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光干涉甲烷测定器的原理及修护
王茂光 陈明静 鹿祥瑞
（新泰市计量测试所 山东 泰安 271200）
摘 要： 光干涉式甲烷测定器是我国煤矿目前使用比较广泛的携带式甲烷测定器，它是利用几何光学基本原理研制的仪器。光干涉式甲烷测定器最早使用要追溯到一百多年前，法国人雅明利用布留斯特干涉条纹制成的干涉仪，也就是有名的雅明干涉仪。雅明干涉仪是最早使用光的干涉、折射、反射等光学原理来测量气体浓度的仪器，后来到1927年日本东京理化大学土井先生将雅明干涉仪加以改进，加进一直角棱镜而少用一平行平面玻璃板。土井的改进使仪器在保持原来精度的同时体积缩小一半，而且更易于调整和携带。1953年中国科学院仪器馆仿制成功理研10L型瓦斯检定器，1954年小量生产供应国内使用，至此我国开始自主研制和大批量生产干涉式瓦斯测定器，也就是光干涉甲烷测定器。
关键词： 光干涉式甲烷测定器；雅明干涉仪；光学原理
中图分类号：TH83 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1010148－02
两列光波，然后又在该镜的另一处汇合，产生干涉条纹。
1 光干涉式甲烷测定器的基本原理
2）折光棱镜组：由折光棱镜座、支柱、钢纸垫、挡片、该种仪器的光学系统原理图如图1所示：
弹簧压板及折光棱镜组成。它将光经过两次反射后折回到平面
镜。该镜一仪器壳体底面垂直。
2.3 测定部
1）气室组：由两个不同的黄铜异形管、气室框、气室垫
和细铜管组成。气室共分三部分，两侧的俗称空气室，中间位
气样室，气室两端粘有两块平行玻璃，对气室要求是空气室和
气样室各不漏气。
2）反射棱镜组：由反射棱镜底板、支被、弹片、弹簧压
板、钢纸垫和反射棱镜用螺母固定组合而成。它是将来自平面
镜的光线作90°转向，使之进入望远镜内，并且转动螺杆作上
下调节时能移动干涉条纹。
3）物镜组：有两片光学镜片胶合而成。它是用来遮挡杂图1
光，以改善干涉条纹的清晰度。
光干涉式甲烷测定器由光源1即发光灯泡发出光，光源的
4）测微玻璃组：由测微玻璃座、弹片和测微玻璃组合而光经过聚光镜2聚光，形成平行的光束。平行光束射向平面镜
成。当转动测微玻璃组手轮时，因此轮带动和测微螺杆转动，3，在经过平面镜时被分成分成两束，一束经过反射气室5的空
螺杆推动了测微玻璃座使之偏转，它的偏转会产生条纹的移气室，另一束经过折射进入气室5的气样室。进入空气室的光
动。
束，经过折光棱镜传播路径发生两次改变，进入气室5的上端空
5）分划板：其上有刻度，它可以测量干涉条纹的移动气室，在此回到平面镜3处，在平面镜折射和反射的作用下射向
量，从而确定通入气样室内甲烷气体浓度。
反射棱镜7，棱镜7把光束经过反射，光束转入望远镜8内。进入
6）目镜组：由两个凸面相对的平凸透镜组成，起放大作气样室的光速平行射入折光棱镜6中，在棱镜作用下，经过
用，便于观察和读数。
180°反向再次回到气样室3中，光速反向射向平面镜3，经过平
2.4 其他部
面镜的反射与起初进入空气室的光速汇合，共同进入望远镜8
中。两束光共同作用在物镜的焦平面上，产生白光固有的特性一一干涉。气室的空气室和气样室内是同种气体时，两束光的光程相同，干涉条纹不会发生移动。如果气样室中的气体发生变化，则光的折射率发生变化，两束光的光程也就不一样了，干涉条纹就会移动，根据干涉条纹的移动量就可以知道气体的折射率的变化，从而量化气体浓度。
2 仪器各部分构造及功能
2.1 光源部
1）照明装置组：仪器产生干涉条纹的光源部分，灯泡具有白色反光面，形状为扁形，是一种较好的特制灯泡。
2）聚光镜组：为一个双凸透镜，将灯泡发出的白光变成一束近乎平行的光线，并增加光强度。
3）光屏：为遮挡多余光线从而使干涉条纹清晰。
2.2 干涉部
1）平面镜组：由平面镜底座、平面镜座、压板、钢纸垫、平面镜组成。它使光线经过平面镜后由一些了的光波分成
1）吸收管组：吸收管有两个，一个是由堵头组、塞块、隔圈、隔片和吸收管组成，另一个由带气嘴的螺盖、护套、干燥管、橡胶垫圈组成。
2）盘形管：一般为紫铜管加工而成，一方面是平衡气压，另一方面是减少气体扩散作用的影响，以防止井下气体逐渐渗入到空气室内从而产生测量误差。
3）气球组：由排气嘴组、吸入嘴组、气球、气管、套箍、链条、和圆柱头螺钉组成。主要用于抽取气样和气样室换气。
4）按钮组：由弹簧底座、弹簧片、按钮座、按钮弹簧、尖接点和铆钉组成。主要是控制照明电路。
5）壳体组：壳体是用铝合金压铸而成，分成两室，一个为室放装置光学零件，另一个放电池盒吸收管。
3 光干涉甲烷测定器基本误差的校验
仪器在使用一点时间或经修理之后，其基本误差都必须进行定期的检定，把仪器的读数相比较，若误差在表1
范围内，则
可用，否则应进行检修。
当发生气室漏气时，一定要弄清楚是胶管的原因还是气室表1
本身的故障。检查时，首先给气室加压，并把气室和胶管共同浸入水中，发现漏气部位及时做好记号，在做后期处理。
4.3 干涉条纹弯曲
条纹弯曲有全弯曲和局部弯曲，条弯曲就是条纹弧形，实目前仪器的检定主要是水柱发和压力校验法，由于数字技践证明可能是平面镜和遮光棱镜通光表面光圈不良造成的。另术的快速发展，数字式压力校验仪在光干涉式甲烷测定器的检外平面镜、遮光棱镜、反射棱镜由于材料不好有瑕疵，也会出定中使用的比较广泛，因为使用数字压力计测的仪器的检测速现条纹的弯曲，还有的由于气室平行玻璃局部平面度不好活材度快、效率高，所以受到广大检定员的青睐，在标准实验室料不好也会才生弯曲。
