第8章传感器技术-光电效应及传感器.

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传感器原理与应用习题第8章光电式传感器

传感器原理与应用习题第8章光电式传感器

《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案教材:传感器技术(第3版)贾伯年主编,及其他参考书第8章光电式传感器8-1 简述光电式传感器的特点和应用场合,用方框图表示光电式传感器的组成。

8-2 何谓外光电效应、光电导效应和光生伏特效应?答:外光电效应:在光线的作用下,物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。

光电导效应:在光线作用下,电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态,而引起材料电导率的变化的现象。

光生伏特效应:在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象。

8-3 试比较光电池、光敏晶体管、光敏电阻及光电倍增管在使用性能上的差别。

答:光电池:光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的器件。

它有较大面积的PN结,当光照射在PN结上时,在结的两端出现电动势。

当光照到PN结区时,如果光子能量足够大,将在结区附近激发出电子-空穴对,在N区聚积负电荷,P区聚积正电荷,这样N区和P区之间出现电位差。

8-4 通常用哪些主要特性来表征光电器件的性能?它们对正确选用器件有什么作用?8-5 怎样根据光照特性和光谱特性来选择光敏元件?试举例说明。

答:不同类型光敏电阻光照特性不同,但光照特性曲线均呈非线性。

因此它不宜作定量检测元件,一般在自动控制系统中用作光电开关。

光谱特性与光敏电阻的材料有关,在选用光敏电阻时,应把光敏电阻的材料和光源的种类结合起来考虑,才能获得满意的效果。

8-6 简述CCD图像传感器的工作原理及应用。

8-7 何谓PSD?简述其工作原理及应用。

8-8 说明半导体色敏传感器的工作原理及其待深入研究的问题。

8-9 试指出光电转换电路中减小温度、光源亮度及背景光等因素变动引起输出信号漂移应采取的措施。

8-10 简述光电传感器的主要形式及其应用。

答:模拟式(透射式、反射式、遮光式、辐射式)、开关式。

应用:光电式数字转速表、光电式物位传感器、视觉传感器、细丝类物件的在线检测。

8-11 举出你熟悉的光电传感器应用实例,画出原理结构图并简单说明原理。

传感器原理及工程应用答案

传感器原理及工程应用答案

传感器原理及工程应用答案1—1:测量的定义,答:测量是以确定被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。

所以, 测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较,确定被测量对标准量的倍数。

1—2:什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差,答:绝对误差是测量结果与真值之差,即: 绝对误差=测量值—真值相对误差是绝对误差与被测量真值之比,常用绝对误差与测量值之比,以百分数表示 , 即: 相对误差=绝对误差/测量值×100%引用误差是绝对误差与量程之比,以百分数表示,即: 引用误差=绝对误差/量程×100%1—3什么是测量误差,测量误差有几种表示方法,它们通常应用在什么场合, 答: 测量误差是测得值减去被测量的真值。

测量误差的表示方法:绝对误差、实际相对误差、引用误差、基本误差、附加误差。

当被测量大小相同时,常用绝对误差来评定测量准确度;相对误差常用来表示和比较测量结果的准确度;引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法,基本误差、附加误差适用于传感器或仪表中。

2,1:什么是传感器,它由哪几部分组成,它的作用及相互关系如何,答:传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。

通常,传感器由敏感元件和转换元件组成。

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适于传输或测量的电信号部分。

2—2:什么是传感器的静态特性,它有哪些性能指标,分别说明这些性能指标的含义, 答:传感器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称为传感器的静态特性;其主要指标有线性度、灵敏度、精确度、最小检测量和分辨力、迟滞、重复性、零点漂移、温漂。

