光电探测 华中科技大学 课外小设计题目说明for学生
华中科技大学《光电探测》10.1光电信号处理资料
●一个光电探测系统的极限探测能力往往由探测 系统的噪声所限制。 在精密测量、通讯、自动控制、核探测等领域 ，减小和消除噪声是十分重要的问题，是提高 光电系统性能指标的关键。
●噪声是一种随机信号，它实质上就是物理量
围绕其平均值的涨落现象。
电阻的热噪声
●所以研究噪声一般采用长周期测定其均方值( 即噪声功率 )的方法，在数学上用随机量的起 伏方差来计算。 ●由于噪声是一种独立的平稳的随机过程， 因此，在任何时刻它的幅度及相位都是不可 预先知道的，即是随机的。 但每一种噪声都遵从独立的平稳的随机过程 的共同的统计规律。
（1）噪声电压幅值的大小vn（t）服从一定 的统计分布规律 由于噪声电压在任何时刻都是一个连续的随机 变量。因此，可以根据统计得出它的概率密 度函数 f（x）。 实验表明，大多数噪声（如热噪声、散粒噪声） 其瞬时值的概率密度函数符合正态分布。即：
f ( x) 1 2 e
( x a )2 2 2
= 0 ，即 vn ： (t ) 0
T 0 2 vn (t ) dt
σ 2为噪声电压的均方值，即 ：
x
2 2
lim 1 T T
vn (t )
2 2 vn En
噪声电压的瞬时值
噪声功率的大小， 电压作用在 1Ω的电阻上的噪声功 率的大小， En方均根值代表了噪声电压的有效值。 电阻上的噪声功率的大小。 In代表了噪声电流的有效值
光电探测与信号处理
第10章 光电信号处理
第10章
光电信号处理
前置放大器电路设计 ——低噪声
显示 存储 传输 控制
目标 + 背景
光学 系统
调 制
探测器
偏置 电路
前 置 放大器
华中科技大学《光电探测》4光电导探测器
在可见光区灵敏的几种光敏电阻的光谱特性曲线
在红外区灵敏的几种光敏电阻的光谱特性曲线
几种常用的光敏电阻
紫外 硫化镉(CdS)和硒化镉(CdSe)
光
敏 电
可见
硫化铊(TiS)、硫化镉(CdS)和 硒化镉(CdSe)
阻
红外 硫化铅(PbS)、碲化铅(PbTe)
光敏电阻常用光电导材料
4.3 光敏电阻的基本偏置电路和噪声
一、基本偏置电路
Rp RL
Vb
IV<Pmax
由电路图：
I Vb RL Rp
VL
RL RL Rp
Vb
当光通量变化时，光敏电阻变化Rp，
电流变化 I：
I I
Vb
RL Rp Rp
I
RL
Vb Rp Rp
Vb RL Rp
Rp (RL
亮态前历效应
指光敏电阻测试或工作前已处于亮态，当照度与工作 时所要达到的照度不同时，所出现的一种滞后现象， 其效应曲线如下图所示。
低照度变为高照度
硫化镉光敏电阻亮 态前历效应曲线
高照度变为低照度
六、光谱特性
相对灵敏度与波长的关系曲线表示。从这种曲线中 可以直接看出灵敏范围、峰值波长位置和各波长下 灵敏度的相对关系。
价格低廉，光谱响应范围宽。
4.1 光敏电阻的工作原理与结构
工作原理：在均匀的具有光电导效应的半导体 材料的两端加上电极便构成光敏电阻。
当光敏电阻的两端加上适当的偏置电压Ubb，即 有电流Ip流过，可以检测到该电流。
电流的大小会 随入射光强度 的变化而变化
光敏电阻的原理图
符号
华中科技大学 毕业设计 范本
开题报告1. 课题的研究背景SiC半导体材料是自第一代元素半导体材料(Si)和第二代化合物半导体材料(GaAs、GaP、InP等)之后发展起来的第三代宽带隙(WBS)半导体材料。
SiC材料由于具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高载流子饱和漂移速度等特点。
在高温、高频、大功率、光电子及抗辐射等方面具有巨大的应用潜力，许多国家相继投入了大量的资金对SiC进行了广泛深入的研究，并已在SiC晶体生长技术、关键器件工艺、光电器件开发、SiC集成电路制造等方面取得了突破，为军用电子系统和武器装备性能的提高，以及抗恶劣环境的电子设备提供了新型器件。
具体的说来，SiC材料的宽禁带使得其器件能在相当高的温度下(500℃以上)工作以及具有发射蓝光的能力。
高临界击穿场强电场决定了器件的高压、大功率性能。
高的饱和电子漂移速度和低介电常数决定了器件的高频、高速工作性能，高热导率意味着其导热性能好，可以大大提高电路的集成度，减少冷却散热系统，从而大大减少电子系统的体积。
再者，SiC具有很高的临界移位能，这使它具有高的抗电磁波冲击和高的抗辐射破坏的能力，SiC器件的抗中子能力至少是Si器件的四倍。
而SiC极低的少子产生速率也使其成为制备非易失性存储器的理想材料。
另一方面，SiC最大的优势还在于它是除了Si以外，唯一能够热氧化生长SiO2的半导体，这就使得制备SiC的MOS器件成为可能，并且SiC器件工艺和设备都与Si器件有很强的兼容性。
国内外在SiC研究方面已取得的主要成就如下：①SiC的同质多型和异质多型结构的可控合成理论；②生长大体积SiC晶体的多种改良的Lely方法；③包括局部外延和腐蚀过程的SiC器件微小化加工原则；④在蓝宝石上生长异质外延SiC薄膜(类似在蓝宝石上生长硅)的方法，它保证元件间的有效绝缘；I⑤一系列新的SiC器件，包括压敏电阻、多色光二极管、核辐射和紫外辐射传感器、极端条件下使用的温度和压力传感器等。
光电课程设计报告
光电技术综合课程设计题目名称无接触式液面位置探测器的设计学生姓名学号学生学院专业班级指导教师2013 年 5 月 25 日一、前言光电技术课程设计的题目为《无接触式液面位置探测器的设计》，所设计的装置用于自动探测液面的位置，运用熟悉的三角法来计算液面高度，在液面位置到达预定高度时，通过LED做出相应显示。
本设计中采用光电检测的办法对液面进行无接触式探测并快速做出响应，实验中采用半导体激光器LD作为光源，用光敏三极管作为探测器。
