《传感器及应用》光电式传感器（举一反三考点练）- 课后自测（卷2）答案+原卷版

举一反三考点练 《传感器及应用》光电式传感器-课后自测 知识点一 光电效应及光电元件 1. （简答题）简述光电效应的定义，并说明光电效应分为哪几类。 2. （简答题）说明光电管和光敏电阻的工作原理有何不同。 3. （分析题）分析在光电效应实验中，当入射光的频率大于金属的截止频率时，为什么光电流的大小会随着光强的增大而增大。 4. （填空题）光电效应中，能使金属产生光电效应的最小入射光频率称为______。 5. （填空题）光电池是基于______效应工作的光电元件，当光照射时，能产生一定方向的______。 知识点二 光电式传感器的应用类型 1. （简答题）简述光电式传感器在转速测量中的应用原理。 2. （简答题）请列举光电式传感器在物体计数方面的三种常见应用场景，并说明其工作原理。 3.（分析题）分析在烟雾检测中，为什么常用散射型光电式传感器而不是直射型光电式传感器。 3. （计算题）某光电式液位传感器采用对射式结构，发射端和接收端的距离为20cm，当液位上升到一定高度时，光线被遮挡，传感器输出信号。已知该传感器的光通量变化与液位高度h（单位：cm）的关系为= 50-2h（为光通量，单位：lm），当光通量lm时，传感器输出低电平信号。求当传感器输出低电平信号时，液位的高度至少是多少。 5.（填答题）光电式传感器在厚度测量中，常通过检测光线被待测物体______后的光强变化来计算物体厚度。 6.（填答题）利用光电式传感器进行物体位置检测时，可采用______式或______式光电传感器，根据物体对光线的遮挡或反射来确定物体位置。 知识点三 光电式传感器的应用举例 1. （简答题）简述光电比色温度计的工作原理。 2. （分析题）光电式边缘位置检测器在工业生产中的应用有哪些优势。 4. （分析题）在使用光电式烟尘浓度计测量时，发现测量结果波动较大，可能的原因有哪些。 5. （填空题）光电式边缘位置检测器主要由_______、_______和_______等部分组成。 6. （填空题） 光电式边缘位置检测器是用来检测带形材料在生产过程中偏离正确位置的_______及_______，从而为纠偏控制电路提供纠偏信号。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 举一反三考点练 《传感器及应用》光电式传感器-课后自测 知识点一 光电效应及光电元件 1. （简答题）简述光电效应的定义，并说明光电效应分为哪几类。 【答案】 光电效应是指光照射在金属或其他材料表面时，使材料中的电子获得能量而逸出表面的现象。 光电效应分为外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三类。外光电效应是指在光的照射下，电子从物体表面逸出的现象，如光电管；内光电效应是指光照射在半导体材料上，使材料的电导率发生变化或产生光生电动势的现象，它又分为光电导效应和光生伏特效应。光电导效应是指半导体材料在光照下，其电导率增加的现象，如光敏电阻；光生伏特效应是指在光的作用下，物体产生一定方向电动势的现象，如光电池。 2. （简答题）说明光电管和光敏电阻的工作原理有何不同。 【答案】 光电管是基于外光电效应工作的。当光照射到光电管的阴极时，阴极表面的电子获得足够的能量，克服金属表面的束缚而逸出，形成光电子。在光电管两极间外加电场的作用下，光电子向阳极运动，从而在电路中形成电流，光强越大，逸出的光电子越多，电流也就越大。 光敏电阻是基于内光电效应中的光电导效应工作的。在黑暗环境下，光敏电阻的载流子（电子和空穴）数量少，其电阻值较高；当有光照射时，光子能量被半导体材料吸收，激发出更多的载流子，使载流子浓度增加，半导体的电导率增大，电阻值降低，光照强度越大，电阻值下降得越多。 3. （分析题）分析在光电效应实验中，当入射光的频率大于金属的截止频率时，为什么光电流的大小会随着光强的增大而增大。 【答案】 根据光电效应的理论，当入射光的频率大于金属的截止频率时，光子具有足够的能量使金属中的电子逸出表面形成光电子。光强是指单位时间内照射到单位面积上的光子数。光强越大，意味着单位时间内照射到金属表面的光子数越多。由于每个光子都有可能激发一个电子逸出，所以单位时间内逸出的光电子数就越多。而光电流是由这些逸出的光电子形成的，在其他条件不变的情况下，单位时间内逸出的光电子数越多，通过电路的光电流也就越大。所以，在入射光频率大于截止频率时，光电流大小随光强增大而增大。 4. （填空题）光电效应中，能使金属产生光电效应的最小入射光频率称为______。 【答案】截止频率 5. （填空题）光电池是基于______效应工作的光电元件，当光照射时，能产生一定方向的______。 【答案】光生伏特；电动势 知识点二 光电式传感器的应用类型 1. （简答题）简述光电式传感器在转速测量中的应用原理。 【答案】 在转速测量中，通常将一个带有若干个齿或槽的码盘安装在被测轴上。光电式传感器（如对射式或反射式光电传感器）放置在码盘附近。当码盘随轴转动时，码盘上的齿和槽会交替遮挡或反射光线。对于对射式光电传感器，当光线被齿遮挡时，传感器接收不到光信号，输出低电平；当光线通过槽时，传感器接收到光信号，输出高电平。