生物测量与传感器考试复习总结Word文件下载.docx
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灵敏度越高,同样输入变化产生的输出变化越大,便于显示和处理,但抗干扰能力较差
5、时间常数的定义
时间常数:
响应从零到稳态值的63%
第2章光电式传感技术
6、三种不同的光电效应的区别:
外光电、内光点和光生伏特
光电效应(Photoelectriceffect):
光照射到某些物质上,引起物质的电性质发生变化。
这类光致电的现象被统称为光电效应
⏹光电效应分类:
•外光电效应:
光线作用下使电子溢出物体表面。
如光电管、光电倍增管
•内光电效应:
光线作用下物体的电阻率改变。
如光敏电阻
•光生伏特效应:
光线作用下物体产生一定方向的电动势。
如光电池、光敏二极管、光敏三极管
7、光敏二极管的工作原理
工作原理:
如图2.1(b)
a)电路中加反向直流电压,一直处于反向偏置状态
⏹
•
无光照时,反向电阻很大,反向电流很小(称为暗电流),处于截止状态
•有光照时,反向电阻下降,反向电流增大(称为光电流),处于导通状态
•光电流大小与光照强度密切相关
8、光敏二极管的光谱特性和光照特性
a)光谱特性:
光电流与光波波长的变化关系
特点:
单峰、材料不同,峰值波长不同。
硅处于可见光,锗处于红外光
•光照特性:
一定偏压下,光电流随照度的变化关系。
图2.4,线性好,是测量光照度的基础
9、光敏二极管的应用:
光电路灯控制电路
(p15图2.6)
10、光敏三极管的光照特性
光照特性:
(P17图2.11,)线性没有光敏二极管好
11、光敏电阻的工作原理
(P22图2.17)
a)利用光敏材料的内光电效应
b)外加电压无方向要求
c)无光照时呈高阻态,电阻很大,称为暗电阻,电路中仅有微弱的暗电流
d)有光照时呈低阻态,电阻变小,称为亮电阻,电路中存在较大的光电流
e)一般将光电流做为光敏电阻的输出量
12、光敏电阻的光照特性
图2.20,非线性,不宜作定量检测元件
13、光敏电阻的应用:
照度监视器电路
(p25)
14、光电池的工作原理
工作原理:
a)光生伏特效应,实质为电压源或电流源
b)由于感光的PN结面积大,使得可以产生较大电量
15、光电池的光照特性
a)当负载电阻很大时(相对于光电池内阻),用开路电压做为输出量
b)当负载电阻很小时,用短路电流做为输出量
16、光电倍增管的结构和工作原理
结构
⏹主要用于高精度的分析仪器,用于检测非常微弱的光
⏹结构:
图2.38,由阴极K、多个倍增极D(次阴极或打拿极)和阳极A组成
⏹材料:
阴极和次阴极包含半导体锑铯
⏹工作原理
⏹给阴极、倍增极和阳极加上电压,逐级升高,总电压差为1000V-2500V
⏹阴极在光照射下逸出电子---外光电效应
⏹在电场作用下,倍增极受电子轰击,可产生更多的电子(3-6倍)
⏹在阳极收集所有电子,形成很大的电流输出
17、热释电效应的原理
自发极化温度变化,极化强度改变重新平衡
⏹热释电效应
•某些晶体具有自发极化的特征,温度恒定时极化电荷与空气吸附电荷平衡
•在外部红外线照射下,温度升高,极化强度减小,极化电荷减少,则在两端产生大小相等,符号相反的电荷,这种现象称为热释电效应
热释电效应:
图2.49只能测量外红外强度的变化或温度的变化
18、CCD图像传感器的光敏元是什么,它的工作原理
MOS电容器为CCD的光敏元,将图像的一个像素区域的光信号转换为电信号,以电荷包形式存储
电信号输出是通过将电荷包耦合的方式转移出去形成电压信号
工作原理
⏹MOS电容器工作原理(电荷包的形成):
给栅极加一正脉冲电压
在半导体和氧化物的交界面形成耗尽层,耗尽层为电子势阱,可以吸引电子聚集其中
当光照射MOS电容器时,产生电子-空穴对,电子被耗尽层吸引,形成电荷包-光生伏特效应
