第七章光电传感器练习

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第七章-CCD光电图像传感器

• 势阱内吸收的光电子数量与入射光势阱附近的光强成正比。一个势阱所吸收集的若干个光生电荷称为一个电荷包。
七、 CCD光电图像传感器
2、 CCD工作原理
电荷存储
通常在半导体硅片上制有成千上万个相互独立的MOS光敏单元，如果在金属电极上加上正电压，则在半导体硅片上就形成成千上万的个相互独立的势阱。如果此时照射在这些光敏单元上是一幅明暗起伏的图像，那么这些光敏元就会产生出一幅与光照强度相对应的光电荷图像。
获得目标尺寸和像素的变换关系根据几何光学原理，被测物体尺寸计算公式为D=np/M
式中： n——覆盖的光敏像素数； p——像素间距； M——倍率。
D
被测物体
成像透镜
CCD
七、 CCD光电图像传感器
5、典型线阵CCD图像传感器 TCD1209D的像敏单元阵列由2075个光电二极管构成，其中
有27个光电二极管（前边D13～D31和后边的D32～D39）被遮蔽，中间的2048个光电二极管为有效的像敏单元。每个像敏单元的尺寸为14µm×14µm，相邻的两个像元的中心距为14µm。像敏单元阵列的总长度为28.672mm。
特性参数
七、CCD光电图像传感器
5、典型线阵CCD图像传感器（2）灵敏度
特性参数
线阵CCD的灵敏度参数定义为单位曝光量(lx.s)的作用下器
件的输出信号电压，即
R UO
式中的UO为线阵CCD输出的信号H电V 压，HV光敏面上的曝光量。
衡量器件灵敏度的参数还常用器件输出信号电压饱和时光敏面
上的曝光量表示，称为饱和曝光量，记为SE。饱和曝光量SE越
电源输出
驱动脉冲
控制脉冲
钳位脉冲复位脉冲TCD1209D原理结构图

信号处理与测试技术习题及答案

第一章习题：一、填空题1、电量分为和，如电流、电压、电场强度和电功率属于；而描述电路和波形的参数，如电阻、电容、电感、频率、相位则属于。

2、传感器输出的经过加工处理后，才能进—步输送到记录装置和分析仪器中。

3、现代科学认为，、、是物质世界的三大支柱。

4、与三大支柱相对应，现代科技形成了三大基本技术，即、、。

5、传感技术是人的的扩展和延伸；通信技术是人的的扩展和延伸；计算机技术是人的的延伸。

6、、、技术构成了信息技术的核心。

二、简答题1、举例说明信号测试系统的组成结构和系统框图。

2、举例说明传感技术与信息技术的关系。

3、分析计算机技术的发展对传感测控技术发展的作用。

4、分析说明信号检测与信号处理的相互关系。

三、参考答案（－）填空题1、电能量、电参量、电能量、电参量2、电信号、信号调理电路3、物质、能量、信息4、新材料技术、新能源技术和信息技术5、感官（视觉、触觉）功能、信息传输系统(神经系统)、信息处理器官(大脑)功能6、传感、通信和计算机第二章习题：一、填空题1、确定性信号可分为和两类。

2、信号的有效值又称为，它反映信号的。

3、概率密度函数是在域，相关函数是在域，功率谱密度是在域上描述随机信号。

4、周期信号在时域上可用、和参数来描述。

5、自相关函数和互相关函数图形的主要区别是。

6、因为正弦信号的自相关函数是同频率的，因此在随机噪声中含有时，则其自相关函数中也必然含有，这是利用自相关函数检测随机噪声中含有的根据。

7、周期信号的频谱具有以下三个特点：_________、________、_________。

8、描述周期信号的数学工具是__________；描述非周期信号的数学工具是________。

9、同频的正弦信号和余弦信号,其相互相关函数是的。

10、信号经典分析方法是和。

11、均值E[x(t)]表示集合平均值或数学期望，反映了信号变化的，均方值反映信号的。

12、奇函数的傅立叶级数是，偶函数的傅立叶级数是。

高考物理最新电磁学知识点之传感器技巧及练习题含答案(1)

