第一章课后习题答案 1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？ 解：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？ 解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。 （2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统 ①MEMS技术要求研制微型传感器。如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。 ②研制仿生传感器 ③研制海洋探测用传感器 ④研制成分分析用传感器 ⑤研制微弱信号检测传感器 （3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。系统功能最大程度地用软件实现。 （4）传感器发展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。 （5）多功能与多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。 3．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？ 解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。 1）传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度； 2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx 的比值； 3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；
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。 第五章 1、任何两组（或多组）几何线族的叠合均能产生按新规律分布的莫尔条纹 2、莫尔条纹特性 方向性：垂直于角平分线 → 与光栅移动方向垂直 同步性：光栅移动一个栅距 → 莫尔条纹移动一个间距 准确性：误差平均效应 → 克服个别/局部误差 → 提高精度 放大性：夹角θ很小 → B>>W → 光学放大 → 提高灵敏度 3、当光栅相对移动一个节距W 时，条纹移动一个宽度周期B 。 4、红光波段内的辐射称为辐射信号 5、主动式辐射：辐射光照射目标，然后由目标反射。如：制导或主动式夜视系统。 θ ω=B
微弱信号检测电路实验报告 课程名称：微弱信号检测电路 专业名称：电子与通信工程＿＿＿年级：＿＿＿＿＿＿＿ 学生姓名：＿＿＿＿＿＿ 学号：＿＿＿＿＿ 任课教师：＿＿＿＿＿＿＿
微弱信号检测装置 摘要：本系统是基于锁相放大器的微弱信号检测装置，用来检测在强噪声背景下，识别出已知频率的微弱正弦波信号，并将其放大。该系统由加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路组成。其中加法器和纯电阻分压网络生成微小信号，微弱信号检测电路完成微小信号的检测。本系统是以相敏检波器为核心，将参考信号经过移相器后，接着通过比较器产生方波去驱动开关乘法器CD4066，最后通过低通滤波器输出直流信号检测出微弱信号。经最终的测试，本系统能较好地完成微小信号的检测。 关键词：微弱信号检测锁相放大器相敏检测强噪声
1系统设计 1.1设计要求 设计并制作一套微弱信号检测装置，用以检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值。整个系统的示意图如图1所示。正弦波信号源可以由函数信号发生器来代替。噪声源采用给定的标准噪声（wav文件）来产生，通过PC 机的音频播放器或MP3播放噪声文件，从音频输出端口获得噪声源，噪声幅度通过调节播放器的音量来进行控制。图中A、B、C、D和E分别为五个测试端点。 图1 微弱信号检测装置示意 （1）基本要求 ①噪声源输出V N的均方根电压值固定为1V±0.1V；加法器的输出V C =V S+V N，带宽大于1MHz；纯电阻分压网络的衰减系数不低于100。 ②微弱信号检测电路的输入阻抗R i≥1 MΩ。 ③当输入正弦波信号V S 的频率为1 kHz、幅度峰峰值在200mV ~ 2V范围内时，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。 （2）发挥部分 ①当输入正弦波信号V S 的幅度峰峰值在20mV ~ 2V范围内时，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。 ②扩展被测信号V S的频率范围，当信号的频率在500Hz ~ 2kHz范围内，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。 ③进一步提高检测精度，使检测误差不超过2%。 ④其它（例如，进一步降低V S 的幅度等）。
