第10章光电传感器上
传感器原理及其应用-第10章-红外传感器重点
第10章 红外传感器
10.2 红外传感器
红外传感器是将红外辐射能量的变化转换为电量变化的一种传 感器，也常称为红外探测器。它是红外探测系统的核心，它的 性能好坏，将直接影响系统性能的优劣。选择合适的、性能良 好的红外传感器，对于红外探测系统是十分重要的。
按探测机理的不同，红外传感器分为热传感器和光子传感器两
维恩公式比普朗克公式简单，但仅适用于不超过3000 K的温 度范围，辐射波长在0.4～0.75m 之间。当温度超过3000 K时， 与实验结果就有较大偏差。
从维恩公式可以看出，黑体的辐射本领是波长和温度的函数， 当波长一定时，黑体的辐射本领就仅仅是温度的函数，这就是 单色辐射式测温和比色测温的理论依据。
武汉理工大学机电工程学院
第10章 红外传感器
近年来，红外技术在军事领域和民用工程上，都得到了广泛 应用。军事领域的应用主要包括： (1) 侦查、搜索和预警； (2) 探测和跟踪； (3) 全天候前视和夜视； (4) 武器瞄准； (5) 红外制导导弹； (6) 红外成像相机； (7) 水下探潜、探雷技术。
10.2.1 红外光子传感器
红外光子传感器是利用某些半导体材料在红外辐射的照射下， 产生光电效应，使材料的电学性质发生变化。通过测量电学性 质的变化，就可以确定红外辐射的强弱。
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第10章 红外传感器
按照红外光子传感器的工作原理，一般分为外光电效应和内 光电效应传感器两种。内光电效应传感器又分为光电导传感器、 光生伏特(简称光伏)传感器和光磁电传感器3种。 (1) 大部分外光电传感器只对可见光有响应。可用于红外辐射 的光电阴极很少。S-1(Ag-O-Cs)是一种。它的峰值响应波长 是0.8 m，光谱响应扩展到1.2 m。目前外光电效应探测器只用 于可见光和近红外波长范围。
传感器与检测技术ppt课件
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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34
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。
检测技术第10章练习答案
第十章光电传感器思考题与习题答案1.单项选择题1）晒太阳取暖利用了____C____；人造卫星的光电池板利用了____A____；植物的生长利用了____B____。
A．光电效应B．光化学效应C．光热效应D．感光效应2）蓝光的波长比红光____B____，相同光子数目的蓝光能量比红光____C____。
A．长B．短C．大D．小3）光敏二极管属于____B____，光电池属于____C____。
A．外光电效应B．内光电效应C．光生伏特效应D．光热效应4）光敏二极管在测光电路中应处于____B____偏置状态，而光电池通常处于____C____偏置状态。
A．正向B．反向C．零5）光纤通讯中，与出射光纤耦合的光电元件应选用____C____。
A．光敏电阻B．PIN光敏二极管C．APD光敏二极管D．光敏三极管6）温度上升，光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管的暗电流____A____。
A．增加B．减小C．不变7）普通型硅光电池的峰值波长为____C____，落在____E____区域。
A．0.8m B．8mm C．0.8μｍD．0.8nｍD．可见光E．近红外光F．紫外光G.远红外光8）欲精密测量光的照度，光电池应配接____D____。
A．电压放大器B．A/D转换器C．电荷放大器D．I/U转换器9）欲利用光电池为手机充电，需将数片光电池____B____起来，以提高输出电压，再将几组光电池____A____起来，以提高输出电流。