高考物理最新电磁学知识点之传感器技巧及练习题含答案(1)一、选择题1．如图所示是一个基本逻辑电路。

声控开关、光敏电阻、小灯泡等元件构成的一个自动控制电路。

该电路的功能是在白天无论声音多么响，小灯泡都不会亮，在晚上，只要有一定的声音，小灯泡就亮。

这种电路现广泛使用于公共楼梯间，该电路虚线框N中使用的是门电路．则下面说法正确的是（）A．R2为光敏电阻，N 为或门电路B．R2为光敏电阻，N为与门电路C．R2为热敏电阻，N为或门电路D．R2为热敏电阻，N为非门电路2．氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测，它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化．在如图所示的电路中，不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻，这样显示仪表（电压表）的指针就与一氧化碳浓度有了对应关系，观察仪表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标．有一种氧化锡传感器，其技术资料中给出的是传感器电导（即电阻的倒数）与一氧化碳浓度C的关系曲线如右图所示，则电压表示数U0与一氧化碳浓度C之间的对应关系应该是（）A．B．C．D．3．科学家研究发现，磁敏电阻(GMR)的阻值随所处空间磁场的增强而增大，随所处空间磁场的减弱而变小，如图所示电路中GMR为一个磁敏电阻，R和为滑动变阻器，和为定值电阻，当开关和闭合时，电容器中一带电微粒恰好处于静止状态．则A．只调节电阻，当向下端移动时，电阻消耗的电功率不变B．只调节电阻，当向下端移动时，带电微粒向下运动C．只调节电阻R，当向右端移动时，电阻消耗的电功率变小D．只调节电阻R，当向右端移动时，带电微粒向下运动4．图甲是在温度为10℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1="20" kΩ,R2 ="10" kΩ,R3="40" kΩ,R t为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示．当a、b 端电压U ab ≤ 0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当a、b端电压U ab>0时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在（）A．10℃B．20℃C．35℃D．45℃5．自从2011年5月1日“酒驾新规”推行后，“醉驾入刑”深入人心．交通警察检测酒驾的最简单的方法就是用酒精测试仪．酒精测试仪的工作原理如图所示，其中P是半导体型酒精气体传感器，该传感器电阻r′与酒精气体的浓度C成反比，R0为定值电阻，下列关于电压表的示数（U）与酒精气体的浓度（C）之间关系的图像，其中正确的是()A．B．C．D．6．下列说法中正确的是( )A．电饭锅中的敏感元件是光敏电阻B．测温仪中的测温元件可以是热敏电阻C．机械式鼠标中的传感器接收到连续的红外线，输出不连续的电脉冲D．火灾报警器中的光传感器在没有烟雾时呈现低电阻状态，有烟雾时呈现高电阻状态7．近年来，酒驾几乎成为一种“社会公害”， 2011年我国首次将醉酒驾车规定为犯罪，并于5月1日正式实施。

传感器的应用课件及练习题答案含详解

针指在满刻度的 3 位置时，U 3 E
4
4
代入③式解得 a 方kL向向左。
答案：(1)
a
kL
2m
E (22)U见?解析
mE
(3) kL 方向向左
2m
考查内容传感器自动控制电路的设计
【典例】如图甲所示为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定。电流表内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光亮度逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图乙所示，试根据这一特性用图丙中给定的器材设计一个路灯自动控制电路。
2 传感器的应用
1.传感器原理：传感器可以把非电学量转换为_电__学__量__，从而可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。 2.光敏电阻：被光照射时电阻发生变化，随着光照的增强，导电性_变__好__。 3.热敏电阻和金属热电阻能够把温度这个热学量转换为_电__阻__ 这个电学量。 4.霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为_电__压__这个电学量。
3.光传感器的应用——火灾报警器：如图所示为利用烟雾对光的散射来工作的一种火灾报警器，其工作原理是：带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小。与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。
【标准解答】托盘的移动带动P1移动，使P1、P2间出现电势差，电势差的大小反映了托盘向下移动距离的大小，由于R为均匀
滑线电阻，则其阻值与长度成正比。
(1)由力的平衡知识有m0g=kx1，解x得1
m0g k
。
(2)放上物体m重新平衡后m0g+mg=kx2，

