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现代显示技术

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一、引言

1.1 显示技术的主要特点和内容

1.2 显示技术的分类

1.3 显示器件的主要参量

1.4 显示技术的应用和发展

二、视觉特征和电视显示的基本原理

2.1 视见函数

2.2 人眼的黑白与彩色分辨能力

2.3 视觉的时间特征

2.4 视觉的适应范围

2.5 光度学的几个主要物理量

2.6 彩色光的三色原理

2.7 颜色的基本特性及颜色的混合

1.1 显示技术的主要特点和内容

日本一位学者说过,电子显示器件正扮演了桥梁的角色(bridging role)或者说人机界面(man-machine interface)角色,其发展趋势在信息社会中越来越重要。

什么是电子显示技术?

电子显示技术是用电子学的手段将各种信号以文字、符号、图形、图像的形式付诸于人的视角的技术。

众所周知,材料、能源和信息是现实的物质生产力的三大基本要素。随着科学研究的深入,信息的处理量越来越大。各种信息的获取、存储、传递、处理、输出就变得越来越频繁和重要。信息包括各种电信号和非电信号,各种物理量和非物理量。信息显示基本过程可用下面框图表示:

图1.1信息显示过程

由图可见,信息源是各种电子装置,包括计算机、传感器、电视摄像机、信号储存磁盘、雷达天线、通信卫星等等。这些装置产生的电信号、经放大送入显示器,在显示器上以文字、数字、图像形式显示出来。电子显示技术有如下几个特点:

(1)电子显示技术传输与处理信息具有准确、实时、直观、处理信息量大的特点。有关研究表明,人们经各种感觉器官从外界获得的信息中,视觉占60%,听觉占20%,触觉占15%,味觉占3%,嗅觉占2%。近2/3是通过眼睛获得的,所以图像显示已成为信息显示中最重要的方式。

(2)电子显示技术有很强的综合性与应用性。它包括的每种显示方法都涉及许多学科的知识,如光学、电子学、材料科学、集成电路、真空技术、气体放电、固体物理、半导体技术、计算机技术等等。毫无疑问,已经取得的成就和新的发展,都必然与这些学科的进步联系在一起。电视机技术和计算机技术就是两个最好的例子。

(3)应用范围广。电子显示技术已广泛应用于军事、工业、交通、通信、教育、航空航天、卫星遥感、娱乐、医疗等领域。

(4)电子显示技术发展快。从1897年德国发明第一只布劳固管(阴极射线管)开始,到现在已有百年历史,这期间,电子显示期间出现了上千个品种,而且从原理上完全不同于CRT(Cathode Ray Tube)的新型显示器件也相继出现,许多新型器件都已实用化。

电子显示技术有以下几方面内容:

(1)电子显示技术主要作用是将电信号或者原本是图像的光信号转换成电信号,经处理传输后再度变成光信号并作用于人眼的视觉系统。因此,显示技术除了要了解显示电子学的有关问题外,还必须考虑人眼的视觉空间特性和时间特性,以及光度学的基本概念。

(2)深入了解各种显示器件的工作原理结构,也是现代显示技术的主要内容。各种不同显示器件应用了不同的电子物理规律,了解这些原理和方法,对加深理解各基础学科的知识,开阔思路,深入理解显示系统与应用电路无疑大有好处。(3)本讲座简单介绍显示系统的基本要求和显示器件的主要参量。

(4)了解各种平板显示,特别是非真空型平板显示,如LCD 、PDP 、ELD 、LED 等,它们的工作原理、驱动方式、存在问题,发展趋势都是显示技术的重要内容。

1.2 电子显示技术的分类

电子显示器件可分为主动发光型(自发光型)和非主动发光型两大类:前者是利用信息来调制各像素的发光亮度和颜色,进行直接显示。后者本身不发光,而是利用信息调制光源使其达到显示的目的。

显示器件分类有各种方式。按显示屏面积的大小,可分为中、小型(0.2m 2左右)、大型(大于1 m 2)和超大型(大于4 m 2)显示器;按颜色可分为黑白、单色、多色和彩色显示器;按显示内容、形状可分为数码、字符、轨迹、图标和图像显示器;按显示器材可分为固体(晶体和非晶体)、液体、气体、等离子体和液晶体显示器。最常见的是按显示原理分类,即主动发光显示和非主动发光显示。

主动发光显示器主要有:CRT (阴极射线管显示);PDP (等离子体显示);ELD (电致发光显示);LED (发光二极管显示);VFD (真空荧光显示);FED (场致发射显示);OLED (有机发光二极管显示)。

非主动发光显示器主要有:LCD (液晶显示);ECD (电化学显示);EPID (电泳成像显示),其中,ECD 、EPID 和ELD 这几种显示器应用面不大,市场小。

1.3 显示器件的主要参量

(1)亮度:单位面积的发光强度叫亮度。亮度用L 表示,单位是坎德拉每平方米(cd/ m 2),有时也称尼特(nt )。

对画面亮度的要求与环境光强度有关。如,在电影院中,电影30~45 m 2就可以,在室内看电视,要求显示器画面的亮度应大于70cd/ m 2;在室外观看,则要求画面应达到300 cd/m 2。所以对高质量显示器,亮度的要求应为300cd/ m 2。

(2)对比度和灰度

画面上最大亮度和最小亮度之比称为对比度,用C 表示。

L L

C min max

= (1-1)

一个质量好的显示器的对比度至少要大于30,这是在有环境光的情况下的数据。有时报道的某种显示器件的对比度达到数百或更高,这是在没有环境光测的数据,即在暗室中的测试数据,在实际应用中均有环境光,这时的对比度为

L L min max

外外+L L

C += (1-2)

L 外是指在环境光照到显示屏上产生的亮度,有了亮的亮度和高的对比度不一定能显示出好的图像,因为一般图像是有层次的,要显示一个人的脸,要求层次较多,即要求有较多灰度级。

灰度:所谓灰度,是指图像的黑白亮度层次,或者说,从亮到暗之间的亮度层次称为灰度。设人眼能分辨的亮度层次为n 。

logC 3

.2δ n (1-3)

δ是人眼对亮度差的分辨率,一般取

δ=0.02~0.05,若δ=0.05,C =50时,由(1-3)试,可算出n =78 若C =100时,n =92。

可见,人眼对所能分辨的亮度层次与图像对比度的对数成正比,并受到图像对比度的限制,对于一般的图片,图像的最大对比度大约为100;

在电视技术中,用10个灰度级表示,测试时,常用10级灰度测试图,每级灰度之间的亮度变化为2倍。通常电视接收机所重现的,一般为7~8级灰度。灰度越多,图像层次越分明,图像越柔和。人眼可分辨的最大亮度层次为100级,电视中一个灰度级间的亮度层次为6.9级。

在电子显示技术中,把数字、英文字母、汉字及特殊符号为字码,把机械零件等线条图称为图形。显示字码、图形、表格、曲线时,对灰度没有要求,只要对比度高即可,显示图像时,则除了要求有足够高的对比度外,还要求有丰富的灰度级。

(3)分辨力

所谓分辨力是指能够分辨出电视图像最小细节的能力,人的眼睛观察图像清晰度的标志,通常用屏面上能够分辨出的明暗交替线条总数来表示。对于用矩阵显示的平板显示器常用电极线数目表示其分辨力。普通电视图像扫描行电极数600;高清晰电视图像扫描行电极数大于1000,高清晰图像三个最重要指标:高分辨力,高亮度,高对比度。

(4)响应时间,余辉时间

所谓响应时间是指从施加电压到出现图像显示的时间,它又称上升时间。 从切断电源到图像显示消失的时间称为下降时间,又称为余辉时间。

显示图像显示时,需要小于1/30秒的响应时间,一般主动发光型显示器件响应时间都小于0.1毫秒;非主动发光型显示器件,如LCD ,其响应时间为10~500毫秒。在显示快速运动的电视图像时,由于响应时间太长,会出现拖尾或余像,使运动图像模糊。所以LCD 用于图像变化缓慢的计算机显示时,相应时间不成问题,而作为电视接收机时,相应时间就太长了。

(5)显示色

发光型显示器件发光的颜色和非发光型显示器件透射或反射光的颜色称为显示色。

显示色分为黑白、单色、多色和全色四大类。CRT 电视机能显示全彩色电视图像,所以平板显示器件要在这个领域与CRT 竞争就必须实现全彩色显示。

大部分发光型平板显示器件实现红光或绿光显示比较容易,但是实现彩色显示中,必不可少的蓝光显示时,遇到较大困难。高效的蓝光LED 近几年研究成功,才使彩色LED 大显示屏获得了迅速发展。高效率蓝光EL (electro

luminescence )迟迟未开发出来,严重影响了它的推广应用。对于非发光型LCD 显示器件,则可在黑白显示屏上附加滤色膜后实现彩色显示。可见,任一平板显示器件,若不能解决彩色显示技术,就不能有大的发展前途。

(6)发光效率

发光效率是发光型显示器件所发出的光通量与器件所消耗的功率之比。单位:流明每瓦,用lm/w 表示。

VFD(vacuum fluorescent display)发光效率最高,约为10lm/w。LED(light emitting diode)是一种电-光转换器件。它随着材料不同而不同,一般发光效率1~4lm/w;ZnTe0.1S0.9发绿光,发光效率达到17lm/w;OLED(organic light emitting diode),发光效率可达15lm/w,PDP(plasma display panel)的发光效率1 lm/w;其它主动发光型显示器件发光效率只有10-1lm/w量级。

显然,提高发光效率,既可相应地降低消耗功率,还可缓解整机的散热问题。上述的数据,对于整机设计提供重要的参考依据,因为必须考虑功耗。就是说,发光功率决定了显示器件工作时的功率消耗,反射式LCD其功耗在μw/cm2量级。因此,能迅速占领中、小屏市场。

