光电检测技术复习七(光电信息变换)
光电检测技术与应用期末考试复习资料
26、 外差检测：a、外差检测增益高，b、微弱光线下，外差检测表现出十分高的转换 增益，c、光外差检测方式具有天然检测微弱信号的能力。 27、 外差检测输出电流包含有信号光的振幅、 频率和相位的全部信息， 这是直接检测所 做不到的。 28、 信噪比用来衡量其质量的好坏，其灵敏度的高低与此密切相关。 29、 直接检测方法不能改善输入信噪比。 30、 对应检测电路的不同工作状态，频率特性可有不同的简化形式。 31、 在保证所需检测灵敏度的前提下获得最好的线性不失真和频率不失真是光电检测 电路设计的两个基本要求。 32、 检测电路频率特性的设计包括：a、确定信号的频谱分布，b、确定多级光电检测 电路的允许通频带宽和上限截止频率，c、确定单级检测电路的阻容参数。 33、 光敏电阻与其他半导体光电器件相比，有以下特点：a、光谱响应范围宽，b、工 作电流大，可达数毫安，c、所测的光电强度范围宽，即可测弱光也能侧强光。d、灵敏 度高，e、无选择极性之分，使用方便。 34、 硅光电二极管与硅光电池相比，前者掺杂浓度低。 35、 光生伏特效应是指光照射在半导体 PN 结或金属和半导体的接触面上时，会在 PN 结或金属半导体接触面上产生光生电动势的现象，属于内光电效应。 36、 光电检测电路设计的原则： 保证光电器件和后续电路的最佳工作状态， 基本要求： a、灵敏的光电转换能力，b、快速的动态响应能力，c、最佳的信号检测能力，d、长期 工作的稳定性和可靠性。 37、 条形码识别：a、要求建立一个光学系统，b、要求一个接受系统能够采集到光点 运动时打在条形码条符上反射回来的反射光，c、要求一个电子电路将接受到的光信号 不失真的转换成电脉冲。 38、 L=（1） （2） （ 3） （4）第一个括号是目标辐射特性及大气透过率对作用距离的影响， 第二和第三个括号是表示光学系统及检测器特性对作用距离的影响，第四个括号是信息 处理系统对作用距离的影响。 39、 φ=Ad/f²，增大视场角φ时，可增ห้องสมุดไป่ตู้检测器面积或减小光学系统的焦距，这两个方 面对检测系统的影响都是不利的：a、增加检测器的面积意味着增大系统的噪声，b、减 小焦距使系统的相对孔径加大，这也是不允许的，另一方面视场角增大后引入系统的背 景辐射也增加，使系统灵敏度下降。 40、 硅光电池的负载特性：a、光电流在弱光下与光照度呈线性关系，b、光照增加到 一定条件时光电流趋于饱和，c、负载大的时候更易出现 饱和，要获得较大的线性度负载不能太大。
第7章光电信息变换下
①光学多普勒（Doppler）差频检测 光学多普勒（ ） 多普勒效应——运动物体能改变入射于其上的波动性质的 多普勒效应 运动物体能改变入射于其上的波动性质的 现象。 现象。 V0(rs-r0) V0 多普勒频移∆f=f -f =V (r -r )/λ 多普勒频移
s 0 0 s 0
物体速度
可推出
PD rs-r0 散射光 θ fs
用单一光电器件检测干涉条纹可以在较小的空间 进行。 进行。检测对象一般是干涉条纹的波数或相位随 时间的变化。适用于测量物体整体位移或速度。 时间的变化。适用于测量物体整体位移或速度。 ①干涉条纹光强检测法
利用干涉仪的光干涉， 利用干涉仪的光干涉，以光电器件直接检测条纹的光强变 化来实现测量。 化来实现测量。 用光电接收器检测干涉条纹时， 用光电接收器检测干涉条纹时，光电信号不仅取决于条纹 的光强对比， 的光强对比，而且决定于接收器的光阑尺寸和干涉条纹之 间宽度的比例关系。 间宽度的比例关系。
从信息处理的角度来看，干涉测量实质上是待测 从信息处理的角度来看， 信息对光频载波的调制和解调的过程。 信息对光频载波的调制和解调的过程。各种类型 的干涉仪器或干涉装置是光频波的调制器和解调 器。可用最常见的干涉仪来说明这个模型。 可用最常见的干涉仪来说明这个模型。
2.单频光相干的条纹检测 2.单频光相干的条纹检测
7.4.1 干涉方法的光电信息变换
1. 光电干涉测量技术 各种干涉现象都是以光波波长为基准， 各种干涉现象都是以光波波长为基准，与形成它的外部几 何参数包括长度、距离、角度、面形、微位移、 何参数包括长度、距离、角度、面形、微位移、运动方向 和速度、传输介质等存在着严格的内在联系。 和速度、传输介质等存在着严格的内在联系。