内，仪器放置2-3个小时，方可进行检定，检定时操作要严格干涉条纹局部弯曲可能是极不光圈不好，也可能是光学表按照JJG677-2006光干涉式甲烷测定器检定规程的要求，在数面有麻点、划痕、开胶活银层局部破损等原因。
字压力计内输入环境温度，用橡胶管把仪器和压力计连接起首先应判定是全曲还是局部弯曲，然后根据以上分析进行来，首先进行耐压测试，看仪器是否存在漏气现象。当仪器气逐件观察，查明原因，确定是有那块镜片影响，而后更换镜片密性完好时方可进行浓度的测量。
予以排除故障。也可将平面镜活折光棱镜翻过来安装或平行移仪器经检修后除进行精度检查外，还应按检定规程重点检动一个位置，进行观察分析。
4.4 气室加压后，干涉条纹变“虚”
查以下几项技术性能：
1）自由跌落试验：在混凝土台上放置厚度为50mm的红松这个故障可能是折光棱镜座平行度不好、平面镜平行度不板，将不带护套的仪器除目镜侧外的其他各面从100mm高处自好、光源灯泡表面不好或是气室底垫高度不合适。这时候应该由落下各1次，每次跌落后读取干涉条纹的移动量，测量范围在根据上述原因，逐项排除并有简到繁的进行，找出具体原因，（0-10%）应不大于相当甲烷浓度的±0.2%，测量范围在（0-更换零件。
100%）应不大于相当甲烷浓度的±2.0%。
气室底垫高度不合适，可在平台上用水磨砂纸将它磨到合2）气密性能试验：将仪器气路系统，空气室和盘形管等分别适为止，如底垫低更换气室即可。
加上7kPa的压力，历时10min，后5分钟压力下降不得超过10Pa。
光干涉式甲烷测定器是一种光学仪器，但是每天却都在煤3）稳定性试验：在20±2%℃条件下，对带护套的仪器，矿井下使用，条件十分恶劣，岩粉、煤尘到处飞扬，水气有很经24h后观察其条纹的移动量，测量范围在（0-10%）应不大于大，个工作地点温度差别也很大。由于作业条件不好，仪器很相当甲烷浓度的±0.2%，测量范围在（0-100%）应不大于相当容易被震动和碰撞，同时仪器内进入煤尘、岩粉和水气，为了甲烷浓度的±2.0%。
保证仪器的准确度及内部清洁，有些部位需要经常的维修、擦拭灰尘和保养。
4 仪器的修护
保养过程中一定要做到擦布要柔软清洁，经过良好的脱光干涉式甲烷测定器是利用几何光学原理的仪器，在使用脂；擦拭使用酒精应为无水乙醇；仪器在存放过程中要注意防过程中经过碰撞、震动、受潮等意外时，仪器的准确度和寿命都潮、防尘；仪器在维修过程中不得破坏本安电路和与本安电路会发生影响，当仪器发生故障时应及时正确处理，否则会影响正有关的元器件；根据测量气体成分的不同及时更换吸收剂，以常的安全生产。现对日常容易出现的故障进行分析处理如下：
保证测量数值的准确性。
4.1 干涉条纹加压向反方向移动
干涉条纹本身很正常，在检定过程中给仪器加压，干涉条参考文献：
纹不是正常的想右移动，而是向反方向移动，也就是我们常说[1]陈希豪，光干涉式甲烷测定器，抚顺煤矿安全仪器厂，1985.
的“跑负”。光干涉式甲烷测定器的条纹是由平面镜后倾的角[2]国家质量检定检验总局，光干涉式甲烷测定器检定规程，北京：度决定的，如果平面镜的底座倾向方向不是向后倾斜而是向中国计量出版社，2006.
前，平面镜的底座就不垂直，这些原因都会是干涉条纹跑负.
[3]胡晓红，光干涉式甲烷测定器常见故障与处理，北京：科技传播发生这种故障时，不要着急，首先检查平面镜底座，如果出版社，2011.
是底座原因，更换底座即可，
[4]刘润华，现代电子系统设计[M].山东东营：石油大学出版社，4.2 气室漏气
1998.
气室是仪器的重要部件之一，应保证严格的气密性，但是[5]Chen Dan,Xu Xiaozhuan.The Temperature Controling System 由于长时间的使用，连接气室的胶管容易老化，发生漏气，同Based 1-wire Digital Temperture Sensor[J].Joural of Zhangzhou Normal 时也可能是气室本身原因漏气。
University Natural.
卷系统，至少划分成操作系统卷、共享的应用程序卷和各个网算机病毒感染和破坏后，遭受损失的将不是一个人的机器，而络用户可以独占的用户数据卷。这种划分十分有利于维护网络会影响到整个网络的中枢。
服务器的安全稳定运行和用户数据的安全。
4）在网络服务器上必须安装真正有效的防杀计算机病毒如果系统卷受到某种损伤，导致服务器瘫痪，那么通过重软件，并经常进行升级。必要的时候还可以在网关、路由器上装系统卷，恢复网络操作系统，就可以使服务器又马上投入运安装计算机病毒防火墙产品，从网络出入口保护整个网络不受行。而装在共享的应用程序卷和用户卷内的程序和数据文件不会计算机病毒的侵害。在网络工作站上采取必要的防杀计算机病受到任何损伤。如果用户卷内由于计算机病毒或由于使用上的原毒措施，可使用户不必担心来自网络内和网络工作站本身的计因导致存储空间拥塞时，系统卷是不受影响的，不会导致网络系算机病毒侵害。
统运行失常。并且这种划分十分有利于系统管理员设置网络安全参考文献：
存取权限，保证网络系统不受计算机病毒感染和破坏。
[1]路明、刘晓静，浅析计算机病毒及防范措施.
