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1、1传感器与检测技术项目教程模块八 光学量检测思考与练习题 解题分析参考（填空中的红色文字并不等于就是答案， 只是给出了怎样选择 A、B、C、D 中正确的一个答案的分析方法） 8-1 单项选择题单项选择题 1）人的视觉对_人类是在大草原过来的哈_光最敏感。 A红外 B红色 C绿色 D紫色 2）照度的单位是_表 8-1_；光通量的单位是_表 8-1_。 Alm Bcd Clx Dcd/m2 3）晒太阳取暖利用了_暖和_；人造卫星的光电池板利用了_发电_；植物的 生长利用了_变成淀粉_。 A光电效应 B光化学效应 C光热效应 D感光效应 4）蓝光的波长比红光_频率高_，单个光子的蓝光能量比红光_厉害
2、_。 A长 B短 C强 D弱 5）光敏二极管属于_没有外电子发射_，光电池属于_产生电压_。 A外光电效应 B内光电效应 C光生伏特效应 D光生电流效应 6）光敏二极管在测光电路中应处于_正偏就与光照无关了_偏置状态，而光电池 通常处于_自发电_偏置状态。 A正向 B反向 C零 D正 7）APD 光敏二极管的_雪崩_。 A灵敏度高，噪声小 B灵敏度高，噪声大 C灵敏度低，噪声小 D灵敏度低，噪声大 8）光纤通信中，与出射光纤耦合的光电元件应选用_噪声小、灵敏度高的_。 A光敏电阻 B工业光敏二极管 CPIN 光敏二极管 D光敏晶体管 9）温度上升，光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管的暗电流_电子
3、-空穴对增加 _。 A增加 B减小 C不变 D无法确定 10）普通型硅光电池的峰值波长约为_图 8-11_，落在_图 8-11_区域。 A0.8m B8mm C0.8 D0.8n E可见光 F近红外光 G紫外光 H.远红外光 11）欲精密测量光的照度，光电池应配接_把电流转换为电压_。 A电压放大器 B D-A 转换器 C电荷放大器 DI-U 转换器 12）欲利用光电池为手机充电，需将数片光电池_希望升高电压_起来，以提高输 出电压，再将几组光电池_希望增加电流_来，以提高输出电流。 A并联 B串联 C短路 D开路 13）欲利用光电池在灯光（约 200lx）下驱动液晶计算器（1.5V）工作，由
4、图 8-19 可 知，必须将_1.5V0.4V _光电池串联起来才能正常工作。 A2 片 B.3 片 C.5 片 D.20 片 14）超市收银台用激光扫描器检测商品的条形码是利用了图 8-23 中_收款处，可以 看到条形码上有红色的激光_的原理；用光电传感器检测复印机走纸故障（两张重叠，变2厚）是利用了图 8-23 中_透光性变差_的原理；电梯的轿厢门口有人时，电梯的轿厢门 不会关闭，是利用了图 8-23 中_人体是不透光的_的原理；而洗手间红外反射式干手 机又是利用了图 8-23 中_手在干手机的下方_的原理。 A图 a（被测物是光源） B图 b（吸收光） C图 c（反射光） D图 d（部分
5、遮挡光） 15）为了判断燃煤锅炉炉膛火焰的跳动，火焰探测器电路设置了_很低或很高的频 率都不是火焰信号_。 A低通滤波器 B带通滤波器 C高通滤波器 D带阻滤波器 16）图 8-31 中的 D 触发器（二分频器）电路是为了_对称波_。 A提高灵敏度 B提高脉搏频率 C使脉搏信号的占空比等于 50% D使脉搏的占空比等于 10% 17）如果图 8-38 中的发光二极管改用 40kHz 中频激励（参见图 8-31） ，则光电池的放 大电路应选用 40kHz_高频低频都不予以放大_电路。 A直流放大 B选频放大 C低通滤波 D分频 18）计数法测量脉冲频率的电路中，t闸门的时间越长，示值相对误差就越
6、_1 脉冲 就不严重了_，但就越不适合于_取样时间长了，总的测量周期就慢了_测量。 A小 B大 C低速 D高速 8-2 分析计算题分析计算题 1上网查阅有关：“光通量” 、 “光强” 、 “照度” 、 “亮度” 、 “光电效应” 、 “APD 光敏 二极管” 、 “砷化镓光电池” 、 “染料敏化太阳能电池” 、 “火焰探测器” 、 “浊度” 、 “火灾报警 器” 、 “光电式转速表” 、 “光幕” 、 “带材纠偏” 、 “光纤光栅传感器”等资料，写出其中几种 的标题，简要介绍其主要内容。 2图 8-35 中，当 T门控=0.1s、被测频率 f=10kHz 时，在 0.1s 的时间间隔里，可以得
7、 到_10kHzT门控_个脉冲，所产生的示值误差为_脉冲数的倒数_%。图 8-35 光电式转速表a）工作原理 b）各关键点波形 c）外形1光源（红色 LED） 2、6聚焦透镜 3被测旋转物 4反光纸5遮光罩 7光敏二极管 8施密特整形电路 9秒信号闸门3光电式路灯控制器电路如图 8-48a 所示，VD1的光电特性如图 8-10 所示，施密特 型反相器 74HC14（CD40106）的输出特性如图 8-48b 所示，请分析填空。3图 8-48 光电式路灯控制器 a）电路 b）74HC14（CD40106）的输入/输出特性图 8-10 某系列光敏二极管的光电特性1光敏二极管光电特性 2光敏晶体管光
