传感器第六、七、八章思考题及习题
《传感器与检测技术》高教(4版) 第六章
差动变压器位移计
当铁芯处于中间位置时，输出电压: UU 21 U 220
当铁芯向右移动时，则输出电压: UU 21 U 220
当铁芯向左移动时，则输出电压: UU 21 U 220
输出电压的方向反映了铁芯的运动方向，大小反映了铁 芯的位移大小。
差动变压器位移计
输出特性如图所示。
差动变压器位移计
角度的精密测量。 光栅的基本结构
1、光栅：光栅是在透明的玻璃上刻有大量平行等宽等 距的刻线构成的，结构如图。
设其中透光的缝宽为a，不透光的缝宽为b，
一般情况下，光栅的透光缝宽等于不透光
的缝宽，即a = b。图中d = a + b 称为光
栅栅距（也称光栅节距或称光栅常数）。
光栅位移测试
2、光栅的分类
1、激光的特性
（1）方向性强
（2）单色性好
（3） 亮度高
（4） 相干性好
2、激光器
按激光器的工作物质可分为以下几类： （1）固体激光器：常用的有红宝石激光器、钕玻 璃激光器等。
（2）气体激光器：常用的为氦氖激光器、二氧化 碳激光器、一氧化碳激光器等。
激光式传感器
（3） 液体激光器：液体激光器分为无机液体激光器 和有机液体激光器等。
数小，对铜的热电势应尽可能小，常用材料有： 铜镍合金类、铜锰合金类、镍铬丝等。 2、骨架：
对骨架材料要求形状稳定表面绝缘电阻高， 有较好的散热能力。常用的有陶瓷、酚醛树脂 和工程塑料等。 3、电刷：
电刷与电阻丝材料应配合恰当、接触电势 小，并有一定的接触压力。这能使噪声降低。
电位器传感器
电位计式位移传感器
6.2.2 差动变压器位移计结构
1-测头； 2-轴套； 3-测杆； 4-铁芯；5-线圈架； 6-导线； 7-屏蔽筒；8-圆片弹簧；9-弹簧； 10-防尘罩
传感器唐文彦习题答案
已知：R=120Ω，k=，ε=800μm/m；
求：①△R=，△R/R=②U=3V时，U0=
解①：ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
∵
∴
解②：初始时电桥平衡（等臂电桥）
∵
∴
6、在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120Ω的金属应变片R1和R2，把这两应变片接入差动电桥（参看图2-9a）。若钢的泊松系数μ=，应变片的灵敏系数k=2，电桥电源电压U=2V，当试件受轴向拉伸时，测得应变片R1的电阻变化值△R=Ω,试求电桥的输出电压U0。
4、试比较涡流传感器的几种应用电路的优缺点
答：交流电桥电路：线性好、温度稳定性高，但存在零点残余电压问题及测量范围较小；谐振电路：电路简单，灵敏度高，但线性度差及范围更小；正反馈电路：测量范围较大，是电桥的2至3倍，但电路复杂。
5、有一4极感应感应同步器，设h=5mm、θ=150、δ=0.15mm、r=6.5mm、N1=N2=900匝，励磁电流I1=35mA、f=400Hz,试求：
答：线圈磁场效应是指磁电式速度传感器的线圈中感应电流产生的磁场对恒定磁场作用，而使其变化。如公式 知，由于B的变化而产生测量误差。补偿方法通常是采用补偿线圈与工作线圈串接，来抵消线圈中感应电流磁场对恒定磁场的影响。
4、为什么磁电感应式传感器在工作频率较高时的灵敏度，会随频率增加而下降
答：由理论推到可得传感器灵敏度与频率关系是：
∵ ； ；
3、画出并说明电容传感器的等效电路及其高频和低频时的等效电路。
答：电容传感器的等效电路为：
其中：
传感器技术及应用(第二版)思考题与习题参考答案精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版思考题与习题参考答案第1章1-1 什么叫传感器？它由哪几部分组成？它们的相互作用及相互关系如何？ 答：传感器是把被测量转换成电化学量的装置，由敏感元件和转换元件组成。
其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。
由于传感器输出信号一般都很微弱，需要信号调理与转换电路进行放大、运算调制等，此外信号调理转换电路以及传感器的工作必须有辅助电源，因此信号调理转换电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部分。
1-2 什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？分别说明这些指标的含义？答：传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输入与输出的关系。