灵敏度定义是输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的相应输入量增量Δx之比。

传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。

输出与输入关系可分为线性特性和非线性特性。

8-1

8-1

传感器原理与应用——第八章
(3)液体激光器
种类:螯合物激光器、无机液体激光器和有机染料激
光器,其中较为重要的是有机染料激光器。它的最大
特点是发出的激光波长可在一段范围内调节,而且效
率也不会降低,因而它能起着其他激光器不能起的作
用。
传感器原理与应用——第八章
(4)半导体激光器
与前几种相比出现较晚,其成熟产品是砷化镓激光
+ _ + + _ +
U
当加正向电压时,势垒降低,电子由N区注入到P区, 和P区里的空穴复合;空穴则由P区注入到N区,和N区 里的电子复合,这种电子空穴对的复合同时伴随着光 子的放出,因而发光。
传感器原理与应用——第八章
传感器原理与应用——第八章
电子和空穴复合,所释放的能量等于PN结的禁带
宽度(即能量间隙) Eg。所放出的光子能量用 hν表示,
3800 – 4200 7000 – 9000 4500 30 10 45
阳极工 作电压 (V)
30 30 100
暗电流 (A)
3×10-11 8×10-11 8×10-11
环境 温度 (℃)
5 - 35 5 - 35 < 40
传感器原理与应用——第八章
3. 发光二极管(LED——Light Emitting Diode)
构成:由半导体PN结构成。 特点:工作电压低、响应速度快、寿命长、体积小 、重量轻,因此获得了广泛的应用。
传感器原理与应用——第八章
原理:
+ +
iD
P R

-
-
+ + + +
+ + + +

《传感器与检测技术》课后习题:第八章(含答案)

《传感器与检测技术》课后习题:第八章(含答案)

第八章习题答案1.什么是光电效应,依其表现形式如何分类,并予以解释。

解:光电效应首先把被测量的变化转换成光信号的变化,然后通过光电转换元件变换成电信号,光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类:a)在光线作用下,能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应;b)受光照的物体导电率1R发生变化,或产生光生电动势的效应叫内光电效应。

2.分别列举属于内光电效应和外光电效应的光电器件。

解:外光电效应,如光电管、光电倍增管等。

内光电效应,如光敏电阻、光电池和光敏晶体管等。

3.简述CCD 的工作原理。

解:CCD 的工作原理如下:首先构成CCD 的基本单元是MOS 电容器,如果MOS 电容器中的半导体是P 型硅,当在金属电极上施加一个正电压时,在其电极下形成所谓耗尽层,由于电子在那里势能较低,形成了电子的势阱,成为蓄积电荷的场所。

CCD 的最基本结构是一系列彼此非常靠近的MOS 电容器,这些电容器用同一半导体衬底制成,衬底上面覆盖一层氧化层,并在其上制作许多金属电极,各电极按三相(也有二相和四相)配线方式连接。

CCD 的基本功能是存储与转移信息电荷,为了实现信号电荷的转换:必须使MOS 电容阵列的排列足够紧密,以致相邻MOS 电容的势阱相互沟通,即相互耦合;控制相邻MOC 电容栅极电压高低来调节势阱深浅,使信号电荷由势阱浅的地方流向势阱深处;在CCD 中电荷的转移必须按照确定的方向。

4.说明光纤传输的原理。

解:光在空间是直线传播的。

在光纤中,光的传输限制在光纤中,并随光纤能传送到很远的距离,光纤的传输是基于光的全内反射。

当光纤的直径比光的波长大很多时,可以用几何光学的方法来说明光在光纤内的传播。

设有一段圆柱形光纤,它的两个端面均为光滑的平面。

当光线射入一个端面并与圆柱的轴线成θi 角时,根据斯涅耳(Snell )光的折射定律,在光纤内折射成θj ,然后以θk 角入射至纤芯与包层的界面。

若要在界面上发生全反射,则纤芯与界面的光线入射角θk 应大于临界角φc (处于临界状态时,θr =90º),即:21arcsin k c n n θϕ≥=且在光纤内部以同样的角度反复逐次反射,直至传播到另一端面。

