传感器技术试题(研究生)答案.doc

山东科技大学2010—2011学年第一学期 《传感器技术》考试试卷答案 （研究生） 班级 姓名 学号 题号 一 二 三 总得分 评卷人 审核人 得分 一、简答题 1．说明什么是霍尔效应？金属导体为什么不能用来做霍尔传感器？ 通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势的现象。称为霍尔现象 霍耳电势VH与 I、B的乘积成正比，而与d 成反比。 —霍耳系数，由载流材料物理性质决定。ρ—材料电阻率 μ—载流子迁移率,μ=v/E,即单位电场强度作用下载流子的平均速度。 金属材料，电子μ很高但ρ很小，绝缘材料，ρ很高但μ很小。故为获得较强霍耳效应，霍耳片全部采用半导体材料制成。 2．什么是压磁效应？ 铁磁材料在机械力的作用下，内部产生应变和应力，导致材料的磁导率发生变化的现象，称为压磁效应。 3. 电阻应变片的温度误差主要是由哪两方面的原因引起的？请解释之。 ，当导电丝受轴向力时，将引起（l, p, A）变化使电阻产生变化。这就是电阻应变效应。 温度误差：由于温度变化引起应变片（l, p, A），从而导致应变片输出电阻的变化。 引起应变片产生温度误差有两种原因： 1.应变电阻丝温度系数引起的电阻变化： 2.应变电阻丝材料与被测体材料的温度系数不同引起的附加电阻变化： 温度引起的总电阻变化： ——电阻丝温度系数 βg—试件材料线膨胀系数 βs—敏感栅材料线膨胀系数 S——应变片灵敏系数 4. 热电偶为什么会产生热电势？并写出热电势的表达式。 由不同导体材料组成的闭合回路，当两个结点温度不相同时，回路中将产生电势，称为温差电势，即热电势。 温差电势：；接触电势： 回路总电势： e——单位电荷， e =1.6×10-19C； k——波尔兹曼常数， k =1.38×10-23 J/K ； NA、NB ——导体A、B在温度为T 时的电子密度。 T，T0——高低端的绝对温度； σA——汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为1℃时所产生的温差电动势，例如在0℃时，铜的σ =2μV/℃。 5. 半导体材料所制作的传感器越来越多，请举出4种以上用半导体材料做成的传感器？ 半导体热敏电阻；霍尔传感器；半导体压阻式传感器；半导体光电式传感器。 6．试分别回答传感器的静态特性和动态特性的主要指标各有哪些？ 传感器的静态特性：主要有线性度（非线性误差）；量程；灵敏度。另外，还有迟滞误差；重复性；精度；分辨力及分辨率；测量范围；稳定性；抗干扰能力；静态误差。 传感器的动态特性指标 1. 与阶跃响应有关的指标（暂态指标） 1）时间常数τ 2）上升时间Ｔr （0.1~0.9） 3）建立时间Ｔs 4）过冲量 a1 5）衰减率 Ψ (相邻峰或谷之差比大的峰或谷) 6）衰减比 ( (相邻峰或谷之比) 2. 与频率响应有关的指标（稳态指标） 1）截止频率ωL、ωH 2）通带宽度BW= ωH -ωL 7．说明什么是压电效应？对压电晶体施加外力是否一定会产生压电效应，为什么？ 正压电效应（顺压电效应）：某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的一定表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新恢复不带电状态的现象。当作用力方向改变时，电荷极性也随着改变。 逆压电效应（电致伸缩效应）：当在电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失的现象。 对压电晶体施加外力不一定会产生压电效应。天然结构的石英晶体的理想外形，他是一个具有各向异性的正六面体。在晶体学中，通常用笛卡尔坐标系表示方向性：z轴是通过六面体的棱线，当力加在此轴时，晶体没有压电效应。 8．什么是外光电效应？什么是内光电效应？什么是光生伏特效应？各列举出基于这几种效应的传感器件。 在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。 当光照射在物体上，使物体的电阻率ρ发生变化的现象叫做内光电效应。它多发生于半导体内。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。 在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象叫做光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池和光敏二极管、三极管。 9．光纤利用什么原理传输光线？根据折射率，光纤有哪几种类型？根据光纤所起到的作用，光纤传感器有哪几种类型？ 折射波只能在介质分界面上传播时的入射角，定义为临界角θc。当入射角小于θc时，入射光线将发生全反射。光