第10章光电式传感器

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光电式传感器

-20 ºC 3.0 4.0 λ/μm
21
常用光敏电阻旳性能参数
给出常用国产MG型光敏电阻旳性能参数
表2.5（1）
常用旳光敏电阻器型号有密封型旳MG41、MG42、MG43和非密封型旳MG45（售22价便宜）。它们旳额定功率均在200mW下列。
② 光敏晶体管
广泛应用于光纤通信、红外线遥控器、光电耦合器、控制伺服电机转速旳检测、光电读出装置等场合。
根据能量守恒定理
h
1 2
m02
A
式中 m—电子质量；v0—电子逸出速度。 h—普朗克常数，6.626×10-34J·s；ν—光旳频率（s-1）
该方程称为爱因斯坦光电效应方程。
可见：光电子能否产生，取决于光子旳能量是否不小于该物体旳表面逸出功。
h A
hc A
1.239 A
m
0
即入射光波长不大于波长限
光敏二（三）极管存在一种最佳敏捷度旳峰值波长。当入射光旳波长增长时，相对敏捷度要下降。因为光子能量太小，不足以激发电子空穴对。当入射光旳波长缩短时，相对敏捷度也下降，这是因为光子在半导体表面附近就被吸收，而且在表面激发旳电子空穴对不能到达PN结，因而使相对敏捷度下降。01.239 A Nhomakorabeam
时才干产生外光电效应 6
光电管
光电管是装有光阴极和阳极旳真空玻璃管，其阴极受到合适旳光照后发射光电子，这些光电子被具有一定电位旳阳极吸引，并在管内形成空间电子流，称为光电流。此时若光强增大，轰击阴极旳光子数增多，单位时间内发射旳光电子数也就增多，光电流变大。在光电管旳外电路上接合适电阻，电阻上旳电压降将和管内空间电流成正比，或与照射到光电管阴极上旳光有函数关系，从而实现光电转换。

《光电式传感器》课件2

响应速度快
抗干扰能力强
光电式传感器的响应速度很快，可以在短时间内完成大量数据的采集和处理，适合用于高速动态测量。
光电式传感器通常采用光信号传输，不易受到电磁干扰的影响，可以在强磁场、强电场等恶劣环境中正常工作。
光电式传感器的缺点
对环境要求高
光电式传感器的工作会受到环境光的影响，如果周围环境光较强，可能会对测量结果造成
，确保设备正常工作。
光学仪器控制
02
光电式传感器用于控制医疗光学仪器，如显微镜、内窥镜等，
提高仪器的操作精度和稳定性。
生物医学研究
03
光电式传感器可以用于生物医学研究，如检测生物组织的光学
特性、血氧饱和度等。
光电式传感器在环境监测领域的应用
01
02
03
大气污染监测
光电式传感器可以检测大气中的有害气体、颗粒物等，为环境保护提供数据支持。
干扰。
测量范围有限
光电式传感器的测量范围通常较小，对于较大尺寸或较远距离的测量可能无法达到所需的精度。
成本较高
光电式传感器通常需要使用高质量的光学元件和精密机械结构，导致其制造成本较高。
维护保养复杂
由于光电式传感器内部结构较为复杂，如果发生故障需要专业人员进行维修保养，相对较
为不便。
光电式传感器的改进方向
交通安全监控
光电式传感器可以用于交通安全监控，如红绿灯控制系统、车辆速度监测等。
03
光电式传感器的优缺点
光电式传感器的优点
高精度测量
非接触测量
光电式传感器由于其工作原理，可以实现对微小变化的精确测量，尤其在测量距离、角度、位移等参数时具有较高的精度。

