传感器原理与应用习题第8章光电式传感器
传感器原理及其应用(第二版)部分习题答案
24.875
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第1章 传感器的一般特性
4、何为传感器的静态特性？静态特性的主要技术指标有 哪些？ 答：传感器的静态特性是在稳态信号作用下的输入输出 特性。 衡量静态特性的重要指标有灵敏度、线性度、迟滞、重 复性、稳定性等。
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第1章 传感器的一般特性
5、何为传感器的动态特性？动态特性的主要技术指标有 哪些？ 答：传感器的动态特性是传感器在被测量随时间变化的 条件下输入输出关系。动态特性有分为瞬态响应和频率 响应。
第3章 电感式传感器及其应用
(2) 接成单臂电桥后的电桥输出电压值为： U 0 U 2 Z Z 1 2 Z Z 2 1 U 2 Z Z 0 0 Z Z 0 Z Z 0 U 2 2 Z Z 0 2 4 2 1 8 0 5 . 3 5 - 0 . 1 1 7 V
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第1章 传感器的一般特性
3、对某传感器进行特性测定所得到的一组输入—输出数 据如下：
输入x：0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 输出y；2.2 4.8 7.6 9.9 12.6 15.2 17.8 20.1 22.1 试计算该传感器的非线性度和灵敏度。
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第1章 传感器的一般特性
当衔铁移动Δδ时，单端式传感器的灵敏度△L/△δ为：
k L L 0 0 5 0 4 .5 1 1 0 0 2 3 m H 1 0 .8H /m 3 3 .9 1 2 H /m
若做成差动结构形式，根据差动的变隙式的灵敏度公式 有：
k 差 动 L 2 L 0 0 2 0 5 .5 4 1 0 1 0 2 m 3 H 2 1 .6H /m 6 7 .8 2 4 H /m
故将其做成差动结构后，灵敏精品度将提高一倍。
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。
传感器原理与工程应用习题集
传感器原理与工程应用习题集一、单项选择题第1章传感器与检测的理论基础1.在整个测量过程中，如果影响和决定误差大小的全部因素（条件）始终保持不变，对同一被测量进行多次重复测量，这样的测量称为（C ）A．组合测量B．静态测量C．等精度测量D．零位式测量2.在同一测量条件下，多次测量被测量时，其绝对值和符号以不可预定的方式化着的误差称为（B ）A．粗大误差B．随机误差C．系统误差D．绝对误差3.超出规定条件下预期的误差称为（A ），它严重地歪曲了客观现象，应予以剔除。
A．粗大误差B．随机误差C．系统误差D．绝对误差4.在同一测量条件下，多次测量被测量时，其绝对值和符号保持不变，或在条件变化时，按一定规律变化的误差称为（C ）A．粗大误差B．随机误差C．系统误差D．绝对误差5.在直流电路中使用电流表和电压表测量负载功率的测量方法属于（B ）。
A. 直接测量B. 间接测量C. 组合测量D. 等精度测量6.宠物医院通常采用红外测温仪测量动物的温度，这种测量方法属于（D）。
A. 接触式测量B. 间接测量C. 组合测量D. 非接触式测量7.精度等级用来表示一个仪表能达到的测量精度，精度等级是由（ D ）来表示/确定的。
A. 绝对误差B. 实际相对误差C. 基本误差D. 最大引用误差第2章传感器概述8.属于传感器动态特性指标的是（B ）A．重复性B．固有频率C．灵敏度D．漂移9.不属于传感器静态特性指标的是（B ）A．重复性B．固有频率C．灵敏度D．漂移10.传感器的主要功能是（A ）。
A. 检测和转换B. 滤波和放大C. 调制和解调D. 传输和显示11.传感器的输出量通常为（B ）A 非电量信号B 电量信号C 位移信号D 光信号12.输入逐渐增加到某一值，与输入逐渐减小到同一输入值时的输出值不相等是属于传感器静态特性的哪一种（D ）A:灵敏度B:线性度C:灵敏度界限D:迟滞性13.非线性度是表示校准曲线( B )的程度。
