光电检测复习

第一章

1、什么是光电检测：采用不同的手段和方法获取信息，运用光电技术的方法来检验和处理信息，从而实现各种几何量和物理量的测量，称为光电检测。

2、构成：辐射源，光学系统，光电系统，电子学系统，计算机系统

第二章

1、什么是光电效应？光电效应：当光照射到物体上，使物体发射电子，或电导率发生变化、或产生光电动势等，这种因光照而引起物体电学特性的改变统称为光电效应

外光电效应（光电子发射效应）被光激发产生的电子逸出物质表面，形成真空中的电子的现象 内光电效应

被光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内部运动，使物质的电导率发生变化或产生光生电动势的现象 内光电效应有：光电导效应、光生伏特效应等

2、什么是光电导效应？

光电导效应：因光照使半导材料中导带内的电子和价带内空穴浓度增加（即电子—空穴对增加），从而使电导率变大

光生伏特效应：光伏现象——半导体材料的“结”效应 。PN 结的形成：扩散（多子）与漂移（少子）相平衡

光电池、 光电二极管、 光电晶体管、光电场效应管、PIN 管、 雪崩光电二极管、 阵列式光电器件、象限式光电器件、位置敏感探测器（PSD ）、电荷耦合器、光电耦合器件等

3、由于载流子迁移率的差别产生受照面与遮蔽面之间的伏特现象称为丹倍效应。

半导体部分遮蔽、部分光照，载流子向遮蔽区扩散；电子迁移率大于空穴迁移率，遮蔽区积累电子+光照区积累空穴；形成光生伏特现象。

4、磁光效应：丹倍效应+载流子的洛伦兹偏转

5、半导体对光的吸收 半导体吸收光子的能量使价带中的电子激发到导带，在价带中留下空穴，产生等量的电子与空穴，这种吸收过程叫本征吸收。

非本征吸收包括杂质吸收、自由载流子吸收、激子吸收和晶格吸收等。

杂质吸收：杂质能级上的电子（或空穴）吸收光子能量从杂质能级跃迁到导带（空穴跃迁到价带），这种吸收称为杂质吸收。杂质吸收的波长阈值多在红外区或远红外区。

自由载流子吸收：导带内的电子或价带内的空穴也能吸收光子能量，使它在本能带内由低能级迁移到高能级，这种吸收称为自由载流子吸收，表现为红外吸收。

第五章

1、任何两组（或多组）几何线族的叠合均能产生按新规律分布的莫尔条纹

2、莫尔条纹特性

方向性：垂直于角平分线 → 与光栅移动方向垂直

同步性：光栅移动一个栅距 → 莫尔条纹移动一个间距

准确性：误差平均效应 → 克服个别/局部误差 → 提高精度

放大性：夹角θ很小 → B>>W → 光学放大 → 提高灵敏度

3、当光栅相对移动一个节距W 时，条纹移动一个宽度周期B 。

4、红光波段内的辐射称为辐射信号

5、主动式辐射：辐射光照射目标，然后由目标反射。如：制导或主动式夜视系统。 θ

ω=B

6、被动式辐射：被测对象本身的辐射或借助于自然光的辐射。如：测温、搜索目标，以及被动式夜视系统等。

7、调制盘：将可见光的幅度或相位变为周期信号，即将空间分布的二维辐射信号变成一维的时间信号。

调制信号的作用：

将缓变信号变为交变信号；

可以减少背景信号的影响，达到过滤背景的作用；

可以消除探测器和前置放大器的低频噪声；

可以判别辐射信号的幅值和相位。

调制盘的类型：

幅度调制盘、相位调制盘和频率调制盘。

第六章

1、在简单偏置电路中，当偏置电阻RL>>光敏电阻R时，流过光敏电阻的电流基本不变，此时的偏置电路称为恒流电路。

2、在简单偏置电路中，当偏置电阻RL>>光敏电阻R时，流过光敏电阻的电流基本不变，此时的偏置电路称为恒流电路。

3、视频信号二值化处理电路阈值法（固定阈值法、浮动阈值法）微分法

第七章

1、光学相关检测是微弱信号检测的一种主要方法之一。

2、相关接收

相关接收就是应用信号周期性和噪声随机性的特点，通过自相关或互相关的运算，达到去除噪声的一种技术。实际上，相关检测器就是计算相关函数的检测仪器。

3、

第八章

1、外形尺寸检测先将长度量通过光学元件变成光学量（光通量或光脉冲数），通过光电器件将光学量变成电量，这个反映被测量（或误差）的电量通过电子技术实现自动测量和控制。

