第8章 光电式传感器
一、选择、填空题
1、在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称___外光电_________效应；入射光强改变物质导电率的现象称__光电导__________效应；半导体材料吸收光能后在PN结上产生电动势的效应称____光生伏特______效应。
2、电荷耦合器件的基本功能__实现信号电荷的转换存储与转移信息电荷_____。 选择：
1.光电管属于（ A ），光电池属于（ C ）。
A.外光电效应 B.内光电效应 C.光生伏特效应
2、某6码道的循环码光电码盘，光线照射时得到的编码是001100，则转角为（C）。
0000A.90 B.75 C. 45 D. 30
3、基于物质的内光电效应的器件有（BCD ）
A、光电管 B、光电池 C、光敏电阻 D、光敏晶体管 4、光敏电阻的特性是（ D ）
A．有光照时亮电阻很大 B．无光照时暗电阻很小
C．无光照时暗电流很大 D．受一定波长范围的光照时亮电流很大 5、数值孔径NA是光纤的一个重要参数，以下说法不正确的是（ B ）
A．数值孔径反映了光纤的集光能力 B．光纤的数值孔径与其几何尺寸有关
C．数值孔径越大，光纤与光源的耦合越容易 D．数值孔径越大，光信号的畸变也越大
6、按传输模式光纤可分为 （ ）
A 普通光纤与通信光纤B 单模光纤与多模光纤 C 阶跃光纤与渐变光纤D 玻璃光纤与塑料光纤
7、光敏电阻适于作为 （ ）。
A 光的测量元件 B 光电导开关元件 C 加热元件 D 发光元件
二、计算分析题
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
第9章 光纤传感器
一、选择、填空题
1、从光纤传感器原理，光纤传感器可分为 型和 型两种
3、光纤是由折射率n1高的___纤芯_______和折射率n2低 的_包层________构成的双层同心圆结构。4、某光纤n1＝1.64，n2＝1.45，其数值孔径NA为_根号下(n1^2-n2^2),____。
光纤传感器有＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿等突出的优点，因此特别适合于＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿等场合的测量。
二、计算分析题
1. 概念:气体传感器、气敏元件的选择性，阴离子吸附、阳离子吸附、物理吸附、化学吸附， 2. 简述半导体气敏传感器的概念和分类
3. 半导体气体传感器的敏感机理有哪些?请简要说明之 4. 无机半导体气体传感器的加热电阻丝有什么作用? 5. 简述改善气敏元件的气体选择性的常用方法 6. 试说明医用二氧化碳气体分析仪的工作原理
7、 光纤损耗是如何产生的?它对光纤传感器有哪些影响?
①吸收性损耗：吸收损耗与组成光纤的材料的中子受激和分子共振有关，当光的频率与分子的振动频率接近或相等时，会发生共振，并大量吸收光能量，引起能量损耗。②散射性损耗：是由于材料密度的微观变化、成分起伏，以及在制造过程中产生的结构上的不均匀性或缺陷引起。一部分光就会散射到各个方向去，不能传输到终点，从而造成散射性损耗。③辐射性损耗：当光纤受到具有一定曲率半径的弯曲时，就会产生辐射磁粒。a弯曲半径比光纤直径大很多的弯曲b微弯曲：当把光纤组合成光缆时，可能使光纤的轴线产生随机性的微曲。
8、光导纤维为什么能够导光?光导纤维有哪些优点?光纤式传感器中光纤的主要优点有哪些?
光导纤维工作的基础是光的全内反射，当射入的光线的入射角大于纤维包层间的临界角时，就会在光纤的接口上产生全内反射，并在光纤内部以后的角度反复逐次反射，直至传递到另一端面。 优点：
a具有优良的传旋光性能，传导损耗小
b频带宽，可进行超高速测量，灵敏度和线性度好 c能在恶劣的环境下工作，能进行远距离信号的传送
功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的波导，而且具有测量的功能。它可以利用外界物理因素改变光纤中光的强度、相位、偏振态或波长，从而对外界因素进行测量和数据传输。
9、在自由空间，波长λ0=500μm的光从真空进入金刚石(nd=2.4)。在通常情况下当光通过不同物质时频率是不变的，试计算金刚石中该光波的速度和波长。 解： v=c/nd =c/2.4=0.4167c ，c为光速；
λ=λ0 / nd =λ0 /2.4=0.4167λ0 =208.3?m ， λ0 为光速
4、 利用Snell定律推导出临界角θC的表达式。计算水与空气分界面(n水=1.33)的θC值。
解： n水sin?c =n0 sin?/2=n0
sin?c= n0 / n水
?c =arcsin1/1.33=48.76°
10、求光纤n1=1.46，n2=1.45的NA值；如果外部的n0=1，求光纤的临界入射角。
解：当n0 =1时
22n?n?1.46?1.45?0.1706 12NA=
所以， ?c =sin-1 NA =9.82°
8-24 计算一块氧化铁被加热到100℃时，它能辐射出多少瓦的热量?(铁块的比辐射率ε在100℃时为0.09，铁块表面积为0.9m2) 解： E=??T4 S=5.67×10?8 W/m2 ?K4×0.09×3734 K4×0.9 m2 =88.9W
11、试设计光纤加速度传感器，并简述原理。
12、下图所示为光纤位移传感器原理图（反射式），简要分析其工作原理。
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第11章 气体传感器及其应用
一、选择、填空题
二、计算分析题
1、简要说明气敏电阻传感器的工作原理，并举例说明其用途。 2、简述半导体气体传感器结构及原理，结合下图分析系统功能。
第12章 湿敏传感器及其应用
一、选择、填空题
二、计算分析题
1、简要说明湿敏电阻传感器的工作原理，并举例说明其用途。 2、简述湿度传感器的概念以及分类
3、什么是湿敏元件的湿滞回线和湿滞回差？
各种湿敏元件吸湿和脱湿的响应时间各不相同，而且吸湿和脱湿的特性曲线也不相同。一般总是脱湿比吸湿迟后，我们称这一特性为湿滞现象.
湿滞回线定义：湿滞现象可以用吸湿和脱湿特征曲线所构成的回线来表示，我们称这一回线为湿滞回线。
湿滞回差定义：在湿滞回线上所表示的最大量差值为湿滞回差。 4、简述氧化铝薄膜湿敏元件的敏感机理
下图中RH为湿度传感器，仔细阅读电路后，试完成： ⑴ 分析电路功能。
⑵ 简要说明电路工作原理
⑶若要直接从微安表读出待测物理量，需要做哪些工作？
微安表
VCC9V
R0R1RHR5R410uF1000KHzT1.C110uFD1XMM1.2C241R2R3R6Q1C310uF3