本次课程设计的目的主要是通过本课程设计能了解一些常用光电检测器件的工作原理，并能正确选用；掌握一些常用芯片（电压比较器LM339）的使用；学习PCB的绘制，并了解PCB的制作过程，提高动手能力，培养发现问题和着力解决问题的能力。
二、相关摘要及关键词1、摘要：本次设计方案所采用的主要元件包括LM339、NE555定时器等，通过利用光敏三极管在有光照和无光照时，集电极电平高低的不同来控制显示LED的亮和灭，以此来显示所测得的液面的高低。
2、关键词：光敏三极管、探测器、LM339、555定时器三、设计方案1、测量的主要方法测量的总思路如图；利用我们熟悉的三角法来计算液面的高度。
从图可以看出，一旦激光器的角度决定后，激光的入射角就被决定了。
对于不同的液面，由于不同的液面之间是彼此平行，所以只要确定一个液面高度的入射角度，就可以测到其余两个液面高度。
此处我们把激光的入射角设为15度。
2、总设计原理图本次课程设计的设计思路比较清晰，经过研究讨论和计算分析得出结构设计的原理图如下：图1 方案设计所绘电路原理图本次设计方案所采用的主要元件包括LM339、NE555定时器等，通过利用光敏三极管在有光照和无光照时，集电极电平高低的不同来控制显示led的亮和灭，以此来显示所测得的液面的高低。
元器件数目光敏三极管3个激光头1个IC电压比较器LM339 1个1/4色环电阻若干瓷片电容若干电解电容若干LED灯红、绿、黄各1个覆铜板1块3、主要元件原理分析（1）LM339功能分析LM339类似于增益不可调的运算放大器，其集成块内部装有四个独立的电压比较器，每个比较器有两个输入端和一个输出端。
光电检测习题解答
11、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。
（1）光电检测技术在工业生产领域中的应用：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位“ ·（2）光电检测技术在日常生活中的应用：家用电器一一数码相机、数码摄像机：自动对焦一红外测距传感器自动感应灯：亮度检测一光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测一热敏电阻、热电偶遥控接收：红外检测一光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话：图像获取一面阵CCD医疗卫生一一数字体温计：接触式一热敏电阻，非接触式一红外传感器办公商务一一扫描仪：文档扫描一线阵CCD红外传输数据．红外检测一光敏二极管、光敏三极管（3）光电检测技术在军事上的应用：夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标光电检测技术应用实例简介点钞机（1）激光检测一激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。
山于仿制困难，故用于辨伪很准确。
（2）红外穿透检测一红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。
人民币的纸质特征与假钞的纸质特征有一定的差异，用红外信号对钞票进行穿透检测时，它们对红外信号的吸收能力将会不同，利用这一原理，可以实现辨伪。
（3）荧光反应的检测一荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。
一一人民币采用专用纸张制造（含85 ％以上的优质棉花）《假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm的蓝光）的照射下会出现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420一460nm的蓝光），人民币则没有荧光反应。
所以，用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映，可判别钞票真假。
（4）纸宽的检测一红外发光二极管及接收二极管的应用主要是用于根据钞票经过此红外发光及接收二极管所用的时间及电机的转速来间接的计算出钞票的宽度，并对机器的运行状态进行判断，比如有无卡纸等；同时也能根据钞票的宽度判断出其面值。
光电检测习题解答.doc
1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。
(1)光电检测技术在工业生产领域中的应用：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位"•(2)光电检测技术在日常生活中的应用：家用电器一一码相机、数码摄像机：自动对焦一红外测距传感器自动感应灯：亮度检测一光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测一热敏电阻、热电偶遥控接收：红外检测一光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话:图像获取一面阵CCD医疗卫生一一数字体温计：接触式一热敏电阻，非接触式一红外传感器办公商务一扫描仪：文档扫描一线阵CCD红外传输数据，红外检测_光敏二极管、光敏三极管(3)光电检测技术在军事上的应用：夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标光电检测技术应用实例简介点钞机(1)激光检测一激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字, 会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。
山于仿制困难，故用于辨伪很准确。