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光电检测技术及应用复习
第1章 绪论1、物质、能量和信息是人类发展的三大基本要素。
2、物质是基础，世界是由物质组成的；能量是一切物质运动的动力；信息是客观世界与主观认识相结合的产物。
3、信息技术是一种综合技术，它包括四个基本内容：即感测技术、通信技术、人工智能与计算机技术以及控制技术。
4、感测技术：包括传感技术和测量技术以及遥感、遥测技术；通信技术：它的作用是传递、交换和分配信息，可以消除或克服空间上的限制，使人们能更有效地利用信息资源；人工智能与计算机技术：它使人们能更好地加工和再生信息；控制技术：它的作用是根据输入的指令，对信息状态实施干预。
5、在当今时代，信息技术还包括微电子信息技术、光电信息技术等。
核心是微电子信息技术。
光电信息技术是将电子学与光学浑然一体的技术，是光与电子转换及其应用的技术。
光电检测技术是光电信息技术的主要技术之一，是利用光电传感器实现各类检测，即将被测量转换成光通量，再将光通量转换成电量，并综合利用信息传送技术和信息处理技术，最后完成对各类物理量进行在线和自动检测。
6、差动测量法：调制盘的一半开通，另一半安装反射镜。
当调制盘转动时，一束光变成两束光，即21ΦΦ和是交替的。
将标准尺寸的工件放入工作位置，调整光楔，使21Φ=Φ，使微安表读数为“0”。
工件尺寸无误差时，21Φ=Φ；当工件尺寸变小时，21Φ>Φ；当工件尺寸变大时，21Φ<Φ。
7、相敏检波器的核心是一个乘法器和一个滤波器。
相敏检波器可以用来测幅，也可以用来测相，还可以将高频信号变成中频信号（只要使2121f f >=，θθ，就可得到差频信号）。
8、双光路测量可以消除杂散光、光源波动、温度变化和电源电压波动带来的测量误差，使测量精度和灵敏度大大提高。
9、（P206）锁相放大器：是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。
它利用和被测信号有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些与参考信号同频（或倍频）、同相的噪声分量有响应。
光电信息变换
2. 信息载荷于透明体的方式
如图7-1(b)所示，为信息载荷于透明体中的情况。在 这种情况下，信息可为透明体的透明度，透明体密度的分 布，透明体的厚度，透明体介质材料对光的吸收系数等都 为载荷信息的方式。 提取信息的方法常用光通过透明介质时光通量的损耗 与入射通量及材料对光吸收的规律求解。即
0 e
这种方式除上述应用外，还可应用于电视摄像、文 字识别、激光测距、激光制导等方面。
4. 信息载荷于遮挡光的方式
如图7-1(d)所示为信息载荷于遮挡光的方式，物体部分或 全部遮挡入射光束，或以一定的速度扫过光电器件的视场， 实现了信息载荷于遮挡光的过程。 例如，设光电器件光敏面的宽度为b，高度为h，当被测物 体的宽度大于光敏面的宽度 b 时，物体沿光敏面高度方向 运动的位移量为 Δ l ，则物体遮挡入射到光敏面上的面积 变化为 Δ A=bΔ l 变换电路输出的面积变化信号电压为 Δ U=EΔ Aξ =E bξ Δ l （7-10） （7-9）
式中，m为光学系统的调制度，τ为光学系统的透过滤， S为光电器件的灵敏度， G为变换电路的变换系数， K为 放大器的放大倍数，ξ= mτSGK称为系统的光电变换系数。 将式(7-1)代入式(7-2)得
US=ξεσT4
（7-3）
表明变换电路输出的电压信号US是温度T的函数，温度 变化必然引起电压的变化。因此，通过测量输出电压， 并进行相应的标定就能够测出物体的温度。
根据这一原理，用这种方式可以对光滑零件表面的 外观质量进行自动检测。
在检测产品外观质量时，变换电路输出的疵病信号 电压
US=E(r1-r2)Bξ
（7-8）
式中E为被测表面的照度，r1为正品（无疵病）表面的 反射系数，r2为疵病表面的反射系数，B为光电器件有 效视场内疵病所占的面积，ξ 为光电变换系数。由式 （7-8）可知，当E，r1和ξ 已知时，输出电压US是r2和 B的函数，因此，可以通过输出信号电压US的幅度判断 表面疵病的程度和面积。
《光电检测技术》考试复习重点
