传感器技术与应用第3版习题答案(5)

成报警器。目前在该报警器上大都使用SnO2气体传感器。但在湿度较大的场合例如厨房等，宜使用α-Fe2O3气体传感器为核心的报警器，因为此类传感器对湿度敏感性小，稳定性较好。

汽车为了节约能源，防止环境污染和保持一个良好的车内环境，需要配备各种气体传感器。控制燃空比，需用氧传感器；控制污染，检测排放气体，需用CO、NOx、HCl、O2等传感器；内部空调，需用CO、烟、湿度等传感器。在控制燃空比中使用的传感器最好选用固体电解质的经稳定化处理的ZrO2传感器。

在Fe和Cu等矿物冶炼过程中常使用氧传感器，在半导体工业中需用多种气体传感器，在食品工业中也常用氧传感器。

ο

例如高炉用的氧传感器。在铁矿精炼时，使用的传感器必须满足600C以上的高温，耐热冲击性好，与熔融金属不发生反应，耐腐蚀，电阻小。因此常用经稳定化处理的ZrO2氧传感器。

在半导体工业中常用的气体毒性大，需检测浓度极低（为10-19级），需要能够检测极低浓度、可靠性好的传感器。如果从保存方便、经济角度考虑，电化学气体传感器是最有希望应用的。

在食品工业方面，在对水产物的鲜度进行科学评价时，常用气体传感器。如在鱼的保鲜时，鱼肉中有的核酸会分解，其消耗氧量可用电化学氧传感器测定，也可用氧电极测定，以测鲜度。

对于污染环境需要检测的气体有SO2、H2S、NOX、CO、CO2等，因为需要定量测量，宜选用电化学气体传感器。

在家电中除用于可燃气泄漏报警及换气扇、抽油烟机的自动控制外，也用于微波炉和燃气炉等家用电器中。在微波炉中常选用SnO2气体传感器，气体传感器测量出从食品中发出气体的浓度，可根据事先对不同食品的特性，选择负载电阻，确定响应时机，以实现烹调的自动控制。在燃气炉中常使用ZrO2气体传感器测量燃空比。

3. 说明含水量检测与一般的湿度检测有何不同。

答：通常将空气或其它气体中的水分含量称为“湿度”，将固体物质中的水分含量称为“含水量”。

固体物质中所含水分的质量与总质量之比的百分数，就是含水量的值。

4. 烟雾检测与一般的气体检测有何区别。 答：烟雾是比气体分子大得多的微粒悬浮在气体中形成的，和一般的气体成分的分析不同，必须利用微粒的特点检测。这类传感器多用于火灾报警器，也是以烟雾的有无决定输出信号的传感器，不能定量地连续测量。

5. 根据所学知识试画出自动吸排油烟机的电路原理框图，并分析其工作过程。

答：如图所示。

21

室内可燃气体增加时，由于气敏器件接触到可燃气体而其阻值降低，使流经测试回路的电流增加，可直接驱动继电器接通电风扇，进行吸排油烟。

6. 目前湿度检测研究的主要方向是什麽？ 答：目前湿敏传感技术的研究还远远不如对温度等其他传感器技术研究得那麽精确和完善。湿度较难检测的原因在于湿气信息的传递较复杂。湿信息的传递必须靠其信息物质——水对湿敏元件直接接触来完成。因此，湿敏元件不能密封、隔离，必须直接暴露于待测的环境中。而水在自然环境中容易发生三态变化。当其液化或结冰时，往往使湿敏器件的高分子材料或电解质材料溶解、腐蚀或老化，给测量带来不利。因此，目前湿敏元件在长期稳定性方面还存在一些问题。人们为了得到长期可靠的湿度传感器，有时宁可在测量精度、响应时间、湿度和温度特性、形状尺寸等方面作出一些牺牲。现在，根据大工业自动化微机控制的需要，又向人们提出了湿度传感器微型化、集成化、廉价的发展方向。

7. 什么是非电量传感器？请举一例子，说明其用途，画出其应用电路。 答：将非电物理量转换为光、重量。质量等非电量来进行检测的传感器为非电量传感器。例如用天平称质量法测物品的含水量。

