光电检测技术与系统答案

光电检测技术与系统答案
【篇一：光电检测课后习题部分答案】
效应的工作原理.为什么光伏效应器件比光电导效应器件有更快的响应速度？答：（1）光生伏特效应的工作基础是内光电效应.当用适当波长的光照射pn 结时，由于内建场的作用（不加外电场），光生电子拉向n 区，光生空穴拉向p 区，相当于pn 结上加一个正电压. （2）光伏效应中，与光照相联系的是少数载流子的行为，因为少数载流子的寿命通常很短，所以以光伏效应为基础的检测器件比以光电导效应为基础的检测器件有更快的响应速度. 比较光电效应和光热效应在作用机理、性能及应用特点等方面的差异？
1. 光电效应：指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。

探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。

光子能量的大小，直接影响内部电子状态的改变。

特点：光子效应对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。

2. 光热效应：探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升,温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。

特点：原则上对光波频率没有选择性，响应速度一般比较慢。

（在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈，所以广泛用于对红外线辐射的探测。

第三章
3-14
3-25
3-26
第四章
4-2
4-3
4-4
第五章
1 、直接检测系统的基本原理是什么？为什么说直接检测又叫包络检测？
所谓光电直接检测是将待测光信号直接入射到光检测器光敏面上，光检测器响应于光辐射强度而输出相应的电流或电压。

光检测器输出的电流
第一项为直流项，若光检测器输出端有隔直流电容，则输出光电流只包含第二项，这就是包络检测的意思。

2、何谓莫尔条纹？应用几何光学原理解释，为什么说莫尔条纹测试技术具有光学放大作
用？若两块光栅相互重叠，并且使他们的栅线之间形成一个较小的夹角，当光栅对之间有相对运动时，透过光栅对看另一边的光源，就会发现有一组垂直于光栅运动方向的明暗相间的条纹移动，这就形成莫尔条纹。

第八章
8-1. 光电信号的二值化处理就是将光电信号转换成“ 0”或“ 1”数字量的过程。

将单元光电信号进行二值化处理方便微型计算机进行识别并对信号进行处理、存储、传输和控制等，单元光电信号的二值化处理方法有固定阈值法二值化处理和浮动阈值法二值化处理法。

8-3. 图（图8-4 ）中的阈值电压为从光源分得一部分光加到光电二极管上，光电二极管在适当的偏置下输出与光源的发光强度呈线性变化的电压信号，用这个电压信号作为阈值，即可得到随发光强度浮动的阈值uth 。

转移脉冲sh 的周期为行周期，当sh 下降沿到来后所有一行的信号才能被完全转移，并且将积分周期的信号依次输出。

二值化脉冲经过一定时间延时后的脉冲信号代表了背景光源的信息，所以将它作为阈值。

8-5. 在光电技术中经常需要对某些场景的光强度（或光照度）进行测量，并且要求以数字方式显示测量值（例如数字照度计），或送入计算机进行实时控制等处理，这种情况必须对单元光电信号进行a/d 数据采集。

（p195 图8-14 以及上面那段话）
第九章以锁相放大器为例，说明去除噪声改善检测信噪比的原理。

答：锁相放大器包括信号通道、参考通道、相敏检波三个部分。

参考信号与被测信号为同频同相的交变信号，经相敏检波后输出信号为直流信号。

噪声和干扰信号只有当与参考信号同频同相时才可能输出直流信号并与被测信号叠加，而这样的几率是非常非常小的。

因此，锁相放大器去除噪声改善信噪比的原理是：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【篇二：光电检测技术与应用考试题】
信息技术和微电子技术一样，是一种（渗透）性极强的综合技术，是以光集成技术为有关点学元、器件制造的（应用）技术。