•光照强度与电荷包的电量成正比
电荷包的转移原理
栅极电压越大,电子势阱越深
相邻MOS电容器加上不同栅极电压,使得电荷包向深势阱移动,称为耦合
19、光纤传光原理是什么
⏹光纤的传光原理:
图2.73
折射定理(斯涅尔公式):
全反射临界角:
全反射(所有光线都被反射,而没有折射):
光纤的衰减和损耗因子:
光在光纤中传播时,能量有一定的衰减。
单位长度光纤光功率衰减的分贝数
⏹光纤损耗原因
•吸收损耗
•散射损耗
•波导散射损耗(微弯损耗)
第3章数字式传感技术
20、数字式传感器的定义
数字式传感器(DigitalSensor):
把被测模拟量直接转换成数字量输出,是传感器的发展方向之一
21、光栅传感器测量的原理
光栅尺形成莫尔条纹:
条纹间距:
莫尔条纹的特点:
微小的横向位移转化为放大了的纵向位移
横向移动一个栅距,导致条纹纵向移动一个条纹间距
原理:
将光敏元件放置在光栅的某个位置,光源发出的光通过莫尔条纹透射到光敏元件上
当莫尔条纹上下移动时,可改变某位置上透过的光信号,从而改变光敏元件输出的电信号
输出电信号与横向位移之间的关系:
通过放大、滤波和整流处理,将正弦信号变为方波信号
方波信号的一个周期代表光栅横向移动了一个栅距
22、编码器码盘的结构
码盘:
图3.15
•码道:
n
•分区:
•码盘加高电平,
黑色区导电,
白色区不导电
电刷:
n个,与码盘接触,固定不动,经电阻接地
23、编码器的非单值误差的产生原因和解决办法:
循环码
循环码不会产生非单值误差
循环码:
相邻编码间只有一位是不同的
⏹工作原理:
由电刷输出的数字编码值可以判断电刷处于码盘的哪个分区,从而判断码盘旋转的角度
24、频率输出式传感器的两种测频方法(P102)
一种是测量其输出信号的频率,另一种是测量其周期
⏹频率信号的基本测量方法:
•当频率较高时,测量一定闸门时间内的信号周期个数
•当频率较低时,测量信号一个周期内的时基脉冲个数
第4章热电式传感技术
25、热敏电阻的分类
⏹分类:
根据电阻随温度变化的关系,图4.2
•正温度系数热敏电阻(PositiveTemperatureCoefficient,PTC):
电阻随温度增加而增大
•负温度系数热敏电阻(NegativeTemperatureCoefficient,NTC):
电阻随温度增加而减小,应用最广
•临界温度系数热敏电阻(CriticalTemperatureResistor,CTR):
在某一特定温度下电阻值会发生突变
26、热敏电阻线性化处理的三种方法
线性化网络法(线性化网络:
用温度系数很小的精密电阻(一种热电阻)与热敏电阻串并联)
计算修正法(利用数字计算方法实现较宽温度范围内线性化校正的方案)
温度-频率转换法(利用温度-频率转换电路改善线性)
27、双金属片热电开关的工作原理
温度升高,向膨胀系数小的一面弯曲
温度下降则恢复原平直状态
28、陶铁磁体式热点开关的工作原理
⏹温度较低时,硬磁和软磁都具有磁性,相互吸引
⏹当温度升高到软磁的居里点温度时,软磁失去磁性,与硬磁分开
29、热电开关的应用:
单按键电饭锅的工作原理
具有自动保温功能的电饭锅
30、热电效应的定义,热电势的大小与哪些因素有关
将两种不同材料的导体A、B组成闭合回路,若节点1和2处于不同温度时,两者之间将产生热电势,在回路中形成一定大小的电流,这种现象称为热电效应
⏹热电势的大小与电极的几何尺寸无关
⏹仅与热电偶材料成分和热、冷两端的温差有关
31、热电偶的三个基本定律
中间导体定律
标准电极定律
中间温度定律
32、热电偶的冷端温度补偿原理和方法
⏹当冷端温度不为0时,但能保持恒定不变,可采用修正法
•热电势修正法
•温度修正法
⏹当冷端温度变化时,需要进行补偿
•电桥补偿法
33、PTAT(集成温度传感器)电路的输出电压与温度成正比的条件
