《传感器原理及应用》第8章 光电式传感器
传感器原理及其应用 第8章 光电式传感器2
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 /z )8.68.6 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。
光电式传感器的原理与应用
将光信号转化为电信号，再经过电路处理，检测出光电导管前端的场景变化。
工作原理
光波传输
当光经过物体表面或场景时，它 的形状和强度会发生变化。光电 式传感器可以利用这种变化来检 测物体。
光电二极管
光线通过二极管时，电子被释放 并导致电路进行操作，将光信号 转换成电信号。
微控制器
光电式传感器中的微控制器分析 电信号，并决定是否触发反应。
应用领域
电磁兼容性检测
使用光电式传感器检测设备是否具有电磁兼容 性。
城市规划
应用于城市道路及交通信号灯的控制和管理。
制造业
制造业中的自动化生产流水线上，光电式传感 器能够帮助检测物料和产品的状态。
安全防护
使用光电式传感器检测人员和车辆以确保安全。
工业应用案例
生产线检测
光电式传感器可检测制造过程中 带有金属颗粒或异物的产品，以 保证质量。
光电式传感器的结构
发光体
产生光源以供检测使用。
透镜
调整和控制光线的方向和形状。
反射器
反射光线，使光线能够进入传感器。
光电元件
将光信号转化为电信号。
工作方式
1
判断光的强度
光电式传感器通过检测光的强度来判断物体的存在。
2
送电
在光线达到传感器之前，发光体会发出光，以便传感器接收到信号。
3
测定
当物体接近光敏元件时，光电式传感器将检测到信号的变化。
光电式传感器的原理与应 用
光电式传感器是一种检测和转化光信号作为电信号输出的器件。本次演讲将 重点介绍光电式传感器的原理和应用。
原理介绍
1 光电效应
光电效应是光子和物质相互作用时电子被激发振动的现象，是光电式传感器起作用的基 础。
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。
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矢。
光谱特性与光敏电阻的材料有矢，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。
&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）、开尖式。
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。
光电式传感器及其应用ppt课件
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第8章 光电式传感器及其应用
4) 光照特性 光敏电阻的光电流与光强之间的关系,称为光敏电阻
的光照特性。不同类型的光敏电阻,光照特性不同。
光 电 / 流 m A
0. 25 0. 20 0. 15 0. 10 0. 05
0 0.2 0.4 0.6 0.8 光 通 量 / lm
光敏电阻的光照特性
多数是非线性的。不宜 做线性丈量元件，普通 用做开关式的光电转换 器。
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第8章 光电式传感器及其应用
5)光谱特性
光敏电阻对不同波长的光,光谱灵敏度不同,而且不
同种类光敏电阻峰值波长也不同。
10 0
80
60
硫 化铅
40
硫 化铊
第8章 光电式传感器及其应用
1
第8章 光电式传感器及其应用
按任务原理分类： 光电效应传感器 红外热释电传感器 固体图像传感器 光纤传感器
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第8章 光电式传感器及其应用
第5章 光电式传感器及其运用
光电传感器:将光信号〔红外、可见光及紫外光〕转变成为 电信号的器件。
被丈量 的变化
光信号 的变化
电信号 的变化
20
硫 化镉
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
①不同资料，其峰值 波长不同。
②同一种资料，对不 同波长的入射光，其 相对灵敏度不同，呼 应电流不同。
应根据光源的性质， 选择适宜的光电元件 〔匹配〕使光电元件 得到较高得相对灵敏 度。
光敏电阻的光谱灵敏度
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第8章 光电式传感器及其应用
6) 伏安特性
《传感器原理及工程应用》课后答案
第1章传感器概述1．什么是传感器？（传感器定义）2．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？3. 传感器特性在检测系统中起到什么作用？4．解释下列名词术语： 1)敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器。
第1章传感器答案：3．答：传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。
传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。
4．答：①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。