A．并联B.串联 C.短路 D.开路10）欲利用光电池在灯光（约200lx）下驱动液晶计算器（1.5V）工作，设每片光电池的有载输出电压约为0.4V，则必须将___C___片光电池串联起来才能正常工作。
A．2片 B.3片 C.4片 D.20片11）光导纤维是利用光的____D____原理来远距离传输信号的。
A．光的偏振 B.光的干涉 C.光的散射 D.光的全反射12）光纤通信应采用____D____作为光纤的光源；光纤水位计可以采用____B____作为光纤的光源较为经济。
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。
光电传感器的工作原理
光电传感器的工作原理标题：光电传感器的工作原理引言概述：光电传感器是一种能够将光信号转换为电信号的传感器，广泛应用于工业自动化、光学测量、医疗设备等领域。
本文将详细介绍光电传感器的工作原理。
一、光电传感器的基本组成1.1 光源：光电传感器中的光源通常为LED或激光二极管，用于发射光信号。
1.2 接收器：光电传感器中的接收器用于接收光信号并转换为电信号。
1.3 信号处理电路：信号处理电路用于处理接收到的电信号，提取所需的信息。
二、光电传感器的工作原理2.1 发射光源发射光信号：光电传感器中的光源发射光信号，照射到被测物体表面。
2.2 光信号被反射或透过：被测物体表面对光信号的反射或透过会使接收器接收到不同的光信号。
2.3 接收器转换为电信号：接收器接收到的光信号会被转换为电信号，通过信号处理电路进行处理。
三、光电传感器的工作模式3.1 透射式：光源和接收器在被测物体的两侧，当被测物体遮挡光信号时，接收器接收到的光信号减弱。
3.2 反射式：光源和接收器在同一侧，当被测物体反射光信号时，接收器接收到的光信号增强。
3.3 漫反射式：光源和接收器在同一侧，通过被测物体表面的漫反射光信号进行检测。
四、光电传感器的应用领域4.1 工业自动化：光电传感器可用于检测物体的位置、颜色、形状等信息，实现自动化生产。
4.2 光学测量：光电传感器可用于测量光学器件的反射率、透射率等参数。
4.3 医疗设备：光电传感器可用于医疗设备中的血氧检测、心率监测等功能。
五、光电传感器的发展趋势5.1 小型化：随着技术发展，光电传感器越来越小型化，适用于更多复杂环境。
5.2 高精度：光电传感器的精度不断提高，可以满足更高要求的应用场景。
5.3 多功能化：光电传感器的功能越来越多样化，可以实现更多复杂的检测任务。
总结：光电传感器作为一种重要的传感器技术，在各个领域都有着广泛的应用。
通过了解光电传感器的工作原理，可以更好地理解其在实际应用中的作用和优势。
光电传感技术讲义
基于光电效应原理工作的光电传感器，在检测和控制中 应用非常广泛。
本章主要介绍光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏晶 体管等典型光电器件的光谱响应、频率响应、时间响应等 主要参数与基本特性，特别介绍了光电位置传感器PSD。
电磁波谱
辐射的定义
“辐射”的本质是原子中电子的能级跃迁.低 能级电子受某种外界能量激发,可跃迁至高能 级,当处于非稳态的受激电子落入较低能级时, 就会以“辐射”的形式向外传播能量.
光电发射包括3个基本阶段: ①电子吸收光子以后产生激发,即得到能量;
②得到能量的电子(受激电子)从发射体内向真 空界面运动(电子传输);
③这种受激电子越过表面势垒向真空逸出.
光电探测传感器件
利用物质的光电效应把光信号转换成电信号的 器件称为光电探测传感器件，有时也称光电探测 传感器件。
根据对辐射的作用方式不同（或说工作机理的 不同），光电探测传感器件（光电探测传感器件） 可分为 光子探测传感器件 热电探测传感器件
器的输出上升到稳定值或下降
到照射前的值所需时间称为响
间图
应时间。
上
当用一个辐射脉冲照射光电
升 时
传感器，如果这个脉冲的上升
间
和下降时间很短（如方波），
和 下
则光电传感器的输出由于器件
降 时
的惰性而有延迟，把从10%上
升到90%峰值处所需的时间称
为传感器的上升时间(如右图)，
而把从90%下降到10%处所 需的时间称为下降时间.