2. （光学）变换与光电转换是广电（测量）的可信部分。

3. 光电式发动机转速传感器一般安装载（分电器）内或（曲轴）
前段，由信号发生器和带光孔德信号盘组成。

4. 外光电效应是指受到（光辐射）的作用后，产生（电子）发射的现象。

5. 光敏电阻具有体质小、坚固耐用、价格低廉、（光谱）响应范围宽等优点，广泛应用于（微弱）辐射信号的检测技术领域。

6. 由于增益过程将同时使（噪声）增加，故存在一个最佳增益（系数）。

7. （视场角）亦是直接检测系统的性能指标之一，它表示系统能“观察”到的（空间）范围。

8. 外差检测是利用运动目标与检测仪器之间因（相对）运动而产生
的（多普顿）频移来实现其测距、测速和跟踪的。

9. 在测量光强信息时需要把光的（强弱）变为数字量才能进行数字显示，或送入计算机进行计算或分析，既需要对光电进行（a/d ）转换。

10. 光电信机技术是将电子学与广西（浑然）一体的技术，是光与电子（转换）及其应用的技术。

11. 光电检测系统虽具体构成形式各不相同，单但有一个共同的特征，既都具有（光发射机）、光学（信道）和光接收机这一基本环节。

12. 汽车的光电式位置传感器是利用光电元件的光电效应测量位置信号的，主要应用有（曲轴位置）、车身高度、（转向盘转角）等检测。

13. 内光电效应是指受到光照射的物质内部电子（能量）状态产生变化，但不存在（表面）发射电子的现象。

14. （光生伏特）效应是少数载流子到店的光电效应，而（光电导）效应是多数载流子到店的光电效应。

15. 在光电的直接检测中，光电（培增管）、（雪崩管）的检测能力高于光电导器件。

16. 影响检测距离的因素很多；发射系统，接收系统的(大气)特性
以及目标特性都将影响检测距离。

( 反射 )
17 在有噪声随机(叠加 )在信号上时，使信号产生( 畸变 )
18. 单元光电信号的( a/d 也就是对单元光电器件构成的光电变换电路的信号进行数字化处理的过程。

( 输出 )
二、判断题：
(x) 1.光电传感器室友直射型和反射型两种。

(x) 2.所有的光敏三极管和普通三极管一样都是引出了三个极线。

( y) 3. 在光热效应中，光能量与晶格相遇作用，使其振动焦距，造成温度的升高。

(y) 4.光电池是一种不需要外加偏置电压，就能将光能直接转换成电能的pn
结光电器件。

(y) 5.有时为隔离干扰，或者为使高压电路与低压信号分开，可采用光电耦合器件。

( x ) 6. 所谓用相位法测距就是通过测量从测距仪器发出的间断调制光在待测距离上往返所产生的相位移来计算待测距离的方法。

( y ) 7. 外差检测不仅可检测振幅和强度调制的光信号，还可以检测频率调制及相位调制的光信号
( y ) 8. 在图像识别与图像测量等应用领域常将视频信号的a/d 数
据采集方法分为“办卡式”和“嵌入式”两种。

(x) 9.对于整个非线性光学效应，相位匹配技术是一种补充技术。

( y ) 10. 光电传感器是基于光电效应，将光信号专场未电信号的一种窗前，广泛应用于自动控制，生物医学，光机电一体化等各个领域。

(x ) 11. 光敏三极管的工作只有光电转换一个过程。

(x ) 12. 某些物质在受到光照射后，由于导电变化而造成材料性质发生变化的现象称为光热效应。

(x ) 13.光敏电阻由于两个梳型的电极靠得很近搜易其灵敏度很低。

( y ) 14. 发光二级管的发光光谱直接决定着它的发光颜色。

( x ) 15. 组成莫尔条纹的两块计量光栅的相邻刻线之间的宽度称为光栅的距离。

( y ) 16. 差额信号是由具有衡东频率(金鱼单频)和恒定相位的相干光混频得到的。

( y ) 17. 接口总线的不同将影响数据采集的速度与方式。

（x ）18. 所谓折射率的色散是指进入物质中光的折射率随形状而改 变。

三．选择题
（ d ） 1.本征半导体样品两端数有电极，沿电极方向加油电场，当 在垂直于电场方向有均匀光照入射到样品表面，且入射光通量恒定 时，样品流出的光流称为（ ）光电流。

a 、动态
b 、亮态
c 、暗态
d 稳态
a 、1个
b 、2个
c 、4个
d 、6个
a ） 3. 固体材料内。

a 、单晶体
b 、双晶体
c 、多晶体
d 、非晶体
b ） 4. 自由电子所。

（）
a 禁带
b 、导带
c 、价带
d 、满带
b ） 5.光电池的基本结构就是一个（ ）结
a 、 cnb/ pn c/ pnp d/npn
（a ）6. 主动监测系统的光源主要为（ ）光源
a 、激光
b 、太阳光
c 、发光二级管
d 、荧光（d ） 7.以下（）不是
影响广外差检测灵敏度的因素.a/空间调准b/频率条件c,噪声d/传输 （ c ） 2. 光电式车 一组光电耦合元件。

oooooooooooooooooooo
通道 (a )8.hi1175jcb 为( ) a 、禁带b 、导带c 、价带d 、满带
（ a ） 13. 频率已偏
离。

为（ ）
a 、喇曼散射
b 、瑞利散射
c 、米氏散射
d 、布里渊散射 （c ） 14. 光电池的。

在（ 变化。

a 、高温
b 、低温
c 、室内温度
d 、室外温度 不是直接检测系统存在的噪声
a 、散线
b 、紫外光
c 可见光
d 、红外光 （ b ） 1 7.将光电信
息。