2、什么是逆向工程？

正向工程：产品功能需求绘制设计图制造装配完整产品

逆向工程定义:

将实物转变为CAD模型相关的数字化技术,几何模型重建技术和产品制造技术的总称

将已有产品转化为工程设计模型,在此基础上进行解剖,深化和再创造的过程

第九章

1、位移量检测：：通过传感器将位移量转换成脉冲数字量，然后进行信号处理。

位移量直线位移、角位移

转换原理磁电式（如磁栅传感器）、电磁式（如感应同步传感器）、光电式（如光栅传感器）

2、光学陀螺：一种利用Sagnac效应来测量物体相对于惯性空间的角速度或转角的光学仪器

3、激光测距有脉冲法、相位法和脉冲—相位法。脉冲法精确度低，而相位法精确度高。

第十章

1、光电外观检测指用光电技术方法对产品或零部件的外观质量进行检测。外观质量通常包括几何缺陷（疵病）程度、表面粗糙度、颜色以及锈斑、污点等表面质量。

2、光电变换器光源选择

对光源的要求有以下两点：

1）要求光源与光电器件的光谱相匹配。一般钨丝灯光源适用于硅光电器件、PDS光敏电阻等。

2）要有一定的光强且稳定可靠。对稳定性要求不高的外观检测可以采用脉冲光源或脉冲交流电源；对光源强度要求稳定性很高的外观检测电路，最好用直流稳压供电。

第十一章

1、什么是光纤检测？

光纤检测是以光作为检测信息的载体，用光纤作为传递检测信息的媒质的一种检测技术。

光纤检测的特点

①电绝缘性能好，不会漏电打火。

②抗电磁干扰能力强。

③耐高温、高压、腐蚀。

④高灵敏度。

⑤容易实现对被测信号的远距离监控。

光纤检测可测量位移、速度、加速度、液位、应变、压力、流量、振动、温度、电流、电压、磁场等物理量

2、几何光学法

结论：满足全反射条件的光束能够在光纤中传输

注意：几何光学法比较直观，但并不十分严格

3、解麦克斯韦方程组法

4、光纤作为传输介质的优缺点

1）现代光纤具有极低的传输损耗，低的为0.2dB/km。

2）具有较大的频带宽度。

3）抗电磁干扰和避免接地回路问题，防止光纤间串扰，并可增大电磁的安全性。

4）可利用丰富的硅、磷、锗、硼等物质来制造。

5）光纤是高强度抗断裂材料，具有体积小、重量轻及韧性好等优点。

缺点是应变的效果还不很清楚；核辐射可使传输损耗增加，这将使有关的防御系统受到损害；小尺寸的光纤在加工和相互连接方面也增加了机械加工的难度。

5、根据光受被测对象的调制方式分类

1）强度调制型光纤传感检测

折射率、吸收或反射等参数的变化，而导致光强度变化

2）偏振调制型光纤传感检测

利用法拉第效应，泡尔效应导致光偏振态的变化

3）频率调制型光纤传感检测

利用多普勒效应引起光频率的变化

4）波长调制型光纤传感检测

利用被测参量改变光纤中的波长

5）相位调制型光纤传感检测

利用光相位变化，而导致干涉光强的变化

6、根据光纤在传感器中的作用

1）功能型（传感型）光纤传感检测（选单模光纤）

利用对外界信息具有敏感能力和检测能力的光纤(或特殊光纤)作传感元件，将“传”和“感”合为一体的传感检测器。

2）非功能型（传光型）光纤传感检测（选多模光纤）

光纤仅起导光作用，只“传”不“感”，对外界信息的“感觉”功能依靠其他物理性质的功能元件完成。