(2)红外穿透检测一红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。
人民币的纸质特征与假钞的纸质特征有一定的差异，用红外信号对钞票进行穿透检测时,它们对红夕M言号的吸收能力将会不同,利用这一原理,可以实现辨伪。
(3)荧光反应的检测一荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。
一一人民币采用专用纸张制造(含85%以上的优质棉花)《假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线(波长为365nm的蓝光)的照射下会出现荧光反应(在紫外线的激发下衍射出波长为420 一460nm的蓝光)，人民币则没有荧光反应。
所以，用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映，可判别钞票真假。
(4 ) 纸宽的检测一红外发光二极管及接收二极管的应用主要是用于根据钞票经过此红外发光及接收二极管所用的时间及电机的转速来间接的计算出钞票的宽度，并对机器的运行状态进行判断，比如有无卡纸等；同时也能根据钞票的宽度判断出其面值。
11光电探测课程设计资料
光电探测课程设计课题名称：光电警报器设计专业班级：2011级（激光01 ）班学生学号：1109080128学生姓名：朱峰学生成绩：指导教师：戴智刚课题工作时间：2014.6.3 至2014.6.6武汉工程大学教务处五、课程设计摘要（英文）AbstractORCAD Capture module is a circuit design based on Windows operating environment, is the industry standard PCB schematic diagram input tool and one of the most popular in the world. ORCAD Capture CIS has a powerful information system components, management database online and centralized,.Thus greatly enhance the efficiency of the circuit design. This design is to design a light alarm circuit using the Capture CIS module. The circuit includes a LED multivibrator modulation circuit, optical amplification circuit, filter circuit and alarm circuit. First of all, through the search data to know how to design the circuit diagram of basic,and then analysis, finally add some devices, using software to draw circuit diagram requirements. The modulation circuit of the circuit is infrared LED 555 timer based on light emitting circuit, adjustable range is 3kHz~7KHz, the output waveform duty ratio 50%, amplification circuit for weak optical signal detection and amplification, and then after two order filter, the center frequency 5KHz.Finally, the alarm circuit can be implemented in the light of normal reception times lamp does not light, signal light is warning lights function block.Keywords:ORCAD, Capture, photoelectric detection, multivibrator harmonic oscillation,amplification, filter目录第一章绪论 (9)1.1 设计背景 (9)1.2 设计目的 (9)第二章电路原理图设计 (10)2.1调制电路设计与分析 (10)2.2 放大电路设计与分析 (11)2.3 滤波器设计与分析 (13)2.4 报警电路设计与分析 (14)第三章总结 (16)参考文献 (17)第一章绪论1.1 设计背景今年来，随着光电技术的发展，光电检测技术也成为了一门新的检测技术。
华中科技大学《光电探测》7.1光电成像器件
光电图像传感器：
摄像机的基本原理
将光学图像转变成二维“电气” 图像
组成一幅图像的最小单元称为像素或像元，像元的大小或 一幅图像所包含的像元数决定了图像的分辨率，分辨率越高， 图像的细节信息越丰富，图像越清晰，图像质量越高。即将图 像分割得越细，图像质量越高。
高质量的图像来源于高质量的摄像系统，
其中主要是高质量的光电图像传感器和高性能的 光学镜头。
3.扫描方式
显像管的电子枪装有水平与垂直两个方向的偏转线圈，线圈中分别 流过锯齿波电流，电子束在偏转线圈形成的磁场作用下同时进行水 平方向和垂直方向的偏转，完成对显像管荧光屏的扫描。
（2）隔行扫描
