7-1光电式传感器
第7章 传感器技术-光电效应及传感器
光源
被测非电量 位移、转速、 振动等
光学通路
光量
光电传感元件
△U 或△I
测量/显示
光电传感器的分类 按传感器输出量的性质， 按传感器输出量的性质，可以分为模拟式 开关式（脉冲式）二大类。 和开关式（脉冲式）二大类。
模拟式光电传感器
该类传感器基于光电元件的光电特性， 该类传感器基于光电元件的光电特性，其 基于光电元件的光电特性 光通量是随被测量而变， 光通量是随被测量而变，光电流就成为被测量 的函数，故称为光电传感器的函数运用状态。 的函数，故称为光电传感器的函数运用状态。 传感器输出量为连续变化的光电流， 传感器输出量为连续变化的光电流，器件 的光照特性呈单值线性， 的光照特性呈单值线性，光源的光照要求保持 均匀稳定。 反射式、 均匀稳定。它的形式有吸收式、反射式、遮光 式和辐射式。
5、时差测距。典型应用如光电测距仪， 时差测距。典型应用如光电测距仪， 是将恒定光源发出的光投射到目的物， 是将恒定光源发出的光投射到目的物，并用 光电元件接收反射光， 光电元件接收反射光，通过对光信号在光源 与目的物之间往返时间的测量， 与目的物之间往返时间的测量，从而计算出 光源与目的物间的距离。 光源与目的物间的距离。
发光二极管阵列（SSPA） 发光二极管阵列（SSPA） 电荷耦合器件（CCD） 电荷耦合器件（CCD）
这两类光电器件实际上是集成化、 这两类光电器件实际上是集成化、 模块化的光电元件组合， 模块化的光电元件组合，他们的工作原 理类似，根据需要， 理类似，根据需要，可以做成线阵或面 阵的形式。 阵的形式。目前在图象采集与处理技术 电荷耦合器件CCD CCD已经得到了大量 中 ， 电荷耦合器件 CCD 已经得到了大量 的应用。 的应用。
内光电效应－ 内光电效应－
第7章 传感系统关键技术
第7章 传感系统关键技术
7.2.3 传感器系统抗干扰技术 1.干扰源及主要形式 从使用和分析需求上讲,没有价值的信号可以被视为一
种干扰,环境中充斥着各种各样的干扰信号,下面将列举一些 较为常见且对系统性能影响相对较大的干扰源。
1)外部干扰 从外部侵入检测装置的干扰称为外部干扰,一般分为自 然干扰和人为干扰(或工业干扰)两种。自然干扰主要来源于 自然界,例如雷电、宇宙辐射等,对广播、通信、导航等电子 设备的影响通常较大;人为干扰是指由各种电气、电子设备 所产生的电磁干扰及机械干扰、热干扰、化学干扰等。
第7章 传感系统关键技术
(4)化学干扰。 化学干扰是由于潮湿的环境或化学腐蚀导致的各种零部 件绝缘强度的降低,严重时候可能造成漏电、短路等问题的 干扰。
第7章 传感系统关键技术
2)内部干扰 (1)固有噪声源。 固有噪声源包括热噪声、散粒噪声和低频噪声。由电阻 内部载流子的随机热运动产生的几乎覆盖整个频谱的噪声电 压形成热噪声,其有效值电压值可以表示为公式(7-4)的形 式。其中,K 为玻耳兹曼常数,T 为热力学温度,R 为电阻值,Δf 为与系统带宽相关的噪声带宽,从公式关系不难发现,减小输 入电阻和通频带宽将会对噪声的降低带来有利的作用。
第7章 传感系统关键技术
(1)电磁干扰。 电磁干扰类型相对复杂一些,通常包括放电噪声干扰和 电气设备干扰两种。放电噪声是指由各种放电现象产生的噪 声,对电子设备的影响最大。放电现象包括持续放电和过度 放电两种,前者又包括电晕放电、辉光放电和弧光放电,后者 主要是指火花放电。电晕放电主要来自高压输电线,在放电 过程中产生的脉冲电流和高频振荡是潜在的干扰源。引起辉 光放电和弧光放电的放电管(如荧光灯、电弧灯等)具有负阻 抗特性,在与外接电路连接时,非常容易引起电路的振荡,振荡 甚至可达高频波段。
光电传感器实验报告（文档4篇）
光电传感器实验报告（文档4篇）以下是网友分享的关于光电传感器实验报告的资料4篇，希望对您有所帮助，就爱阅读感谢您的支持。
光电传感器实验报告第一篇实验报告2――光电传感器测距功能测试1．实验目的：了解光电传感器测距的特性曲线；掌握LEGO基本模型的搭建；熟练掌握ROBOLAB软件；2．实验要求：能够用LEGO积木搭建小车模式，并在车头安置光电传感器。
能在光电传感器紧贴红板，以垂直红板的方向作匀速直线倒车运动过程中进行光强值采集，绘制出时间－光强曲线，然后推导出位移－光强曲线及方程。
3．程序设计：编写程序流程图并写出程序，如下所示：ROBOLAB程序设计：4．实验步骤：1) 搭建小车模型，参考附录步骤或自行设计（创新可加分）。
2) 用ROBOLAB编写上述程序。
3) 将小车与电脑用USB数据线连接，并打开NXT的电源。
点击ROBOLAB 的RUN按钮，传送程序。
4) 取一红颜色的纸板（或其他红板）竖直摆放，并在桌面平面与纸板垂直方向放置直尺，用于记录小车行走的位移。
