A-level 物理 (进阶物理)/传感器/解答

致读者：我对本页给出的答案并不完全满意。--Sjlegg (讨论) 2007年12月19日 (UTC) 15:01

一个LDR的电阻从最大电阻2kΩ减小到最小电阻0Ω，随着光强度的增加。它被用于一个距离传感系统，该系统由一个9V电源、一个1.6 kΩ电阻、LDR和一个万用表组成，万用表显示两位小数的电压，测量两个电阻之一上的电位差。

1. 万用表应该连接到哪个电阻上，以确保当光源到传感器的距离增加时，记录的电位差也增加？

随着光强度的增加，距离减小。所以，随着距离的增加，光强度减小。随着光强度的减小，LDR的电阻增加，它两端的电位差也增加。所以，随着距离的增加，电位差也增加。由于我们希望电位差的变化方向与距离的变化方向相同，因此万用表必须连接到LDR上，而不是电阻上。

2. 在完全黑暗中，万用表上记录的电压是多少？

电压在1.6kΩ电阻和LDR之间分配，LDR目前的电阻为2kΩ。因此，LDR两端的电位差为

$V={\frac {2}{2+1.6}}\times 9=5V$

3. 当光源从传感器移动0.5m远时，万用表上的电压增加了2V。使用此光源时，传感系统的灵敏度是多少，以V m⁻¹为单位？

$S={\frac {2}{0.5}}=4{\mbox{ Vm}}^{-1}$

4. 当同一个光源放置在距离传感器0m处时，电位差为0V。当光源距离1m时，万用表上显示的电压是多少？

假设距离和电位差之间存在线性关系，我们知道

$0.25={\frac {m}{V}}$

因此

$V={\frac {m}{0.25}}={\frac {1}{0.25}}=4V$

5. 传感系统的分辨率是多少？

万用表测量到两位小数，因此最小可测量电压为0.01V。

$0.25={\frac {m}{V}}$

因此

$m=0.25\times V=0.25\times 0.01=0.0025{\mbox{ m}}=2.5{\mbox{ mm}}$

6. 画一个电路图，显示一个类似于此的传感系统，使用惠斯通电桥和放大器来提高系统的灵敏度。

7. 使用此新系统时，到达放大器的最大电位差是多少（忽略放大）？

当LDR没有电阻时，电位差最大。这将导致电压表左侧为9V，右侧为5V。差值为4V。

8. 如果此信号被放大3倍，它会超过系统的最大电压吗？信号的限制是什么？

$4\times 3=12V>9V$

信号将被限制在-9V < V < 9V的范围内。