《传感器与检测技术》光电效应和光电器件
(完整版)《传感器与检测技术》试题及答案
1、测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。
2、霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。
3、光电传感器的理论基础是光电效应。
通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。
第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有光电管、光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电 效应，这类元件有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表。
4、压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。
相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。
5、变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③不变）6、仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的7、电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（① 变面积型 ② 变极距型 ③ 变介电常数型）外是线性的。
8、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）。
9、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。
10、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与原方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。
11、传感器是能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或装置，传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件 和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。
12、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与 绕组匝数 成正比，与 穿过线圈的磁通_成正比，与磁回路中 磁阻成反比。
传感器原理及检测技术(pdf 67页)
光电式传感器
光电式传感器
●光电效应和光电元件●光电器件的特性
●光电耦合器件
●电荷耦合器件(CCD)●光电式传感器
光电式传感器
光电式传感器的概念
光电式传感器是以光电元件作为转化元件，可以将被测的非电量通过光量的变化再转化成电量的传感器。
光电式传感器一般由光源、光学元件和光电元件三部分组成。
光电式传感器的物理基础是光电效应。
光电效应和光电元件
●外光电效应
●基于外光电效应的器件●内光电效应
●基于内光电效应的器件
基于外光电效应的器件 光电管
基于外光电效应的器件 光电倍增管
光电效应
●内光电效应之二(光生伏特效应)
✓势垒效应(结光电效应)
✓侧向光电效应。
《传感器与检测技术》-题库分析
《传感器与检测技术》题库一、填空：1，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。
2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。
3.热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab （T ，To ）=T B A TT BA 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ⎰+-。
在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。
4.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。
相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。
（2分）5. 变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③不变）6. 仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的7 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（① 变面积型 ② 变极距型 ③ 变介电常数型）外是线性的。
8、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）。
9、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。
10、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与原方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。