《光电式传感器》PPT课件

光电式传感器
.
1
引言
光电式传感器是把被测物理量的变化先转换成光信号的变化，然后再通过光电转换元件把光信号变换成电信号的一种传感器。光电式传感器的测量方法灵活多样，并且具有使用方便、非接触、高精度、高分辨力、高可靠性和反应快等一系列优点，因而发展十分迅速，而且随着激光、光栅、光导纤维、CCD等器件的相继问世，光电传感器在检测及自动控制领域中得到了更广泛的应用。
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15
光敏电阻
当光敏电阻受到光照时，阻值减小。
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16
（2）光敏电阻的基本特性和主要参数。
光敏电阻的伏安特性。
I(mA)
6 5 4 3 2 1
0
硫化铅硫化铊 UV
50 100
光敏电阻的伏安特性
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光敏电阻的光照特性
光敏电阻的光谱特性。
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9.1.3 内光电效应器件
光电倍增管的主要参数
（1）倍增系数M。
（2）光电阴极灵敏度和光电倍增管的总灵敏度。
放大倍数
106 105 104 103
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25 50 75 100 125 150
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极间电压（ V）
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1．光敏电阻
光敏电阻又称光导管，是一种均质半导体光电元件。它具有灵敏度高、光谱响应范围宽、体积小、重量轻、机械强度高、耐冲击、耐振动、抗过载能力强和寿命长等特点
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（1）光敏晶体管结构与工作原理
0.8
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1.0 波长(m)
9
9.1.2 外光电效应器件

光电式传感器优秀优秀课件

如图9-2为光电倍增管的典型结构。它是一个除在玻璃泡内装入光电阴极和光电阳极外，还装有若干个光电倍增极，且在光电倍增极上涂以在电子轰击下可发射更多次级电子的材料，倍增极的形状及位置要正好能使轰击进行下去，在每个倍增极间均依次增大加速电压。
光电式传感器优秀优秀课件
光电式传感器优秀优秀课件
设每级的倍增率为δ，若有n级，则光电倍增管的光电流倍增率将为δ n 。倍增级数n可在4~ 14 之间，δ的范围一般是 3~6。
如图9-21所示是两个光电管的差接电路，V1、V2为放大管。其示值可在指示仪表P上读得。
在平衡工作状态时，指示仪表处在零位。 2.光电倍增管的测量电路
常见的光电倍增管电路如图9-22所示，各倍增极的电压由分压电阻链R1、R2……Rn获得，被放大的电流流经负载电阻就得到了所需的输出电压。
光电式传感器优秀优秀课件
光电式传感器优秀优秀课件
光电式传感器优秀优秀课件
如果光电倍增管用来连续监控很稳定的光源，则图中的 Cn~Cn-2可以省略。使用中往往把电源正极接地，使阳极可以直接接到放大器的输入端而不使用隔离电容Ca，这样系统将能响应变化很慢的光强，如果将稳定的光源加以调制，那么就可以用电容器耦合。
当辐射源为脉冲通量时要把电源负极接地，这样噪声将更低。这时应接入隔离电容 Ca，同时用电容器Cn~Cn-2稳定最后几个倍增极在脉冲期间的电压，这些电容器有助于稳定增益和防止饱和，它们通过电源去耦电容器C将脉冲电压接地。
三、光电池 1.光电池的结构与原理（1）结构
硅光电池是在一块N型硅片上用扩散的方法掺入一些P型杂质形成一个大面积的PN结，如图9-11所示。
（2）原理当光照射到PN结附近时，若光子能量大于半导体材料的

传感与检测技术传感器原理光电式

特点：效率高，省电，功率大；含有丰富的紫外线和频谱；容易污染环境，玻璃易碎，发光调制频率较低。
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光电式传感器
6
附2：光源
Light source
③ 发光二极管：
发光二极管是一种电致发光的半导体器件（LED， Light-Emitting Diode）。
特点：体积小，属固体光源，耐振动；无辐射，无污染；功耗低；寿命长；响应快；供电电压低；成本低。
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光电式传感器
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光电器件的光照特性：
光敏电阻的光照特性呈非线性，宜作开关元件。
光敏晶体管的灵敏度和线性度均好，既可作线性转换元件，也可作开关元件。
光电池的短路电流在很大范围内与光照度呈线性关系，宜作线性转换元件；开路电压与光照度的关系呈非线性，宜作开关元件。
2020/7/2
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光电式传感器
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附2：光源
Light source
2. 常用光源：
① 热辐射光源，如白炽光源。
特点：光谱线较丰富，包含可见光与红外光；发光效率低；发热大；寿命短；易碎，电压高，使用有一定的危险。
② 气体放电光源：
原子辐射光谱呈现许多分离的明线条，称为线光谱；分子辐射光谱是一段段的带，称为带光谱。线光谱和带光谱的结构与气体成分有关。
光电式传感器
Photoelectric sensor
光电式传感器
Photoelectric sensor
光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量。
光电传感器的组成：
光电式传感器具有非接触、响应快、性能

