光电检测技术5
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第一章1.本课程的名称为?光电检测技术(只输入汉字,不加书名号,不加任何标点)2.本课程教材的名称为?光电测试技术(只输入汉字,不加书名号,不加任何标点,不写版次)3.本课程主要讲解内容为教材中的前五章和将在第二三章之间增加的补充内容。
√4.光电检测技术是将电子学与光学融合为一体,通过电信号到光信号的转换来实现信息获取、处理与测量的技术。
√5.光电检测技术的特点是(D)。
A.高精度,高速度,具有很强的信息处理与运算能力B.非接触,远距离、大量程C.抗电磁干扰D.以上都是6.在现代工程装备中,检测环节的成本约占生产成本的百分比约为(B)A.5%~7%B.50%~70%C.10%D.90%7.光学变换和光电转换是光电测量的核心部分。
√第二章1可见光是电磁辐射波谱中人眼可以感知的部分,一般情况下,可见光的波长范围在 _380_nm 到 _780_nm 之间。
(按照本书和本节课所讲的标准)2光度学量衡量的是电磁辐射对人眼刺激大小的感觉,因此在可见光波段才有意义。
√3视觉神经对不同波长光的感光灵敏度不同,人眼对各种波长光的相对灵敏度,称为“光谱光视效能”或者“视见函数”,其最大值为1,无量纲。
√4光度学的七个基本物理量为光通量、光量、_发光强度(光强度;光强)_ 、光亮度、出射度、光照度、曝光量,其中_光照度(照度)_和曝光量是描述物体受光的参量,其余五个皆为描述光源发射光的特性参量。
5、1W的波长为1064nm的光,其光通量为(B)。
A. 1lmB. 0lmC. 683lmD. (1/683)lm6、( C )是发光强度的单位,也国际单位制(SI)的7个基本单位之一。
A. 焦耳(J)B. 流明(lm)C. 坎德拉(cd)D. 勒克斯(lx)7已知某辐射源发出的辐射功率为1W,该波长对应的光谱光视效率为0.5,则该辐射源辐射的光通量为(B)。
(已知人眼在明视条件下的光功当量为680lm/W)A.680 lm B.340 lm C.1360 lm D.0 lm8辐射通量与光通量的单位是相同的。
光电检测技术 课程设计一、课程目标知识目标:1. 让学生掌握光电检测技术的基本原理,理解光电效应、光电器件的工作机制及其在检测中的应用;2. 使学生了解不同类型的光电传感器及其特点,能根据实际需求选择合适的光电传感器;3. 引导学生掌握光电检测系统中的信号处理方法,了解相关检测电路的设计与实现。
技能目标:1. 培养学生运用光电检测技术解决实际问题的能力,能进行简单的光电检测系统设计;2. 提高学生动手实践能力,能正确操作光电传感器及相关检测设备,进行数据采集和处理;3. 培养学生团队协作和沟通能力,能在小组合作中共同完成光电检测系统的设计与调试。
情感态度价值观目标:1. 培养学生对光电检测技术及其应用的兴趣,激发创新意识,提高学习积极性;2. 增强学生的环保意识,了解光电检测技术在环保、节能等领域的重要作用;3. 引导学生树立正确的价值观,认识到光电检测技术在国家经济发展和国防建设中的地位和作用。
课程性质:本课程为高二年级物理选修课程,结合物理知识和实际应用,注重理论与实践相结合。
学生特点:高二学生在物理知识方面具备一定基础,具有较强的逻辑思维能力和动手实践能力,对新技术和新设备充满好奇心。
教学要求:结合学生特点,注重启发式教学,提高学生的主动学习能力;注重实践操作,培养学生的实际操作能力和问题解决能力。
通过本课程的学习,使学生能够将光电检测技术应用于实际生活和工作中,为我国光电产业的发展做出贡献。
