CH9光電式傳感器含答案傳感器與檢測技術(shù)第2版習題及解答

1、第9章 光電式傳感器一、單項選擇題1、下列光電式傳感器中屬于有源光敏傳感器的是（ ）。a. 光電效應(yīng)傳感器 b. 紅外熱釋電探測器 c. 固體圖像傳感器 d. 光纖傳感器2、下列光電器件是根據(jù)外光電效應(yīng)做出的是（ ）。a. 光電管 b. 光電池c. 光敏電阻 d. 光敏二極管3、當光電管的陽極和陰極之間所加電壓一定時，光通量與光電流之間的關(guān)系稱為光電管的（ ）。a. 伏安特性 b. 光照特性c. 光譜特性 d. 頻率特性4、下列光電器件是基于光導(dǎo)效應(yīng)的是（ ）。a. 光電管 b. 光電池c. 光敏電阻 d. 光敏二極管5、光敏電阻的相對靈敏度與入射波長的關(guān)系稱為（ ）。a. 伏安特性 b. 光

2、照特性c. 光譜特性 d. 頻率特性6、下列關(guān)于光敏二極管和光敏三極管的對比不正確的是（ ）。a. 光敏二極管的光電流很小，光敏三極管的光電流則較大b. 光敏二極管與光敏三極管的暗點流相差不大c. 工作頻率較高時，應(yīng)選用光敏二極管；工作頻率較低時，應(yīng)選用光敏三極管d. 光敏二極管的線性特性較差，而光敏三極管有很好的線性特性7、光電式傳感器是利用（ ）把光信號轉(zhuǎn)換成電信號。a. 被測量 b. 光電效應(yīng) c. 光電管 d. 光電器件8、光敏電阻的特性是（ ）a有光照時亮電阻很大 b無光照時暗電阻很小 c無光照時暗電流很大 d受一定波長范圍的光照時亮電流很大 9、基于光生伏特效應(yīng)工作的光電器件是（

3、）a光電管 b.光敏電阻c光電池 d.光電倍增管10、ccd以（ ）為信號a. 電壓 b.電流c電荷 d.電壓或者電流11、構(gòu)成ccd的基本單元是（ ）a. p型硅 結(jié)c. 光電二極管 電容器12、基于全反射被破壞而導(dǎo)致光纖特性改變的原理，可以做成（ ）傳感器，用于探測位移、壓力、溫度等變化。a.位移 b.壓力 c.溫度 d.光電13、光纖傳感器一般由三部分組成，除光纖之外，還必須有光源和( )兩個重要部件。a.反射鏡 b.透鏡 c.光柵 d.光探測器14、按照調(diào)制方式分類，光調(diào)制可以分為強度調(diào)制、相位調(diào)制、頻率調(diào)制、波長調(diào)制以及( )等，所有這些調(diào)制過程都可以歸結(jié)為將一個攜帶信息的信號疊加到

4、載波光波上。 a.偏振調(diào)制 b.共振調(diào)制 c.角度調(diào)制 d.振幅調(diào)制15、利用外界因素對于光纖中光波相位的變化來探測各種物理量的傳感器，稱為( )。a.相位調(diào)制型傳感器 b.相位結(jié)合型傳感器 c.相位振動型傳感器 d.相位干涉型傳感器16、半導(dǎo)體激光發(fā)光是由( )之間的電子-空穴對復(fù)合產(chǎn)生的，激勵過程是使半導(dǎo)體中的載流子從平衡狀態(tài)激發(fā)到非平衡狀態(tài)的激發(fā)態(tài)。 a.原子 b.分子 c.離子 d.能帶17、固體激光器是以固體為工作物質(zhì)的激光器，也就是以摻雜的離子型( )和玻璃作為工作物質(zhì)的激光器。a.石英晶體 b.高純硅 c.絕緣晶體 d.壓電晶體18、利用光纖本身的某種敏感特性或功能制作的傳感器稱

5、為( )。 a.敏感型傳感器 b.功能型傳感器 c.傳光型傳感器 d.功敏型傳感器19、光纖僅起傳輸光波的作用，必須在光纖中間或端面加裝其他敏感元件才能構(gòu)成傳感器，稱為( )。 a.光容型傳感器 b.光感型傳感器 c.傳光型傳感器 d.光敏型傳感器20、光纖振動傳感器與其他光纖傳感器一樣，從原理上講也可以分為兩種類型，實際上，直接以( )作為振動信息的敏感元件,難以分離其他物理量變化產(chǎn)生的影響。 a.光纖 b.電壓 c.電流 d.電阻21、光纖是用( )作為主要原料的一種透明度很高的介質(zhì)材料，廣泛用于通信和傳感器。 a.光刻玻璃 b.石英玻璃 c.光刻硅 d.鈦鋁合金22、數(shù)值孔徑na是光纖的

