《光電檢測(cè)技術(shù)-題庫》(1)

1、光電檢測(cè)題庫一、填空題1.光電效應(yīng)分為內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)，其中內(nèi)光電效應(yīng)包括 和 。2.對(duì)于光電器件而言，最重要的參數(shù)是 、 和 。3.光電檢測(cè)系統(tǒng)主要由光電器件、 和 等部分組成 。4.為了取得很好的溫度特性，光敏二極管應(yīng)在較 負(fù)載下使用。5.光電倍增管由陽極、光入射窗、電子光學(xué)輸入系統(tǒng)、 和 等構(gòu)成。6.光電三極管的工作過程分為 和 。7.激光產(chǎn)生的基本條件是受激輻射、 和 。8.檢測(cè)器件和放大電路的主要連接類型有 、 和 等。9.CCD的基本功能是 和 。10.已知本征硅材料的禁帶寬度Eg=1.2eV，則該半導(dǎo)體材料的本征吸收長波限為 。11. 非平衡載流子的復(fù)合大致可以分為 和 。

2、12.在共價(jià)鍵晶體中，從最內(nèi)層的電子直到最外層的價(jià)電子都正好填滿相應(yīng)的能帶，能量最高的是 填滿的能帶，稱為價(jià)帶。價(jià)帶以上的能帶 ，其中最低的能帶常稱為 ， 與 之間的區(qū)域稱為 。13.本征半導(dǎo)體在絕對(duì)零度時(shí)，又不受光、電、磁等外界條件作用，此時(shí)導(dǎo)帶中沒有 ，價(jià)帶中沒有 ，所以不能 。14.載流子的運(yùn)動(dòng)有兩種型式， 和 。15. 發(fā)光二極管發(fā)出光的顏色是由材料的 決定的。16. 光電檢測(cè)電路一般情況下由 、 、 組成。17. 光電效應(yīng)分為內(nèi)光電效應(yīng)和 效應(yīng)，其中內(nèi)光電效應(yīng)包括 和 ，光敏電阻屬于 效應(yīng)。18.導(dǎo)帶和價(jià)帶中的電子的導(dǎo)電情況是有區(qū)別的，導(dǎo)帶 愈多，其導(dǎo)電能力愈強(qiáng)；而價(jià)帶的 愈多，即

3、愈少，其導(dǎo)電能力愈強(qiáng)。19.半導(dǎo)體對(duì)光的吸收一般有 、 、 、 和 這五種形式。20. 光電器件作為光電開關(guān)、光電報(bào)警使用時(shí)，不考慮其線性，但要考慮 。24.半導(dǎo)體對(duì)光的吸收可以分為五種，其中 和 可以產(chǎn)生光電效應(yīng)。22.光電倍增管由陽極、光入射窗、電子光學(xué)輸入系統(tǒng)、 和 等構(gòu)成，光電倍增管的光譜響應(yīng)曲線主要取決于 材料的性質(zhì)。23.描述發(fā)光二極管的發(fā)光光譜的兩個(gè)主要參量是 和 。25.檢測(cè)器件和放大電路的主要連接類型有 、 和 等。26.使用莫爾條紋法進(jìn)行位移-數(shù)字量變換有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，分別是 和 。27、電荷耦合器件（CCD）的基本功能是 和 。28、光電成像器件的輸出物理量與對(duì)應(yīng)的輸入物理量

4、的比值關(guān)系常用轉(zhuǎn)換特性來表示，不同的光電成像器件往往用不同的參量來描述其轉(zhuǎn)換特性，像管通常使用轉(zhuǎn)換系數(shù)，像增強(qiáng)管常使用 ，攝像器件采用 。29、幾何中心檢測(cè)法進(jìn)行光學(xué)目標(biāo)的形位檢測(cè)主要的處理方法有差分法、調(diào)制法、補(bǔ)償法和跟蹤法等，這些方法的主要依據(jù)是 。亮度中心檢測(cè)法主要的處理方法有光學(xué)像分解和多象限檢測(cè)等，這些方法的主要依據(jù)是 。30.光電編碼器可以按照其構(gòu)造和數(shù)字脈沖的性質(zhì)進(jìn)行分類，按照信號(hào)性質(zhì)可以分為 和 。31.交替變化的光信號(hào)，必須使所選器件的 大于輸入信號(hào)的頻率才能測(cè)出輸入信號(hào)的變化。32.隨著光電技術(shù)的發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)前后級(jí)電路隔離的較為有效的器件是 。33.硅光電池在 偏置時(shí)，其

