传感器技术第8章光电式传感器
传感器与检测技术光电式传感器
物联网的蓬勃发展
随着物联网的普及，光电式传感器将在更多领域展 现出更大的应用潜力。
光电式传感器与物联网的结合
1 物联网的发展
物联网连接了各种设备和传感器，实现了更智能、便捷的生活和工作。
2 光电式传感器在物联网中的应用
光电式传感器可以与其他传感器和设备连接，为物联网系统提供高精度的光学检测能力。
未来发展趋势和展望
技术创新
随着技术的不断进步，光电式传感器将变得更加灵 敏、精确和可靠。
光电式传感器的原理和优势
1 光电式传感器的工作原理
通过发射光信号并检测被物体反射回来的光 信号来实现物体检测。
2 光电式传感器的优势
具有高灵敏度、高分辨率和快速响应的特点， 适用于各种环境中的精确测量。
光电式传感器的应用领域
工业自动化
光电式传感器广泛应用于工业机械的自动化控 制中，例如物料检测和位置识别。
交通运输
光电式传感器在交通运输领域中用于交通信号 控制和车辆检测。
机器人技术
光电式传感器在机器人技术中发挥重要作用， 可帮助机器人感知周围环境并执行任务。
医疗保健
光电式传感器可应用于医疗设备中，如医疗成 像和生命体征监测。
光电式传感器的工作原理和结构
光电式传感器的工作原理
当物体进入传感器的检测范围时，光电传感器会发 射光束并检测反射光的强弱以实现物体的检测。
光电式传感器的结构
光电式传感器通常由发射器、接收器和信号处理电 路组成。
光电式传感器的应用案例
1
自动门传感器
光电式传感器可用于自动门系统中，实现自动开关门功能。
2
打印机纸张检测
光电式传感器可用于打印机中检测纸张的位置和状态。
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22
重复性
图1-4所示为校正曲线的重复特性。
正行程的最大重复性偏差为△Rmax1, 反行程的最大重复 性偏差为△Rmax2，重复性误差取这两个最大偏差中之较 大者为△Rmax，再以满量程输出的百分数表示，即
rR
Rmax yFS
100%
（1-15）
式中 △Rmax----输出最大不重复误差。
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现代人们的日常生活中，也愈来愈离不开检测技术。例 如现代化起居室中的温度、湿度、亮度、空气新鲜度、防火、 防盗和防尘等的测试控制，以及由有视觉、听觉、嗅觉、触 觉和味觉等感觉器官，并有思维能力机器人来参与各种家庭 事务管理和劳动等，都需要各种检测技术。
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自动检测系统的基本组成
自动检测系统是自动测量、自动资料、自动保护、自动 诊断、自动信号处理等诸系统的总称，基本组成如图1-7。
图1-10 微差法测量稳压电源输出电压的微小变化
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误差处理 主要内容
• 一、误差与精确处理 • 二、测量数据的统计处理 • 三、间接测量中误差的传递 • 四、有效数字及其计算法则
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误差与精确处理
主要内容
(1)绝对误差与相对误差 (2)系统误差、偶然误差和疏失误差 (3)基本误差和附加误差 (4)常见的系统误差及降低其对测量结果影响的方法
（1-17）
由于种种原因，会引起灵敏度变化，产生灵敏度误差。灵 敏度误差用相对误差来表示
k10% 0 sk
（1-18）
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分辨率
分辨率是指传感器能检测到的最小的输入增量。 分辨率可用绝对值表示，也可以用满量程的百分比表 示。
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。
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
Uφ
-
-
+ + + +
+ + + +
《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。
光电式传感器工作原理
光电式传感器工作原理
光电式传感器是一种能够将光信号转化为电信号的装置。
其工作原理基于光电效应，即当光线照射到光敏元件上时，会引起该元件内部电子的跃迁，从而产生电流或电压。
光电式传感器通常由发射器和接收器两部分组成。
发射器通常是一个光源，它会产生一个特定的光束，并将其照射到待测物体上。
接收器则是光敏元件，它能够接收被物体反射、散射或透过的光束。
当光线照射到待测物体上时，一部分光线会被物体吸收，一部分光线会被物体反射回来。
接收器会接收到被物体反射回来的光线，并将其转化为相应的电信号。
这个电信号可以被放大、处理和解读，从而得到相应的物体信息。
光电式传感器可以应用到各种不同的领域中，如自动控制、检测和测量。
在自动控制中，它可以用来检测物体的位置、颜色、形状等属性，从而实现自动化的控制系统。
在检测和测量中，它可以用来检测流体的液位、物体的距离、物体的速度等参数。
总的来说，光电式传感器通过光电效应将光信号转化为电信号，从而实现对物体进行检测和测量的功能。
其工作原理简单而有效，被广泛应用于各个领域中。
传感器考试试题及答案
传感器原理及其应用习题第1章传感器的一般特性一、选择、填空题1、衡量传感器静态特性的重要指标是_灵敏度______、__线性度_____、____迟滞___、___重复性_____等。
2、通常传感器由＿＿敏感元件＿＿、＿＿转换元件＿＿＿＿、＿转换电路＿＿＿＿三部分组成，是能把外界＿非电量＿转换成＿＿＿电量＿＿＿的器件和装置。
3、传感器的＿＿标定＿＿＿是通过实验建立传感器起输入量与输出量之间的关系，并确定不同使用条件下的误差关系。
4、测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为粗大、系统和随机误差三类，其中随机误差可以通过对多次测量结果求平均的方法来减小它对测量结果的影响。
5、一阶传感器的时间常数τ越__________,其响应速度越慢;二阶传感器的固有频率ω0越_________,其工作频带越宽。
6、按所依据的基准直线的不同，传感器的线性度可分为、、、。
7、非线性电位器包括和两种。
8、通常意义上的传感器包含了敏感元件和（C）两个组成部分。
A.放大电路B.数据采集电路C.转换元件D.滤波元件9、若将计算机比喻成人的大脑，那么传感器则可以比喻为(B)。
