【正文】 臂上的應(yīng)變片一個(gè)受拉，另一個(gè)受壓。答：當(dāng)在X軸向施加壓力時(shí)，如圖312（b）所示，各晶格上的帶電粒子均產(chǎn)生相對(duì)位移，正電荷中心向B面移動(dòng)，負(fù)電荷中心向A面移動(dòng)，因而B面呈現(xiàn)正電荷，A面呈現(xiàn)負(fù)電荷。在Y方向施加壓力時(shí)，如圖312（d）所示，晶格離子沿Y軸被向內(nèi)壓縮， A面呈現(xiàn)正電荷，B面呈現(xiàn)負(fù)電荷。5. MPX4100A型集成硅壓力傳感器由哪幾部分電路組成？單晶硅壓電傳感器單元是如何工作的？為什么需要加溫度補(bǔ)償和放大電路？答：MPX4100A型集成硅壓力傳感器由3部分電路組成，它們是單晶硅壓電傳感器單元，薄膜溫度補(bǔ)償器和第一級(jí)放大器，第二級(jí)放大器和模擬電壓輸出電路。該電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，可由微處理器計(jì)算出被測(cè)壓力值。6. 壓電元件在使用時(shí)常采用多片串聯(lián)或并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式。壓電元件2片串聯(lián)時(shí)，輸出電容為單片的一半，輸出電壓為單片的一倍，極板上電荷量不變。串聯(lián)接法輸出電壓高，適用于以電壓作為輸出量，測(cè)量電路輸入阻抗大的場(chǎng)合。7. 電容式傳感器分幾種類型？各有什么特點(diǎn)？適用于什么場(chǎng)合？答：平行板電容器的ε和S不變，只改變電容器兩極板間距離d，為變極距型電容傳感器，電容變化與Δd的關(guān)系是線性的，常用于壓力、加速度、振動(dòng)的測(cè)量。改變電容器的ε，為變介電常數(shù)型電容傳感器，電容變化與介質(zhì)進(jìn)入電容器的長度x的關(guān)系是線性的，常用于作用力、位移、成分含量的測(cè)量。答：a＝30 mm，b＝20 mm，d＝10 mm，x＝10 mm，ε＝50μF／m。9. 利用圖322分析差動(dòng)式電容傳感器提高靈敏度的原理。中間電極若受力向上位移Δd，則C1容量增加，C2容量減小，兩電容差值為 可見，電容傳感器做成差動(dòng)型后之后，靈敏度提高一倍。答： L0＝100mH，ΔL=10mH，UAC＝2V，動(dòng)態(tài)最大輸出電壓UO＝ΔL UAC／L0＝ （V）瞬時(shí)量u0= (V) 11. 差動(dòng)變隙式電感傳感器是如何工作的？差動(dòng)變壓器式傳感器又是如何工作的？兩種電感傳感器工作原理有什么異同？答：閉磁路式自感傳感器電感量L為：當(dāng)銜鐵受外力作用使氣隙厚度減小，則線圈電感變化為： 電感的相對(duì)變化為： 差動(dòng)變隙式電感傳感器由兩個(gè)相同的電感線圈和磁路組成，當(dāng)銜鐵受外力作用使氣隙厚度減小，使兩個(gè)磁回路中磁阻發(fā)生大小相等，方向相反的變化，導(dǎo)致一個(gè)線圈的電感量增加，一個(gè)線圈的電感量減小，形成差動(dòng)工作形式，使靈敏度提高一倍。初級(jí)線圈輸入激勵(lì)電壓，兩個(gè)次級(jí)線圈感應(yīng)的輸出電壓反相串聯(lián)后輸出。差動(dòng)變隙式電感傳感器是位移產(chǎn)生磁阻變化，造成自感量的變化，差動(dòng)變壓器式傳感器是位移產(chǎn)生磁阻變化，造成互感量的變化。12. 如何用兩個(gè)測(cè)力單元（重力傳感器）組成加速度傳感器？如何用加速度傳感器測(cè)物體的垂直運(yùn)動(dòng)加速度和水平運(yùn)動(dòng)加速度？答：測(cè)力單元為差動(dòng)式結(jié)構(gòu)的變極距電容傳感器。中間極板c是活動(dòng)的，與活動(dòng)框連成一體，經(jīng)彈簧錨定在殼體上，組成加速度傳感器。