根据人眼对图像分辨能力，扫描的水平行数至少应大于 600行，这对于逐行扫描方式，行扫描频率必须大于29000Hz 才能保证人眼视觉对图像的最低要求。
在20世纪初，这样高的行扫描频率，无论对摄像系统还是 对显示系统都提出了更高的要求。为了降低行扫描频率，又能 保证人眼视觉对图像分辨率及闪耀感的要求，人们就提出了隔 行扫描分解图像和显示图像的方法。
要求隔行扫描必须满足下面两个要求：
第一，要求下一帧图像的扫描起始点应与上一帧起始点相同， 确保各帧扫描光栅重叠；
CMOS图像传感器采用顺序开通行、列开关的方式完成像素 信号的一维输出。
光电成像的基本原理
图像的显示：
监视器或电视接收机的显像管： 利用电磁场使电子束偏转而实现行与场扫描，
因此，对于行、场扫描的速度、周期等参数进行严格 的规定，以便显像管显示理想的图像。
摄像扫描与显示扫描必须匹配
（1）逐行扫描
体积、重量、功耗和制造成本是电子束摄像管无法 达到的。
CCD/CMOS图像传感器的诞生和发展使人们进入了 更为广泛应用图像传感器的新时代。
第二届全国大学生光电设计竞赛产品说明书
第二届全国大学生光电设计竞赛基于太阳能的智能导航搬运车冠军作品WALL·E快速入门指南简介WALL·E是光电学院07级本科学生尹煜、范丹枫、肖龙在指导老师曾延安和张南洋生的指导下制作完成的参赛作品。
在决赛天气状况不佳的条件下按照比赛规则共搬运了137kg重物，以远远高于第二名24kg的成绩荣膺大赛冠军，并被长春中国光学科技馆永久收藏。
WALL·E 是三位队员按照原参赛小车1:1重新制作并进行优化的作品。
用于展示以及供以后参加比赛的同学学习研究。
决赛前12名总载重成绩（单位：kg）技术参数太阳能电池额定电压功率：24V / 40W工作所需最低光照度：20000lx最大单次净负载：45kg电机功率：15W/160RPM*2行驶速率：0.4~0.7m/s车身自重：9.8kg操作指南电源：本车设计有两套供电方式方便测试和使用，在天气良好的情况下（照度大于20000lx）可使用太阳能电池供电，天气情况不好或夜航时可使用24v蓄电池供电。
通过置于车身后部左上方的“供电方式”开关即可选择相应的电源供应。
注意：当电源选择开关置左或置右时小车的电路即开始工作，在工作间隙以及长期闲置期间务必将电源选择开关置中以断开电源，以减小半导体激光器工作发热带来的器件损耗。
路障摆放：两路障之间距离控制在3~7米，小车发车点与路障之间距离控制在3~6米。
注意：路障在小车探测器对应高度上应有较高质量的白色反光贴。
当地面平整度较差、小车运行较为颠簸的情况下，应适当增加反光贴上下总高度，保证探测系统能正常运作。
选择载重状态和出发方向：根据小车后部开关组及提示标签选择此刻小车载重状态和出发方向。
若未负重则选择空，负重超过5kg选择满。
出发方向可确定小车是左转出发绕行还是右转出发绕行。
启动/停止：在确保以上步骤正确完成后，开启GO！开关即可让小车按设定对障碍物进行避让和绕行，在路障距离控制合适的情况下可以实现对两个路障的8字绕行。
光电探测电路设计与实现考核试卷
(C)合理布线
(D)使用高频滤波器
（答题括号）________
9.以下哪些光电探测器适用于弱光信号的检测？
(A)光电倍增管
(B)光电二极管
(C)硅光电池
(D)光电三极管
（答题括号）________
10.在光电探测电路的设计中，以下哪些部分属于模拟信号处理？
(A)信号放大
(B)滤波
(C)信号采样
2.提高信噪比可以通过优化光源、使用高灵敏度探测器、增加放大器增益和采用滤波技术等方法实现。
3.时间常数是电路对信号变化的响应速度，影响电路的动态响应和稳定性。
（答题括号）________
8.在光电探测电路中，如何判断光电器件的极性？
(A)观察器件的形状
(B)查阅器件的数据手册
(C)通过电流的方向
(D)通过电压的方向
（答题括号）________
9.下列哪种因素会影响光电探测器的灵敏度？
(A)光电器件的工作温度
(B)光源的颜色
(C)光电器件的面积
(D) A和B都是
(B)集成电路设计
(C)多功能芯片
(D)射频识别技术
（答题括号）________
三、填空题（本题共10小题，每小题2分，共20分，请将正确答案填到题目空白处）
1.光电探测器中，光生电子-空穴对在外电场的作用下产生电流的现象称为______效应。
（答题括号）________
2.在光电探测电路中，为了提高信号的直流分量，通常会在放大器前加入一个______滤波器。
(A)光电二极管
(B)光电三极管
(C)光电管
(D)光电倍增管
（答题括号）________
2.下列哪种材料最适合用于制作光电探测器的光敏层？
电子电路的光电探测器设计考核试卷
9.光电探测器在空间遥感应用中主要用于可见光探测。（）
10.在所有光电探测器中，PIN光电二极管的热噪声最低。（）
五、主观题（本题共4小题，每题10分，共40分）
1.请简述光电探测器的工作原理，并列举两种常见类型的光电探测器，分别说明它们的工作原理和主要应用领域。
A.外光电效应和内光电效应
B.热效应和光生伏特效应
C.硅光电池和CCD
D.磁电效应和压电效应
2.下列哪种光电探测器是基于内光电效应？()
A.硅光电池
B.光电倍增管
C.硅控整流电路
D.磁控管
3.光电探测器中，PIN光电二极管主要用于哪种应用场景？()
A.高速光通信
B.红外线探测
C.可见光探测
D. X射线探测
D.光调制器
11.以下哪些探测器适用于高速光通信？()
A. PIN光电二极管
B.光电三极管
C.光电管
D.硅光电池
12.以下哪些技术可以提高光电探测器的灵敏度？()
A.增加光敏面积
B.优化光电材料
C.降低噪声
D.提高电路增益
13.光电探测器在医疗成像领域的应用包括哪些？()
A. X射线成像
B.磁共振成像
（）（）（）
2.光电倍增管的工作原理是利用____效应来实现光信号的放大。