二、教学内容1. 光电检测技术基本原理- 光电效应(光电导效应、光伏效应、光生伏特效应)- 光电器件(光敏二极管、光敏三极管、光电管、光电耦合器)2. 光电传感器及其应用- 不同类型的光电传感器(环境光传感器、位置传感器、转速传感器等)- 光电传感器的选型与应用3. 光电检测系统设计- 信号处理方法(模拟信号处理、数字信号处理)- 检测电路设计与实现(放大电路、滤波电路、信号转换电路等)4. 实践操作与案例分析- 光电传感器操作与调试- 光电检测系统设计实例分析- 小组项目:设计并实现一个简易的光电检测系统教学大纲安排:第一周:光电检测技术基本原理学习,了解光电器件的工作机制;第二周:学习光电传感器及其应用,进行光电传感器选型分析;第三周:学习光电检测系统设计,掌握信号处理方法和检测电路设计;第四周:实践操作与案例分析,小组项目设计与实施;第五周:项目展示与评价,总结课程学习成果。
第一章测试1.光电传感器是基于光电效应,将光信号转换为电信号的一种传感器A:对B:错答案:A2.PN结型的光电传感器有光电二级管、光电晶体管光电晶闸管等A:错B:对答案:B3.非PN结的光电传感器有光敏电阻、热敏电阻及光电管等A:对B:错答案:B4.一般的电子检测系统由三部分构成,分别是()、()和()A:发射器B:传感器C:信号调制器D:输出环节答案:BCD5.光电检测系统频率量级上比电子检测系统提高了几个数量级,因此在载波容量、角分辨率、距离分辨率和光谱分辨率上大大提高A:错B:对答案:B第二章测试1.热效应较小的光是A:红外B:紫光C:紫外D:红光答案:C2.半导体中受主能级的位置位于A:满带B:价带C:禁带D:导带答案:C3.波长为500nm的波属于A:太赫兹波B:X射线C:远红外D:可见光答案:D4.光度量是辐射度量的()倍A:683V(λ)B:V(λ)C:683D:1/683 V(λ)答案:A5.本征半导体在绝对零度时,在不受光的照射下,导带中没有电子,价带中没有空穴,此时不能导电。
A:错B:对答案:B第三章测试1.光电倍增管的光电阴极上发射出光电子的最大速度随入射光光子能量的增大而增大。
A:错B:对答案:B2.光敏电阻是光电导效应器件。
A:对B:错答案:AD器件按像敏元的排列形式可以分为一维和二维两种。
A:对B:错答案:A4.光电耦合器件具有信号传输的单向性,所以只适用于的直流或数字脉冲信号。
A:错B:对答案:B5.热敏电阻的种类不包括下列哪个A:ZTCB:NTCC:CTCD:PTC答案:A第四章测试1.信息的信噪比的大小决定了光电探测器件能否测量出改信息。
A:对B:错答案:B2.根据噪声来源,光电探测器的噪声有几种形式?A:低频噪声B:背景噪声C:热噪声D:散粒噪声答案:ACD3.设计光电信号检测电路必须满足下列哪些要求?A:最佳的信号检测能力B:灵敏的光电转换能力C:快速的动态响应能力D:长期工作的稳定性和可靠性答案:ABCD4.对于光伏型的光电信号输入电路,当入射光通量一定时,负载增大,输出电压也增大,但是当电阻达到一定值后输出电压变饱和。
光电检测技术摘要:光电检测技术是一种利用光电效应来检测和测量物体的技术。
本文将介绍光电检测技术的原理和应用领域,探讨光电检测技术的优势和局限,并展望其未来发展方向。
第一部分:光电检测技术的原理1.1 光电效应的基本原理光电效应是指当光照射到特定材料表面时,产生光电子和电子的释放现象。
光电效应包括光电发射效应和光电吸收效应两种情况。
在光电检测技术中,一般利用光电发射效应来实现光电测量。
1.2 光电检测元件在光电检测技术中,常用的光电检测元件包括光电二极管、光敏电阻、光电倍增管等。
这些元件能够将光信号转化为电信号,并进行相应的电路处理。
