自动检测技术第4版赖申江马西秦习题解答教学课件 习题与思考题解答8.doc

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1、习题与思考题解答（第8章）１．光电效应有哪几种？与之对应的光电元件各有哪些？解：常见的有真空光电元件和半导体光电元件两大类。它们的工作原理都基于不同形式的光电效应。利用外光电效应制成的光电元件有光电管和光电倍增管。利用内光电效应工作的光电元件有光敏电阻、光敏二极管及光敏三极管。基于光生伏特效应工作的光电元件有光电池。２．常用的半导体光电元件有哪些？它们的图形符号如何？解：常用的半导体光电元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管以及光电池。它们的电路图形符号见下图。３．对每种半导体光电元件，画出一种测量电路。解：半导体光电元件的测量电路见下图。４．什么是光电元件的光谱特性

2、？解：对于不同波长的入射光，光敏电阻的相对灵敏度是不相同的，这就是光敏电阻的光谱特性。在入射光照度一定时，光敏晶体管的相对灵敏度随光波波长的变化而变化，一种光敏晶体管只对一定波长范围的入射光敏感，不同材料的光敏晶体管，光谱峰值波长不同。这就是光敏晶体管的光谱特性。５．光电式传感器由哪些部分组成？被测量可以影响光电传感器的哪些部分？解：光电传感器通常由光源、光学通路和光电元件三部分组成，如图所示。图中Φ1是光源发出的光信号，Φ2是光电器件接受的光信号，被测量可以是x1或者x2，它们能够分别造成光源本身或光学通路的变化，从而影响传感器输出的电信号I。6．光电式传感器常用的

3、光源有几种，哪些光源可以用作红外光源？解：光电式传感器常用光源有以下几种。1）发光二极管：是一种把电能转变成光能的半导体器件，应用广泛。2）钨丝灯泡：这是一种最常用的光源，它具有丰富的红外线。如果选用的光电元件对红外光敏感，构成传感器时可加滤色片将钨丝灯泡的可见光滤除，而仅用它的红外线做光源，这样，可有效防止其他光线的干扰。3）激光：激光与普通光线相比具有能量高度集中，方向性好，单色性好、相干性好等优点，是很理想的光源。7．当采用波长为8～9μm的红外光源时，宜采用哪种光电元件做检测元件，为什么？解：宜采用锗管作为光电元件。因为不同材料的光敏晶体管，光谱峰值波长不同。

4、硅管的峰值波长为0.9μm左右，锗管的峰值波长为1.5μｍ左右。因此在探测可见光或赤热物体时，多采用硅管。但对红外光进行探测时，采用锗管较为合适。8．模拟式光电传感器有哪几种常见形式？解：模拟式光电传感器中光电元件接受的光通量随被测量连续变化，因此，输出的光电流也是连续变化的，并与被测量呈确定的函数关系，这类传感器通常有以下四种形式。1）光源本身是被测物，它发出的光投射到光电元件上，光电元件的输出反映了光源的某些物理参数。这种型式的光电传感器可用于光电比色高温计和照度计。２）恒定光源发射的光通量穿过被测物，其中一部分被吸收，剩余的部分投射到光电元件上，吸收量取决于被测

5、物的某些参数。可用于测量透明度、混浊度。3）恒定光源发射的光通量投射到被测物上，由被测物表面反射后再投射到光电元件上。反射光的强弱取决于被测物表面的性质和状态，可用于测量工件表面粗糙度、纸张的白度等。4）从恒定光源发射出的光通量在到达光电元件的途中受到被测物的遮挡，使投射到光电元件上的光通量减弱，光电元件的输出反映了被测物的尺寸或位置。这种传感器可用于工件尺寸测量、振动测量等场合。9．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，什么情况下应选用哪种器件最为合适，说明其理由。解：在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，光敏电阻受到适当波长的

6、光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。光电池是一种自发电式的光电元件，它受到光照时自身能产生一定方向的电动势，在不加电源的情况下，只要接通外电路，便有电流通过。光敏二极管的结构和普通二极管相似，只是它的PN结装在管壳顶部，光线通过透镜制成的窗口，可以集中照射在PN结上。光敏二极管在电路中通常处于反向偏置状态。光敏三极管有两个PN结，因而可以获得电流增益，它比光敏二极管具有更高的灵敏度。10．试分别用光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管设计一种适合TTL电平输出的光电开

7、关电路，并叙述其工作原理。解：1）使用光敏电阻制作的光电开关电路原理图见下图。工作原理如下：有光照时，光敏电阻LDR的阻值较小，VT1导通，将VT2的基极电位拉低，VT2截止，输出高电平，发光二极管VD1不发光。无光照时，光敏电阻LDR的阻值迅速增大，VT1截止，VT2的基极通过R4、R5提供的偏置电压而导通，输出低电平，发光二极管VD1发光。2）若光电元件使用光敏二极管，只需将VT1的偏置电路中的光敏电阻换成光敏二极管，基本电路见下图。3）使用光敏三极管的光电开关基本电路见下图。11．某光敏三极管在强光照射时光电流为2mA，选用的继电器吸合电流为4