对于大面值显示,其供电功率也是一个重要指标。如42寸AC-PDP的整机消耗功率450w,这是用户不希望的。

(7)工作电压与电流消耗

驱动显示器件所加的电压为工作电压(V),流过的电流称为消耗电流(A)。若工作电压用V表示,消耗电流用I表示,则I×V=显示器件的消耗功率。外加电压有的用交流,有的用直流,LCD必须用交流,OLED、LED等则用直流供电。

由于驱动电路集成化,所以显示器件的工作电压V希望与IC的工作电压相适应。这样才能大大降低驱动电路的成本。如LCD驱动电压只有几伏,这样就可以与TTL(晶体管-晶体管逻辑)电路相配合,所以LCD驱动电路成本较低。一般驱动电压上限≤45伏,就容易采用IC驱动。LCD,LED,OLED和VFD

显示器件工作电压比较低,其值在0.5~40V。

PDP驱动电压为200伏左右,需开发高压MOS晶体管IC,这就增大了PDP 的驱动电路成本。目前PDP驱动电路成本占整机成本2/3。若驱动>200V,则这类高压的IC就难实现,价格也就更难接受。

(8)存储功能

外加电压除去之后,仍然能保持显示状态的功能叫存储功能。

存储功能在多路驱动和矩阵选址时发挥很大作用。ELD(electro luminescent display电致发光显示),AC-PDP和某些特殊材料的LCD均具有存储功能。

(9)寿命

显示器件的寿命一般在3万小时以上最好。LED、VFD的寿命一般都能达到要求,PDP的寿命最近也解决,OLED正在解决中,ELD目前接近解决。LCD 的寿命决定其使用材料的化学稳定性,耐湿性,耐光性。一般说,寿命已解决。

显示器件其他参量还有体积、重量、显示面积、观察视角及性价比,还有扁平度等。

所谓扁平度是指显示屏的对角线尺寸与整机厚度之比。平板显示器扁平度大于4,CRT扁平度小于1.1.

1.4电子显示技术的应用与发展前景

目前显示技术正谋求几方面发展

(1)高分辨率,大显示容量

HDTV(high definition television)要求每帧图像分辨率在1000行以上,像素组在200万以上。显像管对角线最大已达45寸,分辨率每帧1100行以上。(2)平面化

目前40寸(1013mm)的CRT重达85kg,全长790mm。而42×42寸的PDP 仅重几公斤,厚度数十毫米。

(3)大型化

目前室内直视式显示器最大不超过50寸;若要在军事指挥及会议方面应用就要借助投影电视。

(4)研究新一代显示器件

值得一提的是CRT是否已经过时?能否完全被FPD(flat panel display)替代。有关调查表明,从显示器件综合指数(亮度、对比度、分辨力等),得分最高的还是CRT;其次是AC-PDP;第三是AMLCD。当然得分少于CRT主要原因在于成本(2/3驱动电路)和功耗。若AC-PDP这两项性能大幅度改善,总分就上去了。因此,CRT与FPD将会有一个相当长的共存期,但估计不会消亡。

CRT优点:价格低,25寸,即64cm对角线的CRT其制造成本25美元;调整分辨力容易(从VGA到HDTV容易),VGA(video graphics array视频图像阵列级分辨力,640×480像素);形状和大小变化很大(从1.3~114cm);寻址简单,只用7根导线;可视性好(高亮度、高对比度、非常好的发光效率10lm/w);非常丰富的彩色(全色);非常好的寿命特性(10万小时);响应速度快;有大规模生产基础(2.6亿只/年)

缺点:体积大,太重,屏面内有散射光,图像有闪烁和抖动,最大直观尺寸限制在114cm(<45寸),无数字寻址,图像有畸变,应用电压很高(2万伏左右)。

在新器件的研制方面,OELD(organics electro luminescent display 有机电致发光显示器)是一种应用前景看好的显示器件。因为OELD主动发光,发光效率高(1.5lm/w),彩色丰富,工作电压低,特别是可采用与集成电路相匹配的直流低电压驱动,是极具发展前途的显示技术。

二、视觉特征和图像显示的基本原理

众所周知,各种显示器件显示的信息都是供人的眼睛观看,人眼的生理特征对制订显示范围有很大的影响,特别是在制订电视体制时与人眼的特征更是密切想关。

图像、波形、字符的显示是靠光波通过视角而视感知的。光是一种电磁辐射,波谱范围很广,有紫外、红外、可见光等。其中能引起人眼视觉的是可见光。一般认为可见光波长范围在380~780nm之间。可见光随波长不同而呈现不同的颜色,两种以上的光产生混色,叫复色光,自然界中一般均为复色光。

可见光辐射刺激人眼引起明暗与颜色的感觉,除了取决于人眼产生的物理刺激外,还取决于人眼的视觉特性。而视觉特性是影响频带等指标的重要因素,因此在研究系统之前,有必要了解人眼的视觉特性。

2.1视见函数

人眼的形状接近球形,是一个直径约为24mm的球状体,又称眼球。

照相机与人眼有相识的构造。外界的图像透过角膜、水晶体和玻璃体成像于视网膜上。它是一层紧贴眼睛内面厚度在0.1~0.5mm(一般0.3mm)的神经组织。包含上亿个神经细胞,井然有序的排成三层,第一层是感光细胞,能接收通过水晶体成像的光,并把它转换成电信号,这种电信号被第二层神经细胞接收、分析和处理后,再经过第三层神经细胞传向大脑。

这三层细胞之间,通过一种称之为“实触”的微小结构进行联系,组成一个信息处理和传递的极复杂的神经细胞网络,最终把信息传到大脑,正是神经细胞自身产生的电信号,帮组了研究者了解视网膜如此众多的细胞的活动规律。

视网膜上的感光细胞,按其形状可分为两大类:视杆细胞(杆状细胞)和视锥细胞(锥状细胞),两者统称为视细胞。视网膜上包含7500万到1亿5千万个杆状细胞和600万到700万个锥状细胞。在人眼的视网膜上,在正对这瞳孔的中央,有一个直径为2mm的黄色区域称为“黄斑”部分,此部分在视网膜中心处。它决定眼睛的最大分辨能力,因此,用“黄斑”中心观察景物能得到最好的分辨率。

杆状细胞比锥状细胞灵敏度高,但不具备波长辨别能力(不能辨别色彩),低暗度下,主要用来辨别明暗,因此,人在暗处只能辨别色彩,这是在暗处看物体呈灰色的原因,锥状细胞在光亮时工作,既可分辨光的颜色,又可分辨明暗。

在视神经进入眼球的一小范围,此处既没有杆体细胞也没有锥体细胞,即视网膜上这一点处没有光感觉,叫盲点。

仅在夜间活动的动物(鼠、猫头鹰等),视网膜仅有杆状细胞。仅在白天活动的动物(鸡、鸽)只有视锥细胞,人类和昼夜都活动的动物(鱼),这两种细胞都有。

杆状细胞大约比锥状细胞灵敏度高100倍,人在暗处工作,可响应小到100个光量子。人眼的光觉阈为1×10-6cd/m2,感受光的范围,最大最小之比达1010

以上。

人眼的视觉特性和大脑视觉区域的生理功能决定了客观光波刺激人眼而引起的主观效果,不同波长的光引起人眼的感受程度是不同的,功率相同但波长不同的单色光,人眼感受的明亮程度不同,眼睛的灵敏度与波长的这种依赖关系,

称为视见函数V (λ)或称为光谱光视效率。视见函数(光谱光视效率函数)也可以这样描述:达到同样亮度时,不同波长所需要的能量的倒数,即V (λ)=1/E λ,式中V (λ)视见函数,E λ为单色光能量。由于视网膜包含两种不同的感光细胞,在不同照明水平时,V (λ)会发生变化,光亮度大于3cd/m 2时,为明视角,此时锥体细胞起作用。当光亮度小于0.03 cd/m 2时,称为暗视角,此时杆体细胞起作用。当光亮度在0.03~3 cd/m 2时,锥体细胞和杆体细胞在起作用,称为中间视觉。图2.1的两条曲线分别表示了在光亮条件下人眼日间视觉与微光条件下夜间视觉的时间函数,日间视觉的峰值波峰在555nm 处,夜间视觉曲线向短波方向移动,峰值在507nm ,曲线中,取最高灵敏度为1。

2.2人眼的黑白与彩色分辨能力

人眼分辨景物细节的能力有一极限值,如与人眼相隔一定距离L 的两个黑点距离为d ,当d 小到一定程度,人眼就分辨不出两个点的存在而感到是一个模糊的黑点,这时被观察的两个黑点与眼睛的张角θ(见图2.2)称为人眼的分辨力,如θ以分为单位,图示关系

60

360L 2 θ=πd

(2.1) L d 3438θ= (2.2)

1/θ被定义为视觉锐度,又称为视力。

视网膜上杆状或锥状细胞的分布密度,决定了人眼的分辨力,而由于视细胞的分布密度不一,因此人眼的分辨力与物体在视网膜上成像的位置有关;人眼分辨力与照明强度也密切相关,当照明太暗时,只有杆状细胞起作用,分辨力大为降低且不能分辨出颜色而照明太强,分辨力不会增加甚至由于炫目想象而降低,分辨力还与景物的背景亮度与被观察物体的运动速度有关。实验证明,正常视力的人在中等照度与中等对比度情况下观察静止景象时,分辨力约在1’~1.5’左右。 由于视细胞的差别,人眼对彩色细节的分辨能力远比亮度细节分辨力低。如将图2.2中人眼刚能分辨的黑白条纹换成不同彩色相间条纹,就不再能分辨出条纹来,人眼对不同色调细节的分辨力也不相同,如以眼睛对黑白细节的分辨力为100%,实验测得人眼对各种彩色分辨力列表于表2.1中。