1.3 光电检测技术的基本原理光电检测技术利用光电效应的原理,将光信号转化为电信号,并通过电路处理和分析得到所需的测量结果。
光电检测技术可以实现对光强度、光功率、光频率等参数的测量。
第二部分:光电检测技术的应用领域2.1 工业自动化光电检测技术在工业自动化领域中有广泛的应用。
例如,光电传感器可以用于检测物体的位置、速度和形状等信息,从而实现对生产流程的控制和优化。
2.2 无损检测光电检测技术可以用于无损检测领域,例如对材料的缺陷、组织结构和磨损程度进行检测和分析,从而提高材料的品质和可靠性。
2.3 生物医学在生物医学领域中,光电检测技术可以用于血氧测量、生物分子测量、细胞成像等应用。
例如,光电子学显微镜可以观察和研究微观生物结构。
2.4 环境监测光电检测技术在环境监测领域中被广泛应用。
例如,光电二极管可以用于光强度的测量,从而监测光照强度对环境的影响。
第三部分:光电检测技术的优势和局限3.1 优势光电检测技术具有响应速度快、精度高、可靠性强等优点。
光电检测元件体积小,可放置在狭小的空间中,并能耐受高温和高压等恶劣环境。
3.2 局限光电检测技术在进行远距离测量和透明物体测量时存在一定的局限。
此外,光电检测技术的应用受到光照强度和环境噪声等因素的影响。
第四部分:光电检测技术的未来发展方向随着科技的不断进步,光电检测技术将会在以下几个方面得到进一步发展:4.1 小型化和集成化光电检测元件将趋向于小型化和集成化,以适应小型化和高性能化的设备和系统要求。
第一章1.举例说明你知道的检测系统的工作原理激光检测一激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字,会使荧光字产生一定波长的激光,通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。
山于仿制困难,故用于辨伪很准确。
2.简述光电检测系统的组成和特点组成:(1)光学变换:时域变换-------调制振幅,频率,相位,脉宽空域变换-------光学扫描光学参量调制:光强,波长,相位,偏振形成能被光电探测器接收,便于后续电学处理的光学信息。
(2)光电变换,变换电路,前置放大将信息变为能够驱动电路处理系统的电信息(电信号的放大和处理)(3)电路处理放大,滤波,调制,解调,A/D,D/A,微机与接口,控制。
第二章1.试归纳总结原子自发辐射,受激吸收,受激辐射三个过程的基本特征。
自发辐射:处于激发态的原子在激发态能级只能一段很短的时间,就自发地跃迁到较低能级中去,同时辐射出光子。
受激辐射:在外来光的作用下,原子从激发态能级跃迁到低能级,并发射一个与外来光完全相同的光子。
受激吸收:处于低能级的原子,在外来光的作用下,吸收光子的能量向高能级跃迁。
2.场致发光(电致发光)有哪几种形式,各有什么特点结型电致发光(注入式发光):在p-n结结构上面加上正向偏压(即p区接电源正极,n区接电源负极)时,引起电子由n区流入(在物理上称为“注入”)p区,空穴由p区流入n区,发生了电子和空穴复合而产生发光。
粉末电致发光:这是在电场作用下,晶体内部电子与空穴受激复合产生的发光现象。
两电极夹有发光材料薄膜电致发光:薄膜电致发光和粉末电致发光相似,也是在两电极间夹有发光材料,但材料是一层根薄的膜,它和电极直接接触,不混和介质。
3.为什么发光二极管的PN结要加正向电压才能发光加正向偏压时,外加电压削弱内建电场,使空间电荷区变窄,载流子的扩散运动加强,构成少数载流子的注入,产生电子和空穴的复合,从而释放能量,并产生电致发光现象。
4.发光二极管的外量子效率与射出的光子数,电子空穴对数,半导体材料的折射率有关。
