第8章光电式传感器(2015)

《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。

《传感器原理及工程应用》习题答案王丽香第1章 传感与检测技术的理论基础（P26）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。

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。

然后重新计算平均值和标准偏差。

当n ＝14时，若取置信概率P ＝0.95，查表可得格拉布斯系数G ＝2.37。

则 20 2.370.01610.0382()d i G mm v σ=⨯=>，所以其他14个测量值中没有坏值。

计算算术平均值的标准偏差200.0043()mm σσ=== 20330.00430.013()d mm σ=⨯=所以，测量结果为：20(120.4110.013)()(99.73%)d mm P =±=1－14交流电路的电抗数值方程为CL X ωω1-= 当角频率Hz 51=ω，测得电抗1X 为Ω8.0； 当角频率Hz 22=ω，测得电抗2X 为Ω2.0； 当角频率Hz 13=ω，测得电抗3X 为Ω-3.0。

第八章光电式传感器§8-1 真空光电器件作业题1.光电管由一个和一个封装在一个内组成。

它的技术特性主要取决于。

（阴极；阳极；光电阴极材料）2.光电管的光谱特性主要取决于的特性，光电管对入射光的具有选择性，这是因为对入射光的有选择性。

（光电阴极材料；频谱；光电阴极；频谱）3.光电管的伏安特性是指，与的关系。

当阳极电压较小时，光电流随而增加。

到电压以后，光电流，这是因为单位时间内发射的光电子全部被阳极收集了。

（一定光适量照射下；阴极电压；光电流；阳极电压增加；饱和；饱和；发射的光电子）4.光倍增管的结构与基本一样，也是在壳内，安装和，只是在之间再安装几个。

（光电管；玻璃；阳极；阴极；阳极与阴极；倍增级）5.光电倍增管倍增系数大约为数量级，故光电倍增管的极高。

随着的升高，倍增系数也增加。

（106；灵敏度；工作电压）6.当入射光不变时，被照物体在单位时间内与成正比。

（频谱；发射的光电子数；入射光强度）§8-2 光敏元件作业题1.物体受到光照以后，物体内部的原子释放出电子，这些电子仍留在物体内部，使物体的或产生的现象称为。

（电阻率发生变化；光电动势；内光电效应）2.在光线的作用下，半导体的的现象称光电导效应。

（电导率增加）3.光照射使半导体原子中的吸收光子能量激发出的现象，称本征光导效应；光照射使半导体杂质吸收光子能量激发出的现象，称非本征光导效应，它的激发比本征光导效应。

（价电子；自由电子同时产生空穴；自由电子；容易）4.某种半导体能否产生光电效应，决定于照射光的，而光的强度只取决于产生的。

（频率；光子数目的多少）5.光敏电阻是用制成的，极性，是个电阻。

使用时可以加电压，亦可加电压。

不同下电阻值不同，对不同的入射光有的灵敏度。

（光导体；没有；纯；直流；交流；材料；波长；不同）6.将光敏电阻置于室温、条件下，经过一定稳定时间后，测得的阻值称暗电阻；在条件下，测得的阻值称为。

（无光照全暗；光照；亮电阻）7.一定电压作用下，与的关系称为光敏电阻的光电特性。

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250～350 kΩ。

V0在48.78～67.63mV之间变化。

⑵如果R2=10 MΩ，R3=250 kΩ，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。

光电式传感器的结构和功能光电式传感器是一种常用的传感器，它利用光电效应将光信号转化为电信号，从而实现对光照强度的检测和测量。

该传感器的结构和功能十分重要，下面我将为您详细介绍。

一、结构光电式传感器主要由发光器、接收器、滤波器和输出电路等组成。

1. 发光器：发光器通常由发光二极管（LED）组成，它能够将电能转化为光能。

当电流通过LED时，LED会发出特定波长的光线，这些光线被用于照射待测物体。

2. 接收器：接收器通常由光敏电阻或光敏二极管（光电二极管）组成，它能够将光能转化为电能。

当接收器接收到照射物体反射回来的光线时，光敏元件会产生对应的电压或电流信号。

3. 滤波器：滤波器的作用是将非目标波长的光线滤除，只保留目标波长的光线。

通过选择合适的滤波器，可以提高光电式传感器的灵敏度和准确度。

4. 输出电路：输出电路负责将接收到的电信号进行放大、滤波和转换，最终输出一个与光照强度相关的电信号。

这个信号可以被连接到其他电路或设备中进行进一步的处理或控制。

二、功能光电式传感器具有广泛的应用，其功能主要体现在以下几个方面：1. 光照检测：光电式传感器能够检测环境中的光照强度，根据光照强度的变化来判断是否需要进行照明或调节照明强度。

2. 物体检测：通过测量物体反射的光线强度，光电式传感器能够实现对物体的检测。

例如，在自动门控制系统中，光电式传感器可以检测到人或物体的到来，从而触发门的开启或关闭。

3. 颜色识别：光电式传感器可以根据物体反射的光线波长来识别物体的颜色。

这在工业自动化和机器人领域有着重要的应用。

4. 位置测量：光电式传感器可以通过测量物体反射光线的强度来判断物体的位置。

这在自动化控制和机器人导航中具有重要意义。

总结：光电式传感器的结构和功能使其成为现代工业和生活中不可或缺的重要设备。

它能够准确地检测和测量光照强度，并根据需要进行相应的控制和处理。

光电式传感器的应用范围广泛，例如照明系统、自动控制和机器人领域等，为人们的生活带来了便利和高效。