器件与电路设计带来困难,而由于人眼彩色分辨细节能力低于黑白细节分辨能力,因此,彩色电视系统传送图像时,细节部分可以仅传送黑白图像而不传送彩色信息,即利用大面积着色原理来有效地节省传输频带。

2.3视觉时间特性

当光作用于人眼时,眼睛的主观亮度感觉不会立即产生实际的亮度感觉,而是略有滞后,而当光的作用消失的瞬间,主观亮度感觉并不马上消失,也有一个滞后,并呈指数规律衰减,眼睛的这种重要特性称为视觉惰性。图2.3中,一个

光脉冲所产生的亮度感觉如图(b ),可见,眼睛的感觉亮度是逐渐建立与消失的,它滞后于实际光刺激,后者也称之为视觉暂留时间。

视觉惰性表面,持续一定时间的低亮度和历时较短时间的高亮度会产生同样的亮度感觉,而极短时间的光脉冲造成的感觉不如亮度相同的恒定光那么亮。 眼睛的视觉惰性早就被人们巧妙运用在电影与电视中来显示活动图像。电影与电视是在一定时间间隔的瞬间拍摄下一幅固定图像,活动的人与物在相邻两幅图像中相对位置略有变化,在重现图像时,以一定的速度将这些画面显示出来,由于人眼的视觉惰性,使得这些在时间上空间上都连续的图像,给人以真实、活动、连续的感觉。

通常,中度亮度的景物,视觉暂留时间为0.05~0.2s 。如果周期性光脉冲重复频率较低,眼睛就会有一亮一暗的感觉,即光的闪烁,重复频率足够高时,闪烁消失,看到的时一个恒定的光点。恰好感觉不到闪烁的频率称为临界闪烁频率,临界闪烁频率f c 与光脉冲亮度L a ,它们的关系是

b a L f a

c += (2.3)

式中a 、b 都是常数,在明视觉情况下,a =12.5,b =37

视觉暂留时间决定了要产生景物移动连续感觉所要求的画面移动速度的范围。电影技术中,普遍采用每秒向银幕投影24幅画面的标准,同时在每幅画投影时间内用机械装置将投影光遮挡一次,得到每秒48次的重复频率,避免了闪烁。

电子显示技术采用的临界闪烁频率为50Hz ,电视技术即采用50Hz 的场频来显示无闪动的图像。临界闪烁频率又是CRT 显示大量数据时高速书写的限制,这是可采用存储显示,使用直视式存储管或等离子体显示板以及在显示驱动电路中采用存储元件的方法使信息一旦写入,如不擦除就一直保存;因此,画面无需刷新也可显示无闪烁的图像。

与视觉惰性有关的另一现象是眼睛的时间适应性。眼睛对亮暗和彩色的感觉都有时间上的适应问题,对这种现象的一种解释是,在视网膜和人的大脑间存在着所谓生物放大器,照度高时,放大器增益低,照度低时,放大器增益高,增益变化范围可达106,生物放大器完成增益调节需要一定的时间,这即是眼睛的适应性。

2.4视觉适应范围

人眼对亮度有很宽的感觉范围,从百分之几cd/m 2到几百万cd/m 2的光都能引起亮度感觉,人眼对光的主观感觉增量与客观亮度是成对数关系的。眼睛这种随外界光的强弱而自动调节的能力称为眼睛的适应性。适应性又分为暗适应明适应。众所周知,人眼从光亮中进入暗室时,在最初的瞬间什么都看不见,逐渐适应黑暗后,才区分出周围物体的轮廓,这就是暗适应。

暗适应包括两种基本过程:瞳孔大小变化和视网膜感光化学物质的变化。在从亮到黑暗的过程中,瞳孔直径可由2mm 到8mm ,使进入眼球的光线增加10~20倍。人从光亮环境进入暗环境,瞳孔扩大到最大值的2/3时,只需10秒,而完全扩大时,则需要5分钟,可见,这种适应的范围是很有限的。所以瞳孔的变化不是暗适应的主要机制。

人们从黑暗处走到强光下,开始觉得眩目,睁不开眼睛,大约需经1min 后

才能看清周围的景物。眼睛这种由暗到亮的适应过程叫明适应。人眼的视角范围最强和最弱之比可达1010,适应性也表明了眼睛自动调节感光灵敏度的自我保护作用。

2.5光度学的几个主要物理量

1.光通量

光源在单位时间内辐射出的能量叫辐射通量,或称辐射功率。辐射能量的单位是焦耳,辐射通量的单位是瓦。

光源的辐射通量对人眼引起的视觉强度称为光通量,单位为流明(lm ),光通量的大小反应一个光源所发出的光辐射能量所引起的人眼光亮感觉的能力。人们通常用每瓦流明数来表达一个光源或一个显示器的光功率,如白炽灯光功率30lm/w,日光灯光功率100 lm/w 。一般彩色显象管荧光粉白场光功率40 lm/w ,等离子体放电板光功率1 lm/w 。

2.发光强度

光度学中采用发光强度(光强)的单位作为基本单位。光源在某方向的发光强度I (θ,ψ)是指光源在该方向单位立体角内发出的光通量

Ωd I /d )(φ(θ,ψ)=θ,ψ (2.4)

d φ为光源在该方向的光通量,球面坐标中,立体角d Ω=sind θd θ,光源发出的总光通量为

θθ(θ,ψ)ψφ=ππ

d sin I d 020?? (2.5)

如光源向各方向均匀发光,I (θ,ψ)是一个常数I,上式即为

I 4

πφ= (2.6) 发光强度的单位是烛光,1967年第13届国际计量大会规定:在101325Pa 气压下,全辐射体加热到铂的溶解温度(2045K )时,在它表面1/60cm 2的法线方向的发光强度,即为一烛光或坎德拉。1979年,第16届国际计量大会对光强单位坎德拉作了新的定义:在给定方向发射540×1012Hz 的单色光的辐射源,在此方向辐射强度为1/683瓦/球面度时的发光强度即为1坎德拉。也就是说,光强1坎德拉的点光源,在单位立体角内发射的光通就是1流明。

3.亮度

光源在某方向的亮度L (θ,ψ)指从某方向看光源,在此方向所见光源单位投影面(cos θdS )上的发光强度

ΩΩ

dSd cos d dS cos /d )(θφ

=θφ=θ,ψd L (2.6)

上式也可说明光源在给定方向的亮度该方向的投影面积在单位立体角内发出的光通量。

由于光源的发光强度与方向有关,所以各个方向的亮度也不相等,如要求亮度L (θ,ψ)不随方向而变,显然应要求光源的发光强度I (θ,ψ)正比于cos θ,即

θ=θ,ψcos )(0I I (2.7)

这时,发光强度分布遵守余弦定律,光源亮度L 与方向无关,是一常数L0,满足(2.6)式的光源称为余弦辐射体。

亮度的单位用坎德拉平方米(cd/m 2)。

4.面发光度

面发光度Mv 又称为光出射度,是指光源上每单位面积向半个空间发出的光通量。

dS d Mv /φ= (2.8)

如光源表面发光均匀,上式应为Mv =φ/S,面发光强度单位为lm/m 2。

5.照度

一定数量的光通量达到一个接收面时,我们说,这个面被照明了。照明程度的大小可用照度E 来表示。E 被定义为单位面积的光通量,用下式表示:

dS d E /φ= (2.9)

若被照物体表明光通量均匀,上式即为φ/S ,E 有时也叫光照度。照度的单位是勒克斯(lx ),1 lx 表示1m 2的被照表面上均匀分布有1 lm 的光通量。

2.6彩色光的三色原理

光经过物体反射或透射后刺激人眼,人眼便产生了该物体的光亮度与颜色的感觉信息。最早认识色觉的是牛顿,正是他首先确认颜色并不是客观世界的属性而是一种主观感觉。1802年,英国物理学家杨格提出,在视网膜中,可能存在三种分别对红、绿、蓝敏感的感光细胞,这三种细胞感受的混合光刺激,即产生各种颜色感觉,赫姆霍兹完善了这种观点,发展成三色理论。色觉的进一步研究发现了对红、绿、蓝敏感的视觉细胞,从而证实了上述理论。

在介绍彩色光的三色原理之前,我们先介绍一下彩色光的三种基本参量:

(1)明度

刺激物的强度作用于眼睛所产生的效应,此效应的大小是物体反射系数决定的,反射系数越大,则物体的明度越大,反之则越小。明度是人眼直接感受到的明亮程度。

(2)色调

它反映颜色的类别,如红、绿、蓝,即指色调,不同波长的可见光呈现的颜色不一样,人眼对不同波长的光的灵敏度也不相同,色调决定颜色本质的基本特征。

(3)色饱和度

一种颜色鲜明程度,它指彩色光呈现彩色的深浅程度(或浓度),用一种色调光,色饱和度越高说明它颜色越浓。饱和度是颜色纯度的人眼主观评价,色纯度高的颜色,看起来饱和度也高,光谱色的色饱和度是100%,而白光中没有哪一种色调特别突出,色纯度最低,为零,色纯度和色饱和度之间虽有密切的对应关系,但都是主观对客观的复杂反应,不能直接等同。

色调和色饱和度统称为色度,它既说明彩色光的颜色,又说明颜色的深浅。 因此,人们在观看彩色时,除了亮度外,还多了两种感觉,即色调和色饱和度,因此彩色视觉有更丰富的层次感觉,色调与色饱和度是色度的两个方面,两

者也要达到一定差别才能被感知,亮度给人以光强大小与光强弱的感觉,而色调与色饱和度则产生一种性质差异的感觉。

三基色原理认为:适当选择三种基色(如红、绿、蓝),将他们按不同比例进行合成,就可以引起不同的彩色感觉,合成彩色光的亮度由三个基色的亮度之和决定,色度由三基色分量的比例确定,三种基色彼此独立,任一基色不能用其他两种基色配出。