衡量静态特性的重要指标是线性度、 灵敏度，迟滞和重复性等。
灵敏度是输入量∆y 与引起输入量增量∆y 的相应输入量增量∆x 之比。
传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。
迟滞是指传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象。
重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。
漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随时间变化的现象。
精度是用来评价系统的优良程度。
1-3 某线性位移测量仪，当被测位移X 由3.0mm 变到4.0mm 时，位移测量仪的输出电压V 由3.0V 减至2.0V ，求该仪器的灵敏度。
解：该仪器的灵敏度为10.30.40.30.2X V -=--=∆∆=S （V/mm ）1-4 用测量范围为-50～150KPa 的压力传感器测量140KPa 压力时，传感器测得示值为142KPa ，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。
解：绝对误差：X L ∆=-=142-140=2相对误差100%L δ∆=⨯=2100% 1.4285%140⨯= 标称相对误差即%100⨯∆=x ξ=2100% 1.4084%142⨯= 引用误差100%-γ∆=⨯测量范围上限测量范围下限 =22100%1%150(50)200=⨯=--1-5 某传感器给定精度为2%F·S ，满度值为50mV ，零位值为10mV ，求可能出现的最大误差δ(以mV 计)。
传感器课后答案解析
第1章概述1.什么是传感器？传感器定义为能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
1.2传感器的共性是什么？传感器的共性就是利用物理规律或物质的物理、化学、生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。
1.3传感器由哪几部分组成的？由敏感元件和转换元件组成基本组成部分，另外还有信号调理电路和辅助电源电路。
1.4传感器如何进行分类？（1）按传感器的输入量分类，分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。
（2）按传感器的输出量进行分类，分为模拟式和数字式传感器两类。
（3）按传感器工作原理分类，可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。
（4）按传感器的基本效应分类，可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。
（5）按传感器的能量关系进行分类，分为能量变换型和能量控制型传感器。
（6）按传感器所蕴含的技术特征进行分类，可分为普通型和新型传感器。
1.5传感器技术的发展趋势有哪些？（1）开展基础理论研究（2）传感器的集成化（3）传感器的智能化（4）传感器的网络化（5）传感器的微型化1.6改善传感器性能的技术途径有哪些？（1）差动技术（2）平均技术（3）补偿与修正技术(4)屏蔽、隔离与干扰抑制 (5)稳定性处理第2章传感器的基本特性2.1什么是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？答：传感器的静态特性是指在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系。
主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、温度漂移。
2.2传感器输入-输出特性的线性化有什么意义？如何实现其线性化？答：传感器的线性化有助于简化传感器的理论分析、数据处理、制作标定和测试。
常用的线性化方法是：切线或割线拟合，过零旋转拟合，端点平移来近似，多数情况下用最小二乘法来求出拟合直线。
传感器原理及应用课后习题答案)
习题集及答案第1章概述1.1 什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？1.2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。
1.3 简述传感器主要发展趋势，并说明现代检测系统的特征。
1.4 传感器如何分类？按传感器检测的范畴可分为哪几种？1.5 传感器的图形符号如何表示？它们各部分代表什么含义？应注意哪些问题？1.6 用图形符号表示一电阻式温度传感器。
