以下外检测技术中不是测量直流电信号的是（）

A.电流测量器

B.光电编码器

C.晶体管

D.电压测量器

（）在校验4-20mA自动控制回路时特别有用。它能独立测量回路中的电流；向回路提供4-20mA信号或提供24V直流电源并检测电路中的电流信号；模拟变送器并检测回路中的电流

A.毫伏发生器

B.压力静重仪

C.毫安发生器

D.频率发生仪

光电探测器件噪声测试及频谱分析

  实验目的

  研究一种测量光电探测器件噪声，以及分析其频谱的方法。

  实验内容

  (1)测量光电导型探测器的噪声。

  (2)绘出～f曲线，分析频谱。

  实验使用的仪器和器材

  (1)前置放大器  1台

  (2)频谱分析仪  1台

  (3)标准信号发生器 1台

  (4)直流稳压电源  1台

  (5)万用表  1台

  (6)光敏电阻及各种电阻元件等。

  实验基本原理

  大家知道，光电探测器件的最小可检测功率，受噪声限制。因此，了解光电探测器件的噪声及其频谱，对于使用光电探测器件进行弱信号的测量是十分重要的。光电探测器件噪声的测量，是指在无输入信号的情况下对探测器的电输出所进行的一种测量，在测量的过程中，往往需要在探测器与测量仪之间加一放大器，这就不得不考虑光电探测器件的影响。仪器所测量的是放大器的输出噪声，扣除负载电阻和放大器的噪声之后，才是光电探测器件本身的噪声。

  本实验测量光电导型探测器的噪声，下面就以此为例说明其测量的基本原理。光电导探测器可以等效为一个电阻和一个噪声等效电压源串联，或一个电阻与一个噪声等效电流源并联的电路。如下图所示。

 

  图中，R_d是光电导探测器的等效电阻，E_nd是等效噪声电压源，其等效噪声电流源为

  (7-1)

  若连接有负载电阻R_L，同样可用上图等效，只不过噪声等效电压源为E_nL，即

  =4kTR_L△f (7-2)

  放大器的噪声等效电路，如下图所示。

 

  在图中，E_n和I_n则分别表示放大器的噪声电压源和噪声电流源。

  测量系统的噪声等效电路，如下图所示。

 

  在图中，E_s为信号源。由图，可写出下列电路方程式为

  (7-3)

  式中，K是从探测器到放大器输出端的传递函数，也就是系统的增益。当输入信号E_s=0，

  由式(7-3)，可得

  (7-4)

  或

  (7-5)

  用阻值相同的线绕电阻(标准电阻)代替光电导探测器，在放大器的输出端又可得到一个噪声电压U_b，类似于式(7-4)可得

  

  或

  (7-6)

  比较式(7-6)与式(7-5)，则可得

  

  =(7-7)

  式中，=4kTR_d△f。

  由式(7-7)可见，只要知道上图所示系统的增益K，并测出、，即可算出探测器的噪声E_nd。

  系统增益K的测量方法如下：

  将信号发生器产生的标准信号U通过衰减器加到校准电阻R_cal上，调节信号发生器的频率与选频放大器的中心频率相同(R_cal与探测器串接，其阻值很小，因此本身的热噪声可以忽略)。然后调节衰减器使放大器的输出为mU_no，此时根据衰减器及标准信号，即可算出降至R_cal上的标准信号U_cal，一般m取为100。

  根据式(7-3)，以U_cal代替式中的E_s，则得

  (7-8)

  再考虑到式(7-4)，则得

  

  或

  (7-9)

  将式(7-9)代入式(7-7)，则得

  (7-10)

  令，则

  (7-11)

  由式(7-11)可见，只要在放大器无输入信号的情况下测出其输出电压U_no，用线绕电阻代替探测器，测出U_b，便可求得δ，再测出U_cal，由式(7-11)，便可计算出光电探测器件的噪声U_nd。

  实验装置

  测量光电导探测器的噪声谱，所用实验测量装置如下图所示。

 

