7.8解：
已知压电加速度计电缆长度为1.2m,电缆电容Cc=100pF,传感器电容Ca=1000pF;电压灵敏度为Ku?100V/g?电压灵敏度Ku?dCc?Ca?Ci?d100pF?1000pF?Ci?100V/g
因Ci较小忽略前置电路输入电容电压灵敏度为：Ku?求出：d?0.11?106dCc?Ca?d100pF?1000pF?100V/g
更换2.9m电缆，电容Cc=300pF电压灵敏度为：Ku?dCc?Ca?0.11?106300pF?1000pF?84.62V/g可见电缆加长后电压灵敏度下降。
7.9（略）
7.10解：
已知加速度计灵敏度为5PC/g，电荷放大器灵敏度为50mV/PC
当输出幅值为2V时，机器振动加速度为：
2V/50mV/PCg??0.8g
5PC/g
第8章 光电效应及器件
8.1什么是内光电效应？什么是外光电效应？说明其工作原理并指出相应的典型光电器件。 8.2普通光电器件有哪几种类型？各有何特点？利用光电导效应制成的光电器件有哪些？用光生伏特效应制成的光电器件有哪些？ 8.3普通光电器件都有哪些主要特性和参数？
8.4什么是光敏电阻的亮电阻和暗电阻？暗电阻电阻值通常在什么范围？ 8.5试述光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管和光电池的工作原理。如何正确选用这些器件？
举例说明。
8.6光敏二极管由哪几部分组成，它与普通二极管在使用时有什么不同？请说明原理。 8.7光敏三极管与普通三极管的输出特性是否相同？主要区别在哪里？
8.8何为光电池的开路电压及短路电流？为什么作为检测元件时要采用短路电流输出形式，
作为电压源使用时采用开路电压输出形式？ 8.9光电池的结构特征是什么？它如何工作的？
8.10采用波长为0.8～0.9?m的红外光源时，宜采用哪种材料的光电器件做检测元件？为什么？
8.11反射式光电传感器常见的有哪些类型？有什么特点？应用时要注意哪些影响？ 8.12举出日常生活中的两个光电式传感器的应用例子，并说明原理。
8.13试拟定一光电开关用于自动装配流水线上工件计数检测系统（用示意图表示出装置结
构），并画出计数电路原理示意图， 并说明其工作原理。 8.14试叙述智能小车设计中，如何利用反射式光电传感器实现“寻迹”功能，并设计出光电传
感器检测电路原理图。
8.15光电传感器控制电路如图8-53所示，
试分析电路工作原理：① GP—IS01是什
么器件，内部由哪两种器件组成？② 当用物体遮挡光路时，发光二极管LED有什么变化？③ R1是什么电阻，在电路中起到什么作用？如果VD二极管的最大额定电流为60mA， R1应该如何选择？④ 如果GP—IS01中的VD二极管反向连接，电路状态如何？晶体管VT 、LED如何变化？
具有较高测量精度的原因。
8.17某光栅的栅线密度为100线/mm ，要使形成莫尔条纹宽度为10mm，求栅线夹角?是
多少?
图8-53
8.16光栅传感器的基本原理是什么？莫尔条纹是如何形成的？有何特点？分析光栅传感器
答案：
8.1答：当用光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体材料中的电子吸收光子能量而发生相应的电效应（如电阻率变化、发射电子或产生电动势等）。这种现象称为光电效应。
1）当光线照在物体上,使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应，内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。入射光强改变物质导电率的物理现象称光电导效应，典型的光电器件有光敏电阻；光照时物体中能产生一定方向电动势的现象叫光生伏特效应，光电池、光敏晶体管。
2）在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，典型的光电器件有光电管、光电倍增管。
8.2答：（略） 8.3答：
光照特性；光谱特性；伏安特性；温度特性；频率特性等 8.4答：
暗电阻，无光照时的电阻为暗电阻，暗电阻电阻值范围一般为0.5～200MΩ； 亮电阻、受光照时的电阻称亮电阻，亮电阻的阻值一般为0.5～20KΩ。 8.5答：（略） 8.6答：（略） 8.7答：（略） 8.8答：