1.7 请例举出两个你用到或看到的传感器，并说明其作用。
如果没有传感器，应该出现哪种状况。
1.8 空调和电冰箱中采用了哪些传感器？它们分别起到什么作用？答案：1.1答：从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。
我们对传感器定义是：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。
从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。
我国国家标准（GB7665—87）对传感器（Sensor/transducer）的定义是：“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置”。
定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。
按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。
1.2答：组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成；关系，作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。
传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。
1.3答：（略）答：按照我国制定的传感器分类体系表，传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器三大类，含12个小类。
按传感器的检测对象可分为：力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。
《传感器》习题答案
第一章 思考题与习题1、什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？答：输入量为常量或变化很慢情况下，输出与输入两者之间的关系称为传感器的静态特性。
它的性能指标有：线性度、迟滞、重复性、灵敏度与灵敏度误差、分辨率与阈值、稳定性、温度稳定性、抗干扰稳定性和静态误差（静态测量不确定性或精度）.2、传感器动特性取决于什么因素？答：传感器动特性取决于传感器的组成环节和输入量，对于不同的组成环节(接触环节、模拟环节、数字环节等）和不同形式的输入量(正弦、阶跃、脉冲等)其动特性和性能指标不同。
3、某传感器给定相对误差为2％FS ，满度值输出为50mV ，求可能出现的最大误差δ（以mV 计）.当传感器使用在满刻度的1/2和1/8时计算可能产生的百分误差。
并由此说明使用传感器选择适当量程的重要性。
已知：FS %2=γ， mV y FS 50=；求:δm =？解：∵ %100⨯=FS my δγ； ∴ mV y FS m 1%100=⨯•=γδ若: FS FS y y 211= 则: %4%100251%1001=⨯=⨯=FS m y δγ 若： FS FS y y 812=则: %16%10025.61%1002=⨯=⨯=FS m y δγ 由此说明，在测量时一般被测量接近量程（一般为量程的2/3以上)，测得的值误差小一些。
4、有一个传感器，其微分方程为x y dt dy 15.03/30=+，其中y 为输出电压(mV ）,x 为输入温度(0C ），试求该传感器的时间常数τ和静态灵敏度k 。
已知：x y dt dy 15.03/30=+；求：τ=？，k =？解:将x y dt dy 15.03/30=+化为标准方程式为：x y dt dy 05.0/10=+与一阶传感器的标准方程：kx y dt dy =+τ 比较有： ⎩⎨⎧==)/(05.0)(100C mV k s τ 5、已知某二阶系统传感器的自振频率f 0=20k Hz ，阻尼比ξ=0.1，若要求传感器的输出幅值误差小于3％，试确定该传感器的工作频率范围。
传感器思考与练习答案
《传感器与检测技术项目式教程》思考与练习参考答案思考与练习11. 答：检测组成框图如下：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成。
传感器是把被测量转换成电学量的装置，是检测系统与被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节。
