第10章（光电传感器）在线练习 思考题与习题 1·单项选择题 1)晒太阳取暖利用了：人造卫星的光电池板利用了：植物的生长利用了。 A·光电效应B·光化学效应C·光热效应D.感光效应 2)蓝光的波长比红光，相同光通量的蓝光能量比红光。 A,长B,短C,大D,小（请按此格式空开一些距离） 3)光敏二极管属于，光电池属于。 A,外光电效应B,内光电效应C.光生伏特效应 4)光敏二极管在测光电路中应处于偏置状态，而光电池通常处于偏置状态。 A.正向B.反向C.零 5)光纤通讯中，与出射光纤耦合的光电元件应选用。 A·光敏电阻B·PIN光敏二极管C·APD光敏二极管D·光敏三极管 6)温度上升，光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管的暗电流。 A.上升B.下降C,不变 7)普通型硅光电池的峰值波长为，落在区域。 A.0.8m B.8mm C.0.8 Hm D.0.8 n m D.可见光E·近红外光F.紫外光G.远红外光 8)欲精密测量光的照度，光电池应配接。 ·电压放大器B.AD转换器C·电荷放大器D.I/U转换器 9)欲利用光电池为手机充电，需将数片光电池起来，以提高输出电压，再将几组光电 池起来，以提高输出电流。 A·并联B,串联C.短路D.开路 10)欲利用光电池在灯光（约2001x)下驱动液晶计算器(1.5V)工作，由图10-17 可知，必须将片光电池串联起来才能正常工作。 A.2片B.3片C.5片D.20片 11)超市收银台用激光扫描器检测商品的条形码是利用了图10-25中的原理：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10-25中的原理：放电影时
第 10 章（光电传感器）在线练习 思考题与习题 1 . 单项选择题 1 ）晒太阳取暖利用了；人造卫星的光电池板利用了；植物的生长利用了。 A ．光电效应 B ．光化学效应 C ．光热效应 D ．感光效应 2 ）蓝光的波长比红光，相同光通量的蓝光能量比红光。 A ．长 B ．短 C ．大 D ．小 （请按此格式空开一些距离） 3 ）光敏二极管属于，光电池属于。 A ．外光电效应 B ．内光电效应 C ．光生伏特效应 4 ）光敏二极管在测光电路中应处于偏置状态，而光电池通常处于偏置状态。 A ．正向 B ．反向 C ．零 5 ）光纤通讯中，与出射光纤耦合的光电元件应选用。 A ．光敏电阻 B ． PIN 光敏二极管 C ． APD 光敏二极管 D ．光敏三极管 6 ）温度上升，光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管的暗电流。 A ．上升 B ．下降 C ．不变 7 ）普通型硅光电池的峰值波长为，落在区域。 A ． 0.8m B ． 8mm C ． 0.8 μｍ D ． 0.8 n ｍ D ．可见光 E ．近红外光 F ．紫外光 G . 远红外光 8 ）欲精密测量光的照度，光电池应配接。 • 电压放大器 B ． A/D 转换器 C ．电荷放大器 D ． I/U 转换器 9 ）欲利用光电池为手机充电，需将数片光电池起来，以提高输出电压，再将几组光电 池起来，以提高输出电流。 A ．并联 B . 串联 C. 短路 D. 开路 10 ）欲利用光电池在灯光（约 200lx ）下驱动液晶计算器（ 1.5V ）工作，由图 10-17 可知，必须将片光电池 串联起来才能正常工作。 A ． 2 片 B.3 片 C.5 片 D.20 片 11 ）超市收银台用激光扫描器检测商品的条形码是利用了图 10-25 中的原理；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 10-25 中的原理；放电影时