6、一個重要參數(shù)，以下說法不正確的是（ ） a數(shù)值孔徑反映了光纖的集光能力 b光纖的數(shù)值孔徑與其幾何尺寸有關(guān)c數(shù)值孔徑越大，光纖與光源的耦合越容易 d數(shù)值孔徑越大，光信號的畸變也越大23、循環(huán)碼0110對應(yīng)的二進制碼是（ ）。a. 0110 b. 0100 c. 0101 d. 100124、當兩塊光柵的夾角很小時，光柵莫爾條紋的間距（ ）a與柵線的寬度成正比 b.與柵線間寬成正比c與夾角近似成正比 d.與柵距近似成正比25、現(xiàn)有一個采用4位循環(huán)碼碼盤的光電式編碼器，碼盤的起始位置對應(yīng)的編碼是0011，終止位置對應(yīng)的編碼是0101，則該碼盤轉(zhuǎn)動的角度可能會是（ ）a45 26、現(xiàn)有一個采用4位循環(huán)

7、碼碼盤的光電式編碼器，碼盤的起始位置對應(yīng)的編碼是0011，終止位置對應(yīng)的編碼是1111，則該碼盤轉(zhuǎn)動的角度可能會是（ ）a60 27、一個6位的二進制光電式編碼器，其測量精度約為（ ）a b. c d. 6028、（ ）屬于脈沖盤式編碼器。a接觸式編碼器b光電式編碼器c增量編碼器d電磁式編碼器29、采用50線/mm的計量光柵測量線位移,若指示光柵上的莫爾條紋移動了12條,則被測線位移為（ ）mm a b. 0.12 c d. 二、多項選擇題1、光纖傳感器用的光纖主要有兩種：（ ） a.單模光纖 b.多模光纖 c.單晶光纖 d.多晶光纖2、光纖傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比有許多特點，包括以下哪幾種？（

8、 ）a.靈敏度高 b.結(jié)構(gòu)簡單 c.耗電量小 d.絕緣性好3、光探測器是光纖傳感器構(gòu)成的一個重要部分，它的性能指標將直接影響傳感器的性能。光纖傳感器對光探測器的要求包括以下那幾個？（ ）a.線性好，按比例地將光信號轉(zhuǎn)換為電信號 b.靈敏度高，能敏度微小的輸入光信號，并輸出較大的電信號 c.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，易維護 d.性能穩(wěn)定，噪聲小4、光纖傳感器中常用的光探測器有以下哪幾種？（ ） a.光電二極管 b.光電倍增管 c.光敏電阻 d.固體激光器5、光纖醫(yī)用傳感器是用來測量人體和生物體內(nèi)部有關(guān)醫(yī)療診斷等醫(yī)學(xué)參量的光纖傳感器，目前使用的有以下哪幾種？（ ）a.光纖氧飽和度傳感器 b.光纖ph值傳感器

9、c.光纖體溫計 d.光纖體壓計6、以下傳感器中屬非接觸式的有：（ ）a.電磁式編碼器 b.光電式編碼器 c.脈沖盤式編碼器 d.計量光柵7、計量光柵的特點是（ ）。a測量精度高b成本低c非接觸式d對環(huán)境要求不高三、填空題1、光電式傳感器由 及 兩大部分組成。2、光敏電阻 與 之差稱為光電流。3、光電池與光敏二極管、光敏三極管都是pn界，主要區(qū)別在于后者的pn結(jié)。4、ccd的突出特點是以 作為信號。5、光纖工作的基礎(chǔ)是 。6、光纖傳感器技術(shù)是本世紀70年代末發(fā)展起來的一門嶄新的技術(shù)，是傳感器技術(shù)的新成就，光纖傳感器技術(shù)是隨著 和 的發(fā)展而形成的。7、一般來說，固體激光器可以分為四個主要部分：工作

10、物質(zhì)、 、諧振，冷卻系統(tǒng)以及 。8、按照工作原理的不同，可將光電式傳感器分為 、紅外熱釋傳感器、固體圖像傳感器和 。9、按照測量光路組成來看，光電式傳感器可以分為 、 、輻射式和開關(guān)式光電傳感器。10、光電傳感器的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。通常把光線照射到物體表面后產(chǎn)生的光電效應(yīng)分為三類。第一類是利用在光線作用下光電子逸出物體表面的 效應(yīng),這類元件有 ；第二類是利用在光線作用下使材料內(nèi)部電阻率改變的 效應(yīng)，這類元件有 ；第三類是利用在光線作用下使物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向電動勢的光生伏特效應(yīng)，這類元件有光電池、光電儀表。11、循環(huán)碼1101對應(yīng)的二進制碼是 。12、采用4位二進制碼盤能分辨的角度為 。13