（）
3.在光电探测器中，____是衡量探测器对光照强度变化敏感程度的指标。
（）
4.光电探测器的____是指探测器对光信号的响应速度。
（）
5.常见的光电探测器噪声类型包括____、____和____。
（）（）（）
6.光电探测器的设计需要考虑其____和____两个关键性能指标。
光电探测器研发考核试卷
8.光电探测器中的噪声主要包括______、______和______。（）
9.带宽是指光电探测器能够响应的______范围。（）
10.提高光电探测器集成度的关键技术之一是______技术。（）
四、判断题（本题共10小题，每题1分，共10分，正确的请在答题括号中画√，错误的画×）
18. ABC
19. ABCD
20. ABC
三、填空题
1.电荷收集
2.内光电效应
3.温度、反向偏压
4.光生电流与入射光功率之比
5.产生的电子-空穴对数量
6.低温
7.响应时间
8.散粒噪声、热噪声、1/f噪声
9.信号频率
10.微电子加工
四、判断题
1. √
2. √
3. ×
4. √
5. √
6. √
7. √
8. √
3.降低暗电流方法：冷却、优化材料、增加反向偏压。
4.平衡方法：根据应用选择合适材料、结构设计，例如，高速应用选高响应速度，低光照条件选高灵敏度。
1.光电探测器的响应度越高，其探测性能越好。（）
2.光电二极管的暗电流与温度成正比关系。（）
3.硅探测器适用于所有波长的光信号检测。（）
4.光电倍增管的灵敏度高于一般的光电二极管。（）
5.噪声是影响光电探测器性能的一个重要因素。（）
6.光电探测器的带宽越宽，其能够响应的信号频率范围越广。（）
7.砷化镓探测器在可见光范围内的吸收系数比硅探测器高。（）
A.硅探测器
B.锗探测器
C.砷化镓探测器
D.铟镓砷探测器
8.下列哪个因素会影响光电探测器的响应度？（）
华中科技大学光探实验一
实验一、光源与光度辐射度参数的测量1.实验目的（1）掌握实验中所用光源（白色，红色，蓝色，绿色的LED灯）的发光特性；（2）掌握光电综合实验台的用法，为以后的实验做准备；（2）对光源照度和相应的电流强度的调节与测量，熟悉并总结各种LED灯光源照度和相应的电流强度的关系；(3) 测量LED灯与探测器不同距离时的电流强度和光源照度的相关关系。
（4）测量相同电流下，LED光照度Ev与距离L的关系。
2.实验仪器①光电综合实验平台主机系统 1 台；②发白光的 LED 平行光源（远心照明光源）及其夹持装置各 1 个；3.实验原理（2）LED的发光原理光电技术中的光源已经逐渐被 LED 发光二极管光源所替代。
LED发光二极管为PN 结在正向偏置下发光的特性。
有些材料构成的 PN 结在正向电场的作用下，电子与空穴在扩散过程中要产生复合。
复合过程中电子从高能级的“导带”跌落至低能级的“价带”，电子在跌落过程中若以辐射的形式释放出多余的能量，则将产生发光或发辐射的现象。
如图1所示，为注入式LED能带结构，扩散运动中的电子从导带跌入到价带时以辐射的方式释放出多余的能量。
它将发出峰值波长λm的辐射式中，Eg 为半导体材料的禁带宽度。
（1）图1 注入式LED 能代结构目前，已有发各种“单色”光谱的发光二极管（LED）。
若在发蓝光的发光二极管上涂荧光物质，由于蓝光 LED 的光谱能量很强，荧光物质将其转换成含有各种光谱成分的光谱集合，表现为发出复合波长的“白光”。
常称其为白光发光二极管。
如图2所示，LED 发光二极管发出的光亮度L 与流过 LED 的电流强度I 成正比。
因此，可以通过控制电流来控制（或调整）发光二极管的亮度，即可以通过改变发光管的电流改变投射到探测器表面上的照度，这就是LED 光源具有的易调整性。
利用它的易调特性很容易设计出电光调制器，光纤通讯技术中常用LED 的这个特性实现长距离的通讯。
图2 亮度与电流密度的关系另外，发光二极管属于半导体发光光源，它具有体积小、发光效率高、寿命长、发光强度易于调节等特点，被广泛应用于测量仪器与照明灯的光源。
光电心率计--华中科技大学光电学院光电课程设计
1. 电源电路.................................................................................................................. 12 2. 光电探测电路.......................................................................................................... 12
5. 其余功能.................................................................................................................... 5 6. 稳定性........................................................................................................................ 5
1. 供电方式选择............................................................................................................ 8 2. 电源芯片选择............................................................................................................ 9
三、 1. 2. 3. 4. 5.