光电传感器的基本原理及分类

光电传感器的基本原理及分类

光电传感器的基本原理及分类一、引言光电传感器是一种能够将光信号转化为电信号的设备,广泛应用于工业自动化、机器人技术、医疗仪器等领域。

本文将从基本原理和分类两个方面介绍光电传感器的知识。

二、光电传感器的基本原理1. 光电效应原理光电效应是指当金属或半导体表面受到光照射时,会产生电子的现象。

这种现象可以用经典物理学或量子力学来解释,但无论采用哪种解释方式,都不能完全符合实验结果。

根据实验结果,可以得出以下结论:当光子能量大于物质表面材料的束缚能时,就会发生外逸电子现象。

利用这个原理,可以制作出具有灵敏度高、响应速度快等优点的光电传感器。

2. 光敏元件原理在光电传感器中,最重要的部分就是光敏元件。

常见的光敏元件有四种:硅太阳能电池、硒太阳能电池、气体放大管和半导体二极管。

其中最常见的是半导体二极管,其工作原理是基于PN结的光电效应。

当光照射到PN结上时,会产生电子和空穴对,从而导致PN结区域的电流变化。

这种变化可以被检测到,并通过信号处理器转化为数字信号输出。

3. 光电传感器的工作原理光电传感器的工作原理是将光信号转化为电信号。

当物体进入传感器检测范围内时,会反射出一定程度的光线,这些光线被接收器接收后经过放大和滤波处理后转化为数字信号输出。

根据不同的应用需求,可以选择不同类型的光电传感器来实现不同功能。

三、光电传感器的分类1. 按照检测目标分类根据检测目标的不同,可以将光电传感器分为接近式、距离式和透明式三种类型。

(1)接近式:主要用于检测物体是否在一定距离范围内,并且可以识别物体是否有金属或非金属等特殊属性。

(2)距离式:主要用于测量物体与传感器之间的距离,并且可以精确地计算出物体与传感器之间的距离。

(3)透明式:主要用于检测透明或半透明物体的存在与否,例如检测玻璃板是否存在。

2. 按照工作原理分类根据工作原理的不同,可以将光电传感器分为反射式、散射式、直接式和光栅式四种类型。

(1)反射式:传感器和物体之间有一定距离,通过物体反射的光信号来检测物体的存在与否。

传感器技术与应用第2版-部分习题答案

传感器技术与应用第2版-部分习题答案

第1章传感器特性习题答案:5.答:静特性是当输入量为常数或变化极慢时,传感器的输入输出特性,其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。

传感器的静特性由静特性曲线反映出来,静特性曲线由实际测绘中获得。

人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。

9.解:10. 解:11.解:带入数据拟合直线灵敏度 0.68,线性度±7% 。

,,,,,,13.解:此题与炉温实验的测试曲线类似:14.解:15.解:所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,16.答:dy/dx=1-0.00014x。

微分值在x<7143Pa时为正,x>7143Pa时为负,故不能使用。

17.答:⑴20。

C时,0~100ppm对应得电阻变化为250~350 kΩ。

V0在48.78~67.63mV之间变化。

⑵如果R2=10 MΩ,R3=250 kΩ,20。

C时,V0在0~18.85mV之间变化。

30。

C时V0在46.46mV(0ppm)~64.43mV(100ppm)之间变化。

⑶20。

C时,V0为0~18.85mV,30。

C时V0为0~17.79mV,如果零点不随温度变化,灵敏度约降低4.9%。

但相对(2)得情况来说有很大的改善。

18.答:感应电压=2πfCRSVN,以f=50/60Hz, RS=1kΩ, VN=100代入,并保证单位一致,得:感应电压=2π*60*500*10-12*1000*100[V]=1.8*10-2V第3章应变式传感器概述习题答案9. 答:(1).全桥电路如下图所示(2).圆桶截面积应变片1、2、3、4感受纵向应变;应变片5、6、7、8感受纵向应变;满量程时:(3)10.答:敏感元件与弹性元件温度误差不同产生虚假误差,可采用自补偿和线路补偿。

11.解:12.解:13.解:①是ΔR/R=2(Δl/l)。

因为电阻变化率是ΔR/R=0.001,所以Δl/l(应变)=0.0005=5*10-4。

传感器原理与应用习题及答案

传感器原理与应用习题及答案

《第一章传感器的一般特性》1试绘制转速和输出电压的关系曲线,并确定:1)该测速发电机的灵敏度。

2)该测速发电机的线性度。

2.已知一热电偶的时间常数τ=10s,若用它来测量一台炉子的温度,炉内温度在540οC和500οC 之间按近似正弦曲线波动,周期为80s,静态灵敏度k=1,试求该热电偶输出的最大值和最小值,以及输入与输出信号之间的相位差和滞后时间。