《光电检测》复习精华第一章 光辐射物理基础1、基本光辐射度量单位：J （辐射能）、W （辐射功率）基本光度量单位：lm （光通量）、cd （发光强度）、lx （光照度）2、朗伯余弦定律：辐射源单位面积向某方向单位立体角发射（或反射）的辐射功率，与该方向及表面法线的余弦成正比。
3、基尔霍夫定律：在任一给定温度的热平衡条件下，任何物体的辐出度与其吸收比的比值等于辐射源在它上面的辐照度，该比值与物体的温度和物体被照射的辐射波长有关，与物体本身的性质无关，是物体波长和温度的普适函数。
4、斯忒蕃-玻尔兹曼定律：M b =σT 4.维恩位移定律：λm T=b=2897.8μm ·K5、腔形黑体源一般有三种基本腔形：锥形腔、柱形腔和球形腔。
6、探测目标或识别对象的辐射称为目标辐射，探测目标或识别对象以外的辐射称为背景辐射。
7、受激辐射过程：处于高能态的原子由于受外界光子激发向低能态跃迁而发射光子的过程，称为受激辐射过程。
8、【简答】激光形成过程：①受激吸收；②形成粒子数反转；③受激辐射；④光学谐振腔对受激光辐射的加强作用。
9、激光辐射的四个特点：高方向性、高亮度和高功率辐射密度、高单色性、高相干性。
10、按激光工作物质分：有固体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器。
11、光辐射在媒质内传输中，会因插入媒质的表面辐射、内部吸收和散射等过程而衰减。
12、【简答】空间滤波的原理：P40。
13、调制盘按照扫描方式分类，可分为旋转式、圆锥扫描式和圆周平移式三类。
14、【计算】P5215、【简答】吸收比和吸收系数定义有什么差别？P52（P23）。
吸收比：被媒质内部吸收的功率与入射辐射功率的比值。
吸收系数：媒质吸收引起辐射功率减少的相对值dP/P ，与辐射在媒质内传播的距离成正比，即x PP d d α=−，在这里α称为材料的吸收系数。
第二章 光辐射探测器1、依光辐射与物质相互作用原理的不同可把光辐射探测器分为光子探测器和热探测器两大类。
光电技术复习资料
1.半导体对光的吸收可分为本征吸收，杂质吸收，激子吸收，自由载流子吸收和晶格吸收。
2.光与物质作用产生的光电效应分为内光电效应与外光电效应两类。
3. 发光二极管(LED)是一种注入电致发光器件，他由P型和N型半导体组合而成。
其发光机理可以分为PN结注入发光与异质结注入发光两种类型。
4. 光电信息变换的基本形式信息载荷于光源的方式，信息载荷于透明体的方式，信息载荷于反射光的方式，信息载荷于遮挡光的方式，信息载荷于光学量化器的方式，光通信方式的信息变换。
D电极的基本结构应包括转移电极结构，转移沟道结构，信号输入单元结构和信号检测单元结构。
1. 对于P型半导体来说，以下说法正确的是 （D）A 电子为多子B 空穴为少子C 能带图中施主能级靠近于导带底D 能带图中受主能级靠近于价带顶2. 下列光电器件, 哪种器件正常工作时需加100-200V的高反压 （C）A Si光电二极管B PIN光电二极管C 雪崩光电二极管D 光电三极管3. 对于光敏电阻，下列说法不正确的是： （D）A 弱光照下，光电流与照度之间具有良好的线性关系B 光敏面作成蛇形，有利于提高灵敏度C 光敏电阻具有前历效应D 光敏电阻光谱特性的峰值波长，低温时向短波方向移动4. 在直接探测系统中, (B)A 探测器能响应光波的波动性质, 输出的电信号间接表征光波的振幅、频率和相位B 探测器只响应入射其上的平均光功率C 具有空间滤波能力D 具有光谱滤波能力5. 对于激光二极管（LD）和发光二极管（LED）来说，下列说法正确的是（D）A LD只能连续发光B LED的单色性比LD要好C LD内部可没有谐振腔D LED辐射光的波长决定于材料的禁带宽6. 对于N型半导体来说，以下说法正确的是 （A）A 费米能级靠近导带底B 空穴为多子C 电子为少子D 费米能级靠近靠近于价带顶7. 依据光电器件伏安特性, 下列哪些器件不能视为恒流源: （D）A 光电二极管B 光电三极管C 光电倍增管D 光电池8. 硅光二极管在适当偏置时，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。
光电检测技术期末试卷试题大全复习资料
