10光電式傳感器習(xí)題及解答

1、第10章光電式傳感器、單項(xiàng)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(cè)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(dāng)光電管的陽極和陰極之間所加電壓一定時(shí)，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(duì)靈敏度與入射波長(zhǎng)的關(guān)系稱為（）。A.伏安特性B.光照特性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(duì)

2、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(diǎn)流相差不大C.工作頻率較高時(shí)，應(yīng)選用光敏二極管；工作頻率較低時(shí)，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、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(cè)器C.固體圖像傳感器D.光纖傳感器8、光敏電阻的特性是（）A.有光照時(shí)亮電阻很大C.無光照時(shí)暗電流很大9、基于光生伏特效應(yīng)工作的光電器件是A.光電管C.光電池10、CCD以（）為信號(hào)A.電壓B.無光照時(shí)暗電阻很小D.受一定波長(zhǎng)圍的光照時(shí)亮電流很大）B.光敏電阻D.光電倍增管

3、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B.PN結(jié)C.光電二極管D.MOS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(cè)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(gè)重要部件。A.反射鏡B.透鏡C.光柵D.光探測(cè)器14、按照調(diào)制方式分類，光調(diào)制可以分為強(qiáng)度調(diào)制、相位調(diào)制、頻率調(diào)制、波長(zhǎng)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(gè)攜帶信息的信號(hào)疊加到載波光波上。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(duì)于光纖中光波相位的

4、變化來探測(cè)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(dòng)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(duì)復(fù)合產(chǎn)生的，激勵(lì)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

5、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(dòng)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(shí)際上，直接以（）作為振動(dòng)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是光纖的一個(gè)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(hào)的畸變也

6、越大二、多項(xiàng)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(diǎn)，包括以下哪幾種？（）A.靈敏度高B.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單C.耗電量小D.絕緣性好3、光探測(cè)器是光纖傳感器構(gòu)成的一個(gè)重要部分，它的性能指標(biāo)將直接影響傳感器的性能。光纖傳感器對(duì)光探測(cè)器的要求包括以下那幾個(gè)？（）A.線性好，按比例地將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)B靈敏度高，能敏度微小的輸入光信號(hào)，并輸出較大的電信號(hào)C.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易維護(hù)D.性能穩(wěn)定，噪聲小4、光纖傳感器中常用的光探測(cè)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

7、測(cè)量人體和生物體部有關(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光名fpH值傳感器C.光纖體溫計(jì)D.光纖體壓計(jì)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(diǎn)是以作為信號(hào)。5、光纖工作的基礎(chǔ)是。6、光纖傳感器技術(shù)是本世紀(jì)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(gè)主要部分：工作物質(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

8、熱釋傳感器、固體圖像傳感器和。9、按照測(cè)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部產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的光生伏特效應(yīng)，這類元件有光電池、光電儀表。四、簡(jiǎn)答題1、什么是光電式傳感器？光電式傳感器的基本工作原理是什么？2、光電式傳感器的基本形式有哪些？3、什么是光電器件？典型的光電器件有哪些？4、CCD的電荷轉(zhuǎn)移原理是什么？5、什么是全反

9、射？光纖的數(shù)值孔徑有何意義？6、何謂CCD勢(shì)阱？7、光電器件有哪幾種類型？各有何特點(diǎn)？8、光在光纖中是怎樣傳輸?shù)?？?duì)光纖及入射光的入射角有什么要求9、試述光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管和光電池的工作原理。10、簡(jiǎn)述什么是光電導(dǎo)效應(yīng)？光生伏特效應(yīng)？外光電效應(yīng)？這些光電效應(yīng)的典型光電器件各自有哪些？11、簡(jiǎn)述光纖傳感器的組成和工作原理。12、請(qǐng)簡(jiǎn)述光導(dǎo)纖維傳光原理。13、請(qǐng)簡(jiǎn)述半導(dǎo)體光吸收型光纖溫度傳感器的工作原理。14、什么是光電效應(yīng)？15、光纖傳感器技術(shù)是一門多學(xué)科性科學(xué)，涉及到的知識(shí)面很廣泛，請(qǐng)列舉至少四門這樣的學(xué)科。16、光導(dǎo)纖維有哪些優(yōu)點(diǎn)？光纖式傳感器中光纖的主要優(yōu)點(diǎn)有哪些？17、光纖

10、損耗是如何產(chǎn)生的？它對(duì)光纖傳感器有哪些影響？18、什么是光電效應(yīng)和光電器件？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。五、計(jì)算題1、試計(jì)算m=1.46,n2=1.45的階躍折射率光纖的數(shù)值孔徑值。如光纖外部介質(zhì)的no=1,求最大入射角0c的值。第10章光電式傳感器一、單項(xiàng)選擇題1、D2、A3、B4、C5、C6、D7、D8、D9、C10、C11、D12、A13、D14、A15、D16、D17、C18、B19、C20、A21、B22、B二、多項(xiàng)選擇題1、AB2、ABCD3、ABD4、ABC5、ABCD三、填空題1、光路；電路2、亮電流；暗電流3、處于反向偏置4、電荷5、光

11、的全反射6、光導(dǎo)纖維；光通信技術(shù)7、泵浦系統(tǒng)；濾光系統(tǒng)8、光電效應(yīng)傳感器；光纖傳感器9、透射式；反射式10、外光電；光電管、光電倍增管；光電；光敏電阻；四、簡(jiǎn)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(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（電壓、電流、電阻等）的裝置。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。2、答：光電式傳感器按測(cè)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3、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。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

