传感器与检测技术试题与答案(4)

5．光电传感器由哪些部分组成?被测量可以影响光电传感器的哪些部分?

答：光电传感器通常由光源、光学通路和光电元件三部分组成，如图所示。图中Ф1是光源发出的光信号，Ф2是光电器件接受的光信号，被测量可以是x1或者x2，它们能够分别造成光源本身或光学通路的变化，从而影响传感器输出的电信号I。光电传感器设计灵活，形式多样，在越来越多的领域内得到广泛的应用。

Φ1Φ2I光源光学通路光电元件x1x2x3

6．模拟式光电传感器有哪几种常见形式? 答：模拟式光电传感器主要有四种。一是光源本身是被测物，它发出的光投射到光电元件上，光电元件的输出反映了光源的某些物理参数，如图a所示。这种型式的光电传感器可用于光电比色高温计和照度计；二是恒定光源发射的光通量穿过被测物，其中一部分被吸收，的部分投射到光电元件上，吸收量取决于被测物的某些参数。如图b度、混浊度；三是恒定光源发射的光通量投射到被测物上，由被测物表面反射后再投射到光电元件上，如图c所示。反射光的强弱取决于被测物表面的性质和状态，件表面粗糙度、纸张的白度等；四是从恒定光源发射出的光通量在到达光电元件的途中受到被测物的遮挡，使投射到光电元件上的光通量减弱，光电元件的输出反映了被测物的尺寸或位置。如图d所示。这种传感器可用于工件尺寸测量、振动测量等场合。

31113222a)b)c)a)被测量是光源 b)被测量吸收光通量 c)被测量是有反射能力的表面 d)被测量遮蔽光通量1-被测物 2-光电元件 3-恒光源

第8章 霍尔传感器习题答案1. 什么是霍尔效应？

答：在置于磁场的导体或半导体中通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直

剩余可用于测量透明因此可用于测量工 123d)

16

所示。的方向上会出现一个电势差，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文·霍尔在1879年发现的。产生的电势差称为霍尔电压。

2. 为什么导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍尔元件？

答：因为导体材料的μ虽然很大，但ρ很小，故不宜做成元件，而绝缘材料的ρ虽然很大，但μ很小，故也不宜做成元件。

3. 为什么霍尔元件一般采用N型半导体材料？

答：因为在N型半导体材料中，电子的迁移率比空穴的大，且μn>μp，所以霍尔元件一般采用N型半导体材料。

4. 霍尔灵敏度与霍尔元件厚度之间有什么关系？ 答：霍尔灵敏度与霍尔元件厚度成反比，KH?1nqd。 5. 什么是霍尔元件的温度特性？如何进行补偿？

答：霍尔元件的温度特性是指元件的内阻及输出与温度之间的关系。与一般半导体一样，于电阻率、迁移率以及载流子浓度随温度变化，所以霍尔元件的内阻、输出电压等参数也将随温度而变化。霍尔元件温度补偿的方法主要有利用输入回路的串联电阻进行补偿和利用输出回路的负载进行补偿两种。

1）利用输入回路的串联电阻进行补偿。下图是输入补偿的基本线路，图中的四端元件是霍尔元件的符号。两个输入端串联补偿电阻R并接恒电源，输出端开路。根据温度特性，元件霍尔系数和输入内阻与温度之间的关系式为

RHt=RH0(1+αt) Rit=Ri0(1+βt) 式中，RHt为温度为ｔ时霍尔系数；RH0为0℃时的霍尔系数；Rit为温度为ｔ时的输入电阻；Ri0为0℃时的输入电阻；α为霍尔电压的温度系数, β为输入电阻的温度系数。当温度变化Δt时，其增量为: ΔRH=RH0αΔt ΔRi=Ri0βΔt

IIRRRitRvtEEUHra）基本电路 b）等效电路

根据UIBH?RHd及I=E/(R+Ri)，可得出霍尔电压随温度变化的关系式为UHtEH?RRHdBR?R it对上式求温度的导数，可得增量表达式?URi0?H?UH0(??R)?t (1)

i0?R 由17

要使温度变化时霍尔电压不变，必须使??Ri0??0

Ri0?R即R?Ri0(???)? (2)

式(1)中的第一项表示因温度升高霍尔系数引起霍尔电压的增量，第二项表示输入电阻因温度升高引起霍尔电压减小的量。很明显，只有当第一项时，才能用串联电阻的方法减小第二项，实现自补偿。