《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。
光电式传感器练习题
光电式传感器练习题一、选择题1. 光电式传感器的工作原理是基于哪种效应？A. 帕尔贴效应B. 声光效应C. 光电效应D. 热电效应2. 下列哪种传感器不属于光电式传感器？A. 光电二极管B. 光电三极管C. 热敏电阻D. 光电耦合器3. 光电式传感器中的光电二极管，其主要作用是？A. 发光B. 检光C. 转换光信号为电信号D. 放大电信号二、填空题1. 光电式传感器主要由光源、__________、光电器件和__________组成。
2. 光电式传感器按原理可分为__________、__________和__________三种。
3. 在光电式传感器中，__________是将光信号转换为电信号的元件。
三、判断题1. 光电式传感器只能检测可见光。
（）2. 光电式传感器的输出信号与光照强度成正比。
（）3. 光电式传感器在工业自动化领域应用广泛。
（）四、简答题1. 简述光电式传感器的工作原理。
2. 光电式传感器在日常生活中有哪些应用？3. 如何提高光电式传感器的检测精度？五、应用题1. 某一光电式传感器用于检测生产线上的产品数量，已知光源发出的光强度为1000Lux，光电二极管的灵敏度为0.5A/W。
当产品通过时，光电二极管产生的光电流为50mA。
求产品的透光率。
2. 设计一个基于光电式传感器的自动开关灯系统，简述其工作原理及电路组成。
3. 某一光电式传感器用于检测纸张厚度，已知光源与光电器件之间的距离为10cm，当纸张厚度为0.1mm时，光电器件接收到的光强度为原来的50%。
求纸张的折射率。
六、计算题1. 一个光电二极管在无光照时的反向饱和电流为10nA，当光照强度为100mW/cm²时，光生电流为1μA。
假设光电二极管的响应度为0.6A/W，计算该光电二极管在光照下的光子流量。
2. 一个光电传感器系统使用一个透镜将光聚焦到光电探测器上。
如果透镜的焦距为50mm，光源与透镜的距离为100mm，计算探测器上光斑的大小，假设光源的直径为10mm。
传感器原理与工程应用完整版习题参考答案
《传感器原理及工程应用》完整版习题答案第1章 传感与检测技术的理论基础（P26）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？1－3 用测量范围为－50～150kPa 的压力传感器测量140kPa 的压力时，传感器测得示值为142kPa ，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。
解：已知： 真值L ＝140kPa 测量值x ＝142kPa 测量上限＝150kPa 测量下限＝－50kPa∴ 绝对误差 Δ＝x-L=142-140=2(kPa)实际相对误差 ％＝＝43.11402≈∆L δ标称相对误差％＝＝41.11422≈∆x δ引用误差％－－＝测量上限－测量下限＝1)50(1502≈∆γ1－10 对某节流元件（孔板）开孔直径d 20的尺寸进行了15次测量，测量数据如下（单位：mm ）：120.42 120.43 120.40 120.42 120.43 120.39 120.30 120.40 120.43 120.41 120.43 120.42 120.39 120.39 120.40试用格拉布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差，并写出其测量结果。
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%解：当n ＝15时，若取置信概率P ＝0.95，查表可得格拉布斯系数G ＝2.41。
则 2072.410.03270.0788()0.104d G mm v σ=⨯=<=-，所以7d 为粗大误差数据，应当剔除。
光电式传感器PPT课件
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。
8光电式传感器
8. 1光电效应及光电器件
8.2光纤传感器
8.3电荷耦合器件
8. 1光电效应及光电器件
8.1.1光电效应 1.光电效应的类型 根据爱因斯坦的光子假说:光是一粒一粒运动着的粒子流，