3.用一只时间常数为0.355s 的一阶传感器去测量周期分别为1s、2s和3s的正弦信号,问幅值误差为多少?4.若用一阶传感器作100Hz正弦信号的测试,如幅值误差要求限制在5%以内,则时间常数应取多少?若在该时间常数下,同一传感器作50Hz正弦信号的测试,这时的幅值误差和相角有多大?5.已知某二阶系统传感器的固有频率f0=10kHz,阻尼比ξ=0.1,若要求传感器的输出幅值误差小于3%,试确定该传感器的工作频率范围。

6.某压力传感器属于二阶系统,其固有频率为1000Hz,阻尼比为临界值的50%,当500Hz的简谐压力输入后,试求其幅值误差和相位滞后。

《第二章应变式传感器》1.假设某电阻应变计在输入应变为5000με时电阻变化为1%,试确定该应变计的灵敏系数。

又若在使用该应变计的过程中,采用的灵敏系数为 1.9,试确定由此而产生的测量误差的正负和大小。

2.如下图所示的系统中:①当F=0和热源移开时,R l=R2=R3=R4,及U0=0;②各应变片的灵敏系数皆为+2.0,且其电阻温度系数为正值;③梁的弹性模量随温度增加而减小;④应变片的热膨胀系数比梁的大;⑤假定应变片的温度和紧接在它下面的梁的温度一样。

在时间t=0时,在梁的自由端加上一向上的力,然后维持不变,在振荡消失之后,在一稍后的时间t1打开辐射源,然后就一直开着,试简要绘出U0和t的关系曲线的一般形状,并通过仔细推理说明你给出这种曲线形状的理由。

3.一材料为钢的实心圆柱形试件,直径d=10 mm,材料的弹性模量E=2 ×1011N/m2,泊松比μ=0.285,试件上贴有一片金属电阻应变片,其主轴线与试件加工方向垂直,如图1所示,若已知应变片的轴向灵敏度k x =2,横向灵敏度C=4%,当试件受到压缩力F=3×104N作用时。

