《光电检测技术-题库》

《光电检测》题库一、填空题对于光电器件而言，最重要的参数是光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、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、、和和和。。。等构成。5.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，能量最高的是填满的能带，称为价带。价带以上的能带，其中最低的能带常称为，与之间的区域称为。本征半导体在确定零度时，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。8.载流子的运动有两种型式，和。9.发光二极管发出光的颜色是由材料的打算的。10.光电检测电路一般状况下由、、组成。11.光电效应分为内光电效应和和效应。12.半导体对光的吸取一般有、、 、和这五种形式。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 。半导体对光的吸取可以分为五种，其中 和 可以产生光电效应。光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、 和 等构成，光电倍增管的光谱响应曲线主要取决于 材料的性质。16.描述发光二极管的发光光谱的两个主要参量是和。17.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 。电荷耦合器件〔CCD〕的根本功能是 和 。光电编码器可以依据其构造和数字脉冲的性质进展分类，依据信号性质可以分为和 。交替变化的光信号，必需使所选器件的 大于输入信号的频率才能测出输入信号的变化。随着光电技术的进展，可以实现前后级电路隔离的较为有效的器件是 。硅光电池在偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且动态范围较大。发光二极管的峰值波长是由 打算的。二、名词解释光亮度：本征半导体：N载流子的集中运动：光生伏特效应：内光电效应：光电效应量子效率区分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、推断正误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，所以保持电容越大越好〔〕光电倍增管的光电阴极上放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，噪声是可以消退或减小的〔 〕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料的性质〔 〕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〔〕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较。简述光电池与光电二极管的区分。简述光电检测电路设计依据及其设计要求。对于集中型PiN硅光敏二极管来说，i层主要起到了什么作用？简述变像管和像增加管的工作原理及区分？探测器件在进展极为微弱的信号探测时，有时要放入液氮中使用，为什么？简述光电池与光电二极管的一样点和区分。简述光电检测电路的组成及各局部的作用。以热敏电阻探测温度为例，分析热敏电阻典型桥路的输出电压变化U与热敏电阻温度变化T之间关系？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外形制成蛇形？在微弱的光照下，光电导和光强之间是什么样的关系？简述像点轴外偏移检测的像偏移法测位移的工作原理.雪崩光敏二极管和光电倍增管的异同？帧转移型面阵CCD的组成及工作过程？简洁画出光电成像系统的原理方框图？在微弱辐射作用下，光电导材料的光电灵敏度有什么特点？当辐射增加，该特点有何变化？PSDPSDCMOS图像传感器与CCD说明热释电摄像管中斩光器的作用。当斩光器的微电机消灭不转或转速变慢故障时，会发生什么现象？单元光电信号的二值化处理方法有哪些，其各自有何特点？激光扫描系统的组成及测量原理光栅莫尔条纹的产生原理及在位移测量中的作用和特点？五、分析题简述差动法双通道测量系统的工作原理，分析双通道测量系统比单通道测量系统相比有什么优点。分析比较增量式编码器与确定是编码器的异同点。分析热释电探测器的工作原理，并进一步说明为什么热释电探测器件要工作在居里温度以下？火炮身管直线度测量系统主要由哪些局部组成？分析如何进展身管内膛直线度的测量。如何使用激光扫描测量的方式实现圆柱体直径的测量？试说明脉冲法激光测距仪的组成及工作原理，并分析其测距精度？如以下图电路所示，简要说明如何使用光敏电阻实现路灯自动点熄掌握？六、设计题12米/张，依据以下图裁纸机和浮动阈值二值化电路，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 〔b〕裁纸机试说明脉冲法激光测距仪和相位法激光测距仪的测距原理离Ｌ，要求△Ｌ≈±５ｃｍ，绘制相应的原理框图，并简述其工作原理。运用所学学问，设计一套激光监听装置，要求在10米外用激光器照耀房间玻璃，监听房间内谈话内容。《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 阳极光电转换光电流放大电荷的存储 电荷的转移非平衡载流子的复合大致可以分为自由电子与自由空穴直接复合和通过复合中心的间接复合。带，称为价带。价带以上的能带根本是空的，其中最低的能带常称为导带，价带与导带之间的区域称为禁带。7.本征半导体在确定零度时，又不受光、电、磁等外界条件作用，此时导带中没有电子，价带中没有空穴，所以不能导电。载流子的运动有两种型式，集中运动和漂移运动。发光二极管发出光的颜色是由材料的禁带宽度打算的。光电检测电路一般状况下由光电器件、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和生伏特效应，光敏电阻属于光电导效应效应。本征吸取 杂质吸取激子吸取自由载流子吸取晶格吸取灵敏度本征吸取杂质吸取二次放射倍增系统 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、确定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方向的平面上的正投影面积之比，称为光源在该方向上的亮度：L dIdAcos