这些光粒子称为光子。每个光子具有一定能量，它的能量 由下式确定，即 E=hν (8一1) 式中:h—普朗克常数，h=6.626 x10-3J·s，; ν—光子频率。 光子以光速c传播，频率为ν，相邻两峰间的距离即为波 长λ，它们之间的关系为 λ=c/ν (8一2)
感。将其PN结装在管的顶部，上面有一个透镜制成的窗日， 以便使光线集中在PN结上。
光敏二极管在电路中通常工作在反向偏压状态，如图8
一13所示。当无光照时，与一般二极管一样，电路中 仅有很小的反向饱和漏电流，称暗电流，当有光照射 时，PN结附近受光子轰击，产生电子一空穴对，使 PN结内的载流子大大增加。在反向电压的作用下，反 向饱和漏电流增大，称为光电流。
3.色散
当光信号以光脉冲形式输入到光纤，经过光纤传输 后脉冲变宽，这种现象称为色散。光的色散是由于光 在介质中的速度以及介质的折射率与光的波长有关。 光纤色散使传播的信号脉冲发生畸变，从而限制了光 纤的传输带宽，所以在光纤通信中，它关系到通信信 息的容量和品质。光纤的色散分为材料色散、波导色 散和多模色散3种。对于多模光纤中的色散主要是由多 模色散引起的，单模光纤的色散主要由材料色散引起。
2)光电导效应 在光的作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡
到自由状态，引起物体电阻率的变化，这种现象称为 光电导效应。由于这里没有电子从物体向外发射，仅 改变物体内部的电阻或电导，与外光电效应对照，有 时也称为内光电效应。 光电导效应是由于在光线的照射下，半导体中的原子 受激发成为自由电子或空穴，它们参加导电使半导体 的电导率增加了。与外光电效应一样，要产生光电导 效应，一也要受到红限频率限制。 利用光电导效应可制成半导体光敏电阻。
传感器与检测技术-第8章 光电式传感器
传感器与检测技术-第8章 光电式传感器
光电式传感器是一种基于光电效应的传感器技术，利用光的特性来实现对物 体的检测和测量。本章将介绍光电式传感器的原理、分类以及各种应用。
光电开关传感器
工作原理
光电开关传感器通过发送光线，并接收反射光线来检测物体的存在。
应用场景
广泛应用于自动化生产线上的物体检测、检测门的状态是否打开或关闭等。
光电测距传感器
1 原理
2 应用
光电测距传感器通过发送光脉冲并测量返 回时间来计算物体的距离。
广泛应用于测距仪、机器人导航等需要测 量距离的领域。
光电旋转编码器
原理
光电旋转编码器利用光栅原理来测量物体的旋 转运动。
应用
常见于机器人关节的位置控制、旋钮的位置检 测等。
光电非接触式测量传感器
原理
光电非接触式测量传感器利用光的干涉或散射来 测量物体的尺寸。
光电反射式传感器
原理
光电反射式传感器利用物体对光的反射来进行检 测和测量。
应用
适用于停车场的车辆检测、印刷机上的纸张检测 等。
光电遮断式传感器
1
工作原理
光电遮断式传感见于自动门、自动售货机等需要检测物体是否接近的场合。
3
创意应用
可以应用于制作光电乐器或触摸交互装置。
应用
常用于物体距离检测、非接触式测量等。
光电式压力传感器
1
原理
光电式压力传感器通过测量物体对光的压力变化来进行压力测量。
2
应用
适用于工业领域的压力监测、医疗设备中的生理参数测量等。
光电式温度传感器
原理
光电式温度传感器利用光的特性来测量物体的温度。
应用
常用于工业过程控制、医疗设备等需要精确测量温度的场景。
传感器原理及其应用第8章光电式传感器2_图文(精)
当向电极加正偏压时,在电场的作用下,电极下的MOS光敏元及数据面的显微照片CCD光敏元显微照片CCD读出移位寄存器的数据面显微照片2.读出移位寄存器3.电荷的输出8.4.2 8.4.2 线感光单元和存储单元交替排列。
在感光区光敏元件积分(a 被测物是光源(b 被测物吸收光通量(c 被测物是有反射能力的表面(d 被测物遮蔽光通量光电式浊度计工作原理——被测物吸收光通量可发出高分贝笛鸣可发出高分贝笛鸣声的蜂鸣器光电式带材跑偏检测器光电式带材跑偏检测控制器原理1—被测带材;2—卷取电机 ;3—卷取辊;4—液压缸;5—活塞;6—滑台; 7—光电检测装置;8—光源;9、10—透镜;11-光敏;12—遮光罩电阻R1当烟雾进入烟雾室后,烟雾的固体粒子对红外光产生漫反线阵线阵CCD CCD CCD器件精密检测工件直径器件精密检测工件直径器件精密检测工件直径n =60( f /z8.68.6 光栅传感器光栅式传感器有如下的特点:8.6.18.6.1 计量光栅的种类通常在600线/mm以上。