A．眼睛B.感觉器官C.手D.皮肤10、属于传感器静态特性指标的是（D）?A.固有频率?B.临界频率?C.阻尼比?D.重复性11、衡量传感器静态特性的指标不包括（C）。
A.线性度B.灵敏度C.频域响应D.重复性12、下列对传感器动态特性的描述正确的是（）A一阶传感器的时间常数τ越大,其响应速度越快B二阶传感器的固有频率ω0越小,其工作频带越宽C一阶传感器的时间常数τ越小,其响应速度越快。
D二阶传感器的固有频率ω0越小,其响应速度越快。
二、计算分析题1、什么是传感器？由几部分组成？试画出传感器组成方块图。
2、传感器的静态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义。
作业3、传感器的动态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义第2章电阻应变式传感器一、填空题1、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称__应变_____效应；半导体或固体受到作用力后_电阻率______要发生变化，这种现象称__压阻_____效应。
传感器与检测技术试题与答案
第1章 传感器与检测技术基础思考题答案 l.检测系统由哪几部分组成 说明各部分的作用;答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成,分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能;当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分;下图给出了检测系统的组成框图;检测系统的组成框图传感器是把被测量转换成电学量的装置,显然,传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件,是检测系统最重要的环节,检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的,因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差;测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号;通常传感器输出信号是微弱的,就需要由测量电路加以放大,以满足显示记录装置的要求;根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作;显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节,主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程;2.传感器的型号有几部分组成,各部分有何意义依次为主称传感器 被测量—转换原理—序号主称——传感器,代号C ；被测量——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记;见附录表2；转换原理——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记;见附录表3；序号——用一个阿拉伯数字标记,厂家自定,用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等;若产品性能参数不变,仅在局部有改动或变动时,其序号可在原序号后面顺序地加注大写字母A 、B 、C 等,其中I 、Q 不用;例：应变式位移传感器： C WY -YB -20；光纤压力传感器：C Y -GQ -2;3.测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时,应当采用何种测量方法 如何进行答：测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情况时,最好采用微差式测量;此时输出电压认可表示为U 0,U 0=U +△U ,其中△U 是负载电阻变化所引起的输出电压变化量,相对U 来讲为一小量;如果采用偏差法测量,仪表必须有较大量程以满足U 0的要求,因此对△U ,这个小量造成的U 0的变化就很难测准;测量原理如下图所示：图中使用了高灵敏度电压表——毫伏表和电位差计,R r 和E 分别表示稳压电源的内阻和电动势,凡表示稳压电源的负载,E 1、R 1和R w 表示电位差计的参数;在测量前调整R 1使电位差计工作电流I 1为标准值;然后,使稳压电源负载电阻R 1为额定值;调整RP 的活动触点,使毫伏表指示为零,这相当于事先用零位式测量出额定输出电压U;正式测量开始后,只需增加或减小负载电阻R L 的值,负载变动所引起的稳压电源输出电压U 0的微小波动值ΔU ,即可由毫伏表指示出来;根据U 0=U +ΔU ,稳压电源输出电压在各种负载下的值都可以准确地测量出来;微差式测量法的优点是反应速度快,测量精度高,特别适合于在线控制参数的测量;用微差式测量方法测量稳压电源输出电压随负载的变化4.某线性位移测量仪,当被测位移由4.5mm 变到5.0mm 时,位移测量仪的输出电压由3.5V 减至2.5V ,求该仪器的灵敏度;解：该仪器的灵敏度为25.40.55.35.2-=--=S mV/mm 5.某测温系统由以下四个环节组成,各自的灵敏度如下：铂电阻温度传感器： 0.45Ω/℃电桥： 0.02V/Ω放大器： 100放大倍数笔式记录仪： 0.2cm/V求：1测温系统的总灵敏度；2记录仪笔尖位移4cm 时,所对应的温度变化值;解：1测温系统的总灵敏度为18.02.010002.045.0=⨯⨯⨯=S cm/℃2记录仪笔尖位移4cm 时,所对应的温度变化值为22.2218.04==t ℃ 6.有三台测温仪表,量程均为0~800℃,精度等级分别为2.5级、2.0级和1.5级,现要测量500℃的温度,要求相对误差不超过2.5％,选那台仪表合理解：2.5级时的最大绝对误差值为20℃,测量500℃时的相对误差为4％；2.0级时的最大绝对误差值为16℃,测量500℃时的相对误差为3.2％；1.5级时的最大绝对误差值为12℃,测量500℃时的相对误差为2.4％;因此,应该选用1.5级的测温仪器;7.什么是系统误差和随机误差 正确度和精密度的含义是什么 它们各反映何种误差答：系统误差是指在相同的条件下,多次重复测量同一量时,误差的大小和符号保持不变,或按照一定的规律变化的误差;随机误差则是指在相同条件下,多次测量同一量时,其误差的大小和符号以不可预见的方式变化的误差;正确度是指测量结果与理论真值的一致程度,它反映了系统误差的大小,精密度是指测量结果的分散程度,它反映了随机误差的大小;8.