8模块八光学量检测思考题与练习题分析

《传感器与检测技术项目教程》

统一书号：ISBN 978-7-课程配套网站：或年2月第1版

（主编：梁森、黄杭美、王明霄、王侃夫）

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

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____。

A．lm B．cd C．lx D．cd/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____。

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 C．PIN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-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。

A．0.8m B．8mm C．μｍ D．ｍ

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 D．I-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（）工作，由图8-19可知，必须将÷ ___光电池串联起来才能正常工作。

A．2片 片 片 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___±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

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=、被测频率f=10kHz时，在的时间间隔里，可以得到___10kHz×T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。

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－光敏晶体管光电特性

1）当晚上无光照时，VD1___不通___（导通/截止），IΦ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，对地而言，就是 ____（0/5）V。

2）当Ui为时的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，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IΦ达到时，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。

4．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=100kΩ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，则第二级运算放大器的放大倍数是多少？

图8-19 某系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

Io=[(20lx/横轴的最右端的照度lx)此时的输出电流μA/mm2]×面积mm2=？？μA。

2）当第一级运算放大器的反馈电阻Rf=100kΩ时，第二级运算放大器的输入端电压

Uo1=IoRf=？？μA×100kΩ=？？mV。

3）要求第二级运算放大器的输出电压为，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。

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

1－LED 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有效（即检测到手未离开该危险区），则不让冲头动作，或使正在动作的冲头惯性轮紧急抱闸。

1）请上网查阅有关光栅栏的工作原理，写出其中一种的特性参数。

2）请写出你的检测、控制方案，画出光幕与冲床的关系框图。

3）说明工作原理。

9．请上网查阅电子式自来水表的资料，并在课后打开家中的自来水表，观察其结构及工作过程。然后考虑如何利用学到的光电转速原理，在自来水表玻璃外面安装若干电子元器件，改造成为数字式自来水累积流量表。请以文字形式写出你的设计。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/79f14c54a1116c175f0e7cd184254b35effd1a54.html