光电传感器的原理与使用考核试卷

9.光电传感器在检测距离上的主要限制因素是（）。
A.光源功率
B.传感器灵敏度
C.信号处理电路
D.环境干扰
10.光电传感器的抗干扰能力主要取决于（）。
A.传感器结构
B.信号处理电路
C.光源稳定性
D.环境因素
11.光电传感器在检测速度上的主要限制因素是（）。
A.传感器结构
B.信号处理电路
C.光源稳定性
D.环境因素
四、判断题（本题共20小题，每题0.5分，共10分，正确的请在答题括号中画√，错误的画×）
1.光电传感器只能将光信号转换为电信号。（）
2.光敏电阻的阻值随光照强度的增加而增大。（）
3.光电耦合器可以提高信号传输的抗干扰能力。（）
4.光电二极管和光电三极管的响应速度相同。（）
5.光电传感器的线性范围越宽，其检测精度越高。（）
20.光电传感器的信号处理电路中，显示电路的作用是______。
21.光电传感器在工业自动化中用于______。
22.光电传感器在安防系统中用于______。
23.光电传感器在医疗设备中用于______。
24.光电传感器在交通运输中用于______。
25.光电传感器在智能控制系统中用于______。
18.光电传感器在科研领域中的应用仅限于光谱分析。（）
19.光电传感器在光学仪器中的应用仅限于显微镜和望远镜。（）
20.光电传感器在智能控制系统中的应用仅限于机器人控制。（）
五、主观题（本题共4小题，每题5分，共20分）
1.请简要阐述光电传感器的工作原理，并举例说明其在实际应用中的两种不同类型。
2.分析光电传感器在实际应用中可能遇到的主要干扰因素，并提出相应的解决方法。

传感器原理及其应用(李艳红、李海华主编)-部分课后习题

传感器原理及其应用(李艳红、李海华主编)-部分课后习题第一章P10 1、2、5、61.传感器的定义答：传感器是一种以一定精确度把被测量（主要是非电量）转换为与之有确定关系、便于应用的某种物理量（主要是电量）的测量装置。

2.传感器组成及作用答：(1)传感器一般由敏感元件、转换元件、测量电路三部分组成；(2)敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量有确定关系的物理量；转换元件：将敏感元件输出的非电量转换为电量；测量电路：将转换元件输出的电量变换成便于显示、记录、控制和处理的信号3.开环测量系统和闭环测量系统区别答：开环测量系统(1)信息只沿着一个方向传递(2)系统相对误差等于各环节相对误差之和(3)结构简单，但每个环节特性变化都会造成测量误差闭环测量系统(1)有正向通道和反馈通道(2)输入输出关系由反馈环节特性决定，测量处理等环节造成的误差较小4.测量不确定度及其评定方法答：(1)测量不确定度：表征合理赋予被测量值的分散性，与测量结果相联系的参数即结果的可靠性和有效性的怀疑程度(2)不确定度按其评定方法可分为A类评定和B类评定A类评定是用统计方法进行评定。

即对某被测量进行等精度的独立多次重复测量，得到一系列的测得值。

B类评定用非统计分析法，它不是由一系列的测得确定，而是利用影响测得值分布变化的有关信息和资料进行分析，并对测量值进行概率分布估计和分布假设的科学评定B类评定的信息来源有以下6项：①以前的观测数据；②对有关技术资料和测量仪器特性的了解和经验；③生产部门提供的技术说明文件；④校准文件、检定证书或其他文件提供的数据、准确度的等级或级别，包括的输出，从而实现非电量的测量。

(2)金属在外力作用下产生机械形变，其电阻值也发生相应改变的现象。

(3)半导体由于应力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为压阻效应。

2.画出桥式测量电路，并推导直流电桥平衡条件，以及不对称电桥输出电压变化。

答：(1)(2)直流电桥平衡条件上图为负载电阻，→∞时，有：U0=0时，有为电桥平衡条件(3)把电桥平衡条件代入上式化简，并忽略高阶无穷小量得：3.采用应变片进行测量时为什么要进行温度补偿？常用补偿方法有哪些？P34答：(1)应变片的阻值受环境（包括被测试件的温度）的影响很大。