1、光电器件的基本参数特性有哪些?（响应特性噪声特性量子效率线性度工作温度）@响应特性分为电压响应度电流响应度光谱响应度积分响应度响应时间频率响应@噪声分类：热噪声散粒噪声产生-复合噪声 1/f噪声信噪比S/N 噪声等效功率NEP2、光电信息技术是以什么为基础，以什么为主体，研究和发展光电信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用。
（光电子学光电子器件）3、光电检测系统通常由哪三部分组成（光学变换光电变换电路处理）4、光电效应包括哪些外光电效应和内光电效应）外光电效应：物体受光照后向外发射电子——多发生于金属和金属氧化物。
内光电效应：物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部——多发生在半导体。
内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。
光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减少的现象。
光生伏特效应：光照在半导体PN结或金属—半导体接触面上时，会在PN结或金属—半导体接触的两侧产生光生电动势。
5、光电池是根据什么效应制成的将光能转换成电能的器件，按用途可分为哪几种？（光生伏特效应太阳能光电池和测量光电池）6、激光的定义，产生激光的必要条件有什么？（定义：激光是受激辐射的光放大粒子数反转光泵谐振腔）7、热释电器件必须在什么样的信号的作用下才会有电信号输出？（交变辐射）8、CCD是一种电荷耦合器件，CCD的突出特点是以什么作为信号，CCD的基本功能是什么？（电荷 CCD的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。
）9根据检查原理，光电检测的方法有哪四种。
（直接作用法差动测量法补偿测量法脉冲测量法）10、光热效应应包括哪三种。
（热释电效应辐射热计效应温差电效应）11、一般PSD分为两类，一维PSD和二维PSD，他们各自用途是什么？（一维PSD主要用来测量光点在一维方向的位置；二维PSD用来测定光点在平面上的坐标。
）12、真空光电器件是基于什么效应的光电探测器，它的结构特点是有一个真空管，其他元件都在真空管中，真空光电器件包括哪两类。
光电测试技术复习资料
PPT中简答题汇总1. 价带、导带、禁带的定义及它们之间的关系。
施主能级和受主能级的定义及符号。
答：价带：原子中最外层电子称为价电子，与价电子能级相对应的能带称为价带；E V(valence)导带：价带以上能量最低的允许带称为导带；E C(conduction) 禁带：导带与价带之间的能量间隔称为禁带。
Eg(gap) 施主能级：易释放电子的原子称为施主，施主束缚电子的能量状态。
E D(donor)受主能级：容易获取电子的原子称为受主，受主获取电子的能量状态。
E A( acceptor )2. 半导体对光的吸收主要表现为什么？它产生的条件及其定义。
半导体对光的吸收主要表现为本征吸收。
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。
产生本征吸收的条件：入射光子的能量( h V要大于等于材料的禁带宽度Eg3. 扩散长度的定义。
扩散系数和迁移率的爱因斯坦关系式。
多子和少子在扩散和漂移中的作用。
扩散长度：表示非平衡载流子复合前在半导体中扩散的平均深度。
扩散系数D (表示扩散的难易)与迁移率卩(表示迁移的快慢)的爱因斯坦关系式：D=(kT/q)卩kT/q为比例系数漂移主要是多子的贡献，扩散主要是少子的贡献。
4. 叙述p-n 结光伏效应原理。
当P-N结受光照时，多子(P区的空穴，N区的电子)被势垒挡住而不能过结，只有少子( P 区的电子和N 区的空穴和结区的电子空穴对)在内建电场作用下漂移过结,这导致在N 区有光生电子积累，在P 区有光生空穴积累，产生一个与内建电场方向相反的光生电场，其方向由P区指向N区。
5. 热释电效应应怎样解释？热释电探测器为什么只能探测调制辐射？在某些绝缘物质中，由于温度的变化引起极化状态改变的现象称为热释电效应。
因为在恒定光辐射作用下探测器的输出信号电压为零，既热释电探测器对未经调制的光辐射不会有响应。
6. 简述红外变象管和象增强器的基本工作原理。
第七章 光电信息变换.