5、光電流與入射輻射通量有良好的線性關(guān)系，且動(dòng)態(tài)范圍較大。34.發(fā)光二極管的峰值波長是由 決定的。35.光電成像器件的分辨率是用來表示能夠分辨圖像中明暗細(xì)節(jié)的能力，分辨率常用二種方式來描述，一種為 ，另一種為 。二、名詞解釋1. 光亮度：2. 本征半導(dǎo)體：3. N型半導(dǎo)體：4. 載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：5. 光生伏特效應(yīng)：6. 內(nèi)光電效應(yīng)：7. 空穴：8. 居里溫度：9. 熱敏電阻：10.光電效應(yīng)11.量子效率12.分辨率13.二次調(diào)制14.二值化處理15.光電檢測(cè)技術(shù)16.響應(yīng)時(shí)間17.熱電偶18.亮度中心檢測(cè)法三、判斷正誤1.對(duì)于PMT器件，使用時(shí)必須選用線性好、響應(yīng)快的器件。但僅能工作在可見光區(qū)，

6、在紅外區(qū)和紫外區(qū)的光信號(hào)則無法使用。 （ ） 2. 熱電偶是一種熱敏元件，使用時(shí)必須加外電源才能正常工作。 3.直線性光電導(dǎo)的弛豫時(shí)間與光強(qiáng)有關(guān)。（ ）4.發(fā)射出光電子的最大動(dòng)能隨入射光頻率的增高而線性地增大，而與入射光的光強(qiáng)無關(guān)。（ ） 5.熱噪聲不僅與溫度成正比，還與頻率有關(guān)。（ ） 6.熱電檢測(cè)器件是將輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的器件。 （ ） 7.探測(cè)器探測(cè)極限是由探測(cè)器材料的性質(zhì)決定的。 （ ） 8.光電倍增管的光譜響應(yīng)曲線主要取決于倍增級(jí)材料的性質(zhì)。 （ ） 9.由于頻率和相位調(diào)制都表現(xiàn)為總相角的變化，因此統(tǒng)稱為角度調(diào)制。（ ） 10.光敏電阻具有前歷效應(yīng)，因此其響應(yīng)頻率較高。（ ） 1

7、1. A/D變換量化誤差不隨輸入電壓變化而變化，是一種偶然誤差。 （ ）12. 采樣/保持電路起到信號(hào)保持作用的保持電容，電容容量愈大電壓下降愈慢，所以保持電容越大越好。（ ）13. 光電倍增管的光電陰極上發(fā)射出光電子的最大速度隨入射光光子能量的增大而增大。（ ）14. 影響光電器件探測(cè)極限的因素是噪聲，噪聲是可以消除或減小的。（ ）15. 光電倍增管的光譜響應(yīng)曲線與光電陰極的光譜響應(yīng)曲線相同，主要取決于光電陰極材料的性質(zhì)。（ ）16. 光敏電阻是光電導(dǎo)效應(yīng)器件。（ ）17. CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)中三相與兩相的電極結(jié)構(gòu)是一樣的。（ ）18. CCD器件按像敏元的排列形式可以分為一維和二維兩種。（ ）

8、19. 光電耦合器件具有信號(hào)傳輸?shù)膯蜗蛐?，所以只適用于的直流或數(shù)字脈沖信號(hào)。（ ）20. 雪崩二極管在使用時(shí)要加高反向偏壓。（ ） 四、簡答題1光電檢測(cè)器件和熱電檢測(cè)器件的比較。2簡述光電池與光電二極管的區(qū)別。3用圖示的方法簡述CCD的電荷轉(zhuǎn)移過程。4簡述光電檢測(cè)電路設(shè)計(jì)依據(jù)及其設(shè)計(jì)要求。5什么是二次調(diào)制，二次調(diào)制的具有哪些作用？6對(duì)于擴(kuò)散型PiN硅光敏二極管來說，i層主要起到了什么作用？7簡述變像管和像增強(qiáng)管的工作原理及區(qū)別？8. 探測(cè)器件在進(jìn)行極為微弱的信號(hào)探測(cè)時(shí)，有時(shí)要放入液氮中使用，為什么？9簡述光電池與光電二極管的相同點(diǎn)和區(qū)別。10. 簡述光電檢測(cè)電路的組成及各部分的作用。11.以熱