光电传感器工作原理

光电传感器工作原理

光电传感器工作原理光电传感器是一种能够将光信号转化为电信号的设备,广泛应用于光电检测、自动控制、光通信等领域。

它通过感知光的特性,将光信号转换为电信号,从而实现对光的测量、检测和控制。

光电传感器的工作原理主要包括光电效应、光电二极管和光敏电阻。

1. 光电效应:光电传感器的工作基于光电效应,即光照射到物质上时,会引起物质内部电子的激发和运动。

光电效应的基本原理是光子与物质中的电子相互作用,将光能转化为电能。

光电效应的主要表现形式有光电发射效应、光电吸收效应和光电导效应。

2. 光电二极管:光电二极管是一种能够将光信号转化为电信号的光电传感器。

它由PN结构组成,当光照射到PN结上时,光子的能量会激发PN结中的载流子,产生电流。

光电二极管的工作原理是基于光电效应,当光子能量大于材料的带隙能量时,光电二极管才干产生电流。

光电二极管具有快速响应、高灵敏度和宽波长范围等优点,被广泛应用于光电检测和通信领域。

3. 光敏电阻:光敏电阻是一种光电传感器,也被称为光敏电阻器。

它是一种变阻器,其电阻值随光照强度的变化而变化。

光敏电阻的工作原理是基于光电效应,当光照射到光敏电阻上时,光子的能量会激发光敏材料中的载流子,改变材料的电导率,从而导致电阻值的变化。

光敏电阻具有简单、便宜和易于使用的特点,广泛应用于光电检测和光敏控制领域。

光电传感器的工作原理可以简单总结为:光照射到光电传感器上时,光子的能量会激发材料中的载流子,产生电流或者改变电阻值。

通过测量电流或者电阻值的变化,可以得到光信号的信息。

光电传感器的应用非常广泛。

在工业领域,光电传感器可以用于检测物体的位置、颜色、形状等特征,实现自动化控制。

在光通信领域,光电传感器可以用于接收和解码光信号,实现高速、稳定的光通信。

此外,光电传感器还可以应用于光电测量仪器、光电计量等领域。

总之,光电传感器通过光电效应,将光信号转化为电信号,实现对光的测量、检测和控制。

光电二极管和光敏电阻是常见的光电传感器类型,具有不同的工作原理和特点。

光电式传感器PPT课件

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第8章 光电式传感器
图 8-2 光敏电阻结构 (a) 光敏电阻结构; (b) 光敏电阻电极; (c) 光敏电阻接线图
第8章 光电式传感器
2.光敏电阻的主要参数
(1) 暗电阻与暗电流 光敏电阻在不受光照射时的阻值 称为暗电阻,此时流过的电流成为暗电流。
(2) 亮电阻与亮电流 光敏电阻在受光照射时的电阻称为 亮电阻,此时流过的电流称为亮电流。
在光线作用下,物体内的电子逸出物体表面向外发射的现 象称为外光电效应。向外发射的电子叫光电子。基于外光电效 应的光电器件有光电管、 光电倍增管等。
光照射物体,可以看成一连串具有一定能量的光子轰击物 体,物体中电子吸收的入射光子能量超过逸出功A0时,电子就 会逸出物体表面,产生光电子发射, 超过部分的能量表现为逸 出电子的动能。
8.1.2
1. 结构原理
光敏二极管的结构与一般二极管相似。它装在透明玻璃外壳 中,其PN结装在管的顶部,可以直接受到光照射(见图8-8)。 光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态(见图8-9),在 没有光照射时,反向电阻很大,反向电流很小,这反向电流称 为暗电流,当光照射在PN结上,光子打在PN结附近,使PN结附 近产生光生电子和光生空穴对,它们在PN结处的内电场作用下 作定向运动,形成光电流。光的照度越大,光电流越大。因此 光敏二极管在不受光照射时处于截止状态,受光照射时处于导 通状态。
第8章 光电式传感器
光敏晶体管的光电灵敏度虽然比光敏二极管高得多,但在 需要高增益或大电流输出的场合,需采用达林顿光敏管。图8-11 是达林顿光敏管的等效电路,它是一个光敏晶体管和一个晶体 管以共集电极连接方式构成的集成器件。由于增加了一级电流 放大,所以输出电流能力大大加强,甚至可以不必经过进一步 放大,便可直接驱动灵敏继电器。但由于无光照时的暗电流也 增大,因此适合于开关状态或位式信号的光电变换。

光电传感器

光电传感器
9
光敏电阻
10
溶液浓度检测系统
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(三)光生伏特效应及器件(阻挡层光电效应) 在光线作用下, 能使物体产生一定方向的电动势的现
象。 光生伏特型光电器件是自发电式的,属有源器件。 器件:以可见光作光源的光电池是常用的光生伏特型
器件。 其余的如光电二级管、光敏晶体管等属于这类光电
器件。
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调制型光电开关原理
光电开关的LED多采用中频(40kHz左右)窄脉冲电 流驱动,从而发射40kHz调制光脉冲。相应地,接收光电 元件的输出信号经40kHz选频交流放大器及专用的解调芯 片处理,可以有效地防止太阳光、日光灯的干扰,又可 减小发射LED的功耗。
24
6、光电断续器
遮断型光电断续器也称为槽式光电开关,通常是标准 的U字型结构。其发射器和接收器做在体积很小的同一塑 料壳体中,分别位于U型槽的两边。当被检测物体经过U型 槽且阻断光轴时,光电开关就产生表示检测到的开关量信 号。
3
2、外光电元件
紫外管
当入射紫外线 照射在紫外管阴极 板上时,电子克服 金属表面对它的束 缚而逸出金属表面, 形成电子发射。紫 外管多用于紫外线 测量、火焰监测等。
紫外线
4
光电管 光电管的阴极受到
从光窗透进的光照射 后,向真空发射光电 子,这些光电子向阳 极作加速运动,形成 空间电子流,光电流 的数值取决于阴极的 灵敏度与光强。停止 光照,外电路将无电 流输出。
光电池
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2、光电二极管
➢工作原理: 光敏二极管在电路中一般处于反向偏
置状态, • 无光照时,反向电阻很大,
反向电流很小; • 有光照时,PN结处产生光生
电子空穴对; • 在电场作用下形成光电流,

传感器课后题及答案

传感器课后题及答案

传感器课后题及答案第1章传感器特性1.什么是传感器?(传感器定义)2.传感器由哪⼏个部分组成?分别起到什么作⽤?3. 传感器特性在检测系统中起到什么作⽤?4.解释下列名词术语:1)敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器。