  由图可见，当将开关K₁掷“1”时，测光电探测器的噪声；将开关掷“2”时，则测标准电阻R_s噪声。当开关K₂合上时，则送入标准信号。衰减器由图中R₁与R₂组成。

一． 选择题(共100分，每题10分，少选多选不选不给分） 1.电感传感器是建立在（）基础上， 利用线圈自感或互感的改变来实现非电量的检测。 A．压电效应 B．电磁感应 C． 应变效应 D． 光电效应 2.电感传感器的频率响应低， 不适用于（ ）测量。 A．静态 B． 动态 C． 快速动态 3.采用（） ，得到的输出信号既能反映位移的大小， 也可反应位移的方向，并能消除零点残余电压， 改善输出特性。 A． 直流电桥 B．交流电桥 C．带相敏整流的直流电桥 D．带相敏整流的交流电桥 4.差动变压器可以测量活动衔铁位移的（）。 A．大小 B．方向 C．大小和方向 5.用电涡流式速度传感器测量轴的转速，当齿轮的齿数为60，，输出感应电动势的频率为50Hz时，则轴的转速为（ ）r/min。 A.50 B.100 C.60 D.240 6 .地铁机场博物馆等场所，安检系统中采用了( )。 A.自感式电感传感器 B. 差动式电感传感器 C. 涡流传感器 D. 差动变压器 7. 涡流式传感器可测量( ) A.位移 B.厚度 C.温度 D.振动 8. 电感式传感器改善性能应考虑的因素是( )。 A.损耗问题 B.温度误差 C.零点剩余电压 D.线性度 9. 差动变压器是利用两线圈的（ ）。 A.自感变化 B.互感变化 C.匝数变化来实现非电检测的 D.位置变化 10. 滚珠直径自动分选装置中，采用了（ ）。 A.自感式电感传感器 B. 差动式电感传感器 C. 涡流传感器 D. 电容传感器

光电信号检测电路的测试

  实验目的

  通过对光伏型与可变电阻型器件的变换电路的测试实验，充分掌据光电检测器件输入电路的各种变换型式，以便根据不同的用途选用不同的电路型式。

  实验内容

  (1)光伏型器件——硅光电池变换电路(即输入电路)实验。

  (2)光电导型(可变电阻型)器件——光敏电阻变换电路(即输入电路)实验。

  实验仪器与器材

  (1)直流稳压电源

  (2)万用表

  (3)照度计

  (4)硅光电池与光敏电阻各1只

  (5)晶体二、三极管和电阻电容元件若干

  实验基本原理

  1．光伏型光电检测电路

  (1)电路变换型式

  对于光伏器件，输入电路的基本型式主要有三种，如下图所示。在图(a)中，光伏器件直接和负载电阻连接，这种电路称作无偏置电路；在图(b)的电路中，负载电阻上除串联光伏器件外尚有与器件端电压相反方向的偏置电源，组成反向偏置电路；图(c)是作为能量变换器使用的太阳能电池充电电路。通常光电池多采用图(a)和(c)的电路，光电二极管多采用图(b)的电路。

 

  (2)无偏置电路

  下图给出了无偏置光电池输入电路的等效电路(图a)及其计算图解(图b)。对图(a)的回路，可建立的电路方程为

  U=IR_L

 

  其中

    (15-1)

  利用图解计算法，对给定的输入光通量Φ₀，只要选定负载电阻R_L，工作点Q，即可由负载线与光电池相应的伏安曲线的交点确定电流与电压值。如该工作点点处的电流I_Q与电压U_Q即为R_L上的输出值。相对Φ₀的光通量增量±△Φ将形成对应的电流变化±△j和电压变化±△U。

  由于光电池特性的非线性，负载电阻的选择会影响光电池的输出信号。例如在下图(a)中，对应于光通量的增加量△Φ=Φ₁-Φ₂，在短路状态下(即R_L=0)，输出电流增量△I=I_sc1-I_sc2，输出电压为零。随着R_L的增大，输出电压随之增大，直到某一临界电阻R_M之后负载上的电压变成饱和，而输出电流逐渐变小，如图(b)所示。另一方面，输入光通量也影响输入电路的工作状态。由图(a)中可以看出，对确定的负载电阻如R_M，当输入光通量较小时，负载上的输出电流和电压近似地随入射光通量成正比例增加，而当入射光通量较大时，输出电流和电压逐渐呈现饱和状态。负载电阻愈大时，则情况愈明显(如图中R₂的情况)。

 

  可以利用式(15-1)定量地描述负载电阻和入射光通量对电路工作状态(I，U，P)的影响，即

    (15-2)