，单位为坎德拉每平方米cd/。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。N型半导体：施主能级离导带底较近，杂质的束缚能级略低于导带底，这样就可以在常温下，将束缚态中的电子激发到导带而使导带中的电子远多于价带中的空穴，这种主要由电子导电的半导体称为N载流子的集中运动：在载流子浓度不均匀状况下，载流子无规章热运动的自然结果，一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集中运动。光生伏特效应穴在空间分开而产生电位差的现象。内光电效应：光敏物质吸取光子后，电子从基态激发到高能态而脱离原子核的束缚，在外电场使用下参与导电的现象。光电效应：学特性的转变称为光电效应。量子效率：在某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。区分率：用来表示能够区分图像中明暗细节的力量。二次调制：将载波随时间/二次调制。二值化处理：将光电信号转换成0、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技术。它以激光、红外、光纤等现代光电器件为根底，通过对载荷等检测电路提取有用信息，再经A/D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器后或入射辐射遮断后，光电探测器的输出上升到稳定值或下降到照耀前的数值所需的时间称为响应时间。热电偶是一种热敏元件，在接收辐射后引起温度上升，随之产生温差电势，使用时不外加电源。亮度中心检测法:通过测量目标物空间的亮度分布相对应的像空间照度分布作亮度中心检测法三、推断正误A/D〔×〕采样/〔×〕光电倍增管的光电阴极上放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，噪声是可以消退或减小的〔×〕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料的性质〔√〕光敏电阻是光电导效应器件〔√〕CCD〔×〕CCD〔√〕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2.一样点：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；光电池无需偏压，光敏二极管一般在负偏压的状况下使用。快速的动态响应力量最正确的信号检测力量长期工作的稳定性和牢靠性PiNi答：i层为高阻区，承受大部格外加电压，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简述变像管和像增加管的工作原理及区分？工作原理：都是光电阴极接收辐射，将光学图像转换为电子数密度图像，加有正高压的阳极起到了电子透镜的作用，使阴极发出的电子聚焦成像在荧光屏上，最终得到目标物的图像。观看程度的光电成像器件。探测器件在进展极为微弱的信号探测时，有时要放入液氮中使用，为什么？答：载流子无规章的热运动造成的噪声称为热噪声。当温度高于确定零度时，导体或半导体中每一电子都携带着1.591019C电压，称为热噪声电压。其平均值为：NT当T0时，U2 0NT而且，光电探测器件绝大多数都是半导体材料，受温度影响很大。综上所述，当探测器件在对微弱的信号探测时，为了削减温度的影响，放入液氮中使用，是格外行之有效的方法。简述光电池与光电二极管的一样点和区分。一样点：光敏二极管和光电池都是利用入射光照耀到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。答：光电检测电路由光电器件、输入电路和前置放大器组成。光电器件把被测光信号转换成相应的电信号，而输输出的微弱电信号由前置放大器进展放大，前置放大器另一作用是匹配后置处理电路与检测器件之间的阻抗。以热敏电阻探测温度为例，分析热敏电阻典型桥路的输出电压变化U与热敏电阻温度变化T之间关系？电桥电路如图下所示，其中，R 和RT1 T2

的其暗电阻分别为R

R02

，并且有R R1

R，R R01

R与0RR01

R关系存在。T1T12答：当无外来辐射照耀时，调整补偿电阻R2

，使电桥平衡。此时R

R R R2 T2

，电桥输出U0

0。当有辐RT1

上时，升温T引起电阻的变化为RT1

R R，此时平衡被破坏，开路输出电压为：01又由给出的条件，上式可以化简为：可见输出电压与R成比例，并与负载电阻R有关。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外形制成蛇形？在微弱的光照下，光电导和光强之间是什么样的关系？G答:光电导体的灵敏度可以用光电增益Ｇ表示：

Ul2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.简述像点轴外偏移检测的像偏移法测位移的工作原理.出物面的轴向偏移。激光器发出的光线，经会聚透镜聚焦后垂直入射到被测物体外表上。物体移动或其外表的变化入射点沿光轴 方向移动入射点处的散射光径接收透镜入射到〔CCDPSD〕Z时，照明光点从O移到O2，相应像点从PP，Z A