11、传感器是能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或装置，传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件 和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。
《传感器与检测技术》课程标准
《传感器与检测技术》课程标准1.刖百1.1课程性质在高职机电一体化技术专业课程体系中，《传感器及检测技术》课程是一门理实结合紧密的专业必修课，课程任务是使学生掌握不同类型的传感器应用实例、测量原理、测量电路，具备自动检测技术方面的基本知识和基本技能，能解决生产中传感器的选型、安装、调试、排除故障等方面的问题，初步形成解决生产实际问题的能力，同时深化学生团队协作能力、沟通交流能力、组织协调能力，提高学生的专业素养，并为后续课程深入学习和应用打好基础。
本课程主要培养学生以下几个方面的基础职业技能和能力：（1）知道控制系统中各种传感器的特点和应用；（2）能读懂传感器相关电路原理图；（3）能读懂控制系统各种传感器的说明书；（4）会使用常用电工工具和检测仪器仪表安装、调试常见传感器；（5）会诊断和处理常见传感器故障；（6）会应用常用传感器设计控制系统；（7）会分析解决问题，具有团队协作、组织协调的社会能力。
学生在学习此课程之前，已完成了前置课程《电工电子技术》的学习，获得了电路分析理论知识的储备，具备了初步的专业实践能力，为本课程的学习奠定了一定的专业和职业能力基础。
同时，本课程作为重要的专业课，为后续专业课程《可编程控制器技术》、《单片机原理及应用》、《机器人与柔性制造系统》、《机电设备安装与调试》、《机电设备故障诊断与维护》及《现代设备管理》等课程起到重要支撑作用。
1.2设计思路本课程标准以就业为导向，针对满足机电一体化技术专业毕业生的典型工作岗位（中级冶金机电设备点检员）的工作流程和内容设计。
课程设计运用了质量管理中产品设计的方法和步骤（DMADV）,基于以顾客为中心，充分满足顾客需求的设计原则，对照《高等职业学校机电一体化技术专业教学标准》、《职业院校机电一体化技术（机电技术应用）专业中高职衔接教学标准》、《高等职业学校机电一体化专业仪器设备装备规范》、《中华人民共和国职'也分类大典》中的课程相关教学标准和专业核心岗位的要求，导出教学目标。
《传感器与检测技术》期末考试试卷及答案
传感器与自动检测技术一、填空题（每题3分）1、传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件、产生可用信号输出的转换元件、以及相应的信号调节转换电路组成。
2、金属材料的应变效应是指金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。
3、半导体材料的压阻效应是半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。
4、金属丝应变片和半导体应变片比较其相同点是它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化。
5、金属丝应变片和半导体应变片比较其不同点是金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。
6、金属应变片的灵敏度系数是指金属应变片单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数。
7、固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称压阻效应。
8、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。
9、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。
10、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。
11、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。
12、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。
13、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。
14、要把微小应变引起的微小电阻变化精确地测量出来，需采用特别设计的测量电路，通常采用电桥电路。
光电式传感器 光电效应及常用的光电元件 光电发射效应及典型器件
3. 光电倍增管
光电倍增管外形
➢光电倍增管由光阴极、倍增极、阳极组成，其中倍增极通常为12-14级，多的可达 30级。倍增极能在电子轰击下发射出更多“次级电子”，可将阴极的光电流放大几万 至几百万倍，故其灵敏度要比普通光电管高得多。
3. 光电倍增管
光电倍增管工作原理图
当光照射到光阴极时，光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场 进入倍增系统，并利用二次电子释放效应得到倍增放大，最后把放大后的电子用阳极 收集作为信号输出。
2. 光电管
光电管外形
课程内容
1 . 光电发射效应 2. 光电管 3. 光电倍增管
3. 光电倍增管 ➢光电倍增管（photomultiplier）建立在外光电效应、二次电子发射和电子光学理论 基础上，结合了高增益、低噪声、高频率响应和大信号接收区等特征，是一种具有极 高灵敏度和超快时间响应的光敏电真空器件。
课程内容
1 . 光电发射效应 2. 光电管 3. 光电倍增管
2. 光电管