服从正态分布规律的随机误差有哪些特性答：服从正态分布规律的随机误差的特性有：对称性 随机误差可正可负,但绝对值相等的正、负误差出现的机会相等;也就是说f δ- δ曲线对称于纵轴;有界性 在一定测量条件下,随机误差的绝对值不会超过一定的范围,即绝对值很大的随机误差几乎不出现;抵偿性 在相同条件下,当测量次数n →∞时,全体随机误差的代数和等于零,即0lim 1=∑=∞→n i i n δ;单峰性 绝对值小的随机误差比绝对值大的随机误差出现的机会多,即前者比后者的概率密度大,在δ=0处随机误差概率密度有最大值;9.等精度测量某电阻10次,得到的测量列如下：R 1＝167.95Ω R 2＝167.45Ω R 3＝167.60Ω R 4＝167.60Ω R 5＝167.87Ω R 6＝167.88ΩR 7＝168.00Ω R 8＝167.850Ω R 9＝167.82Ω R 10＝167.61Ω1求10次测量的算术平均值R ,测量的标准误差σ和算术平均值的标准误差s;2若置信概率取99.7％,写出被测电阻的真值和极限值;解：1求10次测量的算术平均值R ,测量的标准误差σ和算术平均值的标准误差s;2若置信概率取99.7％,被测电阻的真值为：Ω±=⨯±=)173.0763.167(3763.1670s R极限值为：Ω±=⨯±=)547.0763.167(3763.167σm R10.试分析电压输出型直流电桥的输入与输出关系;答：如图所示,电桥各臂的电阻分别为R 1、 R 2、R 3、R 4;U 为电桥的直流电源电压;当四臂电阻R 1=R 2=R 3=R 4=R 时,称为等臂电桥；当R 1=R 2=R ,R 3=R 4=R ’R ≠R ’时,称为输出对称电桥；当R 1=R 4=R ,R 2=R 3 =R ’R ≠R ’时,称为电源对称电桥;直流电桥电路当电桥输出端接有放大器时,由于放大器的输入阻抗很高,所以可以认为电桥的负载电阻为无穷大,这时电桥以电压的形式输出;输出电压即为电桥输出端的开路电压,其表达式为U R R R R R R R R U o ))((432142313++-= 1设电桥为单臂工作状态,即R 1为应变片,其余桥臂均为固定电阻;当R 1感受被测量产生电阻增量ΔR 1时,由初始平衡条件R 1R 3=R 2R 4得3421R R R R =,代入式1,则电桥由于ΔR 1产生不平衡引起的输出电压为 U R R R R R R U R R R R U )()()(1122121122120∆+=∆+= 2 对于输出对称电桥,此时R 1=R 2=R ,R 3=R 4=R ’,当R 1臂的电阻产生变化ΔR 1=ΔR ,根据2可得到输出电压为 )(4)()(20R R U RR R R RR U U ∆=∆+= 3 对于电源对称电桥,R 1=R 4=R ,R 2=R 3=R ’;当R 1臂产生电阻增量ΔR 1=ΔR 时,由式2得 )()(20R R R R R R UU ∆'+'= 4 对于等臂电桥R 1=R 2=R 3=R 4=R ,当R 1的电阻增量ΔR 1=ΔR 时,由式2可得输出电压为)(4)()(20R R U RR R R RR U U ∆=∆+= 5 由上面三种结果可以看出,当桥臂应变片的电阻发生变化时,电桥的输出电压也随着变化;当ΔR <<R 时,电桥的输出电压与应变成线性关系;还可以看出在桥臂电阻产生相同变化的情况下,等臂电桥以及输出对称电桥的输出电压要比电源对称电桥的输出电压大,即它们的灵敏度要高;因此在使用中多采用等臂电桥或输出对称电桥;在实际使用中为了进一步提高灵敏度,常采用等臂电桥,四个被测信号接成两个差动对称的全桥工作形式,R 1=R +ΔR ,R 2=R -ΔR ,R 3=R +ΔR ,R 4=R -ΔR ,将上述条件代入式1得⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=R R U R R U U 440 6由式6看出,由于充分利用了双差动作用,它的输出电压为单臂工作时的4倍,所以大大提高了测量的灵敏度;第2章 电阻式传感器思考题答案1.金属电阻应变片与半导体材料的电阻应变效应有什么不同答：金属电阻的应变效应主要是由于其几何形状的变化而产生的,半导体材料的应变效应则主要取决于材料的电阻率随应变所引起的变化产生的;2.直流测量电桥和交流测量电桥有什么区别答：它们的区别主要是直流电桥用直流电源,只适用于直流元件,交流电桥用交流电源,适用于所有电路元件;3.热电阻测量时采用何种测量电路 为什么要采用这种测量电路 说明这种电路的工作原理;答：通常采用电桥电路作为测量电路;为了克服环境温度的影响常采用下图所示的三导线四分之一电桥电路;由于采用这种电路,热电阻的两根引线的电阻值被分配在两个相邻的桥臂中,如果t t R R 21=,则由于环境温度变化引起的引线电阻值变化造成的误差被相互抵消;热电阻的测量电路4.采用阻值为120Ω灵敏度系数K =2.0的金属电阻应变片和阻值为120Ω的固定电阻组成电桥,供桥电压为4V ,并假定负载电阻无穷大;当应变片上的应变分别为1和1 000时,试求单臂、双臂和全桥工作时的输出电压,并比较三种情况下的灵敏度;解：单臂时40U K U ε=,所以应变为1时660102410244--⨯=⨯⨯==U K U ε/V,应变为1000时应为330102410244--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ；双臂时20U K U ε=,所以应变为1时66010*******--⨯=⨯⨯==U K U ε/V,应变为1000时应为330104210242--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ；全桥时U K U ε=0,所以应变为1时60108-⨯=U /V,应变为1000时应为30108-⨯=U /V;从上面的计算可知：单臂时灵敏度最低,双臂时为其两倍,全桥时最高,为单臂的四倍;5.采用阻值R =120Ω灵敏度系数K =2.0的金属电阻应变片与阻值R =120Ω的固定电阻组成电桥,供桥电压为10V ;当应变片应变为1000时,若要使输出电压大于10mV ,则可采用何种工作方式设输出阻抗为无穷大解：由于不知是何种工作方式,可设为n,故可得：101010230 nn U K U -⨯⨯==εmV 得n 要小于2,故应采用全桥工作方式;6.如图所示为一直流电桥,供电电源电动势E =3V ,R 3=R 4=100Ω,R 1和R 2为同型号的电阻应变片,其电阻均为50Ω,灵敏度系数K =2.0;两只应变片分别粘贴于等强度梁同一截面的正反两面;设等强度梁在受力后产生的应变为5 000,试求此时电桥输出端电压U 0;题6图解：此电桥为输出对称电桥,故15210532230=⨯⨯⨯==-U K U ε/mV 7.