2.圆光栅8.6.2 莫尔条纹8.6.22.莫尔条纹的特性3 误差平均效应(a 刻线对齐 (b 错开W/4 (c 错开W/2 (d 错开3W/42 圆光栅的莫尔条纹(1 径向光栅的莫尔条纹。
在几何量的测量中,径向光栅主要使用两种莫尔条纹:圆弧形莫尔条纹和光闸莫尔条纹。
①圆弧形莫尔条纹。
两块栅距角γ相同的径向光栅以不大的偏心叠合,在光栅的各个部分,栅线的夹角均不同,便形成了不同曲率半径的圆弧形莫尔条纹。
光栅式传感器8.6.38.6.3 光栅式传感器光栅式传感器有多种不同的光学系统,其中,比较常见的有透射式光栅传感器和反射式光栅传感器。
1.透射式光栅传感器光电元器件输出电信号的幅值可用光栅位移量若指示光栅采用路,即可实现对位移的测量。
2.反射式光栅传感器接近,能减小温度误差。
3.光栅测量辨向原理4.细分技术8.7.1 绝对编码器8.7.1绝对式接触式编码器演示绝对式接触式编码器2.绝对编码器的工作原理以4位绝对码盘的光电读出装置为例,如图,由最外向内依3.提高分辨力的措施。
传感器第六、七、八章思考题及习题
第六章 思考题与习题1、什么是压电效应？答：沿着一定方向对某些电介质加力而使其变形时，在一定表面上产生电荷，当外力取消，又重新回到不带电状态，这一现象称为正压电效应。
当在某些电介质的极化方向上施加电场，这些电介质在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场散去，这些变形和应力也随之消失，此即称为逆压电效应。
2、为什么压电传感器不能测量静态物理量？ 答：压电元件送入放大器的输入电压由上式可知，用·当作用在压电元件上的力是静压力（ω=0）时，前置放大器输入电压等于零。
因为电荷就会通过放大器的输入电阻和传感器本身的泄漏电阻漏掉。
所以压电传感器不能测量静态物理量。
3、压电式传感器中采用电荷放大器有何优点？为什么电压灵敏度与电缆长度有关？而电荷灵敏度与电缆长度无关？ 答：p115 ●补充题：1、有一压电晶体，其面积为20mm 2，厚度为10mm ，当受到压力p=10MPa 作用时，求产生的电荷及输出电压：①零度X 切的纵向石英晶体；②利用纵向效应之BaTiO 3（压电陶瓷）。
已知：S=20 mm 2，δ=10mm ，P=10MPa ， 求：Q=？，V=？ 解：①∵ PS d F d Q 1111== 而：)/(1031.21211N c d -⨯= ∴ c PS d Q 10111062.4-⨯== 又∵ SQ S Q C Q U r r a εεδδεε00)/(/=== 而：)/(1085.85.412-0m F r ⨯==εε、 ∴ )(8.5797/0V SQ C Q U r a ===εεδ解②∵ PS d F d Q 3333== 而：)/(10901233N c d -⨯= ∴ c PS d Q 833108.3-⨯== 同上：又∵ SQ S Q C Q U r r a εεδδεε00)/(/=== 而：)/(1085.8120012-0m F r ⨯==εε、 ∴ )(3.1788/0V SQ C Q U r a ===εεδ2、某压电晶体的电容为1000pF;Kq=2.5C/cm,Cc=3000pF,示波器的输入阻抗为1M Ω和并联电容为50pF,求；①压电晶体的电压灵敏度；②测量系统的高频响应③如系统允许的测量幅值误差为5%,可测最低频率时多少？④如频率为10Hz,允许误差为5%,用并联方式，电容值是多少？已知：pF C M R pF C N c k pF C i i c q a 5013000/5.21000=Ω====；；；； 求： 解①∵ a q V C k k /= ∴ )/(105.29N V k V ⨯= 解②依据教材p113(6-14)式 ∵ ic a m im V C C Cd F U k ++=∞=33/)(；而：3333//d F F d F Q k q ===∴ )/(1017.68N V C C C k k ic a qV ⨯=++=解③依据教材p113(6-15)式 因： 222)(1)()(i c a i c a C C C R C C C R k +++++=ωωω高频响应时：1)(*=∞=k k而：%5)(**≤-kk k Lωγ 则：%95)(1)()(222≥+++++=i c a i c a C C C R C C C R k ωωω其中： 解得：Hz f LCL 5.1192==πω 解④因： %5)(**≤-k k k Lωγ 则： %95)(1)()(222≥+++++=i c a i c a C C C R C C C R k ωωω其中：解得：pF C C C C c a 48447=++=3、用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器的振动，已知：加速度计灵敏度为5pC/g,电荷放大器灵敏度为50mV/pC,当机器达到最大加速度值时相应的输出电压幅值为2V ,试求该机器的振动加速度。