1 1 2则 。只要测出像点的横向偏移量A，即可计算出待测的物面轴向偏移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放射，NN。外形较大，多用于快速、周密微光测量的场合〔3分〕雪崩光电二极管与光电倍增管不同，是基于内增益机理，当所加的反向偏压足够大时，在结区产生一个很高的电场，光生电子在这种强电场中可得到极大的加速，同时与晶格碰撞而产生电离雪崩反响。〔2分〔18.4ms〕图像的二维信号电荷被积存在成像区；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上一场图像信号电荷在时钟脉冲作用下，在行逆程期间〔12微秒〕将一行光生电荷送进读出存放器，从而使存输出构造依次转移，经输出极输出。微弱辐射作用下，输出光电流与输入辐射通量具有线性关系；辐射增加，呈抛物线光电导。PSD对入射到光敏面上的光位置敏感，对光斑的外形没有严格要求，光敏面无需分割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，以行为单位对信号进展读取。CMOS的信号读取方式相对敏捷，既可以以移位存放器的形式以行为单位读取信号，也可以只输出某一行或某一列的信号，还可以输出某些点的信号。斩光器的主要作用是将恒定的辐射变为交变辐射作用在热释电器件上，当输入辐射恒定，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，比较器输出高电平，即为1；否则输出低电平。该电路简洁牢靠，但受光源的不稳定影响较大，需要稳定光源。成线性变化的电压信号，以此信号作阈值，即可得到随发光强度浮动的阈值Uth。将Uth加到比较器的反向输入被测信号高于阈值时输出高电平。浮动阈值法避开了光电检测系统的精度受光源的稳定性的影响。系统组成：激光器、扫描阵镜、f透镜、物镜、接收器件两个光栅以肯定角度相互重叠，产生的明暗穿插的条纹就是光栅莫尔条纹。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、分析题量结果。与单通道相比，双通道测量系统能够消退由于光源波动和温度变化带来的影响。〔１〕增量式编码器图案均匀，光信号脉冲一样，可把任意位置作为基准点，从该点起将位移或转角按一光学器件无关。没有确定的测量点，断电则丧失当前位置，噪声的影响造成计数误差会渐渐积存，无法输出确定〔2〕〔２〕确定式编码器图案不均匀，光信号脉冲不一样，它是在可运动的光学元件的各位置坐标上刻制出表示相的状态无关，不需要运动时的位置重合；抗干扰力量强，无误差累积；切断电源信号消逝，但通电后能恢复原状态；信号并行传送，不需要方向判别和可逆计数等。可将任意位置取作零点时需进展肯定的运算〔3〕间消灭开路沟通电压。假设接上相应负载，就会在负载的两端产生沟通信号电压〔3〕热释电器件的极化强度与温度有关，温度上升，极化强度降低，上升到肯定温度，自发极化就突然消逝，这个温测器。即热释电探测器件要工作在居里温度以下。收器选用四象限光电池，固定在靶标上，两者分和炮尾。将激光束的强度中心作为直线基准，调象限光电池的检测中心，移动靶标，探测器件输

准直系统和光器，激光器、接别放置于炮口整使其对准四出信号，信号处理后输入到记录器上记录不直度曲线。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轴的扫描光束再 通过接收光学系统被光电传感器接收接收器采集到这种光强调制信号后经光电转换系统变成电信号由微机实时数据处理，便可得到工件被测部位的直径测量结果。L距离L，假设放射接收的时间间隔为t，则1〕

ct。 〔表达2分，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N制电路的作用下向脉宽为t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：tNTf ，则L

1ct

cN〔21〕2 2f脉冲法激光测距的最小可测距离L由时钟脉冲频率ffL越小。一般f300MHz，对应的Lmin min min0.5m〔1〕光敏电阻在光照强〔白天〕的时候电阻小、电路中电流变大，能驱动继电器，关闭路灯，在光照弱〔晚上〕的时候电阻大电路中电流变小，不能驱动继电器，继电器就会接通另一开关，从而翻开路灯。六、设计题1.掌握刀下落光电接收器分束镜光源Ui，成UoUo实现自动裁剪。答：测距仪的测距原理都是放射光的调制信号，经目标返回，由光敏元件接收，转换为电信号后经处理计算出L被测距离L，假设放射接收的时间间隔为t，则

ct。T的时钟脉冲在门掌握电路的作用下向