电路图略。

8. 将图8-14所示空气湿度检测电路的输出，接到ICL7106显示驱动集成电路和液晶显示器，成为液晶显示空气湿度检测器。画出电路图。

答：如图所示，具体接线脚可查阅ICL7106集成电路资料。

ICL7106与液晶的接线脚 3 4 5 序号 2 接线 序号 接线 d1 16 b3 c1 17 f3 b1 18 e3 a1 19 6 f1 22 7 g1 23 a3 8 e1 24 c3 9 d2 25 g2 10 c2 38 时钟 11 b2 39 时钟 12 a2 40 时钟 13 f2 1 电源 14 e2 21 接地 15 d3 26 接地 bc4 g3 单电源使用时，ICL7106的1脚接正电源，21脚接地，双电源使用时，ICL7106的1脚接正电源，21脚接负电源。

22

习题9

1. 生物传感器的信号转换方式有哪几种？ 答：

（１）化学变化转换为电信号方式

用酶来识别分子，先催化这种分子，使之发生特异反应，产生特定物质的增减，将这种反应后产生的物质的增与减转换为电信号。能完成这个使命的器件有克拉克型氧电极、H2O2电极、H2电极、H+电极、NH4电极、CO2电极及离子选择性FET电极等。

（２）热变化转换为电信号方式

固定在膜上的生物物质在进行分子识别时伴随有热变化，这种热变化可以转换为电信号进行识别，能完成这种使命的便是热敏电阻器。

（３）光变化转换为电信号方式 萤火虫的光是在常温常压下，由酶催化产生的化学发光。最近发现有很多种可以催化产生化学发光的酶，可以在分子识别时导致发光，再转换为电信号。

（４）直接诱导式电信号方式

分子识别处的变化如果是电的变化，则不需要电信号转换器件，但是必须有导出信号的电极。例如：在金属或半导体的表面固定上抗体分子，称为固定化抗体，此固定化抗体和溶液中的抗原发生反应时，则形成抗原体复合体，用适当的参比电极测量它和这种金属或半导体间的电位差，则可发现反应前后的电位差是不同的。

2. 生物传感器有哪些种类，简要说明其工作原理。 答：酶传感器的基本原理是用电化学装置检测酶在催化反应中生成或消耗的物质（电极活性物质），将其变换成电信号输出。

对葡萄糖氧化反应起一种特异催化作用的酶—葡萄糖氧化酶（GOD），并研究出用它来测定葡萄糖浓度的葡萄糖传感器，

微生物传感器是利用多种酶有关的高度机能的综合即复合酶。也就是说，微生物的种类是非常多的，菌体中的复合酶、能量再生系统、辅助酶再生系统、微生物的呼吸及新陈代谢为代表的全部生理机能都可以加以利用。因此，用微生物代替酶，有可能获得具有复杂及高功能的生物传感器。

免疫传感器是利用抗体对抗原结合功能研制成功的，根据抗体膜的膜电位的变化，就可测定抗原的吸附量。

半导体生物传感器是由半导体传感器与生物分子功能膜、识别器件所组成。

将生物中具有识别功能的合成蛋白质、抗原、抗体、微生物、植物及动物组织、细胞器等固定在某载体上也可用作识别元件。，同时测量多种化学物质，具有这样功能的传感器称为多功能传感器。

3. 比较微波传感器与超声波传感器有何异同。

答：微波是电磁波，微波传感器频率高，衰减小，作用距离远，受外界影响小，绕射性少。微波在液体、固体中衰减很快，微波传感器不能用于液体、固体测量。超声波是机械振荡波，超声波传感器频率低，衰减大，作用距离近，受外界影响大，但绕射性能好。两者都有直射、反射、折射性能。超声波传感器可用于液体、固体测量。

4. 简述超声波传感器测流量的基本原理。

23

答：在被测管道上下游的一定距离上，分别安装两对超声波发射和接收探头，（F1，T1）、（F2，T2），其中（F1，T1）的超声波是顺流传播的，而（F2，T2）的超声波是逆流传播的。根据这两束超声波在流体中传播速度的不同，采用测量两接收探头上超声波传播的时间差、相位差或频率差等方法，可测量出流体的平均速度及流量。

c2??tg??t2d

qV??4d??2?8dc2tg??t

5. 超声波传感器如何对工件进行探伤？有何优点？还有哪些传感器可用于对工件进行无损探伤？

答：超声波探伤是无损探伤技术中的一种主要检测手段。它主要用于检测板材、管材、锻件和焊缝等材料中的缺陷（如裂缝、气孔、夹渣等）、测定材料的厚度、检测材料的晶粒、配合断裂力学对材料使用寿命进行评价等。超声波探伤因具有检测灵敏度高、速度快、成本低等优点，因而得到人们普遍的重视，并在生产实践中得到广泛的应用。