（ ）处理
a 、信息化
b 、二值化
c 、系统化
d 、精确化 （ d ） 18. 一下的（ ）是不属于非相干光源
a 、热辐射光源
b 、气体放电光源
c 、固体发光光影
d 、激光光源 四、简答题 1 .光电三极管集电极的作用？
答：光敏三极管的工作有两个过程：一是光电转换；二是光电流放 大。

光电转换过程是在集基结内进行，与一般光电二极管相同。

2. 光辐射检测器存在哪些内部噪声？ 答：光辐射检测器中存在的内部噪声主要由热噪声、散粒噪声、半 导体中产生的符合噪声、温度噪声和闪烁噪声。

3. 从结构上分 led 有哪几种类型？
答：从结构上， led 有五种类型表面发光二级管（ sled ）侧面发光二 级管
OOOOOOOOOOOOO
高等特点 a 、 8位 b 、 16 位 c 、 32位 d 、 64位
（ d ）9. 硅光电二极
管。

a 平衡光
b 、反射光
c 、散射光
d 、聚光
（ c ）10. 本征半导体。

（）
a 、动态
b 亮态
c 、暗态
d 、稳态
（ b ） 1 1 .转向盘转角光 电
OOOOOOOOOOOOOOOOOOO 以（）为一
之上
a 、 1 个
b 、 2个
c 、 4个
d 、 6个 d ） 1 2 .离原子核。

。

为 ooooooooooooooo ）下。

）15. 一下（ ） 。

电信号的
（eled ）、平面led 、圆顶形led 和超发光led 。

4. 什么事光电直接检测系统？答：所谓光电直接检测是将测光信号直接入射带光检测器光敏面上，光检测器响应于光辐射强度而输出相应的电路或者电压。

5. 根据检查原理，光电检测的有哪几种基本方法？答：直接作用法、差动测量法、补偿补偿法、脉冲测量法、
6. 说明两种类型光敏电阻的用途和原因。

答：本征半导体光敏电阻与杂质半导体光敏电阻。

本征半导体光敏电阻的长波长要短于杂质半导体光敏电阻的长波长，因此，本征半导体光敏电阻常用于可见光长波段的检测，而杂质型半导体光敏电阻常用于红外波段光辐射甚至于远红外波段光辐射的检测。

7. 解释什么事单元光电信号？
答：由一个或几个光电转换期间构成的光电转换电路所产生的独立信号称为单眼光电信号。

8. 激光干涉侧长由哪几部分组成？答：激光光源、干涉系统、光电显微镜、干涉信号处理部分。

五、问答题
1. 故居一下电烙铁，说明汽车光电式车速传感器的工作原理
led
1. 答：汽车的光电式车速传感器的工作原料：当遮光板不能遮断光速时，放光二极管的光射带光敏三极管上，光敏三极管的集电极中有电流通过，该管导通，这时三极管也导通，因此在s1 端子上就有5v 电压输出。

脉冲频率取决于车速，子车速为60km/h 时，仪表绕性驱动轴的转速为637r/min ，仪表软轴每转一圈，传感器就有20 个脉冲输出。

2. 叙述光电信号检测电路外部噪声产生原因和预防方法答：外部噪声实际上属于外部扰动，包括辐射源的随机波动和附加的光调制、光路传输介质的湍流和背景起伏。

杂散光的入射以及检查系统受到的电磁干扰等。

这些扰动可以通过稳定辐射光源、遮断杂光、选择偏振面或滤色光片以及电气屏蔽、电干扰滤波等措施加以改善或消除。

3. 写出典型的直接检测系统模型方框图
4. 今后光电检测技术的发展趋势有那几点？
答：1.发展纳米、亚纳米搞精度的广电测量新技术。

2. 发展小型的，快速的微型光、机、电检测系统。

3. 非接触、快速在线测量，以满足快速增长的商品经济的需要。

4. 向微空间三维测量技术和大空间三维测量技术发展。

5 向人们无法触及的领域发展。

6. 发展闭环控制的光电检测技术系统，实现光电测量与广电控制一体化。

7. 发展光电跟踪与光电扫描技术，如远距离的遥控、遥测技术、激光制导、飞行物自行跟踪和复杂形体自动扫描测量等。

5. 故居下图，说明汽车光电式转向盘转角传感器的设计原理
输出信号a
刷出信号b
5. 答：设计转向盘传感器时，将两个信号发送器通、断变换的相位角错开90 度。

汽车直线行驶时，信号a 处于通断状态（高电平）的中间位置，转向时，根据信号a 下降沿外信b 的状态; 即可判断出转向的方向，信号a 由断状态变为同状态（低电压）时，如果信号b 为通状态，则为左转向；如果信号b 为断状态，则为右转向。