9、敏電阻探測(cè)溫度為例，分析熱敏電阻典型橋路的輸出電壓變化與熱敏電阻溫度變化之間關(guān)系？11、光電導(dǎo)體的靈敏度大小取決于哪些因素？為什么要把光敏電阻的形狀制成蛇形？在微弱的光照下，光電導(dǎo)和光強(qiáng)之間是什么樣的關(guān)系？ 12、簡述像點(diǎn)軸外偏移檢測(cè)的像偏移法測(cè)位移的工作原理.13.雪崩光敏二極管和光電倍增管的異同？14.幀轉(zhuǎn)移型面陣CCD的組成及工作過程？15.簡單畫出光電成像系統(tǒng)的原理方框圖？16.在微弱輻射作用下，光電導(dǎo)材料的光電靈敏度有什么特點(diǎn)？當(dāng)輻射增強(qiáng)，該特點(diǎn)有何變化？17.畫圖說明用4象限光生伏特器件檢測(cè)均勻光斑中心二維偏移量的檢測(cè)方法。18.PSD器件的主要特點(diǎn)是什么？畫圖說明激光三角法測(cè)量中

10、PSD的作用。19.CMOS圖像傳感器與CCD圖像傳感器的主要區(qū)別是什么？20.說明熱釋電攝像管中斬光器的作用。當(dāng)斬光器的微電機(jī)出現(xiàn)不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速變慢故障時(shí)，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？21.單元光電信號(hào)的二值化處理方法有哪些，其各自有何特點(diǎn)？22.激光掃描系統(tǒng)的組成及測(cè)量原理23.光柵莫爾條紋的產(chǎn)生原理及在位移測(cè)量中的作用和特點(diǎn)？24.光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)和光電發(fā)射效應(yīng)有什么區(qū)別？25.簡述光電倍增管的工作原理？26.為什么說受激輻射和分布反轉(zhuǎn)是激光產(chǎn)生的必要條件？27.圖示分析三相CCD的電荷耦合過程28.分析如何使用微分法進(jìn)行光電信號(hào)的二值化處理，并給出原理框圖？五、分析題1. 簡述差動(dòng)法雙通道測(cè)量

11、系統(tǒng)的工作原理，分析雙通道測(cè)量系統(tǒng)比單通道測(cè)量系統(tǒng)相比有什么優(yōu)點(diǎn)。2. 分析比較增量式編碼器與絕對(duì)是編碼器的異同點(diǎn)。3.分析熱釋電探測(cè)器的工作原理，并進(jìn)一步說明為什么熱釋電探測(cè)器件要工作在居里溫度以下？4.火炮身管直線度測(cè)量系統(tǒng)主要由哪些部分組成？分析如何進(jìn)行身管內(nèi)膛直線度的測(cè)量。5.如何使用激光掃描測(cè)量的方式實(shí)現(xiàn)圓柱體直徑的測(cè)量？6.試說明脈沖法激光測(cè)距儀的組成及工作原理，并分析其測(cè)距精度？7.如下圖電路所示，簡要說明如何使用光敏電阻實(shí)現(xiàn)路燈自動(dòng)點(diǎn)熄控制？8. 設(shè)計(jì)一直線度檢測(cè)系統(tǒng)，畫出簡圖，并敘述其工作原理。 9. 使用相位法進(jìn)行距離的測(cè)量，畫出簡圖，并說明系統(tǒng)測(cè)距原理。六、設(shè)計(jì)題1.某造

12、紙廠生產(chǎn)的紙張為寬1米的長條狀，需要切成長2米/張，根據(jù)下圖裁紙機(jī)和浮動(dòng)閾值二值化電路，試設(shè)計(jì)一個(gè)光電檢測(cè)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，闡述其原理并畫出系統(tǒng)示意圖。 （a）浮動(dòng)閾值二值化電路 （b）裁紙機(jī)2. 利用激光掃描測(cè)量法設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)體直徑檢測(cè)系統(tǒng)，畫出典型激光掃描檢測(cè)系統(tǒng)原理圖，說明檢測(cè)原理、使用的器件和測(cè)量數(shù)學(xué)模型。3.試說明脈沖法激光測(cè)距儀和相位法激光測(cè)距儀的測(cè)距原理，并選用適當(dāng)?shù)姆椒ň_測(cè)量出兩座建筑物之間的距離，要求±，繪制相應(yīng)的原理框圖，并簡述其工作原理。4.根據(jù)實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容，試設(shè)計(jì)基于CCD器件的鋼棒直徑測(cè)量系統(tǒng)？5.運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)一套激光監(jiān)聽裝置，要求在10米外用激光器照射房間玻璃