②传感器：能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或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。
③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的装置。
④变送器：能输出标准信号的传感器第2章传感器特性1．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？2．某传感器精度为2%FS ，满度值50mv ，求出现的最大误差。
当传感器使用在满刻度值1/2和1/8 时计算可能产生的百分误差，并说出结论。
3．一只传感器作二阶振荡系统处理，固有频率f0=800Hz，阻尼比ε=0.14，用它测量频率为400的正弦外力，幅植比，相角各为多少？ε=0.7时，，又为多少？4．某二阶传感器固有频率f0=10KHz，阻尼比ε=0.1若幅度误差小于3%，试求：决定此传感器的工作频率。
5. 某位移传感器，在输入量变化5 mm时，输出电压变化为300 mV,求其灵敏度。
6. 某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系统的总的灵敏度。
7．测得某检测装置的一组输入输出数据如下：a)试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度；b)用C语言编制程序在微机上实现。
8．某温度传感器为时间常数 T=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1/3和1/2所需的时间。
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。
光电式传感器的应用及原理
光电式传感器的应用及原理引言光电式传感器是一种基于光电效应原理工作的传感器，它能够将光线转化为电信号，从而实现对光线的检测和测量。
光电式传感器广泛应用于工业自动化、光学测量、安全监控等领域。
本文将介绍光电式传感器的应用领域和工作原理。
应用领域光电式传感器在众多领域中有着广泛的应用，以下是部分常见领域：1.工业自动化：在工业自动化领域，光电式传感器常用于物料检测、位置测量、物体计数等。
例如，光电式传感器可以检测工装上是否有物料，从而控制自动化生产线的运行。
2.光学测量：光电式传感器可以用于测量光线的强度、波长、频率等。
在科学实验、光学仪器等领域中，光电式传感器的应用非常广泛。
3.安全监控：在安全监控领域，光电式传感器可以用于侦测人员是否接近危险区域、物体是否被移动等。
这样可以及时发出警报或采取措施，提高安全性。
4.机器人技术：在机器人领域，光电式传感器可以用来感知周围的环境，帮助机器人进行定位、避障等操作。
5.环境监测：光电式传感器可以用于测量大气中的光线强度、辐射强度等，可以帮助我们了解环境的变化。
工作原理光电式传感器的工作原理主要基于光电效应，下面将介绍两种常见的光电效应：光电效应一：光电发射效应光电发射效应是指当光照射到金属或半导体表面时，光子能量转化为电子能量，电子从固体表面逸出的现象。
光电发射效应常用于光电二极管。
光电二极管是一种可以将光线转化为电信号的装置。
当光线照射到光电二极管表面时，光子能量将被电子吸收，电子从材料中逸出并流向电极，形成电流。
通过测量电流的大小，我们可以了解光照强度的大小。
光电效应二：光电导效应光电导效应是指当光照射到半导体材料中时，产生的电子和空穴会在电场的作用下形成电流。
光电导效应常用于光电三极管或光敏电阻。
光敏电阻是一种根据光照强度变化而改变电阻值的元件。
当光线照射到光敏电阻表面时，光子的能量会导致光敏电阻中载流子的增加，进而改变电阻值。
通过测量电阻的变化，我们可以了解光照强度的变化。
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。
2023大学_传感器原理及应用(王化祥著)课后答案下载
2023传感器原理及应用（王化祥著）课后答案下载2023传感器原理及应用（王化祥著）课后答案下载前言绪论第一章传感器及其基本特性第一节传感器的定义、组成及分类第二节传感器的基本特性__小结习题与思考题第二章电阻应变式传感器第一节应变式传感器第二节应变式传感器的测量电路第三节压阻式传感器第四节应变式传感器的应用__小结习题与思考题第三章电容式传感器第一节电容式传感器的'工作原理与类型第二节电容式传感器的测量电路第三节电容式传感器的误差分析及补偿第四节电容式传感器的应用__小结习题与思考题第四章电感式传感器第一节自感式传感器第二节差动变压器式传感器第三节电涡流式传感器__小结习题与思考题第五章压电式传感器第一节压电效应与压电材料第二节压电传感器的等效电路和测量电路第三节引起/玉,E9式传感器测量误差的因素第四节压电传感器的应用__小结习题与思考题第一节磁电感应式传感器第二节霍尔传感器第三节磁敏电阻器第四节磁敏二极管和磁敏三极管第五节磁电传感器的应用__小结习题与思考题第七章热电式传感器第一节热电偶传感器第二节热电阻式传感器第三节半导体式热敏电阻第四节热电式传感器的应用__小结习题与思考题第八章光电传感器第一节光电效应第二节光电器件及其特性第三节红外传感器__小结习题与思考题第九章常用其他新型传感器第一节气体传感器第二节湿敏传感器第三节超声传感器第四节超导传感器第五节仿生传感器__小结习题与思考题第十章智能传感器第一节智能传感器概述第二节智能传感器的实现方式第三节智能传感器的应用第四节智能传感器的发展方向本?小结习题与思考题……第十一章传感器的标定与选用传感器原理及应用（王化祥著）：基本信息点击此处下载传感器原理及应用（王化祥著）课后答案传感器原理及应用（王化祥著）：目录作者：王桂荣，李宪芝主编出版社：中国电力出版社版次：1字数：500000印刷时间：-5-1ISBN：9787512304109。