四、
基本原理.................................................................................................................... 6 电源供应.................................................................................................................... 6 脉搏信号-电信号...................................................................................................... 6 模拟信号预处理........................................................................................................ 7 单片机计算控制........................................................................................................ 7 人机互动.................................................................................................................... 8 方案论证.................................................................................................................... 8
光电课程设计题目
光电课程设计题目一、教学目标本章节的教学目标旨在让学生掌握光电学的基本概念、原理和应用，提高学生的科学素养和实验技能，培养学生的创新精神和团队合作意识。
1.了解光电效应的基本原理和条件。
2.掌握光电管、光电池等光电元件的工作原理和性能。
3.熟悉光的传播、反射、折射等光学现象。
4.能够运用光电效应解释日常生活中的光电现象。
5.能够运用光学原理进行简单的光学设计。
6.具备基本的实验操作能力和数据分析能力。
情感态度价值观目标：1.培养学生对光电科技的兴趣和好奇心，激发学生探索科学的热情。
2.培养学生团队合作、积极进取的精神风貌。
3.增强学生的社会责任感，让学生认识到光电科技在现代社会中的重要性。
二、教学内容本章节的教学内容主要包括光电效应、光电元件和光学现象三个方面。
1.光电效应：介绍光电效应的基本原理、条件及其应用，如光电管、光电池等。
2.光电元件：讲解光电元件的工作原理、性能及其在实际应用中的优缺点。
3.光学现象：探讨光的传播、反射、折射等基本光学现象，以及相关的应用实例。
三、教学方法为了提高教学效果，本章节将采用多种教学方法相结合的方式进行授课：1.讲授法：系统地传授光电学的基本概念、原理和应用。
2.讨论法：引导学生针对光电现象和应用进行思考和讨论，提高学生的理解能力。
3.案例分析法：分析实际案例，让学生了解光电元件在生产和生活中的应用。
4.实验法：学生进行光电实验，培养学生的实验技能和科学素养。
四、教学资源为了支持本章节的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的光电学教材，为学生提供系统的知识体系。
2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识储备。
3.多媒体资料：制作光电现象和应用的PPT、视频等资料，增强课堂教学的趣味性。
4.实验设备：配置光电实验所需的仪器设备，确保学生能够顺利进行实验操作。
五、教学评估本章节的教学评估将采用多元化的评估方式，以全面、客观地评价学生的学习成果。
华中科技大学光学设计任务
一、本课程设计目的要求
1、综合运用课程的基本理论知识，进一步培养理论联系实际的能力 、综合运用课程的基本理论知识， 和独立工作的能力。 和独立工作的能力。 2、初步掌握简单的、典型的、与新型系统设计的基本技能，熟练掌 、初步掌握简单的、典型的、与新型系统设计的基本技能， 握光线光路计算技能，了解并熟悉光学设计中所有例行工作， 握光线光路计算技能，了解并熟悉光学设计中所有例行工作，如数据 结果处理、像差曲线绘制、光学零件技术要求等。 结果处理、像差曲线绘制、光学零件技术要求等。 3、巩固和消化课程中所学的知识，初步了解新型光学系统的特点， 、巩固和消化课程中所学的知识，初步了解新型光学系统的特点， 为学习专业课与进行毕业设计打下好的基础。 为学习专业课与进行毕业设计打下好的基础。
三、设计技术要求
