(完整word版)第7章 光电式传感器习题
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习题集及答案第1章概述1.1 什么是传感器?按照国标定义,“传感器”应该如何说明含义?1。
2 传感器由哪几部分组成?试述它们的作用及相互关系。
1.3 简述传感器主要发展趋势,并说明现代检测系统的特征。
1。
4 传感器如何分类?按传感器检测的范畴可分为哪几种?1。
5 传感器的图形符号如何表示?它们各部分代表什么含义?应注意哪些问题?1.6 用图形符号表示一电阻式温度传感器.1。
7 请例举出两个你用到或看到的传感器,并说明其作用。
如果没有传感器,应该出现哪种状况。
1.8 空调和电冰箱中采用了哪些传感器?它们分别起到什么作用?答案1。
1答:从广义的角度来说,感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。
我们对传感器定义是:一种能把特定的信息(物理、化学、生物)按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。
从狭义角度对传感器定义是:能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。
我国国家标准(GB7665—87)对传感器(Sensor/transducer)的定义是:“能够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和装置”。
定义表明传感器有这样三层含义:它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置;能按一定规律将被测量转换成电信号输出;传感器的输出与输入之间存在确定的关系.按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。
1.2答:组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成;关系,作用—-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。
1。
3答:(略)答:按照我国制定的传感器分类体系表,传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器三大类,含12个小类。
按传感器的检测对象可分为:力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。
一:填空题(每空1分)1.依据传感器的工作原理,传感器分敏感元件,转换元件,测量电路三个部分组成。
2.半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。
3.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件,根据光电效应可以分为外光电效应,内光电效应,热释电效应三种。
4.光电流与暗电流之差称为光电流。
5.光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域内。
6.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应,可采用直线栅式应变计和箔式应变计结构。
7.反射式光纤位移传感器在位移-输出曲线的前坡区呈线性关系,在后坡区与距离的平方成反比关系。
8.根据热敏电阻的三种类型,其中临界温度系数型最适合开关型温度传感器。
9.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。
其定义为:传感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比,用公式表示 k(x)=Δy/Δx 。
10.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一种度量。
按照所依据的基准之线的不同,线性度分为理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。
最常用的是最小二乘法线性度。
11.根据敏感元件材料的不同,将应变计分为金属式和半导体式两大类。
12.利用热效应的光电传感器包含光---热、热---电两个阶段的信息变换过程。
13.应变传感器设计过程中,通常需要考虑温度补偿,温度补偿的方法电桥补偿法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。
14.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。
15.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。
16.在光照射下,电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应,入射光强改变物质导电率的物理现象称为内光电效应。
17.光电管是一个装有光电阴极和阳极的真空玻璃管。
18.光电管的频率响应是指一定频率的调制光照射时光电输出的电流随频率变化的关系,与其物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有关。
第7章 磁电式传感器1、 某霍尔元件尺寸为l=10mm ,b=3.5mm ,d=1.0mm ,沿l 方向通以电流I=1.0mA ,在垂直于l 和b 的方向上加有均匀磁场B =0.3T ,灵敏度为22V/(A·T),试求输出的霍尔电势以及载流子浓度。
解:输出的霍尔电势为: )(mV IB K U H H 6.63.0100.1223=⨯⨯⨯==- 由neR d R K H H H 1=,=可得载流子浓度为: 320319/1084.2101106.12211m ed K n H ⨯=⨯⨯⨯⨯=⋅=--第8章 光电式传感器8-8当光纤的46.11=n ,45.12=n ,如光纤外部介质的10=n ,求光在光纤内产生全反射时入射光的最大入射角c θ。
解:最大入射角8.91706.0arcsin 45.146.1arcsin 1arcsin2222210==-=-=n n n c θ2、若某光栅的栅线密度为50线/mm ,标尺光栅与指示光栅之间的夹角为0.01rad 。
求:所形成的莫尔条纹的间距。
解:光栅栅距为mm mmW 02.0/501==标尺光栅与指示光栅之间的夹角为rad 01.0=θ 莫尔条纹的间距为 mm mmW W B H 201.002.02sin ==≈=θθ+++-t 1t 2AA BBt 0 t 03、利用一个六位循环码码盘测量角位移,其最小分辨率是多少?如果要求每个最小分辨率对应的码盘圆弧长度最大为0.01mm ,则码盘半径应有多大?若码盘输出数码为“101101”,初始位置对应数码为“110100”,则码盘实际转过的角度是多少? 解:六位循环码码盘测量角位移的最小分辨率为:rad 098.06.523606===α。
码盘半径应为:mm mmlR 1.0098.001.0===α循环码101101的二进制码为110110,十进制数为54; 循环码110100的二进制码为100111,十进制数为39。
《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。
第七章光电式传感器
7.1 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。
7.2 何谓外光电效应光电导效应和光生伏特效应?