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。

传感器习题

2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV
第五章
热电式传感器
首先由镍铬-镍硅热电偶分度表查出它在冷端温度为0℃，热端温度分别为800℃、50℃、20℃时的热电动势：
E(800，0)＝33.277mV；
E(50，0)＝2.022mV； E(20，0)=0.798mV。
如果热电偶与仪表之间直接用铜导线连接，根据中间导体定律，输入仪表的热电动势为：
被测温度：
T=1150+0.53×35=1168.3（℃）
特点：计算简单；误差大一点，但误差不大于0.14％。
第五章计算题
热电式传感器
第五章
热电式传感器
2、用镍铬-镍硅热电偶测某一水池内水的温度，测出
的热电动势为2.436mV。再用温度计测出环境温度为
30℃(且恒定)，求池水的真实温度。解：由镍铬-镍硅热电偶分度表查出
12
第六章
压电式传感器
2、有一压电晶体，面积为20mm2，厚度为10mm，当受压力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)利用纵向效应的BaTiO3。解：由题意知，压电晶体受力为 F=PS=10×106×20×10-6=200(N) （2）纵向效应的BaTiO3，εr=1900，d33=191×1012C/N
D 10cm ，材料弹性模量 E 200 109 N / m 2 用它称
80吨重物体，若用电阻丝式应变片，应变片的灵敏度系数 K 2 R 350 问电阻变化多少？
第二章
电阻式传感器
1、一应变片的电阻， 0 350 K 2.05 用作应变为 R 800m / m 的传感元件试求：（1） R 与 R / R0 （2）若电源电压 E 5V ，求单桥测量电路的非平衡输出电压?

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：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。

在管子封口前应低温烘烤多余的残余气体。

4、场致发射光电倍增管的工作电压高时还会引起管内电极尖端或棱角的场强太高产生的场致发射暗电流。

《光电检测技术》练习题

练习题一、填空题1．光是以一定频率振动的物质，它既具有，又具有。

2．光电传感器技术（或光电检测技术）的理论基础是。

3．光辐射的度量方法有两种：一是物理（或客观）的度量方法，与之相应的为，二是从人眼生理（或主观）上对辐射量进行计量，与之对应的是。

4．辐通量的单位是，光通量的单位。

5．光出射度的单位是，发光强度的单位是。

6．激光的基本特性有、、。

7．产生激光的基本条件有：，，。

8．粒子数反转是指。

9．黑体辐射定律包含、、三大定律。

10．发光二极管的工作条件是。

11．THz波是指频率范围在之间的电磁波。

12．He-Ne激光器是常用的气体激光器，以作为抽运氖原子的主要形式。

13．辐强度的单位是，发光强度的单位是。

14．器件是所有光电探测器件中暗电流最小的，影响光电倍增管暗电流的主要因素有：，，，，。

15．靠外部能量激发发光的方式有：，，，。

16．光生伏特器件的偏置电路有，，。

17．发光二极管的发光机理有两种注入方式分别是：，。

18．CCD工作的基本过程是，，，。

二、简答题1.光的辐射度量参数与光度量参数的根本区别是什么？2.试说明为什么本征光电导器件在越微弱的辐射作用下，时间响应越大，而灵敏度越高？3.内光电效应有哪些？4.用图示说明本征吸收的过程。

5.说明光与物质的相互作用并用图说明。

6.什么是外光电效应？7.光伏效应的定义。

8.LED光源与LD光源的本质区别是什么？哪个光源相干性好？9.简要说明气体放电灯的发光机理和特点。

10.为什么热释电探测器只适应于交变光信号的探测？11.简述热释电器件的工作原理。

12.象限探测器件和PSD位置检测器件在检测位置方面哪个更好，有何优点？13.热噪声的定义。

14.硅光敏二极管和PIN型光敏二极管，雪崩光敏二极管的主要区别是什么？15.光的辐射度量系统与光度量系统的根本区别是什么？16.简要说明半导体的光电导效应与入射辐通量的关系（在强辐射和弱辐射时）。