13、，監(jiān)聽房間內(nèi)談話內(nèi)容。光電檢測(cè)題庫答案1、 填空題2. 靈敏度 弛豫時(shí)間 光譜響應(yīng)5. 倍增極 和 陽極6.光電轉(zhuǎn)換 光電流放大7電荷的存儲(chǔ) 電荷的轉(zhuǎn)移11. 非平衡載流子的復(fù)合大致可以分為自由電子與自由空穴直接復(fù)合和通過復(fù)合中心的間接復(fù)合。12.在共價(jià)鍵晶體中，從最內(nèi)層的電子直到最外層的價(jià)電子都正好填滿相應(yīng)的能帶，能量最高的是價(jià)電子填滿的能帶，稱為價(jià)帶。價(jià)帶以上的能帶基本是空的，其中最低的能帶常稱為導(dǎo)帶，價(jià)帶與導(dǎo)帶之間的區(qū)域稱為禁帶。13.本征半導(dǎo)體在絕對(duì)零度時(shí)，又不受光、電、磁等外界條件作用，此時(shí)導(dǎo)帶中沒有電子，價(jià)帶中沒有空穴，所以不能導(dǎo)電。14.載流子的運(yùn)動(dòng)有兩種型式，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)

14、。15. 發(fā)光二極管發(fā)出光的顏色是由材料的 禁帶寬度 決定的。16. 光電檢測(cè)電路一般情況下由 光電器件 、 輸入電路 、 前置放大器 組成。17. 光電效應(yīng)分為內(nèi)光電效應(yīng)和 外光電 效應(yīng)，其中內(nèi)光電效應(yīng)包括 光電導(dǎo)效應(yīng) 和 生伏特效應(yīng) ，光敏電阻屬于 光電導(dǎo)效應(yīng) 效應(yīng)。18本征吸收 雜質(zhì)吸收19二次發(fā)射倍增系統(tǒng) 陰極 光電陰極20.峰值波長 半寬度21.電壓放大型 電流放大型 阻抗變換型22.位移的放大作用 誤差的平均效應(yīng)23.電荷的存儲(chǔ) 電荷的轉(zhuǎn)移24.像分析 象限分割25.亮度增益 靈敏度30.增量式編碼器、絕對(duì)式編碼器31.上限截止頻率32.光電耦合器件33. 零 34.禁帶寬度2、

15、名詞解釋1. 光亮度：光源表面一點(diǎn)處的面元dA在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度dI與該面元在垂直于給定方向的平面上的正投影面積之比，稱為光源在該方向上的亮度：，單位為坎德拉每平方米（cd/m2）。2. 本征半導(dǎo)體：完全純凈和結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。3. N型半導(dǎo)體：施主能級(jí)離導(dǎo)帶底較近，雜質(zhì)的束縛能級(jí)略低于導(dǎo)帶底，這樣就可以在常溫下，將束縛態(tài)中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶而使導(dǎo)帶中的電子遠(yuǎn)多于價(jià)帶中的空穴，這種主要由電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱為N型半導(dǎo)體。4. 載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：在載流子濃度不均勻情況下，載流子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的自然結(jié)果，一般將載流子由熱運(yùn)動(dòng)造成的從高濃度處向低濃度處遷移的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。5. 光生伏

16、特效應(yīng)： 是把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N效應(yīng)，它是光照射不均勻半導(dǎo)體或均勻半導(dǎo)體中，光生電子和空穴在空間分開而產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。6. 內(nèi)光電效應(yīng)：光敏物質(zhì)吸收光子后，電子從基態(tài)激發(fā)到高能態(tài)而脫離原子核的束縛，在外電場(chǎng)使用下參與導(dǎo)電的現(xiàn)象。10光電效應(yīng)：當(dāng)光照射到物體上使物體發(fā)射電子或?qū)щ娐拾l(fā)生變化、或產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)等，這種因光照引起物體電學(xué)特性的改變稱為光電效應(yīng)。11.量子效率：在某一特定波長上每秒鐘內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)與入射光量子數(shù)之比。12.分辨率：用來表示能夠分辨圖像中明暗細(xì)節(jié)的能力。13.二次調(diào)制：將載波隨時(shí)間/空間變化，形成多變量載波信號(hào)，然后再使其特征參量隨被測(cè)信息改變的方法稱作二次調(diào)制。14

17、.二值化處理：將光電信號(hào)轉(zhuǎn)換成0、1數(shù)字量的過程稱為光電信號(hào)的二值化處理。15.光電檢測(cè)技術(shù)：是一種非接觸測(cè)量的高新技術(shù)。它以激光、紅外、光纖等現(xiàn)代光電器件為基礎(chǔ)，通過對(duì)載荷有被檢測(cè)物體信息的光輻射進(jìn)行檢測(cè)，即通過光電檢測(cè)器件接收光輻射并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由輸入電路、放大濾波等檢測(cè)電路提取有用信息，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理，最后顯示或打印輸出。16.響應(yīng)時(shí)間：描述光電探測(cè)器對(duì)入射輻射響應(yīng)快慢的一個(gè)參數(shù)，即當(dāng)入射輻射到光電探測(cè)器后或入射輻射遮斷后，光電探測(cè)器的輸出上升到穩(wěn)定值或下降到照射前的數(shù)值所需的時(shí)間稱為響應(yīng)時(shí)間。17.熱電偶是一種熱敏元件，在接收輻射后引起溫度升高，隨之產(chǎn)生溫差電勢(shì)