測(cè)出變化量，即可測(cè)出加速度。單軸加速度傳感器的兩個(gè)測(cè)力單元是同方向的，兩個(gè)測(cè)力單元電容變化相疊加，可增加輸出信號(hào)強(qiáng)度。13. 試用ADXL320雙軸加速度傳感器設(shè)計(jì)一個(gè)手機(jī)跌落關(guān)機(jī)保護(hù)電路。將其作為觸發(fā)信號(hào)，送入微處理器，觸發(fā)運(yùn)行關(guān)機(jī)程序，進(jìn)行關(guān)機(jī)。當(dāng)人們縱向（X方向）拿著手機(jī)或平板電腦時(shí)，XOUT端口和YOUT端口輸出電壓為XOUT＝， YOUT＝。比較器A輸出高電平，送入微處理器，控制掃描電路進(jìn)行X方向掃描和信號(hào)顯示。比較器A輸出變?yōu)榈碗娖?，送入微處理器。?xí)題41. 光電效應(yīng)有哪幾種？與之對(duì)應(yīng)的光電元件有哪些？請(qǐng)簡述其特點(diǎn)。根據(jù)這些光電效應(yīng)可制成不同的光電轉(zhuǎn)換器件（光電元件），如：光電管，光電倍增管，光敏電阻，光敏晶體管，光電池等。光電流Iφ正比于光電子數(shù)，而光電子數(shù)又正比于光通量。光敏電阻受到光照時(shí)，電阻率變小。入射光消失，電子空穴對(duì)逐漸復(fù)合，電子也逐漸恢復(fù)原值。光線通過透明窗口落在集電結(jié)上，在集電結(jié)附近產(chǎn)生電子空穴對(duì)，大部分的電子穿越基區(qū)流向集電區(qū)，集電極電流IC是原始光電流的β倍，靈敏度高。當(dāng)光照射在光電池上時(shí)，可以直接輸出電動(dòng)勢(shì)及光電流。答：利用光電效應(yīng)可制成了各種光電轉(zhuǎn)換器件，即光電式傳感器。光電傳感器的應(yīng)用類型有兩類。模擬量光電傳感器有光輻射檢測(cè)型，例如光電比色高溫計(jì)；光透射檢測(cè)型，例如液體、氣體渾濁度計(jì)；光反射檢測(cè)型，例如物體表面光潔度計(jì)。3. 某光電開關(guān)電路如圖440（a）所示，施密特觸發(fā)反相器CD40106的輸出特性如圖440（b）所示。有光照時(shí)，光敏二極管導(dǎo)通，IC1的1端高電平， 2端輸出低電平，晶體管VT1截止，繼電器無電流釋放，將外接電路斷開。滯后狀態(tài)形成回差，保證了繼電器不會(huì)在光照閾值點(diǎn)來回反復(fù)吸合和釋放?，F(xiàn)欲設(shè)計(jì)兩個(gè)簡單的光電開關(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。 答： （a）強(qiáng)光照時(shí)繼電器吸合 （b）強(qiáng)光照時(shí)繼電器釋放圖（a）R1和RP共約300Ω，圖（b）R1約5kΩ，R2和RP共約1kΩ。答：如圖所示，光源照射白紙，反射光照射到光電池上，產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)輸出，光生電動(dòng)勢(shì)大小與白紙反射光強(qiáng)度有關(guān)，反射光強(qiáng)度又與白紙的白度有關(guān)。其測(cè)量的精度需用精確的白度儀進(jìn)行校準(zhǔn)。請(qǐng)根據(jù)上式，設(shè)計(jì)一臺(tái)測(cè)量重力加速度g的教學(xué)儀器，要求同第5題（提示：υ0可用落體通過一小段路程s0的平均速度υ0’代替）。圖中5為RS觸發(fā)器，6為高頻脈沖發(fā)生器，7為計(jì)數(shù)器，8為計(jì)算顯示器。當(dāng)物體經(jīng)過已知高度h1而遮擋 光源LEDB時(shí)，光敏二極管VDB輸出低電平，RS觸發(fā)器Q端置“0”，與非門關(guān)閉，高頻脈沖不能通過，計(jì)數(shù)器3停止計(jì)數(shù)。