传感器原理与应用习题第8章光电式传感器.pdf

路漫漫其修远兮，吾将上下而求索-百度文库《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。8-12试说明图8-33(b)所示光电式数字测速仪的工作原理。（1）若采用红外发光器件为光源，虽看不见灯亮，电路却能正常工作，为什么？（2）当改用小白炽灯作光源后，却不能正常工作，试分析原因。1路漫漫其修远兮，吾将上下而求索-百度文库8-13若采用波长为9100A（1A1010m）的砷化镓发光二极管作光源，宜采用哪几种光电元件作测量元件？为什么？8-14手头有三种光电元件：硫化铊光敏电阻、硫化铅光敏电阻、硅光敏三极管，用可见光为光源，请按下列条件选用光电元件：（1）制作光电开关，开关频率约10Hz；（2）制作光电开关，开关频率约为104Hz；（3）作线性测量元件，响应时间10-1s。8-15简述视觉传感器概念、结构组成和工作原理。*8-16什么是外光电效应？内光电效应？光生伏特效应？光电导效应？8-17光电器件中的光照特性、光谱特性分别描述的是光电器件的什么性能？8-18试述光敏电阻、光敏晶体管、光电池的器件结构和工作原理。8-19当光源波长为0.8—0.9μm时宜采用哪种材料的光敏元件进行测量？8-20叙述电荷耦合器件（CCD）的结构和存储电荷与转移电荷的工作过程。答：CCD是一种半导体器件，在N型或P型硅衬底上生长一层很薄的SiO2，再在SiO2薄层上依次序沉积金属电极，这种规则排列的MOS电容数组再加上两端的输入及输出二极管就构成了CCD芯片,CCD可以把光信号转换成电脉冲信号。每一个脉冲只反映一个光敏元的受光情况，脉冲幅度的高低反映该光敏元受光的强弱，输出脉冲的顺序可以反映光敏元的位置，这就起到图像传感器的作用。转移电荷的工作过程：如图三相控制是在线阵列的每一个像素上有三个金属电极P1,P2,P3,依次在其上施加三个相位不同的控制脉冲Φ1，Φ2，Φ3，见图（b）。CCD电荷的注入通常有光注入、电注入和热注入等方式。图(b)采用电注入方式。当P1极施加高电压时，在P1下方产生电荷包（t=t0）；当P2极加上同样的电压时，由于两电势下面势阱间的耦合，原来在P1下的电荷将在P1、P2两电极下分布（t=t1）；当P1回到低电位时，电荷包全部流入P2下的势阱中（t=t2）。然后，P3的电位升高，P2回到低电位，电荷包从P2下转到P3下的势阱（t=t3），以此控制，使P1下的电荷转移到P3下。随着控制脉冲的分配，少数载流子便从CCD的一端转移到最终端。终端的输出二极管搜集了少数载流子，送入放大器处理，便实现电荷移动。8-21作为光波5μm红外线的传感器材料有哪些？8-22作光电管的CdS材料和InSb晶体的性质差异是什么？答：InSb光电管虽然响应速度快，但必须使用液体氮冷却。2路漫漫其修远兮，吾将上下而求索-百度文库8-23在用光开关检测物体的系统中