17.真空型和充气型光电管都属于光电发射器件，说明充气型光电管的工作原理。

光电传感器制造考核试卷

C.光源颜色对传感器性能无影响
D.应根据检测物体和环境的特性选择合适的光源
19.下列哪种光电传感器适用于检测微小物体？（）
A.反射式光电传感器
B.透过式光电传感器
C.对射式光电传感器
D.激光光电传感器
20.光电传感器在自动化生产中的应用主要是以下哪方面？（）
A.位置检测
B.速度测量
C.物体计数
D.以上都对
6.光电传感器只能输出数字信号。（）
7.光电传感器适用于所有环境条件下的物体检测。（）
8.透过式光电传感器适用于检测不透明物体。（）
9.光电传感器在检测物体时，物体颜色对其检测效果没有影响。（）
10.光电传感器在自动化生产中主要用于位置检测和速度测量。（）
五、主观题（本题共4小题，每题5分，共20分）
C.震动环境
D.直接受阳光照射
12.下列哪种光电传感器适用于高速运动的物体检测？（）
A.遮蔽式光电传感器
B.反射式光电传感器
C.对射式光电传感器
D.透过式光电传感器
13.光电传感器的光电器件不包括以下哪种？（）
A.光敏二极管
B.光敏三极管
C.发光二极管
D.晶体管
14.关于光电传感器制造过程中的光电器件焊接，以下哪种说法是正确的？（）
A.光的干涉
B.光的衍射
C.光的吸收
D.光的反射
2.下列哪种材料常用作光电传感器的光源？（）
A.白炽灯
B.氖灯
C.发光二极管
D.碘钨灯
3.光电传感器中，光敏二极管是基于哪种物理效应工作的？（）
A.电磁效应
B.热效应
C.光电效应
D.磁电效应
4.下列哪种光电传感器适用于检测透明物体？（）

光电检测技术习题答案

光电检测系统作业答案：第一章：1-2：使用一定的敏感器和传感器，对被测量感知，并转化为电信号，实现非电量的检测。

1-7：题目自拟。

第二章：2-2：光照PN结产生光生载流子，在PN结两端出现电动势，称为光生伏特效应。

在光生伏特效应中，与光照相联系的是少数载流子的行为，少数载流子的寿命通常很短，所以光生伏特效应的探测器比光电导探测机器有更快的响应速度。

2-4：光电效应是指光照射到物体表面上使物体发射电子、或电导率发生变化、或产生光电动势的现象。

光电效应实质上是入射光辐射与物质中束缚于晶格的电子或自由电子的相互作用所引起的。

光电效应对光频率(波长)具有选择性，在光子与电子的相互作用下，其响应速度比较快。

按照是否发射电子可将光电效应分为内光电效应和外光电效应，具体有光电子发射效应、光电导效应、光生伏特效应等。

光热效应是指探测元件在吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的变化，而是把吸收的光能变为晶格的热运动，引起探测元件温度的上升，温度上升的结果又使探测元件与温度有关的电学性质或其他物理性质发生变化。

原则上，光热效应对光波频率(波长)没有选择性，因而物质温度的变化仅决定于光功率，而与入射光辐射的光谱成分无关。

因为温度升高是热积累的作用，所以光热效应的响应速度一般比较慢，而且容易受环境温度变化的影响。

光热效应包括热释电效应、温差电效应和辐射热计效应等。

第三章3-4：该题参数不够3-5：光电导器件响应时间受入射光的照度、所加电压和负载电阻大小等因素限制。

光伏器件的工作频率比光电导器件的工作频率高。

实际使用中主要通过电路设计来改善工作频率响应，如合理地设计负载电阻的大小。

3-13: 由于光照度增大到一定程度后，硅光电池的p-n 结产生的光生载流子数达到饱和，其开路电压也将受到势垒高度的限制，因此不会再随入射照度的增大而增大。

硅光电池的最大开路电压由表达式可得lnI S U U T oc Φ=，其中U T ≈0.26mV ，S 为光电灵敏度，Ø为光照度，通常U oc ≈0.45~0.6V 。

光传感器的原理及应用典型练习题3

光传感器的原理及应用典型练习题3注意事项：1．答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息2．请将答案正确填写在答题卡上1．光电门能够记录遮光条的挡光时间，应用的传感器是（）A．光传感器B．温度传感器C．声音传感器D．压力传感器【答案】A【详解】光电门能够记录遮光条的挡光时间，是应用了把光信号转化为电信号，从而控制计时器计时的工作原理，应用的传感器是光传感器，故选A。