3）一定要用硬盘启动网络服务器，否则在受到引导型计
（上接第191页）
上海市光的干涉 衍射试题(含答案) 一、光的干涉 衍射 选择题 1．用a 、b 两种不同的单色光在相同条件下分别经同一单缝衍射装置得到的衍射图样如图甲、乙所示。现使a 光从水中斜射向水面上的O 点，其入射角为i 、折射角为r ，如图丙所示。对于这两种单色光，下列说法正确的是（ ） A ．在真空中a 光的波长较短 B ．水对a 光的折射率sin sin i n r = C ．在水中a 光的传播速度较大 D ．a 光从水中射向空气发生全反射时的临界角较小 2．明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象．如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a 、b ，下列说法正确的是 A ．若增大入射角i ，则b 光最先消失 B ．在该三棱镜中a 光波速小于b 光 C ．若a 、b 光通过同一双缝干涉装置，则屏上a 光的条纹间距比b 光宽 D ．若a 、b 光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则a 光的遏止电压高 3．如图所示，半径为R 的特殊圆柱形透光材料圆柱体部分高度为 2 R ，顶部恰好是一半球体，底部中心有一光源s 向顶部发射一束由a 、b 两种不同频率的光组成的复色光，当光线与竖直方向夹角θ变大时，出射点P 的高度也随之降低，只考虑第一次折射，发现当P 点高度h 降低为 12 2 R +时只剩下a 光从顶部射出，下列判断正确的是（ ）
A．在此透光材料中a光的传播速度小于b光的传播速度 B．a光从顶部射出时，无a光反射回透光材料 C．此透光材料对b光的折射率为1042 D．同一装置用a、b光做双缝干涉实验，b光的干涉条纹较大 4．下列关于振动和波的说法，正确的是。 A．声波在空气中传播时，空气中各点有相同的振动频率 B．水波在水面上传播时，水面上各点沿波传播方向移动 C．声波容易绕过障碍物传播是因为声波波长较长，容易发生衍射 D．当两列波发生干涉时，如果两列波波峰在某质点相遇，则该质点位移始终最大 E.为了增大干涉条纹间距，可将蓝光换成红光 5．如图，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b，则下列说法正确的是 （） A．在真空中，a光的传播速度大于b光的传播速度 B．在玻璃中，a光的波长大于b光的波长 C．玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率 D．若改变光束在左侧面的入射方向使入射角逐渐变小，则折射光线a首先消失 E.分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距 6．如图所示，一横截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜，两种颜色不同的可见光细光束a、b，垂直于斜边从空气射向玻璃，光路如图所示，则下列说法正确的是_____________ A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率 B．a光和b光由空气进入玻璃棱镜后频率都变小 C．a光和b光在玻璃中传播时a光的波长小于b光的波长
第1章传感器基础理论思考题与习题答案 1.1什么是传感器？（传感器定义） 解：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路组成。 1.2传感器特性在检测系统中起到什么作用？ 解：传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系，所以它在检测系统中的作用非常重要。通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态特性。静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 1.3传感器由哪几部分组成？说明各部分的作用。 解：传感器通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路三部分组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分，转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成电信号的部分，调节转换电路是指将非适合电量进一步转换成适合电量的部分，如书中图1.1所示。 1.4传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意 义？动态参数有那些？应如何选择？ 解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。意义略（见书中）。动态参数有最大超调量、延迟时间、上升时间、响应时间等，应根据被测非电量的测量要求进行选择。 1.5某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为300mV，求其灵敏度。 解：其灵敏度 3 3 30010 60 510 U k X - - ?? === ?? 1.6某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃、
光干涉式甲烷测定器 本测定器可以快速准确地测定煤矿井下环境中的甲烷及二氧化碳等有害气体浓度，及时预警保证安全。 一、仪器工作原理 我公司的甲烷测定器主要依据日本理研18型瓦斯检定器的工作原理进行设计，其工作原理如下。 1．光干涉原理：如果在一静止水面上投下一颗石子，水面就会以石子入水点为中心产生一圈圈的圆形水波，水波波纹由波峰和波谷（正弦波）组成，从中心点向四周扩散。光的传播同于水波，只是光波的波峰波谷肉眼看不见。起伏的光波形态见图1所示，向上凸起的部分叫波峰，向下凹入的部分叫波谷。波峰与波峰之间的距离叫波长。如果在一静止水面上投下两颗石子，水面就会以石子入水点为中心产生一圈圈的圆形水波，当两列水波达到交迭区后，就会产生干涉而形成部分水面起伏更大部分水面起伏更低;--;波峰与波峰相遇形成更高的波峰，波谷与波谷相遇形成更低的波谷。这种现象就为水波的干涉。两列以上的光波相遇也会产生水波形的干涉现象，此即为光的干涉原理，即：我们可以用一个光源所发出的光波经过平面境，由于镜子的反射和折射而产生两列光波，当它们再相遇时就会产生干涉现象。光波相消干涉时亮度降低，光波相长干涉时亮度提亮。 某一物质的折射率=光在真空中传播的速度÷光在此种物质中传播的速度。 光程=光线所通过的路程×光所通过的物质的折射率。 因此，如果两列光波通过的路程长短不同或是通过的物质不同或是通过的物质、路程都不同，则光程可能不同。两列光波光程长短的差别叫做光程差。两列光波有了光程差，这就是产生光波干涉的原。 当两列光波的光程差=（n＋1/2）λ时光波形成相消干涉，产生暗条纹。 当两列光波的光程差=nλ时光波形成相长干涉，产生亮条纹。 式中n为整数，λ为波长 如果使用的是白色光源，因白色是各种单色光的混合光，而各种单色光具有不同的波长，在一定的路程内，各色光的程差不同，所以产生的干涉就形成了彩色条纹2．技术参数