双筒棱镜望远镜设计，采用普罗 型棱镜转像 系统要求为： 型棱镜转像， 双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I型棱镜转像，系统要求为： 1、望远镜的放大率Γ＝6倍； 望远镜的放大率Γ 2、物镜的相对孔径D/f′＝1：4（D为入瞳直径，D＝30mm）； 物镜的相对孔径D/f′＝ D/f′ 为入瞳直径， 30mm）； 3、望远镜的视场角2ω＝8°； 左右， 的渐晕； 4、仪器总长度在110mm左右，视场边缘允许 仪器总长度在 左右 视场边缘允许50%的渐晕； 的渐晕 玻璃， 5、棱镜最后一面到分划板的距离>＝14mm，棱镜采用 玻璃， 棱镜最后一面到分划板的距离 ＝ ，棱镜采用K9玻璃 两棱镜间隔为2～ 两棱镜间隔为 ～5mm。 。 ′>8～ 6、lz ′>8～10mm
完成上述设计任务，交设计报告一份。 完成上述设计任务，交设计报告一份。 包括：光学系统外形尺寸的计算、初始结构参数、像差数据、 包括：光学系统外形尺寸的计算、初始结构参数、像差数据、 像差曲线图、光学系统图、零件图、光学设计学习体会。 像差曲线图、光学系统图、零件图、光学设计学习体会。
光电检测技术课程作业及答案打印版概要
思索题及其答案习题01一、填空题1.一般把对应于真空中波长在（0.38 ）到（0.78 ）范围内旳电磁辐射称为光辐射。
2、在光学中, 用来定量地描述辐射能强度旳量有两类, 一类是（辐射度学量）, 另一类是(光度学量)。
3、光具有波粒二象性, 既是（电磁波）, 又是（光子流）。
光旳传播过程中重要体现为（波动性）, 但当光与物质之间发生能量互换时就突出地显示出光旳（粒子性）。
二、概念题1.视见函数: 国际照明委员会（CIE）根据对许多人旳大量观测成果, 用平均值旳措施, 确定了人眼对多种波长旳光旳平均相对敏捷度, 称为“原则光度观测者”旳光谱光视效率V(λ),或称视见函数。
2.辐射通量: 辐射通量又称辐射功率, 是辐射能旳时间变化率, 单位为瓦(1W=1J/s), 是单位时间内发射、传播或接受旳辐射能。
3、辐射亮度: 由辐射表面定向发射旳旳辐射强度, 除于该面元在垂直于该方向旳平面上旳正投影面积。
单位为(瓦每球面度平方米) 。
4、辐射强度：辐射强度定义为从一种点光源发出旳, 在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出旳能量, 单位为W／sr(瓦每球面度)。
三、简答题辐射照度和辐射出射度旳区别是什么？答: 辐射照度和辐射出射度旳单位相似, 其区别仅在于前者是描述辐射接受面所接受旳辐射特性, 而后者则为描述扩展辐射源向外发射旳辐射特性。
四、计算及证明题证明点光源照度旳距离平方反比定律, 两个相距10倍旳相似探测器上旳照度相差多少倍？ 答:2224444R I R I dA d E R dA d E R II===∴=ππφπφφπφ＝的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为 ()122222222211221211001001010E E L IE L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴== 又的距离为第二个探测器到点光源，源的距离为设第一个探测器到点光 习题02一、填空题1.物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。
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课外小设计题目说明
1.干涉仪条纹计数系统
题目要求：设计光电探测系统，以实现对迈克尔逊干涉仪的干涉条纹进行自动计数，其中，光源采用He-Ne激光器，功率5mW，观察区域100mm×100mm，等效空气平板的调整通过手动完成，系统包含对条纹计数结果显示功能。
2.偏振态光电检测系统
题目要求：设计可见光平面波偏振态的光电自动检测系统，要求光能量输入范围50μW～5mW，通光孔径大于3mm，测量频率优于1Hz，方位角测量精度0.5 º，椭圆率测量精度0.5º，系统应包含标定环节，具有显示功能。
3.声波的激光模拟通信系统
题目要求：设计光电收发系统，以实现对20～20KHz的声波在100m距离上的实时激光点对点传输和接收，系统只要求工作在晴朗无风天气，系统应包含对接收端的声波还原功能。
4.基于线阵CCD的数字光栅光谱仪
题目要求：设计基于线振CCD的光谱探测系统，以实现对任意光源在400～1000nm光谱范围内的相对光谱光谱分布的测量，光谱分辨本领应优于1nm，系统应包含光谱仪标定环节和对测量结果的显示。
5.光电定位瞄准系统
题目要求：设计采用光电定位瞄准系统，以实现对60º视场角范围内和500m距离内，有效面积大于0.5m×1m的目标的空间定位，系统应输出目标方位和距离信息。
6.瞄准镜视场角检测仪
题目要求：设计瞄准镜视场角光电测量系统，以实现对最大15º视场角范围瞄准镜角视场的测量，测量精度应优于0.1º，系统总长应小于1m，应输出测量结果。
7.激光水流流速计
题目要求：设计采用激光光源的水流流速光电检测系统，以实现对无压水流流速进行检测，最大流速为2m/s，允许加入标记颗粒，测量精度优于测量值的1%，系统应给出标定方法。
8.基于三角法的光电接近传感器
题目要求：设计基于三角法深度测量的光电接近传感器，以实现对1m外开始渐近目标的距离测量，要求采样频率大于1KHz，精度优于10mm，系统应立足于便携应用，体积应小于50mm×50mm×100mm，功耗应小于0.5W。
9.光电在线尺寸测量系统