5) 将小车的光电传感器紧贴红板放置，用电脑或NXT的红色按钮启动小车，进行光强信号的采样。
从直尺上读取小车的位移。
6) 待小车发出音乐后，点击ROBOLAB的数据采集按钮，进行数据采集，将数据放入红色容器。
共进行四次数据采集。
7) 点击ROBOLAB的计算按钮，分别对四次采集的数据进行同时显示、平均线及拟和线处理。
8) 利用数据处理结果及图表，得出时间同光强的对应关系。
再利用小车位移同时间的关系（近似为匀速直线运动），推导出小车位移同光强的关系表达式。
5．调试与分析a) 采样次数设为24，采样间隔为0.05s，共运行1.2s。
采得数据如下所示。
b) 在ROBOLAB的数据计算工具中得到平均后的光电传感器特性曲线，如图所示：c) 对上述平均值曲线进行线性拟合，得到的光强与时间的线性拟合函数：d) 取四次实验小车位移的平均值，根据时间与光强的拟合函数求取距离与光强的拟合函数：由上图可得光强与时间的关系为：y=-25.261858×t+56.524457 ; 量取位移为4.5cm，用时1.2s，得：x=3.75×t ;光强与位移的关系为：y= -6.73649547×x+56.524457 ;e) 通过观测上图及导出的光强位移函数可知，光电传感器在短距离里内对位移信号有着良好的线性关系，可以利用光强值进行位移控制。
第七章 光电型传感器与测量电路
2．光生伏特效应及器件 光生伏特效应是光照引起PN结两端产生电动势的效应。 当PN结两端没有外加电场时，在PN结势垒区内仍然存在着 内建结电场，其方向是从N区指向P区，如图7-12所示。 当光照射到结区时，光照 产生的电子一空穴对在结电场 作用下，电子推向N区，空穴推 向P区；电子在N区积累和空穴 在P区积累使PN结两边的电位 发生变化，PN结两端出现一个 因光照而产生的电动势，这一 现象称为光生伏特效应。由于 它可以像电池那样为外电路提 供能量，因此常称为光电池。
图7-8 金属封装的CdS光敏电阻
图7-9 光电二极管原理图
(2) 光敏二极管PN结可以光电导效应工作，也可以光生伏特 效应工作。如图7-9所示，处于反向偏置的PN结，在无光照时 具有高阻特性，反向暗电流很小。当光照时，结区产生电子一 空穴对，在结电场作用下，电子向N区运动，空穴向P区运动， 形成光电流，方向与反向电流一致。光的照度愈大，光电流愈 大。由于无光照时的反偏电流很小，一般为纳安数量级，因此 光照时的反向电流基本上与光强成正比。
图7-3 光电管
光电倍增管的结构如图7-4 所示。在玻璃管内除装有光电 阴极和光电阳极外，尚装有若 干个光电倍增极。光电倍增极 上涂有在电子轰击下能发射更 多电子的材料。光电倍增极的 形状及位置设置得正好能使前 一级倍增极发射的电子继续轰 击后一级倍增极。在每个倍增 极间均，依次增大加速电压。 光电倍增管的主要特点是： 光电流大，灵敏度高，其倍增 率为N=δn，其中δ为单极倍增 率(3～6)，n为倍增极数(4～14)。
7.3常用光电器件
光电器件是光电传感器的重要组成部分，对传感器的性能 影响很大。光电器件是基于光电效应工作的，种类很多。所谓 光电效应，是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的 能量而产生的电效应。一般地，光电效应分为外光电效应和内 光电效应两类。因此，光电器件也随之分为外光电器件和内光 电器件两类。 7.3.1 外光电效应及器件 在光的照射下，电子逸出物体表面而产生光电子发射的现 象称为外光电效应。 根据爱因斯坦假设：一个电子只能接受一个光子的能量。 因此要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子能量ε大于该 物体的表面逸出功A。各种不同的材料具有不同的逸出功A， 因此对某特定材料而言，将有一个频率限νo(或波长限λ0)，称 为“红限”，不同金属光电效应的红限见表7-2。
传感器(电子教案)第7章
表示当光电管的阳级电压一定时，阳极电流I与入射在阴极上 光通量φ之间的关系。
2．伏安特性
当入射光的频谱及光通量一定时，阳极与阴极之间的电压同 光电流的关系叫伏安特性 ，如图7-4(c)所示。
3．光谱特性
由于光阴极对光谱有选择性，因此光电管对光谱也有选择性。 保持光通量和阳极电压不变，阳极电流与光波长之间的关系 叫光电管的光谱特性。光电管尚有温度特性、疲劳特性、惯 性特性、暗电流和衰老特性等，使用时应根据产品说明书和 有关手册合理选用。
第7 章
光电式传感器
光电式传感器是将光通量转换为电量的一种传感器。 光电式传感器的基础是光电转换元件的光电效应。
7.1光电效应 7.2光电元件及其特性 7.3光电式传感器的测量电路 7.4光电传感器及其应用 7.5光纤传感器 7.6电荷耦合器件（CCD） 7.7光栅式传感器 7.8激光式传感器 本章要点