  (15-3)

  (15-4)

  根据上述公式，在同一入射光通量下，负载电阻对光电池输出电压、电流、功率的影响曲线表示在图(b)中。由图(b)中可见，根据所选负载电阻的数值可以把光电池的工作曲线分作四个区域，分别由图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示，对应的四个工作状态为短路或线性电流放大、空载电压输出、线性电压放大和功率放大。下面讨论前三种工作状态。

  ①短路或线性电流放大

  这是一种电流变换状态。在这种状态下，后续电流放大级作为负载从光电池中吸取最大的输出电流。为此，要求负载电阻或后续放大电路输入阻抗尽可能小。由图(a)中可看到，由于R_L很小，输出电流接近于短路电流，它与光通量有良好的线性关系，即

   (15-5)

  和△I=S△Φ  (15-6)

  此外，在短路状态下，检测器件的噪声电流较低，从而改善了信噪比，所以最适用于弱光信号的检测。这种短路电流，随检测器件的受光面积的大小而改变。同一片光电池的短路电流随光电检测器件的受光面积成正比的变化曲线，如下图所示，图中A为受光面积。

 

  ②空载电压输出

  这是一种非线性电压变换状态。此时光电池应通过高输入阻抗变换器与后续放大电路连接，相当于输出开路。其开路电压可写成

  (15-7)

  式(15-7)表明，光电池的开路电压随入射光通量增大按对数规律增大，并且由于I_p与光电池面积成正比，所以同一光电池的开路电压与光电池光敏面受光面积的对数成正比，如上图所示。必须指出的是，开路电压并不是会无限增大，它的最大值受结势垒高度的限制。通常，光电池的开路电压为0.45～0.6V，因此它的一个优点是，在入射光强从零到某一定值作跳跃变化的光电开关等应用中，可简单地利用U_oc的电压变化而不需加任何偏置电源，即可组成控制电路。此外，由伏安特性可以看到对于较小的入射光通量，开路电压输出变化较大，这对弱光信号的检测特别有利。但光电池开路电压与入射光功率呈非线性关系，同时受温度影响较大，其频率特性也不理想，如果希望得到大的电压输出，则不如采用光电二极管或光电三极管等。

  ③线性电压输出

  从负载电阻对光电池输出电压电流和功率的影像图(b)中的第Ⅲ区域可见，这种工作状态在串联的负载电阻上能得到与输入光通量近似成正比的信号电压，且负载电阻增大有助于提高输出电压。但当负载电阻增大到一定临界值时，输出信号开始发生非线性畸变。为了确定负载电阻的临界条件，我们将式(15-2)展开成幂级数形式为

  

  当时，忽略高阶项，上式可简化为

  

  由于，所以只要满足条件

  

  就可以得到输出电流和输入光功率的线性关系

  I=SΦ(15-8)

  令最大线性允许光电流为I_M，相应的光通量为Φ_M，则可得到输出最大线性电压的临界负载电阻R_M为

  

  对应于Φ_max±△Φ的输入光功率变化，负载上的电压信号变化为

  (15-9)

  在线性关系要求不高的情况下，可以利用图解法简单地得到临界电阻R_M的值。如下图所示，在电压轴上作临界电压U_M=0.7U_oc的垂直线，与对应的伏安曲线相交于M点，这样也可以得到临界电阻的负载线。由于临界电阻R_M上的电压U_M为

  U_M≈R_MI_M≈0.7U_oc

 

  所以，R_M可近似计算为

  (15-10)

  式中，U_oc是对应Φ_max时的值，倍数0.7是经验数据。对应的输出电压变化为

  (15-11)

  2．可变电阻型光电检测电路

  下图给出了阻值随输入光通量改变的光敏电阻的伏安特性，它是一组以输入光功率为参量的通过原点的直线簇。由图中可以看出，在一定范围内光敏电阻的阻值不随外电压改变，仅取决于输入光通量Φ或光照度E，并有

  

  式中，G是亮电导，G_p是光电导，G_d是暗电导。

 

  阻值随温度改变的热敏电阻也属于可变电阻型器件，其电阻值表达式为

  R_T=R₀(1+α_T)

