）圓柱坐標機器人（3）極坐標機器人（4）多關(guān)節(jié)機器人 。2. 機器人傳感器的工作原理是什么？主要用途是什么？解答：機器人傳感器就是機器人所用的傳感器。機器人傳感器可以定義為一種能將機器人目標物特性（或參量）變換為電量輸出的裝置。機器人通過傳感器實現(xiàn)類似于人的知覺作用。被稱為機器人的“電五官”。機器人傳感器一般可分為機器人外部傳感器（感覺傳感器）和內(nèi)部傳感器兩大類。內(nèi)部傳感器的功能是用來測量運動學及動力學參數(shù)，以使機器人按規(guī)定的位置、軌跡、速度、加速度和受力大小進行工作。機器人外部傳感器的功能是識別工作環(huán)境，為機器人提供信息，檢查、控制、操作對象物體、應付環(huán)境變化和修改程序。第十一章 傳感器輸出信號的處理技術(shù)1. 傳感器輸出信號有哪些特點？解答：①傳感器輸出的信號類型有電壓、電流、電阻、電容、電感、頻率等，通常是動態(tài)的。②輸出的電信號一般都比較弱，如電壓信號通常為μV—mV級，電流信號為nA—mA級。③傳感器內(nèi)部存在噪聲，輸出信號會與噪聲信號混合在一起，當噪聲比較大而輸出信號又比較弱時，常會使有用信號淹沒在噪聲之中。④傳感器的輸出信號動態(tài)范圍很寬。輸出信號隨著物理量的變化而變化，但它們之間的關(guān)系不一定是線性比例關(guān)系，例如，熱敏電阻值隨溫度變化按指數(shù)函數(shù)變化。輸出信號大小會受溫度的影響，有溫度系數(shù)存在。⑤傳感器的輸出信號受外界環(huán)境（如溫度、電場）的干擾。⑥傳感器的輸出阻抗都比較高，這樣會使傳感器信號輸入到測量電路時，產(chǎn)生較大信號衰減。2. 傳感器測量電路的主要作用是什么？解答：傳感器測量電路主要作用是具有一定信號預處理的功能。經(jīng)預處理后的信號，應成為可供測量、控制、使用及便于向微型計算機輸出的信號形式，從而提高測量系統(tǒng)的測量精度和線性度。3. 傳感器測量電路有哪些類型，其主要功能是什么？解答：傳感器測量電路的類型及主要功能如下表所示：接口電路對信號的預處理功能阻抗變換電路在傳感器輸出為高阻抗的情況下，換為低阻抗，以便于檢測電路準確地拾取傳感器的輸出信號放大變換電路將微弱的傳感器輸出信號放大電流電壓轉(zhuǎn)換電路將傳感器的電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓電橋電路把傳感器的電阻、電容、電感變化為電流或電壓頻率電壓轉(zhuǎn)換電路把傳感器輸出的頻率信號轉(zhuǎn)換為電流或電壓電荷放大器將電場型傳感器輸出產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)換為電壓有效值轉(zhuǎn)換電路在傳感器為交流輸出的情況下，轉(zhuǎn)為有效值，變?yōu)橹绷鬏敵鰹V波電路通過低通及帶通等濾波器濾去噪聲成分線性化電路在傳感器的特性不是線性的情況下，用來進行線性校正對數(shù)壓縮電路當傳感器輸出信號的動態(tài)范圍較寬時，用對數(shù)電路進行壓縮4. 為什么要對傳感器測量電路采取抗干擾措施？解答：在傳感器電路的信號傳遞中，所出現(xiàn)的與被測量無關(guān)的隨機信號被稱為噪聲。在信號提取與傳遞中，噪聲信號常疊加在有用信號上，使有用信號發(fā)生畸變而造成測量誤差，嚴重時甚至會將有用信號淹沒其中，使測量工作無法正常進行，這種由噪聲所造成的不良效應被稱為干擾。而傳感器或檢測裝置需要在各種不同的環(huán)境中工作，于是噪聲與干擾不可避免地要作為一種輸入信號進入傳感器與檢測系統(tǒng)中。因此系統(tǒng)就不可避免地會受到各種外界因素和內(nèi)在因素的干擾。為了減小測量誤差，在傳感器及檢測系統(tǒng)設計與使用過程中，應盡量減少或消除有關(guān)影響因素的作用。1. 測量裝置常見的噪聲干擾有哪幾種？通常可采用哪些措施？