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7.1 光电效应
由光的粒子学说可知，光可以认为是由具有一定能量的粒 子所组成，而每个光子所具有的能量E与其频率大小成正比。 光照射在物体上就可看成是一连串的具有能量为E的粒子轰击 在物体上。所谓光电效应即是由于物体吸收了能量为E的光后 产生的电效应。从传感器的角度看光电效应可分为二大类型。
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7.3光电式传感器的测量电路
要使光电式传感器能很好地工作。除了合理选用光 电转换元件外，还必须配备合适的光源和测量线路。 7.3.1光源 发光二极管 图7-14 真空光电管的差接测量电路 钨丝灯泡 图7-15 光电倍增管的测量电路 电弧灯或石英灯 激光 图7-16 光敏电阻开关电路 7.3.2测量电路 图7-18 具有温度补偿的光敏二极管 光电管的测量电路 测量电路 光电倍增管的测量电路 光敏电阻的测量电路 光敏晶体管的测量电路 光电池的测量电路
光电式传感器习题及解答
10光电式传感器习题及解答(总9页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--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。
(整理)第七章光电传感器习题答案
•第七章光敏传感器•1．光电效应通常分为哪几类？简要叙述之。
与之对应的光电器件有哪些？•2．半导体内光电效应与入射光频率的关系是什么？3．光电倍增管产生暗电流的原因有哪些？如何降低暗电流？•4．试述光电倍增管的组成及工作原理？•5．简述光敏二极管和光敏三极管的结构特点、工作原理及两管的区别？•6．为什么在光照度增大到一定程度后，硅光电池的开路电压不再•随入射照度的增大而增大？硅光电池的最大开路电压为多少？•7．试举出几个实例说明光电传感器的实际应用，并进行工作原理的分析。
答案：一、光电效应分为两类：外光电效应和内光电效应外光电效应：入射光子被物质的表面所吸收，并从表面向外部释放电子的一种物理现象。
基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管。
内光电效应当光照在物体上，使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象。
分为光电导效应（如：光敏电阻）和光生伏特效应（如光电池、光电二极管、光电三极管）。
二、、对于不同的本征半导体材料，禁带宽度Eg不同，对入射光的波长或频率的要求也不同，一般都必须满足：7he1.24「hv=T^^-Eg式中v、A分别为入射光的频率和波长。
对于杂质半导体：Ei为杂质电离能三、1、欧姆漏电欧姆漏电主要指光电倍增管的电极之间玻璃漏电、管座漏电和灰尘漏电等。
欧姆漏电通常比较稳定，对噪声的贡献小。
在低电压工作时，欧姆漏电成为暗电流的主要部分。
在使用光电倍增管时，保证管壳和所有连接件的清洁干燥是十分必要的。
2、热发射由于光电阴极材料的光电发射阈值较低，容易产生热电子发射，即使在室温下也会有一定的热电子发射，并被电子倍增系统倍增。
要减小热电子发射，应选用热发射小的阴极材料，并在满足使用的前提下，尽量减小光电阴极的面积，降低光电倍增管温度。
3、残余气体放电光电倍增管中高速运动的电子会使管中的残余气体电离，产生正离子和光子，它们也将被倍增，形成暗电流。
这种效应在工作电压高时特别严重，使倍增管工作不稳定。
传感器技术实验指导书_3
实验二直流全桥的应用――电子秤实验 (7)实验三电容式传感器的位移特性实验 (9)实验五直流激励时霍尔式传感器位移特性实验 (13)实验七光纤传感器的位移特性实验 (18)实验二直流全桥的应用――电子秤实验一、实验目的：了解应变直流全桥的应用及电路的标定。
二、基本原理：电子秤实验原理为实验一，全桥测量原理，通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值，电压量纲（V）改为重量纲（g）即成为一台原始电子秤。
三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码四、实验步骤：1、按实验一中2的步骤，将差动放大器调零，应变式传感器实验模板按全桥接线，合上主控台电源开关，调节电桥平衡电位R W1，使数显表显示0.00V。
2、将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器R W3（增益即满量程调节）使数显表显示为0.200V(2V档测量)或－0.200V。