测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。
显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。
2. 解：① 2.5级时的最大绝对误差值为01800 2.5%20m C δ=⨯=，测量500℃时的相对误差为11020100%100%4%500m r x δ=⨯=⨯=； ② 2.0级时的最大绝对误差值为02800 2.0%16m C δ=⨯=，测量500℃时的相对误差为22016100%100% 3.2%500m r x δ=⨯=⨯=； ③ 1.5级时的最大绝对误差值为03800 1.5%12m C δ=⨯=，测量500℃时的相对误差为33012100%100% 2.4%500m r x δ=⨯=⨯=。
因此，应该选用1.5级的测温仪器。
3. 答：根据已有拟合直线，计算当x 取不同值时，对应的y 值及误差为：当0=x 时， 2.28.622.2-=+-=x y ， 对应误差为-2.2当85.1=x 时，38.108.622.2=+-=x y ， 对应误差为0.38当45.3=x 时，26.218.622.2=+-=x y ， 对应误差为0.26当92.4=x 时，256.318.622.2=+-=x y ， 对应误差为1.256当22.6=x 时，096.408.622.2=+-=x y ， 对应误差为0.096当37.17=x 时，916.478.622.2=+-=x y ， 对应误差为-2.084所以，最大误差出现在当0=x 时，此时误差2.2max -=∆L ，线性误差为%5%4.4%100502.2%100max<=⨯=⨯∆=Y L L δ，故此拟合直线能满足线性误差小于5%的要求。
传感器技术习题答案PPT课件
即相位误差为-16.70°
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第2章
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2.6 材料为钢的实心圆柱形式试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120Ω的 金属应变片R1和R2，把这两应变片接入电桥（见图2.3.2）。若钢的泊松系数， μ=0.285应变片的灵敏系数K=2，电桥电源电压U=2V，当试件受轴向拉伸时，测得 应变片R1的电阻变化值，△R1=0.48Ω,试求①轴向应变量；电桥的输出电压。
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2.9一测量吊车起吊重物的拉力传感器如题图2.34（a）所示。R1、R2、R3、 R4按要求贴在等截面轴上。已知：等截面轴的截面积为0.00196m2，弹性模 量E=21011N/m2，泊松比μ=0.3，且R1 =R2 =R3 =R4 =120Ω，K=2，所组成的 全桥型电路如图2.34(b)所示，供桥电压U=2 V。现测得输出电压U0=2.6mV。 求： （1）等截面轴的纵向应变及横向应变为多少？ （2）力F为多少？
R 85.4
（2）当△Z=10Ω时，电源电压为4V，f=400Hz时电桥输出电压的值为
| U | 2R | Z | | U |
SC ( R R)2 (L)2
2 85.4 10
4 0.319 V
(85.4 40)2 (2π 400 30 103 )2
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A（）
1
[1 （ ）2 ]2 （2 ）2
0
0
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已知ω0=2π1200，ω=2π400，ξ=0.4，代入上式
A（400）
传感检测答案 6-7-8
第6章1、设图6-1-1中码盘为5位循环码盘，图中只有最靠近码盘中心的一个光电元件受光照产生电信号即输出数码“1”，其余4个光电元件均未受到光照不产生电信号即输出数码“0”，试计算码盘此时的转角。
(348.75°)答：解：由题意可知：1000054321=R R R R R ，1R ～转换为～的公式为：n R 1C n C∴，1111154321=C C C C C ()05051075.348213602360=−=⋅=−=−∑i i i Cθ。
2、增量编码器有几条码道?各有何作用?答：有三条码道。
码盘上最外圈码道上只有一条透光的狭缝，它作为码盘的基准位置，所产生的脉冲将给计数系统提供一个初始的零位(清零)信号；中间一圈码道称为增量码道，最内一圈码道称为辨向码道。