12、管，基于光電效應(yīng)的光電池、光敏電阻、光敏二極管以及光敏三極管。4、答：CCD器件基本結(jié)構(gòu)是一系列彼此非常靠近的MOS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(dòng)的電荷都將力圖向表面勢(shì)大的位置移動(dòng)。為了保證信號(hào)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(yán)格滿足相位要求。P-Si5、答：當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)，光線就不會(huì)透過其界面而全部反射到光密介質(zhì)部，即發(fā)生全反射。光纖的數(shù)值孔徑是光纖的一個(gè)重要參數(shù)，它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圍輸入全反射光，集光能力就越強(qiáng)，光纖與光源的耦合越容易，且保證實(shí)現(xiàn)

13、全反射向前傳播。但NA越大，光信號(hào)的畸變也越大，所以要適當(dāng)選擇NA的大小。6、答：如果MOS電容器中的半導(dǎo)體是P型硅，當(dāng)在金屬電極上施加一個(gè)正電壓Ug時(shí)，P型硅中的多數(shù)載流子（空穴）受到排斥，半導(dǎo)體的少數(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(gè)帶負(fù)電荷的耗盡區(qū)，也稱CCD勢(shì)阱。7、答：光電器件有兩種類型，一種是基于光電效應(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應(yīng)的，當(dāng)光照射到金屬或金屬氧化物的光電材料上時(shí)，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(huì)克服正離子對(duì)它的吸引力，脫離材料表面而進(jìn)入外界空間

14、，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。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(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)的光生伏特效應(yīng)兩種。8、答：光在同一種介質(zhì)中是直線傳播的，當(dāng)光線以不同的角度入射到光纖端面時(shí)，在端面發(fā)生折射進(jìn)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(duì)光纖的要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。對(duì)入射角的要入射角小于臨界角。9、答：光敏電阻是基于光電導(dǎo)效應(yīng)

15、。在光線作用下，對(duì)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(duì)，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。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(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。如光電池。光敏二極管和光敏三極管是基于光電效應(yīng)中的光生伏特效應(yīng)。10、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(duì)，使載流子濃度增加，導(dǎo)電性增加，阻值降低的現(xiàn)象，如光敏電阻。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(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，如光電池。外光電效應(yīng)是指在

16、光線作用下，能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象，如光電管（光電二極管、光電晶體管）、倍增管。11、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(cè)器、信號(hào)處理系統(tǒng)等組成。其工作原理：由光源發(fā)出的光通過源光纖引到敏感元件，被測(cè)參數(shù)（溫度、壓力、應(yīng)變、振動(dòng)等）作用于敏感元件，在光的調(diào)制區(qū)，使光的某一性質(zhì)（光強(qiáng)、波長(zhǎng)/頻率、相位、偏振態(tài)）受到被測(cè)量的調(diào)制，調(diào)制后的光信號(hào)經(jīng)過接收光纖耦合到光探測(cè)器，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，最后經(jīng)過信號(hào)處理得到所需要的被測(cè)量。12、答：當(dāng)光線從折射率為ninl的介質(zhì)入射到折射率為電的介質(zhì)時(shí)，在介質(zhì)分界面上將產(chǎn),其中n1是光纖纖芯的折射率，出是其包層介質(zhì)的折射率。因?yàn)?/p>

17、n1>1,sin2n1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:sin1n2則向<，2,當(dāng)入射角力增大到某一角度電時(shí)，折射率將等于90°,這時(shí)入射光線不再進(jìn)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(dāng)向繼續(xù)增大時(shí)，眄）90二發(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(shì)必有一些能量會(huì)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。13、答：半導(dǎo)體光吸收型光纖溫度傳感器利用半導(dǎo)體的光吸收響應(yīng)隨溫度高低而變化的特

18、性，根據(jù)透過半導(dǎo)體的光強(qiáng)變化檢測(cè)溫度。溫度變化時(shí)，半導(dǎo)體的透光率亦隨之變化。當(dāng)溫度升高時(shí)，其透過光強(qiáng)將減弱，測(cè)出光強(qiáng)變化就可知對(duì)應(yīng)的溫度變化。這類溫度計(jì)的測(cè)溫圍為-30C300Co14、答：當(dāng)用光照射物體時(shí)，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(dòng)勢(shì)等）。這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。15、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(jì)算機(jī)技術(shù)等等。16、答：光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全反射，當(dāng)射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時(shí)，就會(huì)在光纖的接口上產(chǎn)生全反射，并在光纖部以后的角度反復(fù)逐次反射，直至傳遞到另一端面。它的優(yōu)點(diǎn)有：具有優(yōu)良的傳旋光性能，傳導(dǎo)損耗?。活l帶寬，可進(jìn)行超高速測(cè)量，靈敏度和線性度好；能在惡劣的環(huán)境下工作，能進(jìn)行遠(yuǎn)距離信號(hào)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(cè)量的功能。它可以利用外界物理因素改變光纖中光的強(qiáng)度、相位、偏振態(tài)或波長(zhǎng)，從而對(duì)外界因素進(jìn)行測(cè)量和數(shù)據(jù)傳輸。17、答：光纖損耗產(chǎn)生的原因有：吸