3、拿去托盘上的所有砝码，调节电位器R W4（零位调节）使数显表显示为0.0000V。
4、重复2、3步骤的标定过程，一直到精确为止，把电压量纲V改为重量纲g，就可以称重。
成为一台原始的电子秤。
5、把砝码依次放在托盘上，填入下表2－1。
6、根据上表，计算误差与非线性误差。
五、思考题1、全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1＝R3，R2＝R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。
2、某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。
实验三电容式传感器的位移实验一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。
二、基本原理：利用平板电容C＝εA／d和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、A、d 中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（ε变）测微小位移（变d）和测量液位（变A）等多种电容传感器。
三、需用器件与单元：电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、相敏检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源。
传感器复习——精选推荐
传感器复习填空⼀载流导体置于磁场中，除霍尔效应外，电阻阻值也会随磁场变化，这现象成为（磁阻）效应。
2. 利⽤光栅的（莫尔）条纹现象进⾏位移测量的器件叫做光栅传感器。
3. ⾮电阻式半导体⽓敏传感器是利⽤半导体的（功函数）对⽓体进⾏直接或间接检测。
4. 当⽔分⼦在湿敏半导体陶瓷材料表⾯和晶粒界⾯吸附时，会使材料表⾯和晶粒界⾯处电阻率变化，当其变⼩时，相应的电阻也变⼩，湿度越⼤，电阻越⼩，称这种特性为（负感湿）特性。
5. 感应同步器分为直线感应式和圆感应式，前者⽤来测（线位移），后者⽤来测量（⾓位移），它们均利⽤了感应（电动势）原理。
4-1 热电偶回路会产⽣哪些电动势？起主要作⽤的是什么电动势？答：在热电偶回路会产⽣接触电动势和温差电动势，起主要作⽤的是接触电动势。
4-7 集成温度传感器按输出量不同可分为哪⼏种类型？答：集成温度传感器按输出量不同可分为：电压型、电流型和频率型三⼤类。
选择1. 传感器是⼀种B.转换信号的装置，如⾮电物理量到电量2. 光栅传感器的细分技术是为了提⾼测量C.分辨⼒3. 下列哪种传感器不能测量⾓位移？ D.由滑尺和定尺组成的感应同步器(只是直线式)4. 下列哪⼀条不是V/I 变换器所要求的？ D.功率放⼤5. 相对湿度指出了B.⼤⽓潮湿程度6. 光栅传感器的辨向措施是为了解决（A ）的问题。
A.被测物体实际移动⽅向和距离7. ⽓敏传感器可分为很多类型，其中最为常见的是D.半导体型8转⾓编码器码盘码道数为4，分辨最⼩⾓和分辨率分别22.5°0.0625最⼩⾓α＝n 2360? 分辨率n 21= 9. 感应同步器是⼀种利⽤两个平⾯绕组的感应电动势随位置不同⽽变化的原理制成的，是⽤来测量位移的传感器，它有许多显著特点，但下列（D ）不在其范围之内。
测试范围0~20mD.测量范围宽（从⼏分⽶到数⼗⽶）10. 严格地说，下列（D ）不属于检测信号的加⼯调理范围。
信号调理器作⽤A.滤波与放⼤B.⾮线性校正C.信号转换D.信号输出E.f/V1. 传感器的主要功能是（A ）A.检测和转换2. 属于传感器动态指标的是（B ） B.固有频率3. 电阻应变⽚配⽤的测量电路中，为了克服分布电容的影响，多采⽤（C ） C .交流平衡电桥4. 差动螺线管式电感传感器配⽤的测量电路有（C ） C.相敏检波电路5. 实⽤热电偶的热材料中，⽤得较多的是（D ） D .合⾦6. ⼀个六位⼆进制光电编码器，其测量精度约为（A ）A. 5.6°7. ⽤光敏⼆极管或光敏晶体管测量某光源的光通量是根据（D ）特性实现的？ D.光电特性8. 采⽤50线/mm 的计量光栅测量线位移，若指⽰光栅上的莫尔条纹移动了12条，则被测线位移为（C ）mm C. 0.249.当氧化型⽓体吸附到P 型半导体材料时，半导体载流⼦数增加，电阻减⼩反之还原型减增当氧化型⽓体吸附到N 型半导体材料时，半导体载流⼦数减少，电阻增⼤反之10. ⽤N 型材料的S n O 2制成的⽓敏电阻在空⽓中经加热处稳定状态后，与NO 2接触后B.电阻值变⼤1. 电感式传感器的常⽤测量电路不包括（C ）A.交流电桥B.变压器式交流电桥C.脉冲宽度调制电路D.谐振式测量电路2. 下列说法正确的是 B.差动整流电路可以判断衔铁的位置和运动的⽅向。