人眼的视网膜对红、绿、蓝三色光具有较大的灵敏度,其三色光响应曲线如图2.5,曲线表明:人眼对红、绿、蓝敏感的三种视细胞视敏捷函数曲线各不相同,三曲线相互交叠,某一波长的光同时处在两、三条曲线之下,即某一波长的光可同时刺激人眼的两种或三种光敏细胞,而大脑产生的颜色感觉为几种刺激之和。

设实际景物的功率频谱特征为W (λ),人眼对景物的三基色感觉分别为

?=λλ(λ)λd )(680K R W F

R (lm ) ?=λ

λ(λ)λd )(680K G G W F

(lm ) ?=λλ(λ)λd )(680K B B

W F (lm ) 景物产生的颜色与亮度感觉是三者之和

F F F B

G R F ++=

FR 、FG 、FB 三者的比例决定了总的色度感觉,三者之总光通量决定了总的亮度感觉。因此,如有两组光谱成分不同的光,只要人眼对它们的综合感觉相同,则主观彩色感觉(包括亮度和色度)就相同,即相同的彩色感觉既可源于某单色光的刺激,也可由不同光谱成份组合的光产生,实验证明,自然界几乎所有彩色都可以用三基色,或称为三原色配成。

三色原理对彩色电视广播有重要意义,它简化了彩色图像的传播,为达到传送五颜六色、变化万千的彩色图像的目的,我们只须传送三种基色信号就行了。 国际照明协会CIE 综合了已惊醒的实验结果,规定以下三种波长为三基色红(R )、绿(G )、蓝(B )的标称波长

(R ) λ=700.0nm

(G ) λ=546.1nm

(B ) λ=435.8nm

700nm 为可见光谱的红色末端,546.1nm 和435.8是汞的两条较为明显的亮谱线,三者都能比较容易地精确产生。

2.7颜色的基本特征及颜色混合

2.71颜色的基本特性

颜色分两大类:非彩色和彩色。非彩色是指黑色、白色和在这两者之间深浅不同的灰色。他们可排成一个系列,由白色渐渐到浅灰、中灰、深灰直到黑色,这叫作黑白系列或无色系列。灰色是不饱和色,黑白系列的非彩色的反射率代表物体的亮度,反射率越高时,接近白色,反射率越低时接近黑色。一张洁白的纸反射率可达85%以上,用来测量颜色定标用的标准白板的反射率可大于90%,一张黑纸的反射率可以低至5%以下,黑色天鹅绒的反射率可以低至0.05%。

彩色系列或有色系列是指除了黑白以外的各种颜色。若要确切说清楚某一种颜色,就必须考虑到颜色的三个基本特性。即色调、饱和度和明度。这三者在视角中组成一个统一的总后果。

2.7.2加法混色

(1)同时加色法

每一种波长都产生一定色调,但每一个色调并不只是和一种特定的波长有联系。如从波长520nm的纯光中可以得到绿色的光,同样也可从510nm到530nm 的光线混合中得到绿色光。

对于光谱中的每一种色光,都可以找出另一种按一定比例与它混合得到一种白色的色光,这一对色光称为补色,如红色与青色;绿色与紫色,蓝色与黄色都是互补色。

光谱中色光混合是一种加色法,实验证明,全部色光都可由红、绿、蓝、三基色以适当比例混合得到。加色法的结果可用下面简单式子表示。

红色+绿色=黄色

红色+蓝色+紫色

蓝色+绿色=青色

红色+蓝色+绿色=白色

(2)继时加色法

将两种以上的颜色,并以40~50的交替频率作用于视网膜,就形成混色刺激状态。这种混色称为继时混色,也叫时间混色。

(3)空间加色法

红绿蓝三个发光点,当它们互相靠得很近,近到人眼不能分辨时,这三个发光点便在人眼中产生混色效应。

彩色电视呈现的颜色就是空间加色法的应用例子。

一般人眼距离显象管不到3m处,看到的画面就完全是混色的。

2.7.3减色混色

色光混合是一种加色法,但日常生活中颜料油漆等按不同颜色比例混合得出的颜色与上述所用的色光混合得到的颜色是不一样的。这是固颜料的颜色是颜料吸收了一定波长的光线后所余下的光线的色调。如黄色颜料是是从入射白光中吸收蓝光而反射红光和绿光,所以颜料、油漆等的混合配色是一种减色法。

减色法的三原色是黄、品红、青。它们是相加三原色红、绿、蓝的互补色。彩色电视机主要是用加色混色法,彩色影片的画面是由黄、青、品红三种影片染料按减色法原理构成。

相加混色后颜色的明度是增加的,等于其透射光束明度的总和,而减色法中,混合后得到的颜色的明度是减小的。

光电信息科学与工程导论论文

光电信息科学与工程导 论论文 Company number:【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】

光电信息科学与工程 专 业 导 论 论 文 学院:光电信息学院专业:光电信息科学与工程 姓名:杨杨学号: 光电信息科学与工程导论论文 内容摘要:光信息科学和技术是光学和光电子学的一个分支。从光学 与光电子学的发展即可看到该学科的发展态势,20世纪六十年代初出现的激光和激光科学技术,以其强大的生命力推动着光信息科学与技术的发展,至今光电子(光子)技术的应用已遍及科技、经济、军事和社会发展

的各个领域。人们普遍认为,光电子产业将成为21世纪的支柱产业之一。所以近年新设这样的一个专业来满足社会需求。 关键词:光信息激光光学前景问题专业研究对象以及应用 一、光电子技术 光电子技术主要是研究光(特别是相干光)的产生、传输、控制和探测的科学技术。通过光电子技术与微电子技术的结合,以及在各种科学和技术领域的应用,产生并形成了一系列新的交叉学科和应用技术领域,如信息光电子技术,激光医疗与光子生物学,激光加工技术,激光检测与计量技术,激光全息技术,激光光谱分析技术,非线性光学,超快光子学,激光化学,量子光学,激光(测污)雷达,激光制导,激光分离同位素,激光可控核聚变,激光武器等等不胜枚举。这些技术应用的快速发展及向其它科技领域的渗透,形成了许多市场可观、发展潜力巨大的光电子产业,包括光纤通讯产业、光显示产业、光存储-光盘产业、光机电一体化、激光材料加工和合成产业、办公自动化与商用光电子产业、激光医疗器械产业、激光器件产业、激光全息产业、光电子材料产业、光电子检测产业和军用光电子产业。预计未来具有重大发展前景的光(电)子产业有:光子计算与光信息处理产业、全光光子通信产业、光子集成器件产业、聚合物光纤光缆产业、聚合物光电器件产业和光子传感器产业等。 综上所述,光电子产业大致可分为五大类:光电子材料与元件产业、光信息(资讯)产业、传统光学(光学器材)产业、光通信产业、激光器与激光应用(能量、医疗)产业。 二、光子产业的发展前景

现代测试技术复习试题

一、选择 1.把连续时间信号进行离散化时产生混迭的主要原因是( ) a.记录时间太长; b.采样时间间隔太宽; c.记录时间太短; d. 采样时间间隔太窄 2.下述参量的测量属于间接测量法的是( ) a.用天平测量物体质量; b.用弹簧秤称物体重量; c.声级计测声强级; d.线圈靶测速 3.磁感应测速传感器中的速度线圈之所以用两个线圈串联而成,其作用主要为( ) a.提高传感器的灵敏度及改善线性; b. 提高传感器的灵敏度及改善频响特性; c.改善传感器的频响特性及补偿永久磁铁在线圈铁心垂直方向上的微小跳动对感应电动势的影响; d.提高传感器的灵敏度及补偿永久磁铁在线圈铁心垂直方向上的微小跳动对感应电动势的影响; 4.表示随机信号中动态分量的统计常数是( ) a.均方值; b.均值; c.均方差; d.概率密度函数 5.半导体应变片是根据( )原理工作的。 a.电阻应变效应; b.压电效应; c.热阻效应; d.压阻效应 6.压电式加速度计测量系统的工作频率下限取决于( ) a.压电测压传感器的力学系统的频率特性; b.压电晶体的电路特性; c.测量电路的时间常数; d.放大器的时间常数τ 7.二阶系统中引入合适的阻尼率的目的是( ) a.使得系统输出值稳定; b.使系统不共振; c.获得较好的幅频、相频特性; d.获得好的灵敏度 8.带通滤波器所起的作用是只允许( )通过。 a.低频信号; b.高频信号; c.某一频带的信号; d.所有频率分量信号 9.压电加速度测量系统的工作频率下限取决于( ) a.加速度力学系统的频率特性; b. 压电晶体的电路特性; c. 测量电路的时间常数 10. 自相关函数是一个( )函数 a.奇函数; b.偶函数; c.非奇非偶函数; d. 三角函数 11.在光作用下,使物体的内部产生定向电动势的现象,称( )效应。 a.内光电; b.外光电; c.热电; d.阻挡层光电 12.( )传感器是根据敏感元件材料本身的物理性质变化而工作的。 a.差动变压器式; b.变间隙电容式; c.变阻器式; d. 电压式 13.半导体热敏电阻的电阻温度系数α可用下式( )表示(已知半导体热敏电阻与温度系数关系可用T B Ae R =描述) a.α=dT R dR ;b. α=2T B ;c. α=2T A ;d. α=00111ln ln T T R R --(R 1,R 0分别是温度T 1,T 0时的电阻值) 14.如果一信号的自相关函数R x (τ)是一定周期性不衰减,则说明该信号( ) a.均值不为0; b.含周期分量; c.是各态历经的 ; d.是各态不历经的 15.用方程法求解回归直线时,误差最小的方法是( )

现代检测技术作业.(DOC)