18、，使用時(shí)不外加電源。18.亮度中心檢測(cè)法:通過測(cè)量目標(biāo)物空間的亮度分布相對(duì)應(yīng)的像空間照度分布，確定目標(biāo)能量中心位置的方法稱作亮度中心檢測(cè)法3、 判斷正誤11. A/D變換量化誤差不隨輸入電壓變化而變化，是一種偶然誤差。 （×）12. 采樣/保持電路起到信號(hào)保持作用的保持電容，電容容量愈大電壓下降愈慢，所以保持電容越大越好。（ × ）13. 光電倍增管的光電陰極上發(fā)射出光電子的最大速度隨入射光光子能量的增大而增大。（ ）14. 影響光電器件探測(cè)極限的因素是噪聲，噪聲是可以消除或減小的。（× ）15. 光電倍增管的光譜響應(yīng)曲線與光電陰極的光譜響應(yīng)曲線相同，主要取決于光

19、電陰極材料的性質(zhì)。（ ）16. 光敏電阻是光電導(dǎo)效應(yīng)器件。（ ）17. CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)中三相與兩相的電極結(jié)構(gòu)是一樣的。（ × ）18. CCD器件按像敏元的排列形式可以分為一維和二維兩種。（ ）19. 光電耦合器件具有信號(hào)傳輸?shù)膯蜗蛐?，所以只適用于的直流或數(shù)字脈沖信號(hào)。（ ）20. 雪崩二極管在使用時(shí)要加高反向偏壓。（ ）4、 簡答題1.光電檢測(cè)器件是利用物質(zhì)的光電效應(yīng)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件，響應(yīng)波長有選擇性，相應(yīng)快；熱電檢測(cè)器件是將輻射能轉(zhuǎn)換成熱能，再將熱能轉(zhuǎn)換成電能的器件。響應(yīng)波長無選擇性，相應(yīng)慢。2.相同點(diǎn)：均為光生伏特器件；不同點(diǎn)：光電二極管PN結(jié)面積小于光電池；光電池?zé)o

20、需偏壓，光敏二極管一般在負(fù)偏壓的情況下使用。4.靈敏的光電轉(zhuǎn)換能力快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力最佳的信號(hào)檢測(cè)能力長期工作的穩(wěn)定性和可靠性6對(duì)于擴(kuò)散型PiN硅光敏二極管來說，i層主要起到了什么作用？答：i層為高阻區(qū)，承受大部分外加電壓，使耗盡區(qū)增大，展寬了光電轉(zhuǎn)換的有效工作區(qū)域；提高了靈敏度；i層一般選擇高電阻率的基體材料，提高了串聯(lián)電阻，提高了擊穿電壓；提高了頻率響應(yīng)。7簡述變像管和像增強(qiáng)管的工作原理及區(qū)別？工作原理：都是光電陰極接收輻射，將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電子數(shù)密度圖像，加有正高壓的陽極起到了電子透鏡的作用，使陰極發(fā)出的電子聚焦成像在熒光屏上，最終得到目標(biāo)物的圖像。區(qū)別是：變像管是將不可見圖像轉(zhuǎn)換為可見

21、圖像的器件，而像增強(qiáng)管是把強(qiáng)度低于視覺閾值的圖像增強(qiáng)到可以觀察程度的光電成像器件。8. 探測(cè)器件在進(jìn)行極為微弱的信號(hào)探測(cè)時(shí)，有時(shí)要放入液氮中使用，為什么？答：載流子無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)造成的噪聲稱為熱噪聲。當(dāng)溫度高于絕對(duì)零度時(shí)，導(dǎo)體或半導(dǎo)體中每一電子都攜帶著的電量作隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，盡管其平均值為零，但瞬時(shí)電流擾動(dòng)在導(dǎo)體兩端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)均方根電壓，稱為熱噪聲電壓。其平均值為： 當(dāng)時(shí)， 而且，光電探測(cè)器件絕大多數(shù)都是半導(dǎo)體材料，受溫度影響很大。綜上所述， 當(dāng)探測(cè)器件在對(duì)微弱的信號(hào)探測(cè)時(shí)，為了減少溫度的影響，放入液氮中使用，是非常行之有效的辦法。9簡述光電池與光電二極管的相同點(diǎn)和區(qū)別。相同點(diǎn)：光敏二極管和光電池都