利用光电元件读取影片胶片边缘“声带”的黑白宽度变化来还原声音，是利用了图10-25 中的原理：而洗手间红外反射式干手机又是利用了图10-25中的原理。 A.图aB.图bC,图cD.图d 2,某光电开关电路如图10-40a所示，VD1输出特性如图10-13所示，史密特 型反相器CD40106的输出特性如图10-40b所示，请分析填空。 图10-40光电开关 a)电路b)74HC14(CD40106)的输入/输出特性 1)当无光照时，D1(导通/截止），IF为，Ui为，所以Uo为电平， 约为V,设V1的Ube=0.7V,则Ib约为mA,设V1的b=100,继电器K的 线圈直流电阻为100W,则Ics为mA。若K的额定工作电流为45mA,则K必定处 于（吸合/释放）状态。 2)若光照增强，从图b可以看出，当Ui(大/小)于V时，史密特反相器翻转， Uo跳变为电平，K。 3)设RL=10kW,此时IF应（大/小）于mA。在图10-13中，用作图法得 到此时的光照度为1x。 4)若此时光照度变化±5001x,U。(跳变/不变)。 5)当光照度E(大/小)于1x时，IC1才再次翻转，跳变为电 平，K。因此，使用具有史密特特性的反相器后，允许光照度E的回差为1x,史密 特反相器在电路中起（提高灵敏度/抗干扰）的作用。 6)若希望在光照度很小的情况下K动作，L应（变大/变小），此时应将RP往· (上/下)调。RP称为调，电位器。 7)图中的R2起作用，V1起（电压/功率）放大作用，VD2起作用，保护 在K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
利用光电元件读取影片胶片边缘“声带”的黑白宽度变化来还原声音，是利用了图 10-25 中的原理；而洗手间红外反射式干手机又是利用了图 10-25 中的原理。 A ．图 a B ．图 b C ．图 c D ．图 d 2 . 某光电开关电路如图 10 -40 a 所示， VD 1 输出特性如图 10-13 所示，史密特 型反相器 CD40106 的输出特性如图 10-40 b 所示，请分析填空。 图 10-40 光电开关 a ）电路 b ） 74HC14 （ CD40106 ）的输入 / 输出特性 1 ）当无光照时， VD 1 ( 导通 / 截止 ) ， I F 为 ， U i 为 ，所以 U o 为 电平， 约为 V ，设 V 1 的 U be =0.7V ，则 I b 约为 mA ，设 V 1 的 b =100 ，继电器 K 的 线圈直流电阻为 100 W ，则 I cs 为 mA 。若 K 的额定工作电流为 45mA ，则 K 必定处 于 ( 吸合 / 释放 ) 状态。 2 ）若光照增强，从图 b 可以看出，当 U i （大 / 小）于 V 时，史密特反相器翻转， U o 跳变为 电平， K 。 3 ）设 R L =10k W ，此时 I F 应 （大 / 小）于 mA 。在图 10-13 中，用作图法得 到此时的光照度为 lx 。 4 ）若此时光照度变化± 500lx ， U o （ 跳变 / 不变）。 5 ）当光照度 E （大 / 小）于 lx 时， IC 1 才再次翻转，跳变为 电 平， K 。因此，使用具有史密特特性的反相器后，允许光照度 E 的回差为 lx ，史密 特反相器在电路中起 （提高灵敏度 / 抗干扰）的作用。 6 ）若希望在光照度很小的情况下 K 动作，R L 应（变大 / 变小），此时应将 RP 往 . （上 / 下）调。 RP 称为调 . 电位器。 7 ）图中的 R 2 起 作用， V 1 起 （电压 / 功率）放大作用， VD 2 起 作用，保护 在 K 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 VD 2 又称为 . 二极 管
