传感器与检测技术试题一及答案
传感器与检测技术试题一及答案
一、填空题：（每题 1 分，共30 分）
（说明：将认为正确答案写在每小题相应的横线上）
1.按传感器通常由__________和__________组成，其中___________是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；__________是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。传感器常用的分类方法有两种，一种是按被测输入量来分，如__________传感器、__________传感器、__________传感器、__________传感器、液位传感器、加速度传感器、转矩传感器等；另一种是按传感器的工作原理来分，如电学式传感器、__________传感器、__________传感器、电势型传感器、电荷传感器、半导体传感器、谐振式传感器、电化学式传感器等。
2.金属电阻的__________是金属电阻应变片工作的物理基础。
3.电容式传感器采用__________作为传感元件，将不同的__________变化转换为__________的变化。
4.电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈__________或__________的变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现测量的。
5.半导体气体传感器是利用半导体气敏元件同气体接触，造成半导体性质变化，来检测气体的成分或浓度的气体传感器。半导体气体传感器大体可分为
__________和__________两大类。
6.通常把光电效应分为三类：_________，_________和_________。根据这些光电效应可制成不同的光电转换器件（光电元件），如：光电管，光电倍增管，光敏电阻，光敏晶体管，光电池等。光电池基于 _________效应。
7.在外力作用下，压电材料的表面上产生电荷，从而实现________到________的转换。
8.热电偶的热电势大小与__________和__________有关，为了保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须保持冷端温度恒定。
9. CCD图像传感器的用途包括：__________、___________、___________、肠胃镜等。
10.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__________输出。
（说明：将认为正确答案写在每小题相应的横线上）
根据下图所示石英晶体切片上的受力方向，标出晶体切片上产生电荷的符号，
并就其中一种情况来说明你的理解。
石英晶
片的受力示意图
三、名词解释题：（每题5分，共15分）
1.压电效应
2.霍尔效应
3.磁阻效应
四、问答题：（每题8 分，共24 分）
1.请说出条形码扫描笔的工作原理。
答：
2. CMOS图像传感器与CCD图像传感器有什么不同？答：
3.生物传感器有哪些种类，简要说明其工作原理。答：
五、综合题：（每题10 分，共20 分）
1.请根据下图，说明自动供水装置的工作原理。
2. 用K型（镍铬—镍硅）热电偶测量加热炉温度。已知冷端温度t0=30℃，测得热电势E（t，t0）为37.724mV, 求加热炉温度。(已知分度表数据：E(30℃,0℃)=1.203mv，E(940℃,0℃)=38.927mv)
试题一答案
一、填空题：（每题 1 分，共30 分）
（说明：将认为正确答案写在每小题相应的横线上）
1.敏感元件转换元件敏感元件转换元件温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器磁学式传感器、光电式传感器
2.应变效应
3. 电容机械物理量电量
4. 自感互感
5. 电阻式非电阻式
6.外光电效应内光电效应光生伏特效应光生伏特
7.机械量电量
8.材料接触点温度
9.摄像机、照相机、监视器10.电信号
二、画图题：（共11分）
（说明：将认为正确答案写在每小题相应的横线上）
根据下图所示石英晶体切片上的受力方向，标出晶体切片上产生电荷的符号，并就其中一种情况来说明你的理解。
当在X轴向施加压力时，如图所示，各晶格上的带电粒子均产生相对位移，正电荷中心向B面移动，负电荷中心向A面移动，因而B面呈现正电荷，A面呈现负电荷。当在X轴向施加拉伸力时，如图所示，晶格上的粒子均沿X轴向外产生位移，但硅离子和氧离子向外位移大，正负电荷中心拉开，B面呈现负电荷，A面呈现正电荷。在Y方向施加压力时，如图所示，晶格离子沿Y轴被向内压缩， A 面呈现正电荷，B面呈现负电荷。沿Y轴施加拉伸力时，如图所示,晶格离子在Y 向被拉长，X向缩短，B面呈现正电荷，A面呈现负电荷。
三、名词解释题：（每题5分，共15分）
1.压电效应
某些晶体受一定方向外力作用而发生机械变形时，相应地在晶体表面产生符号相反的电荷，外力去除后，电荷消失。力的方向改变时电荷的符号也随之改变，这种现象称为压电效应。
2.霍尔效应
在置于磁场中的导体或半导体内通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象称为霍尔效应。
3.磁阻效应
当霍尔元件受到与电流方向垂直的磁场作用时，会出现半导体电阻率增大的现象，这种现象称为磁阻效应。利用磁阻效应做成的电路元件，叫做磁阻元件。
四、问答题：（每题8 分，共24 分）
1.请说出条形码扫描笔的工作原理。
答：扫描笔的前方为光电读入头，它由一个发光二极管和一个光敏三极管组成，当扫描笔头在条形码上移动时，黑色线条吸收光线，白色间隔反射光线。光敏三极管将条形码黑色线条和白色间隔变成了一个个电脉冲信号，脉冲列经计算机处理后，完成对条形码信息的识别。
2. CMOS图像传感器与CCD图像传感器有什么不同？
答：CCD图像传感器是MOS电容器组成的阵列，CMOS图像传感器是按一定规律排列的互补型金属—氧化物—半导体场效应管（MOSFET）组成的阵列。它是把与CMOS型放大器源极相连的P型半导体衬底充当光电变换器的感光部分。当CMOS型
放大器的栅源电压
=
GS
u时，CMOS型放大器处于关闭状态，即0
=
D
i，CMOS型放
大器的P型衬底受光信号照射产生并积蓄光生电荷，当积蓄过程结束，栅源之间加开启电压，源极通过漏极负载电阻对外接电容充电形成电流即为光信号转换为电信号。
3.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。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。 五、综合题：（每题 10 分，共 20 分）
1.请根据下图，说明自动供水装置的工作原理。
答：当取水者投入铁制的取水牌时，铁制取水牌将磁铁的磁力线短路，SL3020传感器受较强磁场的作用输出为高电平脉冲，电路输出使电磁阀Y 通电工作自动开阀放水。每次供水的时间长短，取决于C 2、R 4、R P1的充电时间常数。
2. 用K 型（镍铬—镍硅）热电偶测量加热炉温度。已知冷端温度t0=30℃，测得热电势E （t ，t0）为37.724mV, 求加热炉温度。(已知分度表数据：E(30℃,0℃)=1.203mv ，E(940℃,0℃)=38.927mv)
答： 参考端（自由端）温度t 0=30℃，由分度表2-1可查得 E(30℃,0℃)=1.203mv ，若测得热电势E(t,30℃)=37.724mv
，则可得E(t,0℃)=E(t,30℃+E(30℃,0℃)=37.724+1.203=38.927mv ，再查分度表可知炉温t=940℃。