第章习题解答1、试说明光纤传光的原理与条件。答：光导纤维简称光纤，由透光的纤芯和包层以及不透光的尼龙外套组成。纤芯内传播的光入射到纤芯和包层的交界面时，由于纤芯的折射率比包层的折射率大，只要入射角1大于临界角c，即，光就不会穿过两个介质的分界面，而只会完全反射回来，这种只有反射没有透射的情况称为全反射。在光纤的入射端，光线从空气(折射率为n0=1)中以入射角射入光纤纤芯，当入射角时，就会使1c即满足全反射条件，这样，光线就能在纤芯和包层的界面上不断地产生全反射，呈锯齿形路线在纤芯内向前传播，从光纤的一端以光速传播到另一端，这就是光纤传光原理。2、为什么图8-1-7中受力越大，光纤出射端输出的光强度越小?答：当光纤发生弯曲到一定程度使光线入射角小于临界角时，射到纤芯与包层界面上的光有一部分将穿过界面透射进包层造成传输损耗微弯损耗，从而引起光纤出射端输出的光通量发生变化。图8-1-7中变形器的位移或所受力越大，变形器使光纤发生周期性弯曲就越厉害，引起传输光的微弯损耗越大，光纤出射端输出的光强度越小。通过检测光纤输出的光强变化就能测出位移或力信号。3、试说明图8-2-6中16个光敏单元的“电荷包”产生、转移及移出过程，并指明移出顺序。答：在曝光（光积分）时间，图7-2-6中各个光敏元曝光，吸收光生电荷，产生“电荷包”。曝光结束时，全部“电荷包”实行场转移，亦即在一个瞬间内将感光区整场的“电荷包”图象迅速地转移到存贮器列阵中去，譬如将脚注为a1、a2、a3、a4的光敏元中的光生电荷分别转移到脚注相同的存储单元中去。此时光敏元开始第二次曝光（光积分），而存储器列阵则将它里面存贮的光生电荷信息一行行地转移到读出移位寄存器，在高速时钟驱动下的读出移位寄存器，读出每行中各位的光敏信息，如第一次将a1、b1、c1、d1这一行信息转移到读出移位寄存器，读出移位寄存器立即将它们按a1、b1、c1、d1的次序有规则地输出。接着再将a2、b2、c2、d2这一行信息传到读出寄存器，直至最后由读出移位寄存器输出a4、b4、c4、d4的信息为止。4、什么叫激光传感器?有哪几种类型?答：激光式传感器实际上是以激光为光源的光电式传感器。按照它所应用的激光的特性不同可分为以下几类：激光干涉传感器，激光衍射传感器，激光扫描传感器等。5、红外探测器有哪两种类型?二者有何区别?答：红外探测器是能够把红外辐射量的变化转换为电量变化的器件，它是红外传感器的关键部件传感元件。按其所依据的物理效应可分为光敏和热敏两大类型，其中光敏红外探测器用得最多。光敏红外探测器是采用电真空光电器件或半导体光电器件，通过红外辐射的光电效应，把红外辐射的光量变化转换为电量变化。热敏红外探测器是采用热敏电阻、热电偶和热电堆，通过红外辐射的热电效应，把红外辐射的热量变化转换为电量变化。6、什么叫热释电效应?热释电探测器有哪些优点?答：极性晶体本身具有自发的电极化。在单位体积内由自发极化产生的电矩叫作自发极化强度矢量，通常用Ps表示。它是温度的函数，温度升高，极化强度降低，故极性晶体又称热释电晶体。热释电晶体受热时，在垂直于其自发极化强度Ps的两电极表面将产生数量相等符号相反的电荷，两电极间就出现一个与温度变化速率dT/dt成正比的电压。这种由于温度变化产生的电极化现象被称为热释电效应。因为热释电信号正比于器件温升随时间的变化率，所以这种探测器的响应速度比其它热探测器快得多；它既可工作于低频，也可工作于高频。其探测率超过所有的室温探测器。其应用日益广泛，不仅用于光谱仪、红外测温仪、热象仪、红外摄象管等方面，而且在快速激光脉冲监测和红外遥感技术中也得到实际应用。7、压电式超声波探头有哪几种结构?答：典型的压电式超声波探头有以下几种结构：(a)直探头(纵波)，(b)斜探头(横波)，(c)双探头 (一个发射，一个接收)，(d)水浸探头(可浸在液体中)。压电式探头主要由压电晶片、吸收块(阻尼块)、保护膜等组成。压电晶片多为园板形，其两面镀有银层，作为导电的极板。8、声表面波传感器的优点是什么?答：声表面波SAW传感器是一种新型的频率式传感器，具有频率式传感器所共有的优点。如频率的测量精度高，频率信号抗干扰能力强，适合于远距离传输，频率输出转换为数字输出，易与微机接口等。SAW应用平面制作工艺，不仅体积小、重量轻、功耗小，而且可实现单片多功能，也能和逻辑器件集成一体组成智能敏感器件。由于具有上述优点，声表面波传感器得到迅速发展和广泛应用。9、核辐射传感器由哪些部分组成?怎样防护核辐射?答：核辐射传感器主要由放射源和探测器组成。放射性辐射过度地照射人体，能够引起多种放射性疾病。因此在实际工作中要采取各种方式来减小射线的照射强度和照射时间。如采用屏蔽层，利用辅助工具，或是增加与辐射源的距离等各种措施。10、传感器发展的新趋向是什么?答：传感器发展的新趋向是：）探索具有新效应的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型传感器；）传感器的集成化和多功能化；）传感器的智能化；）研究生物感官，开发仿生传感器。