西电传感器技术模拟题1

青青

一 填空题（每题5分，合计25分）
1、传感器的动态性能指标分为时域和频域两种。时域重要性能指标为  上升时间Tr  ，频域重要性能指标为   带宽wb 。
解析：时域指标还有其他，但上升时间Tr为重要性能指标。频域指标还有其他，但带宽wb  为重要性能指标。

2、压阻效应是指：  对一块半导体材料的某一轴向施加一定的载荷而产生应力时，它的电阻率会发生变化，这种物理现象称为半导体的压阻效应。                                                         
解析：压阻效应是半导体应变片工作的物理基础。

3、霍尔效应是指：  若在一半导体薄片的两端通以控制电流I，在其垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，则在薄片的另两侧面会产生与I 和B 的乘积成比例的电动势UH 。
解析：霍尔效应是磁敏传感器的物理基础。

4、压电效应是指：某些晶体，在一定方向受到外力作用时，内部将产生极化现象，相应地在晶体的两个表面产生符号相反的电荷；当外力作用除去时，又恢复到不带电状态。当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变，这种现象称为压电效应。                                                         
解析：压电效应是可逆的。上述为顺压电效应。

5、负温度系数热敏电阻的阻值与温度之间的关系可以用式表示Rt=R0exp[B(1/T －1/T0)]                       
式中各符号的含义：Rt为温度为T时的电阻值；R0为温度为T0时的电阻值；B为常数，由材料、工艺及结构决定。
解析：负温度系数热敏电阻应用非常广泛。实际应用中要进行线性化处理。

二 简答题（1,2题各8分，3题9分,合计25分）
1、简述热电偶是依据什么效应工作的。
答：
热电偶是依据热电效应工作的。两种不同的导体两端相互紧密地连接在一起，组成闭合回路，当两接点温度不等时，回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应。
解析：热电偶广泛用于工业测温。其工作的物理基础是热电效应。

2、        智能传感器与一般传感器相比，有哪几个突出优点？
答：（1）研究与开发传感器的自由度大。（2）精度高。（3）具有一定的可编程自动化能力。（4）输出形式多。（5）功能价格比大。
解析：智能传感器优点突出，智能传感器是未来传感器发展的方向之一。

3、        光敏电阻在室温和全暗条件下测得的稳定电阻值称为什么？此时流过的电流称为什么？光敏电阻在室温和一定光照条件下测得的稳定电阻值称为什么？此时流过的电流称为什么？光敏电阻的光电流又是如何定义的？
答：
光敏电阻在室温和全暗条件下测得的稳定电阻值称为暗电阻，或暗阻。此时流过的电流称为暗电流。
   光敏电阻在室温和一定光照条件下测得的稳定电阻值称为亮电阻或亮阻。此时流过的电流称为亮电流。
亮电流与暗电流之差称为光电流。
解析：光敏电阻又称为光电导器件，依据光电导效应工作。使用中要注意其特性。

三、原理简述（25分）
1、简述光纤传光的工作原理。
    答：光的全反射现象，是光纤传光的物理基础。
    要使一束光在光纤中传输，必须满足公式：sinθ<(1/n0)[(n1)2-(n2)2]1/2。式中θ为入射光与参考轴之间的夹角；n0 为入射光所在媒质的折射率；n1为纤芯折射率；n2为包层折射率。
解析：光纤的最初发明是用于通信，开发成光纤传感器有许多优点，学习光纤传感器要掌握光纤传光的工作原理。

2、磁敏二极管是如何工作的？ 图示说明并简述。

答：H=0，如(a)。空穴由P+区向i区注入，电子由N+区向i区注入，除少数复合外，大部分到达P+区和N+区，形成电流I 。
H+，如(b)。空穴、电子受洛伦兹力作用，向r区偏转，使电阻增大，I减小。
H-，如 (c)。空穴、电子受洛伦兹力作用，向r区对面偏转，使电阻减小，I增大。



解析：磁敏二极管与普通二极管的结构完全不同，磁敏二极管属于长基区二极管。


四、推导与分析（20分）

如图所示为一石英晶体压电传感器与电压放大器连接的等效电路，假设给石英晶体元件沿着X轴所加的作用力为F=Fmsinωt，在垂直与X轴平面产生电荷。试问：

（1）        电压Usr的振幅Usrm=？
（2）        通过Usrm的分析，可得出什么结论？
答：(1)  Usrm =d11FmωR/[1+（ωR）2（Ca+Cc+Ci）2]1/2
(2)        ω=0时，Usrm =0，原理上决定了压电传感器不能用于静态测量；
当（ωR）2（Ca+Cc+Ci）2〉〉1时，Usrm近似与作用力的频率无关。
解析：压电传感器适宜动态测量，不宜用于静态测量。压电传感器要与电压放大器或电荷放大器连接。连接不同推导与分析不同。