2．许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启；而在白天，即使有声音它也没有反应，它的控制电路中可能接入的传感器是（）①温度传感器①光传感器①声音传感器①力传感器A．①①B．①①C．①①D．①①【答案】B【详解】根据题意，天黑时，出现声音它就开启；而在白天，即使有声音它也没有反应，可知控制电路中接入了光传感器。

即使天黑，没声音灯也不亮，可知电路中还接入了声音传感器故选B。

3．如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图。

门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭时会遮蔽红外线源（红外线源没有画出）。

经实际试验，灯的亮、灭情况的确能反映门的开、关状态。

门打开时两灯的发光情况及R2两端电压U R2与门关闭时相比（）A ．红灯亮，U R2变大B ．绿灯亮，U R2变大C ．绿灯亮，U R2变小D ．红灯亮，U R2变小【答案】D【详解】当门打开时，R 3受红外线照射，电阻减小，从而使并联电路电阻减小，总电阻减小，电路中总电流I 增大，R 2两端电压UR 2＝U 并＝E －I （R 1＋r ）减小，R 2中电流IR 2＝22R U R减小，所以R 3中电流IR 3＝I －IR 2增大，线圈产生的磁场增强，把衔铁吸下，红灯亮，故D 正确。

故选D 。

4．有些洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该装置采用的传感器是（） A ．温度传感器 B ．压力传感器 C ．生物传感器 D ．红外线传感器【答案】B【详解】水位不同，洗衣机筒壁所受压力不同，所以应该采用压力传感器，故B 正确，ACD 错误。

光传感器的原理及应用典型练习题8

光传感器的原理及应用典型练习题8注意事项：1．答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息2．请将答案正确填写在答题卡上1．如图所示是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内照明灯的示意图，试说明其工作原理。

【答案】见解析【详解】天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y 输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通．天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使照明灯自动开启．天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A不再有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，照明灯熄灭。

2．烟雾散射式火灾报警器为什么平时不报警，而有烟雾时能报警？【答案】见解析【详解】平时发光二极管LED发出的光被不透明的挡板挡住，光电三极管收不到LED发出的光。

但有烟雾进入时，因烟雾对光的散射而致使部分光照射到光电三极管上，使其电阻变小，从而与传感器连接的电路检测出这种变化，发出警报。

3．下雨、天黑指示灯的模块电路设计。

设计目标：请为一指示灯做设计，当同时满足下雨及天黑时指示灯亮。

【答案】见解析【详解】（1）传感器：x光敏电阻，y：湿度传感器。

控制器：与门。

执行器；灯。

（2）模块电路设计图，如图所示。

（3）真值表。

（4）原理：天黑时，光敏电阻阻值大，A点为高电势1；下雨时，湿度传感器导通，B点为高电势1。

注意分压知识在逻辑电路中应用。

在该实例中的A输入端，光强大时，光敏电阻小，分压相对较少，大量电压分到可变电阻上，A点电势为低电势0。

因此只有在晚上光弱时，A点电势才为高电势1。

4．北京奥运会帆船比赛在青岛举行，赛事采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能。

用光敏电阻作为传感器控制路灯的开关，实现自动控制。

光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强（如白天）时电阻几乎为零；照射光较弱（如黑天）时电阻接近于无穷大。