11、、計量光柵是利用光柵的 現(xiàn)象進行測量的。14、光柵測量原理是以移過的莫爾條紋的數(shù)量來確定位移量，其分辨率為 。15、莫爾條紋有 、 和 這三個重要特點。16、當兩塊光柵的夾角很小時，光柵莫爾條紋的間距與 近似成反比。17、目前為止，數(shù)字式傳感器最主要的兩種類型是 和 。18、直線式編碼器用于測量 ， 用于測量角位移。19、計量光柵主要由 和 兩部分組成。20、計量光柵中的光電轉(zhuǎn)換裝置包括主光柵、 、 和光電元件。21、為了提高光柵的分辨率，測量比柵距更小的位移量，光柵采用細分技術(shù)，常有的細分技術(shù)有直接細分、 和 。22、數(shù)字式傳感器是能夠直接將 轉(zhuǎn)換為 的傳感器。與模擬式傳感器相比，具有測量精

12、度和分辨率高、 、抗干擾能力強、便于與微機接口和適宜 的優(yōu)點。23、數(shù)字式傳感器主要有 和 兩種類型，可用于 和 測量。24、編碼器按結(jié)構(gòu)形式可分為 和 兩大類，分別用于測量 和 。25、計量光柵利用光柵的 現(xiàn)象，以線位移和 為基本測試內(nèi)容，應(yīng)用于高精度加工機床、光學(xué)坐標鏜床、制造大規(guī)模集成電路的設(shè)備及檢測儀器等。26、計量光柵按應(yīng)用范圍不同可分為 和 ；按用途不同有測量線位移的 和 ；按光柵結(jié)構(gòu)不同，又可分為 和 。四、簡答題1、什么是光電式傳感器？2、光電式傳感器的基本工作原理是什么？ 3、光電式傳感器的基本形式有哪些？4、什么是光電器件？5、典型的光電器件有哪些？6、ccd的電荷轉(zhuǎn)移原理

13、是什么？7、什么是全反射？8、光纖的數(shù)值孔徑有何意義？9、何謂ccd勢阱？ 10、光電器件有哪幾種類型？各有何特點？11、光在光纖中是怎樣傳輸?shù)模?2、對光纖及入射光的入射角有什么要求？13、試述光敏電阻的工作原理。14、試述光敏二極管的工作原理。15、試述光敏三極管的工作原理。16、試述光電池的工作原理。17、簡述什么是光電導(dǎo)效應(yīng)？18、簡述什么是光生伏特效應(yīng)？19、簡述什么是外光電效應(yīng)？20、典型的光電器件有哪些？21、簡述光纖傳感器的組成。22、簡述光纖傳感器的工作原理。23、請簡述光導(dǎo)纖維傳光原理。24、請簡述半導(dǎo)體光吸收型光纖溫度傳感器的工作原理。25、什么是光電效應(yīng)? 26、光纖傳

14、感器技術(shù)是一門多學(xué)科性科學(xué)，涉及到的知識面很廣泛，請列舉至少四門這樣的學(xué)科。27、光導(dǎo)纖維有哪些優(yōu)點？光纖式傳感器中光纖的主要優(yōu)點有哪些？ 28、光纖損耗是如何產(chǎn)生的？29、光纖損耗對光纖傳感器有哪些影響？30、什么是光電效應(yīng)和光電器件？31、常用的光電器件有哪幾大類？試解釋這幾類光電器件各自的工作基礎(chǔ)并舉例。32、利用某循環(huán)碼盤測得的結(jié)果為“0110”，其實際轉(zhuǎn)過的角度是多少？33、透射式光柵傳感器的莫爾條紋是怎樣產(chǎn)生的？條紋間距、柵距和夾角的關(guān)系是什么？ 34、如何判別光柵傳感器的運動方向？ 35、如何實現(xiàn)提高光電式編碼器的分辨率？36、二進制碼與循環(huán)碼各有何特點？并說明它們的互換原理。3

15、7、簡述光柵莫爾條紋測量位移的三個主要特點?38、簡述光柵讀數(shù)頭的組成和工作原理？39、簡述計量光柵的結(jié)構(gòu)和基本原理。40、試區(qū)分硅光電池和硒光電池的結(jié)構(gòu)與工作原理。41、試介紹mos光敏單元的工作原理。42、ccd的電荷轉(zhuǎn)移原理是什么？43、試對面陣型ccd圖像傳感器進行分類，并介紹它們各自有何特點？44、為什么要求ccd器件的電荷轉(zhuǎn)移效率要很高？45、舉例說明ccd圖像傳感器的應(yīng)用。46、試解釋光電式編碼器的工作原理。47、計量光柵是如何實現(xiàn)測量位移的？48、計量光柵中為何要引入細分技術(shù)？49、細分的基本原理是什么？五、計算題1、試計算n1=,n2=的階躍折射率光纖的數(shù)值孔徑值。如光纖外部

16、介質(zhì)的n0=1，求最大入射角c的值。2、一個8位光電碼盤的最小分辨率是多少？如果要求每個最小分辨率對應(yīng)的碼盤圓弧長度至大為0.01mm，則碼盤半徑應(yīng)有多大？3、一個21碼道的循環(huán)碼盤，其最小分辨力1=?，若一個1角對應(yīng)圓弧長度至少為0.001mm，問碼盤直徑多大？4、若某光柵的柵線密度為50線/mm，主光柵與指標光柵之間夾角。求：(1)求其形成的莫爾條紋間距是多少?(2)若采用四只光敏二極管接收莫爾條紋信號，并且光敏二極管響應(yīng)時間為，問此時光柵允許最快的運動速度是多少?5、利用一個六位循環(huán)碼盤測量角位移,其最小分辨率是多少？如果要求每個最小分辨率對應(yīng)的碼盤圓弧長度最大為0.01mm,則碼盤半徑