现代检测技术 学院: 专业: 姓名: 学号: 指导教师: 2014年12月30日

一现代检测技术的技术特点和系统的构成 1、现代检测技术特点 (1)测量过程软件控制 智能检测系统可以是新建自稳零放大,自动极性判断,自动量程切换,自动报警,过载保护,非线性补偿,多功能测试和自动巡回检测。由于有了计算机,上述过程可采用软件控制。测量过程的软件控制可以简化系统的硬件结构,缩小体积,降低功耗,提高检测系统的可靠性和自动化程度。 (2)智能化数据处理 智能化数据处理是智能检测系统最突出的特点。计算机可以方便、快捷地实现各种算法。因此,智能检测系统可用软件对测量结果进行及时、在线处理,提高测量精度。另一方面,智能检测系统可以对测量结果再加工,获得并提高更多更可靠的高质量信息。 智能检测系统中的计算机可以方便地用软件实现线性化处理、算术平均值处理、数据融合计算、快速的傅里叶变换(FFT)、相关分析等各种信息处理功能。(3)高度的灵活性 智能检测系统已以软件工作为核心,生产、修改、复制都比较容易,功能和性能指标更加方便。而传统的硬件检测系统,生产工艺复杂,参数分散性较大,每次更改都涉及到元器件和仪器结构的改变。 (4)实现多参数检测与信息融合 智能检测系统设备多个测量通道,可以有计算对多路测量通进行检测。在进行多参数检测的基础上,依据各路信息的相关特性,可以实现智能检测系统的多传感器信息融合,从而提高检测系统的准确性、可靠性和容错性。 (5)测量速度快 高速测量时智能检测系统追求的目标之一。所谓高速检测,是指从检测开始,经过信号放大、整流滤波、非线性补偿、A/D转换、数据处理和结果输出的全过程所需要的时间。目前,高速A/D转换的采样速度在2000MHz以上,32位PC机的时钟频率也在500MHz以上。随着电子技术的迅猛发展,高速显示、高速打印、高速绘图设备也日臻完善。这些都为智能检测系统的快速检测提供了条件。(6)智能化功能强 以计算机为信息处理核心的智能检测系统具有较强的智能功能,可以满足各类用户的需要。典型的智能功能有: 1)测量选择功能 智能检测系统能够实现量程转换、信号通道和采样方式的自动选择,使系统具有对被测量对象的最优化跟踪检测能力。 2)故障诊断功能 智能检测系统结构复杂,功能较多,系统本身的故障诊断尤为重要,系统可以根据检测通道的特性和计算机本身的自诊断能力,检查个单元故障,显示故障部位,故障原因和应采取的故障排除方法。 3)其他智能功能 智能检测系统还可以具备人机对话、自校准、打印、绘图、通信、专家知识查询和控制输出等智能功能。 2、系统的构成

现代测试技术及应用学习课件【新版】

现代测试技术及应用作业学号2013010106 姓名刘浩峰 专业核技术及应用 提交作业时间2014 12 10

无损检测中的CT重建技术 1无损检测 1.1无损检测概述 无损检测是工业发展必不可少的有效工具,在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平,其重要性已得到公认。中国在1978年11月成立了全国性的无损检测学术组织——中国机械工程学会无损检测分会。此外,冶金、电力、石油化工、船舶、宇航、核能等行业还成立了各自的无损检测学会或协会;部分省、自治区、直辖市和地级市成立了省(市)级、地市级无损检测学会或协会;东北、华东、西南等区域还各自成立了区域性的无损检测学会或协会。 无损检测缩写是NDT(或NDE,non-destructive examination),也叫无损探伤,是在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下,采用射线、超声、红外、电磁等原理技术并结合仪器对材料、零件、设备进行缺陷、化学、物理参数检测的技术。利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化,以物理或化学方法为手段,借助现代化的技术和设备器材,对试件内部及表面的结构、性质、状态及缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试。无损检测是工业发展必不可少的有效工具,在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平,无损检测的重要性已得到公认,主要有射线检验(RT)、超声检测(UT)、磁粉检测(MT)、液体渗透检测(PT)、涡流检测(ECT)、声发射(AE)和超声波衍射时差法(TOFD)。 1、射线照相法(RT)是指用X射线或γ射线穿透试件,以胶片作为记录信息的器材的无损 检测方法,该方法是最基本的,应用最广泛的一种非破坏性检验方法。工作原理是射线能穿透肉眼无法穿透的物质使胶片感光,当X射线或r射线照射胶片时,与普通光线一样,能使胶片乳剂层中的卤化银产生潜影,由于不同密度的物质对射线的吸收系数不同,照射到胶片各处的射线强度也就会产生差异,便可根据暗室处理后的底片各处黑度差来判别缺陷。RT的定性更准确,有可供长期保存的直观图像,总体成本相对较高,而且射线对人体有害,检验速度会较慢。 2、超声波检测(UT)原理是通过超声波与试件相互作用,就反射、透射和散射的波进行研 究,对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征,并进而对其特定应用性进行评价的技术。适用于金属、非金属和复合材料等多种试件的无损检测;可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测。如对金属材料,可检测厚度为1~2mm的薄壁管材和板材,也可检测几米长的钢锻件;而且缺陷定位较准确,对面积型缺陷的检出率较高;灵敏度高,可检测试件内部尺寸很小的缺陷;并且检测成本低、速度快,设备轻便,对人体及环境无害,现场使用较方便。缺点是对具有复杂形状或不规则外形的试件进行超声检测有困难;并且缺陷的位置、取向和形状以及材质和晶粒度都对检测结果有一定影响,检测结果也无直接见证记录。 3、磁粉检测(MT)原理是铁磁性材料和工件被磁化后,由于不连续性的存在,使工件表 面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场,吸附施加在工件表面的磁粉,形成在合适光照下目视可见的磁痕,从而显示出不连续性的位置、形状和大小。磁粉探伤适用于检测铁磁性材料表面和近表面尺寸很小、间隙极窄(如可检测出长0.1mm、宽为微米

光电技术 论文

专业概述 信息显示与光电技术作为信息科学技术的重要基础,在全球范围内发展迅猛,并已形成经济支柱性重大产业,我国已将其列入二十一世纪重点发展的技术与产业之一。信息显示技术与光电技术已成为综合学科交叉的新理论和新技术的结合,涉及到光学薄膜电子学、材料学、制造学、半导体电子学、大面积电子学、微电子集成系统学、真空微电子学、光电子学、信息系统等诸多领域,是推动电视、计算机、通信、网络、多媒体、教育、交通、广告、导航、军事、仪器仪表、测量、照明等高速发展的原动力。当前我国对信息显示与光电技术专业的毕业生需求正逐年增加,人才供不应求,并预计这种需求将保持持续增长趋势。 2培养目标 信息显示与光电技术专业学生主要学习信息显示与光电技术的基础理论和专业知识,受到科学实验与科学思维的基本训练,除具有良好的科学素质外,还将掌握新型显示器件及驱动电路的设计、制造及测试所必需的基本理论和方法,具有电路分析、工艺分析、器件性能分析和驱动电路设计的基本能力。 本专业培养具有光电材料与器件基本知识,掌握信息储存、显示、传输、以及驱动电路的设计和光电测试的基本理论和方法,具有信息显示实现、器件性能分析和设计、驱动电路设计的基本能力,具备信息显示与光电技术的基础理论和实际应用能力的高级工程技术应用型人才。毕业生能够胜任在现代通信、电子信息显示、半导体器件、光电成像、传感器、太阳能电池、半导体照明等相关企业从事技术工作,事业单位和其他社会组织中从事业务管理的高级工程技术岗位。 [1] 3主干课程 基础物理、工程光学、工程制图、工程计算与仿真、材料分析基础、信息显示技术、显示器件驱动电路设计、真空技术、光电材料与器件、发光原理基础、阴极电子学、电子光学及应用、液晶显示技术、有机电子材料与器件、固体摄像技术、纳米材料与器件、真空微电子学、视频接口技术、普通化学、C语言、半导体物理与器件、单片机应用基础、光电成像物理、可视化程序设计、信号与系统、光电电路设计与应用、光电测试技术、半导体光电子学、信息传送与接收技术、LED显示技术等。

测试技术试卷一

测试技术模拟考试题(1) 一、是非题(对的打√ ,错的打×)(每题2分,共20分) 1.所有周期信号都是功率信号。( ) 2.电阻应变式传感器只用于测定结构的应力或应变。() 3.频响函数反映了系统响应的稳态过程。() 4.稳态响应法不能用于一阶系统的动态特性测试。() 5.直流信号具有无限的频谱。() 6.半桥联接中要求两个桥臂阻值变化大小相等,极性相反。() 7.压电式传感器不一定要配接前置放大器。() 8.若传感器的灵敏度为常数,则表明该传感器的输出、输入关系为线性关系。() 9.在数字信号处理过程中,量化误差大小与A/D 转换器的位数无关。() 10.变间歇式差动变压器是一种电容式传感器。() 二、选择题 (每题2分,共20分) 1.提高二阶系统的固有频率,可以扩大系统的工作()范围。 A.频率 B.阻尼 C.相位 D.幅值 2.设时域信号x(t)的频谱为X(f),则时域信号( )的频谱为X(f +fo )。 A . )(0t t x - B. )(0t t x + C. t f j e t x 02)(π- D. t f j e t x 02)(π 3.如果系统的权函数为h(t),系统的输入x(t)为单位脉冲函数,此时系统输出y(t)为() A. h(t)x(t) B. x(t) C. h(t) D.无法确定 4.若一选频滤波器的幅频特性是:在∞~fc 间接近常数,在fc~0之间急剧衰减。该滤波器为( )滤波器。 A. 低通 B. 高通 C. 带通 D. 带阻 5.一个相邻双臂工作的测力电桥,如果将两工作臂的一个应变片均改为两个应变片串联,则电桥的输出电压() A. 加大一倍 B. 减小一倍 C. 不变 D. 加大两倍 6.输入x(t)和输出y(t)的相干函数的取值在0和1之间,可能是()。 A. 有外界噪声干扰 B.系统是非线性的 C.输出y(t)是输入x(t)和其它输入的综合输出 D. 以上三种 7.若电阻应变片的输入信号为正弦波,则以该应变片为工作臂的直流测量用桥的输出是() A. 直流信号 B. 正弦波 C. 调幅波 D. 脉动波 8.记录0~200Hz 的正弦信号,宜采用固有频率为( )Hz 的振动子较合适。 A.120 B.400 C.1200 D.2500 9.在时域中计算的信号总能量,等于在频域中计算的信号()。 A.自功率谱积分 B.平均功率 C.总功率 D.互功率谱积分 10.周期信号截断后的频谱必是()的。 A. 连续 B. 离散 C. 连续非周期 D. 离散周期 三、 分析问答题 (共30分) 1、已知信号0()sin(2/3)x t A f t ππ=-,试绘制信号的实频谱、虚频谱和单边幅频谱、双边幅频谱及双边相频谱(10分) 2、已知电阻应变仪交流电桥的电桥电源0()cos 2y t f t π=和输入信号x(t)的幅值谱如图所 示。电桥输出信号经相敏检波、低通滤波后输出。试分别画出电桥输出信号、相敏检波输出信号和低通滤波器输出信号幅值谱X m (f)、 X e (f)、 X f (f)。(10分)