第十章光电传感器第四节光电开关及光电断续器

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智能化光电开关的自学习过程示意图
学习指示灯阈值开关
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表面反射率
对于漫反射式光电开关发出的光线需要被检测物表面将足够的光线反射回接收器，所以检测距离和被检测物体的表面反射率及粗糙程度将决定接收器接收到光线强度，被检测物体的表面还应尽量垂直于光电开关的发射光线。
2020/3/17
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反射型光电开关外形
信号电源指示指示
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反射型光电开关外形（续）
灵敏度调节电位器
2020/3/17
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智能化自学习型光电开关
常规反射型光电开关的动作距离是不变的（与型号有关），当检测流水线上的漫反射物体时，必须调节安装距离，十分不方便。自学习型光电开关上设置了一只阈值开关，当流水线上的被检测物体到达光电开关面前时，按下阈值开关数秒，待“学习”指示灯闪亮停止后，内部的微处理器就记住了两者之间的距离，就能在一定的允许范围内，可靠地对之后来到的被检测物体作出反应。当流水线上的被检测品种改变时，只需再次“学习”，而不必调节机械安装螺丝。
安全区示警
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反射型光电开关
反射型光电开关分为两种情况：反射镜反射型及被测物漫反射型（简称散射型）。
反射镜反射型光电开关采用较为方便的单侧安装方式，但需要调整反射镜的角度以取得最佳的反射效果。反射镜通常使用三角棱镜，它对安装角度的变化不太敏感，有的还采用偏光镜，它能将光源发出的光转变成偏振光（波动方向严格一致的光）反射回去，提高抗干扰能力。
光电断续器外形
2020/3/17
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光电断续器外形（续）

光电式传感器的应用课件

详细描述
光电式传感器可以用于机器人视觉系统中，以识别物体的颜色和形状。例如，颜色传感器可以通过检测物体表面的颜色来识别不同物体，而形状传感器则可以识别物体的轮廓和特征。
总结词
实现导航和定位
总结词
实现人机交互
详细描述
光电式传感器可以用于实现人机交互，例如触摸传感器可以检测人的触摸动作，而光敏传感器则可以检测人的手势和动作。
医疗诊断
医疗设备检测
光电式传感器可以用于医疗设备的检测与控制，提高医疗设备的稳定性和安全性。
医学影像处理
光电式传感器可以用于医学影像的获取和处理，为医生提供更准确、更直观的诊断依据。
03
光电式传感器在工业自动化中的应用案例
光电式传感器在生产线上的应用
总结词
检测物体位置和运动速度
详细描述
详细描述：光电式传感器在气象观测中主要用于测量风速、风向、雨量等参数。由于其精度高、稳定性好，能够为气象预报提供准确的数据支持。
光电式传感器在水质监测中的应用
总结词：实时监测
详细描述：光电式传感器可以实时监测水质的各项指标，如浊度、溶解氧、PH值等，为水质管理和保护提供及时的信息。
光电式传感器在空气质量监测中的应用
光电式传感器在消防报警系统中的应用
总结词
光电式传感器在消防报警系统中具有重要作用，能够及时检测到火灾并发出警报，减少火灾损失。
详细描述
光电式传感器在消防报警系统中主要用于烟雾探测器、火焰探测器等设备，能够及时检测到火灾并发出警报，提醒人员及时疏散和采取灭火措施，减少火灾损失。
光电式传感器在入侵检测系统中的应用
光电式传感器的应用课件
目
CONTENCT