根据下图的外差检测试验装置，说明其工作原理
co1 激光器
答：这是外差检测的实验装置，光源是进过稳频的co2 激光器。

由分束镜把入射光分成两路：一路经过反射的作为本振光波，其频率为fl ；另一路经过偏心轮反射，并由透镜聚焦到可变光澜上作为信号光束。

偏心轮转动相当于目标沿光波方向并有一运动速度，光的回波就产生了多普勒频移，其频率为fs 。

可变光澜用来限制两光束射向光电检测器的空间方向。

线栅偏振镜用来使两束光变为偏振方向相同的干光，然后两束光垂直投射到检测器上。

【篇三：光电检测技术作业答案】
1. 设某只cds 光敏电阻的最大功耗为30mw ，光电导灵敏度sg?=?0.5x10?-6 s/lx ，暗电导g0=0 。

试求当cds 光敏电阻上的偏置电压为20v 时的极限照度。

2. 在如图所示的照明灯控制电路中，将上题所给的cds 光敏电阻用作光电传感器，若已知继电器绕组的电阻为5 k?? ，继电器的吸合电流为2ma ，电阻
r ??1k?? 。

求为使继电器吸合所需要的照度。

要使继电器在3lx 时吸合，问应如何调整电阻器r？
3. 在如图所示的电路中，已知rb ??820?? ，re ??3.3k?,uw ??4v ，光敏电阻为rp ，当光照度为40lx 时输出电压为6v，80lx 时为9v。

设该光敏电阻在30~100lx 之间的?? 值不变。

试求：
（1）输出电压为8v 时的照度。

（2）若re 增加到6k?? ，输出电压仍然为8v ，求此时的照度。

（3）若光敏面上的照度为70lx ，求re ??3.3k?? 与re ??6k?? 时输出的电压。

（4）求该电路在输出电压为8v 时的电压灵敏度。

4. 影响光生伏特器件频率响应特性的主要因素有哪些？为什么pn 结型硅光电二极管的最高工作频率小于等于107hz ？
5 为什么在光照度增大到一定程度后，硅光电池的开路电压不再随入
射照度的增大而增大？硅光电池的最大开路电压为多少？为什么硅光
电池的有载输出电压总小于相同照度下的开路电压？
6 硅光电池的内阻与哪些因素有关？在什么条件下硅光电池的输出功率最大？答：（1）极电容，串接电阻，串接电阻越小越好。

（2）显然，存在着最佳负载电阻ropt ，在最佳负载电阻情况下负
载可以获得最大的输出功率pmax
7 光生伏特器件有几种偏置电路？各有什么特点？
8. 选择最适当的答案填入括号中（只有一个答案正确）
（1）用光电法测量某高速转轴（15000r/min ）的转速时，最好选用（d）为光
电接收器件。

apmt b cds 光敏电阻c 2cr42 硅光电池d 3du 型光电三极管
（2）若要检测脉宽为10?7 s的光脉冲，应选用（a）为光电变换器件。

a pin 型光电二极管
b 3du 型光电三极管
c pn 结型光电二极管d2cr11 硅光电池
（3）硅光电池在（d）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。

a 恒流
b 自偏置
c 零伏偏置
d 反向偏置
（4）硅光电池在（b）情况下有最大的功率输出。

a 开路
b 自偏置
c 零伏偏置
d 反向偏置
9. 假设调制波是频率为500hz，振幅为5v，初相位为0的正弦波，载波频率为10khz，振幅为50v，求调幅波的表达式、带宽及调制
度。

10. 利用2cu22 光电二极管和3dg40 三极管构成如下图所示的探测电路。

已知光电二极管的电
流灵敏度si =?0.4?a / ?w ，其暗电流id=?0.2?a ，三极管3dg40 的电流放大倍数=50 ，最高入射辐射功率为400 ?w 时的拐点电压uz =?1.0v 。

求入射辐射功率最大时，电阻re 的值与输出信号uo 的幅值。

入射辐射变化50?w 时的输出电压变换量为多少？利用2cu22 光电二极管和3dg40 三极管构成如图3-46 所示的探测电路。

已知光电二极管的电流灵敏度si ??0.4?a/?w ，其暗电流id ??0.2?a ，三极管3dg40 的电流放大倍数????50 ，最高入射辐射功率为
400 ?w 时的拐点电压uz ??1.0v 。

求入射辐射功率最大时，电阻re 的值与输出信号uo 的幅值。

入射辐射变化50?w 时的输出电压变换量为多少？
11. 真空光电倍增管的倍增极有哪几种结构？各有什么特点？
13 光电倍增管产生暗电流的原因有哪些？如何降低暗电流？
14. 怎样理解光电倍增管的阴极灵敏度和阳极灵敏度？二者的区别是什么？二者有什么关系？。