发射出光电子的最大动能随入射光频率的增高而 线性地增大,而与入射光的光强无关.光电子发射的能量 关系符合爱因斯坦公式:
3.光电发射的红限
在入射光频谱范围内,光阴极存在着临界波长.当光波 长等于临界波长时,光电子刚刚能从阴极逸出.这个波长 通常称为光电发射的”红限”,或称为光电发射的阈波长 (光电阴极的长波阈λ0)
光电传感器的工作原理
光电传感器的工作原理
首先，光电传感器的核心部件是光敏元件，它通常采用光电二极管、光电三极管、光电二极管阵列等器件。
当光线照射到光敏元件上时，光子的能量会激发光敏元件内部的电子，使得器件产生电流或电压信号。
这些电信号随着光照强度的变化而变化，从而实现了对光信号的检测和测量。
其次，光电传感器的工作原理还涉及到光源和光敏元件之间的光路设计。
光源的选择和位置会直接影响到光敏元件接收到的光信号强度，从而影响到传感器的灵敏度和精度。
合理设计光路可以有效提高光电传感器的性能，使其在不同环境下都能够稳定可靠地工作。
另外，光电传感器还可以通过光电开关、光电编码器、光电测距传感器等形式来实现不同的功能。
例如，光电开关可以通过检测物体遮挡光路来实现物体的检测和计数；光电编码器可以通过测量光信号的脉冲数来实现位置和速度的测量；光电测距传感器则可以通过测量光信号的时间差来实现距离的测量。
总的来说，光电传感器的工作原理是基于光电效应和光敏元件的特性，通过光信号到电信号的转换来实现对光的检测和测量。
合理的光路设计和不同形式的应用使得光电传感器在工业自动化、电子设备、通信等领域都有着广泛的应用前景。
希望本文能够帮助读者更加深入地了解光电传感器的工作原理，为相关领域的工程师和研究人员提供一定的参考价值。
传感器-(光电式)讲课文档
第2章 光电式传感器 10
莫尔条纹
第三十九页，共91页。
第2章 光电式传感器 10
（1）莫尔条纹移动方向与两光栅相对移动方向垂 直。 （2）莫尔条纹有位移的放大作用。
第四十页，共91页。
第2章 光电式传感器 10
第四十一页，共91页。
第2章 光电式传感器 10
光栅产生位移时，莫尔条纹便随着产生位移，若用光电 器件记录莫尔条纹通过某点的数目，便可知主光栅移动的 距离，也就测得了被测物体的位移量。
第四十五页，共91页。
第11、2章什么是光光电纤式传感传器感？器其在11检测液位、温度方面
怎么应用？
第四十六页，共91页。
第2章 光电式传感器 11
光纤传感器
光纤传感器就是将光纤自身作为敏感元件（也 称作测量臂），直接接收外界的被测量。被测量 可引起光纤的长度、折射率、直径等方面的变化， 从而使得在光纤内传输的光被调制。若将光看成 简谐振动的电磁波，则光可以被调制的参数有四 个，即振幅（强度）、相位、波长和偏振方向。
第八页，共91页。
图8-4
第2章 光电式传感器 4
4、光电二极管、光电三极管的结构？光电特性？
将光敏二极管的
PN 结设置在透明管壳 顶部的正下方，光照 射到光敏二极管的PN 结时，电子-空穴对数 量增加，光电流与照 度成正比。
第九页，共91页。
第2章 光电式传感器 4
光敏二极管 w光敏二极管在电路中的符号如图8-5所示。光敏二极 管的PN结装在透明管壳的顶部，可以直接受到光的 照射。使用时要反向接入电路中，即正极接电源负 极，负极接电源正极。即光敏二极管在电路中处于 反向偏置状态。无光照时，与普通二极管一样，反 向电阻很大，电路中仅有很小的反向饱和漏电流， 称暗电流。
朱明zhubob-电气测试技术4(林德杰第四版)
不等位电势U0和不等位电阻r0
当磁感应强度B为零、激励电流为额定值IH时， 霍尔电极间的空载电势称为不等位电势（或零位 电势）U0。不等位电势U0与额定激励电流IH之比称 为不等位电阻（零位电阻）r0 . 产生不等位电势的原因主要有：霍尔电极安装 位置不正确（不对称或不在同一等电位面上）； 半导体材料的不均匀造成了电阻率不均匀或是几 何尺寸不均匀；激励电极接触不良造成激励电流 不均匀分布等。
5、霍尔传感器的应用 结构简单、体积小、噪声小、频率范围宽、动态 范围大(输出电势变化范围可达1000:1)、寿命长等 特点，因此获得了广泛应用。
• 霍尔位移传感器
输出电势为UH1—UH2。
在初始位置时UH1=VH2，则 输出为零；
当改变磁极系统与霍尔元件 的相对位置时，即可得到输 出电压，其大小正比于位移 量。
第二篇 常用传感器的原理及应用
第9章 磁敏式传感器
1.掌握传感器工作原理及特性 2.掌握测量误差及补偿（霍尔元件）
3.了解传感器的应用
半导体磁敏式传感器
霍尔元件
磁敏电阻
磁敏二极管 磁敏晶体管