7.3 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。
7.4 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?
7.5 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。
7.6 试用射线分析方法,阐明阶跃光纤的导光原理,并解释光纤数值孔径的物理意义。
7.7 举例说明光纤传感器各种调制方式的原理和应用。
7.8 说明光纤激光多普勒测速的原理和系统的组成。
7.9 试计算:基于法拉第旋光效应的石英光纤工频变流电流传感器的光纤匝数N。
已知:光纤线圈半径R=0.3m,电流有效值1000A,由其产生磁场引起光纤偏振光的最大偏转角为30度。
•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。
第一章1.什么是传感器?它由哪几个部分组成?分别起到什么作用?解:传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置,能完成检测任务;传感器由敏感元件,转换元件,转换电路组成。
敏感元件是直接感受被测量,并输出与被测量成确定关系的物理量;转换元件把敏感元件的输出作为它的输入,转换成电路参量;上述电路参数接入基本转换电路,便可转换成电量输出。
2.传感器技术的发展动向表现在哪几个方面?解:(1)开发新的敏感、传感材料:在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变,从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后,寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。
(2)开发研制新型传感器及组成新型测试系统①MEMS技术要求研制微型传感器。
如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。
②研制仿生传感器③研制海洋探测用传感器④研制成分分析用传感器⑤研制微弱信号检测传感器(3)研究新一代的智能化传感器及测试系统:如电子血压计,智能水、电、煤气、热量表。
它们的特点是传感器与微型计算机有机结合,构成智能传感器。
系统功能最大程度地用软件实现。
(4)传感器发展集成化:固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展,为传感器集成化开辟了广阔的前景。
(5)多功能与多参数传感器的研究:如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。
3.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?解:在生产过程和科学实验中,要对各种各样的参数进行检测和控制,就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量,这取决于传感器的基本特性,即输出—输入特性。
衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度,迟滞和重复性等。
1)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;2)传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx的比值;3)传感器的迟滞是指传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象;4)传感器的重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时,所得特性曲线不一致的程度。
1,设光敏二极管的光敏面积为1 mm×1 mm,若用它扫描500 mm×400 mm的图像,问所获得的图像水平分辨率最高能达到多少?答:水平分辨率最高可以达到500 mm/1 mm=500。
2,上题中光敏二极管在水平方向(沿图像500 mm方向)正程运动的速度为5 m/s,逆程运动的速度达50 m/s,垂直方向正程运动的速度应为多少?扫描一场图像的时间需要多少?答:水平扫描周期应为垂直方向行进到下一行的时间,因此垂直方向正程速度为:。
扫描一场图像需时间为:。
3,上述扫描出来的图像怎样显示出来?能直接用什么制式的电视监视器显示?为什么?若想看到用线阵CCD扫描出来的图像,应采用怎样的措施?4,比较逐行扫描与隔行扫描的优缺点,说明为什么20世纪的电视制式要采用隔行扫描方式?我国的PAL电视制式是怎样规定的?答:逐行扫描闪烁感低,扫描方式和控制扫描的驱动设计也要简单,隔行扫描对行扫描频率的要求只是逐行扫描的一半,对信号传输带宽要求也小。
