光電檢測簡答[技術(shù)相關(guān)]

1、光電探測一、 為什么有些光敏二極管在制作PN結(jié)的同時還做出一個環(huán)極？答：無光照時反向電阻很大（M級）只有打在PN結(jié)附近，使PN結(jié)空間電荷區(qū)（耗盡層）產(chǎn)生光生電子空穴對時它們與P區(qū)、N區(qū)的少數(shù)載流子一起在PN結(jié)內(nèi)電場的作用下做定向移動形成光電流，此時它的反向電阻大為降低，一般只有1K到幾百歐，當負偏壓增加時耗盡層加寬使光電流增大，靈敏度提高，光電流與入射光照度成線性關(guān)系。 光敏二極管的缺點：暗電流較大為了減少無光照時反向漏電流（暗電流）的影響有些光敏二極管（如2DU型）在制作PN結(jié)的同時還做出一個環(huán)形的擴散層引出的電極稱為環(huán)極，如圖所示因環(huán)極電位比負極電位高所以反向漏電流（暗電流）直接從環(huán)極流過

2、而不再經(jīng)過負極從而可以減少負極與正極之間的暗電流。二、 簡述PIN、APD兩種高速的光電二級管的結(jié)構(gòu)特點和原理三、 簡述光電探測器的選用原則。(1).光電檢測器件必須和輻射信號源及光學系統(tǒng)在光譜特性上匹配 (2)光電檢測器件的光電轉(zhuǎn)換特性必須和入射輻射能量相匹配 (3) 光電檢測器件的響應特性必須和光信號的調(diào)制形式、信號頻率及波形相匹配，以保證得到?jīng)]有頻率失真和良好的時間響應 (4) 光電檢測器件必須和輸入電路以及后續(xù)電路在電特性上相互匹配，以保證最大的轉(zhuǎn)換系數(shù)、線性范圍、信噪比以及快速的動態(tài)響應等。四、 請簡述紅外光學系統(tǒng)的特點。1) 紅外輻射源的輻射波段位于1m以上的不可見光區(qū)，普通光學玻

3、璃對2.5m以上的光波不透明，而在所有有可能透過紅外波段的材料中，只有幾種材料有必需的機械性能，并能得到一定的尺寸，如鍺、硅等，這就大大限制了透鏡系統(tǒng)在紅外光學系統(tǒng)設計中的應用，使反射式和折反射式光學系統(tǒng)占有比較重要的地位。 2) 為了探測遠距離的微弱目標，紅外光學系統(tǒng)的孔徑一般比較大。 3) 在紅外光學系統(tǒng)中廣泛使用各類掃描器，如平面反射鏡、多面反射鏡、折射棱鏡及光楔等。 4) 8至14m波段的紅外光學系統(tǒng)必須考慮衍射效應的影響。 5) 在各種氣象條件下或在抖動和振動條件下，具有穩(wěn)定的光學性能。五、 對直接檢測系統(tǒng)來說，如何提高輸入信噪比？答：對于光電檢測系統(tǒng)來說，其噪聲主要有三類：（1）光

4、子噪聲包括：A.信號輻射產(chǎn)生的噪聲；B.背景輻射產(chǎn)生的噪聲。（2）探測器噪聲包括：熱噪聲；散粒噪聲；產(chǎn)生復合噪聲；1/f噪聲；溫度噪聲。（3）信號放大及處理電路噪聲在實際的光電探測器中，由于光電轉(zhuǎn)換機理不同，各種噪聲的作用大小亦各不相同。若綜合上述各種噪聲源，其功率譜分布可用下圖表示。由圖可見：在頻率很低時，1/f噪聲起主導作用；當頻率達到中間范圍頻率時，產(chǎn)生復合噪聲比較顯著；當頻率較高，甚至于截至頻率時，只有白噪聲占主導地位，其它噪聲影響很小。很明顯，探測器應當工作在1/f噪聲小、產(chǎn)生-復合噪聲為主要噪聲的頻段上。因此，對于直接探測系統(tǒng)，提高輸入信噪比的措施有：（1）利用信號調(diào)制及選頻技術(shù)可

5、抑制噪聲的引入白噪聲的大小與電路的頻帶寬度成正比，因此放大器應采用帶寬盡可能窄的選頻放大器或鎖相放大器。（2）將器件制冷，減小熱發(fā)射，降低產(chǎn)生-復合噪聲。采用半導體制冷、杜瓦瓶液態(tài)氣體制冷或?qū)Ｓ弥评錂C制冷。（3）采用最佳條件下的偏置電路，使信噪比（S/N）最大六、 簡述用補償法檢測溶液濃度的工作原理及工作過程。七、 舉例說明象限探測器的應用。答：（四象限探測器主要被用于激光準直、二維方向上目標的方位定向、位置探測等領域。） 下圖為簡單的激光準直原理圖。用單模激光器作光源。因為它有很小的光束發(fā)散角，又有圓對稱界面的光強分布，很有利于作準直用。圖中激光射出的光束用倒置望遠系統(tǒng)L進行擴束，倒置望遠系