正常工作时保持两个温敏三极管集电极电流之比恒定,则输出电压与绝对温度成正比。
将该电路称为PTAT
第5章RLC传感技术
34、电阻应变效应的定义
应变效应:
导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时,其电阻值发生变化,这种现象称为应变效应或压阻效应
35、自感型传感器的分类
包括可变磁阻式和涡流式
36、涡流式传感器的工作原理
⏹线圈通以高频激磁电流,产生变化的磁场和磁通量
⏹变化的磁通量在金属板内引起涡电流或涡流,进而形成反向变化的磁通量,改变线圈自感
第6章压电磁敏传感技术
37、压电效应的定义
压电效应:
某些晶体在一定方向的外力作用下,发生形状改变,晶体内部产生极化现象,晶体表面上有电荷出现,形成电场。
当外力去除后,表面又恢复到不带电状态,这种现象称为压电效应。
38、压电效应的类型
⏹三种压电效应:
图6.3
纵向效应:
纵向压电常数
•横向效应:
横向压电常数
剪切效应:
剪切压电常数
39、磁阻效应的定义
磁阻效应:
当载流导体(金属或半导体)置于磁场中时,其电阻会随磁场变化而变化,这种现象称为磁阻效应。
该导体的电阻称为磁阻。
40、磁敏二极管的结构特点和工作原理
⏹结构:
图6.15
•PN结之间有一个较长的本征区I
•I区一面磨光,一面打毛成为高复合区r区
•r区内电子-空穴复合率高
⏹工作原理:
图6.16
•无外界磁场时,外加正偏压,形成电流
•外加正向磁场时,电子-空穴对偏向r区,电子-空穴对复合增加,电流减小
•外加负向磁场时,电子-空穴对偏离r区,电子-空穴对符合较少,电流增大
41、霍尔效应的定义
霍尔效应:
置于磁场中的静止载流导体,当其电流方向与磁场方向不一致时,载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势,这种现象称霍尔效应,该电势称霍尔电势
42、霍尔传感器的灵敏度与哪些因素有关,如何提高霍尔传感器的灵敏度
⏹霍尔效应材料选择:
提高灵敏度
•元件制成薄片
•金属材料电子迁移率大,但电阻率很小
•绝缘材料电阻率大,但电子迁移率小
•半导体材料具有较大的电子迁移率和电阻率
第7章声气湿敏传感技术
43、超声波发生器和接收器的基本工作原理
⏹超声波探头(换能器)
•发生器:
逆压电效应(电致伸缩效应),图7.14
•接收器:
压电效应
•发生器和接收器可为同一个压电晶体
44、P型和N型半导体气敏传感器遇到氧化型和还原型气体时,电阻的变化
⏹原理:
•P型半导体与气体的反应:
遇氧化型气体,阻值减小;
遇还原型气体,阻值增加
•N型半导体与气体的反应:
遇氧化型气体,阻值增加;
遇还原型气体,阻值减小:
图7.20
•需要加热到一定工作温度
45、相对湿度的定义
相对湿度:
每立方米空气中,水蒸气的实际含量与同温度下最大可能的饱和水蒸气含量之比,用符号RH表示,RelativeHumidity
46、氯化锂湿敏电阻的工作原理
⏹Li离子对水分子的吸引力强,容易吸收空气中的水分子
⏹当环境相对湿度高,当Li离子吸收水分子而电离,导致自由离子浓度升高,电阻率下降,电阻减小
⏹当环境相对湿度低,当水分子脱附Li离子,导致自由离子浓度下降,电阻率增高,电阻增大
47、超声波反射法探伤原理
(P251)
第8章生物传感技术
48、可用于生物分子传感器识别物的物质有哪些
识别物:
对底物具有特异性的识别能力,使底物产生变化的信号(物质含量的增加或减少,热,光,电等),包括:
酶、抗原、抗体、激素或细胞、细胞体等
49、葡萄糖传感器的工作原理
葡萄糖传感器:
GOD,Glucoseoxidasebiosensor
a)葡萄糖在GOD的催化下,产生葡萄糖酸和过氧化氢
b)用PH电极、氧电极、过氧化氢电极测量
50、免疫传感器的识别物是什么
抗体或抗原