20世纪的显示器行扫描频率达不到逐行扫描的行频要求,因此用隔行扫描技术。
PAL制式规定场周期为20 ms,其中场正程时间为18.4 ms,场逆程时间为1.6 ms,行频为15625 Hz,行周期为64μs,行正程时间为52 μs,行逆程时间为12 μs。
5,现有一台线阵CCD图像传感器(如ILX521)为256像元,如果配用PAL电视制式的显示器显示他所扫描出来的图像需要采用怎样的技术与之配合?6,如何理解“环保的绿色电视”?100 Hz场频技术是基于怎样的基础?答:100 Hz扫描技术就是利用数字式场频转换技术,它把PAL制的50 Hz场频的信号,通过数字式存储器DARM,采用“慢存快取”的方法,即读出的时钟频率是存入时钟频率的2倍,实现信号场频率的倍频转换,使场扫描数倍增,从而成为场频为100 Hz的视频信号。
7,图像传感器的基本技术参数有哪些?他们对成像质量分别有怎样的影响?答:1,成像物镜的焦距f’,决定了被摄劲舞在光电成像器件上成像的大小;2,相对孔径D/f’,决定了物镜的分辨率、像面照度和成像物镜的成像质量;3,视场角2ω,决定了能在光电图像传感器上成像良好的空间范围。
课题一 传感器与检测技术的基础理论1-1 有一数字温度计,它的测量范围为-50~+150C ︒,精度为0.5级。
求当示值分别为-20C ︒、+100C ︒时的绝对误差及示值相对误差。
1-2 欲测240V 电压,要求测量示值相对误差不大于0.6%±,问选用量程为250V电压表,其精度为哪级?若选用量程为300V 和500V 电压表,其精度又为哪级?1-3 已知待测电压约为80V 左右。
现有两只电压表,一只为0.5级,测量范围为0~300V ,另一只为1.0级,测量范围为0~100V 。
问选用哪一只电压表测量较好?为什么?1-4 用一台三位数字电子温度计测量温度,数字面板上显示如图1-1所示的数值,求该仪表的分辨力、被测温度值、示值相对误差、满意相对误差。
(提示:该三位数字表的量程上限为199.9C ︒)1-5 有一台测量压力的仪表,测量范围为60~10a P ,压力p 与仪表输出电压之间的关系为2012o p p U a a a =++式中,2550122,10(10),0.5(10)a a mV mV mV a a a P P ===-,求:1)该仪表的输出特性方程。
2)画出输出特性曲线示意图(x 轴、y 轴均要标出单位)。
3)该仪表的灵敏度表达式。
4)画出灵敏度曲线图。
5)该仪表的线性度。
1-6 检测系统由哪几部分组成?说明各部分的作用。
1-7 非电量的电测法有哪些优点?1-8 测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时,应当采用何种测量方法?如何进行?1-9 某线性位移测量仪,当被测位移由4.5mm 变到5.0mm时,位移测量仪的输图1-1 数字式电子温度计面板示意图出电压由3.5V 减至2.5V ,求该仪器的灵敏度。
1-10 某测温系统由以下四个环节组成,各自的灵敏度如下:铂电阻温度传感器: C οΩ35.0 电桥: ΩV 01.0放大器: 100(放大倍数) 笔式记录仪: V cm 1.0 求:(1)测温系统的总灵敏度;(2)纪录仪笔尖位移4cm 时。
传感器考试试题及答案完整版传感器考试试题及答案Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】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。
越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ω_________, 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, 其响应速度越快越小, 其工作频带越宽B 二阶传感器的固有频率ωC 一阶传感器的时间常数τ越小, 其响应速度越快。
越小, 其响应速度越快。
D 二阶传感器的固有频率ω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。
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250~350kΩ。
V0在48.78~67.63mV之间变化。
⑵如果R2=10MΩ,R3=250kΩ,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。
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。