17、應(yīng)有多大?若碼盤輸出數(shù)碼為“101101”,初始位置對應(yīng)數(shù)碼為“110100”,則碼盤實際轉(zhuǎn)過的角度是多少？6、設(shè)某循環(huán)碼盤的電刷初始位置為“0000”，利用該循環(huán)碼盤測得結(jié)果為“0110”，其實際轉(zhuǎn)過的角度是多少？第9章 光電式傳感器一、單項選擇題題號答案知識點1d光電式傳感器的類別2a光電效應(yīng)與光電器件3b光電效應(yīng)與光電器件4c光電效應(yīng)與光電器件5c光電效應(yīng)與光電器件6d光電效應(yīng)與光電器件7d概述8d光電效應(yīng)與光電器件9c光電效應(yīng)與光電器件10cccd圖像傳感器11dccd圖像傳感器12a光纖傳感器13d光纖傳感器14a光纖傳感器15d光纖傳感器16d光纖傳感器17c光纖傳感器18b光纖傳

18、感器19c光纖傳感器20a光纖傳感器21b光纖傳感器22b光纖傳感器23b光電式編碼器24d計量光柵25c光電式編碼器26c光電式編碼器27a光電式編碼器28c光電式編碼器29c計量光柵二、多項選擇題題號答案知識點1ab光纖傳感器2abcd光纖傳感器3abd光纖傳感器4abc光纖傳感器5abcd光纖傳感器6abd光電式傳感器7ac計量光柵三、填空題 題號答案知識點1光路；電路光電式傳感器的基本形式2亮電流；暗電流光電效應(yīng)與光電器件3處于反向偏置光電效應(yīng)與光電器件4電荷ccd固體圖像傳感器5光的全反射光纖傳感器6光導(dǎo)纖維；光通信技術(shù)光纖傳感器7泵浦系統(tǒng)；濾光系統(tǒng)光纖傳感器8光電效應(yīng)傳感器；光纖傳

19、感器光纖傳感器9透射式；反射式光電式傳感器的基本形式10外光電；光電管、光電倍增管；內(nèi)光電；光敏電阻光電效應(yīng)與光電器件111001 光電式編碼器12光電式編碼器13莫爾條紋計量光柵14光柵柵距計量光柵15位移放大；辨別運動方向（辨向）；誤差平均效應(yīng)計量光柵16（刻線）夾角計量光柵17編碼器；脈沖數(shù)字傳感器光電式編碼器18線位移；旋轉(zhuǎn)式編碼器光電式編碼器19光電轉(zhuǎn)換裝置；光柵數(shù)顯表計量光柵20指示光柵；光路系統(tǒng)計量光柵21倍頻細分；電橋細分 計量光柵22非電量；數(shù)字量；穩(wěn)定性好；遠距離傳輸光電式編碼器23編碼器；脈沖數(shù)字傳感器；位移；計數(shù)光電式編碼器24直線式；旋轉(zhuǎn)式；線位移；角位移光電式編碼器

20、25莫爾條紋；角位移計量光柵26透射光柵；射光柵；長光柵；圓光柵；幅值（黑白）光柵；相位（閃耀）光柵計量光柵四、簡答題1、答：光電式傳感器（或稱光敏傳感器）：利用光電器件把光信號轉(zhuǎn)換成電信號（電壓、電流、電阻等）的裝置。知識點：概述2、答：光電式傳感器的基本工作原理是基于光電效應(yīng)的，即因光照引起物體的電學(xué)特性而改變的現(xiàn)象。知識點：概述3、答：光電式傳感器按測量光路組成來看，可分為4種基本形式：透射式光電傳感器反射式光電傳感器輻射式光電傳感器開關(guān)式光電傳感器知識點：光電式傳感器的基本形式4、答：光電器件是將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N傳感器件。是構(gòu)成光電式傳感器的主要部件。知識點：光電效應(yīng)與光電器件5、

21、答：典型的光電器件有基于外光電效應(yīng)的光電管和光電倍增管，基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電池、光敏電阻、光敏二極管以及光敏三極管。知識點：光電效應(yīng)與光電器件6、答：ccd器件基本結(jié)構(gòu)是一系列彼此非?？拷膍os光敏元，這些光敏元使用同一半導(dǎo)體襯底；氧化層均勻、連續(xù)；相鄰金屬電極間隔極小。任何可移動的電荷都將力圖向表面勢大的位置移動。為了保證信號電荷按確定的方向和路線轉(zhuǎn)移，在mos光敏元陣列上所加的各路電壓脈沖要求嚴格滿足相位要求。 知識點：ccd圖像傳感器7、答：當入射角大于臨界角時，光線就不會透過其界面而全部反射到光密介質(zhì)內(nèi)部，即發(fā)生全反射。知識點：光纖傳感器8、答：光纖的數(shù)值孔徑是光纖的一個重要參數(shù)，它