物體繼續(xù)向下自由落體，計(jì)數(shù)器7以同樣的辦法所計(jì)脈沖數(shù)為m, 可計(jì)算出物體通過已知高度h2所經(jīng)歷的時(shí)間為t2 =mT =mμs。7. 標(biāo)準(zhǔn)化考試，學(xué)生用2B鉛筆填涂答題卡，由機(jī)器閱卷評(píng)分。試用學(xué)過的光電式傳感器知識(shí)，設(shè)計(jì)一答題卡機(jī)器方案，畫出框圖。光標(biāo)閱讀器由機(jī)械傳動(dòng)部分、光電傳感器部分和微處理器部分組成。信息卡邊緣有定位同步帶線。機(jī)械傳動(dòng)部分包括電動(dòng)機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、分紙機(jī)構(gòu)和變速機(jī)構(gòu)。微處理器包括A/D轉(zhuǎn)換器、CPU、RAM、EPROM、鍵盤和顯示器，通過USB接口與PC機(jī)通信。8. 光耦合器有哪幾種結(jié)構(gòu)？能做哪些用途？光耦合器在插卡式電源開關(guān)中起什么作用？答：光耦合器有窄縫透射式，可用于片狀遮擋物體的位置檢測(cè)，或碼盤閱讀、轉(zhuǎn)速測(cè)量中；有反射式，可用于反光體的位置檢測(cè)，對(duì)被測(cè)物不限制厚度；有全封閉式，用于前后級(jí)電路的隔離。住宿卡插入光斷路器的凹槽內(nèi)，正好擋住光線，光敏晶體管截止，光斷路器輸出高電平，使VT1和VT2導(dǎo)通，繼電器K工作，接通房間內(nèi)的總電源。C3起延時(shí)作用，其充的電放完后，VT2截止，繼電器K斷開，切斷房間總電源。入射光強(qiáng)，則光生電荷多，入射光弱，則光生電荷少。這樣把光的強(qiáng)弱變成與其成比例的電荷的多少，實(shí)現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換。一個(gè)個(gè)的MOS電容器可以被設(shè)計(jì)排列成一條直線，稱為線陣；也可以排列成二維平面，稱為面陣。再從電極3下吸引轉(zhuǎn)移到下一組柵電極的電極1。完成一行像素傳送后，再進(jìn)行第二行像素的傳送，直到傳送完整個(gè)面陣上所有行的MOS電容器中的電荷為止，完成一幀像素的傳送。這種結(jié)構(gòu)最簡單，但是因光生電荷的積蓄時(shí)間比轉(zhuǎn)移時(shí)間長得多，所以再生圖像往往產(chǎn)生“拖尾”，圖像容易模糊不清。它的靈敏度極高，在低照度下也能獲得清晰的圖像，在強(qiáng)光下也不會(huì)燒傷感光面。答：攝像機(jī)、照相機(jī)、監(jiān)視器、圖像分析儀、物體形狀檢測(cè)儀、掃描儀、腸胃鏡、液體濃度分析儀等?；パa(bǔ)型金屬—氧化物—半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）如下圖所示。當(dāng)CMOS型放大器的柵源電壓時(shí)，CMOS型放大器處于關(guān)閉狀態(tài)，即，CMOS型放大器的P型襯底受光信號(hào)照射產(chǎn)生并積蓄光生電荷，當(dāng)積蓄過程結(jié)束，柵源之間加上開啟電壓時(shí)，源極通過漏極負(fù)載電阻對(duì)外接電容充電形成電流即為光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的輸出。該串行模擬脈沖信號(hào)由放大器放大，再由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)ASIC集成電路壓縮后，存儲(chǔ)在PCMCIA卡（個(gè)人電腦存儲(chǔ)卡國際接口標(biāo)準(zhǔn)）上。 6. 平板電腦和手機(jī)的攝像頭為什么一般都采用CMOS彩色圖像傳感器？CMOS圖像傳感器采用什么方法提高低光照環(huán)境下的清晰度？答：CMOS針對(duì)CCD最主要的優(yōu)勢(shì)就是非常省電。