传感器技术课后习题答案
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。
1-3 什么是传感器的静态特性和动态特性为什么要分静和动（1）静态特性：表示传感器在被测输入量各个值处于稳定状态时的输出-输入关系。
动态特性：反映传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。
（2）由于传感器可能用来检测静态量（即输入量是不随时间变化的常量）、准静态量或动态量（即输入量是随时间变化的变量），于是对应于输入信号的性质，所以传感器的特性分为静态特性和动态特性。
Z-1 分析改善传感器性能的技术途径和措施。
传感器原理与应用习题-第7章热电式传感器
传感器原理与应用习题-第7章热电式传感器《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7章热电式传感器7-1 热电式传感器有哪几类？它们各有什么特点？答：热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。
它可分为两大类：热电阻传感器和热电偶传感器。
热电阻传感器的特点：（1)高温度系数、高电阻率。
(2)化学、物理性能稳定。
(3)良好的输出特性。
(4).良好的工艺性，以便于批量生产、降低成本。
热电偶传感器的特点：（1）结构简单（2）制造方便（3）测温范围宽（4）热惯性小（5）准确度高（6）输出信号便于远传7-2 常用的热电阻有哪几种？适用范围如何？答：铂、铜为应用最广的热电阻材料。
铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、物理性能稳定，制成的铂电阻输出－输入特性接近线性，测量精度高。
铜在-50～150℃范围内铜电阻化学、物理性能稳定，输出－输入特性接近线性，价格低廉。
当温度高于100℃时易被氧化，因此适用于温度较低和没有侵蚀性的介质中工作。
7-3 热敏电阻与热电阻相比较有什么优缺点？用热敏电阻进行线性温度测量时必须注意什么问题？7-4 利用热电偶测温必须具备哪两个条件？答：（1）用两种不同材料作热电极（2）热电偶两端的温度不能相同7-5 什么是中间导体定律和连接导体定律？它们在利用热电偶测温时有什么实际意义？答：中间导体定律：导体A、B组成的热电偶，当引入第三导体时，只要保持第三导体两端温度相同，则第三导体对回路总热电势无影响。
利用这个定律可以将第三导体换成毫伏表，只要保证两个接点温度一致，就可以完成热电势的测量而不影响热电偶的输出。
连接导体定律：回路的总电势等于热电偶电势E AB(T,T0)与连接导线电势E A’B’(Tn,T0)的代数和。
连接导体定律是工业上运用补偿导线进行温度测量的理论基础。
7-6 什么是中间温度定律和参考电极定律？它们各有什么实际意义？答：E AB(T,Tn,T0)=E AB(T,Tn)+E AB(Tn,T0)这是中间温度定律表达式，即回路的总热电势等于E AB(T,Tn)与E AB(Tn,T0)的代数和。
传感器与检测技术 (胡向东 刘京诚 著) 机械工业出版社 课后答案
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250～350kΩ。
V0在48.78～67.63mV之间变化。
⑵如果R2=10MΩ，R3=250kΩ，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。
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。
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。
传感器原理与应用习题-第7章热电式传感器
《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7章热电式传感器7-1 热电式传感器有哪几类？它们各有什么特点？答：热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。
它可分为两大类：热电阻传感器和热电偶传感器。
热电阻传感器的特点：〔1)高温度系数、高电阻率。
(2)化学、物理性能稳定。
(3)良好的输出特性。
(4).良好的工艺性，以便于批量生产、降低成本。
热电偶传感器的特点：〔1〕结构简单〔2〕制造方便〔3〕测温范围宽〔4〕热惯性小〔5〕准确度高〔6〕输出信号便于远传7-2 常用的热电阻有哪几种？适用范围如何？答：铂、铜为应用最广的热电阻材料。
铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、物理性能稳定，制成的铂电阻输出－输入特性接近线性，测量精度高。
铜在-50～150℃范围内铜电阻化学、物理性能稳定，输出－输入特性接近线性，价格低廉。
当温度高于100℃时易被氧化，因此适用于温度较低和没有侵蚀性的介质中工作。
7-3 热敏电阻与热电阻相比较有什么优缺点？用热敏电阻进行线性温度测量时必须注意什么问题？7-4 利用热电偶测温必须具备哪两个条件？答：〔1〕用两种不同材料作热电极〔2〕热电偶两端的温度不能相同7-5 什么是中间导体定律和连接导体定律？它们在利用热电偶测温时有什么实际意义？答：中间导体定律：导体A、B组成的热电偶，当引入第三导体时，只要保持第三导体两端温度相同，则第三导体对回路总热电势无影响。
利用这个定律可以将第三导体换成毫伏表，只要保证两个接点温度一致，就可以完成热电势的测量而不影响热电偶的输出。
连接导体定律：回路的总电势等于热电偶电势E AB(T,T0)与连接导线电势E A’B’(Tn,T0)的代数和。
连接导体定律是工业上运用补偿导线进行温度测量的理论基础。
7-6 什么是中间温度定律和参考电极定律？它们各有什么实际意义？答：E AB(T,Tn,T0)=E AB(T,Tn)+E AB(Tn,T0)这是中间温度定律表达式，即回路的总热电势等于E AB(T,Tn)与E AB(Tn,T0)的代数和。
《检测与转换技术》复习思考题
复习思考题一、填空题1、按能量角度分析，典型的传感器构成方法有三种，即、以及，前两者属于能量，后者是能量。
2、将温度转换为电势大小的热电式传感器是传感器，而将温度变化转换为电阻大小的热电式传感器是（金属材料）或（半导体材料）。
3、电感式传感器也称为传感器，它是利用原理将被测物理量转换成线圈和的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化，从而实现非电量到电量的转换。
4、容栅传感器实际上是多个式型电容传感器的并联，它具有效应，测量精度很高。
5、热电偶传感器的工作基础是，其产生的热电势包括电势和电势两部分。
热电偶的定律是工业上运用补偿导线法进行温度补偿的理论基础；定律为制定分度表奠定了理论基础；根据定律，可允许采用任意的焊接方式来焊接热电偶。
6、用于制作压电传感器的常用压电材料是和。
7、基于外光电效应的器件有和；基于内光电效应的器件有、、和等。
二、选择题:1. 被测信号x(t)的最高频率为fm时，采样频率fc至少为_______,才能恢复原始波形，否则，会引起信号失真。
A 0.5fmB fmC 2fm2. 某传感器的精度为2%FS，满量程输出为100mV，可能最大的误差为______Mv。
A 2 mVB 1 mVC 4 mVD 6 mV3. 传感器在正、反行程中输入输出曲线不重合称为________。
A 非线性误差B 迟滞C 重复性4. 一弹性式压力传感器在加压过程和减压过程中，输入值相同，但传感器的输出却不一致，这种现象称为__________。
A 弹性元件的非线性B 弹性后效C 弹性滞后D 弹性元件的不稳定5. 传感器的输出分辨率________输入分辨率。
A 大于B 等于C 小于D 不相关6. 传感器能检测到的最小输入增量为___________。
A 零点残余B 迟滞C 误差D 分辨力7. 金属应变片利用了金属材料的__________。
A 电阻应变效应B 压阻效应C 压电效应8. 半导体应变片利用了金属材料的__________。
传感器(第6版) PPT课件第7章
第二节 光电器件
一、热探测器 原理及特点：基于光辐射与物质相互作用的热效应制成的传感器， 它的突出优点是能够接收超低能量的光子，具有宽广和平坦的光谱响应， 尤其适用于红外的探测。 种类：测辐射热电偶、测辐射热敏电阻和热释电探测器。 1、测辐射热电偶 与常规热电偶相似，只是在电偶的一个接头上增加光吸收涂层，当 有光线照射到涂层上，电偶接头的温度随之升高，造成温差电势。 2、测辐射热敏电阻 用热敏电阻代替了热电偶，当有光线照射到涂层上，首先引起温度 的变化，热敏电阻再将温度转化为电阻值的变化。
第一节 光源
四、激光器 激光产生的过程： ➢某 些 物 质 的 分 子 、 原 子 、 离 子 吸 收 外 界 特 定 能 量 （ 如 特 定 频 率 的 辐 射），从低能级跃迁到高能级上（受激吸收）； ➢如果处于高能级的粒子数大于低能级上的粒子数，就形成了粒子数反 转，在特定频率的光子激发下，高能粒子集中地跃迁到低能级上，发射 出与激发光子频率相同的光子（受激发射）； ➢由于单位时间受激发射光子数远大于激发光子数，因此上述现象称为 光的受激辐射放大。 ➢具有光的受激辐射放大功能的器件称为激光器。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