5.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?6.某传感器精度为2%FS ,满度值50mv ,求出现的最⼤误差。

当传感器使⽤在满刻度值1/2和1/8 时计算可能产⽣的百分误差,并说出结论。

7.⼀只传感器作⼆阶振荡系统处理,固有频率f0=800Hz,阻尼⽐ε=0.14,⽤它测量频率为400的正弦外⼒,幅植⽐,相⾓各为多少?ε=0.7时,,⼜为多少?8.某⼆阶传感器固有频率f0=10KHz,阻尼⽐ε=0.1若幅度误差⼩于3%,试求:决定此传感器的⼯作频率。

9. 某位移传感器,在输⼊量变化5 mm时,输出电压变化为300 mV,求其灵敏度。

10. 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/℃、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V,求系统的总的灵敏度。

11.测得某检测装置的⼀组输⼊输出数据如下:a)试⽤最⼩⼆乘法拟合直线,求其线性度和灵敏度;b)⽤C语⾔编制程序在微机上实现。

12.某温度传感器为时间常数 T=3s 的⼀阶系统,当传感器受突变温度作⽤后,试求传感器指⽰出温差的1/3和1/2所需的时间。

13.某传感器为⼀阶系统,当受阶跃函数作⽤时,在t=0时,输出为10mV;t→∞时,输出为100mV;在t=5s时,输出为50mV,试求该传感器的时间常数。

14.某⼀阶压⼒传感器的时间常数为0.5s,若阶跃压⼒从25MPa,试求⼆倍时间常数的压⼒和2s后的压⼒。

15.某压⼒传感器属于⼆阶系统,其固有频率为1000Hz,阻尼⽐为临界值的50%,当500Hz的简谐压⼒输⼊后,试求其幅值误差和相位滞后。

传感器原理及其应用考试重点

传感器原理及其应用考试重点

传感器原理及其应用第一章传感器的一般特性1)信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术,是现代信息产业的三大支柱。

2)传感器又称变换器、探测器或检测器,是获取信息的工具广义:传感器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。

狭义:能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。

国家标准(GB7665-87):定义: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。

3)传感器的组成:敏感元件是直接感受被测量,并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。

转换元件:将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。

基本转换电路:上述电路参数接入基本转换电路(简称转换电路),便可转换成电量输出。

4)传感器的静态性能指标(1)灵敏度定义: 传感器输出量的变化值与相应的被测量(输入量)的变化值之比,传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。

①纯线性传感器灵敏度为常数,与输入量大小无关;②非线性传感器灵敏度与x有关。

(2)线性度定义:传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比,称为传感器的“非线性误差”或“线性度”。