22、能反映光纖的集光能力，光纖的na越大，表面它可以在較大入射角范圍內(nèi)輸入全反射光，集光能力就越強，光纖與光源的耦合越容易，且保證實現(xiàn)全反射向前傳播。但na越大，光信號的畸變也越大，所以要適當選擇na的大小。知識點：光纖傳感器9、答：如果mos電容器中的半導(dǎo)體是p型硅，當在金屬電極上施加一個正電壓ug時，p型硅中的多數(shù)載流子（空穴）受到排斥，半導(dǎo)體內(nèi)的少數(shù)載流子（電子）吸引到p-si界面處來，從而在界面附近形成一個帶負電荷的耗盡區(qū)， 也稱ccd勢阱。知識點：ccd圖像傳感器10、答：光電器件有兩種類型，一種是基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電器件，一種是基于外光電效應(yīng)的光電器件。外光電效應(yīng)光電器件是基于外光電效

23、應(yīng)的，當光照射到金屬或金屬氧化物的光電材料上時，光子的能量傳給光電材料表面的電子，如果入射到表面的光能使電子獲得足夠的能量，電子會克服正離子對它的吸引力，脫離材料表面而進入外界空間，這種現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。即外光電效應(yīng)是在光線作用下，電子逸出物體表面的現(xiàn)象。內(nèi)光電效應(yīng)是指在光線作用下，物體的導(dǎo)電性能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象。這種效應(yīng)可分為因光照引起半導(dǎo)體電阻率變化的光電導(dǎo)效應(yīng)和因光照產(chǎn)生電動勢的光生伏特效應(yīng)兩種。知識點：光電效應(yīng)與光電器件11、答：光在同一種介質(zhì)中是直線傳播的，當光線以不同的角度入射到光纖端面時，在端面發(fā)生折射進入光纖后，又入射到折射率較大的光密介質(zhì)（纖芯）與折射率較小的

24、光疏介質(zhì)（包層）的交界面，光線在該處有一部分投射到光疏介質(zhì)，一部分反射回光密介質(zhì)。對光纖的要求是包層和纖芯的折射率不同，且纖芯的折射率大于包層的折射率。知識點：光纖傳感器12、答：對入射角的要求是入射角小于臨界角。知識點：光纖傳感器13、答：光敏電阻是基于光電導(dǎo)效應(yīng)。在光線作用下，對于半導(dǎo)體材料吸收了入射光子能量， 若光子能量大于或等于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度， 就激發(fā)出電子-空穴對，使載流子濃度增加，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性增加，阻值減低的現(xiàn)象。知識點：光電效應(yīng)與光電器件14、答：光電池是基于光生伏特效應(yīng)。在光線的作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象。如光電池。 知識點：光電效應(yīng)與光電器件15、答：

25、光敏二極管是基于內(nèi)光電效應(yīng)中的光生伏特效應(yīng)。知識點：光電效應(yīng)與光電器件16、答：光敏三極管是基于內(nèi)光電效應(yīng)中的光生伏特效應(yīng)。知識點：光電效應(yīng)與光電器件17、答：光電導(dǎo)效應(yīng)是指在光線作用下，半導(dǎo)體材料吸收入射光子的能量，如果入射光子的能量大于或等于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，將激發(fā)出電子空穴對，使載流子濃度增加，導(dǎo)電性增加，阻值降低的現(xiàn)象。知識點：光電效應(yīng)與光電器件18、答：光生伏特效應(yīng)是指在光線作用下，能使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象。知識點：光電效應(yīng)與光電器件19、答：外光電效應(yīng)是指在光線作用下，能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象。知識點：光電效應(yīng)與光電器件20、答：光電導(dǎo)效應(yīng)的典型光電器件是光敏電阻；

26、光生伏特效應(yīng)的典型光電器件是光電池；外光電效應(yīng)的典型光電器件是光電管（光電二極管、光電晶體管）、倍增管。知識點：光電效應(yīng)與光電器件21、答：光纖傳感器由光源、（光纖或非光纖的）敏感元件、光纖、光探測器、信號處理系統(tǒng)等組成。知識點：光纖傳感器22、答：光纖傳感器的工作原理：由光源發(fā)出的光通過源光纖引到敏感元件，被測參數(shù)（溫度、壓力、應(yīng)變、振動等）作用于敏感元件，在光的調(diào)制區(qū)內(nèi)，使光的某一性質(zhì)（光強、波長/頻率、相位、偏振態(tài)）受到被測量的調(diào)制，調(diào)制后的光信號經(jīng)過接收光纖耦合到光探測器，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，最后經(jīng)過信號處理得到所需要的被測量。知識點：光電效應(yīng)與光電器件23、答：當光線從折射率為n1