传 感 器（第6版）
哈尔滨工业大学 唐文彦 主编
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
第七章 光电式传感器
第一节 光源 第二节 光电器件 第三节 电荷耦合器件和位置敏感器件 第四节 光纤传感器 第五节 光栅式传感器 第六节 激光式传感器
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第七章 光电式传感器
波长300—380nm称为近紫外线 波长200—300nm称为远紫外线 波长10—200nm称为极远紫外线
第一节 光源
红外线：波长780—106nm 波长3μm（即3000nm）以下的称近红外线 波长超过3μm 的红外线称为远红外线。
热控7章1节题目
1.>[AA]振动表拾振器的输出信号不仅与其振幅的大小有关，而且与振动频率有关。
（）答案:√试题解析:关键字:2.>[BC]测量轴向位移的传感器，其安装位置距推力盘应不大于（），否则，要对轴向位移的示值进行因轴向膨胀所引起的误差修正。
（A）20mm；（B）30mm；（C）40mm；（D）50mm。
答案:B试题解析:关键字:3.>[FC]汽轮机振动表一般由哪三部分组成？答案:一般由振动传感器、振动放大器和显示仪表组成。
试题解析:关键字:4.>[IE]试画出数字显示转速表原理方框图。
答案:下图为数字显示转速表。
试题解析:关键字:5.>[JC]电感式轴向位移装置由哪几部分组成？说明各部分的作用？答案:由磁饱和稳压器、变送器、控制器、显示仪表四部分组成。
磁饱和稳压器向变送器提供稳定的交流电源，使变送器产生磁通，由于是磁饱和稳压器，所以具有很好的稳压特性，变送器将转子位移机械量的变量转换为感应电压的变量，一方面通过控制器的测量部分去显示仪表，另一方面通过保护部分去驱动控制电路，发出预告或停机信号。
控制器保护部分是将变送器的电压信号进行处理，包括正预报电路、正停机电路、负停机电路、直流稳压电源，最后产生模拟信号给显示仪表。
产生逻辑输出信号给汽轮机保护回路及热工信号回路显示仪表指示出轴向位移值，供运行人员监视。
试题解析:关键字:6.>[JE]简述转速传感器的种类、结构原理。
答案:常用的转速传感器有光电式和磁电式两种。
光电式传感器一般用在试验室或携带式仪表，而磁电式转速传感器多用于现场安装。
光电式传感器由光源、光敏器件和转盘组成，转盘转动时使透射或反射的光线产生有无或强弱变化，从而使光敏器产生与转速成正比脉冲信号，磁电式转速传感器由磁电探头和带有齿的转盘组成，转盘一般有60个齿，并由导磁钢铁材料加工而成，磁电式探头内有永久磁铁，其外面绕有线圈。
当转盘转动时，由于磁通发生变化，感应出脉冲电势，经放大整形后送计数器计数测量出转速。
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２．主要性能
（1）光电管的伏安特性
在一定的光照射下，对光电器件的阴极所
加电压与阳极所产生的电流之间的关系称
为光电管的伏安特性。
12 IA/μA
10 8 6 4 2
120μlm 100μlm 80μlm 60μlm 40μlm
20μlm
12 IA/μA
10 8 6 4 2
强光
2. 光敏电阻的主要参数
暗电阻、暗电流、亮电阻、亮电流、光电 流 光敏电阻在未受到光照时的阻值称为暗电 阻，此时流过的电流为暗电流。 在受到光照时的电阻称为亮电阻，此时的 电流称为亮电流。 亮电流与暗电流之差为光电流。
3. 光敏电阻的基本特性
(1) 伏安特性
I/ μA
250
所加的电压越 200
高，光电流越 150 100
②侧向光电效应 当半导体光电器件受光照不均匀时，由载流 子浓度梯度将会产生侧向光电效应。
当光照部分吸收入射光子的能量产生电子空 穴对时，光照部分载流子浓度比未受光照部 分的大，就出现了浓度梯度，因而载流子要 扩散。
基于该效应的光电器件有半导体光电位置敏 感器件（PSD），可用于测量工件位置 。
7.1.1 光电管和光电倍增管
Φ/1m
图7-5 光电管的光照特性
(3) 光电管的光谱特性 一般光电阴极材料不同的光电管有不同的 红限频率，因此它们可用于不同的光谱范 围。另外，同一光电管对于不同频率的光 的灵敏度不同。
以GD-4型光电管为例，阴极是用锑铯材料
制成，其红限λc=700nm，对可见光范围的
入射光灵敏度比较高。适用于白光光源，被 应用于各种光电式自动检测仪表中。
可见，光的频率愈高（即波长愈短），光 子的能量愈大。
爱因斯坦光电效应方程：
h
1 2
m02
A0
1.光电子能否产生，取决于光子的能量是 否大于该物体表面的电子逸出功A0。 2.υ一定时，产生的光电流和光强成正比。
3.逸出的光电子具有动能。