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。
光电式传感器习题及解答.doc
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C. 固体图像传感器B.红外热释电探测器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 BC．无光照时暗电流很大 D 9、基于光生伏特效应工作的光电器件是（A．光电管 B.C D. ．无光照时暗电阻很小．受一定波长范围的光照时亮电流很大）光敏电阻10、 CCD以（）为信号A. 电压C．电荷B.D.电流电压或者电流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。
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课后答案_第2章到第8章
《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2章 电阻式传感器2-1 金属应变计与半导体应变计在工作机理上有何异同？试比较应变计各种灵敏系数概念的不同物理意义。
答：（1）相同点：它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化所；不同点：金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。
（2）对于金属材料，灵敏系数K0=Km=(1+2μ)+C(1-2μ)。
前部分为受力后金属几何尺寸变化，一般μ≈0.3，因此（1+2μ）=1.6；后部分为电阻率随应变而变的部分。
金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。
对于半导体材料，灵敏系数K0=Ks=(1+2μ)+πE 。
前部分同样为尺寸变化，后部分为半导体材料的压阻效应所致，而πE>>(1+2μ)，因此K0=Ks=πE 。
半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。
2-2 从丝绕式应变计的横向效应考虑，应该如何正确选择和使用应变计？在测量应力梯度较大或应力集中的静态应力和动态应力时，还需考虑什么因素？2-3 简述电阻应变计产生热输出（温度误差）的原因及其补偿办法。
答：电阻应变计的温度效应及其热输出由两部分组成：前部分为热阻效应所造成；后部分为敏感栅与试件热膨胀失配所引起。
在工作温度变化较大时，会产生温度误差。
补偿办法：1、温度自补偿法 （1）单丝自补偿应变计；(2) 双丝自补偿应变计2、桥路补偿法 （1）双丝半桥式；（2）补偿块法2-4 试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。
答：原因：)(211)(44433221144332211R R R R R R R R R R R R R R R R U U ∆+∆+∆+∆+∆-∆+∆-∆=∆ 上式分母中含ΔRi/Ri ，是造成输出量的非线性因素。
《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。
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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。
8-12 试说明图8-33（b）所示光电式数字测速仪的工作原理。
（1 ）若采用红外发光器件为光源，虽看不见灯亮，电路却能正常工作，为什么？（ 2 ）当改用小白炽灯作光源后，却不能正常工作，试分析原因。