27、的介質(zhì)入射到折射率為的介質(zhì)時，在介質(zhì)分界面上將產(chǎn)生折射現(xiàn)象。其規(guī)律是：入射角于折射角的正弦之比與兩種介質(zhì)的折射率成反比，即：，其中是光纖纖芯的折射率，是其包層介質(zhì)的折射率。因為 ，則，當入射角增大到某一角度時，折射率將等于90，這時入射光線不再進入包層介質(zhì)，而開始產(chǎn)生全反射的入射角稱為臨界角，當繼續(xù)增大時，發(fā)生了全反射，于是光便在光纖中沿軸向前傳播。這就是光纖的傳光原理。不滿足全反射條件的光線，由于在界面上只能部分反射，勢必有一些能量會輻射到包層中去，致使光能量不能有效傳播。通常能在波導(dǎo)再傳播的光為傳輸模（導(dǎo)模），不能傳播的光為輻射模。知識點：光電效應(yīng)與光電器件24、答：半導(dǎo)體光吸收型光纖溫度

28、傳感器利用半導(dǎo)體的光吸收響應(yīng)隨溫度高低而變化的特性，根據(jù)透過半導(dǎo)體的光強變化檢測溫度。溫度變化時，半導(dǎo)體的透光率亦隨之變化。當溫度升高時，其透過光強將減弱，測出光強變化就可知對應(yīng)的溫度變化。這類溫度計的測溫范圍為-30300。知識點：光電效應(yīng)與光電器件25、答：當用光照射物體時，物體受到一連串具有能量的光子的轟擊，于是物體材料中的電子吸收光子能量而發(fā)生相應(yīng)的電效應(yīng)（如電阻率變化、發(fā)射電子或產(chǎn)生電動勢等）。這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。知識點：光電效應(yīng)與光電器件26、答：纖維光學(xué)、光電技術(shù)、彈性力學(xué)、電磁學(xué)、電子技術(shù)以及微型計算機技術(shù)等等。知識點：光電效應(yīng)與光電器件27、答：光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)

29、反射，當射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時，就會在光纖的接口上產(chǎn)生全內(nèi)反射，并在光纖內(nèi)部以后的角度反復(fù)逐次反射，直至傳遞到另一端面。它的優(yōu)點有：具有優(yōu)良的傳旋光性能，傳導(dǎo)損耗??；頻帶寬，可進行超高速測量，靈敏度和線性度好；能在惡劣的環(huán)境下工作，能進行遠距離信號的傳送。功能型光纖傳感器其光纖不僅作為光傳播的波導(dǎo)，而且具有測量的功能。它可以利用外界物理因素改變光纖中光的強度、相位、偏振態(tài)或波長，從而對外界因素進行測量和數(shù)據(jù)傳輸。知識點：光電效應(yīng)與光電器件28、答：光纖損耗產(chǎn)生的原因有：吸收性損耗：吸收損耗與組成光纖的材料的中子受激和分子共振有關(guān)，當光的頻率與分子的振動頻率接近或相等時，會發(fā)

30、生共振，并大量吸收光能量，引起能量損耗。散射性損耗：是由于材料密度的微觀變化、成分起伏，以及在制造過程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)上的不均勻性或缺陷引起。一部分光就會散射到各個方向去，不能傳輸?shù)浇K點，從而造成散射性損耗。輻射性損耗：當光纖受到具有一定曲率半徑的彎曲時，就會產(chǎn)生輻射磁粒。知識點：光電效應(yīng)與光電器件29、答：光纖損耗對光纖傳感器的影響有：彎曲半徑比光纖直徑大很多的彎曲；微彎曲：當把光纖組合成光纜時，可能使光纖的軸線產(chǎn)生隨機性的微曲。知識點：光電效應(yīng)與光電器件30、答：所謂光電效應(yīng)，是指物體吸收了具有一定能量的光子后所產(chǎn)生的的電效應(yīng)。根據(jù)光電效應(yīng)原理工作的光電轉(zhuǎn)換元件稱為光電器件。知識點：光電效應(yīng)與

31、光電器件31、答：常用的光電器件主要有外光電效應(yīng)器件和內(nèi)光電效應(yīng)器件兩大類。外光電效應(yīng)器件的工作基礎(chǔ)是基于外光電效應(yīng)。所謂外光電效應(yīng)，是指在光線作用下，電子逸出物體表面的現(xiàn)象。相應(yīng)光電器件主要有光電管和光電倍增管。內(nèi)光電效應(yīng)器件的工作基礎(chǔ)是基于內(nèi)光電效應(yīng)。所謂內(nèi)光電效應(yīng)，是指在光線作用下，物體的導(dǎo)電性能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象，它可分為光導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)器件主要有：光敏電阻、光電池、光敏二極管和光敏三極管。知識點：光電效應(yīng)與光電器件32、答：循環(huán)碼“0110”對應(yīng)的二進制碼是“0100”，轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)是4，該4位碼盤的最小分辨率為360/24=所以實際轉(zhuǎn)過的角度為4=9