7.5.1 调制的基本原理与类型
1. 光电信息调制的分类 （2）按载波波形和调制方式分类： ①直流载波调制：不随时间而只随信息变化的调制。 ②交变载波调制：载波随时间周期变化的调制。
交变载波又分为连续载波和脉冲载波方式： 连续载波调制方式包括调辐波、调频波、调相波； 脉冲载波调制方式包括脉冲调宽、调幅、调频。
包含被测信息 的相干光调制
作为基准的本 机振荡光波
光学混频
光电检测 系统
差频信号（拍频）
差频检测的优点：灵敏度高、输出信噪比高、精度高、 探测目标的作用距离远等。
§ 7.4 物理光学法的光电信息变换
一、干涉方法的光电信息变换 3.双频光相干的差频检测
包含被测信息 的相干光调制
作为基准的本 机振荡光波
当激光束扩束成为平行光照射到被测物体时，会形成由干涉 条纹组成的平面干涉图像。它反映了被测物面微观面形的几何参 量的变化，是二维空间单频光的相位调制。
§ 7.4 物理光学法的光电信息变换
一、干涉方法的光电信息变换 2.单频光相干的条纹检测
位移、运动或面形
窄光束或平行的单频光
光电系统
干涉图样相位随时 间的变换
一、光电信息变换的基本形式 6. 光通信方式的信息变换
信息首先对光源进行调制，发出载有各种信息的光信号，通 过光纤传送到目的地，再通过解调器还原信息。广泛用于声音 和视频图像等信息通信中。
§7.1 光电信息变换的分类
二、光电信息变换的类型
光电信息变换和信息处理方法可分为2类：一类称为模拟量的 光电信息变换；另一类称为数字量的光电信息变换，例如后2种变 换方式。
F = f(Q)
§ 7.3 几何光学法的光电信息变换
光电检测技术复习(汇总)
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我的老师说过：光电技术人员应具备不怕黑、不怕冷、不怕密闭的专业素质.
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基本特性 光敏电阻的基本特性参数包括光电特性、 伏安特性、 温度特性、 时间响应、 光谱响应等。 1) 光电特性--电导随光照量变化越大的光敏电阻就越灵敏 定义光敏电阻 γ 值时必须说明其照度范围，否则 γ 值没有实际意义。 光敏电阻的 γ 值反映了在照度范围变化不大或照度 的绝对值较大甚至光敏电阻接近饱和情况下的阻值 与照度的关系。 2) 温度特性 光敏电阻为多数载流子导电的光电器件，具有复杂 的温度特性。 降低或控制光敏电阻的工作温度是提高光敏电阻工作 稳定性的有效方法。这对长波长红外辐射的探测极为 重要。 温度升高导致： 载流子的定向移动性变差，大量的光生载流子热运 动剧烈发生复合。 半导体、光生伏特效应也是此温度特性。 3) 时间响应（惯性，与入射辐射信号的强弱有关）
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6) 光电二极管与电子二极管的区别？ 光电二极管 流动 电子流向 流动少子，电流弱 加反向偏压， 增大内建电场 电子二极管 流动多子，电流强 加正向偏压，抵消内建电场
问题六 常见器件名称英文缩写全称 PMT： Photo-multiple tube 光电倍增管 APD： Avalanche Photo Diode 雪崩光电二极管 PSD： Position Sensing Detector 光电位置敏感器件 CCD： Charge-coupled Device 电荷耦合元件 CMOS：Complementary Metal Oxide Semiconductor 互补金属氧化物(PMOS 管和 NMOS 管)共同构成的互补型 MOS 集成电路制造工艺
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增大线宽，而不是长度