《光电检测技术》题集一、选择题(每题2分,共20分)1.光电检测技术是基于哪种物理效应来实现非电量到电量的转换?()A. 压电效应B. 光电效应C. 磁电效应D. 热电效应2.在光电检测系统中,光电传感器的主要作用是什么?()A. 将光信号转换为电信号B. 将电信号转换为光信号C. 放大电信号D. 储存光信号3.下列哪种光电元件是利用外光电效应工作的?()A. 光电二极管B. 光电三极管C. 光电池D. 光敏电阻4.光电检测系统中,为了提高信噪比,常采用哪种技术?()A. 滤波B. 放大C. 调制与解调D. 编码与解码5.在光电耦合器中,光信号是如何传递的?()A. 直接通过导线传递B. 通过空气传递C. 通过光导纤维传递D. 通过发光元件和受光元件之间的空间传递6.下列哪项不是光电检测技术的优点?()A. 非接触式测量B. 高精度C. 易受环境干扰D. 响应速度快7.光电倍增管的主要特点是什么?()A. 高灵敏度B. 低噪声C. 无需外部电源D. 体积小,重量轻8.在光电检测系统中,为了消除背景光的影响,可以采取哪种措施?()A. 增加光源亮度B. 使用滤光片C. 提高检测器灵敏度D. 增大检测距离9.光电二极管在反向偏置时,其主要工作特性是什么?()A. 电阻增大B. 电容减小C. 光电流与入射光强成正比D. 输出电压稳定10.下列哪种光电传感器适用于测量快速变化的光信号?()A. 热释电传感器B. 光敏电阻C. 光电二极管D. 光电池二、填空题(每题2分,共20分)1.光电检测技术是______与______技术相结合的一种检测技术。
2.光电效应分为______、______和______三种类型。
3.在光电检测系统中,______是将光信号转换为电信号的关键元件。
4.光电倍增管的工作原理是基于______效应,具有极高的______。
5.为了提高光电检测系统的抗干扰能力,常采用______和______技术。
第1章概述光电检测技术是光电信息技术的主要技术之一,它主要包括光电变换技术、光信息获取与光信息测量技术以及测量信息的光电处理技术等。
如用光电方法实现各种物理量的测量,微光、弱光测量,红外测量,光扫描、光跟踪测量,激光测量,光纤测量,图像测量等。
光电检测技术将光学技术与电子技术相结合实现对各种量的测量,他具有如下特点:(1)高精度。
光电测量的精度是各种测量技术中精度最高的一种。
如用激光干涉法测量长度的精度可达0.05μm/m;光栅莫尔条纹法测角可达到;用激光测距法测量地球与月球之间距离的分辨力可达到1m。
(2)高速度。
光电测量以光为媒介,而光是各种物质中传播速度最快的,无疑用光学方法获取和传递信息是最快的。
(3)远距离、大量程。
光是最便于远距离粗寒痹的介质,尤其适用于遥控和遥测,如武器制导、光电跟踪、电视遥测等。
(4)非接触测量。
光照到被测物体上可以认为是没有测量力的,因此也无摩擦,可以实现动态测量,是各种测量方法中效率最高的一种。
(5)寿命长。
在理论上光波是永不磨损的,只要复现性做得好,可以永久的使用。
(6)具有很强的信息处理和运算能力,可将复杂信息并行处理。
用光电方法还便于信息的控制和存储,易于实现自动化,,易于与计算机连接,易于实现只能化。
光电测试技术是现代科学、国家现代化建设和人民生活中不可缺少的新技术,是机、光、电、计算机相结合的新技术,是最具有潜力的信息技术之一。
1.1本课题的前景与意义随着社会科学技术的迅速发展,人们对报警器的性能提出了越来越高的要求。
传统的报警器通常采用触摸式、开关报警器等。
这类报警器具有性能稳定、实用性强等特点,但是也具有应用范围窄等缺点。
而且安全性能也不是很好。
光电报警就很好的改善了这些方面。