这两圈码道都等角距地分布着m 个透光与不透光的扇形区，但彼此错开半个扇形区即90°/m。
所以增量码道产生的增量脉冲与辨向码道产生的辨向脉冲在时间上相差四分之一个周期，即相位上相差90°。
增量码道产生的增量脉冲的个数用于确定码盘的转动角度，辨向脉冲与增量脉冲的相位关系用于确定码盘的转动方向。
3、试说明光栅传感器为什么能测量很微小的位移?为什么能判别位移的方向?答：由图６－２－２可见，主光栅沿栅线垂直方向(即x 轴方向)移动一个光栅栅距W，莫尔条纹沿y 轴正好移动一个条纹间距H（H>>W），光电元件的输出电压变化一个周期。
在y=0处和y=H/4处各安放一个光电元件，这两个光电元件的输出信号u 1和u 2的相位差正好等于π/2。
将它们送到图6-1-8所示辨向电路，就可测量出光栅的移动方向和移动的栅距数。
主光栅每移动一个光栅栅距W，莫尔条纹信号u 1和u 2就相应地变化一个周期，图6-1-8中或门就产生一个计数脉冲，可逆计数器就加1或减1，可逆计数器的计数结果就是主光栅移动的栅距数。
显然，图6-1-8电路的分辨率就是一个光栅栅距。
第六章磁电式传感器与应用思考题
第六章磁电式传感器与应用思考题6.1试述霍尔电势建立的过程。
霍尔电势的大小和方向与哪些因素有关？答：霍尔电势建立的过程：通有电流的金属板上加一个强磁场，当电流方向与磁场方向垂直时，在与电流和磁场都垂直的金属板的两表面间出现电势差，这个现象称为霍尔效应，这个电势差称为霍尔电动势，其成因可用带电粒子在磁场中所受到的洛伦兹力来解释。
将金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中。
当有电流流过薄片时，电子受到洛伦兹力的作用向一侧偏移，电子向一侧堆积形成电场，该电场对电子又产生电场力。
电子积累越多，电场力越大。
洛伦兹力的方向可用左手定则判断，它与电场力的方向恰好相反。
当两个力达到动态平衡时，在薄片的垂直于B的另一方向建立稳定电场，即霍尔电动势。
激励电流越大，磁场越强，电子受到的洛伦兹力也越大，霍尔电动势也就越高。
其次，薄片的厚度、半导体材料中的电子浓度等因素对霍尔电动势也有影响。
霍尔电动势（mV）的数学表达式E H = K H I B式中，E H为霍尔电动势；K H为霍尔元件的灵敏度系数；I为输入电流；B为磁感应强度。
霍尔电动势的方向与I、B的方向有关。
6.2霍尔元件主要有哪些技术指标？分别是怎样定义的？答：霍尔元件主要的技术指标：灵敏度系数、输入阻抗、输出阻抗、额定电流、温度系数和使用温度范围。
灵敏度系数：霍尔元件在单位IB所产生的霍尔电动势；输入阻抗：是指霍尔元件电流进出端之间的的阻抗；输出阻抗：是指霍尔元件电压输出正负端子之间的的内阻；额定电流：是指霍尔元件的输入电流的允许的最大值；温度系数：是指霍尔元件在单位温度变化所引起的霍尔电动势的变化；使用温度范围：是指霍尔元件在正常使用的温度范围。
6.3霍尔元件存在不等位电势的主要原因有哪些？如何对其进行补偿？补偿的原理是什么？答：霍尔元件存在不等位电势的主要原因：（1）由于两个霍尔电压极在制作时不可能绝对对称地焊接在霍尔元件两侧；（2）输入电流极的端面接触不良；（3）所用材料不均匀；（4）霍尔元件的厚度不均匀。
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第六章 思考题与习题1、什么是压电效应？答：沿着一定方向对某些电介质加力而使其变形时，在一定表面上产生电荷，当外力取消，又重新回到不带电状态，这一现象称为正压电效应。
当在某些电介质的极化方向上施加电场，这些电介质在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场散去，这些变形和应力也随之消失，此即称为逆压电效应。
2、为什么压电传感器不能测量静态物理量？ 答：压电元件送入放大器的输入电压由上式可知，用·当作用在压电元件上的力是静压力（ω=0）时，前置放大器输入电压等于零。
因为电荷就会通过放大器的输入电阻和传感器本身的泄漏电阻漏掉。
所以压电传感器不能测量静态物理量。
3、压电式传感器中采用电荷放大器有何优点？为什么电压灵敏度与电缆长度有关？而电荷灵敏度与电缆长度无关？ 答：p115 ●补充题：1、有一压电晶体，其面积为20mm 2，厚度为10mm ，当受到压力p=10MPa 作用时，求产生的电荷及输出电压：①零度X 切的纵向石英晶体；②利用纵向效应之BaTiO 3（压电陶瓷）。