1）光生电动势与照度之间关系为开路电压曲线，短路电流是指外接负载电阻相对于光电池内阻很小时的光电流值。
2）短路电流曲线在很大范围内与光照度成线性关系，因此光电池作为检测元件使用时，一般不作电压源使用，而作为电流源的形式应用。而开路电压与光照度关系在照度为2000lx以上趋于饱和呈非线性关系，因此适于作电压源使用。 8.9答：（略） 8.10答：
1）采用波长为0.8～0.9?m的红外光源时，宜采硅光电池或硅光敏管，其光谱响应峰值在0.8?m附近，波长范围在0.4～1.2?m。
2）其中硅光电池适于接受红外光，可以在较宽的波长范围内应用。
8.11答：（略） 8.12答：（略） 8.13答：（略） 8.14答：（略） 8.15电路分析：
1）GP—IS01是光电开关器件，内部由发光二极管和光敏晶体管组成；
2）当用物体遮挡光路时，Vg无光电流VT截止，发光二极管LED不发光；
3）R1是限流电阻，在电路中可起到保护发光二极管VD的作用；如果VD二极管的最大额定电流为60mA，选择电阻大于R1 =（12V-0.7）/0.6 = 18.8Ω。
4）如果GP—IS01中的VD二极管反向连接，Vg无光电流VT截止，发光二极管LED不发光；电路无状态变化。
8.16答：（略） 8.17解：
已知：光栅的栅线密度为100线/mm 即W=0.02mm，B=10mm ?B?W/????W/B?0.02/10?0.002rad
(即0°06′53″)
第9章 新型光电传感器
9.1 象限探测器与PSD光电位置传感器有什么异同？各有哪些特点？ 9.2 叙述SSPD自扫描光电二极管阵列工作原理及主要参数特征。
9.3 CCD电荷耦合器主要由哪两个部分组成？试描述CCD输出信号的特点。 9.4 试述CCD的光敏元和读出移位寄存器工作原理。
9.5 用CCD做几何尺寸测量时应该如何由像元数确定测量精度。 9.6 CCD信号二值化处理电路主要有哪种电路形式，可起到什么作用？ 9.7说明光纤传感器的结构和特点，试述光纤的传光原理。
9.8 当光纤的折射率N1=1.46，N2=1.45时，如光纤外部介质N0=1，求最大入射角θc的值。 9.9 什么是光纤的数值孔径？ 物理意义是什么？NA取值大小有什么作用？有一光纤，其纤
芯折射率为1.56，包层折射率为1.24，求数值孔径为多少？
9.10光纤传感器有哪两大类型？它们之间有何区别？
9.11 图9-36为Y结构型光纤位移测量原理图，光源的光经光纤的一个分支入射，经物体反
射后光纤的另一分支将信号输出到光探测器上。光探测器的输出信号与被测距离有什么样关系，试说明其调制原理，画出位移相对输出光强的特性曲线。 9.12光纤可以通过哪些光的调制技术进行非电量的检测，说明原理。 9.13埋入式光纤传感器有哪些用途，举例说明可以解决哪些工程问题。
答案
9.1答：
1）象限探测器它是利用光刻技术，将一个整块的圆形或方形光敏器件敏感面分隔成若干个面积相等、形状相同、位置对称的区域，这就构成了象限探测器。PSD光电位置传感器是一种对入射到光敏面上的光点位置敏感的光电器件。两种器件工作机理不同，但其输出信号与光点在光敏面上的位置有关。光电位置传感器被广泛应用于激光束对准、平面度检测、二维坐标检测以及位移和振动测量系统。
2）象限探测器有几个明显缺点：它需要分割从而产生死区，尤其当光斑很小时，死区的影响更明显。若被测光斑全部落入某个象限时，输出的电信号无法表示光斑位置，因此它的测量范围、控制范围都不大，测量精度与光强变化及漂移密切相关，因此它的分辨率和精度受到限制。与象限探测器相比PSD传感器有以下特点：
（1）它对光斑的形状无严格要求，即输出信号与光的聚焦无关，只与光的能量中心位置有关，这给测量带来很多方便。
（2）光敏面上无须分割，消除了死区，可连续测量光斑位置，位置分辨率高，一维PSD可达0.2μm。
（3）可同时检测位置和光强，PSD器件输出的总光电流与入射光强有关，而各信号电极输出光电流之和等于总光电流，所以由总光电流可求得相应的入射光强。 9.2答：（略）
9.3答：
1）CCD基本结构由MOS光敏元阵列和读出移位寄存器两部分组成。
2）CCD电极传输电荷方向（向右或向左）是通过改变三相时钟脉冲的时序来控制的，输出的幅值与对应的光敏元件上电荷量成正比。信号电荷的输出的方式主要有电流输出和电压输出两种，电流输出型是输出电流与电荷成正比，在输出电路负载上形成输出电流。
9.4答：（略）