光电传感器的工作原理
光电传感器的工作原理引言概述：光电传感器是一种常用的传感器类型，它能够将光信号转化为电信号，并通过电信号的变化来感知和测量光的强度、位置和其他相关参数。
本文将详细介绍光电传感器的工作原理及其应用领域。
一、光电传感器的类型1.1 反射型光电传感器反射型光电传感器由发射器和接收器组成，发射器发出光束，光束被目标物体反射后，由接收器接收。
当目标物体接近传感器时，光束被遮挡，接收器接收到的光信号强度减弱，从而触发传感器的输出信号。
这种类型的传感器适用于检测物体的存在、位置和运动等。
1.2 投射型光电传感器投射型光电传感器也由发射器和接收器组成，但是发射器和接收器分别安装在传感器的两侧。
发射器发出光束，光束经过目标物体后，由接收器接收。
当目标物体接近传感器时，光束被遮挡，接收器接收到的光信号强度减弱，从而触发传感器的输出信号。
这种类型的传感器适用于检测物体的存在、位置和运动等。
1.3 散射型光电传感器散射型光电传感器由发射器和接收器组成，发射器发出光束，光束经过目标物体后，部分光被目标物体散射，由接收器接收。
当目标物体接近传感器时，散射的光信号强度增强，接收器接收到的光信号强度增加，从而触发传感器的输出信号。
这种类型的传感器适用于检测物体的存在、位置和运动等。
二、光电传感器的工作原理2.1 发射器光电传感器的发射器通常由发光二极管（LED）组成。
当LED接通电流时，它会发出特定波长的光束，这个波长通常与接收器的光敏元件相匹配。
2.2 接收器光电传感器的接收器通常由光敏元件和信号处理电路组成。
光敏元件可以是光敏二极管（Photodiode）、光敏三极管（Phototransistor）等。
当光束照射到光敏元件上时，光敏元件会产生电流或电压信号。
信号处理电路会对接收到的光信号进行放大、滤波和解码等处理。
2.3 工作原理当光束照射到目标物体上时，光束的强度会发生变化。
这个变化可以由接收器接收到的光信号强度的变化来体现。
光电传感器电路原理
光电传感器电路原理
光电传感器是一种利用光电效应将光信号转换为电信号的装置。
它由光敏元件和信号处理电路组成。
光敏元件是光电传感器的核心部件，常用的有光电二极管、光敏三极管和光敏电阻等。
光电二极管是一种专门用于接收光信号的半导体元件，它在受到光照后，会产生电流。
光敏三极管的基极光敏区域可以将光信号转换为电流信号，它具有较高的灵敏度和响应速度。
光敏电阻的电阻值会随光照强度的变化而变化，从而实现光信号到电信号的转换。
信号处理电路是光电传感器中对光敏元件的信号进行放大、滤波和处理的部分。
它通常包括前端放大电路、滤波电路和输出电路等。
前端放大电路负责将光敏元件产生的微弱信号放大到合适的电平，以便进行后续的处理。
滤波电路可以滤除杂散信号和高频噪声，提高信号的质量。
输出电路将信号经过处理后，输出到外部的控制器或显示设备。
在光电传感器电路中，还可以加入比较器、触发器等辅助电路，以实现特定的功能和控制。
比如，可以通过比较器将光电传感器的输出与预设的阈值进行比较，从而判断光照强度是否满足要求；触发器可以通过光敏元件产生的信号触发特定的动作或事件。
综上所述，光电传感器电路通过光敏元件将光信号转换为电信号，并通过信号处理电路对电信号进行处理和控制，从而实现对光照强度和光信号的感知和检测。
10光电式传感器习题及解答
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。
最新-创新大课堂2021届高三物理一轮复习课件：第十章 交变电流 传感器 实验11 精品
弱中
强
无光照射
阻值(Ω)
结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强电 阻变小，光照减弱电阻变大．
三、实验改进 对于热敏电阻的特性，可用下面的实验进行探究： 1.实验装置：如图所示，RT为热敏电阻，多用电表调至 欧姆挡．
2.实验步骤 (1)按如图连接电路，将多用电表的选择开关置于 “欧 姆”挡，并让其两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT的两端相 连，这时表针指在某一刻度．
2．几种常见的电容式传感器 电容器的电容C决定于极板正对面积为S、板间距离d以及 极板间的电介质这几个因素，如果某一物理量(如角度θ、位移 s、深度h等)的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电 容的变化．那么，通过测定电容器的电容就可以确定上述物理 量的变化．做这种用途的电容器称为电容式传感器．