超声波探伤方法多种多样，最常用的是脉冲反射法。而脉冲反射法根据超声波波型不同又可分为纵波探伤、横波探伤、表面波探伤。

X射线也可以用于对工件进行无损探伤。

6. 机器人传感器主要有哪些种类？

答：机器人传感器可分为内部检测传感器和外部检测传感器两大类。 内部检测传感器是以机器人本身的坐标轴来确定其位置，它安装在机器人自身中用来感知机器人自己的状态，以调整和控制机器人的行动。它通常由位置、加速度、速度及压力传感器组成。

外界检测传感器用于机器人对周围环境、目标物的状态特征获取信息，使机器人—环境能发生交互作用，从而使机器人对环境有自校正和自适应能力。外界检测传感器通常包括触觉、接近觉、视觉、听觉、嗅觉、味觉等传感器。

7. 接近觉传感器是如何工作的？举例说明其应用。 答：接近觉是机器人能感知相距几毫米至几十厘米内对象物或障碍物的距离、对象物的表面性质等的传感器。其目的是在接触对象前得到必要的信息，以便后续动作。

例如电磁式接近觉利用涡流效应产生接近觉。加有高频信号的励磁线圈 L产生的高频电磁场作用于金属板，在其中产生涡流，该涡流反作用于线圈，通过检测线圈的输出可反映出传感器与被接近金属间的距离，这种接近传感器精度高，响应快，可在高温环境中使用，但检测对象必须是金属。?

8. 指纹识别主要经过哪几个步骤？指纹传感器在指纹识别中起什么作用？ 答：指纹识别过程主要包括：

指纹图像采样、指纹图像预处理、二值化处理、细化、纹路提取、细节特征提取和指纹匹配（指纹库查对）。

24

指纹传感器通过传感信号进行指纹图像采样，并转换为数字信号，送微处理器进行指纹识别。

9. 温差效应指纹传感器FCD4B14由哪几部分电路组成？它们在指纹采样过程中各起什么作用？

答：FCD4B14是基于温差效应的指纹传感器，芯片表面有0.4mm×14mm的温度传感区域，内部有行选和列选电路、A／D转换器、锁存器和恒温电路。

传感区域包含8行×280列＝2240个像素，为1帧，用来感应手指与传感区域接触部位的温度差，并转换为电信号。

列选脉冲从传感区域按顺序选出像素列，再由行选脉冲选出像素。

A／D转换器将像素电信号转换为数字信号，由锁存器组成一个字节（8位）的数字信号输出到微处理器。

恒温电路保证指纹图像采样不受环境温度的影响。

10.本书共介绍了哪些基本传感器？试根据其原理不同进行归类总结。 答：目前为止学的都是基本传感器，品种很多，归类为 温度传感器、力传感器、磁传感器、光传感器、图像传感器、位移传感器、气体传感器、湿度传感器、生物传感器等，机器人传感器属于综合型传感器。

11. 简单叙述电容式触摸屏的工作原理，电容式触摸屏为什么不能用手写笔书写？可否用于多点触控触摸屏？

答：电容式触摸屏是把透明的ITO金属层涂在薄膜和玻璃板上作为上下（外层和内层）导电体，上下导电体形成一个电容，在上下导电体四边有窄长的电极引出，与外电路形成振荡器。

当用手指或其他导电物体触摸或触碰时，电容发生变化，振荡器振荡频率也发生变化，通过测量频率变化可以确定触摸或触碰位置。

电容式触摸屏不能用手写笔，也不能用其他非导电物体，因为它们不会引起电容变化。手是导电体，触摸会引起电容变化。

电容式触摸屏可以用于多点触控。

12. 微机电系统具有哪些特点？叉指换能器微温度传感器是如何工作的？ 答：微机电系统具有以下特点：

1）体积小，重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短，可以嵌入大尺寸系统中使用。

2）以硅为主要材料，硅的强度、硬度和弹性模量与铁相当，密度类似铝，热传导率接近钼和钨，

3）用硅微加工工艺在一片硅片上可同时制造成百上千个MEMS，再切割封装成产品，批量生产可大大降低成本；

4）可把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的微机电系统。

叉指换能器微温度传感器由叉指换能器和声表面波传播通道形成了选频和反馈网络，与同相放大器组成了振荡器。振荡频率等于相邻叉指对之间的距离M的两倍的倒数。

若环境温度改变，则M值会随之改变，振荡信号频率就会改变。用频率计测得频率的变化Δf，由计算机计算可获得温度的变化ΔT。

ΔT＝kΔf／f0

25

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库传感器技术与应用第3版习题答案(5)在线全文阅读。