➢ 光电管是（phototube）基于外光电效应的基本光电转换器件。 ➢光电管分为真空光电管和充气光电管。 ➢光电管的典型结构是将球形玻璃壳抽成真空，在内半球面上涂一层光电材料作为阴极，球心 放置小球形或小环形金属作为阳极。若球内充低压惰性气体就成为充气光电管。光电子在飞向 阳极的过程中与气体分子碰撞而使气体电离，可增加光电管的灵敏度。 ➢光电管灵敏度低、体积大、易破损，已被固体光电器件所代替。
4.1.2 光电发射效应及典型器件
课程内容
1 . 光电发射效应 2. 光电管 3. 光电倍增管
传感器与检测技术课程标准
《传感器与检测技术》课程原则课程编码：01060404 课程类别：专业理论课程课时：68 ` 学分：6合用专业：电气自动化技术开课学期：第三学期开课单位：信息工程学院撰写人：电气自动化教研室一、课程定位和设计思绪（一）课程定位《传感器与检测技术》是电子类各专业一门重要旳职业技术必修课，学生通过本大纲所规定旳所有教学内容旳学习，可以获得误差理论、传感器、自动检测工程应用方面旳基本知识。
（二）设计思绪1、按岗位所需能力设定培养目旳2、按课程培养目旳安排理论教学二、课程目旳（一）课程总目旳作为是电子类各专业一门重要旳职业技术必修书本，课程《传感器与检测技术》旳任务是简介传感器与检测技术综合应用，培养学生旳综合技术应用能力，使学生掌握检测系统旳设计和分析措施，可以根据工程需要选用合适旳传感器，使学生走上工作岗位后能更好地提高研发、系统构成等方面旳能力。
（二）详细目旳根据对教材内容、教学大纲及学生自身认知水平旳分析，教学目旳从知识目旳、能力目旳和素质目旳三个方面来分析。
1、知识目旳①掌握传感器旳基本概念、特性等；②理解传感器旳分类；③掌握传感器与检测技术旳目旳和意义。
2、能力目旳①掌握检测系统旳设计和分析措施，可以根据工程需要选用合适旳传感器；②理解各类别传感器旳工作原理，掌握其性能特点，理解其应用；③良好旳编程思绪和风格。
3、素质目旳①具有综合技术应用能力；②培养严谨踏实旳作风，训练自己旳逻辑思维；③锻炼自己分析问题、处理问题旳能力。
三、课程内容、规定及课时安排（一）课程内容及规定（二）课程课时安排四、实行提议（一）选用教材宋雪臣.《传感器与检测技术》. 人民邮电出版社（二）教学措施贯彻“以学生为中心”旳教学理念，采用课堂教学、多媒体教学、案例导入、任务驱动、讲练结合和分组讨论旳教学措施（三）教学评价1．教学是足于加强学生实际操作能力旳培养，采用项目教学，以工作任务引领提高学生学习爱好，激发学生旳成就动机。
《传感器与检测技术》课后习题：第八章(含答案)
第八章习题答案1．什么是光电效应，依其表现形式如何分类，并予以解释。
解：光电效应首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电转换元件变换成电信号,光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类：a)在光线作用下，能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应;b)受光照的物体导电率1R发生变化，或产生光生电动势的效应叫内光电效应。
2．分别列举属于内光电效应和外光电效应的光电器件。
解：外光电效应，如光电管、光电倍增管等。
内光电效应，如光敏电阻、光电池和光敏晶体管等。
3．简述CCD 的工作原理。
解：CCD 的工作原理如下：首先构成CCD 的基本单元是MOS 电容器，如果MOS 电容器中的半导体是P 型硅，当在金属电极上施加一个正电压时，在其电极下形成所谓耗尽层，由于电子在那里势能较低，形成了电子的势阱，成为蓄积电荷的场所。
CCD 的最基本结构是一系列彼此非常靠近的MOS 电容器，这些电容器用同一半导体衬底制成，衬底上面覆盖一层氧化层，并在其上制作许多金属电极，各电极按三相（也有二相和四相）配线方式连接。
CCD 的基本功能是存储与转移信息电荷，为了实现信号电荷的转换：必须使MOS 电容阵列的排列足够紧密，以致相邻MOS 电容的势阱相互沟通，即相互耦合；控制相邻MOC 电容栅极电压高低来调节势阱深浅，使信号电荷由势阱浅的地方流向势阱深处；在CCD 中电荷的转移必须按照确定的方向。
4．说明光纤传输的原理。
解：光在空间是直线传播的。
在光纤中，光的传输限制在光纤中，并随光纤能传送到很远的距离，光纤的传输是基于光的全内反射。
当光纤的直径比光的波长大很多时，可以用几何光学的方法来说明光在光纤内的传播。
设有一段圆柱形光纤，它的两个端面均为光滑的平面。
当光线射入一个端面并与圆柱的轴线成θi 角时，根据斯涅耳（Snell ）光的折射定律，在光纤内折射成θj ，然后以θk 角入射至纤芯与包层的界面。
若要在界面上发生全反射，则纤芯与界面的光线入射角θk 应大于临界角φc （处于临界状态时，θr =90º），即:21arcsin k c n n θϕ≥=且在光纤内部以同样的角度反复逐次反射，直至传播到另一端面。
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《传感器与检测技术》光电效应和光电器件
通常把光电效应分为三类(重点)
外光电效应：在光线的作用下，能使电子逸出 物体表面的现象。基于该效应的光电器件有光 电管、光电倍增管等。
内光电（光电导）效应：在光线的作用下，能 使物体的电阻率改变的现象。基于该效应的光 电器件有光敏电阻等。
《传感器与检测技术》光电效应和光电器件
光电倍增管的结构 与工作原理
光电阴极 光电倍增极 阳极 光电阴极由半导体锑-铯制造而成，倍增极上涂有 银-镁等光敏材料，并且电位逐级升高
阴极发射的光电子以高速射到倍增极上，引起二 次电子发射 ，并且电位逐级升高
二次电子发射系数 σ = 二次发射电子数／入射电子数 若倍增极（4～14个）有n，则倍增率为σn
组成：光源+光学器件+光电元件。 物理基础:
光电效应（Photo-electric Effect）。
《传感器与检测技术》光电效应和光电器件
什么是光电效应?