光敏电阻有哪些重要特性,在工业应用中是如何发挥这些特性的答：光敏电阻是采用半导体材料制作,利用内光电效应工作的光电元件;它的重要特性是在无光照时阻值非常大,相当于断路,有光照时阻值变得很小,相当于通路;在工业应用中主要就是通过光的变化来各种电路的控制;第3章 电容式传感器思考题答案1.试分析变面积式电容传感器和变间隙式电容的灵敏度 为了提高传感器的灵敏度可采取什么措施并应注意什么问题答：如图所示是一直线位移型电容式传感器的示意图;当动极板移动△x 后,覆盖面积就发生变化,电容量也随之改变,其值为C =εba -△x /d =C 0-εb ·△x /d 1电容因位移而产生的变化量为其灵敏度为 db x C K ε-=∆∆= 可见增加b 或减小d 均可提高传感器的灵敏度;直线位移型电容式传感器 2.为什么说变间隙型电容传感器特性是非线性的 采取什么措施可改善其非线性特征答：下图为变间隙式电容传感器的原理图;图中1为固定极板,2为与被测对象相连的活动极板;当活动极板因被测参数的改变而引起移动时,两极板间的距离d 发生变化,从而改变了两极板之间的电容量C ; 设极板面积为A ,其静态电容量为d AC ε=,当活动极板移动x 后,其电容量为22011d x d xC x d A C -+=-=ε 1 当x <<d 时1122≈-d x 则)1(0dx C C += 2 由式1可以看出电容量C 与x 不是线性关系,只有当 x <<d 时,才可认为是最近似线形关系;同时还可以看出,要提高灵敏度,应减小起始间隙d 过小时;但当d 过小时,又容易引起击穿,同时加工精度要求也高了;为此,一般是在极板间放置云母、塑料膜等介电常数高的物质来改善这种情况;在实际应用中,为了提高灵敏度,减小非线性,可采用差动式结构;3.有一平面直线位移差动传感器特性其测量电路采用变压器交流电桥,结构组成如图所示;电容传感器起始时b 1=b 2=b =200mm ,a 1=a 2=20mm 极距d =2mm ,极间介质为空气,测量电路u 1=3sinωt V ,且u=u 0;试求当动极板上输入一位移量△x =5mm 时,电桥输出电压u 0;题3图解：根据测量电路可得t t u a x u C C u u i i ϖϖsin 750sin 320500=⨯=∆=∆==/mV 4.变间隙电容传感器的测量电路为运算放大器电路,如图所示;C 0=200pF ,传感器的起始电容量C x0=20pF ,定动极板距离d 0=1.5mm ,运算放大器为理想放大器即K →∞,Z i →∞,R f 极大,输入电压u 1=5sinωt V;求当电容传感动极板上输入一位移量△x =0.15mm 使d 0减小时,电路输出电压u 0为多少解：由测量电路可得ϖϖsin 45sin 515.05.15.120200000000=⨯-⨯=∆--=-=t u xd d C C u C C u i x i x/V 5.如图3-22所示正方形平板电容器,极板长度a =4cm ,极板间距离δ=0.2mm .若用此变面积型传感器测量位移x ,试计算该传感器的灵敏度并画出传感器的特性曲线.极板间介质为空气,F/m 1085.812-0⨯=ε;解：这是个变面积型电容传感器,共有4个小电容并联组成; 32.281021085.81016443124200=⨯⨯⨯⨯⨯==---δεa C /pF x kx C x a a C x 8.7032.28)(400-=+=-=δε x 的单位为米 δε)400ax C C C x -=-=∆8.701021041085.844321200-=⨯⨯⨯⨯⨯-=-=-=---δεa x C C K x /pF 第四章 电感式传感器思考题答案1.影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是什么答：影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是：传感器几何尺寸、线圈电气参数的对称性、磁性材料的残余应力、测量电路零点残余电动势等;2.电涡流式传感器的灵敏度主要受哪些因素影响 它的主要优点是什么答：电涡流式传感器的灵敏度主要受导体的电导率、磁导率、几何形状,线圈的几何参数,激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离等因素影响;电涡流式传感结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干忧能力强,特别是有非接触测量的优点,因此在工业生产和科学技术的各个领域中得到了广泛的应用;3.试说明图4.12所示的差动相敏检波电路的工作原理;答：如图所示,设差动电感传感器的线圈阻抗分别为Z 1和Z 2;当衔铁处于中间位置时,Z 1=Z 2=Z ,电桥处于平衡状态,C 点电位等于D 点地位,电表指示为零;当衔铁上移,上部线圈阻抗增大,Z 1=Z +△Z ,则下部线圈阻抗减少,Z 2=Z -△Z ;如果输入交流电压为正半周,则A 点电位为正,B 点电位为负,二极管V 1、V 4导通,V 2、V 3截止;在A -E -C -B 支路中,C 点电位由于Z 1增大而比平衡时的C 点电位降低；而在A -F -D -B 支中中,D 点电位由于Z 2的降低而比平衡时D 点的电位增高,所以D 点电位高于C 点电位,直流电压表正向偏转;如果输入交流电压为负半周,A 点电位为负,B 点电位为正,二极管V 2、V 3导通,V 1、V 4截止,则在A -F -C -B 支中中,C 点电位由于Z 2减少而比平衡时降低平衡时,输入电压若为负半周,即B 点电位为正,A 点电位为负,C 点相对于B 点为负电位,Z 2减少时,C 点电位更负；而在A -E -D -B 支路中,D 点电位由于Z 1的增加而比平衡时的电位增高,所以仍然是D 点电位高于C 点电位,电压表正向偏转;同样可以得出结果：当衔铁下移时,电压表总是反向偏转,输出为负;4.如图所示的差动电感式传感器的桥式测量电路,L1、L2为传感器的两差动电感线圈的电感,其初始值均为L0;R1、R2为标准电阻,u为电源电压;试写出输出电压u0与传感器电感变化量△L间的关系;解：输出与输入的关系是若电感增量无穷小,且两个电阻均为R,则：题4图题5图5.如图所示为一差动整流电路,试分析电路的工作原理;答：这是简单的电压输出型,动铁芯移动时引起上下两个全波整流电路输出差动电压,中间可调整零位,输出电压与铁芯位移成正比;这种电路由二极管的非线性影响以及二极管正向饱和压降和反向漏电流的不利影响较大;第5章热电偶传感器习题答案1．