光电检测技术-试题库

--.z..z."光电检测"题库一、填空题对于光电器件而言，最重要的参数是、和。光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、和等构成。光电三极管的工作过程分为和。激光产生的根本条件是受激辐射、和。非平衡载流子的复合大致可以分为和。在共价键晶体中，从最内层的电子直到最外层的价电子都正好填满相应的能带，能量最高7.本征半导体在绝对零度时，又不受光、电、磁等外界条件作用，此时导带中没有，价带中没有，所以不能。载流子的运动有两种型式，和。发光二极管发出光的颜色是由材料的决定的。光电检测电路一般情况下由12.半导体对光的吸收一般有13.光电器件作为光电开关、光电报警使用时，不考虑其线性，但要考虑。14.半导体对光的吸收可以分为五种，其中和可以产生光电效应。曲线主要取决于材料的性质。描述发光二极管的发光光谱的两个主要参量是和。检测器件和放大电路的主要连接类型有、和等。18..使用莫尔条纹法进展位移-数字量变换有两个优点，分别是和。CCD〕的根本功能是和。光电编码器可以按照其构造和数字脉冲的性质进展分类，按照信号性质可以分为和。交替变化的光信号，必须使所选器件的大于输入信号的频率才能测出输入信号的变化。随着光电技术的开展，可以实现前后级电路隔离的较为有效的器件是。围较大。发光二极管的峰值波长是由决定的。二、名词解释光亮度：本征半导体：N载流子的扩散运动：光生伏特效应：7.光电效应量子效率分辨率二次调制二值化处理光电检测技术响应时间热电偶亮度中心检测法三、判断正误A/D变换量化误差不随输入电压变化而变化，是一种偶然误差。〔 〕采样保持电路起到信号保持作用的保持电容，电容容量愈大电压下降愈慢，所以保持容越大越好〔 〕光电倍增管的光电阴极上发射出光电子的最大速度随入射光光子能量的增大而增大。〔 〕影响光电器件探测极限的因素是噪声，噪声是可以消除或减小的〔 〕光电倍增管的光谱响应曲线与光电阴极的光谱响应曲线一样，主要取决于光电阴极材的性质〔 〕光敏电阻是光电导效应器件〔 〕CCD驱动信号中三相与两相的电极构造是一样的〔 〕CCD器件按像敏元的排列形式可以分为一维和二维两种〔 〕光电耦合器件具有信号传输的单向性，所以只适用于的直流或数字脉冲信号〔 〕雪崩二极管在使用时要加高反向偏压〔 〕四、简答题光电检测器件和热电检测器件的比拟。简述光电池与光电二极管的区别。简述光电检测电路设计依据及其设计要求。PiN7.简述光电池与光电二极管的一样点和区别。简述光电检测电路的组成及各局部的作用。U化T光电导体的灵敏度大小取决于哪些因素.为什么要把光敏电阻的形状制成蛇形.在微弱的光照下，光电导和光强之间是什么样的关系.CCDPSDPSD的作用。CMOSCCD激光扫描系统的组成及测量原理五、分析题什么优点。分析比拟增量式编码器与绝对是编码器的异同点。下.六、设计题*为宽1米的长条状，需要切成长2米值化电路，试设计一个光电检测系统来实现，阐述其原理并画出系统示意图。〔a〕浮动阈值二值化电路 〔〕裁纸机运用所学知识，设计一套激光监听装置，要求在10间内谈话内容。"光电检测"题库答案一、填空题灵敏度 弛豫时间光谱响应倍增极 和 阳3.光电转换光电流放大电荷的存储 电荷的转移复合。在共价键晶体中，从最内层的电子直到最外层的价电子都正好填满相应的能带，能量最高带，价带与导带之间的区域称为禁带。带中没有空穴，所以不能导电。载流子的运动有两种型式，扩散运动和漂移运动。发光二极管发出光的颜色是由材料的禁带宽度决定的。光电检测电路一般情况下由 光电器件、输入电路 、前置放大器组成。光电效应分为内光电效应和 外光电 效应，其中内光电效应包括 光电导效应 生伏特效应 ，光敏电阻属于 光电导效应 效应。本征吸收 杂质吸收激子吸收自由载流子吸收晶格吸收灵敏度本征吸收杂质吸收二次发射倍增系统 阴极 光电阴极峰值波长 半宽度电压放大型 电流放大型 阻抗变换型位移的放大作用 误差的平均效应电荷的存储 电荷的转移增量式编码器、绝对式编码器上限截止频率光电耦合器件零禁带宽度二、名词解释光亮度：光源外表一点处的面元dA在给定方向上的发光强度dI与该面元在垂直于给定dI本征半导体：完全纯洁和构造完整的半导体称为本征半导体。