传感器原理及其应用(第二版)部分习题答案
第4章 电容式传感器及其应用
当 d <<d0 时，即 d/d0<<1 ，则：
∴ 灵敏度为：
由此可见，与单极式相比，其灵敏度提高了一倍（单极式为 ）。
第4章 电容式传感器及其应用
5、为什么高频工作时电容式传感器的连接电缆的长度不能任意 改变？
第3章 电感式传感器及其应用
16、有一只差动电感位移传感器，已知电源电压U 4V，f 400Hz，传感
器线圈电阻与电感分别为R 40 ，L 30mH，用两只匹配电阻设计成四 臂等阻抗电桥，如图所示。试求： （1）匹配电阻 R3和 R4 的值为多少时才能使电压灵敏度达到最大。 （2）当 Z 10 时，分别接成单臂和差动电桥后的输出电压值。
称重传感器的灵敏度
(2) 当传感器输出电压为68mV时，物体的荷重m为
第2章 电阻应变式传感器及其应用
7. 图2.43为应变式力传感器的钢质圆柱体弹性元件，其直径d = 40 mm，
钢的弹性模量E = 2.1×105 N/mm2 ，泊松比μ=0.29 ，在圆柱体表面粘
贴四片阻值均为120Ω、灵敏系数κ=2.1的金属箔式应变片( 不考虑应变
∴ ∴
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： 接成差动电桥后的电桥输出电压值为：
第4章 电容式传感器及其应用
• 作业：习题2、5、8、14 (P67)
第4章 电容式传感器及其应用
2、推导差动式电容传感器的灵敏度，并与单极式电容传感器相比较 。 答：设在初始状态下，动极板位于两块定极板中间位置，则：
y理论
2.2 4.6875 7.175 9.6625 12.15 14.6375 17.125 19.6125 22.1
传感器原理与应用—光电式
传感器原理与应用—光电式光电式传感器是一种将光电效应应用于测量或检测中的传感器。
光电效应是指光的能量转化为电的能力，可以利用光电效应测量光的强度、颜色、距离等参数。
光电式传感器的应用广泛，包括工业自动化、机器人、光学测量等领域。
光电式传感器的工作原理主要分为光电二极管式和光电三极管式两种。
光电二极管式传感器是利用光电二极管在光照下产生电流的特性来进行测量的。
当光电二极管暴露在光线下时，光子会激发半导体材料中的电子，并使电子从价带跃迁到导带，形成电流。
根据光的强度和频率，可以测量出不同的光照强度。
光电三极管式传感器是在光电二极管的基础上发展而来的。
光电三极管结构中，除了光电二极管的结构，还添加了一个发射极。
当光照射到光电三极管的发射极时，会产生电流，这个电流的大小和光照强度成正比。
光电三极管式传感器可以检测到非常弱的光信号，并具有较高的灵敏度和动态范围。
光电式传感器的应用非常广泛。
在工业自动化领域，光电式传感器可以用于检测物体的位置、颜色和形状等参数，用于控制和监测生产流程。
例如，在流水线上，光电式传感器可以检测到物体的有无，从而控制机械手臂的动作。
在机器人领域，光电式传感器可以用于机器人的导航和避障，检测环境中的障碍物并进行规避。
在光学测量领域，光电式传感器可以用于测量光的强度、颜色和形状等参数，用于实现精确的光学测量。
光电式传感器具有许多优点。
首先，它们具有高灵敏度和高可靠性，可以检测到非常微弱的光信号，并具有较长的使用寿命。
其次，光电式传感器具有快速响应的特性，可以在很短的时间内检测到光信号的变化。
此外，光电式传感器结构简单，易于安装和维护，成本相对较低。
总结来说，光电式传感器以光电效应为基础，利用光的能量转化为电的能力进行测量和检测。
在工业自动化、机器人和光学测量等领域有着广泛的应用。
光电式传感器具有高灵敏度、高可靠性、快速响应的特点，具有较长的使用寿命，安装和维护方便，成本较低。
《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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当光照射在物体上，使物体的电阻率ρ发生变化，或产生光生电 动势的现象叫做内光电效应，它多发生于半导体内。根据工作原理 的不同，内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应两类：
1. 光电导效应 在光线作用，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，这种现象被称为光电导效应。基于这种效 应的光电器件有光敏电阻。
2) 横向光电效应
当半导体光电器件受光照不均匀时，光照部分吸收入射光子的 能量产生电子-空穴对，光照部分载流子浓度比未受光照部分的 载流子浓度大，就出现了载流子浓度梯度，因而载流子就要扩 散。如果电子迁移率比空穴大，那么空穴的扩散不明显，则电 子向未被光照部分扩散，就造成光照射的部分带正电，未被光 照射部分带负电，光照部分与未被光照部分产生光电动势。这 种现象称为横向光电效应，也称为侧向光电效应。基于该效应 的光电器件有半导体光电位置敏感器件(PSD)，本章第4节将重 点讨论。