对于反射式光电传感器，光线遇到齿时反射回来被传感器接收，输出高电平，遇到槽时反射光弱，输出低电平。通过测量单位时间内传感器输出的脉冲数，再结合码盘的齿数，就可以计算出被测轴的转速。 2. （简答题）请列举光电式传感器在物体计数方面的三种常见应用场景，并说明其工作原理。 【答案】 1.生产线上的产品计数：在生产线旁安装对射式光电传感器，当产品从传感器的发射端和接收端之间通过时，会遮挡光线，传感器输出一个脉冲信号，计数器对脉冲信号进行累加，从而实现产品的计数。 2.超市门口的客流量统计：可采用反射式光电传感器。当有人进入超市门口时，人体会反射光线，使传感器接收到的光强度发生变化，传感器输出信号，计数器记录人次，以此统计客流量。 3.水果分拣线上的水果计数：在水果传送带上安装光电传感器，当水果经过传感器时，遮挡或反射光线，产生脉冲信号，通过对脉冲的计数来确定水果的数量。 3.（分析题）分析在烟雾检测中，为什么常用散射型光电式传感器而不是直射型光电式传感器。 【答案】 直射型光电式传感器是通过检测光线被烟雾直接遮挡后的光强变化来判断烟雾浓度。但在实际应用中，只有当烟雾浓度非常高时，才会明显遮挡光线，导致光强有较大变化，在烟雾浓度较低时，检测灵敏度不高。而散射型光电式传感器的原理是基于烟雾颗粒对光线的散射作用。当有烟雾存在时，烟雾颗粒会使光线发生散射，即使烟雾浓度较低，散射光也能被传感器检测到。散射光的强度与烟雾颗粒的浓度和大小有关，烟雾浓度越高，散射光强度越大，传感器输出的信号就越强，从而能够更灵敏地检测到低浓度的烟雾，所以在烟雾检测中常用散射型光电式传感器。 4.（计算题）某光电式液位传感器采用对射式结构，发射端和接收端的距离为20cm，当液位上升到一定高度时，光线被遮挡，传感器输出信号。已知该传感器的光通量变化与液位高度h（单位：cm）的关系为= 50-2h（为光通量，单位：lm），当光通量lm时，传感器输出低电平信号。求当传感器输出低电平信号时，液位的高度至少是多少。 【答案】20cm 【解析】 已知光通量= 50-2h，当10lm时传感器输出低电平信号，即50 - 2h10。 移项可得：-2h10 - 50，即-2h - 40。 两边同时除以-2，不等号方向改变，得到h20cm。 所以当传感器输出低电平信号时，液位的高度至少是20cm 5.（填答题）光电式传感器在厚度测量中，常通过检测光线被待测物体______后的光强变化来计算物体厚度。 【答案】遮挡 6.（填答题）利用光电式传感器进行物体位置检测时，可采用______式或______式光电传感器，根据物体对光线的遮挡或反射来确定物体位置。 【答案】对射；反射 知识点三 光电式传感器的应用举例 1. （简答题）简述光电比色温度计的工作原理。 【答案】 光电比色温度计是基于物体在不同波长下的辐射亮度与温度之间的关系来测量温度的。它通过检测物体在两个不同波长下的辐射能量，根据普朗克定律，这两个波长下的辐射能量之比与物体的温度存在确定的函数关系。通过测量这两个波长的辐射能量比，并经过信号处理和计算，就可以得出被测物体的温度值。其优点是能减少环境辐射和物体发射率变化对测量结果的影响，测量精度相对较高。 2. （分析题）光电式边缘位置检测器在工业生产中的应用有哪些优势。 【答案】 1.高精度检测：能够精确地检测物体的边缘位置，分辨率高，可以满足工业生产中对精度的严格要求，如在纸张、薄膜等材料的生产和加工过程中，可精确控制边缘位置。 2.非接触测量：避免了与被测物体的直接接触，不会对被测物体造成损伤，适用于对表面质量要求较高的材料，同时也减少了设备的磨损，提高了设备的使用寿命。 3.响应速度快：可以快速地检测到物体边缘位置的变化，实时反馈信息，便于及时调整生产过程，提高生产效率。 4.适应性强：能适应不同材质、形状和颜色的物体边缘检测，在多种工业环境下都能稳定工作，例如在金属加工、塑料成型等领域都有广泛应用。 5.易于集成：与其他自动化设备和控制系统容易集成，方便实现生产过程的自动化控制和智能化管理，提高整个生产系统的自动化水平。 3. （分析题）在使用光电式烟尘浓度计测量时，发现测量结果波动较大，可能的原因有哪些。 【答案】 可能的原因如下： 1.烟尘分布不均匀：烟道内烟尘浓度本身在不同位置、不同时刻存在差异，导致测量结果波动。 2.光源稳定性问题：光电式烟尘浓度计的光源如果输出光强不稳定，会使接收端接收到的光信号变化，从而引起测量结果波动。 3.传感器故障：光电传感器性能下降、老化或受到污染，会影响其对光信号的检测准确性，造成测量结果不稳定。 4.气流干扰：烟道内气流不稳定，可能使烟尘颗粒运动状态改变，影响光的散射和吸收，导致测量值波动。 5.仪器安装位置不当：若安装位置靠近弯头、阀门等，会使气流和烟尘分布不均匀，影响测量结果的稳定性。 4. （填空题）光电式边缘位置检测器主要由_______、_______和_______等部分组成。 【答案】光源、光学系统、光电传感器 5. （填空题） 光电式边缘位置检测器是用来检测带形材料在生产过程中偏离正确位置的_______及_______，从而为纠偏控制电路提供纠偏信号。 【答案】大小；方向 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$