10光电式传感器习题与解答

第10章光电式传感器一、单项选择题1、下列光电式传感器中属于有源光敏传感器的是（）。

A. 光电效应传感器B. 红外热释电探测器C. 固体图像传感器D. 光纤传感器2、下列光电器件是根据外光电效应做出的是（）。

A. 光电管B. 光电池C. 光敏电阻D. 光敏二极管3、当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时，光通量与光电流之间的关系称为光电管的（）。

A. 伏安特性B. 光照特性C. 光谱特性D. 频率特性4、下列光电器件是基于光导效应的是（）。

A. 光电管B. 光电池C. 光敏电阻D. 光敏二极管5、光敏电阻的相对灵敏度与入射波长的关系称为（）。

A. 伏安特性B. 光照特性C. 光谱特性D. 频率特性6、下列关于光敏二极管和光敏三极管的对比不正确的是（）。

A. 光敏二极管的光电流很小，光敏三极管的光电流则较大B. 光敏二极管与光敏三极管的暗点流相差不大C. 工作频率较高时，应选用光敏二极管；工作频率较低时，应选用光敏三极管D. 光敏二极管的线性特性较差，而光敏三极管有很好的线性特性7、下列光电式传感器中属于有源光敏传感器的是（）。

A. 光电效应传感器B. 红外热释电探测器C. 固体图像传感器D. 光纤传感器8、光敏电阻的特性是（）A．有光照时亮电阻很大 B．无光照时暗电阻很小C．无光照时暗电流很大 D．受一定波长围的光照时亮电流很大9、基于光生伏特效应工作的光电器件是（）A．光电管 B.光敏电阻C．光电池 D.光电倍增管10、CCD以（）为信号A. 电压B.电流C．电荷 D.电压或者电流11、构成CCD的基本单元是（）A. P型硅B.PN结C. 光电二极管D.MOS电容器12、基于全反射被破坏而导致光纤特性改变的原理，可以做成（）传感器，用于探测位移、压力、温度等变化。

A.位移B.压力C.温度D.光电13、光纤传感器一般由三部分组成，除光纤之外，还必须有光源和( )两个重要部件。

A.反射镜B.透镜C.光栅D.光探测器14、按照调制方式分类，光调制可以分为强度调制、相位调制、频率调制、波长调制以及( )等，所有这些调制过程都可以归结为将一个携带信息的信号叠加到载波光波上。