光电传感器应用考核试卷

C.灵敏度
D.分辨率
11.以下哪种光电传感器的输出信号与物体距离成正比关系？（）
A.遮蔽式光电传感器
B.反射式光电传感器
C.对射式光电传感器
D.透过式光电传感器
12.在光电传感器中，以下哪种材料可用于制作光敏元件？（）
A.硅
B.铜线
C.铝
D.钨
13.关于光电传感器，以下哪个参数表示其能检测的最小物体尺寸？（）
2.在光电传感器中，光敏二极管主要工作在____模式下。
3.光电传感器按工作方式可分为____式和____式两种。
4.光电传感器的光源通常使用____、____和____等。
5.光电传感器在检测透明物体时，通常采用____式光电传感器。
6.为了提高光电传感器的抗干扰能力，可以采用____线进行信号传输。
1.光电传感器的工作原理是利用光电器件将光信号转换为电信号。常见的类型有光敏二极管、光敏三极管和光电晶体管。应用场景包括自动门控制系统、生产线上的物体检测和颜色识别等。
2.光电传感器在工业自动化中用于提高生产效率和产品质量。可能遇到的问题包括环境光干扰、传感器污染和误动作等。解决措施包括使用遮光罩、定期清洁传感器和优化信号处理算法等。
8.光电传感器在所有环境下都能保持相同的检测性能。（）
9.光电传感器的输出信号只能是数字信号。（）
10.光电传感器在安装时不需要考虑其与被检测物体之间的距离。（）
五、主观题（本题共4小题，每题5分，共20分）
1.请简述光电传感器的工作原理，并列举三种常见的光电传感器类型及其应用场景。
2.描述光电传感器在工业自动化中的重要作用，并讨论其在使用过程中可能遇到的问题及相应的解决措施。
A.白炽灯
B.荧光灯

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。

光传感器及其应用典型练习题9

光传感器及其应用典型练习题9注意事项：1．答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息2．请将答案正确填写在答题卡上1．光电管是根据__________原理制成的，它可用于把________信号转变为_________信号．【答案】光电效应光电【详解】[1][2][3]光电管是根据光电效应原理制成的，它可用于把光信号转变为电信号的装置。

2．如图所示的是工业生产中大部分光控制设备用到的光控继电器示意图，它由电源．光电管．放大器．电磁继电器等几部分组成，看图回答下列问题：(1)图中a端应是电源________极.(2)光控继电器的原理是：当光照射光电管时，________.(3)当用绿光照射光电管K极时，可发生光电效应，则下列说法中正确的是__________. A．增大绿光照射强度，光电子最大初动能增大B．增大绿光照射强度，电路中光电流增大C．改用比绿光波长大的光照射光电管K极时，电路中一定有光电流D．改用比绿光频率大的光照射光电管K极时，电路中一定有光电流．【答案】正K极发射光电子，电路中产生电流，经放大器放大后的电流产生的磁场使铁芯M被磁化，将衔铁N吸住；无光照射光电管时，电路中无电流，N自动离开M BD 【分析】（1）光电子向左运动，光电管的左端为高电势，所以b端应是电源的负极，a端为正极；（2）根据传感器的特点分析即可．（3）若增大绿光的照射强度，光电子最大初动能不变，改用红光照射光电管阴极K时，电路中不一定有光电流．【详解】（1）由于光电子从阴极K发出后向A运动，所以光电管的左端为高电势，所以b 端应是电源的负极，a端为正极．（2）光控继电器的原理是：当光照射光电管时，K极发射光电子，电路中产生电流，经放大器放大后的电流产生的磁场使铁芯M被磁化，将衔铁N吸住；无光照射光电管时，电路中无电流，N自动离开M．（3）用绿光照射光电管的阴极K时，可发生光电效应，根据光电效应方程可知，增大绿光的照射强度，光电子最大初动能不变，故A错误；增大绿光照射强度，单位时间内入射光的光子的个数增加，则单位时间内射出的光电子的个数也增加，所以电路中光电流增大，故B正确；根据光电效应方程可知，改用比绿光波长大的光照射光电管K极时，光子的能量减小，电路中不一定有光电流．故C错误；根据光电效应方程可知，改用比绿光频率大的光照射光电管K极时，光子的能量增大，电路中一定有光电流，故D正确；故选BD【点睛】本题考查了发生光电效应的条件：入射光的频率大于金属的极限频率，最大初动能与光照强度无关，光照强度影响单位时间逸出的光电子的个数．3．当光照射到光敏电阻上时，光敏电阻的阻值________（填“变大”、“不变”或“变小”）．光敏电阻的电阻率随________增强而________，它是把________这个光学量转换为________这个电学量；热敏电阻是的电阻率随________升高而________，它是把________这个热学量转换为________这个电学量．【答案】变小光照减小光照强弱电阻温度减小温度电阻【详解】[1]．当光照射到光敏电阻上时，光敏电阻的阻值变小．[2][3][4][5]．光敏电阻的电阻率随光照增强而减小，它是把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量；[6][7][8][9]．热敏电阻是的电阻率随温度升高而减小，它是把温度这个热学量转换为电阻这个电学量．4．（1）当你走进某些银行、医院、宾馆等大厅的入口时，大门会自动打开，进入大厅之后，门又会自动关闭，如图所示．控制这种自动门开关的，是一种________传感器．（2）如图是某研究学习小组通过模拟街道路灯自由控制电路图，光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻的阻值随着光的照度增强而减小，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为电灯供电．为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，电灯应接在________（填“AB”或“BC”）之间，请用笔画线代替导线，正确连接部分电路元件．【答案】红外线AB【详解】（1）控制这种自动门开关的，是一种红外线传感器，当在人到入口时，人体发射的红外线，被传感器探测到门就会自动开了．（2）该模拟电路原理是：由光敏电阻感知照度变化阻值，调节电磁铁中电流的大小，即可调节电磁铁的磁性强弱，吸上或者释放衔铁，从而通/断路灯，达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果．因为天亮时照度大，光敏电阻阻值较小，从而电路的电流较大，电磁的磁性强，可将衔铁吸下，接通BC断开AB；又因为天亮需要断开路灯，所以路灯应接在AB之间．电路连线直接将DE两端口与光敏电阻、滑动变阻器、开关以及电源串联即可．电路如图所示：5．利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，图甲为某工厂成品包装车间的光传感记录器示意图，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示．若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.3 m，则传送带运动的速度是___________,该传送带每分钟输送________个工件．【答案】 0.3m/s 60【详解】根据题意结合图象知，相邻工件的时间为01t s =，相邻位移为0.3m ，则传送带的速度00.3/0.3/1x v m s m s t ===．传送带每小时输送工件个数060601t n t ===个． 6．说明下列各种场合分别选用的传感器：(1)普通电冰箱中的自动温度控制电路是______。