光照射在物体表面上可看成是物体受到一连串 具有一定能量的光子轰击，于是物体中的电子 吸收了光子的能量，导致物体的电学性质发生 了变化，这种现象就称为光电效应。
《传感器与检测技术》光电效应和光电器件
真空光电管的伏安特性
充气光电管的伏安特性
充气光电管: 构造和真空光电管基本相同，优点是灵敏度高. 所不同的仅仅是在玻璃泡内充以少量的惰性气体（氩或氖） 其灵敏度随电压变化的稳定性、频率特性等都比真空光电管差 (测试常用) 。
《传感器与检测技术》光电效应和光电器件
在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大； 在一定光照度下，加的电压越大，光电流越大，没有饱和现象。 光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定的， 耗散功率又和面积以及散热条件等因素有关。
《传感器与检测技术》光电效应和光电器件
（2）光照特性
光敏电阻的光电流与光强之间的关系
由于光敏电阻的光照特性呈非线性，因此不宜作为测量元件， 一般在自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件。
阻挡层光电（光生伏特）效应: 在光线的作用 下，物体在一定方向上产生电动势的现象。基 于该效应的光电器件有光敏晶体管、光电池。
《传感器与检测技术》光电效应和光电器件
4.1 光电效应和光电器件
4.1.1 光电管 4.1.2 光电倍增管 4.1.3 光敏电阻 4.1.4 光敏二极管和光敏晶体管 4.1.5 光电池 4.1.6 光电式传感器的应用
4.1 光电效应和光电器件
4.1.1 光电管 4.1.2 光电倍增管 4.1.3 光敏电阻 4.1.4 光敏二极管和光敏晶体管 4.1.5 光电池 4.1.6 光电式传感器的应用
《传感器与检测技术》光电效应和光电器件
4.1.2 光电倍增管
在入射光极为微弱时，光电管能产生的光电流就很小， 光电倍增管：放大光电流 组成：光电阴极+若干倍增极+阳极
光电管的阴极接受
光的照射，它决定了器 件的光电特性。阳极由 金属丝做成，用于收集 电子。
阳极通常用金属丝弯 曲成矩形或圆形，置 于玻璃管的中央。
光电管示意图
《传感器与检测技术》光电效应和光电器件
工作原理：
当阴极受到适当波长 的光线照射时，电子克服 金属表面对它的束缚而逸 出金属表面，形成电子发 射。电子被带正电位的阳 极所吸引，在光电管内就 有了电子流，在外电路中 便产生了电流。
光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响，因此要将光电导体严密封装 在带有玻璃的壳体《中传感。器与检测技术》光电效应和光电器件
2．光敏电阻的基本特性
（1）伏安特性 （2）光照特性 （3）光谱特性 （4）响应时间和频率特性 （5）温度特性
《传感器与检测技术》光电效应和光电器件
（1）伏安特性
在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系
《传感器与检测技术》光电效应和光电器件
4.1 光电效应和光电器件
4.1.1 光电管 4.1.2 光电倍增管 4.1.3 光敏电阻 4.1.4 光敏二极管和光敏晶体管 4.1.5 光电池 4.1.6 光电式传感器的应用
《传感器与检测技术》光电效应和光电器件
内光电效应（光电导型）
在光线作用下能使物体电阻率改变的现象，如光敏电阻等
第四章 光电式传感器
工作原理：把被测量的变化转换成光信号的变化，然后
通过光电转换元件变换成电信号。
1
辐射源
2
光学器件
I
光电元件
x1
x2
光电式传感器方框图
《传感器与检测技术》光电效应和光电器件
什么是光电式传感器？
它是以光电器件作为转换元件， 可以将被测的非电量通过光量的变化 再转化成电量的传感器。
特点: 结构简单、精度高、响应快、非接触、 性能可靠
《传感器与检测技术》光电效应和光电器件
通常把光电效应分为三类(重点)
外光电效应：在光线的作用下，能使电子逸出 物体表面的现象。基于该效应的光电器件有光 电管、光电倍增管等。
《传感器与检测技术》光电效应和光电器件
通常把光电效应分为三类(重点)
外光电效应：在光线的作用下，能使电子逸出 物体表面的现象。基于该效应的光电器件有光 电管、光电倍增管等。
光敏电阻是用光电导体制成的光电器件，又称光导管
《传感器与检测技术》光电效应和光电器件
1. 光敏电阻的工作原理及结构
无正负极性，电阻器件
当无光照时，光敏电阻值(暗电阻)很大，电路中电流很小 当有光照时，光敏电阻值(亮电阻)急剧减少，电流迅速增加
《传感器与检测技术》光电效应和光电器件
光敏电阻的结构
1.玻璃 2.光电导层 3.电极 4.绝缘衬底 5.金属壳 6.黑色绝缘玻璃 7.引线 半导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层。 光敏电阻的电极一般采用梳状，可提高光敏电阻的灵敏度。
《传感器与检测技术》光电效应和光电器件4.1.1 外光电效应（光电发射型）
在光线作用下使电子逸出物体表面的现象。 如光电管、光电倍增管
《传感器与检测技术》光电效应和光电器件
光电器件 1. 光电管：
阴极装在玻璃管内壁 上，其上涂有光电发 射材料。
光电管由一个阴极 和一个阳极构成，并密 封在一支真空玻璃管内 。