现代测试技术及应用

现代测试技术及应用作业 学号2013010106 姓名刘浩峰 专业核技术及应用 提交作业时间2014 12 10 无损检测中的CT重建技术 1无损检测 1、1无损检测概述 无损检测就是工业发展必不可少的有效工具,在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平,其重要性已得到公认。中国在1978年11月成立了全国性的无损检测学术组织——中国机械工程学会无损检测分会。此外,冶金、电力、石油化工、船舶、宇航、核能等行业还成立了各自的无损检测学会或协会;部分省、自治区、直辖市与地级市成立了省(市)级、地市级无损检测学会或协会;东北、华东、西南等区域还各自成立了区域性的无损检测学会或协会。 无损检测缩写就是NDT(或NDE,non-destructive examination),也叫无损探伤,就是在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下,采用射线、超声、红外、电磁等原理技术并结合仪器对材料、零件、设备进行缺陷、化学、物理参数检测的技术。利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化,以物理或化学方法为手段,借助现代化的技术与设备器材,对试件内部及表面的结构、性质、状态及缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化进行检查与测试。无损检测就是工业发展必不可少的有效工具,在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平,无损检测的重要性已得到公认,主要有射线检验(RT)、超声检测(UT)、磁粉检测(MT)、液体渗透检测(PT)、涡流检测(ECT)、声发射(AE)与超声波衍射时差法(TOFD)。 1、射线照相法(RT)就是指用X射线或γ射线穿透试件,以胶片作为记录信息的器材的无损检 测方法,该方法就是最基本的,应用最广泛的一种非破坏性检验方法。工作原理就是射线能穿透肉眼无法穿透的物质使胶片感光,当X射线或r射线照射胶片时,与普通光线一样,能使胶片乳剂层中的卤化银产生潜影,由于不同密度的物质对射线的吸收系数不同,照射到胶片各处的射线强度也就会产生差异,便可根据暗室处理后的底片各处黑度差来判别缺陷。RT的定性更准确,有可供长期保存的直观图像,总体成本相对较高,而且射线对人体有害,检验速度会较慢。 2、超声波检测(UT)原理就是通过超声波与试件相互作用,就反射、透射与散射的波进行研究, 对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构与力学性能变化的检测与表征,并进而对其特定应用性进行评价的技术。适用于金属、非金属与复合材料等多种试件的无损检测;可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测。如对金属材料,可检测厚度为1~2mm的薄壁管材与板材,也可检测几米长的钢锻件;而且缺陷定位较准确,对面积型缺陷的检出率较高;灵敏度高,可检测试件内部尺寸很小的缺陷;并且检测成本低、速度快,设备轻便,对人体及环境无害,现场使用较方便。缺点就是对具有复杂形状或不规则外形的试

数字技术的发展历程

数字技术的发展历程 阎行舟 2014030306033 指导教师:邹麟 内容提要 本文对数字技术的发展过程做了概括性的总结 关键词 数字技术的历史数字技术的应用

数字技术的发展历程 一、发展概述 电子技术是20世纪发展最迅速,应用最广泛的技术,已经使得工业,农业,科研,教育,医疗,文化娱乐以及人们的日常生活发生了根本的变革。特别是数字电子技术,在近四十多年来,取得了令人瞩目的进步。 电子技术的发展历程是以电子器件的发展为基础的。20世纪初直至中叶,主要 使用的电子器件是真空管,也称电子管。随着固体微电子学的进步,第一支晶体三极管于1947年问世,开创了电子技术的新领域。随后60年代初,模拟和数字集成电路相继问世。到70年代末微处理器的问世,电子器件及应用出现了崭新 的局面。1988年,集成工艺可在一平方厘米的硅片上集成3500万个元件,说明集成电路进入甚大规模阶段。当前的制造技术已经使得集成电路芯片内部的布线细微到亚微米和深亚微米(0.13~0.09微米)量级。随着芯片上元件和布线的缩小,芯片的功耗降低而速度大为提高。最新生产的微处理器的时钟频率高达 93GHz。 数字技术的发展历程与模拟电路一样,经历了由电子管,半导体分立器件到集成电路的过程。由于集成电路的发展非常迅速,很快占有主导地位,因此,数字电路的主流形式是数字集成电路。从20世纪60年代开始,数字集成器件以双极型工艺制成了小规模逻辑器件,随后发展到中规模;70年代末,微处理器的出现,使数字集成电路的性能发生了质的飞跃;从80年代中期开始,专用集成电路(ASIC)制作技术已趋向成熟,标志着数字集成电路发展到了新的阶段。 二、数字技术与计算机 数字技术应用的典型代表是电子计算机,它是伴随着电子技术的发展而发展的。现代计算机起源自英国数学教授Charles Babbage。他发现通常的计算设备中有许多错误,在剑桥学习时,他认为可以利用蒸汽机进行运算。起先他设计差分机用于计算导航表,后来,他发现差分机只是专门用途的机器,于是放弃了原来的研究,开始设计包含现代计算机基本组成部分的分析机(Analytical-Engine)。Babbage的蒸汽动力计算机虽然最终没有完成,以今天的标准看也是非常原始的,然而,它勾画出现代通用计算机的基本功能部分,在概念上是一个突破。 在这之前的计算机,都是基于机械运行方式,尽管有个别产品开始引入一些电学内容,却都是从属与机械的,还没有进入计算机的灵活:逻辑运算领域。而在这之后,随着电子技术的飞速发展,计算机就开始了由机械向电子时代的过渡,电子越来越成为计算机的主体,机械越来越成为从属,二者的地位发生了变化,计算机也开始了质的转变。 1906年美国的Lee De Forest发明了电子管。在这之前造出数字电子计算机 是不可能的。这为电子计算机的发展奠定了基础。1935年IBM推出IBM 601机,这是一台能在一秒钟算出乘法的穿孔卡片计算机。这台机器无论在自然科学还是在商业意义上都具有重要的地位。大约造了1500台。1938年ClaudeE.Shannon 发表了用继电器进行逻辑表示的论文。1938年柏林的Konrad Zuse和他的助手们完成了一个机械可编程二进制形式的计算机,其理论基础是Boolean代数。后来命名为Z1。它的功能比较强大,用类似电影胶片的东西作为存储介质。可以运 算七位指数和16位小数。可以用一个键盘输入数字,用灯泡显示结果。1939年

现代测试技术及应用学习心得

《现代测试技术》课程总结 学校:太原科技大学 班级:力学141802班 姓名:曹华科 学号:201418020202

《现代测试技术》课程总结 经过这学期现代测试技术的学习,让我对测试技术有了一个全新的认识和理解。让我以前对现代测试技术浅薄的认知有了很大的变化,现代测试的飞速发展也让我对之充满信心。 随着自动化技术的高速发展,仪器及检测技术已成为促进当代生产的主流环节,同时也是生产过程自动化和经营管理现代化的基础,没有性能好、精度高、质量可靠的仪器测试到各种有关的信息,要实现高水平的自动化就是一句空话。随着自动化程度要求的不断提高,测试技的作用越来越明显。可以说,自动化的提高很大作用取决于现代测试技术的提高。科学技术的发展历史表明,许多新的发现和突破都是以测试为基础的。同时,其他领域科学技术的发展和进步又为测试提供了新的方法和装备,促进了测试技术的发展。 测试的基本任务是获取有用的信息,而信息又是蕴涵在某些随时间或空间变化的物理量中,即信号之中的。因此,首先要检测出被测对象所呈现的有关信号,再加以分析处理,最后将结果提交给观察者或其他信息处理装置、控制装置。测试技术已成为人类社会进步和各学科高级工程技术人员必须掌握的重要的基础技术。 测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。当测试的目的、要求不同时,所用的测试装置差别很大。测试系统的基本特性是测试系统与其输入、输出的关系,它一般分为两类:静态特性和动态特性。在选用测试系统时,要综合考虑多种因素,其中最主要的一个因素是测试系统的基本特性是否能使其输入的被测物理量在精度要求范围内真实地反映出来。 基于计算机的测量师现代测试技术的特点。20多年来,仪器开始与计算机连接起来。如今,计算机已成为现代测试和测量系统的基础。随着计算机技术、大规模集成电路技术和通信技术的飞速发展,传感器技术、通信技术和计算机技术者3大技术的结合,使测试技术领域发生了巨大变化。 第一种结合是计算机技术与传感器技术的结合。其结果是产生了智能传感器,为传感器的发展开辟了全新的方向。多年来,智能传感器技术及其研究在国