什么是金属导体的热电效应试说明热电偶的测温原理;答：热电效应就是两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路,其两端相互连接时,只要两结点处的温度不同,回路中就会产生一个电动势,该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关;热电偶测温就是利用这种热电效应进行的,将热电偶的热端插入被测物,冷端接进仪表,就能测量温度;2．试分析金属导体产生接触电动势和温差电动势的原因;答：当A和B两种不同材料的导体接触时,由于两者内部单位体积的自由电子数目不同即电子密度不同,因此,电子在两个方向上扩散的速率就不一样;现假设导体A的自由电子密度大于导体B的自由电子密度,则导体A扩散到导体B的电子数要比导体B扩散到导体A的电子数大;所以导体A失去电子带正电荷,导体B得到电子带负电荷,于是,在A、B两导体的接触界面上便形成一个由A到B的电场;该电场的方向与扩散进行的方向相反,它将引起反方向的电子转移,阻碍扩散作用的继续进行;当扩散作用与阻碍扩散作用相等时,即自导体A扩散到导体B的自由电子数与在电场作用下自导体B到导体A的自由电子数相等时,便处于一种动态平衡状态;在这种状态下,A与B两导体的接触处就产生了电位差,称为接触电动势;对于导体A或B,将其两端分别置于不同的温度场t、t0中t> t0;在导体内部,热端的自由电子具有较大的动能,向冷端移动,从而使热端失去电子带正电荷,冷端得到电子带负电荷;这样,导体两端便产生了一个由热端指向冷端的静电场;该电场阻止电子从热端继续跑到冷端并使电子反方向移动,最后也达到了动态平衡状态;这样,导体两端便产生了电位差,我们将该电位差称为温差电动势;3．简述热电偶的几个重要定律,并分别说明它们的实用价值;答：一是匀质导体定律：如果热电偶回路中的两个热电极材料相同,无论两接点的温度如何,热电动势为零;根据这个定律,可以检验两个热电极材料成分是否相同,也可以检查热电极材料的均匀性;二是中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种导体,只要第三种导体的两接点温度相同,则回路中总的热电动势不变;它使我们可以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器,也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量;三是标准电极定律：如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知,则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知;只要测得各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势,则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势可直接计算出来;四是中间温度定律：热电偶在两接点温度t、t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t、t n和t n、t0时的相应热电动势的代数和;中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据;4．试述热电偶冷端温度补偿的几种主要方法和补偿原理;答：热电偶冷端温度补偿的方法主要有：一是冷端恒温法;这种方法将热电偶的冷端放在恒温场合,有0℃恒温器和其他恒温器两种；二是补偿导线法;将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所如仪表室,其实质是相当于将热电极延长;根据中间温度定律,只要热电偶和补偿导线的二个接点温度一致,是不会影响热电动势输出的；三是计算修正法;修正公式为：)t ,(t E )t (t,E )t (t,E 01AB 1AB 0AB +=；四是电桥补偿法;利用不平衡电桥产生的电动势补偿热电偶因冷端波动引起的热电动势的变化,工作原理如下图所示;图中,e 为热电偶产生的热电动势,U 为回路的输出电压;回路中串接了一个补偿电桥;R 1~R 5及R CM 均为桥臂电阻;R CM 是用漆包铜丝绕制成的,它和热电偶的冷端感受同一温度;R 1~R 5均用锰铜丝绕成,阻值稳定;在桥路设计时,使R 1=R 2,并且R 1、R 2的阻值要比桥路中其他电阻大得多;这样,即使电桥中其他电阻的阻值发生变化,左右两桥臂中的电流却差不多保持不变,从而认为其具有恒流特性;线路设计使得I 1=I 2=I/2=0.5mA;回路输出电压U 为热电偶的热电动势e 、桥臂电阻R CM 的压降U RCM 及另一桥臂电阻R 5的压降U R5三者的代数和：当热电偶的热端温度一定,冷端温度升高时,热电动势将会减小;与此同时,铜电阻R CM 的阻值将增大,从而使U RCM 增大,由此达到了补偿的目的;自动补偿的条件应为5．用镍铬-镍硅K 热电偶测量温度,已知冷端温度为40℃,用高精度毫伏表测得这时的热电动势为29.188mV,求被测点的温度;解：由镍铬-镍硅热电偶分度表查出E40,0=1.638mV,根据式5-2-1计算出再通过分度表查出其对应的实际温度为9.740129.29275.3310029.129)-(30.826700t =-⨯+=℃ 6．已知铂铑10-铂S 热电偶的冷端温度t 0＝25℃,现测得热电动势Et,t 0＝11.712mV,求热端温度是多少度 解：由铂铑10-铂热电偶分度表查出E25,0=0.161mV,根据式5-2-1计算出再通过分度表查出其对应的实际温度为8.1216851.11159.1310011.851)-(11.8731200t =-⨯+=℃ 7．已知镍铬-镍硅K 热电偶的热端温度t ＝800℃,冷端温度t 0＝25℃,求Et,to 是多少毫伏解：由镍铬-镍硅热电偶分度表可查得E800,0=33.275mV,E25,0=1.024 mV,故可得E800,5=33.275-1.024=32.251mV8．现用一支镍铬-康铜E 热电偶测温;其冷端温度为30℃,动圈显示仪表机械零位在0℃指示值为400℃,则认为热端实际温度为430℃,对不对 为什么 正确值是多少解：不对,因为仪表的机械零位在0℃,正确值为400℃;9．如图5.14所示之测温回路,热电偶的分度号为K,毫伏表的示值应为多少度答：毫伏表的示值应为t 1-t 2-60℃;10．用镍铬-镍硅K 热电偶测量某炉温的测量系统如图5.15所示,已知：冷端温度固定在0℃,t 0＝30℃,仪表指示温度为210℃,后来发现由于工作上的疏忽把补偿导线B A ''和,相互接错了,问：炉温的实际温度t 为多少度解：实际温度应为270℃,因为接反后不但没有补偿到,还抵消了30℃,故应该加上60℃;图5.14 图5.15第6章 压电传感器习题答案1．