将元件的α、β值代入式(2)，根据RIRLa）基本电路 (2) 利用输出回路的负载进行补偿。上图为补偿原理电路图，霍尔元件的输入采用恒流源，使控制电流Ｉ稳定不变。这样，可以不考虑输入回路的温度影响。输出回路的输出电阻及霍尔电压与温度之间的关系为UHt=UH0(1+式中，UHt为温度为t时的霍尔电压；URv0为０时的输出电阻。负载RL上的电压UL为 UL=[UH0(1+αt) ] RL/[Rv0(1+βt)+R为使UL不随温度变化，可对式(3)求导数并使其等于零，可得 RL/Rv0≈β/α.1≈β/α 最后，将实际使用的霍尔元件的α、时，补偿最好。

6. 集成霍尔传感器有什么特点？ 答：集成霍尔传感器的特点主要是取消了传感器和测量电路之间的界限，电路三位一体。集成霍尔传感器与分立相比，由于减少了焊点，因此显著地提高了可靠性。此外，它具有体积小、重量轻、功耗低等优点。

7. 写出你认为可以用霍尔传感器来检测的物理量。答：可以用霍尔传感器来检测的物理量有力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、转速、磁场量等等。

8. 设计一个采用霍尔传感器的液位控制系统。答：液位控制系统原理如图所示，霍尔元件固定不动，磁铁与探测杆固定在一起，液体的容器旁边，通过管道与内部连接。当液位达到控制位置时霍尔元件输出控制信号，过处理电路和电磁阀来控制液压阀门的开启和关闭，控制位置时则关闭阀门。

R的值。IRitRvtULRLUHr b）等效电路αt) Rvt=Rv0(1+βt)

0时的霍尔电压；Rvt为温度为] (3)

(4)

值代入，便可得出温度补偿时的

如液位低于控制位置时开启阀门，v0i0的值就可确定串联电阻

H0为t时的输出电阻；

LβRL值。当RL= R实现了材料、元件、连接到装通超过18

、1

液体源电磁阀2001年10月自学考试课程代码：第一部分 12小题，每小题请将正确选项前的字母填在题后的括号内。控制电源处理电路开关型霍尔片磁铁最高位储存罐最低位传感器与检测技术试卷02202

24分）2分，共24分）在每小题列出的四个选项中只有一个

）

全国

选择题（共

一单项选择题（本大题共选项是符合题目要求的，错选、多选和未选均无分。 ．下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（

19

A．压力 B．力矩 C．温度 D．厚度 2．属于传感器动态特性指标的是（ ）

A．重复性 B．线性度 C．灵敏度 D．固有频率 3．按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（ ）

A．光电式传感器 B．电容式传感器 C．压电式传感器 D．磁电式传感器 4．测量范围大的电容式位移传感器的类型为（ ）

A．变极板面积型 B．变极距型 C．变介质型 D．容栅型

5．利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（ A．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片 B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联 C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片 D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片6．影响压电式加速度传感器低频响应能力的是（ A．电缆的安装与固定方式 C．前置放大器的输出阻抗 7．固体半导体摄像元件CCD是一种（ ）

A．PN结光电二极管电路 C．MOS型晶体管开关集成电路 8．将电阻R和电容C串联后再并联到继电器或电源开关两端所构成的 A．抑制共模噪声 C．克服串扰 9．在采用限定最大偏差法进行数字滤波时，若限定偏差上次采样值为0.301，则本次采样值Yn应选为（ A．0.301 B．0.303 10．若模/数转换器输出二进制数的位数为10，最大输入信号为的最小输入电压信号为（ ）

A．1.22mV B．2.44mV 11．周期信号的自相关函数必为（ ）

A．周期偶函数 C．周期奇函数 12．已知函数x(t)的傅里叶变换为X（f），则函数 A．2X(f3) B．23X(f3) 第二部分 非选择题（共二、填空题（本大题共12小题，每小题1分，共每小题的空格内。错填或不填均无分。

13．对传感器进行动态 的主要目的是检测传感器的动态性能指标。14．传感器的过载能力是指传感器在不致引起规定性能指标永久改变的条件下，允许

超过 的能力。

） ）

B．电缆的长度

D．前置放大器的输入阻抗 B．PNP型晶体管集成电路 D．NPN型晶体管集成电路

RC吸收电路，其作

用是（ ） B．抑制差模噪声 D．消除电火花干扰

△Y≤0.01，本次采样值为0.315，

）

C．0.308 D．0.315

2.5V，则该转换器能分辨出

C．3.66mV D．4.88mV B．非周期偶函数 D．非周期奇函数 y(t)=2x(3t)的傅里叶变换为（ ） C．23X(f) D．2X(f)

76分）

12分）不写解答过程，将正确的答案写在

20

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