传感器与检测技术 开卷简答题

1、光生伏特效应如何产生？答：当光照射到距表面很近的PN节时，如果光能足够大，光子能量大于半导体材料的禁带宽度，电子就能从价带跃迁到导带，成为自由电子。

由于光生电子、空穴在扩散过程中会分别于半导体中的空穴、电子复合，因此载流子的寿命与扩散长度有关。

只有PN结距表面的厚度小于扩散长度，才能形成光电流产生光生电动势。

2、什么是压电效应？压电传感器有哪些？答：当某些晶体沿一定方向伸长或压缩时，在其表面上会产生电荷，这种效应成为压电效应。

压电传感器有压电加速度传感器、压电谐振式传感器、声表面波传感器。

3、当吸附膜是绝缘材料、导电体或金属氧化物半导体时，SAW气敏传感器的敏感机理？答：当薄膜是绝缘材料时,它吸附气体引起密度的变化,进而引起SAW延迟线振荡器频率的偏移;当薄膜是导电体或金属氧化物半导体膜时,主要是由于导电率的变化引起SAW延迟线振荡器频率的偏移。

4、简说马赫―泽德(Mach―Zehnder)干涉仪的工作原理。

5、简述光纤传感器的优点？1.具有很高的灵敏度2.频带宽动态范围大3.可根据实际情况做成各种形状4.可以用很相近的技术基础构成传感不同物理量的传感器，这些物理量包括声场、磁场、压力、温度、加速度、转动、位移、液位、流量、电流、辐射等等。

5.便于与计算机和光纤传输系统相连，易于实现系统的遥测和控制。

6.可用于高温、高压、强磁干扰、腐蚀等各种恶劣环境。

7.结构简单、体积小、重量轻、耗能少。

6、相位跟踪系统是由什么组成的并简述它的功能？相位跟踪系统是由电路系统和光纤相位调制器组成的。

1.抵消任何不必要的大的低频相位漂移，使干涉仪保持平衡，2.提供保证干涉仪在正交状态下工作的相移。

7、什么叫安时特性流过热敏电阻的电流与时间的关系，称为安时特性8、数值孔径的定义光从空气入射到光纤输入端面时，处在某一角锥内的光线一旦进入光纤，就将被截留在纤芯中，此光锥半角的正弦称为数值孔径9、什么叫绝对湿度在一定温度和压力条件下，单位体积的混合气体中所含水蒸气的质量为绝对湿度10、光纤优点：1抗电磁干扰能力强2柔软性好3光纤集传感与信号传输与一体，利用它很容易构成分布式传感测量11、光纤分类：一功能型①光强度调制型②光相位调制型③光偏振态调制型二非功能型①光线位移传感器②光纤温度传感器12、光导纤维为什么能够导光？光导纤维有哪些优点？光纤式传感器中光纤的主要优点有哪些？答：光导纤维工作的基础是光的全内反射，当射入的光线的入射角大于纤维包层间的临界角时，就会在光纤的接口上产生全内反射，并在光纤内部以后的角度反复逐次反射，直至传递到另一端面。

优点：a具有优良的传旋光性能，传导损耗小b频带宽，可进行超高速测量，灵敏度和线性度好c能在恶劣的环境下工作，能进行远距离信号的传送功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的波导，而且具有测量的功能。

它可以利用外界物理因素改变光纤中光的强度、相位、偏振态或波长，从而对外界因素进行测量和数据传输。

优点：抗电磁干扰能力强；灵敏度高；几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器，可以制造传感各种不同物理信息的器件；光纤传感器可用于高压，电气噪声，高温，腐蚀或其他恶劣环境；而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。