1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？ 解：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。 2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？ 解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。 （2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统 ① MEMS 技术要求研制微型传感器。如用于微型侦察机的CCD 传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。 ② 研制仿生传感器 ③ 研制海洋探测用传感器 ④ 研制成分分析用传感器 ⑤ 研制微弱信号检测传感器 （3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。系统功能最大程度地用软件实现。 （4）传感器发展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。 （5）多功能与多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。 3. 时间常数为0.001秒的一阶装置对正弦信号进行测量，要求振幅误差在5%以内，求该装置能够测量的正弦信号的最高频率。 解: τ=0.001 100 /5] )2(1[1 1)(12 12 =+- =-f f H πτ (7) f=52.3 (3) 4.设时间常数为5s 的温度计，从C 20 的室温条件下突然输入C 80 的水中，经过15s 之后，温度计的指示值为多少度? (77℃) 5．传感器的静态指标有哪些？
三峡大学 硕士学位论文 激光测距微弱信号检测方法研究 姓名：田桂平 申请学位级别：硕士 专业：控制理论与控制工程 指导教师：万钧力 20050401
内容摘要 在激光测距系统中，光电探测器接收激光回波信号时,信号受限于光电探测元件的噪声以及背景光干扰等原因,往往淹没在噪声之中,给实际应用带来了很多的困难,因而寻找合适的信号检测方法来提高信噪比,对许多应用场合来说,都是至关重要的。 本文以激光测距回波信号为研究对象，分析信号和噪声的特性，比较不同探测方法对改善信噪比的效果，探讨以提高信噪比为目的的激光测距微弱信号检测技术。论文共六章。第一章介绍了激光测距原理，概述了激光测距技术的发展与应用，讨论了信噪比与测程的关系。 论文第二章讨论了相关检测技术在激光测距微弱信号检测中的应用。相关检测技术是应用信号周期性和噪声随机性的特点，通过自相关或互相关运算，达到去除噪声,提取信号的目的。根据相关检测的原理，设计了一种基于相关检测的光电探测器的激光回波探测系统。仿真表明，对于淹没在噪声中的信号，互相关处理可以减少噪声,提高信噪比。该方法对脉冲式或相位式激光测距微弱信号检测均有效。论文第三章提出了一种用于相位式激光测距鉴相的新方法：向量内积法检相，理论仿真表明，该方法可消除信号幅值变化带来的测量影响，有很高的相位差检测精度。论文第四章介绍了信号积累技术的原理，设计了一种用于微弱信号检测的硬件电路方案，仿真表明该 m 方案的信噪改善比为m(是积累次数)。论文第五章介绍了小波变换用于激光脉冲回波微弱信号检测原理和方法，其中对小波多分辨率分析方法、小波阀值去噪算法几方面进行了详细的分析和研究；重点讨论了含噪脉冲信号的小波分解与重构，仿真表明，小波分解与重构方法能有效消除噪声。论文第六章对全文进行了总结。 关键词：微弱信号检测相关检测信号积累 小波变换
西安电子科技大学 学位论文独创性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特另ｔｌＤＨ以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切法律责任。 本人签名：耷盎煎ｋ 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文：学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 （保密的论文在解密后遵守此规定） 本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。 本人签名：奎遗至选１７１期：Ⅻ丕：五：！ｉ！导师签名：鱼卑鱼日期：垄！！：三：！垦
摘要ｆｌｌｌｌｌｌＭＩＩＩＨｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌＨ０Ｙ２３８０５０９ 随着现代通信技术的飞速发展，频谱资源日益紧张，要科学的管理无线电频谱，首先需要对频谱信息进行监测，由于电磁环境的复杂性和系统组成的多样性，较小信号甚至微弱信号，有时会完全淹没在噪声和干扰之中，增加了频谱监测的难度，影响了频谱管理的顺利进行。因此如何从背景噪声中检测和提取出微弱信号，是目前亟待解决的问题。 本文基于频谱监测和微弱信号检测的研究现状，讨论了频谱监测和频谱感知的微弱信号检测需求，分析了影响微弱信号检测的噪声和干扰特征，针对常规提取方法的不足，重点研究了频谱监测中的微弱信号检测与提取算法，评价了算法的检测性能，最终构建了基于微弱信号检测的频谱监测系统，讨论了系统构建的关键技术与数据库设计的原则。 关键词：电磁兼容频谱监测微弱信号检测