(2)因天色渐暗、照度降低至1.0 lx时启 动 照 明 系 统 ， 此 时 光 敏 电 阻 阻 值 为 20 kΩ，两端电压为2 V，电源电动势为3 V， 故应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为 10 kΩ，即选用R1，此电路的原理图如图 所示．
[答案] 见解析
频考 传感器的原理 1．(2016·广东揭阳高三模考)2007年度诺贝尔物理学奖授 予了法国和德国的两位科学家，以表彰他们发现“巨磁电阻效 应”．基于巨磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的技术，被 认为是纳米技术的第一次真正应用．在下列有关其他电阻应用 的说法中，错误的是( ) A．热敏电阻可应用于温度测控装置中 B．光敏电阻是一种光电传感器 C．电阻丝可应用于电热设备中 D．电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用
[答案] (1)A、B 端 (2)260
考向二 力传感器的应用 典例2 在科技活动中某同学利用自制的电子秤来称量物 体的质量，如图所示，为电子秤的原理图，托盘和弹簧的电阻 与质量均不计．滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接，当托盘 中没有放物体时，电压表示数为零．设变阻器的总电阻为R， 总长度为l，电源电动势为E，内阻为r，限流电阻的阻值为 R0，弹簧劲度系数为k，不计一切摩擦和其他阻力，电压表为 理想表，当托盘上放上某物体时，电压表的示数为U，求此时 称量物体的质量．
自动检测技术及应用复习资料
绪论1、自动检测系统原理图系统框图：用于表示一个系统各部分和各环节之间的关系，用来描述系统的输入输出、中间处理等基本功能和执行逻辑过程的概念模式。
自动检测系统的组成：传感器、信号调理电路、显示器，数据处理装置、执行机构组成。
（这里会出填空题）2、传感器：只一个能将被测的非电量变换成电量的器件。
3、自动磨削测控系统原理说明：传感器快速检测出工件的直径参数，计算机一方面对直径参数做一系列的运算、比较、判断等操作，然后将有关参数送到显示器显示出来，另一方面发出控制信号，控制研磨盘的径向位移，指导工件加工到规定要求为止。
第一章检测技术的基本概念1、测量：借助专门的技术和仪表设备，采用一定的方法取得某一客观事物定量数据资料的实践过程。
2、测量方法的分类：静态测量、动态测量直接测量、间接测量接触式测量、非接触式测量偏位式测量，零位式测量，微差式测量3、测量误差的表示方法：绝对误差和相对误差（示值相对误差、引用误差）4、测量误差的分类：粗大误差、系统误差、随机误差、静态误差、动态误差。
5、传感器的组成：由敏感元件、传感元件、测量转换电路组成、6、测量转换电路的作用：将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电压、电流或频率量。
7、传感器的静态特征：灵敏度：指传感器在稳态下输出变化值与输入变化值之比。
分辨力：指传感器能检测出被测信号的最小变化量。
非线性度：线性度又称非线性误差，指传感器实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程范围内的输出之百分比。
迟滞误差：传感器的正向特性与反向特性的不一致程度。
稳定性、电磁兼容性、可靠性第二章电阻传感器1、应变效应：导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形、其电阻值也将随着发生变化。
2、压阻效应：单晶硅材料在受到应力作用后，电阻率发生明显变化。
3、投入式液位计的工作原理：压阻式压力传感器安装在不锈钢壳体内，，并用不锈钢支架固定放置在液体底部。
传感器的高压侧的进气孔与液体相通，可读出安装高度处的表压力。
机械工程测试技术课后习题及答案熊诗波第四版
机械工程测试技术课后习题及答案熊诗波第四版引言《机械工程测试技术》是机械工程专业的一门基础课程，对于培养学生的实际操作能力和问题解决能力具有重要意义。
本文档整理了该课程的课后习题及答案，供学生参考和复习使用。
第一章传感器基础习题11.什么是传感器？2.传感器的工作原理有哪些？3.传感器分类及其应用领域。
4.请简要说明接触和非接触式传感器的区别。
习题21.并联电阻电桥是如何工作的？2.串联电阻电桥是如何工作的？3.请简述电桥测量中的三种电感器速敏电桥的特点。