《光的干涉》计算题 1.在双缝干涉实验中，用波长λ＝546.1nm (1 nm=10-9m)的单色光照射，双缝与屏的距离D ＝300 mm．测得中央明条纹两侧的两个第五级明条纹的间距为1 2.2 mm，求双缝间的距离． 解：由题给数据可得相邻明条纹之间的距离为 ?x＝12.2 / (2×5)mm＝1.22 mm 2分由公式?x＝Dλ / d，得d＝Dλ / ?x＝0.134 mm 3分 2. 在图示的双缝干涉实验中，若用薄玻璃片(折射率n1＝1.4)覆 盖缝S1，用同样厚度的玻璃片(但折射率n2＝1.7)覆盖缝S2，将 使原来未放玻璃时屏上的中央明条纹处O变为第五级明纹．设 单色光波长λ＝480 nm(1nm=10-9m)，求玻璃片的厚度d(可认为光 线垂直穿过玻璃片)． 解：原来，δ = r2－r1= 0 2分覆盖玻璃后，δ＝( r2 + n2d–d)－(r1 + n1d－d)＝5λ3分∴(n2－n1)d＝5λ 1 2 5 n n d - = λ 2分 = 8.0×10-6 m 1分 3. 薄钢片上有两条紧靠的平行细缝，用波长λ＝546.1 nm (1 nm=10-9 m)的平面光波正入射到钢片上．屏幕距双缝的距离为D＝2.00 m，测得中央明条纹两侧的第五级明条纹间的距离为?x＝12.0 mm． (1) 求两缝间的距离． (2) 从任一明条纹(记作0)向一边数到第20条明条纹，共经过多大距离？ (3) 如果使光波斜入射到钢片上，条纹间距将如何改变？ 解：(1) x＝2kDλ / d d = 2kDλ /?x2分此处k＝５ ∴d＝10 Dλ / ?x＝0.910 mm 2分 (2) 共经过20个条纹间距，即经过的距离 l＝20 Dλ / d＝24 mm 2分 (3) 不变2分 4. 在双缝干涉实验中，单色光源S0到两缝S1和S2的距离分 别为l1和l2，并且l1－l2＝3λ，λ为入射光的波长，双缝之间 的距离为d，双缝到屏幕的距离为D(D>>d)，如图．求： (1) 零级明纹到屏幕中央O点的距离． (2) 相邻明条纹间的距离． 屏
电气系\计算机系\詹班 《大学物理》（光的干涉）作业3 一 选择题 1．如图示，折射率为n 2厚度为e 的透明介质薄膜的上方和下方的透明介质的折射率分别为n 1和n 3，已知n 1＜n 2＜n 3，若用波长为λ的单色平行光垂直入射到该薄膜上，则从薄膜上、下两表面反射的光束之间的光程差是 （A ）2n 2e （B ）2n 2e － 2 λ （C ）2n 2e －λ （D ）2n 2e －2 2n λ [ A ] [参考解]：两束光都是在从光疏介质到光密介质的分界面上反射，都有半波损失存 在，其光程差应为δ=（2n 2e ＋ 2λ）－ 2 λ = 2n 2e 。 2．如图，S 1、S 2是两个相干光源，它们到P 点的距离分别为r 1和r 2，路径S 1P 垂直穿过一块厚度为t 1 ，折射率为n 1的介质板，路径S 2P 垂直穿过一块厚度为t 2，折射率为n 2的另一（A ）（r 2+ n 2t 2）－（r 1+ n 1t 1） （B ）[r 2+ (n 2－1)t 2] －[r 1+ (n 1－1)t 1] （C ）（r 2－n 2t 2）－（r 1－n 1t 1） （D ）n 2t 2－n 1t 1 [ B ] 3．如图，用单色光垂直照射在观察牛顿环的装置上，当平凸透镜垂直向上缓缓平移而离开平面玻璃板时，可以观察到环状干涉条纹 （A ）向右移动 （B ）向中心收缩 （C ）向外扩张 （D ）静止不动 [ B ] [参考解]：由牛顿环的干涉条件（k 级明纹） λλ k ne k =+ 22 ? n k e k 2)21(λ -= 可知。 4．在真空中波长为λ的单色光，在折射率为n 的透明介质中从A 沿某路径传到B ，若A 、 B 两点的相位差是3π，则此路径AB 的光程差是 （A ）1.5λ （B ）1.5n λ （ C ）3λ （ D ）1.5λ/n [ A ] [参考解]：由相位差和光程差的关系λ δ π ?2=?可得。 3S 1P S 空 气
《传感器原理与应用》作业参考答案 作业一 1.传感器有哪些组成部分在检测过程中各起什么作用 答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。 各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 2.传感器有哪些分类方法各有哪些传感器 答：按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器；按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等；按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式；按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。 3.测量误差是如何分类的 答：按表示方法分有绝对误差和相对误差；按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。 4.弹性敏感元件在传感器中起什么作用 答：弹性敏感元件在传感器技术中占有很重要的地位，是检测系统的基本元件，它能直接感受被测物理量（如力、位移、速度、压力等）的变化，进而将其转化为本身的应变或位移，然后再由各种不同形式的传感元件将这些量变换成电量。 5.弹性敏感元件有哪几种基本形式各有什么用途和特点 答：弹性敏感元件形式上基本分成两大类，即将力变换成应变或位移的变换力的弹性敏感元件和将压力变换成应变或位移的变换压力的弹性敏感元件。 变换力的弹性敏感元件通常有等截面轴、环状弹性敏感元件、悬臂梁和扭转轴等。实心等截面轴在力的作用下其位移很小，因此常用它的应变作为输出量。它的主要优点是结构简单、加工方便、测量范围宽、可承受极大的载荷、缺点是灵敏度低。空心圆柱体的灵敏度相对实心轴要高许多，在同样的截面积下，轴的直径可加大数倍，这样可提高轴的抗弯能力，但其过载能力相对弱，载荷较大时会产生较明显的桶形形变，使输出应变复杂而影响精度。环状敏感元件一般为等截面圆环结构，圆环受力后容易变形，所以它的灵敏度较高，多用于测量较小的力，缺点是圆环加工困难，环的各个部位的应变及应力都不相等。悬臂梁的特点是结构简单，易于加工，输出位移(或应变)大，灵敏度高，所以常用于较小力的测量。扭转轴式弹性敏感元件用于测量力矩和转矩。 变换压力的弹性敏感元件通常有弹簧管、波纹管、等截面薄板、波纹膜片和膜盒、薄壁圆筒和薄壁半球等。弹簧管可以把压力变换成位移，且弹簧管的自由端的位移量、中心角的变化量与压力p成正比，其刚度较大，灵敏度较小，但过载能力强，常用于测量较大压力。波纹管的线性特性易被破坏，因此它主要用于测量较小压力或压差测量中。 作业二 1.何谓电阻式传感器它主要分成哪几种 答：电阻式传感器是将被测量转换成电阻值，再经相应测量电路处理后，在显示器记录仪上显示或记