平板電腦和手機(jī)要延長電池充電后的使用時(shí)間，必須要盡可能省電。新型背照式CMOS是將傳統(tǒng)CMOS表面的電子電路布線層移到感光面的背部，使感光面前移接近微型透鏡，能獲得約兩倍于傳統(tǒng)正照式CMOS的光通量，從而使CMOS傳感器可在低光照環(huán)境下、夜視環(huán)境下使用，低光照對(duì)焦能力也大大提高。利用霍爾效應(yīng)制成的元件稱為霍爾傳感器。2）霍爾電壓UH與元件的尺寸關(guān)系很大，生產(chǎn)元件時(shí)要考慮到：3）霍爾電壓UH與控制電流及磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。一般來說，金屬材料電子濃度n較大，導(dǎo)致和變小，故不宜做霍爾元件。3. 霍爾器件有哪些指標(biāo)？使用時(shí)應(yīng)注意什么？答： 輸入電阻RIN和輸出電阻ROUT，要與電路匹配。不等位電勢(shì)U0，要注意消除測(cè)量誤差?；魻栯妷旱臏囟忍匦?，注意消除溫度造成的測(cè)量誤差。利用磁阻效應(yīng)做成的電路元件，叫做磁阻元件。5. 闡述磁敏二極管的工作原理。在電路連接時(shí)，P+區(qū)接正電壓，N+區(qū)接負(fù)電壓， P+區(qū)向i區(qū)注入空穴，N+區(qū)向i 區(qū)注入電子。若給磁敏二極管上加一個(gè)正向磁場(chǎng)，空穴和電子受洛侖茲力的作用偏向r區(qū)，由于空穴和電子在r區(qū)的復(fù)合速率大，載流子數(shù)量減少，使i區(qū)的電阻增大，壓降也增大，正向電流減小。6. 新型的磁傳感器有哪些？工作原理如何？答：磁阻元件將磁信息轉(zhuǎn)換成電阻變化，具有阻抗低、阻值隨磁場(chǎng)變化率大、非接觸式測(cè)量、頻率響應(yīng)好、動(dòng)態(tài)范圍廣及噪聲小等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于無觸點(diǎn)開關(guān)、壓力開關(guān)、旋轉(zhuǎn)編碼器、角度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器等場(chǎng)合。它可廣泛應(yīng)用于磁場(chǎng)的檢測(cè)、磁力探傷、轉(zhuǎn)速測(cè)量、位移測(cè)量、電流測(cè)量、無觸點(diǎn)開關(guān)、無刷直流電機(jī)等許多領(lǐng)域。答：鋼球?yàn)殍F磁性材料，鋼球到達(dá)，磁場(chǎng)增強(qiáng)，霍爾開關(guān)集成傳感器UGN3020在增強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下，輸出霍爾電壓增大為高電平，加在運(yùn)算放大器的反向輸入端，輸出為低電平，晶體管截止，集電極輸出高電平。高、低電平變化為一個(gè)脈沖信號(hào)，輸入到計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。試畫出航海羅盤的組成框圖，解釋羅盤的使用方法。航海羅盤的組成框圖如下：將霍爾線性集成傳感器SL3501的霍爾電壓輸出同指示儀表相連，就可以從儀表上讀出方位角來。為什么說磁卡是識(shí)別卡？答：磁條貼在磁卡的背面，磁條中有3條編碼磁道，磁道之間有間隔。各磁道的編碼信息有主帳號(hào)、國家、持卡人姓名、失效日期、服務(wù)范圍、貨幣類型、可用金額指數(shù)、允許輸錯(cuò)次數(shù)、校驗(yàn)碼等。閱讀器讀取的數(shù)據(jù)送入ATM機(jī)專用計(jì)算機(jī)。所謂識(shí)別卡，是指一種標(biāo)識(shí)其持卡人和發(fā)行者的卡，卡上載有進(jìn)行該卡預(yù)期應(yīng)用所要求輸入的數(shù)據(jù)。習(xí)題71. 用作位移測(cè)量的電位器傳感器的主要作用有哪些？