  式中，R_T为温度T时的电阻，R₀为温度T=0时的电阻，α为电阻温度系数，T为温度。当温度变化△T时，电阻的变化量△R_T为

  △R_T=R₀α△T

  (1)简单输入电路

  图(a)是最简单的光敏电阻输入电路，电路的图解计算法表示在图(b)中。由于是线性电路，所以其图解计算比较简单，在建立负载线之后，即可确定对应于输入光通量Φ₁～Φ₃变化的负载电阻上的输出信号。

  电路的工作状态也可以用解析法按线性电路规律计算，由图(a)有

    (15-12)

  (15-13)

  当输入光通量变化时，光敏电阻阻值变化△R，从而引起负载电流变化△I，将式(15-12)对R求微分，可得

  

  由于G_p可以写成下列形式

  G_p=S_gE=SΦ

  所以

  故(15-14)

  (15-15)

  式(15-14)和(15-15)给出了，由于输入光通量的变化△Φ，引起的负载电流和电压的变化量。下面讨论两种典型的工作状态：

  ①恒流偏置

  当负载电阻比光敏电阻大得多，即R_LR的情况下，式(15-12)变成

  

  这时可以认为，负载电流与光敏电阻阻值无关，并近似保持常数，因而这种电路称为恒流偏置电路。同样道理，式(15-14)变成

  (15-16)

  式(15-16)表明，输出信号电流取决于光敏电阻和负载电阻的比值，与偏置电压成正比。此外，还可以证明恒流偏置的电压信噪比比较高，因此适用于高灵敏度测量，这是它的优点。但是，由于R_L很大，为使光敏电阻正常工作，其偏置电压则需要很高(达100V以上)，这给使用带来不便。通常，可用晶体管来实现恒流偏置，如下图所示。它利用晶体管在线性工作区时集一射极等效交流电阻很大，近似于恒流特性来实现偏置。显然，由于在电路中引入了晶体管及电阻等，将给检测电路引入额外的噪声。

 

  ②恒压偏置

  当负载电阻比光敏电阻小得多，即R_LR，则加在光敏电阻上的电压近似为电源电压U_b，与R无关。这种偏置称为恒压偏置。对于响应度要求不是太高，而探测器本身噪声又比较大时，一般都采用这种恒压偏置电路。这时，负载R_L上的信号电压由式(15-15)变成

  △U=SU_bR_L·△Φ  (15-17)

  式(15-17)表明，恒压偏置的输出信号与光敏电阻的阻值无关，仅取决于S△Φ即光电导的相对变化。这样，检测电路在更换光敏电阻时，对电路初始状态就影响不大。这就是这种恒压偏置电路的优点。

  (2)电桥输入电路

  为避免可变电阻型器件受环境温度的影响，通常采用如下图所示的电桥电路。以热敏电阻为例，选择性能相同的两个热敏电阻和作电桥测量臂的电阻；普通电阻作为补偿臂电阻，外加电源电压为U_b。在无外来辐射照射时，调节补偿电阻R₂，可使电桥平衡。此时

  R₂=R₁

 

  电桥输出信号为U₀=0。当有辐射作用于热敏电阻上时，温升△T引起电阻的改变为

  =R₀₁+△R

  式中，R0₀₁1为热敏电阻的暗电阻。此时电桥平衡破坏，开路电压U₀为

  

  在弱辐射作用下，有△RR₀₁+R₁，取R₁=R₂=R和R₀₁=R₀₂=R₀，其中R₀₂是的暗电阻。则上式可变为

  (15-18)

  由式(15-18)可见，输出电压U₀与热敏电阻变化量△R成正比例，并与负载电阻R有关。令

  

  则可计算出，当R=R₀时，U₀取最大值为

  (5-19)

A. 检查旁路电源是否正常

B. 测量直流输入电压，因为若直流输入电压过低，控制电路检测到直流电压过低信号后，就会中断逆变电路工作

C. 检查辅助电源是否正常，逆变管及驱动管有无损坏

D. 检查输出保护电路

A、单极性码

B、双极性码

C、HDB3码

D、AMI码

A. 强度

B. 到达角度

C. 发射方式

D. 覆盖范围

A. 适用于远距离传输

B. 容易实现电流电压转换

C. 在设计时都有自己的机型要求

D. 以上都是

A. 0～24V

B. 4～20mA

C. 1～5V