发布时间 : 星期三 文章《传感器与自动检测技术》习题解答 - 图文更新完毕开始阅读0edd03c9f12d2af90242e6ee
（a）反射式 （b）遮断式
11. 根据图5-47b所示的光电数字转速表的工作原理，如果转盘的孔数为N，每秒钟光电二极管的脉冲个数为f，试问转速为每分钟多少转？
答：如果转盘的孔数为N，每秒钟光电二极管的脉冲个数为f，转速可用下列公式计算：
n?60f(r/min） N图5-47 光电式转速计
12. 冲床工作时，为保护工人的手指安全。设计一安全控制系统，选用两种以上的传感器来同时探测工人的手是否处于危险区域（冲头下方）。只要有一个传感器输出有效（即检测到手未离开该危险区），则不让冲头动作，或使正在动作的冲头惯性轮刹车。说明检测控制方案，以及必须同时设置两个传感器组成“或”的关系、必须使用两只手（左右手）同时操作冲床开关的好处。
解题思路：（1）使用光电传感器：发光器发出的光直射到受光器，形成保护光幕。当光幕被遮挡时，受光器产生一遮光信号，通过信号电缆传输到控制器，控制器将此信号进行处理，产生一控制输出信号，控制冲床的制动控制回路或其他设备的报警装置，实现冲床停止运行或安全报警。
组成：
发光器：由若干发光器件组成，发射红外光线；
受光器：由若干受光器件组成，接受红外光线，与发光器的发光器件一一对应，形成保护光幕，产生通光、遮光信号，同时通过信号。
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（2）红外光电传感器：光电安全装置通过发射红外线，产生保护光幕，当操作者的手进入危险区域时，安全防护装置所发出的红外线光束受到遮挡，控制装置发出紧急刹车信号，使目标设备停止运行（如冲头停止动作，不能下行）；当操作者的手从安全保护装置的光幕作用区域内退出时，红外线光束立即接通，控制装置发出接通信号，目标设备开始运行（如冲头开始运行）。
检测手是否处在危险区红外光电传感器 输出信号A 检测手是否处在危险区输出信号B 对射式光电开关 0
继电器断开 晶体管开关电路输出 手不在危险区域 继电器吸合 1 手处在危险区域
冲头不动作 冲头动作 在很多机器上，由于双手的不协调或其它原因，一只手在起动机器的同时，另一只手可能处于危险区域，经常出现安全事故。使用双手同步控制模块可以避免由于工人先按住或用物体或身体的一部分去顶住其中一个按钮而带来的安全问题。在同步控制状态下，必须两个按钮同时按下机床才动作（两个按钮按下的时间差超过同步控制时间机床则不动作），同时输出处于自锁状态，只有启动急停按钮，输出信号才断开终止。使用两只手（左右手）同时操作冲床开关，这样可以在很大程度上减少安全事故的发生。
13. 思考如何利用热释电传感器及其他元器件实现商场玻璃大门的自动开闭。
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解题思路：人体或者体积较大的动物都有恒定的温度，一般在37度，所以会发出特定波长10um左右的红外线，当人体进入检测区，因人体温度和环境温度有差别，人体发射的10um左右的红外线通过菲涅耳透镜滤光片增强后聚焦到红外感应源（热释电元件）上，红外感应源在接收到人体发出的红外线后就会失去电荷平衡，向外释放电荷，进而产生温度变化，向外围电路输出一串脉冲信号，后续电路检测处理后就能产生大门开闭信号。
主要组成：热释电传感器+单片机+电机驱动机构
工作过程：热释电传感器检测门口，如果有人进来，传感器产生一个信号给单片机，这时候单片机去控制电机驱动器，打开玻璃大门。
第6章 磁电式传感器
1. 什么是霍尔效应?试分析霍尔效应产生的过程。一个霍尔元件在一定的电流控制下，其霍尔电动势与哪些因素有关？
答：霍尔效应的概念：在置于磁场中的导体或半导体内通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电动势差，这种现象称为霍尔效应。
霍尔效应产生的过程：如图6-1所示，在长、宽、高分别为L、W、H的半导体薄片的相对两侧a、b通以控制电流，在薄片垂直方向加以磁场B。设图中的材料是N型半导体，导电的载流子是电子。在图示方向磁场的作用下，电子将受到一个由c侧指向d侧方向力的作用，这个力就是洛仑兹力。洛仑兹力用FL表示，大小为： FL?q?B （6-1） 式中 q —— 电子电荷量； v —— 载流子的运动速度；B —— 磁感应强度。
在洛仑兹力的作用下，电子向d侧偏转，使该侧形成负电荷的积累，c侧则形成正电荷的积累。这样，c、d两端面因电荷积累而建立了一个电场EH,称为霍尔电场。该电场对电子的作用力与洛仑兹力的方向相反，即阻止电荷的继续积累。当电场力（FH?qEH）与洛仑兹力大小相等时，达到动态平衡。这时有qEH?q?B
所以霍尔电场的强度为EH??B （6-2） 在c与d两侧面间建立的电动势差称为霍尔电势，用UH表
图6-1 霍尔效应
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示； UH?EHW或UH??BW （6-3）
当材料中的电子浓度为n时， ??I/(nqHW)，代入式（6-3）得
UH??BW?I1BW?IB （6-4）
nqHWnqH设 RH?设 KH?R1——霍尔系数，得UH?HIB （6-5）
HnqRHR——霍尔灵敏度，则UH?HIB?KHIB （6-6） HH式（6-6）中，RH为霍尔系数，它反映材料霍尔效应的强弱，是由材料性质所决定的一个常数；
KH为霍尔灵敏度，它表示霍尔元件在单位控制电流和单位磁感应强度时产生的霍尔电势的大小。
由式6-4可知，在一定的电流控制下，其霍尔电动势的大小与下列因素有关：
⑴ 一般来说，金属材料n较大，导致RH和KH变小，故不宜做霍尔元件。因材料电阻率?与载流子浓度n和迁移率?有关，RH???，而电子的迁移率?比空穴大，所以霍尔元件一般采用N型半导体材料。
⑵ 霍尔电势UH与元件的尺寸关系很大，所以生产霍尔元件时要考虑到以下几点：
① 根据式（6-6），H愈小，KH愈大，霍尔灵敏度愈高，所以霍尔元件的厚度都比较薄。但H太小，会使元件的输入、输出电阻增加，因此，也不宜太薄。
② 元件的长宽比对UH也有影响。L/W加大时，控制电极对霍尔电势影响减小。但如果L/W 过大，载流子在偏转过程中的损失将加大，使UH下降，通常要对式（6-6）加以形状效应修正：
UH?KHIBf(L/W)
③ 霍尔电势UH与控制电流及磁场强度有关。根据式（6-6），UH正比于I及B。当控制电流恒定时，B愈大，UH愈大。当磁场改变方向时，UH也改变方向。
2. 说明为什么导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍尔元件？为什么霍尔元件一般采用N型半导体材料？
答：根据霍尔电势的公式UH??BW?I1BW?IB，可知霍尔电势的大小与材料的
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