光电式传感器工作原理

光电式传感器工作原理
首先，光电式传感器的光源发出一束光线，这个光源可以是LED、激光等光源。

光线穿过透镜，形成一个光斑，这个光斑照射在目标物体上。

当目标物体经过光斑时，光线被遮挡，光斑的亮度发生变化。

其次，光电元件接收到被遮挡后的光线，光电元件可以是光敏电阻、光敏二极
管等。

光电元件将接收到的光信号转换为电信号，其大小与光线的强度成正比。

当目标物体遮挡光线时，光电元件输出的电信号会发生变化。

最后，信号处理电路对光电元件输出的电信号进行放大、滤波、数字化处理，
最终输出一个数字信号。

这个数字信号可以被微处理器、PLC等设备接收并进行
进一步的处理，比如控制执行器的动作、显示检测结果等。

总的来说，光电式传感器的工作原理是利用光源发出光线，目标物体遮挡光线后，光电元件接收到的光信号发生变化，通过信号处理电路进行处理，最终输出一个数字信号。

光电式传感器具有检测速度快、精度高、寿命长等特点，广泛应用于工业自动化控制、物体计数、安全防护等领域。

在实际应用中，我们需要根据具体的检测要求选择合适的光源、光电元件和信
号处理电路，以及合适的安装位置和检测距离，从而确保光电式传感器能够准确可靠地工作。

同时，我们也需要注意保持光源和光电元件的清洁，避免灰尘或污物影响检测效果。

总之，光电式传感器是一种重要的工业自动化检测设备，它的工作原理简单明了，应用广泛。

通过了解光电式传感器的工作原理，我们可以更好地应用和维护这一类传感器，为工业生产和生活提供更好的服务。

传感器技术课件-光电式传感器

传感器内部组件和信号传输路径的图解。
发射器和接收器的原理和作用
光电式传感器通常由发射器和接收器组成。发射器发出光信号，接收器接收被物体反射或透过的光信号，并转换为电信号进行处理和分析。
发射器
发出特定波长的光，并通过透明或反射介质照射到目标物体上。
接收器
接收被物体反射或透过的光信号，并将其转换为电信号进行处理和分析。
光电式传感器的响应时间
光电式传感器的响应时间是指从接收到输入信号到输出信号变化的时间。快速响应时间对于实时控制和测量非常重要。
1
短响应时间
光电式传感器通常具有快速的响应时间，能够即时检测和响应变化。
2
微秒级别
一些高速光电式传感器甚至能够在微秒级别的时间内完成响应。
3
应用领域
广泛应用于高速测量、快速反应控制和精确定位等领域。
用于气体检测、水质监测和灰尘控制。
光电式传感器的特点和优势
高精度
2 非接触式
可提供精确的测量和控制结果。
无需物理接触目标物体，减少磨损和污染。
3 快速响应
具有快速的感应和响应时间。
光电式传感器的原理图解
电路
传感器的工作原理以及与其他电子设备的连接。
组成
传感器的核心组件和工作流程的图解。
结构
传感器技术课件-光电式传感器
本课件将介绍光电式传感器的工作原理、分类、应用场景以及特点和优势。我们还将讨论光电式传感器的信号处理、响应时间、精度和灵敏度，以及常见故障与解决方法。
传感器的基本原理
传感器通过感知环境中的物理量、化学量或生物量，并将其转换为可用的信号。基本原理包括电阻、电容、磁性和光电效应等。
1
电阻

光电式传感器-PPT课件

光敏电阻的光谱特性。
100
Sr 灵敏度 (%)
80 60 40 20 0 硫化镉 1.5 3 硫化铅硫化铊
光电流 I
mA
波长（ A）
2019/3/16
18
100
灵敏度 S ( %)
硫化铅
光敏电阻的频率特性
8 0 6 0 4 0 2 0 0 10 100
硫化镉
1000
10000
频率（ H z）

光电管
6
9.1.2 外光电效应器件

光电管的伏安特性曲线
I (A)
4 3
0 . 1 lm
0 .0 5 lm
2
0 .0 2 lm
1 0 20 40 60 80 100
U A（ V ）
7
9.1.2 外光电效应器件

光电管的光照特性
光电流 I ( A)
16 12 8 4 0 0.2 0.4
2
9.1 光电传感器
9.1.1 光电效应

所谓光电效应是指在光的照射下一些金属、金属氧化物或半导体材料释放电子的现象。光子是具有一定能量的微粒，是以光速运动的粒子流。每一个光子都具有一定的能量，它的能量大小E与其频率成正比。
Eh hc

3
9.1.1 光电效应

光电效应分为内光电效应和外光电效应。当物体在光的作用下所释放的电子没有逸出物体表面，而只在物体的内部运动并使物体的电学特性发生变化的现象叫做内光电效应，内光电效应多产生于半导体材料内。当物体在光的作用下使物体中的电子从物体表面逸出的现象，叫做外光电效应，外光电效应多发生于金属或金属氧化物内。

光电传感器PPT

光敏二极管是最常见的光传感器。光敏二极管的外型与一般二极管一样，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小（<µA），称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。
光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。光敏三级管的外型与一般三极管相差不大，一般光敏三极管只引出两个极——发射极和集电极，基极不引出，管壳同样开窗口，以便光线射入。为增大光照，基区面积做得很大，发射区较小，入射光主要被基区吸收。工作时集电结反偏，发射结正偏。在无光照时管子流过的电流为暗电流 Iceo=（1+β）Icbo（很小），比一般三极管的穿透电流还小；当有光照时，激发大量的电子-空穴对，使得基极产生的电流Ib增大，此刻流过管子的电流称为光电流，集电极电流Ic=（1+β）Ib，可见光电三极管要比光电二极管具有更高的灵敏度。
应用
一、烟尘浊度监测仪防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。
六、光电池在光电检测和自动控制方面的应用光电池作为光电探测使用时，其基本原理与光敏二极管相同，但它们的基本结构和制造工艺不完全相同。由于光电池工作时不需要外加电压；光电转换效率高，光谱范围宽，频率特性好，噪声低等，它已广泛地用于光电读出、光电耦合、光栅测距、激光准直、电影还音、紫外光监视器和燃气轮机的熄火保护装置等。