8、电特性1）当晚上无光照时，VD1_不通_（导通/截止） ，I为_没有_，Ui为_地电位 _（0/5）V，所以 Uo为_反相_电平，约为_CMOS 器件的输出电压对电源而言，就 差 0.1V，对地而言，就是 0.1V _（0/0.1/4.9/5）V。 2）当 Ui为 4.9V 时的 IB_不可能为零_（为 0/较大） ，V1_不能再大了_（截止/ 饱和） ，继电器 KA_动作_（得电吸合/失电释放） ，路灯 HL_起到照明作用啦_。 3）到了早晨，照度逐渐增强，从图 8-48b 可以看出，当 Ui_本来很小_（大/小） 于_图 b_（0/3/5）V 时，施密特反相器翻转，Uo跳变为_相反的_电平
9、，则 KA_ 吸不住了哈_，路灯 HL_没有必要了_。 4）若希望节约用电，希望在清晨照度较小的情况下 KA 也能够失电，图 8-48b 中的 RL应_这个是负载电阻_（变大/变小） ，此时应将 RP 往_大的_（上/下）调。RP 称为微调_改变负载电阻_（电流/灵敏度）电位器。 5）设 I达到 0.3mA 时，在图 8-10 中，用作图法得到此时的照度 E=_图 c_（0/1000/1500）lx。 6）若此时由于小块云朵的遮蔽，照度 E 略微100lx，则 Uo_如果电灯老是亮、暗， 没几天就坏了_（跳变/不变） ，KA_No_（动作/不动作） 。由于设置了施密特特性 的反相器，所以允许照
10、度 E 有一定的回差。由此说明，施密特反相器在电路中起_就是 有回差的意思_（提高灵敏度/抗光照干扰）的作用。 7）当傍晚太阳光减弱，IC1才再次翻转，跳变为_必须能产生较大基极电流的_ 电平，KA 再次_又_，路灯 HL 又_。 8）图中的 R2起_否则可能烧掉基极_（放大/限流）作用；V1起_又有电压又有 电流的_（电压/功率）放大作用；VD2起_吸收感应电动势_（放大/过电流/续流） 作用，保护_三极管_（VD1/VD2/V1/KA）在 KA 突然失电时不致被继电器线圈的反向 感应电动势所击穿，因此 VD2又称为_二极管。44光敏晶闸管可以用于功率控制，其额定电流大，反向击穿电压高。光敏
11、晶闸管光控 路灯电路如图 8-49 所示。VT1是光敏晶闸管，VT2是大功率双向晶闸管。 1）当傍晚照度下降至一定值时，光敏晶闸管 VT1_不导通了_（导通/截止） 。电 源经 VD、R1、R2向 C1_电容本来是被光敏晶闸管短路的_（放电/充电） 。当 C1的端 电压超过 VT2的触发电压时，VT2触发_就是说门极电流超过额定值了_（导通/截止） ， 路灯 HL_起到照明作用_（暗/亮） 。 2）到了早晨，当照度逐渐_亮啦_（减小/增加）至一定值时，VT1_被触发了 _，C1被短路，VT2失去触发电压，在交流电源电压_最安全的角度_（最高值/过零） 时，电灯 HL_没有必要了_。 3）图中的
12、光敏晶闸管门极（控制极）电阻 Rg用于调节灵敏度。改变 Rg的大小，可使 光敏晶闸管在设定的_要它不工作的时候_（光照/负载电流）时导通。Rg越小，VT1 导通所需的照度就越_天更暗一点_。图 8-49 光敏晶闸管光控路灯电路 5某光电池的有效受光面积为 2mm2，光电特性如图 8-19 所示，短路电流测量电路如 图 8-22 所示。 1）当照度为 20lx 时，光电池输出的光电流为多少微安？ 2）当第一级运算放大器的反馈电阻 Rf=100k 时，第二级运算放大器的输入端电压为 多少毫伏？ 3）要求第二级运算放大器的输出电压为 3.2V，则第二级运算放大器的放大倍数是多 少？图 8-19 某系
13、列硅光电池的光电特性1开路电压曲线 2短路电流曲线图 8-22 光电池短路电流测量电路解 1）当照度为 20lx 时，光电池输出的光电流5Io=(20lx/横轴的最右端的照度 lx)此时的输出电流 A/mm2面积 mm2=？A。 2）当第一级运算放大器的反馈电阻 Rf=100k 时，第二级运算放大器的输入端电压 Uo1=IoRf=？A100k=？mV。 3）要求第二级运算放大器的输出电压为 3.2V，则第二级运算放大器的放大倍数 K2=Uo2/Uo1=3200mV/？mV=？倍。 6利用一对光纤测量几种机械量的原理如图 8-50 所示。 1）上网查阅有关光导纤维的资料，写出其中一种的特性参数。
14、 2）简要说明图 8-50 所示的光纤测振、测偏心和测转速的工作原理。 3）在图 8-50a 中，补充完成该振动测试仪的发射、接收的信号调理电路框图（可参考 图 8-31、图 8-34） 。图 8-50 利用一对光纤测量机械量的原理a）光纤测振 b）光纤测偏心 c）光纤测转速1LED 2入射光纤 3光敏晶体管 4出射光纤 5振动体 6偏心旋转体 7带槽旋转体7造纸工业中经常需要测量纸张的“白度”以提高产品质量。 1）请上网查阅纸张白度测量仪的资料，写出其中一种的特性参数。 2）说明该测量仪是利用了图 8-23 中_c_图的原理。 3）画出光路简图（应包括参比通道） 。 4）画出测量电路框图。 5）简要说明工作过程。 8冲床工作时，工人稍不留神就有可能被冲掉手指头。请上网查阅冲床保护的资料， 选用类似于图 8-36a 的光栅栏原理来探测工人的手是否处于危险区域（冲头下方） 。只要有 光栅栏中的任意一个光电接收器输出