4. 光生伏特效应（重点） 1) 光生伏特效应是什么？ 基于半导体 PN 结基础上的一种将光 能转换成电能的效应。当入射辐射作 用在半导体 PN 结上产生本征吸收时， 价带中的光生空穴与导带中的光生电 子在 PN 结内建电场的作用下分开， 并分别向如图 1-11 所示的方向运动， 形成光生伏特电压或光生电流的现象。 2) PN 结形成过程中载流子的流动？ i. P 区空穴为多子，电子为少子，空穴浓度高，N 区相反，在浓度 梯度的牵引下，P 区空穴向 N 区移动，N 区电子向 P 区移动，扩 散过程中伴随着复合； ii. 形成内建电场，方向 N->P，内建电场阻碍扩散运动的进一步进 行，将空穴导向 P 区，电子导向 N 区； iii. 内建电场力 = 扩散力，二者达到动态平衡，中间区域形成少数 载流子移动的区域， 称为耗散区， 为光生载流子的捕捉和探测提 供场所。
光电检测与技术知识点总结
光电检测与技术知识点总结
光电检测是通过光电传感器将光信号转化为电信号进行检测和测量的技术。
1. 光电传感器的分类：
- 光电开关：通过光电传感器的发射器和接收器之间的光束被遮挡或被恢复来触发开关动作。
- 光电传感器：通过光电传感器接收到的光信号的变化来检测目标物体的位置、颜色、形状等信息。
- 光电编码器：通过光电传感器接收到的光信号的脉冲数来测量目标物体的位置、速度等。
2. 光电传感器的原理：
- 光电开关：通过发射器发出的光束被目标物体遮挡或恢复，经过接收器接收后产生电信号，通过比较电信号的强弱来触发开关动作。
- 光电传感器：通过接收器接收到的光信号的强度、频率、相位等来检测目标物体的位置、颜色、形状等信息。
- 光电编码器：通过接收器接收到的光信号的脉冲数来测量目标物体的位置、速度等。
3. 光电传感器的应用领域：
- 工业自动化：用于物体检测、测量、计数等。
- 机器人技术：用于机器人的位置感知、障碍物检测等。
- 电子设备：用于手机、相机等设备的亮度感应、手势识别等。
- 安防监控：用于人体检测、入侵报警等。
4. 光电传感器的特点：
- 非接触式检测：光电传感器不需要与目标物体直接接触，可以在一定距离上进行检测。
- 高精度：光电传感器可以实现微小物体的检测和测量。
- 快速响应：光电传感器的响应时间通常在毫秒级别，适用于高速检测。
- 高稳定性：光电传感器的输出信号稳定，不受环境干扰影响。
以上是光电检测与技术的一些基础知识点总结，希望对您有帮助。
光电检测复习
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。
光电检测与技术知识点总结
光电检测与技术知识点总结一、光电检测基础知识1. 光电效应：光子射入物质时，将能量传递给物质，或者将物质中的粒子激发出来。
前者称为光吸收，后者称为光发射。
2. 光电效应分类：外光电效应、内光电效应和光热效应。
3. 光电效应的应用：光电管、光电倍增管、光电摄像管等。
二、光电检测技术基础1. 光电检测器的分类：根据工作原理，可分为外光电效应检测器、内光电效应检测器和光热效应检测器。
2. 光电检测器的工作特性：光谱响应、频率响应、线性范围、探测率和噪声等。
3. 常用光电检测器：光电二极管、光电晶体管、光电池、光电倍增管等。
三、光电检测系统1. 光电检测系统的基本组成：光源、被测物、光电检测器、信号处理电路和显示设备。
2. 光电检测系统的应用：测量长度、测量角度、测量速度、测量温度等。
3. 光电检测系统的误差来源：光源的不稳定性、光学系统的误差、探测器噪声和信号处理电路的误差等。
四、常用光电检测技术1. 红外线检测技术：利用红外线的热效应，可以测量物体的温度和辐射功率。
红外线传感器有热敏电阻、热电偶等。
2. 激光雷达技术：利用激光的反射和散射，可以测量物体的距离和形状。
常用的激光雷达有脉冲式和连续波式两种。
3. 光纤传感器技术：利用光纤的传光特性，可以测量物体的位移、压力和温度等物理量。
光纤传感器有折射率型、光强调制型和光相位调制型等。
4. 图像传感器技术：利用图像传感器将光学图像转换为电信号，可以测量物体的尺寸和形状。
常用的图像传感器有CCD和CMOS两种。
5. 色彩传感器技术：利用色彩传感器测量物体的颜色和色差，可以应用于颜色识别和颜色检测等方面。
常用的色彩传感器有RGB和CMYK两种。
光电检测复习重点
光电检测复习重点思考题与习题1. 简述常⽤光电信息转换器件的名称，原理，主要特性和实⽤输出电路。
2. 发光⼆极管⼯作时加正向还是反向电压？它输出的光强由什么控制？发光⼆极管和光敏⼆极管电路中的电阻R各起什么作⽤？3．请在光电继电器的亮通控制电路中加⼊施密特触发器电路，并分析其结果，画出当照射光为矩形脉冲时电路各点的电压波形图。