3.某光敏三极管在强光照时的光电流为2.5mA,选用的继电器吸合电流为50mA,直 流电阻为200W。现欲设计两个简单的光电开关，其中一个是有强光照时继电器吸合（得 电)：另一个相反，是在有强光照时继电器释放（失电）。请分别画出两个光电开关的电路 图（只允许采用普通三极管放大光电流），并标出各电阻值及选用的电压值、电源极性。 4.某光电池的有效受光面积为2mm2,光电特性如图10-17所示。请你设计并画出 一个线性的光电池测量电路（由两级运放电路组成），要求： 1)电路的输出电压U0与光照度成正比。 2)当光照度为251x时，输出电压U0=10V。 3)标出电源电压值及各电阻值（非理想运放情况下，1OkW≤Rf≤1MW,1kW ≤R1≤100kW)。 4)希望第二级运放的放大倍数可微调。 5)你设计的第二级运放的放大倍数是多少？放大倍数的调节范围为多少？ 5.图10-41为光电式脉搏、血液粘度测试仪的传感器示意图。请分析其工作原理， 画出光敏三极管的输出电压波形。并从编号a、b、c、d的引线端点向右画出具体的 LED驱动电路、光敏三极管线性电压放大电路以及A/D转换器、微机、显示器等电路框图。 图10-41光电式脉搏测量传感器示意图 1一中指2一遮光盒3一红色发光二极管4一光敏三极管 6·图10-42示出了光电识别系统示意图。问： 图10-42光电识别系统示意图 1一光电识别装置2一焦距调节装置3一光学镜头4一被识别图形
3 . 某光敏三极管在强光照时的光电流为 2.5mA, 选用的继电器吸合电流为 50mA ，直 流电阻为 200 W 。现欲设计两个简单的光电开关，其中一个是有强光照时继电器吸合（得 电）；另一个相反，是在有强光照时继电器释放（失电）。请分别画出两个光电开关的电路 图（只允许采用普通三极管放大光电流），并标出各电阻值及选用的电压值、电源极性。 4 ．某光电池的有效受光面积为 2mm 2 ，光电特性如图 10-17 所示。请你设计并画出 一个线性的光电池测量电路（由两级运放电路组成），要求： 1 ）电路的输出电压 U o 与光照度成正比。 2 ）当光照度为 25lx 时，输出电压 U o =10V 。 3 ）标出电源电压值及各电阻值（非理想运放情况下， 10k W ≤ R f ≤ 1M W ， 1k W ≤ R 1 ≤100k W ）。 4 ）希望第二级运放的放大倍数可微调。 5 ）你设计的第二级运放的放大倍数是多少？放大倍数的调节范围为多少？ 5 ．图 10-41 为光电式脉搏、血液粘度测试仪的传感器示意图。请分析其工作原理， 画出光敏三极管的输出电压波形。并从编号 a 、 b 、 c 、 d 的引线端点向右画出具体的 LED 驱动电路、光敏三极管线性电压放大电路以及 A/D 转换器、微机、显示器等电路框图。 图 10-41 光电式脉搏测量传感器示意图 1 —中指 2 —遮光盒 3 —红色发光二极管 4 —光敏三极管 6 ．图 10-42 示出了光电识别系统示意图。问： 图 10-42 光电识别系统示意图 1 —光电识别装置 2 —焦距调节装置 3 —光学镜头 4 —被识别图形
5一传送带6一传动轴 1)该光电识别装置是利用了图10-25中的原理： 2)各举三个不同类型的例子，简要说明如何将该系统用于诸如邮政、机场安检通道、 印刷线路板装配、电子元件型号检验、被测物尺寸、形状、面积、颜色等方面的检测。 7.在一片0.5mm厚的不锈钢圆片边缘，用线切割机加工出等间隔的透光缝，缝的总 数W1=60,如图10-43所示。将该薄圆片置于光电断续器（具体介绍见10-38a)的 槽内，并随旋转物转动。用计数器对光电断续器的输出脉冲进行计数，在10s内测得计数 脉冲数N如图所示（计数时间从清零以后开始计算，10s后自动停止）。问： 计数 册1 N 图10-43利用光电断续器测量转速和圈数 1一光电断续器2一不锈钢薄圆片3一透光缝4一旋转物转轴 ·流过光电断续器左侧的发光二极管电流ID为多少毫安？（注：红外发光二极管 的正向压降ULED=1.2V) ·光电断续器的输出脉冲频率￡约为多少赫兹？ ·旋转物每秒平均约转多少圈？每分钟平均约转多少圈？ 数码显示器的示值与转速n之间是什么关系？ ·旋转物在10s内共转过了多少圈又多少度？ 6)如果为加工方便，将不锈钢圆片缝的总数减少，使W1=6,则转速与数码显示器 的示值之间是几倍的关系？ 10.造纸工业中经常需要测量纸张的“白度”以提高产品质量，请你设计一个自动检测 纸张“白度”的测量仪，要求： 1)说明该测量仪是利用了图10-25中图的原理。 2)画出光路简图（应包括参比通道）