线性度又可分为:①绝对线性度:为传感器的实际平均输出特性曲线与理论直线的最大偏差。

②端基线性度:传感器实际平均输出特性曲线对端基直线的最大偏差。

端基直线定义:实际平均输出特性首、末两端点的连线。

③零基线性度:传感器实际平均输出特性曲线对零基直线的最大偏差。

④独立线性度:以最佳直线作为参考直线的线性度。

⑤最小二乘线性度:用最小二乘法求得校准数据的理论直线。

(3)迟滞定义:对某一输入量,传感器在正行程时的输出量不同于其在反行程时的输出量,这一现象称为迟滞。

即:传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。

(4)重复性定义:在相同工作条件下,在一段短的时间间隔内,同一输入量值多次测量所得的输出之间相互偏离的程度。

《传感器与检测技术》第八章光电式传感器

《传感器与检测技术》第八章光电式传感器

光 检 测 放 大
烟 筒
刻 度 校 对
显 示 报 警 器
吸收式烟尘浊度监测系统组成框图
3.包装充填物高度检测
光电开光
光电信号
h 放大 整形 放大
执行机构
利用光电检测技术控制充填高度
五、光电耦合器件
1.光电耦合器 (1)耦合器的组合形式
(2)耦合器的结构形式
(3)耦合器常见的特性
对于光电耦合器的特性,应注意以下各项参数。 1)电流传输比 2)输入输出间的绝缘电阻 3)输入输出间的耐压 4)输入输出间的寄生电容 5)最高工作频率 6)脉冲上升时间和下降时间
的发射极一边做得很大,以扩大光的照射面积。
光敏晶体管的结构与原理电路
原理:光照射在集电结上时 ,形成光电流,相当于 三极管的基极电流。因而集电极电流是光生电流的 β倍,所以光敏晶体管有放大作用。
(3)基本特性 1)光谱特性
应用:光或探测赤热状态物体时,一般都用硅管。但 对红外光进行探测时,锗管较为适宜。
运动的“粒子流”,这种粒子称为光子。每个光子具
有的能量为: E=h·υ
υ—光波频率; h—普朗克常数,h=6.63*10-34J/Hz
对不同频率的光,其光子能量是不相同的,光波频率 越高,光子能量越大。用光照射某一物体,可以看 做是一连串能量为hγ的光子轰击在这个物体上,此 时光子能量就传递给电子,并且是一个光子的全部 能量一次性地被一个电子所吸收,电子得到光子传 递的能量后其状态就会发生变化,从而使受光照射
2.光电开关 (1)典型的光电开关结构
(2)光电开关的应用
第二节 光纤传感器
光纤传感器FOS(Fiber Optical Sensor)用光作为敏 感信息的载体,用光纤作为传递敏感信息的媒质。 因此,它同时具有光纤及光学测量的特点。

传感器原理及应用复习题库

传感器原理及应用复习题库

传感器原理及应用复习题库第一章 概述1、传感器一般由敏感元件、转换元件、基本电路三部分组成。

62、传感器图用图形符号由符号要素正方形和等边三角形组成,正方形表示转换元件,三角形表示敏感元件,“X ”表示被测量,“*”表示转换原理。

7第二章 传感器的基本特性1、传感器动态特性的主要技术指标有哪些?它们的意义是什么?答:1)传感器动态特性主要有:时间常数τ;固有频率n ω;阻尼系数ξ。

2)含义:τ越小系统需要达到稳定的时间越少;固有频率n ω越高响应曲线上升越快;当n ω为常数时响应特性取决于阻尼比ξ,阻尼系数ξ越大,过冲现象减弱,1ξ≥时无过冲,不存在振荡,阻尼比直接影响过冲量和振荡次数。

2、有一温度传感器,微分方程为30/30.15dy dt y x +=,其中y 为输出电压(mV) , x 为输入温度(℃)。

试求该传感器的时间常数和静态灵敏度。

解:对微分方程两边进行拉氏变换,Y(s)(30s+3)=0.15X(s)则该传感器系统的传递函数为: ()0.150.05()()303101Y s H s X s s s ===++ 该传感器的时间常数τ=10,灵敏度k=0.053、测得某检测装置的一组输入输出数据如下:试用最小二乘法原理拟合直线,求其线性度和灵敏度。

(10-12)1、解: b kx y +=)(b kx y i i i +-=∆22)(i i ii i i x x n y x y x n k ∑-∑∑∑-∑=222)()(i i i i i i i x x n y x x y x b ∑-∑∑∑-∑∑=代入数据求得68.0=k 25.0=b ∴ 25.068.0+=x y238.01=∆ 35.02-=∆ 16.03-=∆ 11.04-=∆ 126.05-=∆ 194.06-=∆ x0.9 2.5 3.3 4.5 5.7 6.7 y 1.1 1.6 2.6 3.2 4.0 5.0%7535.0%100max ±=±=⨯∆±=FS L y L γ 第三章 电阻式传感器1、何为电阻应变效应?怎样利用这种效应制成应变片?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。

传感器原理与应用复习要点

传感器原理与应用复习要点

第一章传感器的一般特性1.传感器技术的三要素。

传感器由哪3部分组成?2.传感器的静态特性有哪些指标?并理解其意义。

3.画出传感器的组成方框图,理解各部分的作用。

4.什么是传感器的精度等级?一个0.5级电压表的测量范围是0~100V,那么该仪表的最大绝对误差为多少伏?5.传感器工作在差动状态与非差动状态时的优点有哪些?灵敏度、非线性度?第二章应变式传感器6.应变片有那些种类?金属丝式、金属箔式、半导体式。

