第8章 光电式传感器-习题参考答案.pdfVIP

《传感器技术与应用》教材习题答案

第8章光电式传感器习题参考答案

1.分析外光电效应与内光电效应的区别。

答案样例：

（1）外光电效应是指在光的照射激发下，材料内部电子逸出物质表面向外发射的现象。

（2）内光电效应是指在光的照射下，物质的导电特性发生变化或者是产生了光生电动

势的现象。

2.分析光电导效应与光生伏特效应的异同点。

答案样例：

（1）光电导效应是指在光的照射作用下，半导体材料的电导率发生变化的现象。

（2）光生伏特效应简称光伏效应，是指在光的照射下，建立起与PN结内电场方向相反

的光生电场，光生电场的方向由P区指向N区。

3.总结光敏电阻的光电特性。

答案样例：

光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射时，暗电阻一般大于1MΩ，甚至高于

100MΩ，暗电流很小。

光敏电阻在一定的外加电压下，当有光照射时，亮电阻值较小，一般阻值范围为100

Ω~200KΩ，亮电流较大。在光敏电阻的近似线性区域，在恒定的外加电压作用下，亮电流

随着光照度或光通量的增强而增大。而当光强度恒定不变时，亮电流与外加电压成近似线性

关系。

4.分析光电管与光电倍增管的光电特性异同点。

答案样例：

（1）相同点：

光电管与光电倍增管均基于外光电效应。

（2）不同点：

光电倍增管阳极收集的电子数量与输入光照射阴极激发生成的光电子数量成比例关系，

约为几万倍至几百万倍。因此即使是非常微弱的光信号，经由光电倍增管检测转换后，也可

1

以获得很强的输出电信号。

真空光电管受到光的照射激发生成的光电子流在光电管阳极与阴极施加的外电场力的

作用下，由阴极向阳极作加速运动，最后被阳极接收；而充气光电管内部惰性气体电离产生

的电子和光电子共同在电场力的作用下被阳极接收，虽然充气光电管比真空光电管的测量

灵敏度一般高5~10倍，但总的测量灵敏度要远低于光电倍增管的测量灵敏度。

5.分析真空光电管和充气光电管工作原理的异同点。

答案样例：

（1）相同点：

真空光电管和充气光电管总的工作原理都是基于外光电效应。

（2）不同点：

真空光电管受到光的照射激发生成的光电子流在光电管阳极与阴极施加的外电场力的

作用下，由阴极向阳极作加速运动，最后被阳极接收；而充气光电管充入的惰性气体电离产

生的电子和光电子共同在电场力的作用下被阳极接收，电离产生的正离子会反向运动被阴

极接收。两者具体的工作原理有差异。

6.分析光电池与光电二极管的光电特性区别。

答案样例：

光电池与光电二极管工作原理均基于内光电效应的光生伏特效应。区别：

（1）光电池不需要配置外接电源，利用光生伏特效应将太阳光辐射能直接转换为直流

电能。

（2）光电二极管

光电二极管的光电特性呈现需要配置合理的反向偏置电压，当光照射到光电二极管的

PN结上时，如果光子的能量大于或等于半导体材料的带隙能量，光子就会被吸收，从而激

发电子从价带跃迁到导带，形成电子-空穴对。这些光生载流子在内电场的作用下被分离，

电子移向N区，空穴移向P区，从而在电路中产生电流。光电流即为PN结反向电流，随着

光照强度的增大而增大。

2

7.简述光纤传输光信号的全反射原理。

答案样例：

如图所示：光纤核心构成是纤芯和包层，包层的折射率需低于纤芯的折射率。当光的入

射角θ值减小时，纤芯折射角θ会随之减小。纤芯与包层临界面处的入射角θ将随之增大，

ik

而对应的光进入包层的折射角θ的值也会随之增大。随着入射角θ值的继续减小，进入包

ri

层的折射角θ的值会继续随之增大，直至增大至90º。折射光将沿着纤芯与包层的临界面方

r

向传输，即光没有折射到包层内部也没有反射到纤芯内部，称其为临界状态。此时