把电兀件妇频率汁A发比—极营放光整形虧路图君33光电式數字转速義工作原理图8-13若采用波长为9100 A （1A =10 J0m ）的砷化镓发光二极管作光源，宜采用哪几种光电元件作测量元件？为什么？8-14 手头有三种光电元件：硫化铊光敏电阻、硫化铅光敏电阻、硅光敏三极管，用可见光为光源，请按下列条件选用光电元件：（1）制作光电开关，开关频率约10Hz ;（2 ）制作光电开关，开关频率约为10 4Hz ；（3 ）作线性测量元件，响应时间10-1s。
8-15简述视觉传感器概念、结构组成和工作原理。
*8-16 什么是外光电效应？内光电效应？光生伏特效应？光电导效应？8-17光电器件中的光照特性、光谱特性分别描述的是光电器件的什么性能？8-18 试述光敏电阻、光敏晶体管、光电池的器件结构和工作原理。
8-19当光源波长为0.8 —0.9 ym时宜采用哪种材料的光敏元件进行测量？8-20 叙述电荷耦合器件（CCD ）的结构和存储电荷与转移电荷的工作过程。
答：CCD是一种半导体器件，在N型或P型硅衬底上生长一层很薄的SiO 2，再在SiO 2薄层上依次序沉积金属电极，这种规则排列的MOS电容数组再加上两端的输入及输出二极管就构成了CCD芯片,CCD可以把光信号转换成电脉冲信号。
每一个脉冲只反映一个光敏元的受光情况，脉冲幅度的高低反映该光敏元受光的强弱，输出脉冲的顺序可以反映光敏元的位置，这就起到图像传感器的作用。
转移电荷的工作过程：如图三相控制是在线阵列的每一个像素上有三个金属电极P1,P2,P3,依次在其上施加三个相位不同的控制脉冲①1 ,①2 ,①3，见图（b）。
CCD电荷的注入通常有光注入、电注入和热注入等方式。
图（b）采用电注入方式。
当P1极施加高电压时，在P1下方产生电荷包（t = t0 ）;当P2极加上同样的电压时，由于两电势下面势阱间的耦合，原来在P1下的电荷将在P1、P2两电极下分布（t = t1 ）;当P1回到低电位时，电荷包全部流入P2下的势阱中（t = t2）。
然后，P3的电位升高，P2回到低电位，电荷包从P2下转到P3下的势阱（t=t3 ），以此控制，使P1下的电荷转移到P3下。
随着控制脉冲的分配，少数载流子便从CCD的一端转移到最终端。
终端的输出二极管搜集了少数载流子，送入放大器处理，便实现电荷移动。
8-21作为光波5ym红外线的传感器材料有哪些？8-22作光电管的CdS材料和InSb晶体的性质差异是什么？答：InSb光电管虽然响应速度快，但必须使用液体氮冷却。
8-23在用光开关检测物体的系统中，指出输出电压的时间波形。
答：光进入受光器输出电压为0V，光不进入时，输出6V，所以下图为所示波形。
8-24在用光开关检测物体的系统中，由受光器的受光次数，可计算通过输送带上物体的个数，那么，用输送带搬运两种高度的物体时，画出能分别计算两种高度的物体个数的系统组成图。
答：在运输带两边分别设置发光器A和B，受光器A和B'。
高度低的物体通过时，（下图（a））,受光器A受光但B'不受光（表1中分别用符号O和X表示）。
若是高低物体，贝U A和B'都不受光（表1 中分别用X和X表示）。
因此可得b图的体统组成图。
受光时（符号O）输出是0V （L水平），不受光（符号X）时输出是6V （H水平）。
因此，表1变成表2。
结果，分别数一数输出a,b为L , H时（低的物体）或者H , H时（高的物体）即可。
这是用逻辑电路和计数电路完成的。
A' B' a b8-25由光电二极管二维阵列组成面型传感器进行图像检测，对图像的分辨率由光电二极管的个数决定，试说明理由。
答：面型传感器由许多的单元构成二维平面，其中每一个小单元都是一个光电二极管，称为像素。
用面型传感器测量物体的形状所得的图像的分辨率最高只能是一个像素。
如果所测得图像长为I ,对应N个像素，分辨率为I/N。
假设N为200，则分辨率最高只能使1/200。
8-26 简述模拟式光电传感器的要求及工作方式。
答：模拟式光电传感器将被测量转换成连续变化的光电流，要求光电元件的光照特性为单值线性，而且光源的光照均匀恒定。
属于这类的传感器的工作方式有：（1 ）被测物体本身是光辐射源，由它释出的光射向光电元件；（2 ）被测物体位于恒定光源与光电元件之间，根据被测物对光的吸收程度或对其谱线的选择来测定被测参数；（3 ）恒定光源射出的光投射到被测物体上，再从其表面反射到光电元件上，根据反射的光通量多少测定被测物表面性质和状态；B'备出堀（4 ）被测物位于恒定光源与光电元件之间，根据被测物阻挡光通量的多少来测定被测参数；（5 ）时差测距：恒定光源发出的光投射于目的物，然后反射到光电元件，根据发射与接收之间的时间差测出距离。