4．请⽤电⼦开关设计⼀个光控电路，要求低压区和⾼压区完全隔离，⽽且能控制⼤功率器件⼯作。
5．在光电测长仪中（图4.1.2－10），如平台⾮单向移动时计数器就要误计脉冲⽽造成测量误差，请设计⼀个⽅案来校正此误差。
6.如何⽤两台摄像机进⾏测距？设定对应点在两画⾯中的位置和两摄像机的⼏何位置，画出⼏何图形并推导出计算公式。
7．试设计⼀个机器⼈视觉系统中⽤光投影法测距的⽅案，叙述原理，画出对应的波形图和电⼦线路图。
8．试设计⼀个⽤于⽔下作业的光纤开关系统，⽤双向可控硅控制⽤电器。
请画出全部电⼦线路图。
9．试⽤光电元器件实现以下功能（画出电路图）（1）光致发光。
（2）光⽌发光。
（3）光照开启门电路。
（4）光照关闭门电路。
（5）传送带上⼩物体计数电路（画出结构图和电路图,标明杂光⽅向）。
（6）传送带上⼤物体计数电路（画出结构图和电路图,标明杂光⽅向）。
10. 试设计⼀个在线⾃动测长装置，即对传送带上运动物体进⾏⾃动测长。
要求：（1）叙述测长原理。
（2）画出结构原理框图。
（3）画出电⼦线路图。
（4）叙述提⾼测量精度的措施。
11. 画出⽤线阵CCD测量运动热钢板长度的结构⽰意图，叙述CCD测长的原理，画出CCD 测长的原理框图。
画出测量时CCD输出信号的波形，并设计出供计数器计数的放⼤⽐较整形电路。
12. 光控电焊眼罩⼯作原理如图4.2.1－11所⽰，当液晶屏P不通电时，液晶是透明.的，眼睛可以通过液晶屏看到焊点的情况。
当液晶屏P通电时,液晶发⽣偏转，透光度⼤⼤减⼩。
电焊光不会对眼睛产⽣危害。
第7章 光电信息变
物体的漫反射本身载荷物体表面性质的信息。例如反射系数
载荷表面粗糙度及表面疵病的信息。通过检测漫反射系数可以检
测物体表面的粗糙度，对光滑零件表面的外观质量进行自动检测。
在检测产品外观质量时，变换电路输出的疵病信号电压
U
s
0 e Cl
（7-6）
两边取自然对数后
lnUs=lnU0―μ Cl
度C、介质的厚度l有关信号。
（7-7）
将输出信号电压Us送入对数放大器后，便可以获得与介质的浓
利用此信号可以方便地得到介质的浓度C或介质的厚度l。可以 测量液体或气体的透明度（或混浊度），检测透明薄膜的厚度、均 匀度及杂质含量等质量问题。
在这类光电变换中，被测信息量Q通过光学变换量化为数字信 息（包括光脉冲、条纹信号和数字代码等），再经光电变换电路 输出。
模-数光电变换的信号输出为只有“0”和“1”（高、低电平）两
个状态的脉冲信号。脉冲的频率、间隔、宽度、相位等都可以载 荷信息。因此，这类光电变换电路的输出信号不再是电流或电压 的大小，而是数字信息量F。它与被测信息量Q的函数关系为
和视频图像等信息通讯中。
7.1.2 光电信息变换的类型
光电信息变换方法可分为2类：一类为模拟量的光电信息变换， 例如前4种变换方式；另一类为模-数量的光电信息变换，例如后2
种变换方式。
1. 模拟光电信息变换
被测的非电量信息（如温度、介质厚度、均匀度、溶液浓度、
位移量、工件尺寸等）载荷于光信息量时，以光通量的形式入射
路输出的电压信号为 US= mτSGKMe, λ=ξMe, λ (7-2)
光电检测技术复习知识点
光电检测技术复习题库
1、光电倍增管的增益？
2、滤波器的频带宽度？
3、相敏检波器的作用？
4、光敏二极管正常工作时需要加什么样的偏压？
5、四项交流信号？
6、光电耦合器件、光电倍增管等器件的缩写符号？
7、绝对黑体？
8、外光电效应中，发射出的光电子最大动能与光强是否有关，为什么？
9、什么是正向偏置电路？什么是反向偏置电路？什么是零伏偏置电路？
10、在外观检测中光源一般有哪几种？对光源的要求是什么？
11、视频信号处理方法？
12、正温度系数？负温度系数？哪些材料是正温度系数？哪些是负温度系数？
13、什么是临界角？
14、光纤中光传播的原理？
15、发光二极管的发光区？
16、什么是光电效应？光电效应的分类？
17、光电导效应？光生伏特效应？掌握光电器件属于那种效应。
18、CCD的工作原理及基本功能？
19、MOS结构表面势与哪些因素有关？是什么样的关系？
20、光纤的数值孔径？
21光电倍增管的结构及原理
22硅光电池的工作原理
23什么叫此病信号
24光电倍增管的构成与工作原理。
25视频信号二值化处理电路主要有几种方法？哪种更精确一些？
