答案：
7-5 电荷放大器所要解决的核心问题是什么？试推导其输入和输出的关系。
答案：电荷放大器所要解决的核心问题是电荷的累积，所以必须用于动态测量。 电荷输入和电压输出的关系如下：
qUo ≈ -
cf
7-6 简述压电式加速度传感器的工作原理。
答案：当加速度传感器和被测物一起受到冲击振动时，压电元件受质量块惯性力的作用，根据牛顿第二定律，此惯性力是加速度的函数。
F=m·a
式中 ： F——质量块产生的惯性力； m——质量块的质量； a——加速度。
此时惯性力F作用于压电元件上，因而产生电荷q，当传感器选定后，m为常数，则传感器输出电荷为q=d11F=d11ma。与加速度a成正比。因此，测得加速度传感器输出的电荷便可知加速度的大小。
7-7 请利用压电式传感器设计一个测量轴承支座受力情况的装置。 答案：
7-8 压电式传感器能否用于静态测量，为什么？
答案：不能用于静态测量。q=d11F=d11ma，静态时，F=0，即q=0。
7-9 图7-14所示是用压电式传感器和电荷放大器测量某种机器的振动，已知传感器的灵敏度为10mv/g，测得输出电压峰值为UOM=0.04V，振动频率为100HZ，g为重力加速度。 1）求机器振动的加速度最大值am(m/s2)； 2）假定振动为正弦波，求振动的速度v(t)； 3）求振动幅度最大值xm。
答案：（1）5.25×10 m/s（2）5.25×10m/s（3）52.5nm
7-10 用石英晶体加速度计测量机器的振动，已知加速度计的灵敏度为2.5 pC／g（g为重力加速度，g = 9.8 m／s2），电荷放大器灵敏度为80mV／pC，当机器达到最大加速度时，相应的输出幅值电压为4V。试计算机器的振动加速度。
答案：整个测试系统的灵敏度系数K应该等于加速度计灵敏度与电荷放大器灵敏度的乘积，所以K=2.5×80=200mV∕g 又K=
Ua-4
2
-6
，因此a=
UK=
4200?10?3=20g，机器的振动加速度为20g。
思考题和习题答案
8-1 简述变磁通式和恒磁通式磁电传感器的工作原理。
答案：恒磁通式的磁路系统产生恒定的直流磁场，磁路中的工作气隙固定不变，因而气隙中磁通也是恒定不变的。 其运动部件可以是线圈（动圈式），也可以是磁铁（动铁式）。而变磁通式使气隙磁阻产生周期性变化，从而引起磁路中磁通的变化，使线圈内产生周期性变化的感应电动势。 8-2 磁电式传感器的误差及其补偿方法是什么？ 答案：当传感器的工作温度发生变化或受到外界磁场干扰、受到机械振动或冲击时，其灵敏度将发生变化，
dSIdBdldR从而产生测量误差，其相对误差为 ?????SIBlR
在结构允许的情况下，在传感器的磁铁下设置热磁分路，进行温度补偿。 8-3 磁电式传感器测量扭矩的工作原理是什么？ 答案：磁电式传感器测量扭矩的示意图如下：
磁电式传感器测量扭矩的工作原理如图所示，在驱动源和负载之间的扭转轴的两侧安装有齿形圆盘。它们旁边装有相应的两个磁电传感器。传感器的检测元件部分由永久磁铁、感应线圈和铁芯组成。永久磁铁产生的磁力线与齿形圆盘交链。当齿形圆盘旋转时，圆盘齿凸凹引起磁路气隙的变化，于是磁通量也发生变化，在线圈中感应出交流电压，其频率在数值上等于圆盘上齿数与转数的乘积。
习 题
11-1 光电效应有哪几种？相对应的光电元件各有哪些？ 解答：（1）外光电效应 光电器件：光电管、光电倍增管。
（2）内光电效应 光电器件：米电池、光敏二极管、光敏晶体管。 11-2 简述外光电效应的光电倍增管的工作原理。若单位时间入射到单位面积上的光子为10 个（一个光子
等效于一个电子电量），光电倍增管共有16个倍增极，输出阳极电流为20A，且16个倍增极二次发射电子数按自然数的平方递增，试求光电倍增管的电流放大倍数和倍增系数。 11-3 试简单叙述光敏电阻的结构，用哪些参数和特性来表示它的性能？
解答：光敏电阻的结构：光敏电阻是具有内光电效应的光导材料制成的，为纯电阻器件。表示性能：光电流；伏安特性；光照特性；光谱特性；频率特性；光谱温度特性。
11-4 试比较光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管和光电池的性能差异，在实际应用时各有什么特点？ 解答：（1）光敏电阻：光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻如图所示。为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。构成光敏电阻的材料有金属的硫化物、硒化物、碲化物等半导体。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。当光敏电阻受到光照时，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子—空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子—空穴对就越多，阻值就愈低。当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小。