22、是利用入射光照射到P-N結(jié)上產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)的器件；不同點(diǎn)：光電池結(jié)面積較大而光電二極管的結(jié)面積較小，光電池不需要加偏置電壓而光電二極管需要通過施加負(fù)偏壓提高靈敏度。10. 簡述光電檢測(cè)電路的組成及各部分的作用。答：光電檢測(cè)電路由光電器件、輸入電路和前置放大器組成。光電器件把被測(cè)光信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，而輸入電路則是為光電器件提供正常的工作條件，進(jìn)行電參量的變換，同時(shí)完成和前置放大器的電路匹配。光電器件輸出的微弱電信號(hào)由前置放大器進(jìn)行放大，前置放大器另一作用是匹配后置處理電路與檢測(cè)器件之間的阻抗。11.以熱敏電阻探測(cè)溫度為例，分析熱敏電阻典型橋路的輸出電壓變化與熱敏電阻溫度變化之間關(guān)系？電橋

23、電路如圖下所示，其中，和的其暗電阻分別為和，并且有，與關(guān)系存在。答：當(dāng)無外來輻射照射時(shí)，調(diào)節(jié)補(bǔ)償電阻，使電橋平衡。此時(shí)，電橋輸出。當(dāng)有輻射作用于熱敏電阻上時(shí)，升溫引起電阻的變化為，此時(shí)平衡被破壞，開路輸出電壓為： 又由給出的已知條件，上式可以化簡為： 可見輸出電壓與成比例，并與負(fù)載電阻有關(guān)。11.光電導(dǎo)體的靈敏度大小取決于哪些因素？為什么要把光敏電阻的形狀制成蛇形？在微弱的光照下，光電導(dǎo)和光強(qiáng)之間是什么樣的關(guān)系？答:光電導(dǎo)體的靈敏度可以用光電增益表示：。光電導(dǎo)體的非平衡載流子壽命越快，遷移率越大，電極間距越小靈敏度越高。（2分）做成蛇形使電極間距變小，提高了光敏電阻的靈敏度。（2分）微弱的光照

24、下，光電導(dǎo)和光強(qiáng)之間是直線性光電導(dǎo)關(guān)系。（1分）12.簡述像點(diǎn)軸外偏移檢測(cè)的像偏移法測(cè)位移的工作原理.當(dāng)將光束照射到被測(cè)物體時(shí)用成像物鏡從另外的角度對(duì)物體上的光點(diǎn)位置成像，通過三角測(cè)量關(guān)系可以計(jì)算出物面的軸向偏移。激光器發(fā)出的光線，經(jīng)匯聚透鏡聚焦后垂直入射到被測(cè)物體表面上。物體移動(dòng)或其表面的變化入射點(diǎn)沿光軸方向移動(dòng)。入射點(diǎn)處的散射光徑接收透鏡入射到（CCD或PSD）光電探測(cè)器上。被測(cè)表面偏移時(shí)，照明光點(diǎn)從移到，相應(yīng)像點(diǎn)從偏移到，則。只要測(cè)出像點(diǎn)的橫向偏移量A，即可計(jì)算出待測(cè)的物面軸向偏移。13.光電倍增管由光入射窗、光電陰極、電子光學(xué)系統(tǒng)、倍增極、陽極組成，光入射到光電陰極產(chǎn)生電子發(fā)射，發(fā)射的

25、電子在電場(chǎng)和電子光學(xué)系統(tǒng)的作用會(huì)聚加速到倍增極上，經(jīng)N級(jí)倍增后，電子被放大N次，最后最陽極收集。外形較大，多用于快速、精密微光測(cè)量的場(chǎng)合。（3分）雪崩光電二極管與光電倍增管不同，是基于內(nèi)增益機(jī)理，當(dāng)所加的反向偏壓足夠大時(shí)，在結(jié)區(qū)產(chǎn)生一個(gè)很高的電場(chǎng)，光生電子在這種強(qiáng)電場(chǎng)中可得到極大的加速，同時(shí)與晶格碰撞而產(chǎn)生電離雪崩反應(yīng)。14.該器件由相同像素?cái)?shù)量的成像部分、存儲(chǔ)部分和讀出寄存器三個(gè)基本部分組成。（2分）場(chǎng)正程期間（18.4ms）圖像的二維信號(hào)電荷被積累在成像區(qū)；場(chǎng)逆程期間（1.6ms）通過加在成像區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)電極上的時(shí)鐘脈沖使成像區(qū)的整場(chǎng)信號(hào)電荷快速轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)區(qū)；下一個(gè)場(chǎng)正程期間，成像區(qū)積累光生