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C. 固体图像传感器B.红外热释电探测器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 BC.无光照时暗电流很大 D 9、基于光生伏特效应工作的光电器件是(A.光电管 B.C D. .无光照时暗电阻很小.受一定波长范围的光照时亮电流很大)光敏电阻10、 CCD以()为信号A. 电压C.电荷B.D.电流电压或者电流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。
光电式传感器练习题选择题1、下列器件不是基于同一物理效应的是()A 光敏电阻B 光敏三极电管C 光电池D 光敏二极电管2、下列基于外光电效应的光电元件是()A、光电管B、光敏电阻C、光敏晶体管D、光电池3、下列基于内光电效应的光电元件是()A、光电管B、光敏电阻C、光电倍增管D、光电池4、下列基于光生伏特效应的光电元件是()A、光电管B、光敏电阻C、光敏晶体管D、光电池5、适合于远距离检测工位上是否有工件的传感器是()。
A、对射式光电式传感器B、反射式光电式传感器C、霍尔开关D、电容式接近开关6、透射式传感器不可以检测的物质是:()A、不透明物体B、透明物体C、黑色物体D、深色物体7、人造卫星的光电池板利用了()A.光电效应 B.光化学效应 C.光热效应 D.感光效应8、下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是()A.压力 B.力矩 C.温度 D.厚度9、光敏二极管工作时,其上()。
A.加正向电压 B. 加反向电压C. 不需要加电压D.加正向、反向电压都可以10、在光线作用下,半导体电导率增加的现象属于()。
A. 外光电效应B. 内光电效应C. 光生伏特效应 D、以上都不对判断题1、()采用一个光电元件,可以判别莫尔条纹移动方向。
2、()光电管的工作原理是基于内光电效应。
3、()光电式传感器的测量属于接触式测量。
4、()光电元件的理论基础是光的全反射。
5、()光敏电阻不可以用在快速响应的场合。
6、()光敏电阻的暗电阻越大,亮电阻越小,则性能越好,灵敏度就高。
7、()光敏电阻的光照特性曲线是非线性,因此不适宜做线性敏感元件。
8、()光敏电阻的光照特性曲线是非线性,因此在自动控制中它常用作开关量的光电传感器。
9、()光敏电阻可以用作精密测量元件。
10、()反射式光电传感器可以用来检测工件表面的粗糙度。
11、()红外辐射的物理本质是热辐射。
填空题1、光电探测器是将光能转换为的光电元件。
2、光电效应分为、、。
习题7 七、光电式传感器习 题7-1.一光电管与5k Ω电阻串联,若光电管的灵敏度为30µA/lm ,试计算当输出电压为2V 时的入射光通量。
解:外光电效应所产生的电压为L L o R K IR U ϕ==R L 负载电阻,I 光电流,ϕ入射光通量。
K 光电管的灵敏度,单位A/lm 。
入射光通量为lm KRU Lo 13.135000103026=⨯⨯==-ϕ7-2.如图所示电路为光控继电器开关电路。
光敏电阻为硫化镉器件,其暗电阻 ,在照度E=100lx 时,亮电阻 ,三极管的β值为50,继电器J 的吸合电流为10mA ,计算继电器吸合时需要多大照度?解:硫化镉暗电阻Ω=M R 100,则暗电导s R g μ1.0100==在照度lx E 100=时,亮电阻Ω=k R Lt 5,亮电导s g Lt μ200=。
照度在100lx 范围内可认为光电导是线性变化的。
所以由dEdg S g =可求出光电导灵敏度lx s E g g S Lt g /1020100101.01020006660---⨯=-⨯-⨯=--=当继电器J 动作时,加在光敏电阻上的电压3.1010101007.0123=⨯⨯--=--=-E C BE BB I R V V V V再由式V g VE S I =φ且βφ/C I I =。
所以照度值lx VS I VS I E g Cg V 7.93.1010250101063=⨯⨯⨯⨯===--βφ。
7-3.光敏二极管的光照特性曲线和应用电路如图所示,图中l 为反相器,R L 为20kΩ,求光照度为多少lx 时U o 为高电平。
Ω=M R 100Ω=k R Lt 5解:当反相器的输入i U 满足翻转条件DD i V U 21<时,反相器翻转,o U 为高电平。
现图中标明V U DD 5=,所以i U 必须小于2.5V ,o U 才能翻转为高电平。
由于光敏二极管的伏安特性十分平坦,所以可以近似地用欧姆定律来计算φI 与o U 的关系。
第7章光电式传感器习题
1. 什么是光电效应? 什么是内、外光电效应?