解答：常見的干擾有機械干擾（振動與沖擊）、熱干擾（溫度與濕度變化）、光干擾（其他無關(guān)波長的光）、化學干擾（酸/堿/鹽及腐蝕性氣體）、電磁干擾（電/磁場感應）、輻射干擾（氣體電離、半導體被激發(fā)、金屬逸出電子）等。對由傳感器形成的測量裝置而言，形成噪聲干擾通常有3個要素：噪聲源；通道（噪聲源到接收電路之間的耦合通道）；接收電路。按照噪聲產(chǎn)生的來源，噪聲來源可分為兩種：（１）內(nèi)部噪聲　內(nèi)部噪聲是由傳感器或檢測電路元件內(nèi)部帶電微粒的無規(guī)則運動產(chǎn)生的，例如熱噪聲、散粒噪聲以及接觸不良引起的噪聲等。（２）外部噪聲 外部噪聲則由傳感器檢測系統(tǒng)外部人為或自然干擾造成的。外部噪聲的來源主要為電磁輻射，當電機、開關(guān)及其它電子設備工作時會產(chǎn)生電磁輻射，雷電、大氣電離及其它自然現(xiàn)象也會產(chǎn)生電磁輻射。在檢測系統(tǒng)中，由于元件之間或電路之間存在著分布電容或電磁場，因而容易產(chǎn)生寄生耦合現(xiàn)象，在寄生耦合的作用下，電場、磁場及電磁波就會引入檢測系統(tǒng)，干擾電路的正常工作。根據(jù)噪聲干擾必須具備的3個要素，檢測裝置的干擾控制方式主要是消除或抑制干擾源；阻斷或減弱干擾的耦合通道或傳輸途徑；削弱接收電路對干擾的靈敏度。檢測裝置的干擾噪聲控制方法常采用的有屏蔽技術(shù)、接地技術(shù)、隔離技術(shù)、濾波器等硬件抗干擾措施，以及冗余技術(shù)、陷阱技術(shù)等微機軟件抗干擾措施。對其它種類干擾可采用隔熱、密封、隔振及蔽光等措施，或在轉(zhuǎn)換為電量后對干擾進行分離或抑制。第十二章 傳感器的標定和傳感器的發(fā)展展望1. 試述靜態(tài)標定的方法。解答：標定的基本方法——利用標準儀器產(chǎn)生已知的非電量（如壓力、位移等）作為輸入量，輸入到待標定的傳感器中，然后將傳感器的輸出量與輸入的標準量相比較，獲得一系列校準數(shù)據(jù)或曲線。標定過程及步驟：（1）將傳感器全量程（測量范圍）分成若干個等間隔點；（2）按照等間隔點，由小到大逐一輸入標準量值，并記錄下與各輸入值相對應的輸出值；（3）再由大到小逐一輸入標準量值，同時記錄對應的各輸出值；（4）按（2）、（3）所述過程，對傳感器進行正、反行程反復循環(huán)多次測試，將得到的輸出、輸入測試數(shù)據(jù)用表格列出或畫成曲線；（5）對測試數(shù)據(jù)進行必要的處理，根據(jù)處理結(jié)果，可以確定傳感器的線性度、靈敏度、滯后和重復性等靜態(tài)特性指標。2. 動靜態(tài)標定對儀器設備的要求是什么？解答：對于動態(tài)校準系統(tǒng)，除具備靜態(tài)標定對儀器設備精度等級要求外，還必須具有足夠的動態(tài)響應范圍。一般要求動態(tài)系統(tǒng)的工作頻率范圍應大于被校準傳感器的5—10倍，上升時間應小于被校準傳感器上升時間的1/5。如：%，%～%之內(nèi)；標準傳感器的精度為：%，被校： %～ %。3. 提高傳感器性能指標的方法有哪些？解答：為改善傳感器的性能，可采用下列技術(shù)途徑：差動技術(shù)、平均技術(shù)、補償與修正技術(shù)、屏蔽、隔離與干擾抑制、穩(wěn)定性處理等方法。1. 若不給自己設限，則人生中就沒有限制你發(fā)揮的藩籬。2. 若不是心寬似海，哪有人生風平浪靜。在紛雜的塵世里，為自己留下一片純靜的心靈空間，不管是潮起潮落，也不管是陰晴圓缺，你都可以免去浮躁，義無反顧，勇往直前，輕松自如地走好人生路上的每一步3. 花一些時間，總會看清一些事。用一些事情，總會看清一些人。有時候覺得自己像個神經(jīng)病。既糾結(jié)了自己，又打擾了別人。努力過后，才知道許多事情，堅持堅持，就過來了。4. 歲月是無情的，假如你丟給它的是一片空白，它還給你的也是一片空白。歲月是有情的，假如你奉獻給她的是一些色彩，它奉獻給你的也是一些色彩。你必須努力，當有一天驀然回首時，你的回憶里才會多一些色彩斑斕，少一些蒼白無力。只有你自己才能把歲月描畫成一幅難以忘懷的人生畫卷。學習參考