已知：S=20 mm 2，δ=10mm ，P=10MPa ， 求：Q=？，V=？ 解：①∵ PS d F d Q 1111== 而：)/(1031.21211N c d -⨯= ∴ c PS d Q 10111062.4-⨯== 又∵ SQ S Q C Q U r r a εεδδεε00)/(/=== 而：)/(1085.85.412-0m F r ⨯==εε、 ∴ )(8.5797/0V SQ C Q U r a ===εεδ解②∵ PS d F d Q 3333== 而：)/(10901233N c d -⨯= ∴ c PS d Q 833108.3-⨯== 同上：又∵ SQ S Q C Q U r r a εεδδεε00)/(/=== 而：)/(1085.8120012-0m F r ⨯==εε、 ∴ )(3.1788/0V SQ C Q U r a ===εεδ2、某压电晶体的电容为1000pF;Kq=2.5C/cm,Cc=3000pF,示波器的输入阻抗为1M Ω和并联电容为50pF,求；①压电晶体的电压灵敏度；②测量系统的高频响应③如系统允许的测量幅值误差为5%,可测最低频率时多少？④如频率为10Hz,允许误差为5%,用并联方式，电容值是多少？已知：pF C M R pF C N c k pF C i i c q a 5013000/5.21000=Ω====；；；； 求： 解①∵ a q V C k k /= ∴ )/(105.29N V k V ⨯= 解②依据教材p113(6-14)式 ∵ ic a m im V C C Cd F U k ++=∞=33/)(；而：3333//d F F d F Q k q ===∴ )/(1017.68N V C C C k k ic a qV ⨯=++=解③依据教材p113(6-15)式 因： 222)(1)()(i c a i c a C C C R C C C R k +++++=ωωω高频响应时：1)(*=∞=k k而：%5)(**≤-kk k Lωγ 则：%95)(1)()(222≥+++++=i c a i c a C C C R C C C R k ωωω其中： 解得：Hz f LCL 5.1192==πω 解④因： %5)(**≤-k k k Lωγ 则： %95)(1)()(222≥+++++=i c a i c a C C C R C C C R k ωωω其中：解得：pF C C C C c a 48447=++=3、用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器的振动，已知：加速度计灵敏度为5pC/g,电荷放大器灵敏度为50mV/pC,当机器达到最大加速度值时相应的输出电压幅值为2V ,试求该机器的振动加速度。
已知：ka=5pC/g ，kq=50mV/pC ，Vomax=2V 求：a max =？ 解：因为： Q V k a Q k q a //0==； 则有： a k k V q a =0 所以： g k k V a qa 8max0max ==4、石英晶体压电式传感器，面积为1cm 2，厚度为1mm ，固定在两金属板之间，用来测量通过晶体两面力的变化。
材料的弹性模量是9×1010Pa,电荷灵敏度为2pC/N, 相对介电常数是5.1，材料相对两面间电阻是1014Ω 。
一个20pF 的电容和一个100M Ω的电阻与极板相连。
若所加力F=0.01sin(103t)N,求；①两极板间电压峰一峰值；②晶体厚度的最大变化。
已知：S=1cm 2，δ=1mm ，E=9×1010Pa ，kq=2pC/N ，εr=5.1，Ra=1014Ω，Ci=20pF ，Ri=100M Ω，F=0.01sin(103t) N ，Fmax=0.01 N ，ω=103求：①Vop-p=? ②Δδmax=？ 解①由图知而：∙∙==Q j dt dQI ω 所以：2220)()(i a i a C C G G QU +++=ωω则：2220)()(i a i a mm C C G G Q U +++=ωω又因：pC F k Q m q m 02.001.02=⨯== 则有：Vop-p=2Uom=1.5mV 解②因为：δδεσ//∆==SF E则有：δδES F =∆ 即有：δδESF mm =∆ 所以：m ESF mm 12max 102.222-⨯===∆δδδ第七章思考题与习题1、光电式传感器常用光源有哪几种，哪些光源可用作红外光源？答：光电式传感器常用光源有自然光源和人造光源，人造光源包括热辐射光源、气体放电光源、电致发光光源和激光光源。
可作为红外光源的有白炽灯、Nd：YAG固体激光器、氦氖激光器、半导体激光器和染料激光器等。