（2）光敏二极管：光敏二极管是利用硅PN结受光照后产生光电流的一种光电器件。同一型号的光敏二极管在一定的反偏电压、相同强度和不同波长的入射光照射下，产生的光电流并不相同，但有一最大值。不同型号的光敏二极管在同一反偏电压、同一强度的入射光照射下，所产生的光电流最大值也不相同，且光电流最大值所对应的入射光的波长也不相同。 光敏二极管工作时加有反向电压，没有光照时，其反向电阻很大，只有很微弱的反向饱和电流（暗电池）。当有光照时，就会产生很大的反向电流（亮电流），光照越强，该亮电流就越大。光敏二极管是一种光电转换二极管，所以又叫光电二极管。 （3）光敏晶体管： 根据PN结反向特性可知，在一定反向电压范围内，反向电流很小且处于饱和状态。此时，如果无光照射PN结，则因本征激发产生的电子-空穴对数量有限，反向饱和电流保持不变，在光敏二极管中称为暗电流。当有光照射PN结时，结内将产生附加的大量电子空穴对（称之为光生载流子），使流过PN结的电流随着光照强度的增加而剧增，此时的反向电流称为光电流。不同波长的光（兰光、红光、红外光）在光敏二极管的不同区域被吸收形成光电流。
（4） 光电池：光电池是一种直接把光能转换成电能的半导体器件。它的结构很简单，核心部分是一个大面积的PN 结，把一只透明玻璃外壳的点接触型二极管与一块微安表接成闭合回路，当二极管的管芯(PN结)受到光照时，你就会看到微安表的表针发生偏转，显示出回路里有电流，这个现象称为光生伏特效应。硅光电池的PN结面积要比二极管的PN结大得多，所以受到光照时产生的电动势和电流也大得多。 11-5 光敏二极管和普通二极管有什么区别？如何鉴别光敏二极管的好坏？
解答：光敏二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分也是一个PN结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。 光敏二极管是在反向电压作用之下工作的。检测方法：没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对，称为光生载流子。有光照和没有光照时所测得的两个正向电阻值相差越大越好。 11-6 如何检测光敏电阻和光敏三极管的好坏？ 解答：（1）光敏电阻：一、用一黑纸片将光敏电阻的透光窗口遮住，此时万用表的指针基本保持不动，阻值接近无穷大。此值越大说明光敏电阻性能越好。若此值很小或接近为零，说明光敏电阻已烧穿损坏，不能再继续使用。 二、将一光源对准光敏电阻的透光窗口，此时万用表的指针应有较大幅度的摆动，阻值
明显减小，此值越小说明光敏电阻性能越好。若此值很大甚至无穷大，表明光敏电阻内部开路损坏，也不能再继续使用。 三、将光敏电阻透光窗口对准入射光线，用小黑纸片在光敏电阻的遮光窗上部晃动，使其间断受光，此时万用表指针跟随黑纸片的晃动而左右摆动。如果万用表指针始终停在某一位置不随纸片晃动而摆动，说明光敏电阻的光敏材料已经损坏。
（2）光敏三极管：在实际应用中、小功率三极管多直接焊接在印刷电路板上，由于元件的安装密度大，拆卸比较麻烦，所以在检测时常常通过用万用表直流电压挡，去测量被测三极管各引脚的电压值，来推断其工作是否正常，进而判断其好坏。
11-7 光电耦合器分为哪几类？各有什么用途？
解答：根据结构和用途的不同，可将光电耦合器件分为两类，一类是用于实现光电隔离的光电耦合器，另一类是用于检测物体位置或检测有无物体的光电开关。
光电耦合器实际上是一个电量隔离转换器，它具有抗干扰性能和单项信号传输等功能，有时刻取代继电器、变压器、斩波器等，广泛应用在电路隔离、电平转换、噪声抑制等场合。
光电开关广泛应用于工业控制、自动化包装线及安全装置中作为光控制和光探测装置。可在自动检测系统中用作物体检测、产品计数、料位检测、尺寸控制、安全警报等。
11-8 试述光电开关的工作原理
解答：在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电-光-电的转换。 11-9 试分析下列控制电路的工作原理。
解答：图一：在无光照时，光敏二极管（反向）截止，则BG1截止，BG2截止，继电器不动作，灯泡保持亮；有光照时，光敏管产生光电流，光强度达到某一值时，BG1导通，BG2导通，J常闭端打开，使灯泡熄灭。
图二：有无光照时，光敏电阻阻值较大，BT1截止，继电器不动作，灯泡保持亮；有光照时，光敏电阻阻值变小，光强度达到某一值时，BG1导通，BG2导通，J常闭端打开，使灯泡熄灭。
图三：当无光照时，光敏三极管无电流产生，继电器不工作，灯泡亮；有光照时，BG1产生光电流，继电器闭合，灯泡熄灭。
11-10 设计一个自动航标灯电路图。
要求： 1）用Si太阳能电池和蓄电池联合供电。
2）由日光照度控制其打开和关闭。
解答：如图所示，
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