为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量答：因为压电式传感器是将被子测量转换成压电晶体的电荷量,可等效成一定的电容,如被测量为静态时,很难将电荷转换成一定的电压信号输出,故只能用于动态测量;2．压电式传感器测量电路的作用是什么 其核心是解决什么问题答：压电式传感器测量电路的作用是将压电晶体产生的电荷转换为电压信号输出,其核心是要解决微弱信号的转换与放大,得到足够强的输出信号;3．一压电式传感器的灵敏度K 1＝10pC ／MPa,连接灵敏度K 2=0.008V ／pC 的电荷放大器,所用的笔式记录仪的灵敏度K 3=25mm ／V,当压力变化Δp =8MPa 时,记录笔在记录纸上的偏移为多少解：记录笔在记录纸上的偏移为S =10×0.008×25×8=16/mm4．某加速度计的校准振动台,它能作50Hz 和1g 的振动,今有压电式加速度计出厂时标出灵敏度K ＝100mV ／g,由于测试要求需加长导线,因此要重新标定加速度计灵敏度,假定所用的阻抗变换器放大倍数为1,电压放大器放大倍数为100,标定时晶体管毫伏表上指示为9.13V,试画出标定系统的框图,并计算加速度计的电压灵敏度;解：此加速度计的灵敏度为3.911009130=='K mV/g 标定系统框图如下：第7章 光电式传感器1．光电效应有哪几种 与之对应的光电元件各有哪些答：光电效应有外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三种;基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等；基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等；基于光生伏特效应的光电元件有光电池等;2．常用的半导体光电元件有哪些 它们的电路符号如何答：常用的半导体光电元件有光敏二极管、光敏三极管和光电池三种;它们的电路符号如下图所示：3．对每种半导体光电元件,画出一种测量电路;答：光敏二极管、三极管及光电池的测量电路如下图所示;4．什么是光电元件的光谱特性答：光电元件的光谱特性是指入射光照度一定时,光电元件的相对灵敏度随光波波长的变化而变化,一种光电元件只对一定波长范围的人射光敏感,这就是光电元件的光谱特性;5．光电传感器由哪些部分组成 被测量可以影响光电传感器的哪些部分答：光电传感器通常由光源、光学通路和光电元件三部分组成,如图所示;图中Ф1是光源发出的光信号,Ф2是光电器件接受的光信号,被测量可以是x 1或者x 2,它们能够分别造成光源本身或光学通路的变化,从而影响传感器输出的电信号I;光电传感器设计灵活,形式多样,在越来越多的领域内得到广泛的应用;6．模拟式光电传感器有哪几种常见形式答：模拟式光电传感器主要有四种;一是光源本身是被测物,它发出的光投射到光电元件上,光电元件的输出反映了光源的某些物理参数,如图a 所示;这种型式的光电传感器可用于光电比色高温计和照度计；二是恒定光源发射的光通量穿过被测物,其中一部分被吸收,剩余的部分投射到光电元件上,吸收量取决于被测物的某些参数;如图b 所示;可用于测量透明度、混浊度；三是恒定光源发射的光通量投射到被测物上,由被测物表面反射后再投射到光电元件上,如图c 所示;反射光的强弱取决于被测物表面的性质和状态,因。
《传感器与检测技术胡向东第2版》习题解答
传感器与检测技术(胡向东,第2版)习题解答王涛第1章概述1、1 什么就是传感器？答:传感器就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与装置,通常由敏感元件与转换元件组成。
1、2 传感器的共性就是什么？答:传感器的共性就就是利用物理定律或物质的物理、化学或生物特性,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、频率、电荷、电容、电阻等)输出。
1、3 传感器一般由哪几部分组成？答:传感器的基本组成分为敏感元件与转换元件两部分,分别完成检测与转换两个基本功能。
另外还需要信号调理与转换电路,辅助电源。
1、4 传感器就是如何分类的？答:传感器可按输入量、输出量、工作原理、基本效应、能量变换关系以及所蕴含的技术特征等分类,其中按输入量与工作原理的分类方式应用较为普遍。
①按传感器的输入量(即被测参数)进行分类按输入量分类的传感器以被测物理量命名,如位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。
②按传感器的工作原理进行分类根据传感器的工作原理(物理定律、物理效应、半导体理论、化学原理等),可以分为电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、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。
③按传感器的基本效应进行分类根据传感器敏感元件所蕴含的基本效应,可以将传感器分为物理传感器、化学传感器与生物传感器。
1、6 改善传感器性能的技术途径有哪些？答: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 什么就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:传感器的静态特性就是它在稳态信号作用下的输入、输出关系。
静态特性所描述的传感器的输入-输出关系中不含时间变量。
衡量传感器静态特性的主要指标就是线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性与漂移。
2、3 利用压力传感器所得测试数据如下表所示,计算非线性误差、迟滞与重复性误差。
光电式传感器实验报告
光电式传感器实验报告光电式传感器实验报告引言：在现代科技的快速发展中，传感器作为一种重要的技术手段，广泛应用于各个领域。
光电式传感器作为其中的一种，以其高灵敏度、快速响应和可靠性等特点，被广泛应用于自动化控制、环境监测、医疗仪器等领域。
本实验旨在通过实际操作，深入了解光电式传感器的原理、特性以及应用。
一、实验目的本实验的主要目的是通过实际操作，掌握光电式传感器的工作原理和特性，并了解其在实际应用中的一些注意事项。
二、实验仪器与材料1. 光电式传感器：本实验使用的是一款基于光敏二极管的光电式传感器，具有高灵敏度和快速响应的特点。
2. 光源：实验中使用的是一款高亮度的LED灯，用于提供光源。
3. 示波器：用于观察和记录光电式传感器输出信号的波形。
4. 电源和电缆：用于给光电式传感器和光源供电。