13、 简述振幅型和相位型光纤传感器的原理。

振幅型传感器的原理：待测的物理扰动与光纤连接的光纤敏感元件相互作用，直接调制光强。

相位型传感器的原理：在一段单模光纤中传输的相干光，因待测物理场的作用，产生相位调制。

14、 简述半导体气敏器件的分类和它们的代表性被测气体分别是什么？ 分为电阻型和非电阻型两大类。

电阻型可分为1）表面电阻控制型，其代表性被测气体为可燃性气体；2）体电阻控制型，其代表性被测气体为乙醇、可燃性气体和氧气；非电阻型又可分为1）表面电位，其其代表性被测气体为硫醇；2）二级管整流特性，其代表性被测气体为氢气、一氧化碳、乙醇3）晶体管特性，其代表性被测气体为氢气和硫化氢。

15、 简述光纤传感器的优点。

1）与其他传感器相比，它具有很高的灵敏度2）频带宽动态范围大3）可根据实际需要做成各种形状4）可以用很相近的技术基础构成传感不同物理量的传感器，这些物理量包括声场、磁场、压力、温度、加速度、转动（陀螺）、位移、液位、流量、电流、辐射等等5）便于与计算机和光纤传输系统相连，易于实现系统的遥测和控制6）可用于高温、高压、强电磁干扰、腐蚀等各种恶劣环境7）结构简单、体积小、重量轻、耗能少16、 什么是红限频率？答：光电效应能否产生，取决于光子的能量是否大于该物质表面的电子逸出功。

这意味着每一种物质都有一个对应的光频阈值。

17、 电阻应变计产生温度误差的原因是？答：（1） 敏感栅金属丝电阻本身随温度发生变化。

（2） 试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一，使应变丝产生附加变形而造成的电阻变化。

18、 什么叫线性度？其定义为: 传感器的输出—输入校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程输出之比, 称为该传感器的“非线性误差”或称“线性度”, 也称“非线性度”。

通常用相对误差表示其大小:max 100%t FS e Y ∆=±⨯19、简说光电倍增管的工作原理。

答;利用二次电子释放效应，将光电流在管内部进行放大。

所谓二次电子释放效应是指高速电子撞击固体表面，再发射出二次电子的现象。

20、简述温度补偿方法有哪些？:(1)电桥补偿法。

(2)辅助测温元件微型计算机补偿法。

(3)应变计自补偿法。

(4)热敏电阻补偿法。

21、电阻应变计产生温度误差的原因是？答：（1）敏感栅金属丝电阻本身随温度发生变化。

（2）试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一，使应变丝产生附加变形而造成的电阻变化。

22、简说光电倍增管的工作原理。

答：利用二次电子释放效应，将光电流在管内部进行放大。

所谓二次电子释放效应是指高速电子撞击固体表面，再发射出二次电子的现象。

23、光纤传感器所具有的特点？A.与其它的传感器相比，它具有很高的灵敏度。

B.频带宽动态范围大。

C.可根据实际需要做成各种形状。

D.可以用很相近的技术基础构成传感不同物理量的传感器。

E.便于与计算机和光纤传输系统相连，易于实现系统的遥测和控制F.可用于高温、高压、强电磁波干扰、腐蚀等各种恶劣环境。

G.结构简单、体积小、重量轻、耗能少。

24、温度传感器从使用上分为什么？各自有何不同。

温度传感器从使用上大致分文接触型和非接触型两大类，前者是让温度传感器直接与待测对象接触，后者是使温度传感器与待测对象离开一定距离，检测从待测对象放射出的红外线，从而达到测温的目的。

