第六章

6.1

答：磁敏传感器是把磁物理量转换成电信号的传感器，大多是基于载流子在磁场中受洛伦兹力的作用而发生偏转的机理实现对相关物理量的信号检测。

6.2

答：当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象就是霍尔效应。

霍尔电势的大小正比于控制电流I和磁感应强度B。

6.3

答：激励电极间的电阻值称为输入电阻，霍尔电极输出电势对外部电路来说相当于一个电压源，其电源内阻即为输出电阻。以上电阻值是在磁感应强度为零、环境温度为20?5摄氏度时所确定的，实际阻值会随着温度的不同而变化。

6.4

答：当霍尔元件通以额定激励电流时，如果所处磁感应强度为零，那么它的霍尔电势应该为零，但实际不为零。这是测得的空载电势称为不等位电势。不等位电势可以用不等位电阻表示。不等位电势就是激励电流流经不等位电阻所产生的电压。

6.5

答：产生不等位电势的原因主要有：霍尔电极安装位置不对称或不在通以等电位面上。此外，材质不均匀、几何尺寸不均匀等原因对不等位电势也有一定的影响。

补偿：可以把霍尔元件等效为电桥电路，根据测量判断应在某一桥臂上并连上一定的电阻。

6.6

答：霍尔元件与一般半导体期间一样，对温度变化十分敏感。这是由于半导体材料的电阻率，迁移率，迁移率和载流子浓度等随温度变化的缘故。霍尔元件的灵敏度稀疏是温度的函数，它随温度变化将引起霍尔电势的变化。

6.7

答：影响温度特性的因素有半导体材料的电阻率、迁移率和载流子浓度等。 选用温度系数小的元件或采用恒温措施，还可以采用恒流源供电，减少由于输入电阻随温度变化引起的激励电流变化所带来的印象，此外补偿电路也可以起到作用。

6.8

答：略。

6.9

答：略。

6.10

答：湿度是表示大气中水汽含量的物理量。它有两种表示方法。 绝对湿度：指单位体积大气中水汽的质量。 相对湿度：指某一被测气体的绝对湿度与同一温度下水蒸气已达到饱和的气体的绝对湿度之比。

6.11

答：湿度传感器是指能将湿度转换为与其成一定比例关系的电信号输出的器件或装置，通常是由湿敏元件及转换电路组成。 种类：按输出的电学量可分为电阻型、电容型和频率型等；按照探测功能科分为绝对湿度型、相对湿度型；按材料可以分为陶瓷式、半导体式和电介质、有机高分子式等；如果按水分子是否渗入固体内可以分为“水分子亲和力型”和“非分子亲和力型”两大类。

6.12

答：半导体气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化而制成的。当半导体器件被加热到稳定状态，在气体接触半导体表面而被吸收式，被吸附的分子首先在表面物性自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一部分残留分子产生热分解而固定在吸附出。当半导体的功函数小于吸附分子的亲和力时，吸附分子将从器件夺得电子而变成负离子吸附，半导体表面呈现电荷层。如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向器件释放出电子，而形成正离子吸附。当氧化型气体吸附到N型半导体上，还原型气体吸附P型半导体上时，半导体的载流子减少，电阻值增大。当还原型气体吸附到N型半导体上时，氧化型气体吸附到P型半导体上时，半导体的载流子增多，电阻值下降。若气体浓度发生变化，其组织也将变化。

6.13

答：用以将附着在敏感元件表面的尘埃、油雾等烧掉，加速气体的吸附，从而提高器件的灵敏度和响应速度。

6.14

答：光在半导体中传播时的衰减，是由于半导体带加点字吸收管子而从价带跃迁到导带的结果，这种吸收光子的过程称为本征吸收。实验表明，波长短的光子衰减较快，穿透深度较浅，而波长长的光子则能进入硅的较深区域。通过进一步的分析可以发现，浅的P-N结有较好的的蓝紫光灵敏度，深的P-N结则有利于红外灵敏度的提高。半导体色敏器件正是利用了这一特性。半导体色敏传感器相当于两只结构不同的光电二极管的组合。紫外光部分吸收系数大，经过很短距离已基本吸收完毕。因此浅结的那只光电二极管对紫外光的灵敏度高。而红外部分吸收系数小，这类波长的光子则主要在深结区被吸收。因此深结的那只光电二极管对红外光的灵敏度高。这就是说，在半导体中的不同区域对不同波长分别具有不同的灵敏度。正是由于这一种特性使得这种器件可以用于不同颜色的识别，也就是可以用来测量入射波长的波长。

半导体色敏传感器具体应用时，应先对色敏器件进行标定，也就是说测定不同波长的光照射下器件中两只光电二极管短路电流的比值。

第七章

7.1

答：红外探测器种类有很多，按探测机理的不同，可分为“热探测器”和“光子探测器”两大类。

7.2

答：红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。红外测温仪的测温原理是将物体发射的红外线具有的辐射能转变成电信号，红外线辐射能的大小与物体本身的温度相对应，根据转变成电信号的大小，可以确定物体的温度。

7.3

答：按波在介质中的传播方向，超声波可以分为纵波、横波和表面波。超声波的传播速度主要与介质密度和弹性特性有关。在固体介质中，纵波、横波及表面波三者的声速间有一定的关系：通常可认为横波声速为纵波的一半，表面波声速为横波声速的90%。在气体介质中纵波声速为344m/s，液体介质中纵波声速为900~1900m/s。

7.4

答：略

7.5

答：光在纤芯和包层的界面上反复多次全反射，呈锯齿波形状在纤芯内向前传播，最后从光纤的另一端射出，从而实现了光在光纤内的传输。入射角需要小于临界角。

7.6

答：入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度α的正弦值就称为光纤的数值孔径（NA = sinα）。

7.7

答：略

7.8

答：光纤温度传感器主要由包括端部掺杂的光纤传感头、 Y型石英光纤传导束、 超高亮发光二极管（LED）及驱动电路、 光电探测器、荧光信号处理系统和辐射信号处理系统组成。测量原理主要是利用部分物质吸收的光谱随温度变化而变化的原理，分析光纤传输的光谱了解实时温度。

7.9

答：略

7.10

答：按照记录方式，核辐射探测器大体上分为计数器和径迹室两大类。它们利用了核辐射射线与物质间相互作用，包括电离作用、散射与吸收等特性。

7.11

答：核辐射厚度传感器又称同位素厚度传感器，它利用核辐射线进行测量。可分为穿透式和反射式两类。穿透式传感器由同位素核辐射源和核辐射传感器组成。被测的塑料料板、纸板、橡皮板等材料在辐射源和传感器之间经过。当射线穿过板材时，一些射线被板材吸收，使传感器接收到的射线减弱。对于密度不变的材料，辐射吸收量随厚度变化，因此可测出厚度。反射式核辐射厚度传感器利用射线的弹性散射特性测量厚度。射线的反射强度是被测材料厚