三、实验步骤1. 连接电路：首先，将光电式传感器的正极和负极分别与电源的正极和负极相连，确保电路连接正确无误。
2. 设置示波器：将示波器的探头连接到光电式传感器的输出端，调整示波器的参数，使其适合观察光电式传感器的输出信号。
3. 测量光电式传感器的输出信号：打开电源，使光源照射到光电式传感器上，观察示波器上的波形变化，并记录下来。
4. 改变光源的亮度：调整光源的亮度，观察光电式传感器输出信号的变化，并记录下来。
5. 改变光源的距离：保持光源的亮度不变，改变光源与光电式传感器的距离，观察光电式传感器输出信号的变化，并记录下来。
四、实验结果与分析通过实验观察和记录，我们得到了一系列关于光电式传感器输出信号的数据。
根据实验结果可以得出以下结论：1. 光电式传感器的输出信号随着光源亮度的增加而增大，当光源足够亮时，输出信号达到稳定的最大值。
2. 光电式传感器的输出信号随着光源与传感器的距离增加而减小，当距离过远时，输出信号趋近于零。
3. 光电式传感器的响应时间非常短，当光源亮度发生变化时，传感器能够迅速响应并输出相应的信号。
传感器与检测技术(第二版)参考答案参考答
传感器与检测技术（第二版）参考答案第1章 检测技术基本知识1.1单项选择:1.B2.D3. A4.B1.2见P1；1.3见P1-P3；1.4见P3-P4；1.5 见P5；1.6 （1）1℃（2）5﹪，1﹪ ；1.7 0.5级、0.2级、0.2级；1.8 选1.0级的表好。
0.5级表相对误差为25/70=3.57﹪, 1.0级表相对误差为1/70=1.43﹪；1.9见P10-P11；1.10见P11- P12；1.11 见P13-P14第2章 电阻式传感器及应用2.1 填空1.气体接触，电阻值变化；2.烧结型、厚膜型；3.加热器，加速气体氧化还原反应；4.吸湿性盐类潮解，发生变化2.2 单项选择1.B 2. C 3 B 4.B 5.B 6. A2.3 P17；2.4 P17；2.5P24；2.6 P24；2.7 P24-P25；2.8 P25；2.9 P26；2.10 P30-312.11 应变片阻值较小；2.12P28，注意应变片应变极性，保证其工作在差动方式；2.16 Uo=4m V ；2.17 P34；2.18 P34；2.19 (1) 桥式测温电路，结构简单。
（2）指示仪表 内阻大些好。
（3）RB:电桥平衡调零电阻。
2.20 2.21 线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好；传感器的延迟时间越短越好；传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。
2.23 P44；2.33 P45第3章 电容式传感器及应用3.1 P53-P56；3.2 变面积传感器输出特性是线性的。
3.3 P58-P59；3.4 P59-P613.5 当环境相对湿度变化时，亲水性高分子介质介电常数发生改变，引起电容器电容值的变化。
属于变介电常数式。
3.6 参考变面积差动电容传感器工作原理。
参考电容式接近开关原理。
3.8 （1）变介电常数式；（2）参P62 电容油料表原理第4章 电感式传感器及应用4.1 单项选择1.B；2.A4.2 P65；4.3 P68；4.4 螺线管式电感传感器比变隙式电感传感器的自由行程大。
传感器与检测技术胡向东第版习题解答
传感器与检测技术（胡向东，第2版）习题解答王涛第1章概述什么是传感器答：传感器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，通常由敏感元件和转换元件组成。
传感器的共性是什么答：传感器的共性就是利用物理定律或物质的物理、化学或生物特性，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、频率、电荷、电容、电阻等）输出。
传感器一般由哪几部分组成答：传感器的基本组成分为敏感元件和转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。
②按传感器的工作原理进行分类根据传感器的工作原理（物理定律、物理效应、半导体理论、化学原理等），可以分为电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、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。
③按传感器的基本效应进行分类根据传感器敏感元件所蕴含的基本效应，可以将传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。
改善传感器性能的技术途径有哪些答：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它在稳态信号作用下的输入、输出关系。
静态特性所描述的传感器的输入-输出关系中不含时间变量。
衡量传感器静态特性的主要指标是线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性和漂移。
利用压力传感器所得测试数据如下表所示，计算非线性误差、迟滞和重复性误差。
设压力解：①求非线性误差，首先要求实际特性曲线与拟合直线之间的最大误差，拟合直线在输入量变化不大的条件下，可以用切线或割线拟合、过零旋转拟合、端点平移拟合等来近似地代表实际曲线的一段（多数情况下是用最小二乘法来求出拟合直线）。
（1）端点线性度： 设拟合直线为：y=kx+b, 根据两个端点（0，0）和（，），则拟合直线斜率： ∴*+b= ∴b=0（2）最小二乘线性度： 设拟合直线方程为01y a a x =+， 误差方程01()i i i i i y y y a a x v ∧∧-=-+= 令10x a =，21x a =由已知输入输出数据，根据最小二乘法，有：直接测量值矩阵0.644.047.4710.9314.45L ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦，系数矩阵10.0210.0410.0610.0810.10A ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦，被测量估计值矩阵01a X a ∧⎡⎤=⎢⎥⎣⎦由最小二乘法：''A A X A L ∧=，有答：非线性误差公式：max 0.106100%100%0.64%16.50L FS L Y γ∆=±⨯=⨯= ② 迟滞误差公式：max100%H FSH Y γ∆=⨯， 又∵最大行程最大偏差max H ∆=，∴max 0.1100%100%0.6%16.50H