习题31.请简述压力传感器的原理及其应用领域。
2.温度传感器有哪些工作原理？请分别说明。
3.光电传感器在机械工程中的应用有哪些？第二章机械测量习题11.弹簧测力计的测量原理是什么？2.请简述测力计的容量和灵敏度的概念。
3.注意事项：在何种情况下应避免在静荷载工作？习题21.请说明磁电测量的优点和缺点。
2.用什么方法可以准确地测量温度？3.请列举机械测量中常见的温度测量方法。
习题31.请简述力矩传感器的原理及其应用。
2.什么是浮子液位计？它的测量原理是什么？3.请简要说明测量转速的常见方法。
第三章自动控制检测技术习题11.请简要说明PID控制器的工作原理。
2.请列举几种常见的控制阀。
3.什么是传感器偏差？如何进行校准？习题21.对于机械手，什么是位姿？2.请简述闭环控制的基本原理。
3.请说明比例控制的特点。
习题31.请简单介绍气动传感器的工作原理。
2.什么是静态特性曲线？3.数据采集系统的组成有哪些？结语本文档总结了《机械工程测试技术》课后习题及答案，涵盖了传感器基础、机械测量和自动控制检测技术等内容。
对于学习该课程的学生来说，希望本文档可以起到辅助和复习的作用。
但仍然建议学生在解答习题时充分理解知识点，并多做实践操作，以提升自己的实际能力。
光电传感技术
（3） 频率特性 光敏管的频率特性是指在同样的电压和同 样幅值的光强度下，当入射光强度以不同的正弦交变频率调
制时，光敏管输出的光电流（或相对灵敏度）随调制频率变
化的关系。光敏二极管的频率特性是半导体光电器件中最好 的一种，普通光敏二极管频率响应时间达10μs。因此特别适 合快速变化的光信号探测。
• 当给pn结加反向偏置电压时（p负n正），有 很小反向电流流过pn结；该电流为无光照时 的pn结电流，称为暗电流
（2） 光伏效应
在零偏压，光照下
• • •
hc 光照p区（p区极薄），当光波长 c Eg 激发光生电子——空穴对 光生电子向p区体内扩散，p区极薄小于电子扩 散长度， 内建电场将光生电子扫向n区，空穴留在p区， 此时，pn结两端有电压，称为开路电压uoc。 当将p区n区用导线短接，电流表读数不为零； 此电流称为短路电流isc。
电效应器件，即使不加初始阳极电压，也会有光电流产生，为
优异的光电发射材料应满足： （1）对光的吸收系数大，以便体内有较多的电子受到激 发； （2）受激电子最好是发生在表面附近，这样向表面运动 过程中损失的能量少； （3）材料的逸出功要小，使到达真空界面的电子能够比 较容易地逸出； （4）另外，作为光电阴极，其材料还要有一定的电导率， 以便能够通过外电源来补充因光电发射所失去的电子。
2、光敏三极管的主要特性：
（1）光谱特性
光敏三极管存在一个最佳灵敏度的峰值波长。当入射 光的波长增加时，相对灵敏度要下降。因为光子能量 太小，不足以激发电子空穴对。当入射光的波长缩短 时，相对灵敏度也下降，这是由于光子在半导体表面 附近就被吸收，并且在表面激发的电子空穴对不能到 达PN结，因而使相对灵敏度下降。
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红外发射、接收对管外形
红外发射管
红外接收管
2015-1-25 10
光敏二极管的反向偏置接法
在没有光照时，由 于二极管反向偏置，所 以反向电流很小，这时 的电流称为暗电流，相 当于普通二极管的反向 饱和漏电流。当光照射 在二极管的PN结（又称 耗尽层）上时，在PN结 附近产生的电子-空穴 对数量也随之增加，光 电流也相应增大，光电 流与照度成正比。
耳温仪
2015-1-25
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红外线辐射温度计用于人体额温测量
2015-1-25
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红外线辐射温度计在 非接触温度测量中的应用
IC的温 度测量
2015-1-25
41
红外线辐射温度计在非接触温度 测量中的应用（续）
利用红色激光瞄准被测 物（冷藏牛奶和面食）
2015-1-25
42
红外线辐射温度计在非接触温度测量中的 应用（续）
菲涅尔透镜
菲涅尔透镜
热释电晶片
2015-1-25
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菲涅尔透镜外形
传感器不加菲涅尔 透镜时，其检测距离 小于2m，而加上该透 镜后，其检测距离可 增加3倍以上。
2015-1-25