25、简单简述下声波传感器简写SAW，是一种能量集中于媒质表面、沿表面传播、其振幅随深度呈指数衰减的弹性波。

通常在压电晶体的表面设置叉指换能器（IDT）来激励和检测声波表面。

SAW的传感器主要的机理来达到检测物理量、化学量、和生物量的目的26、 应变式传感器与其他类型传感器相比具有如下特点:(1)测量范围广、精度高。

(2)性能稳定可靠,使用寿命长。

(3)频率响应特性较好。

(4)能在恶劣的环境条件下工作。

(5)易于实现小型化、整体化27、 数值孔径（NA ）的定义及其公式。

答：光从空气入射到光纤输入端面时，处在某一角锥内的光线一旦进入光纤，就将被截留在纤芯中，此光锥半角（θ）的正弦称为数值孔径。

可导出2212NA n n =-式中n1为铅芯折射率，n2为包层折射率。

28、 晶体的压电效应和反向压电效应的定义。

答：当某些晶体沿一定方向伸长或压缩时,在其表面上会产生电荷(束缚电荷),这种效应称为压电效应。

压电效应是可逆的,即晶体在外电场的作用下要发生形变,这种效应称为反向压电效应。

29、 SAW 气敏传感器选择性吸附膜的要求是什么？答：首先,它需要对特定气体有灵敏的选择性和分辨率;其次,性能应稳定可靠;第三,要有较快的响应时间并易于解吸恢复。

30、 简述半导体热敏电阻的工作原理和主要特点。

答：（1）工作原理：由于热运动(如温度升高), 载流子克服禁带宽度(或电离能)引起导电,这种热跃迁使半导体载流子浓度和迁移率发生变化,引起电阻率值发生变化。

（2）主要特点：①灵敏度高②体型小③使用方便31、 半导体应变计有什么优点？ （1） 灵敏度高。

比金属应变计的灵敏度约大50-100倍。

（2） 体积小，耗电省（3） 由于具有正、负两种符号的应力效应，则可以用有正、负两种符号应力效应的半导体应变计组成同一应力方向的电桥两臂，提高灵敏度。

（4） 机械滞后小，可测量静态应变、低频应变等。

32、 简述谐振式传感器的优点答：以数字输出，不必经过A/D转换就可以方便的与计算机相连，组成高精度的测量和控制系统，功耗少、稳定性高。

33、简述半导体热敏电阻的工作原理答：由于热运动（譬如温度升高），越来越多的载流子客服禁带宽度（或电离能）引起导电。

34、光电倍增管工作原理答：是利用二次电子释放效应，将光电流在管内部进行放大。

所谓二次电子释放效应是指高速电子桩基固体表面，再发射出二次电子的现象。

35、热电型辐射传感器答：热电型辐射传感器是指由于辐射热引起无件温度的微小变化，导致电阻一类的物理量度的变化，而达到测温的目的。

这类传感器一般与波长无关。

热电型红外传感器的优点是使用方便，缺点是响应速度慢，灵敏度低。

36、绝对湿度和相对湿度答：两者的定义分别为：(1)绝对湿度:在一定温度和压力条件下，单们体积的混合气体中所含水蒸气的质量为绝对湿度。

(2)相对湿度:相对湿度是指气体的绝对湿度与同一温度下达到饱和状态的绝对湿度的百分比。

37、半导体磁敏传感器答：半导体磁敏传感器是指电参数按一定规律随磁性量变化的传感器，常用的有霍尔传感器和磁敏电阻传感器。

利用磁场作为媒介来检测位移、振动、力、转速、加速度、流量、电流、电功率等。

可实现非接触测量，并且不从磁场中获取能量。

38、湿滞回线答：湿度传感器在升湿和降湿往返变化时的吸湿和脱湿特性曲线不重合，所构成的曲线叫湿滞回线。

39、温度系数答：温度系数是反映湿度传感器的感湿特征量—相对湿度特性曲线随环境温度而变化的特征40、光生伏特效应如何产生？答：当光照射到距表面很近的PN节时，如果光能足够大，光子能量大于半导体材料的禁带宽度，电子就能从价带跃迁到导带，成为自由电子。

由于光生电子、空穴在扩散过程中会分别于半导体中的空穴、电子复合，因此载流子的寿命与扩散长度有关。

只有PN结距表面的厚度小于扩散长度，才能形成光电流产生光生电动势。

41、模式去除器的作用？答：吸收几乎所有可能在光纤包层中传播的光。

首先保证只有纤芯光才能到达变形器中的光纤段，其次是保证吸收掉因采用变形器而进去包层中的任何纤芯光。

42、简说萨格奈克(Sagnac)干涉仪的工作原理。

激光器光检测器平面镜平面镜见书本P108 图4.2143、光电效应可分为哪三种类型，简单说明传感器的原理并分别列出以之为基础的光电传感器。