32、0。知識點：光電式編碼器33、答： 把兩塊柵距相等的光柵（光柵1、光柵2）疊合在一起，中間留有很小的間隙，并使兩者的柵線之間形成一個很小的夾角，這樣就可以看到在近于垂直柵線方向上出現(xiàn)明暗相間的條紋，這些條紋叫莫爾條紋。在d - d線上，兩塊光柵的柵線重合，透光面積最大， 形成條紋的亮帶， 它是由一系列四棱形圖案構(gòu)成的；在f - f線上，兩塊光柵的柵線錯開，形成條紋的暗帶，它是由一些黑色叉線圖案組成的。因此莫爾條紋的形成是由兩塊光柵的遮光和透光效應(yīng)形成的。 莫爾條紋的間距bh與兩光柵線紋夾角之間的關(guān)系為：知識點：計量光柵34、答：為了能夠辨向，需要有相位差為/2的兩個電信號。 在相隔bh/4間距

33、的位置上，放置兩個光電元件1和2，得到兩個相位差/2的電信號u1和u2（圖中波形是消除直流分量后的交流分量），經(jīng)過整形后得兩個方波信號u1和u2。 當光柵沿a方向移動時，u1經(jīng)微分電路后產(chǎn)生的脈沖, 正好發(fā)生在u2的“1”電平時，從而經(jīng)y1輸出一個計數(shù)脈沖；而u1經(jīng)反相并微分后產(chǎn)生的脈沖，則與u2的“0”電平相遇，與門y2被阻塞，無脈沖輸出。在光柵沿a方向移動時，u1的微分脈沖發(fā)生在u2為“0”電平時，與門y1無脈沖輸出；而u1的反相微分脈沖則發(fā)生在u2 的“1”電平時， 與門y2輸出一個計數(shù)脈沖。u2的電平狀態(tài)作為與門的控制信號，來控制在不同的移動方向時，u1所產(chǎn)生的脈沖輸出。 這樣就可以根

34、據(jù)運動方向正確地給出加計數(shù)脈沖或減計數(shù)脈沖， 再將其輸入可逆計數(shù)器，實時顯示出相對于某個參考點的位移量。 知識點：計量光柵35、答：光電式編碼器的分辨率與碼道數(shù)有關(guān)，如果分辨率要求很高，采用單盤方式不僅要求圓盤直徑增大，而且精度也難以達到，因此可考慮采用雙編碼器，用兩個較低分辨率的碼盤來組合成一個較高分辨率的編碼器。知識點：光電式編碼器36、答：二進制碼盤簡單，但在實際應(yīng)用中，對碼盤的制作和電刷的安裝要求十分嚴格，任何微小的制作誤差，都可能造成讀數(shù)的粗誤差。這主要是因為二進制碼當某一較高的數(shù)碼改變時，所有比它低的各位數(shù)碼均需同時改變。 為了消除粗誤差，可用循環(huán)碼代替二進制碼。循環(huán)碼是一種無權(quán)碼

35、，從任何數(shù)變到相鄰數(shù)時，僅有一位數(shù)碼發(fā)生變化。如果任一碼道刻劃有誤差，只要誤差不太大，且只可能有一個碼道出現(xiàn)讀數(shù)誤差，產(chǎn)生的誤差最多等于最低位的一個比特。二進制碼轉(zhuǎn)循環(huán)碼：循環(huán)碼轉(zhuǎn)二進制碼：知識點：光電式編碼器37、答：光柵莫爾條紋測位移的三個主要特點：（1）位移的放大作用：光柵每移動一個柵距w時，莫爾條紋移動一個寬度，莫爾條紋的間距與兩光柵夾角的關(guān)系為：由此可見，越小，越大，相當于把w放大了1/倍。即光柵具有位移放大作用，從而可提高測量的靈敏度。 （2）莫爾條紋移動方向：當固定一個光柵時，另一個光柵向右移動時，則莫爾條紋將向上移動；反之，如果另一個光柵向左移動，則莫爾條紋將向下移動。因此，莫

36、爾條紋的移動方向有助于判別光柵的運動方向。 （3）誤差的平均效應(yīng)：莫爾條紋是由光柵的大量刻線形成的，對線紋的刻劃誤差有平均抵消作用。 知識點：計量光柵38、答：光柵讀數(shù)頭主要由標尺光柵、指示光柵、光路系統(tǒng)和光電元件等組成。其工作原理：標尺光柵固定在被測物體上，指示光柵相對于光電元件固定，兩光柵在光照下可形成具有明暗相間帶的莫爾條紋。標尺光柵移動一個柵距w，光強變化一個周期，用光電元件接收莫爾條紋移動時光強的變化，就可將光信號轉(zhuǎn)換為接近于正弦周期函數(shù)的電信號輸出，從而可知被測物體移動位移的大小。知識點：計量光柵39、答：計量光柵傳感器的結(jié)構(gòu)包括兩個部分：光電轉(zhuǎn)換裝置和光柵數(shù)顯表，其中前者又包括以