当用光照射物体时,物体受到一连串具有能量的光子的轰击,于是物体材料中的电子吸收光子能量而发生相应的电效应(如电阻率变化、发射电子或产生电动势等)。
这种现象称为光电效应。
2 试比较光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管的性能差异.给出什么情况下应选用哪种器件最为合适的评述。
3假如打算设计—种光电传感器,用于控制路灯的自动亮灭(天黑自动点亮,天明白动熄灭)。
试问可以选择哪种光电器件?试设计电路。
4光电转速传感器的测量原理是将被测轴的转速变换成相应频率的脉冲信号,然后,测出脉冲频率即可测得转速的数值。
试根据这一思路画出光电转速传感器的检测变换部分的工作原理示意图,图中的光电转换元件选用哪种光电器件比较合适?为什么?
5 利用光敏器件制成的产品计数器,具有非接触、安全可靠的特点,可广泛应用于自动化生产线的产品计数,如机械零件加工、输送线产品、汽水、瓶装酒类等。
还可以用来统计出入口入员的流动情况。
试利用光电传感器设计一产品自动计数系统,简述系统工作原理。
产品计数器的工作原理,如图所示。
产品在传送带上运行时,不断地遮挡光源到光敏器件间的光路,使光电脉冲电路随着产品的有无产生一个个电脉冲信号。
产品每遮光一次,光电脉冲电路便产生一个脉冲信号,因此,输出的脉冲数即代表产品的数目。
该脉冲经计数电路计数并由显示电路显示出来
一、单项选择题
1、晒太阳取暖利用();人造卫星的光电池利用();植物生长利用了();
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(),相同光通量的蓝光能量比红光()。
A大 B 小 C长 D短
3、光敏二极管属于( B ),光电池属于()。
A外光电效应 B 内光电效应 C光生伏特效应
4、光敏二极管在测光电路中应处于()偏置状态,光电池处于偏置状态( )
A正向 B反向 C零
5、光纤通信中,与出射光纤耦合的光电元件选用()。
A光敏电阻 B 光敏三极管 C apd 光敏二极管D光电池
6、温度上升,光敏三极管、光敏二极管的暗电流()。
A上升 B下降 C不变
7、普通硅光电池的峰值波长为()落在区域()。
A0.8m B 0.8um C可见光D近红外光
8、利用光电池驱动液晶计算器1.5-1.8v,需几片串联()能工作。
A2 B 3 C 4 D 5
二、问答题
1、光电效应及分类?
2、试用所学光电传感器分析a、超市用激光扫描检测商品的条形码b、洗手间红外反射式干手机工作原理。
习题答案:
一、选择题:
1、c/a/b
2、d/a
3、b/c
4、b/a 5 c 6 a 7 bd 8 b
二、问答题:
1、用光照射某一物体,可以看到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的能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。
光电效应通常分为三类,分别是外光电效应、内光电效应、光电池。
2、a 利用被测光吸收光通量的原理。
b 被测光遮蔽光通量原理。