功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的波导，而且具有测量的功能。它可以利用外界物理因素改变光纤中光的强度、相位、偏振态或波长，从而对外界因素进行测量和数据传输。
8.4 论述CCD的工作饥理。
CCD是一种半导体器件，在N型或P型硅衬底上生长一层很薄的SiO2，再在SiO2薄层上依次序沉积金属电极，这种规则排列的MOS电容数组再加上两端的输入及输出二极管就构成了CCD芯片,CCD可以把光信号转换成电脉冲信号。每一个脉冲只反映一个光敏元的受光情况，脉冲幅度的高低反映该光敏元受光的强弱，输出脉冲的顺序可以反映光敏元的位置，这就起到图像传感器的作用。
8-16 在自由空间，波长λ0=500μm的光从真空进入金刚石(nd=2.4)。在通常情况下当光通过不同物质时频率是不变的，试计算金刚石中该光波的速度和波长。
解： v=c/nd =c/2.4=0.4167c ，c为光速；
λ=λ0 / nd =λ0 /2.4=0.4167λ0 =208.3?m ， λ0 为光速
8-17 利用Snell定律推导出临界角θC的表达式。计算水与空气分界面(n水=1.33)的θC值。
解： n水sin?c =n0 sin?/2=n0
sin?c= n0 / n水
?c =arcsin1/1.33=48.76°
8-18 求光纤n1=1.46，n2=1.45的NA值；如果外部的n0=1，求光纤的临界入射角。
解：当n0 =1时
?0.1706NA=
-1
所以， ?c =sin NA =9.82°
8-24 计算一块氧化铁被加热到100℃时，它能辐射出多少瓦的热量?(铁
2
块的比辐射率ε在100℃时为0.09，铁块表面积为0.9m)
4824442
解： E=??T S=5.67310? W/m ?K30.093373 K30.9 m =88.9W
n1?n222?1.462?1.452
8.25 利用光敏器件制成的产品计数器，具有非接触、安全可靠的特点，可广泛应用于自动化生产线的产品计数，如机械零件加工、输送线产品、汽水、瓶装洒类等。还可以用来统计出入口入员的流动情况。
产品计数器的工作原理，如图所示。产品在传送带上运行时，不断地遮挡光源到光敏器件间的光路，使光电脉冲电路随着产品的有无产生一个个电脉冲信号。产品每遮光一次，光电脉冲电路便产生一个脉冲信号，因此，输出的脉冲数即代表产品的数目。该脉冲经计数电路计数并由显示电路显示出来
第10章 数字式传感器
10-5用四个光敏二极管接收长光栅的莫尔条纹信号，如果光敏二极管的
-6
响应时间为10s，光栅的栅线密度为50线/mm，试计算一下光栅所允许的运动速度。
解：设光栅移动速度为v，当移动一条栅线的时间?光敏二极管的响应时间时，能保证二极管能正常反应采样，所以
v?1mm5010?6s4
=2310 mm/s=20m/s
10-11 一个21码道的循环码码盘，其最小分辨力θ1=?若每一个θ1角所对应的圆弧 长度至少为0.001mm，且码道宽度为1mm，则码盘直径多大?
215
解： ?1 =2?/2 =0.2996310? rad
5
D=230.001 /(0.2996310?)=667.5mm
第13章 其他传感器简介
13-3 在脉冲回波法测厚时，利用何种方法测量时间间隔t能有利于自
动测量?若已知 超声波在工件中的声速c=5640m/s，测得的时间间隔t为22μs，试求其工件厚度。 解： 工件厚度
H=ct/2=5640m/s322μs/2 =0.06204m=62.04mm
第14章 传感器的标定和校准
14-4 四个应变片粘贴在扭轴上，安排得到最大灵敏度，应变片阻值为121Ω而应变灵 敏系数为2.04，并接成全桥测量电路。当用750KΩ的电阻器并联在一个应变片上分流以得到标定时，电桥输出在示波器上记录到2.20cm的位移。如果变形的轴引起示波器3.2cm的偏移，求指示的最大应变?
112
设轴为钢制的，求应力(钢的扭转弹性模量E=1.623310N/m)? 解： R并=121//750000=120.98? ΔR=∣120.98-121∣=0.02?
4
ΔR/R=0.02/121=1.67310?
44
ε=(ΔR/R)/K=1.67310?∕2.04=0.819310? =81.9(?ε)
由 2.2/81.9=3.2/?x 得
?x =(3.2/2.2)381.9=119.13(?ε)
6112
?=?x E=119.13310?31.623310 N/m
82
=1.93310 N/ m
气敏传感器
1半导体气敏传感器有哪几种类型?
2试叙述表面控制型半导体气敏传感器的结构与工作原理。 3试述Pd-MOS场效应晶体管(FET)和MOS二极管的气敏原理。 4为什么多数气敏器件都附有加热器?
5如何提高半导体气敏传感器对气体的选择性和气体检测灵敏度? 6利用热导率式气体传感器原理，设计一真空检侧仪表(皮拉尼真空计)，并说明其工作原理。
7.对于电阻型半导体气体传感器，初期稳定性指什么? 8.半导体气体传感器中加热线圈起何作用?
9. 图为酒精测试仪电路，A是显示驱动器。问：①TGS—812是什么传感器？ ②2、5脚是传感器哪个部分，有什么作用？ ③分析电路工作原理，调节电位器RP有什么意义?
解：
①气敏传感器；
②加热电极，可加速还原反应提高气敏传感器灵敏度； ③调节测量系统的测量范围和满度值。
湿度传感器
1. 什么叫绝对湿度?什么叫相对湿度?什么叫露点? 2. 氯化锂和半导体陶瓷湿敏电阻各有什么特点?
3. 什么叫水分子亲和力?这类传感器的半导体陶瓷湿敏元件的工作原理是什么？
4. 试述湿敏电容式和湿敏电阻式湿度传感器的一作原理。 5. 怎样根据工作环境和传感器的特点选择湿度传感器? 6. 半导体陶瓷湿度传感器有哪些主要特性与参数? 7. 请按感湿量的不同列出所学过的各类湿敏元件。
8. 请利用LiCl电阻式湿敏元件设计一个恒湿控制装置，且恒湿的值可任意设定。
9. 为了保证棉纺织产品的质量，纺纱车间必须有一个良好的温度、湿度环境。试用学过的知识，对纺纱车间的工作环境进行优化控制设计。
智能式传感器
1. 什么是智能式传感器？它包括哪几种主要形式?智能传感器与一般传感器相比，有哪些突出优点? 智能传感器的实现途径有哪些? 2.智能传感器的研究与设计中应着重考虑些什么问题?
3.若要求DAC1210(12位)D/A转换器输出电压的范围为0~10 V或±10V。试确定二进制输入为0000 0000 0001，1000 0000 0000，1111 1111 1111时，DAC1210输出电压的值。
4.智能传感器的数据处理包括哪些内容? 5.智能传感器是如何对温度进行补偿的? 6.如何设计智能传感器的硬件?
7. 某智能测试系统的测试对象是温室大棚的温度和湿度，要求测量精度分别为±1℃、±3%RH，每10 min采集一次数据，应选择哪一种AD转换器和通道方案?
1 超声波有哪些传播特性?
2 超声波发生器种类及其工作原理是什么?它们各自的特点是什么? 3 应用超声波传感器探测工件时，为什么要在探头与工件接触处要有一层耦合剂?