37、下四個部分：主光柵(又稱標尺光柵) ，均勻地刻劃有透光和不透光的線條；指示光柵，刻有與主光柵同樣刻線密度的條紋；光路系統(tǒng)，包括光源和透鏡；光電元件。計量光柵主要利用了莫爾條紋現(xiàn)象。主光柵與指示光柵的柵線疊合在一起，中間保持很小的夾角，在大致垂直于柵線的方向上會出現(xiàn)明暗相間的條紋，稱為莫爾條紋。光柵測量原理就是以移動的莫爾條紋的數(shù)量來確定位移量，其分辨率為光柵柵距。知識點：計量光柵40、答：硅光電池是在一塊n型硅片上，用擴散的方法滲入一下p型雜質(zhì)形成pn結(jié)。當入射光照射在pn結(jié)上時。若光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度 ，則在pn結(jié)附近激發(fā)出電子空穴對，在pn結(jié)內(nèi)電場的作用下，n型區(qū)的光生空穴被拉

38、向p型區(qū)，p型區(qū)的光生電子被拉向n型區(qū)，結(jié)果使p區(qū)帶正電，n區(qū)帶負電，這樣pn結(jié)就產(chǎn)生了電位差，若將pn結(jié)兩端用導(dǎo)線連接起來，電路中就有電流流過，電流方向有p型區(qū)流經(jīng)外電路至n型區(qū)。若將外電路斷開，就可以測出光生電動勢。硒光電池是在鋁片上涂硒（p型），再用濺射的工藝，在硒層生形成一層半透明的氧化鎘（n型）。在正、反兩面噴上低隔合金作為電極，在光線照射下，鎘材料帶負電，硒材料帶正電，形成電流或者電動勢。知識點：光電效應(yīng)與光電器件41、答：對于光敏單元，當受到光線照射時，在光子的作用下，半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對，空穴被排斥，電子被電子勢阱俘獲。這種光生電子作為反映光強的載體電荷包被收集，成為光電荷注

39、入，實現(xiàn)光信號向電荷信號的轉(zhuǎn)變。知識點：ccd圖像傳感器42、答：ccd器件基本結(jié)構(gòu)是一系列彼此非?？拷膍os光敏元，這些光敏元使用同一半導(dǎo)體襯底；氧化層均勻、連續(xù)；相鄰金屬電極間隔極小。任何可移動的電荷都將力圖向表面勢大的位置移動。為了保證信號電荷按確定的方向和路線轉(zhuǎn)移，在mos光敏元陣列上所加的各路電壓脈沖要求嚴格滿足相位要求。 知識點：ccd圖像傳感器43、答：面陣型ccd可分為行傳輸、幀傳輸和行間傳輸三種。行傳輸特點：有效光敏面積大、轉(zhuǎn)移速度快、轉(zhuǎn)移效率高。幀傳輸特點：單元密度高、電極簡單。行間傳輸特點：感光單元面積小，密度高，圖像清晰。知識點：ccd圖像傳感器44、答：由于信號電荷

40、在傳輸過程中持續(xù)的光照會產(chǎn)生電荷，使信號電荷發(fā)生重疊，在顯示器中出現(xiàn)模糊現(xiàn)象。因此在ccd攝像器件中有必要把攝像區(qū)和傳輸區(qū)分開，并且在時間上保證信號電荷從攝像區(qū)轉(zhuǎn)移到傳輸區(qū)得時間小于攝像時間。知識點：ccd圖像傳感器45、答：計量檢測儀器，光學(xué)信息處理，生產(chǎn)過程自動化，軍事應(yīng)用。知識點：ccd圖像傳感器46、答：光電式編碼器：是將機械轉(zhuǎn)動的位移（模擬量）轉(zhuǎn)換成數(shù)字式電信號的傳感器。光電式編碼器從結(jié)構(gòu)上可分為碼盤式和脈沖盤式兩種。碼盤式編碼器由光源、與旋轉(zhuǎn)軸相連的碼盤、窄縫、光敏元件等組成。當來自光源（多采用發(fā)光二極管）的光束經(jīng)聚光透鏡投射到碼盤上時，轉(zhuǎn)動碼盤，光束經(jīng)過碼盤進行角度編碼，再經(jīng)窄縫射入光敏元件（多為硅光電池或光敏晶體管）組。光敏元件的排列與碼道一一對應(yīng)，即保證每個碼道有一個光敏元件負責接收透過的光信號。光碼盤轉(zhuǎn)至不同的位置時，光敏元件組輸出的信號反映了碼盤的角位移大小。脈沖盤式編碼器是在圓盤上開有兩圈相等角矩的縫隙，外圈a為增量碼道、內(nèi)圈b為辨向碼道，內(nèi)、外圈的相鄰兩縫隙之間的距離錯開半條縫寬，另外，在內(nèi)外圈之外的某一徑向位置，也開有一縫隙，表示碼盤的零位，碼盤每轉(zhuǎn)