第8章光电式传感器
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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。
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。
光电式速度传感器工作原理光电式速度传感器(Optical Speed Sensor),是一种通过光电转换原理,将物体运动的速度转换成电信号输出的传感器。
该传感器常用于工业生产中对物体的速度检测和控制。
一、工作原理光电式速度传感器的工作原理基于光电转换技术,该技术被广泛应用于光电测量、光电检测和自动化测量方面。
具体来说,该传感器是由光电发生器、滤光片、谐振电路和放大电路组成的。
当物体运动时,它的表面会通过传感器的光电发生器上的凸台或凹槽,产生一个光电信号。
该信号经过滤光片过滤后,通过谐振电路进行放大,并被放大电路处理,最终输出为数字信号。
速度传感器的输出信号频率与物体运动的速度成正比,因此可以通过读取输出信号的频率,进行速度的测量和控制。
二、特点1. 高精度: 光电式速度传感器具有高精度的测量能力,可以快速准确地测量物体的速度,特别是对于高速运动的物体,能够准确地检测其速度和方向。
2. 宽测量范围:该传感器可以测量很大的速度范围,从几厘米每秒到几百米每秒不等。
这让它成为适用于不同工业应用的理想工具,且该传感器还可以应用于高温、低温、高湿度和具有腐蚀性的环境中。
3. 高稳定性: 该传感器具有较高的稳定性,可以在长时间使用过程中保持高精度和可靠性。
传感器的输出信号具有良好的线性特性,可以有效地消除测量误差。
反应速度快:光电式速度传感器响应时间很短,能够在很短时间内检测物体的速度变化,并可以提供及时的反馈。
三、应用光电式速度传感器广泛应用于控制和测量领域,其主要应用领域包括:1. 机械工业:用于机器生产线上的物体的速度和位置控制;2. 轨道交通:用于测量电车、地铁等列车的速度和位置;3. 航空航天:用于测量飞行器的速度和位置;4. 安防领域:用于测量和监控交通工具、航空器、船只等在运行过程中的速度和方向。
四、总结光电式速度传感器是一种精度高、测量范围宽、稳定性强,反应速度快的传感器,其工作原理基于光电转换技术。
光电传感器光电传感器是采纳光电元件作为检测元件的传感器。
它首先把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。
光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分构成。
目录光电传感器的进展方向分类原理概述光电传感器的进展方向生产的进展方向(1)使光电传感器从理论讨论向生产一条龙的产业化模式快速进展,走自主创新和国际合作相结合的跨越式进展道路,使我国成为世界传感器的生产大国;(2)光电传感器产品结构全面、协调、持续进展。
产品品种要向高技术、高附加值倾斜,尤其要填补“空白”品种;(3)生产格局向化进展。
即生产传感器门类少而精,且专门生产某一应用领域需要的某一类传感器系列产品,以获得较高的市场占有率,各传感器企业的化合作生产;(4)光电传感器大生产技术向自动化进展。
光电传感器的门类、品种繁多,所用的敏感材料各异,决议了传感器制造技术的多样性和多而杂性。
纵观当前光电传感器工艺线的概况,多数工艺已实现单机自动化,但距离生产过程全自动化尚存在诸多困难,有待今后广泛采纳CAD、CAM及先进的自动打扮备和工业机器人予以突破;(5)企业的重点技术改造应加强从倚靠引进技术向引进技术的消化汲取与自主创新的方向转移;(6)企业经营要加快从国内市场为主向国内与国外两个市场相结合的国际化方向跨越进展;(7)企业结构将向“大、中、小并举”“集团化、化生产共存”的格局进展。
[1]讨论的进展方向光电传感及其相关技术的快速进展,充足了各类掌控装置及系统的更高要求,使得各领域的自动化程度越来越高,同时间电传感器的紧要性不断提高。
目前,光电传感器讨论的重要方向是:(1)多用途。
即一种光电传感器不仅能针对一种物理量,而且能够对多种物理量进行同时测量;(2)新型传感材料、传感技术等的开发;(3)在恶劣条件下(高温、高压等)低成本传感器(连接、安装等)的开发和应用;(4)光电传感器与其它微技术结合的微光学技术的进展。
一、实验目的1. 了解光电式传感器的工作原理及特点;2. 掌握光电式传感器的应用领域;3. 学习光电式传感器的测试方法;4. 通过实验验证光电式传感器的性能。
二、实验原理光电式传感器是利用光电效应将光信号转换为电信号的传感器。
它具有非接触、响应速度快、抗干扰能力强等特点,广泛应用于工业自动化、智能交通、医疗等领域。
光电式传感器的工作原理:当光线照射到光电元件上时,光电元件内部会发生光电效应,产生光电子,从而产生电流。
光电流的大小与光强成正比,通过测量光电流的大小,可以实现对光强的检测。
三、实验仪器与设备1. 光电式传感器:光电二极管、光电三极管、光电耦合器等;2. 光源:白炽灯、激光笔等;3. 测量电路:电流表、电阻、电源等;4. 数据采集与处理系统:电脑、数据采集卡、数据采集软件等。
四、实验内容及步骤1. 光电二极管特性测试(1)连接电路:将光电二极管、电阻、电流表连接成测试电路。
(2)调整光源:将光源照射到光电二极管上,调节电阻值,使电流表读数在1~10mA范围内。
(3)测试不同光照强度下的电流值:分别用白炽灯、激光笔照射光电二极管,记录电流表读数。
(4)绘制电流-光照强度曲线,分析光电二极管的特性。
2. 光电三极管特性测试(1)连接电路:将光电三极管、电阻、电流表连接成测试电路。
(2)调整光源:将光源照射到光电三极管上,调节电阻值,使电流表读数在1~10mA范围内。
(3)测试不同光照强度下的电流值:分别用白炽灯、激光笔照射光电三极管,记录电流表读数。
(4)绘制电流-光照强度曲线,分析光电三极管的特性。
3. 光电耦合器特性测试(1)连接电路:将光电耦合器、电阻、电流表连接成测试电路。
(2)调整光源:将光源照射到光电耦合器上,调节电阻值,使电流表读数在1~10mA范围内。
(3)测试不同光照强度下的电流值:分别用白炽灯、激光笔照射光电耦合器,记录电流表读数。
(4)绘制电流-光照强度曲线,分析光电耦合器的特性。