26、電荷生成下一場(chǎng)電像，存儲(chǔ)區(qū)所存的上一場(chǎng)圖像信號(hào)電荷在時(shí)鐘脈沖作用下，在行逆程期間（12微秒）將一行光生電荷送進(jìn)讀出寄存器，從而使存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)各行光生電荷向讀出寄存器方向進(jìn)一次；在行正程期間，在讀出寄存器脈沖的驅(qū)動(dòng)下，使一行信號(hào)電荷向輸出結(jié)構(gòu)依次轉(zhuǎn)移，經(jīng)輸出極輸出。15.16.微弱輻射作用下，輸出光電流與輸入輻射通量具有線性關(guān)系；輻射增強(qiáng)，呈拋物線光電導(dǎo)。18.PSD對(duì)入射到光敏面上的光位置敏感，對(duì)光斑的形狀沒有嚴(yán)格要求，光敏面無需分割可以連續(xù)測(cè)量光斑在光敏面上的位置變化。19.CCD以電荷耦合為基本特征，圍繞信號(hào)的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移和讀取來工作，以行為單位對(duì)信號(hào)進(jìn)行讀取。CMOS的信號(hào)讀取方式相對(duì)靈

27、活，既可以以移位寄存器的形式以行為單位讀取信號(hào)，也可以只輸出某一行或某一列的信號(hào)，還可以輸出某些點(diǎn)的信號(hào)。20.斬光器的主要作用是將恒定的輻射變?yōu)榻蛔冚椛渥饔迷跓後岆娖骷?，?dāng)輸入輻射恒定，而斬光器微電機(jī)不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速變慢時(shí)，輸出信號(hào)為零或很小。21.固定閾值法：當(dāng)輸入光電信號(hào)高于固定電位Uth時(shí)，比較器輸出高電平，即為1；否則輸出低電平。該電路簡單可靠，但受光源的不穩(wěn)定影響較大，需要穩(wěn)定光源。浮動(dòng)閾值法：閾值電壓為從光源分得一部分光加到光電二極管上，光電二極管在適當(dāng)偏壓下輸出與光源的發(fā)光度成線性變化的電壓信號(hào)，以此信號(hào)作閾值，即可得到隨發(fā)光強(qiáng)度浮動(dòng)的閾值Uth。將Uth加到比較器的反向輸入端，將

28、檢測(cè)信號(hào)的輸出加到電壓比較器的同向輸入端，在輸出端得到的信號(hào)為隨發(fā)光強(qiáng)度浮動(dòng)的二值化信號(hào)，當(dāng)被測(cè)信號(hào)高于閾值時(shí)輸出高電平。浮動(dòng)閾值法避免了光電檢測(cè)系統(tǒng)的精度受光源的穩(wěn)定性的影響。22.系統(tǒng)組成：激光器、掃描陣鏡、透鏡、物鏡、接收器件23.兩個(gè)光柵以一定角度相互重疊，產(chǎn)生的明暗交錯(cuò)的條紋就是光柵莫爾條紋。光柵莫爾條紋具有位移放大作用、位移對(duì)應(yīng)關(guān)系和誤差平均效應(yīng)。5、 分析題1. 答： 差動(dòng)法雙通道測(cè)量系統(tǒng)工作原理：光源發(fā)出的光借助于反射鏡和透鏡分別沿著基準(zhǔn)通道和測(cè)量通道并行傳送，在基準(zhǔn)通道放置具有已知透過率的標(biāo)準(zhǔn)樣品，出射光經(jīng)檢測(cè)器件接收作為參考信號(hào)，在測(cè)量通道放置待測(cè)樣品，出射光經(jīng)檢測(cè)器件接收

29、并與參考信號(hào)比較處理，從而得到測(cè)量結(jié)果。與單通道相比，雙通道測(cè)量系統(tǒng)能夠消除由于光源波動(dòng)和溫度變化帶來的影響。2.答：（）增量式編碼器圖案均勻，光信號(hào)脈沖一樣，可把任意位置作為基準(zhǔn)點(diǎn)，從該點(diǎn)起將位移或轉(zhuǎn)角按一定的量化單位檢測(cè)，計(jì)量脈沖數(shù)即可折算成位移或轉(zhuǎn)角。零點(diǎn)可以任意予置，測(cè)量范圍僅受計(jì)數(shù)器容量限制而與光學(xué)器件無關(guān)。沒有確定的測(cè)量點(diǎn)，斷電則丟失當(dāng)前位置，噪聲的影響造成計(jì)數(shù)誤差會(huì)逐漸積累，無法輸出絕對(duì)位置信息。（2分）（）絕對(duì)式編碼器圖案不均勻，光信號(hào)脈沖不一樣，它是在可運(yùn)動(dòng)的光學(xué)元件的各位置坐標(biāo)上刻制出表示相應(yīng)坐標(biāo)的代碼形式的絕對(duì)地址，在元件運(yùn)動(dòng)過程中讀取這些代碼實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量坐標(biāo)的變化。坐標(biāo)

