4.20

答：略

4.21

解：

=16mH

4.22

答：电涡流效应：有一通以交变电流i1的传感器线圈，其周围产生一个交变磁场H1。使该磁场范围内的被测导体内产生电涡流i2，i2将产生一个新磁场H2，H2与H1方向相反，力图削弱原磁场H1,从而导致线圈的电感L 、阻抗Z和品质因数Q发生变化。测量原理：通过等效电路分析，能够引起这三者变化的因素有，传感器线圈与导体之间的距离x，导体的几何形状，导体的材质，控制其中某一个参数改变，余者皆不变，就能构成测量该参数的传感器，例如位移测量、探伤、材质检测、测厚等。测量电路：被测量引起变化的电参量有：线圈电感L、阻抗Z、或品质因数Q值，针对不同参量测量电路有三种：谐振电路、电桥电路、Q值测试电路

4.23

答：特点见本教材P107页第二段。原理图见本教材P112图4-63。

第五章

5.1

答：当固体在某一方向上承受应力时，电阻率发生显著变化，这种现象称为压阻效应。 单位应力作用下电阻率的相对变化称为压阻系数。

晶向的表示方法有两种，一种是截距法，一种是法线法。

5.2

答：一些离子型晶体电介质，当沿着一定方向受到机械力作用而产生形变时，就会引起它内部正负电荷中心相对位移产生电的极化，从而导致其两个相对表面上出现符号相反的电荷；当外力去掉后，恢复到不带电状态。这种现象称为压电效应。当作用力方向改变时，电荷的极性也随之改变，这种将机械能转换为电能的现象称为“正压电效应”。当在电介质方向施加电厂时，这些电解质也会产生几何形变，这种现象称为“逆压电效应”。

通常把沿压电晶体电轴方向的力作用下产生的压电效应称为“纵向压电效应”，而把沿机械轴方向的力作用下产生的压电效应称为“横向压电效应”

5.3

答：石英晶体俗称水晶，有天然和人工之分，天然结构的石英晶体是一个正六边形的晶柱。 其z轴称为光轴，也成为中性轴，当光线沿此轴通过石英晶体时，无折射；

经过六面体棱线并垂直于光轴的X轴称为电轴，在垂直于此轴的面上压电效应最强； 与X轴、Z轴垂直的Y轴称为机械轴，在电厂的作用下，沿该轴方向的机械形变最明显。

5.4

答：图见图5-15 P128。

当压电晶体受机械应力作用时，在它的两个极化面上出现极性相反电量相等的电荷。故压电器件实际上是一个电荷发生器。同时它也是一个电容器，晶片上聚集正负电荷的两表面相当于电容的两个极板，极板间物质等效于一种介质。 基于以上分析，压电传感器可以等效为一个与电容相并联的电荷源，也可以等效为一个与电容相串联的电压源。

5.5

答：参见 5.2.2 等效电路及测量电路中的第二节 测量电路。

5.6

答：压电式加速度传感器主要由压电元件、质量块、预压弹簧、基座及外壳等组成。整个部件装在外壳内，并由螺栓加以固定。

当加速度传感器和被测量物一起受到冲击振动时，压电元件受质量块惯性力的作用，根据牛顿第二定律，此惯性力是加速度的函数，此时力作用在压电原件上，因而产生电荷，当传感器一旦确定，则电荷与加速度成正比。因此通过测量电路测得电荷的大小，即可知道加速度的大小。

5.7

答：光照射在物体上就可以看做是一连串的具有能量的粒子轰击在物体上，这时物体吸收了光子能量后将引起电效应。这种因为吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量而产生的电效应就称为光电效应。

光电效应可分为外光电效应、内光电效应和阻挡层光电效应三种类型。 基于外光电效应原理工作的光电器件有光电管和光电倍增管。

基于内光电效应原理工作的光电器件有光敏电阻和反向偏置工作的光敏二极管和光敏三极管。

基于阻挡层效应原理工作的光电器件有光电池。

5.8

答：电容式传感器可分为以下几种： 变极矩型电容传感器：量程远小于极板间初始距离是，可认为电容的变化量与距离呈线性关系。

变面积型电容式传感器：电容的变化量与面积的变化量呈线性关系。 变介质型电容传感器：电容量的变化与被测介质的移动量呈线性关系。

5.9

答：调频电路：调频测量电路是吧电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分，当输入量导致电容量发生变化时，振荡器的振荡频率就发生变化。 运算放大器式电路：运算放大器的输出电压与极板间距离呈线性关系，从而克服了变间隙式电容传感器的非线性问题。注意的是运算放大器要求具有足够大的放大倍数，而且输入阻抗很高。

双T二极管型电路：电源，传感器电容、负载均可同时在一点接地；非线性失真小；电源频率需要稳定；输出电压较高等；

5.10

答：光敏电阻：纯粹电阻元件，阻值随光照增加而减少，无光照时，光敏电阻阻值很大，电路中的电流很小；当受到一定波长范围内的光照时，它的阻值急剧减小，电路中的电流迅速增大。

光敏二极管：在电路中光敏二极管一般处于反向工作状态，处于反向偏置的PN结，在无光照时具有高阻特性，反向暗电流很小。当有光照时，在结电场作用下，电子向N区运动，空穴向P区运动，形成光电流，方向与反向电流一致。光的照度愈大，光电流愈大。由于无光照时的反偏电流很小，因此光照时的反方向电流基本与光强成正比。 光敏晶体管具有两个PN结，可以看成是一个bc结为光敏二极管的三极管。在光照作用下，二极管将光信号转换为电流信号，该电流信号被三极管放大。

光电池：基于光生伏打特效制成，是自发式有源器件。它有较大面积的PN结，当光照射在PN结上时，在结的两端出现电动势。

5.11

答：光照强度指单位面积上所接受可见光的能量。

光电器件的灵敏度可用光照特性来表征，它是指半导体器件产生的光电流(光电压)与光照之间的关系。

光电器件的光谱特性是指相对灵敏度与入射光波长之间的关系，又称为光谱响应。

5.12

答：略。