dAcos

，单位为坎N型半导体：N型半导体。载流子的扩散运动般将载流子由热运动造成的从高浓度处向低浓度处迁移的运动称为扩散运动。光生伏特效应体中，光生电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象。内光电效应外电场使用下参与导电的现象。当光照射到物体上使物体发射电子或导电率发生变化、或产生光电动势等，这种因光照引起物体电学特性的改变称为光电效应。量子效率：在*一特定波长上每秒钟内产生的光电子数与入射光量子数之比。分辨率：用来表示能够分辨图像中明暗细节的能力。二次调制：/信息改变的方法称作二次调制。二值化处理：、1数字量的过程称为光电信号的二值化处理。光电检测技术：是一种非接触测量的高新技术。它以激光、红外、光纤等现代光电器件A/D转换输入计算机进展运算处理，最后显示或打印输出。响应时间：描述光电探测器对入射辐射响应快慢的一个参数，即当入射辐射到光电探测称为响应时间。加电源。量中心位置的方法称作亮度中心检测法三、判断正误A/D变换量化误差不随输入电压变化而变化，是一种偶然误差。〔×〕采样保持电路起到信号保持作用的保持电容，电容容量愈大电压下降愈慢，所以保持容越大越好〔× 〕光电倍增管的光电阴极上发射出光电子的最大速度随入射光光子能量的增大而增大。〔 √〕影响光电器件探测极限的因素是噪声，噪声是可以消除或减小的光敏电阻是光电导效应器件CCDCCD器件按像敏元的排列形式可以分为一维和二维两种光电耦合器件具有信号传输的单向性，所以只适用于的直流或数字脉冲信号雪崩二极管在使用时要加高反向偏压四、简答题的器件。响应波长无选择性，相应慢。一样点：均为光生伏特器件；不同点：光电二极管PN结面积小于光电池；3.灵敏的光电转换能力快速的动态响应能力长期工作的稳定性和可靠性对于扩散型PiN硅光敏二极管来说，i答：i层为高阻区，承受大局部外加电压，使耗尽区增大，展宽了光电转换的有效工作区域；提高了灵敏度；i层一般选择高电阻率的基体材料，提高了串联电阻，提高了击穿电压；提高了频率响应。值的图像增强到可以观察程度的光电成像器件。1.591019C当T0时，U2 0NT效的方法。简述光电池与光电二极管的一样点和区别。一样点：光敏二极管和光电池都是利用入射光照射到P-N结上产生光生伏特效应的器件；不同点：光电池结面积较大而光电二极管的结面积较小，光电池不需要加偏置电压而光电二极管需要通过施加负偏压提高灵敏度。简述光电检测电路的组成及各局部的作用。UT之间关系.电桥电路如图下所示其中和R

的其暗电阻分别为R 和R

并且有R R

R，R R01

R与RR0

T1 T2R关系存在。1

01 02 1 22答：当无外来辐射照射时，调节补偿电阻R2

，使电桥平衡。此时R

R R R2 T2

，电桥输T10出U 0。当有辐射作用于热敏电阻R 上时，升温T引起电阻的变化T10T1R RT1 01

R，此时平衡被破坏，开路输出电压为：又由给出的条件，上式可以化简为：可见输出电压与成比例，并与负载电阻R有关。答:光电导体的灵敏度可以用光电增益Ｇ表示：

G

Ul2。光电导体的非平衡载流子寿命越快，迁移率越大，电极间距越小灵敏度越高2分〕做成蛇形使电极间距ｌ变小，提高了光敏电阻的灵敏度2分〕微弱的光照下，光电导和光强之间是直线性光电导关系1分〕11-1CCD或PSD时，照明光点从O移1A2 1 到OP2 1