30、固定，與測(cè)量前的狀態(tài)無關(guān)，不需要運(yùn)動(dòng)時(shí)的位置重合；抗干擾能力強(qiáng)，無誤差累積；切斷電源信號(hào)消失，但通電后能恢復(fù)原狀態(tài)；信號(hào)并行傳送，不需要方向判別和可逆計(jì)數(shù)等?？蓪⑷我馕恢萌∽髁泓c(diǎn)時(shí)需進(jìn)行一定的運(yùn)算。（3分）3.工作原理：用交變的入射輻射照射熱釋電晶體，使得晶體的溫度、晶體的自發(fā)計(jì)劃以及由此因此的面束縛電荷均隨入射輻射的頻率變化而變化，如果頻率較大，體內(nèi)電荷來不及中和，結(jié)果就使得晶體在與極軸垂直的兩端面間出現(xiàn)開路交流電壓。如果接上相應(yīng)負(fù)載，就會(huì)在負(fù)載的兩端產(chǎn)生交流信號(hào)電壓。（3分）熱釋電器件的極化強(qiáng)度與溫度有關(guān)，溫度升高，極化強(qiáng)度降低，升高到一定溫度，自發(fā)極化就突然消失，這個(gè)溫度稱為“居里溫度”

31、。在居里點(diǎn)以下，極化強(qiáng)度是溫度的函數(shù)，熱釋電探測(cè)器件就是利用這點(diǎn)制造出的熱敏類探測(cè)器。即熱釋電探測(cè)器件要工作在居里溫度以下。4. 火炮身管直線度測(cè)量系統(tǒng)主要由激光器、光束準(zhǔn)直系統(tǒng)和光電接收及處理電路組成。激光器可采用氦氖激光器，激光器、接收器選用四象限光電池，固定在靶標(biāo)上，兩者分別放置于炮口和炮尾。將激光束的強(qiáng)度中心作為直線基準(zhǔn)，調(diào)整使其對(duì)準(zhǔn)四象限光電池的檢測(cè)中心，移動(dòng)靶標(biāo)，探測(cè)器件輸出信號(hào)，信號(hào)處理后輸入到記錄器上記錄不直度曲線。5.激光光束入射到以固定角速度旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鏡反射面上，反射光束經(jīng)反射光學(xué)系統(tǒng)變成平行于光軸的掃描光束，再通過接收光學(xué)系統(tǒng)被光電傳感器接收。接收器采集到這種光強(qiáng)調(diào)制信號(hào)后

32、，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)變成電信號(hào)，由微機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，便可得到工件被測(cè)部位的直徑測(cè)量結(jié)果。6.測(cè)距儀的測(cè)距原理都是發(fā)射光的調(diào)制信號(hào)，經(jīng)目標(biāo)返回，由光敏元件接收，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后經(jīng)處理計(jì)算出被測(cè)距離L，若發(fā)射接收的時(shí)間間隔為t，則。（敘述2分，圖1分）脈沖法激光測(cè)距儀的原理是，時(shí)間間隔為T的時(shí)鐘脈沖在門控制電路的作用下向脈寬為t的信號(hào)方波內(nèi)填充脈沖，并用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，若計(jì)數(shù)值為N，則得：，則（敘述2分，圖1分）脈沖法激光測(cè)距的最小可測(cè)距離Lmin由時(shí)鐘脈沖頻率f決定。f越高，Lmin越小。一般f可達(dá)300MHz，對(duì)應(yīng)的Lmin為0.5m。（1分）7. 光敏電阻在光照強(qiáng)（白天）的時(shí)候電阻小、電路中電流變大，能驅(qū)動(dòng)繼電器，關(guān)閉路燈，在光照弱（晚上）的時(shí)候電阻大電路中電流變小，不能驅(qū)動(dòng)繼電器，繼電器就會(huì)接通另一開關(guān)，從而打開路燈。6、 設(shè)計(jì)題1. （a）浮動(dòng)閾值二值化電路 （b）裁紙機(jī)控制刀下落光電接收器分束鏡光源 光源發(fā)出的光被分