哈尔滨工业大学2007年秋季传感技术及应用考试试题(2)

2018-11-19 21:06

答:

在调幅式电路中,当u0=0时,应有Z1=Z2=Z,而Z包含两部分R和L,只有两部分分别相等时(即R1=R2,L1=L2),才能保证u0=0。但在实际中很难达到,实际的u0—x曲线如图,Dx=0时, u0=e0,称为零点残余电压。

零点残余电压过大带来的影响:灵敏度下降、非线性误差增大测量有用的信号被淹没,不再反映被测量变化造成放大电路后级饱和,仪器不能正常工作。 产生的原因:两电感线圈的等效参数不对称。

减小零点残余电压的措施:

(1)设计上,使上、下磁路对称,尽量减小铜损电阻Rc,增大铁心的涡流损Re及磁滞损Rh以提高线圈的品质因数;

(2)制造上,使上、下磁性材料一致。零部件配套挑选,线圈排列均匀、一致; (3)调整方法上,串(并)接电阻、并联电容方法; (4)电路上,利用相敏检波可以减小零点残余电压。

五、(10分)霍尔片采用恒流源供电,为补偿温度误差,采用在输入回路并联电阻,如下图示,若已知霍尔元件灵敏度温度系数为α,霍尔元件输入电阻温度系数为β,温度t0时的输入电阻为Ri0,霍尔元件灵敏度系数为KH0;温度t1时的输入电阻为

,霍尔元件灵敏度系数为

,请推导并

联的电阻RP的大小。

答:在温度t0时,KH 0为霍尔元件灵敏度系数;Ri 0为霍尔元件输入电阻。

在温度t时, 其中:

—霍尔元件的电阻温度系数

—霍尔元件灵敏度温度系数

由图可知 IPRP=IH·Ri, I=IP+IH 在t0时

在t时

为保证在温度变化时,即t0和t时,霍尔电势相等,则 KH 0·IH 0B=KH t IH t·B

展开后

霍尔片的Ri0、

值均能在产品说明书中查到,通常

,所以

可根据这一公式选择输入回路并联电阻RP,可使温度误差的影响减到极小。

六、(15分)

(1)说明光纤的结构和传输光的原理。

(2)光纤传感器的数值孔径如何定义的?它有何物理意义?

(3)图示为光纤传光示意图,若空气的光折射率为n0,要使光纤的入射光在光纤纤

芯内全反射,则q0至多为多少?写出推导过程。

答:

1、光纤是一种传输光的细丝,它能够将进入光纤一端的光线传到光线的另一端。通常光纤

有两层光学性质不同的材料组成。光纤的结构如图所示。光纤的中间部分是导光的纤芯,

纤芯的周围是包层。包层的折射率

略小于纤芯的折射率

。通常在包层外面还有一

层起支撑保护作用的套层。光纤传光的基础是光的全反射。传输光的原理是斯乃尔折射定律。 3、当光线以入射角

进入光纤的端面时,在端面处发生折射,设折射角为

角大于纤芯与包层间的临界角

,然后光线以

角入射至纤芯与包层的界面。当时,即

,则射入的光线在光纤的界面上发生全反射。

当达到临界角则至多为

时的入射角为

时,发生全反射。

称为光纤的数值孔径,用NA表示。它表示当入射光从折射率为

的光才能在光纤中传播。否则,光线会从包层

2、如上式所示,

的外部介质进入光纤时,只有入射角小于

中逸出而产生漏光。NA是光纤的一个重要参数,NA值越大,光源到光纤的耦合效率越高。

光纤的数值孔径仅决定于光纤的折射率,与光纤的几何尺寸无关。


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