UUU0U0Va)光敏二极管测量电路 b)光敏三极管测量电路c）光电池测量电路
4、什么是光电元件的光谱特性?
答：光电元件的光谱特性是指入射光照度一定时，光电元件的相对灵敏度随光波波长的变化而变化，一种光电元件只对一定波长范围的人射光敏感，这就是光电元件的光谱特性。 5、光电传感糯由哪些部分组成?被测量可以影响光电传感器的哪些部分?
答：光电传感器通常由光源、光学通路和光电元件三部分组成，如图所示。图中Ф1是光源发出的光信号，Ф2是光电器件接受的光信号，被测量可以是x1或者x2，它们能够分别造成光源本身或光学通路的变化，从而影响传感器输出的电信号I。光电传感器设计灵活，形式多样，在越来越多的领域内得到广泛的应用。
光源Φ1光学通路Φ2光电元件Ix1x2x3
6、模拟式光电传感器有哪几种常见形式?
答：模拟式光电传感器主要有四种。一是光源本身是被测物，它发出的光投射到光电元件上，光电元件的输出反映了光源的某些物理参数，如图a所示。这种型式的光电传感器可用于光电比色高温计和照度计；二是恒定光源发射的光通量穿过被测物，其中一部分被吸收，剩余的部分投射到光电元件上，吸收量取决于被测物的某些参数。如图b所示。可用于测量透明度、混浊度；三是恒定光源发射的光通量投射到被测物上，由被测物表面反射后再投射到光电元件上，如图c所示。反射光的强弱取决于被测物表面的性质和状态，因此可用于测量工件表面粗糙度、纸张的白度等；四是从恒定光源发射出的光通量在到达光电元件的途中受到被测物的遮挡，使投射到光电元件上的光通量减弱，光电元件的输出反映了被测物的尺寸或位置。如图d所示。这种传感器可用于工件尺寸测量、振动测量等场合。
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31122a)a)被测量是光源b) b)被测量吸收光通量 c)被测量是有反射能力的表面2c) d)被测量遮蔽光通量d)133121-被测物 2-光电元件 3-恒光源7、光纤传感穗有哪两种类型?说明各自的工作原理。
第九章 霍尔传感器习题答案
1. 什么是霍尔效应？
答：在置于磁场的导体或半导体中通入电流，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，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文·霍尔在1879年发现的。产生的电势差称为霍尔电压。
2. 为什么导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍尔元件？
答：因为导体材料的μ虽然很大，但ρ很小，故不宜做成元件，而绝缘材料的ρ虽然很大，但μ很小，故也不宜做成元件。
3. 为什么霍尔元件一般采用N型半导体材料？
答：因为在N型半导体材料中，电子的迁移率比空穴的大，且μn>μp，所以霍尔元件一般采用N型半导体材料。
4. 霍尔灵敏度与霍尔元件厚度之间有什么关系？ 答：霍尔灵敏度与霍尔元件厚度成反比：
KH?1nqd。
5. 什么是霍尔元件的温度特性？如何进行补偿？
答：霍尔元件的温度特性是指元件的内阻及输出与温度之间的关系。与一般半导体一样，由于电阻率、迁移率以及载流子浓度随温度变化，所以霍尔元件的内阻、输出电压等参数也将随温度而变化。霍尔元件温度补偿的方法主要有利用输入回路的串联电阻进行补偿和利用输出回路的负载进行补偿两种。
1）利用输入回路的串联电阻进行补偿。下图是输入补偿的基本线路，图中的四端元件是霍尔元件的符号。两个输入端串联补偿电阻R并接恒电源，输出端开路。根据温度特性，元件霍尔系数和输入内阻与温度之间的关系式为
RHt=RH0(1+αt) Rit=Ri0(1+βt) 式中，RHt为温度为ｔ时霍尔系数；RH0为0℃时的霍尔系数；Rit为温度为ｔ时的输入电阻；Ri0为0℃时的输入电阻；α为霍尔电压的温度系数, β为输入电阻的温度系数。当温度变化Δt时，其增量为: ΔRH=RH0αΔt ΔRi=Ri0βΔt
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IREERIRitRvtUHra）基本电路 b）等效电路
根据： UH?RHIBE ;I?dR?RiRHtEBdR?Rit
Ri0?)?tRi0?R (1)
可得出霍尔电压随温度变化的关系式为：
UH?RH对上式求温度的导数，可得增量表达式：
?UH?UH0(????要使温度变化时霍尔电压不变，必须使
Ri0??0Ri0?R
即
R?Ri0(???)? (2)
式(1)中的第一项表示因温度升高霍尔系数引起霍尔电压的增量，第二项表示输入电阻因温度
升高引起霍尔电压减小的量。很明显，只有当第一项时，才能用串联电阻的方法减小第二项，实现自补偿。
将元件的α、β值代入式(2)，根据Ri0的值就可确定串联电阻R的值。
IIRitRLRvtULUHrRL
(2) 利用输出回路的负载进行补偿。上图为补偿原理电路图，霍尔元件的输入采用恒流源，使控制电流Ｉ稳定不变。这样，可以不考虑输入回路的温度影响。输出回路的输出电阻及霍尔电压与温度之间的关系为UHt=UH0(1+αt) Rvt=Rv0(1+βt) 式中，UHt为温度为t时的霍尔电压；UH0为0时的霍尔电压；Rvt为温度为t时的输出电阻；Rv0为0时的输出电阻。负载RL上的电压UL为：
b）等效电路a）基本电路 UL?
UH0(1??t)RL (3)
RV0(1??t)?RL27
为使UL不随温度变化，可对式(3)求导数并使其等于零，可得
RL??RV0?
RL/Rv0≈β/α.1≈β/α (4)
最后，将实际使用的霍尔元件的α、β值代入，便可得出温度补偿时的RL值。当RL= Rv0时，补偿最好。
6. 集成霍尔传感器有什么特点？
答：集成霍尔传感器的特点主要是取消了传感器和测量电路之间的界限，实现了材料、元件、电路三位一体。集成霍尔传感器与分立相比，由于减少了焊点，因此显著地提高了可靠性。此外，它具有体积小、重量轻、功耗低等优点。 7. 写出你认为可以用霍尔传感器来检测的物理量。
答：可以用霍尔传感器来检测的物理量有力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、转速、磁场量等等。
8、设计一个采用霍耳传感器的液位控制系统。要求画出磁路系统示意图和电路原理简图，并简要说明其工作原理。
答：液位控制系统原理如图所示，霍尔元件固定不动，磁铁与探测杆固定在一起，连接到装液体的容器旁边，通过管道与内部连接。当液位达到控制位置时霍尔元件输出控制信号，通过处理电路和电磁阀来控制液压阀门的开启和关闭，如液位低于控制位置时开启阀门，超过控制位置时则关闭阀门。
控制电源开关型霍尔片磁铁电磁阀最高位储存罐处理电路液体源最低位
9、图9-11是一个采用霍耳传感器的钳型电流表结构图，试分析它的工作原理。
图9-11题9图
1、冷轧硅钢片圆环 2、被测电流导线 3、霍耳元件 4、霍耳元件引脚
10、通过一个实例说明开关型集成霍耳传感器的应用。
第9章、新型传感器习题答案
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