现代传感技术与系统课后题及答案.doc

第1章绪论 1.传感器的基本概念是什么？一般情况下由哪几部分组成？ 国家标准（GB7665-87）传感器的定义：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或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 2.传感器有几种分类形式，各种分类之间有什么不同？ 共有10种分类形式。根据传感器的工作机理：基于物理效应、基于化学效应、基于生物效应；传感器的构成原理：结构型与物性型；能量转换情况：能量转换型和能量控制型；根据传感器的工作原理分类：可分为电容式、电感式、电磁式、压电式、热电式、气电式、应变式等；根据传感器使用的敏感材料分类：可分为半导体传感器、光纤传感器、陶瓷传感器、高分子材料传感器、复合材料传感器等；根据传感器输出信号为模拟信号或数字信号：可分为模拟量传感器和数字量（开关量）传感器；根据传感器使用电源与否：可分为有源传感器和无源传感器；根据传感器与被测对象的空间关系：可分为接触式传感器和非接触式传感器；根据与某种高新技术结合而得名的传感器：如集成传感器、智能传感器、机器人传感器、仿生传感器等；根据输入信息分类：可分为位移、速度、加速度、流速、力、压力、振动、温度、湿度、粘度、浓度等。 3.举例说明结构型传感器与物性型传感器的区别。 结构型：利用物理学中场的定律构成的，特点是其工作原理是以传感器中元件相对位置变化引起场的变化为基础，而不是以材料特性变化为基础。其基本特征是以其结构的部分变化或变化后引起场的变化来反映被测量（力、位移等）的变化。如电容传感器利用静电场定律研制的结构型传感器。 物性型：利用物质定律构成的,如虎克定律、欧姆定律等。物质定律是表示物质某种客观性质的法则。这种法则，大多数是以物质本身的常数形式给出。这些常数的大小，决定了传感器的主要性能。因此，物性型传感器的性能随材料的不同而异。如，光电管利用了外光电效应，压敏传感器是利用半导体的压阻效应。 6.什么是信息？信息的基本特征是什么？ “信息是物质存在的一种方式、形态或运动状态，也是事物的一种普遍属性，一般指数据、消息中所包含的意义，可以使消息中所描述事件的不定性减少。” ①普遍性；②客观性；③依附性；④时效性（动态性）；⑤可识别；⑥可转换；⑦可传输；⑧可存储；可共享性、永不枯竭性。 7.什么是信息技术？什么是3C技术？ 信息技术是研究信息的获取、传输和处理的技术，是指有关信息的收集、识别、提取、变换、存贮、传递、处理、检索、检测、分析和利用等的技术，是用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。 “3C”技术——Collection Communication Computer)，指信息的收集、通信和计算机技术。 第2章 传感器的理论基础 3.举例说明传感器与守恒定律、场的定律、统计法则和物质定律的关系。 利用守恒定律构成的传感器，如利用差压原理进行流量测量的传感器，其基本原理是以能量守恒定律、伯努利方程和流动连续性方程为基础的； 利用场的定律构成的传感器，其性能由定律决定，与使用材料无关，如利用静电场的有关定律制成电容传感器，利用电磁感应定律可以构成磁电感应式传感器；以差压变压器为例，使用坡莫合金或铁氧体做铁芯，都是作为差压变压器工作。 利用各种物质定律构成的传感器统称为物性型传感器。这些传感器的主要性能在很大程度上受相应的物理常数或化学、生物特性所决定，也即与物质的材料密切相关，利用半导体物质具有的压阻、热阻、光阻、湿阻和霍尔等效应，可以分别制成力、压力、温度、光强、湿度和磁场等传感器，利用压电材料所具有的压电效应可制成压电式、声表面波和超声波等传感器，利用生物、化学敏感特性制成的生物、化学传感器等。 统计物理学认为：所有宏观上可观测的物理量都是相应微观量的统计平均值，许多看似杂乱无章的微观运动表现出统计规律性。利用热噪声的热力学温度的关系可以构成热噪声型热敏电阻。 目前成功利用构成传感器的法则是奈奎斯特定理，利用热噪声与绝对温度的关系可以构成热噪声型热敏电阻。由于绝对温度与热噪声电压之间有确定的关系，因此它可作为彼岸准温度计用来直接测量绝对温度而不需要校准 4.什么是热平衡型的一次效应和二次效应？写出热平衡现象中的麦克斯韦关系式，举例说明它们在传感器中的应用。 不同种类能量所对应的强度型状态量与容量型状态（或相反）微分之比为定值，具有这种关系的效应称为热平衡一次效应，一次效应是可逆的； 同一种类能量的示强变量与示容变量微分之比，或同一种类能量的示容变量与示强变量微分之比，是不能直接构成传感器的，这些比例系数虽然不能在传感器中直接而将被测量转换成电信号输出，但可以利用其中的状态量与其他状态量之间的关系制成各种传感器，这种变换称为二次效应，二次效应没有逆效应。 一次效应的例子有压电效应，压磁效应；二次效应利用弹性元件受力产生变形