26什么是莫尔条纹？用光栅产生的莫尔条纹进行位移测量有哪些特点？
27激光是如何产生的。
产生激光的三个必要条件是什么？
28 在对背景信号空间滤波时，常利用调制盘进行滤波，当调制盘安装在接收机内时，设目
说明怎样才能滤去背景噪声？
29扫描式取样积分器的特点。
+课后习题。
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1
第七章 光电信息变换
问题一 光电信息变换的分类
1. 光电信息变换的分类:
✧ 根据信息载入光学信息的方式分为如图7-1所示的6种光电信息变换的基本形式； ✧ 根据光电变换电路输出信号与信息的函数关系分为模拟光电变换与模-数光电变
换。
2. 为克服直流放大器的零点漂移、环境温度影响和背景噪声的干扰，常采用光学调制
技术或电子斩波调制的方法将其变为交流信号，然后再解调出被测信息。
3. 信息载荷于反射光的方式
✧ 镜面发射在光电技术中常用作合作目标，用它来判断光信号的有无等信息的检测。
例如，在光电准直仪中利用反射回来的十字叉丝图像与原十字叉丝图像的重叠状况判断准直系统的状况；在迈克尔逊干涉仪中，动镜的位置信息载荷与迈克尔逊干涉条纹中，通过检测迈克尔逊干涉条纹的变化可以检测动镜位置的变化；用于测量物体的运动、转动的速度，相位等方面。
✧ 物体的漫反射本身载荷物体表面性质的信息，例如反射系数载荷表面粗糙度及表面
疵病的信息，通过检测漫反射系数可以检测物体表面的粗糙度及表面疵病的性质。
4. 光电信息变换的类型
光电信息变换和信息处理方法可分：
✧ 模拟量的光电信息变换，如前4种变换方式；
✧ 数字量的光电信息变换，如后2种变换方式。
问题二 光电变换电路的分类
光电变换电路输出信号的方式与光电信息的函数关系相一致，有模拟与模-数两种类型。
一、 模拟光电变换电路
1. 简单变换电路
1) 简单照度计的变换电路：不需要外接
电源的硒光电池照度计的变换电路
硒光电池的光谱响应曲线与人眼的
光视效率曲线非常接近，一般不必
考虑外加滤光器进行光谱修正。
2
2) （图7-4）具有温度补偿功能的光电变换电路，图中D 1为测光光电二极管，
D 2为补偿光电二极管，D 1、D 2及电阻、可变电阻器构成电桥。
i. 在背景光照下调整可变电阻器使电桥平衡，
输出电压表指示为“零”。
当测光光电二极
管光敏面上的光照度发生变化时，电桥失
去平衡，输出电压表将指示出光敏面上的
光照度。
ii. 补偿光电二极管D 2（特性与D 1极为接近）
被遮蔽并被与光电二极管D 1封装在同温槽
中。
两个光电二极管分别处于两个桥臂，
因温度变化引起的温度漂移基本相同，相互补偿，消除了温度对测量电路
造成的影响。
2. 具有温度补偿功能的光电检测电路
（图7-5）利用温度补偿电阻的光电测量电路，
将图7-3（b ）中的R L 电阻用热敏电阻代替，引入
负温度系数的热敏电阻对光电变换电路进行温
度补偿，构成具有温度补偿功能的光电检测电路。
3. 差分式光电变换电路
1) （图7-6）光电比色计：一种典型的差分式光电变换电路。
i. 实质为电桥差分式的光电变换电路；其中一路经被测溶液入射到测量光
电池D 1上，另一路经可调光光阑、反光镜到补偿光电池D 2上，由光电
池D 1与D 2构成电路为差分式光电变换电路。
2) 双光路差分式光电变换器
3) 另一种常用的双光路双器件光电变换器（图7-10）
这种光电变换方式又称为比较差接式光电变换器，常用于测色仪器。
测色仪的光源
3
发出的光，分为两路，一路经透镜照射在标准色板上，经标准色板反射后再汇聚到光电器件D 1上；另一路经透镜照射在被测样品上，经被测样品反射后再汇聚到光电器件D 2上。
4) 光外差式光电变换电路—主要用于微弱辐射信号的探测
i. 具有超过常规光电变换电路的灵敏度；
ii. 采用具有很强的方向性和频率选择性的激光为变换媒体，噪声带宽窄，信
噪比大；
iii. 在光通讯、激光雷达和红外技术领域得到广泛的应用。
4. 相干光学信息--以光波的时空相干性为基础，受被测信息调制的光波时空变换
形成和检测过程--光载波受待测信息调制和已调制光波解调再现为信息的过程。
问题三 思考题
4 2.(10分)图7-4到7-13中，挑一个图作为参考点，（核心）如何消除误差提高测量精度（定
标，相减）？。