8.16光栅传感器的基本原理是什么？莫尔条纹是如何形成的？有何特点？分析光栅传感器具有较高测量精度的原因。8.16答：（略）
8.17某光栅的栅线密度为100线/mm ，要使形成莫尔条纹宽度为10mm，求栅线
夹角?是多少? 8.17解：
已知：光栅的栅线密度为100线/mm 即W=0.02mm，B=10mm
?B?W/???W/B?0.02/10?0.002rad(即0°06′53″)
第9章 新型光电传感器
9.3 CCD电荷耦合器主要由哪两个部分组成？试描述CCD输出信号的特点。
9.3答：
1）CCD基本结构由MOS光敏元阵列和读出移位寄存器两部分组成。
2）CCD电极传输电荷方向（向右或向左）是通过改变三相时钟脉冲的时序来控制的，输出的幅值与对应的光敏元件上电荷量成正比。信号电荷的输出的方式主要有电流输出和电压输出两种，电流输出型是输出电流与电荷成正比，在输出电路负载上形成输出电流。
9.4 试述CCD的光敏元和读出移位寄存器工作原理。9.4答：（略）
9.9 什么是光纤的数值孔径？ 物理意义是什么？NA取值大小有什么作用？有
一光纤，其纤芯折射率为1.56，包层折射率为1.24，求数值孔径为多少？
9.9答：
1）数值孔径定义为：NA?2N12?N2，表示了光纤的集光能力，无论光源的发射功率有多大，只有在2?c张角之内的入射光才能被光纤接收、传播。若入射角超出这一范围，光线会进入包层漏光。
2）NA越大集光能力越强，光纤与光源间耦合会更容易，但NA越大光信号畸变越大，所以要选择适当。
3）已知：N1?1.56，N2?1.24，NA?2N12?N2?0.9466
9.10光纤传感器有哪两大类型？它们之间有何区别？
9.10答：
光纤传感器大致可分为功能型和非功能型两大类，它们的基本组成相似，有光源、入射光纤、调制器、出射光纤、光敏器件。
功能型又称传感型，这类传感器利用光纤本身对外界被测对象具有敏感能力和检测功能，光纤不仅起到传光作用，而且在被测对象作用下使光强、相位、偏振态等光学特性得到调制，调制后的信号携带了被测信息。如果外界作用时光纤传播的光信号发生变化，使光的路程改变，相位改变，将这种信号接收处理后，可以得到与被测信号相关的变化电信号。
非功能型又称传光型，这时光纤只作传播光媒介，待测对象的调制功能是由其它转换元件实现的，光纤的状态是不连续的，光纤只起传光作用。
9.12光纤可以通过哪些光的调制技术进行非电量的检测，说明原理。
9.12答：
光强度调制：利用外界物理量改变光纤中的光强度，通过测量光强的变化测量被测信息。根据光纤传感器探头结构形式可分为透射、反射、折射等方式调制。
相位调制：一般压力、张力、温度可以改变光纤的几何尺寸（长度），同时由于光弹效应光纤折射率也会由于应变而改变，这些物理量可以使光纤输出端产生相位变化，借助干涉仪可将相位变化转换为光强的变化。干涉系统的种类很多，可根据具体情况采用不同的干涉系统。
频率调制：当光敏器件与光源之间有相对运动时，光敏器件接收到的光频率fs与光源频率f不同，这种现象称为光的“多普勒效应”。频率调制方法可以测量运动物体（流体）的速度、流量等。
第10章 半导体式化学传感器
10.4 半导体气体传感器为什么要在高温状态下工作？加热方式有哪几种？加热
丝可以起到什么作用？
10.4答：
1）因为在常温下，电导率变化不大，达不到检测目的，因此以上结构的气敏元件都有电阻丝加热器，加热时间2～3分钟，最佳工作温度为200℃～400℃。
2）加热方式分为直热式和旁热式。电阻型气敏传感器加热的目的有两个方面的因素，一是为了加速气体吸附和上述的氧化还原反应，提高灵敏度和响应速度，另外使附着在传感器元件壳面上的油雾、尘埃烧掉。
10.6 什么是绝对湿度？什么是相对湿度？表示空气湿度的物理量有哪些？如何表示？
10.6答：
1）绝对湿度指单位体积空气内所含水汽的质量，一般用每立方米空气中所含水汽的克数表示
AH?mV(g/m3)V
2）相对湿度是指被测气体中，实际所含水汽蒸汽压和该气体在相同温度下饱和水蒸气
压的百分比，一般用符号%RH(Relative Humidity)表示，无量纲。
3）除用绝对湿度、相对湿度表示空气的水汽含量外，露点温度是一个与湿度相关的重要物理量，简称露点。当空气中温度下降到某一温度时，空气中的水汽就有可能转化为液相而凝结成露珠，这一特定温度称为空气的露点或露点温度。
第12章 热电式传感器
12.1 什么是热电效应？热电偶测温回路的热电动势由哪两部分组成？由同一种
导体组成的闭合回路能产生热电势吗？
12.1答：
1）两种不同类型的金属导体两端分别接在一起构成闭合回路，当两个结点有温差时，导体回路里有电流流动会产生热电势，这种现象称为热电效应。
2）热电偶测温回路中热电势主要是由接触电势和温差电势两部分组成。