第五章 光的干涉 5－1 波长为589.3nm 的钠光照射在一双缝上，在距双缝200cm 的观察屏上测量20个条纹共宽3cm ，试计算双缝之间的距离。 解：由题意，条纹间距为：cm e 15.020 3 == ∴双缝间距为：m e D d 39 1079.015 .0103.589200--?≈??==λ 5－2 在杨氏干涉实验中，两小孔的距离为1.5mm ，观察屏离小孔的垂直距离为1m ，若所用光源发出波长 1λ＝650nm 和2λ＝532nm 的两种光波，试求两光波分别形成的条纹间距以及两组条纹的第8级亮纹之间 的距离。 解：对于1λ＝650nm 的光波，条纹间距为： m d D e 3 3 9111043.010 5.1106501---?≈???==λ 对于2λ＝532nm 的光波，条纹间距为： m d D e 3 3 9221035.0105.1105321---?≈???==λ ∴两组条纹的第8级条纹之间的距离为： m e e x 3211064.0)(8-?=-=? 5－3 一个长40mm 的充以空气的气室置于杨氏装置中的一个小孔前，在观察屏上观察到稳定的干涉条纹系，继后抽去气室中的空气，注入某种气体，发现条纹系移动了30个条纹。已知照射光波波长为656.28nm ，空气折射率为1.000276，试求注入气体的折射率n g 。 解：气室充入空气和充气体前后，光程的变化为： D n g )000276.1(-=?δ 而这一光程变化对应于30个波长： λδ30=? ∴λ30)1(=-D n g 000768.1000276.110 401028.656303 9 =+???=--g n 5－4 在菲涅耳双面镜干涉实验中，光波长为600nm ，光源和观察屏到双面镜交线的距离分别为0.6m 和1.8m ，双面镜夹角为10－ 3rad ，求：（1）观察屏上的条纹间距；（2）屏上最多能看到多少亮条纹？
学号 班级 姓名 成绩 第十六章 光的干涉（一） 一、选择题 1、波长mm 4 108.4-?=λ的单色平行光垂直照射在相距mm a 4.02=的双缝上，缝后 m D 1=的幕上出现干涉条纹。则幕上相邻明纹间距离是[ B ]。 A ．0.6mm ； B ．1.2 mm ； C ．1.8 mm ； D ． 2.4 mm 。 2、在杨氏双缝实验中，若用一片透明云母片将双缝装置中上面一条缝挡住，干涉条纹发生的变化是[ C ]。 A .条纹的间距变大； B .明纹宽度减小； C .整个条纹向上移动； D .整个条纹向下移动。 3、双缝干涉实验中，入射光波长为λ，用玻璃薄片遮住其中一条缝，已知薄片中光程比相同厚度的空气大2.5λ，则屏上原0级明纹处[ B ]。 A ．仍为明条纹； B ．变为暗条纹； C ．形成彩色条纹； D ．无法确定。 4、在双缝干涉实验中，为使屏上的干涉条纹间距变大，可以采取的办法是[ B ]。 A ．使屏靠近双缝； B ．使两缝的间距变小； C ．把两个缝的宽度稍微调窄； D ．改用波长较小的单色光源。 5、在双缝干涉实验中，单色光源S 到两缝S 1、S 2距离相等，则中央明纹位于图中O 处，现将光源S 向下移动到S ’的位置，则[ B ]。 A ．中央明纹向下移动，条纹间距不变； B ．中央明纹向上移动，条纹间距不变； C ．中央明纹向下移动，条纹间距增大； D ．中央明纹向上移动，条纹间距增大。 二、填空题 1、某种波长为λ的单色光在折射率为n 的媒质中由A 点传到B 点，相位改变为π，问光程改变了 2λ ， 光从A 点到B 点的几何路程是 2n λ 。 2、从两相干光源s 1和s 2发出的相干光，在与s 1和s 2等距离d 的P 点相遇。若s 2位于真空 中，s 1位于折射率为n 的介质中，P 点位于界面上，计算s 1和s 2到P 点的光程差 d-nd 。 3、光强均为I 0的两束相干光相遇而发生干涉时，在相遇区域内有可能出现的最大光强是 04I ；最小光强是 0 。
光干涉式甲烷测定器的常见故障排除与维护 光干涉式甲烷测定器主要应用于煤矿开采以及井下工程，用来测量空气中甲烷浓度含量。由于它提供了准确的数据并采取了有效应对措施，避免了重大事故的发生。光干涉式甲烷测定器是一种精密的光电仪器，在矿井复杂的环境下很容易改变其使用性能，在测定甲烷浓度过程中要保证安全生产以及数据科学准确，因此对甲烷测定器要给予及时排障和必要的维护。首先要对测定器进行判定分析是否维修，一般故障都是由光、电、气路系统问题、器件松动移位、损毁等等造成的，具有一定的因果关系，因此对于测定器的故障要给予综合判断，按照技术规范的要求迅速排除故障及时维修，这样才能有效地保证它的器件齐全完好、光谱清晰和数据的科学准确性。 1电路故障处理方法 1)灯泡不亮应先检查灯泡和电源，主要有电池无电，灯泡已烧坏及电路电流不通畅，灯泡座处存在断裂。电线接头过大或电线有次头而产生短路。 2)灯泡忽明忽暗闪烁，则由电路的电线焊接处不牢固，灯泡接触处松动或触点太短，电源正负极触点及开关有赃物或被氧化以及机体被腐蚀引起的导电不好造成，要用砂纸轻轻打磨掉被氧化触点，及时清理赃物。在维修时要用酒精擦洗干净灯泡及各线路氧化触点及赃物，不能随意更换不符合电池电路灯泡的型号、规格、结构以及参数的配件等，要与原测定器保持一致。 2光路故障处理方法 1)光学组件的清理，灯泡正常发光后，测定器各个光学组件用酒精擦洗干净，目镜组件要拆卸下来才能擦洗干净，若目镜组内有气泡、擦痕、胶痕、灰尘等会造成光谱不清晰效果差。擦洗干净同时机体内部也要保持洁净。 2)找光和校正光条纹，把各光学组件稳固后若目镜组出现无光或光不清晰，这时则要找光或校正光条纹。一般找光先将气室组拆卸掉更便于找光，找好光之后再边上螺钉边调整气室不影响条纹的位置，加固即可。将灯丝位置平行于聚光孔且要使发出的光通过聚光镜投射到平面镜和折光棱镜上，此时用一张与折光棱镜同样大小的洁白硬纸条放在折光棱镜上，让这束光正对折光棱镜的正中央偏右处，或调整灯泡让光的中界点在折光棱镜的上下正中点，定格在折光棱镜的右边约1／3处，紧回灯泡座后螺栓，然后把白纸放在目镜组视场处，光通过平面镜、折光棱镜、平面镜、反光棱镜、物镜后射到目镜组视场中央，拿掉白纸如果光线左右偏可以拨动反光棱镜调整，如果光线上下偏可拨动粗动螺杆调节。干涉条纹要求细、窄、黑、亮。灯泡表面有晕圈会引起干涉条纹粗、暗、虚要给予更换。平面镜和折光棱镜通光区表面材料有瑕疵和光圈不良会造成条纹全弯曲或条纹成弧形，应查明原因，确定由哪块镜片影响，给以更换。 3数据准确度的调节
λd r y 0 = ?第一章 光的干涉 ●1.波长为nm 500的绿光投射在间距d 为cm 022.0的双缝上，在距离cm 180处的光屏上形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离.若改用波长为nm 700的红光投射到此双缝上,两个亮条纹之间的距离又为多少?算出这两种光第2级亮纹位置的距离. 解：由条纹间距公式 λ d r y y y j j 0 1= -=?+ 得: cm 328.0818.0146.1cm 146.1573.02cm 818.0409.02cm 573.010700022.0180cm 409.010500022.018021222202221022172027101=-=-=?=?===?===??==?=??== ?--y y y d r j y d r j y d r y d r y j λλλλ ●2．在杨氏实验装置中,光源波长为nm 640,两狭缝间距为mm 4.0,光屏离狭缝的距离为 cm 50.试求：(1)光屏上第1亮条纹和中央亮条纹之间的距离；（2）若p 点离中央亮条纹 为mm 1.0，问两束光在p 点的相位差是多少？（3）求p 点的光强度和中央点的强度之比. 式: 解：（1）由公 得 λd r y 0= ? =cm 100.8104.64.05025--?=?? （2）由课本第20页图1-2的几何关系可知 52100.01 sin tan 0.040.810cm 50 y r r d d d r θθ--≈≈===?