2、光电式传感器常用接收器件有哪几种，各基于什么原理各有什么特点？答：光电式传感器常用接收器件按原理可分为热探测器和光子探测器两类。
热探测器是基于光辐射与物质相互作用的热效应。
它其特点是：对波长没有选择性（具有宽广和平坦的光谱响应），只与接收到的总能量有关，适应于红外探测。
而光子探测器是基于一些物质的光电效应，即利用光子本身能量激发载流子。
其特点是：具有一定的截止波长，只能探测短于这一波长的光线，但它们的响应速度快，灵敏度高，使用广泛。
3、电荷藕合器件有哪几种，各有那几部分组成？答：电荷藕合器件有线阵电荷耦合器件和面阵电荷耦合器件。
它由MOS光敏单元和读出移位寄存器组成。
4、电荷藕合器件中的信号电荷是如何传输的？答：以典型的三相CCD为例说明CCD电荷转移的基本原理。
三相CCD是由每三个栅为一组的间隔紧密的MOS结构组成的阵列。
每相隔两个栅的栅电极连接到同一驱动信号上，亦称时钟脉冲。
三相时钟脉冲的波形如下图所示。
在t1时刻，φ1高电位，φ2、φ3低电位。
此时φ1电极下的表面势最大，势阱最深。
假设此时已有信号电荷（电子）注入，则电荷就被存储在φ1电极下的势阱中。
t2时刻，φ1、φ2为高电位，φ3为低电位，则φ1、φ2下的两个势阱的空阱深度相同，但因φ1下面存储有电荷，则φ1势阱的实际深度比φ2电极下面的势阱浅，φ1下面的电荷将向φ2下转移，直到两个势阱中具有同样多的电荷。
t3时刻，φ2仍为高电位，φ3仍为低电位，而φ1由高到低转变。
此时φ1下的势阱逐渐变浅，使φ1下的剩余电荷继续向φ2下的势阱中转移。
t4时刻，φ2为高电位，φ1、φ3为低电位，φ2下面的势阱最深，信号电荷都被转移到φ2下面的势阱中，这与t1时刻的情况相似，但电荷包向右移动了一个电极的位置。
当经过一个时钟周期T后，电荷包将向右转移三个电极位置，即一个栅周期（也称一位）。
因此，时钟的周期变化，就可使CCD中的电荷包在电极下被转移到输出端，其工作过程从效果上看类似于数字电路中的移位寄存器。
5、简述利用CCD进行工件尺寸测量的原理及测量系统的组成。
答：利用CCD进行工件尺寸测量的原理是根据工件成像轮廓覆盖的光敏单元的数量来计算工件尺寸数据。
如果在光学系统放大率为1/M的装置中，有：式中：L—工件尺寸；N—覆盖的光敏单元数；d—相邻光敏单元中心距离（±2d 为图像末端两个光敏单元之间可能的最大误差）。
CCD测量系统由光学系统、图像传感器和微处理机等组成。
6、试述用一维PSD进行距离测量的原理。
答：一维PSD结构图如下：由于横向光电效应，当PSD工作在反向偏压状态时（公用极3正电压），流经电极1、2的电流I1和I2与入射光的强度和入射光点的位置有关。
如下式：由上两式得：式中：XA为入射光点位置；L为PSD的长度。
显然，通过I1与I2可确定入射光点位置X A。
7、利用由斯乃尔定律推导出的临界角θc 表达式，计算水（n=1.33）与空气（n ≈1）分界面的θc 的值。
已知：n 0=1；n 1=1.33 求：θc=？解： ∵ θθ'=s i n s i n01n n 而：θ/=900，θ=θc ∴ 01075.48)33.1/1arcsin()/arcsin(===n n c θ8、求n 1=1.46,n 2=1.45的光纤的NA 值；若外部的n 0=1，求最大入射角θc =?已知：n 1=1.46；n 2=1.45；n 0=1 求：NA=?；θm =？ 解①：解②： ∵ C n NA θsin 0=∴ 0096.9arcsin===n NAc m θθ 9、光纤传感器有哪几种调制方式?答：光纤传感器有3种调制方法，即：光强度调制型、光相位调制型和光偏振态调制型。
10、利用光纤传感器进行位移测量的方法有哪些？简述其工作原理。
答：利用光纤传感器进行位移测量主要有反射方式和瞬逝波方式两种方法。
反射式光纤传感器工作原理是从发射光纤出射的光经被测物表面直接或间接反射后，由接收光纤传到光电器件上，光量随反射面相对光纤端面的位移而变化而实现测量位移的目的。
瞬逝波光纤传感器工作原理是两光纤端面斜切，端面对光纤轴线有相同角度，斜面抛光，以便光线再接收光纤头内形成全反射。
当两光纤距离较远时，没有光通过斜切面耦合到接收光纤。
但是，当两斜切面非常接近时，由于光是一种电磁波，全内反射时虽然没有光能进入相邻介质，但电磁波却能进入相邻介质一定的深度，此电磁波就称为瞬逝波。
所以，当两切面距离小于光波波长时，将有部分光透过间隙耦合到接收光纤，距离越近，耦合能量越大，根据此原理，可制成光纤位移传感器。
11、试述光栅式传感器的基本工作原理。
答：光栅式传感器是利用光栅的莫尔条纹进行测量测。
光栅式传感器一般由光源、标尺光栅、指示光栅和光电器件组成。