7.什么是压阻效应?8.应变式传感器接成应变桥式电路的理解、输出信号计算。

应变片桥式传感器为什么应配差动放器?9.掌握电子称的基本原理框图,以及各部分的作用。

10.电阻应变片/半导体应变片的工作原理各基于什么效应?11.半导体应变片与金属应变片各有哪些特点。

第三章电容式传感器12.电容式传感器按工作原理可分为哪3种?13.寄生电容和分布电容对电容式传感器有什么影响?解决电缆电容影响的方法有那些?14.什么是电容电场的边缘效应?理解等位环的工作原理。

15.运算法电容传感器测量电路的原理及特点。

第四章电感式传感器16.了解差动变压器的用途及特点。

17.差动变压器的零点残余电压产生的原因?第五章压电式传感器18.什么是压电效应?什么是逆压电效应?常用压电材料有哪些?19.压电传感器能否测量缓慢变化和静态信号?为什么?20.压电传感器的前置放大器电路形式主要有哪两种?理解电压放大器、电荷放大器的作用。

第六章数字式传感器21.光栅传感器的原理。

采用什么技术可测量小于栅距的位移量?22.振弦式传感器的工作原理。

第七章热电式传感器23.热电偶的热电势由那几部分组成?24.热电偶的三定律的理解。

25.掌握热电偶的热电效应。

26.热电偶冷端补偿原理和必要性及补偿电桥法的补偿原理。

27.铂电阻采用三线制接线方式的原理和特点?28.采用负温度系数热敏电阻稳定晶体管放大器静态工作点的工作原理。

29.集成温度传感器AD590的主要特点。

光电传感器工作原理

光电传感器工作原理

光电传感器工作原理光电效应是指在光的照射下,物质中的光电子被激发并获得能量从而产生电子跃迁现象。

当光子能量大于物质中的束缚电子能量时,光子与物质发生相互作用,光子的能量被传递给束缚电子,使其脱离束缚态,以自由电子的形式存在。

这个过程可以通过光电子能量E与光子能量hν的关系表述为E=hν-Φ,其中Φ是逸出功。

1.光电管是最早应用的光电传感器之一、它是由一个光电阴极和一个打击子电极构成的真空管。

光电阴极受到光的照射后,产生光电效应,电子从阴极释放并被加速器电极加速,形成电流。

这个电流大小与光照强度成正比。

2.光电二极管是一种具有PN结构的半导体器件。

当光照到PN结处时,光子的能量足够高以克服PN结的势垒,电子-空穴对会被产生并导致电流流动。

光电二极管的电流大小与光照强度成正比。

3.光敏电阻是一种利用光照引起半导体电阻变化的器件。

当光照到光敏电阻时,光子的能量会改变半导体中的载流子浓度,从而改变电阻值。

光敏电阻的电阻值与光照强度成反比。

4.光传感二极管是一种结合了光电二极管和放大器的器件。

它具有光电二极管的光电转换特性和放大器的电流放大功能。

光传感二极管的工作原理与光电二极管类似,但其输出电流经过放大后可以直接驱动负载。

除了利用光电效应的原理进行光电转换,光电传感器还可以采用其他工作原理。

比如,光热传感器通过光的吸收转化为热能,进而改变器件的电阻值;克尔传感器则是利用光的偏振改变器件的电阻值;光电耦合器件是将光信息转换为电信息的一类器件等等。

总的来说,光电传感器的工作原理主要基于光电效应,通过光照引起材料中电子的跃迁,进而将光信号转换为电信号。

不同的光电传感器根据器件的不同结构和材料,采用不同的工作原理。

光电传感器在工业、环境检测、医疗等领域都有广泛应用,成为现代科技发展中不可或缺的关键设备。

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图中(a)所示,是将电机转轴转动时黑白两色交替出现,使得反光与不反光交替出现,光电元件接收到间断的反射光信号,并输出脉冲。

这样,电机转轴的转速变换成相应频率的脉冲,通过测量脉冲频率可以得到转速值。

图中(b)所示为在电机转轴上固定一个有若干透光孔的调制盘,当转轴转动时,由发光二极管发出的光被调制盘调制成随时间变化的调制光,并与转轴转速相对应。

脉冲频率的测量方法有频率-电压变换(FVC)、数字频率计、单片机CTC计数等,具有结构简单、可靠性高、测量精度较高等优点。

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