FS H Y γ∆=⨯=⨯= ③ 重复性误差公式：max100%L FSR Y γ∆=±⨯， 又∵重复性最大偏差为max R ∆=，∴max 0.08100%100%0.48%16.50L FS R Y γ∆=±⨯=±⨯=± 用一阶传感器测量100Hz 的正弦信号，如果要求幅值误差限制在±5％以内，时间常数应取多少如果用该传感器测量50Hz 的正弦信号，其幅值误差和相位误差各为多少 解：一阶传感器频率响应特性：1()()1H j j ωτω=+幅频特性：()A ω=由题意有()15%A ω-≤15%-≤又22200f Tπωππ=== 所以：0＜τ＜取τ=，ω=2πf=2π×50=100π幅值误差：()100% 1.32%A ω∆==-所以有%≤△A(ω)＜0相位误差：△φ(ω)=-arctan(ωτ)= 所以有≤△φ(ω)＜0某温度传感器为时间常数τ=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三分之一和二分之一所需的时间。
《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。
《传感器技术》第3版课后部分习题解答
潘光勇0909111621 物联网1102班《传感器技术》作业第一章习题一1-1衡量传感器静态特性的主要指标。
说明含义。
1、线性度——表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合（或偏离）程度的指标。
2、回差（滞后）—反应传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程过程中输出-输入曲线的不重合程度。
3、重复性——衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次变动时，所得特性曲线间一致程度。
各条特性曲线越靠近，重复性越好。
4、灵敏度——传感器输出量增量与被测输入量增量之比。
5、分辨力——传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。
6、阀值——使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附近的分辨力。
7、稳定性——即传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。
8、漂移——在一定时间间隔内，传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。
9、静态误差（精度）——传感器在满量程内任一点输出值相对理论值的可能偏离（逼近）程度。
1-2计算传感器线性度的方法，差别。
1、理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，与实际测试值无关。
2、端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。
3、“最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反行程校准曲线对它的正负偏差相等并且最小。
这种方法的拟合精度最高。
4、最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数据的残差平方和最小。
1—4 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。
光电式传感器的工作原理
光电式传感器的工作原理
光电传感器是一种利用光电效应来感知物体的装置。
它包含一个光源和一个光电二极管（或光敏电阻）。
当光源照射在物体上时，光会被物体反射、散射或吸收。
光电二极管（或光敏电阻）可以感受到这些光的变化。
光电二极管是一种特殊的二极管，它的阳极与阴极之间的电流会随着光照强度的变化而变化。
当光源照射在物体上时，物体会反射一部分光，并且光电二极管会感受到这些反射光的变化。
通过测量光电二极管的电流变化，我们可以确定物体的存在与否，以及物体的位置、形状和颜色等信息。
一种常见的光电传感器是光电开关。
当物体经过光电开关的感应区域时，光电二极管会受到反射光的变化而产生电流变化。
通过监测电流变化，我们可以检测物体的到来并触发相应的操作。
另一种常见的光电传感器是光电编码器。
光电编码器利用光电效应来测量物体的位置和运动。
它包含一个光源和多个光电传感器阵列，当物体经过光电编码器时，光电传感器会记录物体与光源之间光斑的变化。
通过分析光斑的模式和变化，我们可以确定物体的位置和运动状态。
总的来说，光电式传感器的工作原理是利用光电效应来感知物
体，并通过测量光的反射、散射或吸收来获取物体的信息。
它在工业自动化、光电检测、位置测量等领域具有广泛的应用。
8光电式传感器
1905年德国物理学家爱因斯坦
用光量子学说解释了光电发射
效应，并为此而获得1921年诺
贝尔物理学奖。
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5
光电式传感器
爱因斯坦假说：
光是一粒一粒运动着的粒子流，即光子 每个光子的能量为hf 光子打在光电材料上，光子与电子进行能量交换 能量转换为：电子逸出功 + 初始动能
1
O
800 1000
E/lx
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光电式传感器
2、光谱特性 I=F(λ)
λ－入射光波长
I / I max I / I max
1.0
0.8
0.6 0.4 0.2
O
0.4
多种成分 銫
锑 銫
0.6 0.8 1.0
真空λ管 / μ m 1.0
1.0
0.8
硫化铅
0.6
0.4
0.2 硫化镉 硫化铊
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当MOS电容栅压增高时，在半导体内部被 排斥的电荷数也增加，耗尽层厚度增加，半 导体内电势越低，电子则向耗尽层移动、存 储，象对电子的陷阱一样，称为电子势阱。 电子势阱可以用来存放电子。其特点是：当 栅压增加，势阱变深；当栅压减小，势阱变 浅，电子向势阱深处移动。
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f/Hz
0.2
O
10 100 1000 10000
f/Hz
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光电式传感器
U / U max
光 电
1.0
0.8
硅光电池
池
0.6
0.4
硒光电池