光传感器的原理及应用典型练习题6

光传感器的原理及应用典型练习题6注意事项：1．答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息2．请将答案正确填写在答题卡上1．光控台灯是在普通调光台灯的基础上加装一个光控电路，使其能根据周围的环境照度自动调整台灯亮度，当环境照度较弱时，光控台灯亮度就较大；当环境照度较强时，光控台灯亮度就较小，图为光控台灯简易电路图，E 为电源，其内阻为r ，1L 、2L 为灯泡（其灯丝电阻可视为不变），R 为光敏电阻，其阻值大小随所受照射光强度的增大而减小，电表为理想电流表，若照射光敏电阻的光的强度增强，则下列判断正确的是（）A ．电流表的示数变大B ．电源内电压变小C ．小灯泡1L 变暗，故1L 实现光控台灯的功能D ．小灯泡2L 变暗，故2L 实现光控台灯的功能【答案】AC【详解】A ．照射光敏电阻的光的强度增强，则R 变小，电路总电阻变小，总电流增大，即电流表的示数变大，故A 正确；B ．因总电流增大，则电源内电压增大，故B 错误；C ．因电源内电压增大，则路端电压变小，则小灯泡L 1两端电压变小，则小灯泡L 1变暗，故L 1能实现光控台灯的功能，故C 正确；D ．因总电流增大，小灯泡L 1两端电压变小，则通过小灯泡L 1电流变小，则通过小灯泡L 2电流变大，则L 2变亮，故L 2不能实现光控台灯的功能，故D 错误。

故选AC 。

2．传感器已广泛应用在生产、生活中，下列关于传感器的说法正确的是（） A ．电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了红外线传感器B．电饭锅能够自动控制温度的原因是它装有温度传感器C．电子秤所使用的测力装置是力传感器D．电脑所用的光电鼠标主要采用声波传感器【答案】ABC【详解】A．电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了红外线传感器，故A正确；B．电饭锅能够自动控制温度的原因是它装有温度传感器，故B正确；C．电子秤所使用的测力装置是力传感器，故C正确；D．电脑所用的光电鼠标主要采用光传感器，而不是声波传感器，故D错误。