5 —传送带 6 —传动轴 1 ）该光电识别装置 是利用了图 10-25 中 的原理； 2 ）各举三个不同类型的例子，简要说明如何将该系统用于诸如邮政、机场安检通道、 印刷线路板装配、电子元件型号检验、被测物尺寸、形状、面积、颜色等方面的检测。 7 ．在一片 0.5mm 厚的不锈钢圆片边缘，用线切割机加工出等间隔的透光缝，缝的总 数 N 1 =60 ，如图 10-43 所示。将该薄圆片置于光电断续器（具体介绍见 10 -38 a ）的 槽内，并随旋转物转动。用计数器对光电断续器的输出脉冲进行计数，在 10s 内测得计数 脉冲数 N 如图所示（计数时间从清零以后开始计算， 10s 后自动停止）。问： 图 10-43 利用光电断续器测量转速和圈数 1 —光电断续器 2 —不锈钢薄圆片 3 —透光缝 4 —旋转物转轴 • 流过光电断续器左侧的发光二极管电流 I D 为多少毫安？（注：红外发光二极管 的正向压降 U LED =1.2V ） • 光电断续器的输出脉冲频率 f 约为多少赫兹？ • 旋转物每秒平均约转多少圈？每分钟平均约转多少圈？ • 数码显示器的示值与转速 n 之间是什么关系？ • 旋转物在 10s 内共转过了多少圈又多少度？ 6 ）如果为加工方便，将不锈钢圆片缝的总数减少，使 N 1 =6 ，则转速与数码显示器 的示值之间是几倍的关系？ 10. 造纸工业中经常需要测量纸张的“白度”以提高产品质量，请你设计一个自动检测 纸张“白度”的测量仪，要求： 1 ）说明该测量仪是利用了图 10-25 中 图的原理。 2 ）画出光路简图（应包括参比通道）
3)画出测量电路简图。 4)简要说明工作过程。 11,保存贵重物品的场所都需要安装多种不同类型的防盗报警器，例如PVDF压电薄 膜玻璃破碎感应片、超声波、红外光电开关、热释电元件、微波多普勒报警器等。现希望在 窗户、门口、保险箱前面、上下、左右安装多种传感器、多道防线，组成“与”逻辑的“天 罗地网”，以达到多重防护、报警的目的。请你画出相应的图纸，包括立体图和平面图，并 写出工程说明书。 12,冲床工作时，工人稍不留神就有可能被冲掉手指头。请选用两种以上的传感器来 同时探测工人的手是否处于危险区域（冲头下方）。只要有一个传感器输出有效（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刹车。请以文字形式， 谈谈你的检测控制方案，以及必须同时设置两个传感器组成“或”逻辑的关系以及必须使用 两只手（左右手）同时操作冲床开关的必要性。 13·请你在课后回家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 用学到的光电测转速原理，在自来水表玻璃外面安装若干电子元器件，使之变成数字式自来 水累积流量测量、显示器。请以文字形式写出你的设计方案。 14·请你谈谈如何利用热释电传感器及其它元器件实现宾馆玻璃大门的自动开闭
3 ）画出测量电路简图。 4 ）简要说明工作过程。 11 . 保存贵重物品的场所都需要安装多种不同类型的防盗报警器，例如 PVDF 压电薄 膜玻璃破碎感应片、超声波、红外光电开关、热释电元件、微波多普勒报警器等。现希望在 窗户、门口、保险箱前面、上下、左右安装多种传感器、多道防线，组成“与”逻辑的“天 罗地网”，以达到多重防护、报警的目的。请你画出相应的图纸，包括立体图和平面图，并 写出工程说明书。 12 ．冲床工作时，工人稍不留神就有可能被冲掉手指头。请选用两种以上的传感器来 同时探测工人的手是否处于危险区域（冲头下方）。只要有一个传感器输出有效（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刹车。请以文字形式， 谈谈你的检测控制方案，以及必须同时设置两个传感器组成“或”逻辑的关系以及必须使用 两只手（左右手）同时操作冲床开关的必要性。 13 . 请你在课后回家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 用学到的光电测转速原理，在自来水表玻璃外面安装若干电子元器件，使之变成数字式自来 水累积流量测量、显示器。请以文字形式写出你的设计方案。 14 ．请你谈谈如何利用热释电传感器及其它元器件实现宾馆玻璃大门的自动开闭