光电式传感器习题及解答

一、单项选择题1、下列光电式传感器中属于有源光敏传感器的是（）。

A. 光电效应传感器B. 红外热释电探测器C. 固体图像传感器D. 光纤传感器2、下列光电器件是根据外光电效应做出的是（）。

A. 光电管B. 光电池C. 光敏电阻D. 光敏二极管3、当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时，光通量与光电流之间的关系称为光电管的（）。

A. 伏安特性B. 光照特性C. 光谱特性D. 频率特性4、下列光电器件是基于光导效应的是（）。

A. 光电管B. 光电池C. 光敏电阻D. 光敏二极管5、光敏电阻的相对灵敏度与入射波长的关系称为（）。

A. 伏安特性B. 光照特性C. 光谱特性D. 频率特性6、下列关于光敏二极管和光敏三极管的对比不正确的是（）。

A. 光电效应传感器B. 红外热释电探测器C. 固体图像传感器D. 光纤传感器8、光敏电阻的特性是（）A．有光照时亮电阻很大 B．无光照时暗电阻很小C．无光照时暗电流很大 D．受一定波长范围的光照时亮电流很大9、基于光生伏特效应工作的光电器件是（）A．光电管 B.光敏电阻C．光电池 D.光电倍增管10、CCD以（）为信号A. 电压B.电流C．电荷 D.电压或者电流11、构成CCD的基本单元是（）A. P型硅结C. 光电二极管电容器12、基于全反射被破坏而导致光纤特性改变的原理，可以做成（）传感器，用于探测位移、压力、温度等变化。

A.位移B.压力C.温度D.光电13、光纤传感器一般由三部分组成，除光纤之外，还必须有光源和( )两个重要部件。

10光电式传感器习题及解答

10光电式传感器习题及解答第 10 章光电式传感器、单项选择题1、下列光电式传感器中属于有源光敏传感器的是（）。

A. 光电效应传感器B. 红外热释电探测器C. 固体图像传感器D.光纤传感器2、下列光电器件是根据外光电效应做出的是（）。

A. 光电管B. 光电池C. 光敏电阻D. 光敏⼆极管3、当光电管的阳极和阴极之间所加电压⼀定时，光通量与光电流之间的关系称为光电管的（）。

A. 伏安特性B. 光照特性C. 光谱特性D.频率特性4、下列光电器件是基于光导效应的是（）。

A. 光电管B. 光电池C. 光敏电阻D.光敏⼆极管5、光敏电阻的相对灵敏度与⼊射波长的关系称为（）。

A. 伏安特性B. 光照特性C. 光谱特性D.频率特性6、下列关于光敏⼆极管和光敏三极管的对⽐不正确的是（）。

A. 光敏⼆极管的光电流很⼩，光敏三极管的光电流则较⼤B. 光敏⼆极管与光敏三极管的暗点流相差不⼤C. ⼯作频率较⾼时，应选⽤光敏⼆极管；⼯作频率较低时，应选⽤光敏三极管D. 光敏⼆极管的线性特性较差，⽽光敏三极管有很好的线性特性 7、下列光电式传感器中属于有源光敏传感器的是（）。

A. 光电效应传感器B. 红外热释电探测器C. 固体图像传感器D.光纤传感器C.电荷D.电压或者电流 11、构成CCD 勺基本单元是()8、光敏电阻的特性是（）A.有光照时亮电阻很⼤ B C.⽆光照时暗电流很⼤D9、基于光⽣伏特效应⼯作的光电器件是（A 光电管 B. C.光电池 D.10、CCD U(）为信号A. 电压B..⽆光照时暗电阻很⼩.受⼀定波长围的光照时亮电流很⼤）光敏电阻光电倍增管电流A. P 型硅结C. 光电⼆极管电容器12、基于全反射被破坏⽽导致光纤特性改变勺原理，可以做成( )传感器，⽤于探测位移、压⼒、温度等变化。

A. 位移B. 压⼒C. 温度D. 光电13、光纤传感器⼀般由三部分组成，除光纤之外，还必须有光源和( ) 两个重要部件。