答：用作位移測(cè)量的電位器傳感器由電阻體、電刷、轉(zhuǎn)軸、滑動(dòng)臂、焊片等組成，用機(jī)械運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)電位器的轉(zhuǎn)軸，將機(jī)械位移或其它能轉(zhuǎn)換為位移的非電量，轉(zhuǎn)換為與其有一定函數(shù)關(guān)系的電阻值的變化，從而引起電路中輸出電壓的變化。答：莫爾條紋是光柵非重合部分光線透過而形成的亮帶，當(dāng)指示光柵不動(dòng)，主光柵左右平移時(shí)，莫爾條紋將沿著指示柵線的方向上下 移動(dòng)，查看莫爾條紋的上下移動(dòng)方向，即可確定主光柵左右移動(dòng)方向。當(dāng)主光柵沿與刻線垂直方向移動(dòng)一個(gè)柵距W時(shí)，莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)條紋間距B。這樣，就可把肉眼看不見的光柵位移變成為清晰可見的莫爾條紋移動(dòng)，可以用測(cè)量條紋的移動(dòng)來檢測(cè)光柵的位移,從而實(shí)現(xiàn)高靈敏的位移測(cè)量。答：磁電式轉(zhuǎn)速傳感器由永久磁鐵、感應(yīng)線圈、磁盤等組成。當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁盤的凸凹齒形將引起磁盤與永久磁鐵間氣隙大小變化，從而使永久磁鐵組成的磁路中磁通量隨之發(fā)生變化。n 式中：Z——磁輪的齒數(shù)； n——磁輪的轉(zhuǎn)數(shù)。如果磁電式轉(zhuǎn)速傳感器配接上數(shù)字電路，便可組成數(shù)字式轉(zhuǎn)速測(cè)量儀，可直接讀出被測(cè)物體的轉(zhuǎn)速。5. 什么是多普勒效應(yīng)？舉例說明其原理和用途。發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離增大，接收機(jī)收到信號(hào)的頻率變低；發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離減小，接收機(jī)收到信號(hào)的頻率變高。高速公路測(cè)速雷達(dá)；地面雷達(dá)測(cè)量飛機(jī)的速度和方向；液體流量計(jì)等等。答：如圖低水位時(shí)，VT3基極無電壓，處于截止?fàn)顟B(tài)，VT2基極低電平導(dǎo)通，集電極高電平加到晶體管VT4基極，VT4導(dǎo)通，繼電器得電吸合，繼電器接點(diǎn)接單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)開關(guān)打開，給水箱加水。由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路未獲得新觸發(fā)信號(hào)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)開關(guān)維持打開狀態(tài)，繼續(xù)給水箱加水。到下一次低水位時(shí)重復(fù)以上加水過程。2) 電極的距離正好為導(dǎo)管的內(nèi)徑，因此沒有妨礙流體流動(dòng)的障礙，壓力損失極?。?) 能夠得到與容積流量成正比的輸出信號(hào)。%。2) 雖然流速的分布對(duì)精度的影響不大，但為了消除這種影響，應(yīng)保證液體流動(dòng)管道有足夠的直線長度。最好是把管道垂直設(shè)置，讓被測(cè)液體從上至下流動(dòng)。為保證傳感器正常的工作，液體的速率必須保證在5cm/s以上。8. 什么是熱釋電效應(yīng)？熱釋電紅外報(bào)警器是如何工作的？若將該報(bào)警器改為自動(dòng)門開關(guān)，則在電路上應(yīng)作哪些改動(dòng)？ 答：當(dāng)一些晶體