根据能量守恒定理:
h
1 2
m02
A0
式中 m—电子质量；v0—电子逸出速度。
该方程称为爱因斯坦光电效应方程。
光电子能否产生，取决于光电子的能量是否大于该物体的表面
电子逸出功A0。不同的物质具有不同的逸出功，即每一个物体都
有一个对应的光频阈值，称为红限频率或波长限。光线频率低于 红限频率，光子能量不足以使物体内的电子逸出，因而小于红限 频率的入射光，光强再大也不会产生光电子发射；反之，入射光 频率高于红限频率，即使光线微弱，也会有光电子射出。
8.1.1 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，向外 发射的电子叫做光电子。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。
紫外管
当入射紫外线照射在 紫外管阴极板上时， 电子克服金属表面对 它的束缚而逸出金属 表面，形成电子发射。 紫外管多用于紫外线 测量、火焰监测等。
带宽度Eg，即 h hc 1.24 Eg
式中ν、λ分别为入射光的频率和波长。
材料的光导性能决定于禁带宽度，对于一种光电导材料，总存 在一个照射光波长限λ0，只有波长小于λ0的光照射在光电导体上， 才能产生电子能级间的跃进，从而使光电导体的电导率增加。
2.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叫做光 生伏特效应。 基于该效应的光电器件有光电池、光敏二极管、三极管。
紫外线
光子是具有能量的粒子，每个光子的能量：
E=hν
h—普朗克常数，6.626×10-34J·s；ν—光的频率（s-1）
根据爱因斯坦假设，一个电子只能接受一个光子的能量，所以 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，从光开始照射至金属释放 电子所需时间不超过10-9s。
光电阴极
光窗 光
阳极
光电管的结构示意图
2)基本特性
光电器件的性能主要由伏安特性、光照特性、光谱特性、响
应时间、峰值探测率和温度特性来描述。
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，如图，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。
导带
自由电子所占能带
Eg
禁带
不存在电子所占能带
价带
价电子所占能带
为了实现能级的跃迁，入射光的能量必须大于光电导材料的禁
光生伏特效应有两种：结光电效应(也称为势垒效应)和横向光 电效应(也称为侧向光电效应)。
1) 结光电效应
如图，由半导体材料形成的PN结，在P区的一侧，价带中有较多 的空穴，而在N区的一侧，导带中有较多的电子。由于扩散的结 果，使P区带负电、N区带正电，它们积累在结附近，形成PN结 的自建场，自建场阻止电子和空穴的继续扩散，最终达到动态平 衡，在结区形成阻止电子和空穴继续扩散的势垒。
红限频率为： 0 A0 / h
对应的波长限为： 0 hc / A0
式中：c为真空中的光速，c ≈ 3×108m/s。
当入射光的频谱成分不变时，产生的光电流与光强成正比。即 光强愈大，意味着入射光子数目越多，逸出的电子数也就越多。
注意！光电子逸出物体表面具有初始动能mv02 /2 ，因此外
光电效应器件（如光电管）即使没有加阳极电压，也会有光电子 产生。为了使光电流为零，必须加负的截止电压，而且截止电压 与入射光的频率成正比。
在入射光照射下，当光子能量hv大于光电导材 料的禁带宽度Eg时，就会在材料中激发出光生
电子-空穴对，破坏结的平衡状态。在ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ区的光 生电子和空穴以及新扩散进结区的电子和空穴， 在结电场的作用下，电子向N区移动，空穴向P 区移动，从而形成光生电流。这些可移动的电子 和空穴，称为材料中的少数载流子。在探测器处 于开路的情况下，少数载流子积累在PN结附近， 降低势垒高度，产生一个与平衡结内自建场相反 的光生电场，也就是光生电动势。
8.2 常用光电转换器件
8.2.1 外光电效应器件 利用物质在光的照射下发射电子的外光电效应而制成的光电器件， 一般都是真空的或充气的光电器件，如光电管和光电倍增管。
1.光电管及其基本特性
1）结构与工作原理
光电管有真空光电管和充气光电管或称 电子光电管和离子光电管两类。两者结构 相似，如图。它们由一个阴极和一个阳极 构成，并且密封在一只真空玻璃管内。阴 极装在玻璃管内壁上，其上涂有光电发射 材料。阳极通常用金属丝弯曲成矩形或圆 形，置于玻璃管的中央。
第8章 光电式传感器
Photo-electric sensors
8.1光电效应（Photoelectric effect）
光电效应：指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能 量，从而产生的电效应。包括外光电效应（External Photoelectric effect ）、内光电效应（internal Photo-electric effect） 。 内光电效应又分为光电导效应（ Photoconduction effect ）、光 生伏特效应（ Photo-voltaic effect ）