光電式傳感器習(xí)題及解答

一、單項(xiàng)選擇題TOC\o"1-5"\h\z1、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(dāng)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（ ）。光敏二極管的光電流很小，光敏三極管的光電流則較大光敏二極管與光敏三極管的暗點(diǎn)流相差不大工作頻率較高時，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（ ）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B.電流D.B.電流D.電壓或者電流C.電荷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(qiáng)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(shí)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(biāo)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(hù)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C.光纖體溫計 D.光纖體壓計三、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。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。四、簡答題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、什么是全反射光纖的數(shù)值孔徑有何意義6、何謂CCD勢阱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)膶饫w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、簡述光纖傳感器的組成和工作原理。12、請簡述光導(dǎo)纖維傳光原理。13、請簡述半導(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)，涉及到的知識面很廣泛，請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、光纖損耗是如何產(chǎn)生的它對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、計算題1、試計算n「,n廣的階躍折射率光纖的數(shù)值孔徑值。如光纖外部介質(zhì)的n0=1,求最大入射角ec的值。第10章光電式傳感器、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；內(nèi)光電；光敏電阻；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。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。4、答：CCD器件基本結(jié)構(gòu)是一系列彼此非?？拷腗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(yán)格滿足相位要求。5、答：當(dāng)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。光纖的數(shù)值孔徑是光纖的一個重要參數(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范圍內(nèi)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)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(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(fù)電荷的耗盡區(qū)，也稱CCD勢阱。7、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應(yīng)的，當(dāng)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(jìn)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。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，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。對入射角的要求是入射角小于臨界角。9、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。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。光敏二極管和光敏三極管是基于內(nèi)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)出電子一空穴對，使載流子濃度增加，導(dǎo)電性增加，阻值降低的現(xiàn)象，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)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象，如光電池。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，如光電管（光電二極管、光電晶體管）、倍增管。n、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。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(qiáng)、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。TOC\o"1-5"\h\z12、答：當(dāng)光線從折射率為〃nl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)1 2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：sin。n i_L=sinyn，其中n1是光纖纖芯的折射率，n2是其包層介質(zhì)的折射率。因?yàn)閚1>n2,2 1 1 2 12則恒<。2,當(dāng)入射角弧增大到某一角度°c時，折射率將等于90,這時入射光線不再進(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)°1繼續(xù)增大時，°2>90°,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。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性，根據(jù)透過半導(dǎo)體的光強(qiáng)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(dāng)溫度升高時，其透過光強(qiáng)將減弱，測出光強(qiáng)變化就可知對應(yīng)的溫度變化。這類溫度計的測溫范圍為-30℃—300℃。14、答：當(dāng)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)。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)是光的全內(nèi)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，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(diǎn)有：具有優(yōu)良的傳旋光性能，傳導(dǎo)損耗??；頻帶寬，可進(jìn)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(jìn)行遠(yuǎn)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(qiáng)度、相位、偏振態(tài)或波長，從而對外界因素進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)傳輸。17、答：光纖損耗產(chǎn)生的原因有：①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(dāng)光的頻率與分子的振動頻率接近或相等時，會發(fā)生共振，并大量吸