光电显示技术论文

光电显示技术的现状和发展趋势的分析 姓名:娄展卿学号:院系:新闻传播院 摘要:光电显示技术的简介。分析中国光电显示市场现状以及发展趋势。介绍光电显示技术的类型及其主流产品。介绍一些有较好发展前景的未成熟技术。 关键字:光电显示;显像管技术;液晶显示技术;等离子显示技术;发展现状;前景。 一光电显示技术简介:光电显示技术是多学科的交叉综合技术,主要有: 1、阴极射线管(Cathode Ray Tube-CRT)。是传统的光电信息显示器件,它显示质量优良,制作和驱动比较简单,有很好的性能价格比,但同时它也有一些严重的缺点,如有电压高、软x-射线、体积大、笨重、可靠性不高等。 2、液晶显示(Liquid Crystal-LC)。液晶是一种介于固体于液态之间的有机化合物,兼有液体的流动性与固体的光学性质,即现在的液晶显示器LCD。 3、等离子体显示(Plasma Display Panel-PDP)。等离子体显示是利用气体放电发光进行显示的平面显示板,可以看成是有大量小型日光灯排列构成的。等离子体显示技术成为近年来人们看好的未来大屏幕平板显示的主流。 4、电致发光(Electro Luminescnce Diode-ELD)等。或场致发光显示-Field Emitting Tube,FET,是另一种很有发展前途的平板显示器件,它是将电能直接转换成光能的一种物理现象。 1.1阴极射线管(CRT) 阴极射线管的关键部件是连在荧光屏后部成为一体的电子枪。电子枪发射出一束经过图像信号调制的窄电子流,经过加速、聚焦、偏转后打在荧光屏的荧光粉上使之发光。电子枪以一个相当快的速度发射电子流,同时偏转线圈控制电子束方向,逐行在屏幕上扫过,达到显示图像的目的。CRT显示图像是是不断连续刷新着的,因此此类显示器看上去给眼睛一种“闪烁”的感觉。容易引起眼睛疲劳损坏视力。 CRT有黑白和彩色两种,黑白的显像管构造相对简单。图1.为黑白显像管的构造示意图。

现代测试技术及应用

西华大学课程考核试题卷 ( 中考卷) 试卷编号: ( 2012__ 至 2013____ 学年 第_2___学期 ) 课程名称:现代测试技术及应用 考试时间:90 分钟 课程代码:6002699 试总分:100分 考试形式: 网络考试 学生自带普通计算器: 允许 一、判断题(本大题共10小题,每小题2分,总计20分) 1.粗大误差具有随机性,可采用多次测量,求平均的方法来消除或减少。( ) 错 2. 当计数器进行自校时,从理论上来说还是存在±1个字的量化误差。( )对 3.一个频率源的频率稳定度愈高,则频率准确度也愈高。( )错 4. 给线性系统输入一个正弦信号,系统的输出是一个与输入同频率的正弦信号()对 5.随机误差又叫随差,随机误差决定了测量的精密度。( )对 6.测量系统的理想静态特性为y=Sx+S0( ).答案:错 7. 从广义上说,电子测量是泛指以电子科学技术为手段而进行的测量,即以电子科 技术理论为依据,以电子测量仪器和设备为工具,对电量和非电量进行的测量。( ) 答案:对 8. 在进行阿伦方差的测量时,组与组之间以及组内两次测量之间必须都是连续的。 ( )答案:错 9.反射系数、 功率、 导磁率 、信号频率均为有源量( )。答案:错 10. 峰值电压表按有效值刻度,它能测量任意波形电压的有效值。( )答案:对 二、选择题(本大题共10小题,每小题3分,总计30分) 1. 若马利科夫判据成立,则说明测量结构中含有 ____ 。 A:随机误差 B: 粗大误差 C: 恒值系差 D: 累进性变值系差 答案:D 2. 如两组测量的系数误差相同,则两组测量的 相同。 A. 精密度 B. 准确度 C. 精确度 D. 分散度 答案:A 3.在使用连续刻度的仪表进行测量时,一般应使被测量的数值尽可能在仪表满刻度值的 ____ 以上 答案:D 4.±1误差称为____。 A.最大量化误差 B.仅测频的误差 C.±1一个字误差 D.闸门抖动引起的误差 答案:A 5.仪器通常工作在( ),可满足规定的性能。

现代测试技术应用_论文

现代测试技术在液压缸设计中的应用 摘要:随着自动化技术的高速发展及其对测试技术要求的不断提高,从而使测试技术作为一种新产品开发的重要手段,可以有效缩短新产品研发周期,提高产品研发成功率。本文以液压缸缓冲设计为例,介绍测试技术在液压缸中的应用。结果表明,采用测试技术能够直观、量化缓冲性能指标及结果,并能进行改进前后性能的对比,缩短了元件满足主机性能需要的试制周期。最后,通过对工程机械的研发过程的总结,提出现代测试技术的主要任务及其发展方向。 关键词:测试技术,液压缸,智能化,集成化,网络化 1 引言 我国工程机械主机技术仍落后于发达国家,为其配套的关键液压元件是制约其发展的主要因素,尽快缩短与国外技术的差距,已在行业形成共识。 随着自动化技术的高速发展,仪器及检测技术已成为促进当代生产的主流环节,同时也是生产过程自动化和经营管理现代化的基础,没有性能好、精度高、质量可靠的仪器测试到各种有关的信息,要实现高水平的自动化就是一句空话。因此,借鉴测试技术与传感技术在工程技术的成功应用,在液压件开发领域中引入测试技术的理念,将大幅度提高国产液压件的发展速度。 液压缸作为主要的执行元件,在某些主机上对其缓冲性能要求越来越高。利用较好的缓冲结构延长液压缸的寿命越来越受到关注。本文介绍利用测试与传感技术建立计算机辅助测试系统,如何研究液压缸缓冲结构的设计和定型。利用测试结果,调节液压缸缓冲参数和节流孔参数。通过测试不同工况下缓冲腔工作压力及行程等参数,实现仿真设计,确保样机性能验证结果的可信度。 2 测试技术及传感技术 在传统的产品开发模式中,进行产品的改进是被动的,是由主机厂使用过程中发现问题、提出问题并反馈,得到信息后再进行设计改进的。鉴于传统产品开发模式耗费开发周期时间长,被动改进,我们提出了新型产品开发模式如图1。 图1 新型产品开发模式 结合自身的需求,我们开发出一套适用于液压缸缓冲结构研发过程中的计算机辅助测试系统。图2为计算机辅助测试系统的构成示意图,由液压系统传感器和数据采集系统组成,被测液压缸为带缓冲的液压缸,在主机上进行规定动作试验,采用多功能数据采集模块及数据采集软件,完成两腔压力( 缓冲压力或工作压力) 位移-时间的采集和测量。

液晶显示技术毕业论文

液晶显示技术毕业论文 目录 摘要 第1章绪论 1.1液晶显示发展趋势 1.2液晶显示部竞争 1.2.1 黑白和彩色STN的发展 1.2.2多晶硅TFT的诞生 1.2.3反射式液晶显示成为开发重点 1.3 液晶显示与各类显示的竞争 1.3.1驱动电压 1.3.2工作电流 1.3.3 功耗 1.3.4 亮度(对比度) 1.3.5 响应速度 1.3.6 灰度级别,色彩级别 1.3.7彩色化能力 1.3.8视角 1.3.9屏幕大小

1.3.10像素密度 1.3.11存储功能 1.3.12环境参数 1.3.13连接性能 1.3.14可靠性 1.3.15寿命 1.4 液晶显示如何应对挑战 1.4.1发挥特长优势 1.4.1.1发展反射式液晶显示 1.4.1.2提高像素密度 1.4.1.3改进工艺、降低成本 1.4.2 克服缺陷、推出新保持综合优势 1.5 小结 第2章薄膜晶体管液晶显示器工艺简介 2.1液晶(LC, liquid crystal)的分类 2.1.1.层状液晶(Sematic) 2.1.2.线状液晶(Nematic) 2.1. 3.胆固醇液晶(cholesteric) 2.1.4.碟状液晶(disk)

2.2液晶的光电特性 2.2.1.介电系数ε(dielectric permittivity) 2.2.2.折射系数(refractive index) 2.2. 3.其它特性 2.3偏光板(polarizer) 2.4上下两层玻璃与配向膜(alignment film) 2.5TN(Twisted Nematic) LCD 2.6Normally white及normally black 2.7STN(Super Twisted Nematic)型LCD 2.8TFT LCD(Thin film transistor liquid crystal display) 2.9彩色滤光片(color filter, CF) 2.10背光板(back light, BL) 2.11框胶(Sealant)及spacer 2.12开口率(Aperture ratio) 结论 参考文献 致谢 摘要

现代测试技术试题A----答案

现代道路交通测试技术 试题A----答案 一. 解:由题意频谱函数:x (ω)= dt e t x j ? +-∞ ∞ -t )(ω = dt e j ?+--2 /2 /t ττ ω =2/2/12t/ττω ω-+--j e j = () 2 /2/1ωτωτω j j e e j -- = ω 2 sin 2 ωτ =τ /2 /2sin ωτωτ ∴频谱函数虚部为0,故相频谱为0; X(0)=τωτωττ ωωω==→→2 /2 /sin lim )(lim 0 x 当ω= τ π n (n=1,2,3……)时 X (ω)=0 故幅频谱图如下: 二.解:因为信号是周期信号,可以用一个共同周期内的平均值代替整个历程的平均值 故:dt t y t x T R T T xy ? +=∞→0)()(1lim )(ττ = 1 T dt t y t x T ? -+++0 00])(sin[)sin(φθτωθω =)cos(2 1 00φωτ-y x

