造纸工业中经常需要测量纸张的“白度”以提高产品质量,请你设计一个自动检测 纸张“白度”的测量仪,要求:(1) 画出传感器简图:(2) 画出测量电路简图;(3) 简要说明其工作原理。

考查要点：本题主要考查学生对光传感器原理的理解，以及将光信号转化为电信号的应用能力。需要结合光学知识和电路设计，完成传感器的设计与工作原理说明。

解题核心思路：

1. 光反射原理：纸张白度越高，反射光强度越大，这是设计的基础。
2. 传感器选择：使用光电池（光生电动势型光敏元件）将光强转换为电信号。
3. 信号处理：通过运算放大器放大信号，再经A/D转换输出数字信号，便于测量或计算机处理。

破题关键点：

• 明确光电池的工作特性（光强→电动势）。
• 理解测量系统中光源、光电池、信号放大与转换的逻辑关系。

(1) 传感器简图设计

核心结构：

• 光源：提供稳定光照，垂直照射纸张表面。
• 光电池：放置于纸张反射光路径上，接收反射光。
• 遮光罩：减少外界干扰光的影响，确保光电池仅接收纸张反射光。

简图描述：
光源固定在支架上，正对纸张表面；光电池通过遮光罩固定在纸张另一侧，与纸面保持垂直。

(2) 测量电路简图设计

核心电路：

1. 光电池：输出光生电动势（与反射光强度成正比）。
2. 运算放大器：放大光电池的微小信号。
3. A/D转换器：将模拟信号转换为数字信号，供计算机处理。
4. 测量仪表/计算机：显示或存储白度数据。

简图描述：
光电池通过导线连接运算放大器输入端，放大后的信号输出至A/D转换器，最终连接到计算机或测量仪表。

(3) 工作原理说明

1. 光信号采集：光源照射纸张，反射光强度由白度决定。
2. 光电转换：光电池将反射光强度转化为光生电动势。
3. 信号放大与处理：运算放大器放大信号，A/D转换器将其数字化。
4. 校准与测量：通过标准白度仪校准系统，测量结果通过仪表或计算机显示。