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热释电套件
2015-1-25
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热释电报警器
菲涅尔透镜
设定按钮
2015-1-25
高分贝喇叭
56
热释电报警器（续）
2015-1-25
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自动感应灯
（参考施特朗公司资料）
2015-1-25
62
热释电传感器在智能空调中的应用
智能空调能检测 左右范围 出屋内是否有人，微 空调中，热释电传感器的菲涅尔 处理器据此自动调节 空调的出风量，以达 透镜做成球形状，从而能感受到屋内 一定空间角范围里是否有人，以及人 到节能的目的。
菲涅尔透镜
Φ 5mm 接插件
2015-1-25
57
热释电报警器（续） 吸顶式 热释电报警器
2015-1-25
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热释电报警器 （续）
无线报警式 热释电报警器
2015-1-25
59
热释电传感器应用
热释电传感器用 于自动亮灯，当然 也可以用于防盗。
热释电传感器 的感应范围
热释电感应灯
热释电
传感器
2.烟雾报警器外形
（参考南京千里通公司 无线烟雾报警器资料）
报警
无烟雾时，光敏 元件接收到LED发射 的恒定红外光。而在 火灾发生时，烟雾进 入检测室，遮挡了部 分红外光，使光敏三 极管的输出信号减弱， 经阀值判断电路后， 发出报警信号。
烟雾
无线烟雾报警器内部结构
可发出高分贝 笛鸣声的蜂鸣器
2015-1-25
第一节
光电效应及光电元件
用光照射某一物体，可以看作物体 受到一连串能量为hf 的光子的轰击，组 成这物体的材料吸收光子能量而发生相 应电效应的物理现象称为光电效应。 外光电效应：在光线的 作用下能使电子逸出物体表 面的现象称为外光电效应， 基于外光电效应的光电元件 有紫外光电管、光电倍增管、 光电摄像管等。
第二节
光电元件的基本应用电路
一、光敏电阻的基本应用电路
a）UＯ与光照变化趋势相同的电路 b）UＯ与光照变化趋势相反的电路
二、光敏二极管应用电路
利用反相 器可将光敏二 极管的输出电 压转换成TTL 电平。
当光照增 加，Ui<（1/2） VDD时，反相器 翻转,输出变为 什么电平？
光敏三极管光控继电器电路
a) 内部组成
硅光敏晶体管
的光谱特性
电磁波频谱
2015-1-25
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光敏二极管、三极管的光电特性比较
IΦ
4mA
光 电 流 光敏 三极管 请判断光敏二极管、 三极管的灵敏度 孰高孰低 光敏 二极管 3000lx
0.3mA
光照
E
0
基于光生伏特效应的光电元件 ——光电池
在N型衬底上制造一薄层P型层作为光 照敏感面，就构成最简单的光电池。当入 射光子的能量足够大时，P型区每吸收一个 光子就产生一对光生电子-空穴对， 光生 电子-空穴对的的扩散运动使电子通过漂移 运动被拉到N型区，空穴留在P区，所以N 区带负电，P区带正电。如果光照是连续的， 经短暂的时间，PN结两侧就有一个稳定的 光生电动势输出。
所以其外型与光敏二极管相似，从外观
上很难区别。
光敏三极管外形
2015-1-25
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光敏三极管内部结构
b)管芯结构 c）结构简化图 1—集电极引脚 2—管芯 3—外壳 4—玻璃聚光镜 5—发射极引脚 6—N+ 衬底 7—N型集电区 8—SiO2保护圈 9—集电结 10—P型基区 11—N型发射区 12—发射结
当无光照时，V1截止，IΦ =0，则V2处于什么 状态？继电器KA吸合还是释放？如果将V1与R b2 位置上下对调，请画出电路，并分析工作过程。
五、光电池的应用电路 ——光电池短路电流测量电路
I/U 转换电路的输出电压Uo与光电流IΦ成正 比。若光电池用于微光测量时，IΦ可能较小，则 应增加一级放大电路，并在第二级使用电位器RP 微调总的放大倍数。
温度 采集系统
利用红色激光瞄准被测 物（电控柜、天花板内 的布线层）
2015-1-25 43
红外线辐射温度计在非接触温度测量中的 应用（续）
利用红色激光瞄准被 测物（电控柜、天花 板内的布线层）
2015-1-25 44
红外线辐射温度计在非接触温度测 量中的应用（续）