题目要求：设计柱状线材尺寸光电在线测量系统，以实现线缆生产线的线材直径的在线测量，可测直径范围5mm～100mm，要求采样频率大于1KHz，精度优于测量值的1%，系统应给出标定方法，应提供>100m的长距离数据传输接口。
10.声光控延时开关
题目要求：设计声光双控延时开关，以实现楼宇公共照明系统的节能自动控制，系统测光范围0.1lx～20lx，声功率触发阈值大于10-3W，工作距离5m，要求采样频率大于50Hz，系统应包含强弱电信号隔离环节。
11.基于CPLD的面阵CCD的驱动及数字化电路设计
题目要求：设计基于CPLD的面阵CCD的驱动电路，以实现面阵CCD对2/3英寸等效像面的130M像素的图像采集和量化输出，要求8bit图像输出帧率优于25fps，应仿真CPLD输出的CCD驱动波形和采样量化的时序波形。
12.基于CPLD的彩色CMOS图像采集与显示系统设计
题目要求：设计基于CPLD的彩色CMOS图像传感器电路，以实现CMOS图像传感器对1/2英寸等效像面的200M像素的图像采集和显示输出，要求图像输出帧率优于25fps，应仿真CPLD输出的图像采集和显示的时序波形。
13.热电堆人体测温电路设计
题目要求：利用热电堆探测器设计人体体表温度检测电路，以实现对室内空间人体体表温度的非接触测量，要求温度测量精度0.1 ºC，系统应具有瞄准功能，且要求单手操作，具有便携性。
14.热释电入侵报警设计
题目要求：利用热释电探测器设计入侵报警系统，以实现对建筑物门窗等通道处异常侵入的报警，要求视场角大于45 º，系统响应时间小于0.1s，系统应具有声光报警功能。
15.基于光谱成像技术的气体泄漏检测系统设计
题目要求：利用成像光谱技术设计气体输送管线泄露检测系统，以实现对白昼环境下野外天然气输送管线泄露情况的判断，要求工作距离大于50m，视场角大于45 º，系统应具有便携性和泄露报警功能。
16.光谱透过率测量系统设计
题目要求：设计光谱透过率测量系统，实现对透明光学样品的光谱透过率测量，要求透过率测量精度应优于0.1%，系统应包含标定环节，具有显示功能。
17.PH试纸颜色的光电检测系统
题目要求：设计对PH值试纸颜色的光电检测系统，以实现利用颜色自动判别试纸所测PH 值的功能，要求PH值测量精度0.1，系统应包含标定环节，具有显示功能。
18.木材含水量光电检测系统
题目要求：利用木材中水分子对红外的吸收能力，以实现对木料含水量的光电检测，要求测量精度小于0.1%，系统允许制备木料切片作为检测样品，但应包含标定环节，具有显示功能。
19.啤酒糖度的光电测量系统
题目要求：设计光电检测系统实现对啤酒中的残糖浓度进行测量，要求测量精度为小于0.1%，系统应包含标定环节，具有显示功能。
20.玻璃折射率的光电检测系统
题目要求：设计光电检测系统以实现对光学玻璃样品折射率的自动检测，要求测量精度为0.01，系统应包含标定环节，具有显示功能。
21.水下目标的光电测距系统
题目要求：设计光电测距系统实现对深海稳定水体中配合目标的距离测量，测距范围50m，测距精度优于10mm，系统应具有显示和数据输出功能。
22.物体的三维轮廓光电检测系统
题目要求：设计物体的三维轮廓光电检测系统，以实现对物体表面三维形貌的周视测量，测量范围应大于2m×2m×2m，深度测量精度应优于1mm，系统应包含标定环节，具有显示功能。
23.人体接近光强自动调节的白光LED智能照明系统
题目要求：设计室内人体接近光电传感系统，并根据人体到传感器距离自动调节照明系统的的光强，要求系统工作距离10m，工作频率大于10Hz，系统应具有强弱电隔离环节。
24.煤气泄漏光电检测报警系统
题目要求：设计利用光电方法检测室内煤气泄露的光电报警系统，以避免煤气对人体损害，要求工作距离大于5m，视场角大于45 º，系统应具有便携性和泄露报警功能。
25.PM2.5浓度的光电检测系统
题目要求：设计利用光电方法检测标准状况下大气PM2.5灰尘颗粒浓度的光电检测系统，要求测量范围10～100mg/m3，测量精度1mg/m3，系统应具有显示和数据输出功能。
26.1Km半导体激光测距仪
题目要求：利用半导体激光器设计近地大气环境下工作的激光测距系统，测距范围1000m，测距精度优于1m，系统应具有显示和数据输出功能。
27.汽车光电导航系统设计
题目要求：设计机动车辆的光电导航系统，以实现市区有明确交通标识情况下机动车的自动导航，要求工作条件车辆时速小于40Km/h，视场角大于45º，系统应具有方向判别，超速提示及显示等功能。
28.光电语音检测及声源定位系统设计
题目要求：设计光电监测系统，以实现室外对室内语音的光电检测，及主要声源的定位功能，要求工作距离应大于50m，定位精度优于1m，系统应具有声音同步还原功能，声源移动同步显示功能。
29.数字显微镜的光电探测硬件设计
题目要求：设计显微镜的光电检测硬件，以实现显微放大后目标的图像获取功能，要求40X 物镜下，物面分辨率优于0.001mm，图像获取频率优于25Hz，系统应包含标定环节，具有显示功能。
30.金属工件粗糙度检测技术
题目要求：设计金属工件表面粗糙度的光电检测方法，要求取样长度0.8mm，测量范围RA：0.05～10μm，Rz：0.2～100μm，测量精度优于5%，工作距离3～30mm，系统应包含标定环节，具有显示功能。