三.1.试述瞬态瑞雷面波无损检测基本原理及其相应的测试技术要求。 参考答案: ①基本原理:对于均匀的弹性半空间分层介质,其结构表面受到瞬态冲击作用时,将产生瞬态振动。振动组份中包括纵波、横波和瑞雷波。在一次冲击产生的波能中,瑞雷波占67%,即从一个振源向一个半无限介质表面辐射的总能量的三分之二形成瑞雷型表面波。而纵波和横波只占有少量能量;并且在表面,随着波传播距离的增大其衰减比瑞雷面波大得多。确切地说,纵波和横波引起的位移振幅沿表面随着距离的平方衰减,而瑞雷面波是随着距离的平方根而衰减,因此,在地基表面的瞬态振动中,瑞雷面波的衰减比纵波和横波衰减慢得多,瞬态表面波主要是由瑞雷波组成。我们通过一系列的关系可以得出,利用瞬态瑞雷面波的传播速度和频率可以确定不同介质的穿透深度。 ②技术要求:检测系统设计是否合理、仪表选型与安装是否符合要求,是保证质量检测精度和可靠性的关键,对其各组成部分有相应的技术要求。 1).激振部分——力锤的选择 它是整套测量系统的前哨,对路面冲击信号的产生和冲击响应信号的正确检取,是系统准确测试的基本保证。预先应根据检测深度做一些力锤冲击试验,以选择合理的力锤重量或合适材料的锤头。使瞬态冲击施加于路面表面后,能产生一组具有不同频率的瑞雷面波在介质中传播。 2).垂向检波器的选型 垂向检波器选用压电式加速度传感器。 对于层状路面结构来说,一般选择小冲击源作为振源,使其产生具有丰富频率的瑞雷面波沿地表一定深度向四周传播。对于高频短波长的波来说,选择加速度传感器,因为它具有频率范围宽,对冲击振动的频响特性好等特点。如检测像硅酸盐、水泥混凝土和沥青混凝土路面的刚性层状体系时需要选择加速度传感器。 速度、位移传感器一般不用作冲击测量。另外,正确选定压电式加速度传感器的型号也是十分重要的(必须考虑它的频率范围、动态范围、灵敏度等主要特征参数是否符合测试精度要求)。 3).安装位置的确定 测试前,应对现场路面进行调查,确定检测点,并合理布置。一般两个垂向检 波器之间的距离应视测试的路面深度而定,通常应使两个间距大于路面深度的一半以上,并且取振源到最近的传感器的距离等于两传感器之间的距离。 4).连接导线选择 仪器之间的连接导线应尽量短,且记不应将各种导线混合使用,尽量选择相同线种,且忌抖动,以免引起现场测量不稳定。 四. 参考答案:令SAM(t)=Х(t)﹡cos ω0t,则SAM(t)的傅立叶变换为 SAM(ω)= ? ∞ ∞ - Х(t)﹡cos ω0t*e t j ωdt=1/2[X(ω+ω0)+X(ω-ω0)]

光电子学论文

石墨烯光电材料研究进展 摘要:首先对石墨烯进行简单的介绍。然后结合其性质,介绍了石墨烯复合光电功能材料的应用。最后介绍了最新的研究进展。 关键词:石墨烯;复合;光电;进展 Research Progress of Graphene Optoelectronic Materials Abstract: First of all, the Graphene was introduced briefly. And then combined with its properties, applications of Graphene compound optoelectronic materials were introduced. Finally, the newest research progress was introduced. Key words: Graphene; compound; optoelectronic; progress 1 引言 石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,是只有一个碳原子厚度的二维材料。其结构示意图如图1。石墨烯一直被认为是假设性的结构,无法单独稳定存在,直至2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯,而证实它可以单独存在,两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”,共同获得2010年诺贝尔物理学奖[1]。 图1 石墨烯的结构示意图 硅基集成电路芯片技术正在逼近摩尔定律的物理极限,于是半导体纳米材料与技术成了纳米科技中研究最为活跃、应用最为广泛的前沿领域。二维纳米材料石墨烯的发现为新型纳米器件的设计与制备注入了新活力。科学家预言石墨烯可望替代硅材料成为后摩尔时代电子器件发展的重要角色[2]。近年来,与石墨烯相关的材料制备、表征、功能器件设计等一系列理论与实验工作蓬勃发展[3-4],进展迅速。本文着眼于石墨烯复合光电功能材料,综合论述了材料的性能。

现代检测技术样本

现代检测技术 姓名: 周慧慧 学号: 124056 任课老师: 冯晓明 现代检测技术 一、概述

随着现代科学技术的不断发展、社会的日益进步, 现代化生产的规模越来越大, 管理的形式和方式趋于多样性, 管理也更加科学, 人们对产品的产量和质量的要求也越来越高, 这就导致常规的检测参数、检测手段、检测仪表难以满足现代生产和生活的需求。从一般的单参数测量到相关多参数的综合自动检测, 从一般的参数量值测量到参数的状态估计, 从确定性测量到模糊的判断等, 已成为当前检测领域中的发展趋势, 正受到越来越广泛的关注, 从而形成了各种新的检测技术和新的检测方法, 这些技术和方法统称为现代检测技术。 二、传感器的基本原理及检测技术的特点 利用某种转换功能, 将物理的、化学的、生物的等外界信号变成可直接测量的信号的器件称为传感器。由于电信号易于放大、反馈、滤波、微分、存储和远距离传输, 加上计算机只能处理电信号, 因此, 从狭义上说, 传感器又能够定义为可唯一而重视性好的将外界信号转换成电信号的元器件; 从广义上讲, 传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置; 简单说传感器是将外界信号转换为电信号的装置。因此它由敏感元器件( 感知元件) 和转换器件两部分组成, 有的半导体敏感元器件能够直接输出电信号, 本身就构成传感器。敏感元器件品种繁多, 就其感知外界信息的原理来讲, 可分为: ①物理类, 基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。②化学类, 基于化学反应的原理。③生物类, 基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。一般据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。 检测技术的特点能够归纳为: (1)从待测参数的性质看, 现代检测技术主要用于非常见的参数的测量, 对于这些参数的测量当前还没有合适的传感器对应, 难以实现常规意义的”一一对

现代光电技术的发展及探讨

天津大学网络教育学院 专科毕业论文 题目:现代光电技术的发展及探讨完成期限:2013年7 月5 日至2013年11 月5 日 学习中心福建共赢年级 专业光电子技术指导教师 姓名学号112211473011

摘要 光电子是指光波波段,即红外线、可见光、紫外线和软X射线(频率范围 3×1011Hz~3×1016Hz或波长范围1mm~10nm)波段的电子。在经过80年代与其相关技术相互交叉渗透之后,90年代,其技术和应用取得了飞速发展,在社会信息化中起着越来越重要的作用。本篇论文以光电子技术作为核心,阐述了光电子产生的原理,光电子在现代技术的应用以及近年光电子技术的新的研究与发现。最后对现代光电子技术在未来的发展方向进行了思考和探讨。 关键字:光电子;技术;应用;发展

现代光电技术的发展及探讨 一、光电子 (一)光电子产生的原理 光(电磁波)束具有粒子性而电子流(尤其是高能电子流)具有波动性,所以光电子的传播方式大致与光的传播方式相同。所以我首先总结一下光的传播[1]。 从波动性的方面讲:1. 光的传播是首先一种横波的传播,电场、磁场的振动方向与传播方向两两正交由右手螺旋定则确定,由此导致了光的偏振性;2. 光的传播满足费马的最快路径原理,由此导致了折射定律,也就有了光电子技术中常用的晶体双折射现象;3. 光的波动性决定了光能够干涉衍射。从粒子性的方面讲:1. 光子有能量,有质量,有动量,所以在扭曲的引力场中会弯曲,并且在内光电效应中会有一个最小频率以及反向截止电压;2. 光子有自旋,且自旋的量子数为整数。从光子与电子传播的区别方面:最关键的区别在于光的传播不必有介质且可在非金属导体中传播而电子的传播必须有金属导体传导。 光孤子是光电子,孤立波的特性就是传播很远的距离而不减弱。我们数学中最常用的两个例子是神经中信号的传导由Hudgkin-Huxley Equation确定界面是孤立子以及浅水波KdV (Kortweg-de Vries)的界面也是孤立子。在光纤的反常色散区,由于色散和非线性效应相互作用,可产生一种非常引人注目的现象-光学孤子。孤子是一种特别的波,它可以传输很长的距离而不变形,特别适用于超长距离、超高速的光纤通信系统[2]。 (二)光电子种类和光电子学 光电子是光子和电子的结合的一种电磁波,电磁波可以按照频率由小到大划分为以无线电波、微波、紫外线、可见光、红外线、x射线、γ射线等。光波代替无线电波作为信息载体,实现光发射、控制、测量和显示等。通常有关无线电频率的几乎所有的传统电子学概念、理论和技术,如放大、振荡、倍频、分频、调制、信息处理、通信、雷达、计算机等,原则上都可延伸到光波段。 由光学和电子学相结合而形成的新技术学科。电磁波范围包括X射线、紫外线、可见光和红外线。它涉及将这些辐射的光图像、信号或能量转换成电信号或电能,并进行处理或传送;有时则将电信号再转换成光信号或光图像。它以光波代替无线电波作为信息载体,实现光发射、控制、测量和显示等。通常有关无线电频率的几乎所有的传统电子学概念、理论和技术,如放大、振荡、倍频、分频、调制、信息处理、通信、雷达、计算机等,原则上都可以延伸到光波段。在激光领域中,激光器提供光频的相干电磁振荡源,光电子学是指光频电子学。光电子学有时也狭义地专指光- 电转换器件及其应用的领域。光电子学还包括光电子能谱学。它是利用光

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