3）热电偶两个电极材料相同时，无论两端点温度如何变化无热电势产生。
12.2 为什么热电偶的参比端在实际应用中很重要？对参比端温度处理有哪些方
法？
12.2答：
1）实际测量时利用这一性质，可对参考端温度不为零度时的热电势进行修正。 2）因为热电偶的分度表均是以参考端T =0℃为标准的，而实际应用的热电偶参考端往往T≠0℃，一般高于零度的某个数值，此时可利用中间温度定律对检测的热电势值进行修正，以获得被测的真实温度。
12.3 解释下列有关热电偶的名词：
热电效应、热电势、接触电势、温差电势、热电极、测量端、参比端、分度表。
12.3答：（略）
12.4 试比较热电偶、热电阻、热敏电阻三种热电式传感器的特点。
12.4答：热电偶、热电阻、热敏电阻三种热电式传感器特点如下：
? 热电偶可以测量上千度高温，并且精度高、性能好，这是其它温度传感器无法替代。 ? 热电阻结构很简单，金属热电阻材料多为纯铂金属丝，也有铜、镍金属。金属热电
阻广泛用于测量-200～+850℃温度范围，少数可以测量1000℃。
? 热敏电阻由半导体材料制成，外形大小与电阻的功率有关，差别较大。热敏电阻用
途很广，几乎所有家用电器产品都装有微处理器，这些温度传感器多使用热敏电阻。
12.5 某热电偶灵敏度为0.04mV/℃，把它放在温度为1200℃处的温度场，若指
示表（冷端）处温度为50℃，试求热电势的大小？
12.5解：
已知：热电偶灵敏度为0.04mV/℃，把它放在温度为1200℃处的温度场，若指示表（冷端）处温度为50℃，则 中间温度为：1200℃-50℃=1150℃； 热电势为： 0.04mV/℃×1150℃=46mV 或：
EAB（T,0）= EAB（1200,50）+ EAB（50,0）
EAB（1200,50）= EAB（T,0）- EAB（50,0）= 1200℃×0.04mV/℃-50℃×0.04mV/℃=46mV
12.6 某热电偶的热电势在E(600,0)时，输出E=5.257 mV，若冷端温度为0℃时，
测某炉温输出热电势E=5.267 mV。试求该加热炉实际温度是多少？
12.6解： 已知：热电偶的热电势E（600.0，0）=5.257 mV，冷端温度为0℃时，输出热电势E=5.267 mV，
热电偶灵敏度为：K = 5.257 mV/600 = 0.008762 mV/℃
该加热炉实际温度是：T= E/K = 5.267 mV/0.008762 mV/0℃ = 601.14℃
12.9 什么是集成温度传感器？P-N结为什么可以用来作为温敏元件？
12.9答：
1）集成温度传感器多采用匹配的差分对管作为温度敏感元件；
2）根据绝对温度比例关系，利用两个晶体管发射极的电流密度在恒定比率下工作时，一对晶体管的基极与发射极（P-N结）之间电压差?VBE与温度呈线性关系进行温度测量。
12.10 AD590是哪一种形式输出的温度传感器，可以测量的温度范围是多少？叙
述图12-23电路工作原理。
12.10答：
1）AD590是典型的电流输出型集成温度传感器，测温范围是-50～+150℃；
2）该电路是一温度控制电路。AD311为比较器，温度达到限定值时比较器输出电压极性翻转，控制复合晶体管导通截止，从而控制加热器电流变化。
12.12 DS18B20智能型温度传感器与集成温度传感器AD590的工作原理和输出信
号有什么不同？如何用DS18B20实现多点测温的？
12.12答：
1）DS18B20智能型温度传感器是将温度系数通过振荡器转换为频率信号，相当于T/f（温度/频率）转换器，将被测温度T转换成频率信号f，输出为数字信号；AD590是利用P-N结电压随温度的变化进行测温，输出为模拟信号。
2）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可并联在唯一的总线上实现多点测温；使用中不需要任何外围器件，测量结果以9位数字量方式串行传送。
12.13 叙述热释电效应，热释电元件如何将光信号转变为电信号输出？热释电探测器为什么只能探测调制辐射？
答：
1）热释电效应首先利用器件温度敏感特性将温度变化转换为电信号，这一过程包括了光→热→电的两次信息变换过程，而对波长频率没有选择。光→热→电转换过程中，光→热阶段，物质吸收光能，温度升高；热→电阶段，利用某种效应将热转换为电信号。
当红外辐射照射到已经极化的铁电体薄片表面时，薄片温度升高使极化强度降低，表面电荷减少，释放部分电荷，所以称热释电。
2）温度一定时因极化产生的电荷被附集在外表面的自由电荷慢慢中和掉不显电性，要让热释电材料显现出电特性，必需用光调制器使温度变化，并且调制器的入射光频率f必须大于电荷中和时间的频率。
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