6、統(tǒng)角放大率小，于是光束發(fā)散角進一步壓縮，射出接近平行的光束投向四象限管，形成一圓形亮斑。光電池AC、BD兩兩接成電橋，當光束準直時，亮斑中心與四象限管十字溝道重合，此時電橋輸出信號為零。若亮斑沿上下左右有偏移時，兩對電橋就相應于光斑偏離方向而輸出電信號。哪個探測器被照亮斑的面積大，輸出信號也大。這種準直儀可用于各種建筑施工場合作為測量基準線。1.光電三極管集電極的作用？答：光敏三極管的工作有兩個過程：一是光電轉(zhuǎn)換；二是光電流放大。光電轉(zhuǎn)換過程是在集基結(jié)內(nèi)進行，與一般光電二極管相同。2.光輻射檢測器存在哪些內(nèi)部噪聲？答：光輻射檢測器中存在的內(nèi)部噪聲主要由熱噪聲、散粒噪聲、半導體中產(chǎn)生的符合噪聲、

7、溫度噪聲和閃爍噪聲。3.從結(jié)構(gòu)上分LED有哪幾種類型？答：從結(jié)構(gòu)上，LED有五種類型表面發(fā)光二級管（SLED）側(cè)面發(fā)光二級管（ELED）、平面LED、圓頂形LED和超發(fā)光LED。4.什么事光電直接檢測系統(tǒng)？答：所謂光電直接檢測是將測光信號直接入射帶光檢測器光敏面上，光檢測器響應于光輻射強度而輸出相應的電路或者電壓。5.根據(jù)檢查原理，光電檢測的有哪幾種基本方法？答：直接作用法、差動測量法、補償補償法、脈沖測量法、6.說明兩種類型光敏電阻的用途和原因。答：本征半導體光敏電阻與雜質(zhì)半導體光敏電阻。本征半導體光敏電阻的長波長要短于雜質(zhì)半導體光敏電阻的長波長，因此，本征半導體光敏電阻常用于可見光長波段的

8、檢測，而雜質(zhì)型半導體光敏電阻常用于紅外波段光輻射甚至于遠紅外波段光輻射的檢測。7.解釋什么事單元光電信號？答：由一個或幾個光電轉(zhuǎn)換期間構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換電路所產(chǎn)生的獨立信號稱為單眼光電信號。8.激光干涉?zhèn)乳L由哪幾部分組成？答：激光光源、干涉系統(tǒng)、光電顯微鏡、干涉信號處理部分。五、問答題1.故居一下電烙鐵，說明汽車光電式車速傳感器的工作原理LED1.答：汽車的光電式車速傳感器的工作原料：當遮光板不能遮斷光速時，放光二極管的光射帶光敏三極管上，光敏三極管的集電極中有電流通過，該管導通，這時三極管也導通，因此在S1端子上就有5V電壓輸出。脈沖頻率取決于車速，子車速為60km/h時，儀表繞性驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速為

9、637r/min，儀表軟軸每轉(zhuǎn)一圈，傳感器就有20個脈沖輸出。2.敘述光電信號檢測電路外部噪聲產(chǎn)生原因和預防方法答：外部噪聲實際上屬于外部擾動，包括輻射源的隨機波動和附加的光調(diào)制、光路傳輸介質(zhì)的湍流和背景起伏。雜散光的入射以及檢查系統(tǒng)受到的電磁干擾等。這些擾動可以通過穩(wěn)定輻射光源、遮斷雜光、選擇偏振面或濾色光片以及電氣屏蔽、電干擾濾波等措施加以改善或消除。3.寫出典型的直接檢測系統(tǒng)模型方框圖光源強 度調(diào)制器光學天線光學信道接受天線及光電檢測器光電信號處理器回收信息信息背景噪聲場電路噪聲 發(fā)射機 接收機4.今后光電檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢有那幾點？答：1.發(fā)展納米、亞納米搞精度的廣電測量新技術(shù)。2.發(fā)

10、展小型的，快速的微型光、機、電檢測系統(tǒng)。3.非接觸、快速在線測量，以滿足快速增長的商品經(jīng)濟的需要。4.向微空間三維測量技術(shù)和大空間三維測量技術(shù)發(fā)展。5向人們無法觸及的領域發(fā)展。6.發(fā)展閉環(huán)控制的光電檢測技術(shù)系統(tǒng)，實現(xiàn)光電測量與廣電控制一體化。7.發(fā)展光電跟蹤與光電掃描技術(shù)，如遠距離的遙控、遙測技術(shù)、激光制導、飛行物自行跟蹤和復雜形體自動掃描測量等。5.故居下圖，說明汽車光電式轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器的設計原理輸出信號A刷出信號B5.答：設計轉(zhuǎn)向盤傳感器時，將兩個信號發(fā)送器通、斷變換的相位角錯開90度。汽車直線行駛時，信號A處于通斷狀態(tài)（高電平）的中間位置，轉(zhuǎn)向時，根據(jù)信號A下降沿外信B的狀態(tài);即可判斷出轉(zhuǎn)向的方向，信號A由斷狀態(tài)變?yōu)橥瑺顟B(tài)（ 低電壓）時，如果信號B為通狀態(tài)，則為左轉(zhuǎn)向；如果信號B為斷狀態(tài)，則為右轉(zhuǎn)向。根據(jù)下圖的外差檢測試驗裝置，說明其工作原理CO1激光器答：這是外差檢測的實驗裝置，光源是進過穩(wěn)頻的CO2激光器。由分束鏡把入射光分成兩