8-27光电效应可分几类？说明其原理并指出相应的光电器件。
答：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电效应的现象。
分为：外光电效应和内光电效应两种，其中内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。
外光电效应：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。
条件：小于红限波长（或大于其红限频率）即根据爱因斯坦光电效应方程，要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子的能量大于该物体的表面逸出功，超过部分的能量表现为逸出电子的动能。
外光电效应多发生于金属和金属氧化物。
基于外光电效应原理工作的光电器件有光电管和光电倍增管。
内光电效应：半导体材料中处于价带的电子吸收光子能量，通过禁带跃入导带，使导带内电子浓度和价带内空穴增多，即激发出光生电子-空穴对，从而使半导体材料产生电效应。
条件：光子能量必须大于材料的禁带宽度-：E。
内光电效应按其工作原理可分为两种：1）光电导效应：半导体受光照后电阻率变化的现象。
过程：当光照射到半导体材料上时，价带中的电子受到能量大于或等于禁带宽度的光子轰击，并使其由价带越过禁带跃入导带，使材料中导带内的电子和价带内的空穴浓度增加，从而使电导率变大。
基于光电导效应原理工作的光电器件有光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管。
2 ）光生伏特效应：光照产生电子-空穴对在结电场作用下，电子>N区，空穴—.P区，其积累使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电动势的现象，称为光生伏特效应，常称为光电池。
基于该效应的光电器件有光电池和光敏二极管、光敏三极管。
8-28光电器件的基本特性有哪些？它们各是如何定义的？答：1 ）光电流：光敏元件的两端加上一定偏置电压后，在某种光源的特定照度下产生或增加的电流称为光电流。
2 ）暗电流：光敏元件在无光照时，两端加电压后产生的电流称为暗电流。
3 ）光照特性：当光敏元件加一定电压时，光电流与光敏元件上光照度之间的关系。
4 ）光谱特性（又称光谱响应）：当光敏元件加一定电压时，若照射在光敏元件上的是一单色光，且入射光功率不变，光电流随入射光波长变化而变化的关系。
5 ）伏安特性：在一定照度下，光电流与光敏元件两端的电压的关系。
6 ）频率特性：在相同的电压和相同幅值的光强度下，当入射光受不同的正弦交变频率调制时，光敏元件输出的光电流和灵敏度随调制频率变化的关系。
7 ）温度特性：环境温度变化后，光敏元件的光学性质也将随之改变的现象。
8-29 硅光电池的结构是什么？答：在N型硅片上渗入P型杂质形成一个大面积PN结而成。
8-30 简述光电传感器的物理基础以及光电效应的种类和所对应的光敏元件。
答：物理基础：光电效应。
在光线作用下能使电子逸出物体表面的称外光电效应，有光电管、光电倍增管。
在光线作用下能使电阻率改变的称内光电效应（光电导效应），有光敏电阻、光电管。
在光线作用下能使物体产生一定方向电动势的称光生伏特效应，有光电池。
8-31 光电效应有哪几种类型？与之对应的光电元件各有哪些？简述各光电元件的优缺点。
答：光电效应根据产生结果的不同，通常可分为外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三种类型。
光电管和光电倍增管是属于外光电效应的典型光电元件。
光电倍增管的优点是灵敏度高，比光电管高出几万倍以上，输出线性度好，频率特性好；缺点是体积大，易破碎，工作电压高达上千伏，使用不方便。
因此它一般用于微光测量和要求反应速度很快的场合。
基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管。
光敏电阻具有很高的灵敏度，光谱响应的范围可以从紫外线区域到红外线区域，而且体积小，性能稳定，价格较低，所以被广泛应用在自动监测系统中。