2015-1-25
45
红外线辐射温度计的使用距离与 目标直径、面积的关系
您可以根据自己的奇思妙想，结合其他电 路开发出更加优秀的新产品。或自动化控制装 置。
热释电传感器的内部电路
场效应管
两块反向 串联的热 释电晶片
热释电传感器工作原理
热释电晶片表面必须罩上一块由一组平 行的棱柱型透镜所组成菲涅尔透镜，每一透 镜单元都只有一个不大的视场角，当人体在 透镜的监视视野范围中运动时，顺次地进入 第一、第二单元透镜的视场，晶片上的两个 反向串联的热释电单元将输出一串交变脉冲 信号。当然，如果人体静止不动地站在热释 电元件前面，它是“视而不见”的。
机械工业出版社 中等职业教育电气类规划教材
《自动检测与转换技术》
第十章 光电传感器
2014－11－5
2015-1-25 1
第十章
光电传感器
在这一章里，卡卡要给大家简单介绍光电 效应，着重讲解光电元件的原理、分类、特 性、电路接线以及光电传感器的应用。 光电传感器的最大特点是非接触测量。
1860 年 ， 英 国 物 理学家麦克斯韦建 立了电磁理论，认 识到光是一种电磁 波 。 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 。
2.热释电传感器在人体检测、报警中的应用
热释电元件在红外线检测中得到广泛的 应用。它可用于能产生远红外辐射的人体检 测，如防盗门、宾馆大厅自动门、自动灯的 控制等。 热释电元件外形
2015-1-25
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热释电传感器简介
热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的 红外线而输出电信号的传感器。热释电晶体广泛用于 红外遥感以及热辐射探测器。除了在楼道自动开关、 防盗报警上得到应用外，在更多的领域得到应用。比 如：在房间无人时能自动减小空调机的功率；电视机 能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的电路； 开启监视器或自动门铃上的应用；摄影机或数码照相 机自动记录动物或人的活动……
是静止着还是走动着。
上 下 范 围
二、被测物吸收光通量的应用实例
光电式浊度计和 含沙量测量
将装有浊水的试管 插入仪器中
2015-1-25
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光电式浊度计工作原理
参比通道（抵消外界影响）
1—恒流源 2—半导体激光器 3—半反半透 4—反射镜 5—被测水样 6、9—光电池 7、10—电流/电压转换器 8—标准水样
第三节
光的照度E 的单位是lx（勒 克斯），它是常 用的光度学单位 之一，它表示受 照物体被照亮程 度的物理量，可 以用照度计来测 量。
光电传感器的应用
光电池 （外加柔 光罩）
—、光源本身是被测物的应用实例
1.红外线辐射温度计：
红外辐射温度计既可用于高温测量，
又可用于冰点以下的温度测量，所以是辐 射温度计的发展趋势。市售的红外辐射温 度计的温度范围可以从-30℃～3000℃， 中间分成若干个不同的规格，可根据需要 选择适合的型号。
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无线火灾烟雾传感器
无线火灾烟雾传感器可以固定在墙体或者天花 板上。它内部使用一节9伏层叠电池供电，工作在 警戒状态时，工作电流仅为15微安，报警发射时工 作电流为20毫安。当探测到初期明火或者烟雾达到 一定浓度时，传感器的报警蜂鸣器立即发出90分贝 的连续报警，工作指示灯快速连续闪烁，无线发射 器发出无线报警信号，通知远方的接收主机，将报 警信息传递出去。 无线发射器的报警距离在空旷 地可以达到200米，在有阻挡的普通家庭环境中可 以达到20米。
基于光生伏特效应的光电元件 ——光电池
新型的硅光电池 是在P型衬底上制 造一薄层N型层作 为光照敏感面，效 率更高。N型区每吸 收一个光子就产生 一对光生电子-空穴 对。空穴通过漂移 运动被拉到P型区， 带正电；电子留在 N区，带负电。
2015-1-25 19
光电池外形
光敏面
2015-1-25
20
红外线辐射温度计外形
激光仅 用于瞄准
2015-1-25
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红外线辐射温度计外形
红外线辐射温度计 用于食品温度测量
36
红外线辐射温度计的使用
2015-1-25