Z，则

。只要测出像点的横向偏移量A，即可计向偏移Z。光电倍增管由光入 射窗光电阴极电子光学系统、倍增极、 阳极组成光入射到光电阴极产生电子发 射发射的电子在电场和电子光学系统的 作用会聚加速到倍增极上，经N级倍增 后，电子被放大 N次，最后最阳极收集。 外形较大多用于快速精细微光测量的场 合〔3分〕雪崩光雪崩反响。该器件由一样像素数量的成像局部、存储局部和读出存放器三个根本局部组成2分〕场正程期间〔18.4ms〕图像的二维信号电荷被积累在成像区；场逆程期间〔1.6ms〕通过加在成像区和存储区电极上的时钟脉冲使成像区的整场信号电荷快速转移到存储区12导。PSD可以连续测量光斑在光敏面上的位置变化。CCD以电荷耦合为根本特征，围绕信号的产生、存储、转移和读取来工作，以行为单位. z.-对信号进展读取。CMOS的信号读取方式相对灵活，既可以以移位存放器的形式以行为单位读取信号，也可以只输出*一行或*一列的信号，还可以输出*些点的信号。而斩光器微电机不转或转速变慢时，输出信号为零或很小。固定阈值法：当输入光电信号高于固定电位Uth时，比拟器输出高电平，即为1出低电平。该电路简单可靠，但受光源的不稳定影响较大，需要稳定光源。Uth。将Uth系统组成：激光器、扫描阵镜、f透镜、物镜、接收器件光栅莫尔条纹具有位移放大作用、位移对应关系和误差平均效应。五、分析题答：差动法双通道测量系统工作原理：光源发出的光借助于反射镜和透镜分道测量系统能够消除由于光源波动和温度变化带来的影响。*2分〕向判别和可逆计数等。可将任意位置取作零点时需进展一定的运算3分〕工作原理：用交变的入射辐射照射热释电晶体，使得晶体的温度、晶体的自发方案以及由此因此的面束缚电荷均随入射辐射的频率变化而变化. z.-载的两端产生交流信号电压3分〕火炮身管直线度测量系统主要由激光器、光束准直系统和光电接收及处理电路组成。激光5.激光光束入射到以固定角速度旋转的转镜反射面上，反射光束经反射光学系统变成平行于光经光电转换系统变成电信号测距仪的测距原理都是发射光的调制信号，经目标返回，由光敏元件接收，转换为电信号L1ct后经处理计算出被测距离L，假设发射接收的时间间隔为t，则 2 〔表达2分，图1分〕tN的信号方波内填充脉冲，并用计数器计数，假设计数值为NtNTf，则L1ct

cN〔表达2分，图1分〕2 2f脉冲法激光测距的最小可测距离L 由时钟脉冲min频率f决定f越高L 越小一般f可达300MH，min对应的L 为0.5m〔1分〕min光敏电阻在光照强〔白天〕的时候电阻小、电翻开路灯。六、设计题1.控制刀下落. z.-光电接收器分束镜光源UoUo裁剪。答：测距仪的测距原理都是发射光的调制信号，经目标返回，由光敏元件接收，转换为电L1ct信号后经处理计算出被测距离L，假设发射接收的时间间隔为t，则 2 。脉冲法激光测距仪的原理是，时间间隔为△T的时钟脉冲在门控制电路的作用下向脉宽为ttNTN的信号方波内填充脉冲，并用计数器计数，假设计数值为N，则得：

f，则L1ctcN2 2f脉冲法激光测距的最小可测距离L 由时钟脉冲频率f决定f越高越小。一般f可达min min300MHz，对应的L 为0.5m〔1分〕min. z.-相位法激光测距仪的原理是间接的测定调制光波经过的时间t后产生的相位移 t 定时间t， 〔

为光通量变化的角频率，f为调制光波的调制频率〕从而求出L1ct

c c 光波所经过的路程L。即：

2

22f。 相位法激光测距的最小可测距离Lmin由 和f决定，假设△ =±1o，则当f=10MHz 应的Lmin

为4cm。通过比拟得出，准确测量出两座建筑物之间的距离Ｌ，要求△Ｌ≈±５ｃｍ，需要采用相位法激光测距仪。采用半导体激光器作为辐射源，使用谐波电压供电，从而