5 21522()0.8106.4104 r r π ππ?λ --?= -= ??= ? (3) 由公式 22 22 121212cos 4cos 2I A A A A A ? ??=++?= 得 8536.04 2224cos 18cos 0cos 421cos 2 cos 42cos 42220 2212 212020=+=+= =??= ??==π ππ??A A A A I I p p ●3. 把折射率为1.5的玻璃片插入杨氏实验的一束光路中,光屏上原来第5级亮条纹所 在的位置为中央亮条纹,试求插入的玻璃片的厚度.已知光波长为6×10-7 m . 解：未加玻璃片时，1S 、2S 到P 点的光程差，由公式 2r ?πλ??=可知为 Δr = 215252r r λ πλπ-=??= 现在 1 S 发出的光束途中插入玻璃片时，P 点的光程差为 ()210022r r h nh λλ ?ππ'--+= ?=?=???? 所以玻璃片的厚度为 421510610cm 10.5r r h n λ λ--= ===?- 4. 波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双狭缝上.通过其中一个缝的能量为另一个的2倍,在离狭缝50cm 的光屏上形成干涉图样.求干涉条纹间距和条纹的可见度. 解： 6050050010 1.250.2r y d λ-?= =??=mm 122I I = 22 122A A = 1 2A A =
光的干涉参考解答 一 选择题 1．如图示，折射率为n 2厚度为e 的透明介质薄膜的上方和下方的透明介质的折射率分别为n 1和n 3，已知n 1＜n 2＜n 3，若用波长为λ的单色平行光垂直入射到该薄膜上，则从薄膜上、下两表面反射的光束之间的光程差是 （A ）2n 2e （B ）2n 2e －2 λ （C ）2n 2e －λ （D ）2n 2e － 2 2n λ [ A ] [参考解]：两束光都是在从光疏介质到光密介质的分界面上反射，都有半波损失存 在，其光程差应为δ=（2n 2e ＋ 2λ）－2 λ = 2n 2e 。 2．如图，S 1、S 2是两个相干光源，它们到P 点的距离分别为r 1和r 2，路径S 1P 垂直穿过一块厚度为t 1，折射率为n 1的介质板，路径S 2P 垂直穿过一块厚度为t 2，折射率为n 2的另一介质板，其余部分可看作真空，这两条路径光的光程差等于 （A ）（r 2+ n 2t 2）－（r 1+ n 1t 1） （B ）[r 2+ (n 2－1)t 2] －[r 1+ (n 1－1)t 1] （C ）（r 2－n 2t 2）－（r 1－n 1t 1） （D ）n 2t 2－n 1t 1 [ B ] 3．如图，用单色光垂直照射在观察牛顿环的装置上，当平凸透镜垂直向上缓缓平移而离开平面玻璃板时，可以观察到环状干涉条纹 （A ）向右移动 （B ）向中心收缩 （C ）向外扩张 （D ）静止不动 [ B ] [参考解]：由牛顿环的干涉条件（k 级明纹） λλ k ne k =+ 22 ? n k e k 2)21(λ -= 可知。 4．在真空中波长为λ的单色光，在折射率为n 的透明介质中从A 沿某路径传到B ，若A 、 B 两点的相位差是3π，则此路径AB 的光程差是 （A ）1.5λ （B ）1.5n λ （ C ）3λ （ D ）1.5λ/n [ A ] [参考解]：由相位差和光程差的关系λ δ π?2=?可得。 3S 1P S 空 气
CJG100光干涉式甲烷测定器使用说明书 1概述 1.1产品特点 CJG100光干涉式甲烷测定器应用了光波的干涉原理, 测定迅速、准确。具有使用方便、维修简单、体积小、重量轻、经济、耐用等特点。 1.2主要用途及适用范围 用于测定矿山、工厂等场所的甲烷的浓度。 1.3产品型号 C J G 100 ――测定范围(0～100％CH4) 光干涉 甲烷 测定器 1.4使用环境条件 1.4.1温度: ( -20~+40) ℃ 1.4.2湿度: ＜96%( 25℃时) 1.4.3工作压力: ( 80~110) kPa 2总体结构及其工作原理 2.1总体结构
图1仪器的结构 1照明装置组, 2聚光镜组, 3平面镜组, 4折光棱镜组, 5反射棱镜组, 6物镜组, 7测微组, 8目镜组, 9吸收管组10气室组, 11按钮组 2.2工作原理 仪器内部的光学系统如图2所示。
图2光学系统图 由光源1发出的光经过聚光镜2后到达平面镜3, 并在0点分为两部分; 一部分反射, 一部分折射。第1部分光束穿过气室5的空气室, 折光棱镜6将其折回穿过另侧的气样室后又回到平面镜3, 折射入平面镜后在其后表面( 镀反射膜) 反射, 于0点穿出平面镜向反射棱镜7前进, 经偏折后进入望远镜8: 第2部分光束折射入平面镜后在其后表面反射, 然后穿过气室中央气样室回到平面镜, 于0｀点反射后于第1部分光束会合, 一同进入望远镜, 两光束的物镜的焦平面上产生白光特有的干涉现象; 干涉花样中央为白纹, 两旁为彩纹, 眼睛经过目镜进行观测。 2.3 仪器构造 仪器构造如图1所示, 现将其主要部分分述如下; 2.3.1电源, 照明装置组; 是仪器产生干涉条纹的光, 电源部分。电源采用1号电池一节, 额定电压1.5伏。光源灯泡为特殊制作, 其额定电压为1.35伏, 电流为0.3安培, 发光亮度为1.8Lm。 2.3.2聚光镜组; 聚光镜和镜座用虫胶胶牢, 该镜用以会集由光源发出的光, 以增强其亮度。
一、选择题 1、严格地讲，空气折射率大于1，因此在牛顿环实验中，若将玻璃夹层中的空气逐渐抽去而成为真空时，干涉环将：（ ） A.变大； B.缩小； C.不变； D.消失。 【答案】：A 2、在迈克耳逊干涉仪的一条光路中，放入一折射率n ，厚度为h 的透明介质板，放入后，两光束的光程差改变量为：（ ） A.h n )1(2-； B.nh 2； C.nh ； D.h n )1(-。 【答案】：A 3、用劈尖干涉检测工件（下板）的表面，当波长为λ的单色光垂直入射时，观察到干涉条纹如图。图中每一条纹弯曲部分的顶点恰与左边相邻的直线部分的连线相切。由图可见工件表面： （ ） A.一凹陷的槽，深为λ/4； B.有一凹陷的槽，深为λ/2； C.有一凸起的埂，深为λ/4； D.有一凸起的埂，深为λ。 【答案】：B 4、牛顿环实验装置是用一平凸透镜放在一平板玻璃上，接触点为C ，中间夹层是空气，用平行单色光从上向下照射，并从下向上观察，看到许多明暗相间的同心圆环，这些圆环的特点是：（ ） A.C 是明的，圆环是等距离的； B.C 是明的，圆环是不等距离的； C.C 是暗的，圆环是等距离的； D.C 是暗的，圆环是不等距离的。 【答案】：B 5、若将牛顿环玻璃夹层中的空气换成水时，干涉环将： （ ） A .变大； B .缩小； C .不变； D .消失。 【答案】：B 6、若把牛顿环装置(都是用折射率为1.52的玻璃制成的)由空气搬入折射率为1.33的水中，则干涉条纹 （ ） A .中心暗斑变成亮斑； B .变疏； C .变密； D .间距不变。 【答案】：C 7、两个不同的光源发出的两个白光光束，在空间相遇是不会产生干涉图样的，这是由于（ ） A.白光是由许多不同波长的光组成； B.两个光束的光强不一样； C.两个光源是独立的不相干光源； D.两个不同光源所发出的光，频率不会恰好相等。 【答案】：C 8、在双缝干涉实验中，若单色光源S 到两缝S 1、S 2距离相等，则观察屏上中央明条纹位于O 处。现将光源S 向下移动到S '位置，则（ ） A .中央明条纹也向下移动，且条纹间距不变； B .中央明条纹向上移动，且条纹间距不变； C .中央明条纹向下移动，且条纹间距增大； D .中央明条纹向上移动，且条纹间距增大。