2 内光电效应 当光照在物体上，使物体的电导率发生变 化，或产生光生电动势的效应。
3. 光电倍增管 由阴极、次阴极（倍增电极）、阳极组成 阴极由半导体光电材料锑铯做成，次阴极 是在镍或铜-铍的衬底上涂上锑铯材料形成。 次阴极可达30级。通常为12~14级。
使用时在各个倍增电极上均加上电压，阴 极电位最低，以后依次升高，阳极最高。 相邻两个倍增电极之间有电位差，因此存 在加速电场。
(5) 温度特性
相对灵敏度（%）
100 +20 ºC 80
-20 ºC
60
40
20
λ/μm
0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
图7-13 硫化铅光敏电阻的光谱温度特性
峰值随温度上升向波长短的方向移动。
（6）稳定性
初制成的光敏电阻，由于电阻体与其介质 的作用还没有达到平衡，性能不稳定。但 在人工加温、光照及加负载情况下，性能 可达稳定。光敏电阻在最初的老化过程中 ，阻值会有变化，但最后达到稳定值后就 不再变化。这是光敏电阻的主要优点。 光敏电阻的使用寿命在密封良好、使用合 理的情况下几乎是无限长的。
a．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。 基于这种效应的光电器件有光敏电阻。
当光照射到光电导体上时，若这个光电导 体为本征半导体材料，且光辐射能量又足 够强，光电材料价带上的电子将被激发到 导带上去，使光导体的电导率变大。
电子能量E
导带 自由电子所占能带 hυ≧Eg
第七章 光电式传感器
7.1 光电器件
1 外光电效应 物体内的电子逸出物体表面向外发射的现 象叫做外光电效应。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。
一束频率为ν的光由能量相同的光子所组 成，每个光子的能量为
E h h c
h——普朗克常数，6.626×10-34J·s； ν——光的频率（s-1）； λ——光的波长。
Eg 禁带 不存在电子所占能带
价带
价电子所占能带
b．光生伏特效应：在光作用下能使物体产 生一定方向电动势的现象。基于该效应的 器件有光电池和光敏二极管、三极管。
① 势垒效应（结光电效应） 光照射PN结时，若hυ≧Eg，使价带中的 电子跃迁到导带，而产生电子空穴对，在 阻挡层内电场的作用下，电子偏向N区外 侧，空穴偏向P区外侧，使P区带正电，N 区带负电，形成光生电动势。 P N
弱光 阴极电压/V
0 50 100 150 阴极电压/V 0 50 100 150
真空光电管
充气光电管
（2）光电管的光照特性 当光电管的阴极和阳极之间所加的电压一 定时，光通量与光电流之间的关系。
光照特性曲线的 斜率称为光电管 的灵敏度。
IA/ μA
100
75
2
50
25
1
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
多数是非线性的。不宜做线性测量元件， 一般用做开关式的光电转换器。
（3）光谱特性
相 100
对 80
灵 敏
60
度 4020ຫໍສະໝຸດ 硫化铅硫化铊 硫化镉
/%
0 500 1000 1500 2000 2500
入射光波长/nm
图7-10 光敏电阻的光谱特性
硫化镉的峰值在可见光区域，硫化铅的峰 值在红外区域。故选用时要把元件和光源 结合起来考虑。
UOUT
K
A
RL
D1 D2 D3 D4
IA
R1
R2
R3
R4
R5
第
第
一
三
入
倍
倍
射
增
增
光
极
极
阳极A
阴极K
第
第
二
四
倍
倍
增
增
极
极
7.1.2 光敏电阻
1. 光敏电阻的结构和工作原理
电极 半导体
玻璃底板
E
A
I RL
RG
E
图7-7 光敏电阻的结构与电路连接
如果把光敏电阻连接到外电路中，在外加电 压的作用下，用光照射就能改变电路中电流 的大小：
大，而且没有 50
饱和的现象。
0 10 20 30 40 50 U/V
图7-8 光敏电阻的伏安特性
在给定的电压下，光电流的数值将随光照 增强而增大。
（2）光照特性 用于描述光电流与光照强度之间的关系。
图7-9 光敏电阻的 光照特性
/mA
光 0.25 电 0.20 流 0.15
0.10 0.05
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 光通量/lm
（4） 频率特性 时间常数：光敏电阻自停止光照起到电流 下降为原来的63%所需要的时间。
多数光敏电阻 的时间常数都 很大。相比较 ，硫化铅的使 用频率范围较 大。
相 100
对 80
灵 60
敏 度
40
20
硫化铅 硫化镉
/%
0
10 102 103 104
入射光调制频率/Hz
图7-12 光敏电阻的频率特性