第1章概述 1.什么是传感器？ 传感器定义为能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 1.2传感器的共性是什么？ 传感器的共性就是利用物理规律或物质的物理、化学、生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。 1.3传感器由哪几部分组成的？ 由敏感元件和转换元件组成基本组成部分，另外还有信号调理电路和辅助电源电路。 1.4传感器如何进行分类？ （1）按传感器的输入量分类，分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。（2）按传感器的输出量进行分类，分为模拟式和数字式传感器两类。（3）按传感器工作原理分类，可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。（4）按传感器的基本效应分类，可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。（5）按传感器的能量关系进行分类，分为能量变换型和能量控制型传感器。（6）按传感器所蕴含的技术特征进行分类，可分为普通型和新型传感器。 1.5传感器技术的发展趋势有哪些？ （1）开展基础理论研究（2）传感器的集成化（3）传感器的智能化（4）传感器的网络化（5）传感器的微型化 1.6改善传感器性能的技术途径有哪些？ （1）差动技术（2）平均技术（3）补偿与修正技术(4)屏蔽、隔离与干扰抑制 (5)稳定性处理 第2章传感器的基本特性 2.1什么是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？ 答：传感器的静态特性是指在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系。主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、温度漂移。 2.2传感器输入-输出特性的线性化有什么意义？如何实现其线性化？ 答：传感器的线性化有助于简化传感器的理论分析、数据处理、制作标定和测试。常用的线性化方法是：切线或割线拟合，过零旋转拟合，端点平移来近似，多数情况下用最小二乘法来求出拟合直线。 2.3利用压力传感器所得测试数据如下表所示，计算其非线性误差、迟滞和重复性误差。设压力为0MPa 时输出为0mV,压力为0.12MPa时输出最大且为16.50mV. 非线性误差略 正反行程最大偏差?Hmax=0.1mV，所以γH=±?Hmax0.1100%=±%=±0.6%YFS16.50 重复性最大偏差为?Rmax=0.08，所以γR=±?Rmax0.08=±%=±0.48%YFS16.5 2.4什么是传感器的动态特性？如何分析传感器的动态特性？ 传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即输出对随时间变化的输入量的响应特性。 传感器的动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来分析。瞬态响应常采用阶跃信号作为输入，频率响应常采用正弦函数作为输入。
光干涉甲烷测定器 一、概述厂家：湖南煤矿安全装备有限公司 A)本仪器应用光干涉原理，CJG10型和CJG10B型两种，其型号的组成及代表意义如下： C ——测定器J ——甲烷G ——光干涉原理 10 ——测量范围（0——10%CH4）B——设计序号 B)使用环境条件 环境温度：0——+40℃相对湿度：≤98% 大气压力：97——116KPa C)仪器的防爆型式ExibI 二、仪器的主要技术参数 A)测量范围：0——10%CH4 1、目镜分划板最小分划值：0.5%CH4 2、测微刻度盘分划范围：0——1%CH4 3、测微刻度盘最小分划值：0.02%CH4 B)基本误差 1、0——1%CH4 允许误差：±0.05%CH4 2、＞1——4%CH4 允许误差：±0.1%CH4 3、＞4——7%CH4 允许误差：±0.2%CH4 4、＞7——10%CH4 允许误差：±0.3%CH4 C)仪器的尺寸、重量 外形尺寸：225×135×70（㎜）重量：＜1.8㎏ D)电源 CJG10型1节R20锌锰电池，灯泡电压：1.35V CJG10B型2节R20锌锰电池串联使用，灯泡电压：2.5V 1、如何用光学瓦斯检定器测定瓦斯？ 1)在进气口中安装二氧化碳吸收管将二氧化碳吸收掉；2)对零，在待测地点附近的进风巷道中捏放吸气球数次，吸入新鲜空气清洗瓦斯室;旋转微调螺旋使微读数盘的零位刻度和指标线重合；调主调螺旋,选定一条黑基线与分划板的零位相重合；3)测定，在测定地点距巷道顶板200--300mm捏放气球5—10次，按下光源电门由目镜中读出黑基线位移后靠近的整数数值，转动微调螺旋使黑基线退到和该整数刻度相重合，从微读数盘上读出小数位，目镜中的整数位读数与微读数盘上的小数位值之和既为测点的瓦斯浓度。 2、如何用光学瓦斯检定器测定二氧化碳？ 距底板300mm，捏放气球5—10次，先测出瓦斯浓度，然后取下二氧化碳吸收管测定出混合气体浓度，两者相减即为二氧化碳浓度，当测定精确时，需将测得的二氧化碳浓度乘以校正系数0.95。 3、光学瓦斯检定器药品： 名称作用正常失效 吸收二氧化碳粉红色颗粒发白粉末 钠石灰（苏打石 灰） 硅胶（氯化钙）吸收水分蓝色淡蓝、白色 4、光学瓦斯检定器由气路系统，光路系统、电路系统组成。气路系统主要部件的作用是：1)二氧化碳吸收管,装有颗粒直径2--5mm的钠石灰用于吸收混合气体中二氧化碳； 2)水分吸收管,装有氯化钙(或硅胶)吸收混合气体中的水分；3)气室,吸入新鲜空气和含
习题集及答案 第1章概述 什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？ 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。 传感器如何分类？按传感器检测的范畴可分为哪几种？ 答案 答： 从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。我们对传感器定义是：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 我国国家标准（GB7665—87）对传感器（Sensor/transducer）的定义是：“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置”。定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。 答： 组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成； 关系，作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。 答：（略）答： 按照我国制定的传感器分类体系表，传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器三大类，含12个小类。按传感器的检测对象可分为：力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。 第3章电阻应变式传感器 何为电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？ 图3-31为一直流电桥，负载电阻R L趋于无穷。图中E=4V，R1=R2=R3=R4=120Ω，试求：①R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为ΔR1=Ω时，电桥输出电压U0=? ② R1、R2为金属应变片，感应应变大小变化相同，其余为外接电阻，电桥输出电压U0=? ③ R1、R2为金属应变片，如果感应应变大小相反，且ΔR1=ΔR2 =Ω，电桥输出电压U0=? 答案 答： 导体在受到拉力或压力的外界力作用时，会产生机械变形，同时机械变形会引起导体阻值的变化，这种导体材料因变形而使其电阻值发生变化的现象称为电阻应变效应。 当外力作用时，导体的电阻率 、长度l、截面积S都会发生变化，从而引起电阻值R的变
《光的干涉》计算题 1、在双缝干涉实验中,用波长λ＝546、1nm (1 nm=10-9 m)的单色光照射,双缝与屏的距离D ＝300 mm.测得中央明条纹两侧的两个第五级明条纹的间距为12.2 mm,求双缝间的距离. 解:由题给数据可得相邻明条纹之间的距离为 ?x ＝12、2 / (2×5)mm ＝1.22 mm 2分 由公式 ?x ＝D λ / d ,得d ＝D λ / ?x ＝0.134 mm 3分 2、 在图示的双缝干涉实验中,若用薄玻璃片(折射率n 1＝1、4)覆盖缝S 1,用同样厚度的玻璃片(但折射率n 2＝1、7)覆盖缝S 2,将使原来未放玻璃时屏上的中央明条纹处O 变为第五级明纹.设单 色光波长λ＝480 nm(1nm=10-9m ),求玻璃片的厚度d (可认为光线垂直穿过玻璃片). 解:原来, δ = r 2－r 1= 0 2分 覆盖玻璃后, δ＝( r 2 + n 2d – d )－(r 1 + n 1d －d )＝5λ 3分 ∴ (n 2－n 1)d ＝5λ 1 25n n d -=λ 2分 = 8、0×10-6 m 1分 3、 薄钢片上有两条紧靠的平行细缝,用波长λ＝546、1 nm (1 nm=10-9 m)的平面光波正入射 到钢片上.屏幕距双缝的距离为D ＝2.00 m,测得中央明条纹两侧的第五级明条纹间的距离为?x ＝12.0 mm. (1) 求两缝间的距离. (2) 从任一明条纹(记作0)向一边数到第20条明条纹,共经过多大距离？ (3) 如果使光波斜入射到钢片上,条纹间距将如何改变？ 解:(1) x ＝ 2kD λ / d d = 2kD λ /?x 2分 此处 k ＝５ ∴ d ＝10 D λ / ?x ＝0.910 mm 2分 (2) 共经过20个条纹间距,即经过的距离 l ＝20 D λ / d ＝24 mm 2分 (3) 不变 2分 4、 在双缝干涉实验中,单色光源S 0到两缝S 1与S 2的距离分别为l 1与l 2,并且l 1－l 2＝3λ,λ为入射光的波长,双缝之间的距离为d ,双缝到屏幕的距离为D (D >>d ),如图.求: (1) 零级明纹到屏幕中央O 点的距离. (2) 相邻明条纹间的距离. S 1 S 2 n 2 n 1 r 1 r 2 d 屏 d S 2 S 1 l 1 S 0 l 2 D
CJG10光干涉式甲烷测定器产品介绍 CJG10光干涉式甲烷测定器应用光干涉原理，可迅速而准确的测定矿井中的甲烷、二氧化碳等气体浓度。CJG10光干涉式甲烷测定器克服了载体催化元件式甲烷传感器使用寿命短、易中毒、稳定性差等缺点，采用嵌入式控制系统对信号进行多重技术处理和分析，使用寿命超过三年。 CJG10光干涉式甲烷测定器参数 1、电源电压：CJG10型，DC3V（1#普通锌锰干电池两节，开路电压≦DC3.2V，短路电流≦5.6A，禁用高容量或镍镉电池）。 2、灯泡额定电压：CJG10型，2.5V。 3、最大工作电流：1max≦640shenhua08mA。 4、重量：CJG10型，约1.8kg 。 5、仪器外型尺寸：225×135×70毫米（带皮盒）。 6、环境条件：温度：﹣20℃—40℃CJG10光干涉式甲烷测定器软件上采用智能化设计，易于调校和维护，大大节约了仪器的使用与维护费用。 CJG10光干涉式甲烷测定器工作原理 由光源发出的散射光经聚光镜聚焦的光束到达平面镜，其中一部分光束通过平面镜反射，经气室的空气到达折光棱镜，折光棱镜将其折射回另一侧的空气室后回到平面镜并折射中煤到后表面的反射膜上，通过反射膜反射到棱镜后经偏折进入望远镜系统。另一部分光束折射入平面镜后，在其后表面反射膜反射，穿过气室的甲烷经折光棱镜反
射又回经甲烷室到平面镜，经平面镜的反射后与上述部分光束一同进入反射棱镜，经偏折进入望远镜系统。由于光程差的结果，在物镜的焦平面上产生干涉条纹，通过目镜既能观察到干涉条纹。当甲烷室与空气室都充满相同的气体时，干涉条纹位置不移动，但当甲烷抽进甲烷室，由于光束通过的介质发生改变，干涉条纹相对原位置移动一段距离。测量这个位移量，便可知甲烷在空气中的含量。
一、选择题 1严格地讲，空气折射率大于1因此在牛顿环实验中，若将玻璃夹层中的空气逐渐抽去而成为真空时，干涉环将：（） A. 变大； B. 缩小； C. 不变； D. 消失。 【答案】:A 2、在迈克耳逊干涉仪的一条光路中，放入一折射率n，厚度为h的透明介质板，放入后，两 光束的光程差改变量为：（） A. 2（n 1）h ； B. 2nh ； C. nh ； D. （n 1）h。 【答案】:A 3、用劈尖干涉检测工件（下板）的表面，当波长为入的单色光垂直入射时，观察到干涉条纹如 图。图中每一条纹弯曲部分的顶点恰与左边相邻的直线部分的连线相切。由图可见工件 表面：（） A.—凹陷的槽，深为入/4 ； B.有一凹陷的槽，深为入/2 ； C.有一凸起的埂，深为入/4 ； D.有一凸起的埂，深为入。 【答案】:B 4、牛顿环实验装置是用一平凸透镜放在一平板玻璃上，接触点为C,中间夹层是空气，用平 行单色光从上向下照射，并从下向上观察，看到许多明暗相间的同心圆环，这些圆环的特点是：（） A.C是明的，圆环是等距离的； B.C 是明的，圆环是不等距离的； C.C是暗的，圆环是等距离的； D.C 是暗的，圆环是不等距离的。 【答案】:B 5、若将牛顿环玻璃夹层中的空气换成水时，干涉环将：（） A.变大； B.缩小； C .不变； D.消失 【答案】:B 6、若把牛顿环装置（都是用折射率为1.52的玻璃制成的）由空气搬入折射率为1.33的水中, 则 干涉条纹（） A.中心暗斑变成亮斑； B.变疏; C.变密; D.间距不变。 【答案】:C 7、两个不同的光源发出的两个白光光束，在空间相遇是不会产生干涉图样的，这是由于（ ） A.白光是由许多不同波长的光组成； B.两个光束的光强不一样； C.两个光源是独立的不相干光源； D.两个不同光源所发出的光，频率不会恰好相等。 【答案】:C 8在双缝干涉实验中，若单色光源S到两缝S i、S2距离相等，则观察屏上中央明条纹位于0 处。 现将光源S向下移动到S位置，则（）