如今,光电报警器已经广泛应用到工农业生产、自动化仪表、医疗电子设备等领域本实验的设计借助于模拟电路和数字逻辑电路,采用模块化的设计思想,使设计变得简单、方便、灵活性强。
光电检测与技术知识点总结一、光电检测基础知识1. 光电效应:光子射入物质时,将能量传递给物质,或者将物质中的粒子激发出来。
前者称为光吸收,后者称为光发射。
2. 光电效应分类:外光电效应、内光电效应和光热效应。
3. 光电效应的应用:光电管、光电倍增管、光电摄像管等。
二、光电检测技术基础1. 光电检测器的分类:根据工作原理,可分为外光电效应检测器、内光电效应检测器和光热效应检测器。
2. 光电检测器的工作特性:光谱响应、频率响应、线性范围、探测率和噪声等。
3. 常用光电检测器:光电二极管、光电晶体管、光电池、光电倍增管等。
三、光电检测系统1. 光电检测系统的基本组成:光源、被测物、光电检测器、信号处理电路和显示设备。
2. 光电检测系统的应用:测量长度、测量角度、测量速度、测量温度等。
3. 光电检测系统的误差来源:光源的不稳定性、光学系统的误差、探测器噪声和信号处理电路的误差等。
四、常用光电检测技术1. 红外线检测技术:利用红外线的热效应,可以测量物体的温度和辐射功率。
红外线传感器有热敏电阻、热电偶等。
2. 激光雷达技术:利用激光的反射和散射,可以测量物体的距离和形状。
常用的激光雷达有脉冲式和连续波式两种。
3. 光纤传感器技术:利用光纤的传光特性,可以测量物体的位移、压力和温度等物理量。
光纤传感器有折射率型、光强调制型和光相位调制型等。
4. 图像传感器技术:利用图像传感器将光学图像转换为电信号,可以测量物体的尺寸和形状。
常用的图像传感器有CCD和CMOS两种。
5. 色彩传感器技术:利用色彩传感器测量物体的颜色和色差,可以应用于颜色识别和颜色检测等方面。
常用的色彩传感器有RGB和CMYK两种。
光电检测技术第一章:信息技术主要包括:1.电子信息技术、2.光学信息技术、3.光电信息技术。
图1-2光电系统框图图1-2中,光源产生的光是信息传递的媒介。
某光源与照明用光学系统一起获得测量所需的光载波,如点照明、平行光照明等。
某光学变换:光载波与被测对象相互作用而将被测量载荷到光载波上。
某光学变换是用各种调制方法来实现的。
某光信息:光学变换后的光载波上载荷的各种被测信息。
某光电转换:光信息经光电器件实现由光向电的信息转换。
某电信息处理:解调、滤波、整形、判向、细分,或计算机处理等。
光学变换与光电转换是光电测量的核心部分。
某光学变换通常是用各种光学元件和光学系统来实现的,如平面镜、光狭缝、光楔、透镜、角锥棱镜、偏振器、波片、码盘、光栅、调制器、光成像系统、光干涉系统等,实现将被测量转换为光参量(振幅、频率、相位、偏振态、传播方向变化等)。
某光电转换是用各种光电变换器件来完成的,如光电检测器件、光电摄像器件、光电热敏器件等。
第二章:2.人眼对光的视觉效能也称为视见函数。
人眼的视网膜上布满了大量的感官细胞:杆状细胞和锥状细胞。
某杆状细胞灵敏度高,能感受微弱光刺激。
某锥状细胞感光灵敏度低,但能很好地区别颜色和辨别被视物的细节。
3.光度学中,为了表示人眼对不同波长辐射的敏感度差别,定义了一个函数V(λ),称为“视见函数”(“光谱光视效能”)。
在明视情况,即光亮度大于3cd/m2时,人眼的敏感波长λ=555nm 的视见函数(光谱光视效率)规定为1,即V(555)=1。
4..照度(EV):照度是投射到单位面积上的光通量,或者说接受光的面元上单位面积被辐射的光通量。
若辐射光通量为dΦV,接收面元的面积是dA,那么照度EV=dΦV/dA,单位为勒克斯l某=lm·m-2。
5.光通量Φv:光通量又称为光功率,单位:流明[lm]。
光通量是按人眼视觉强度来度量的辐射量。
与电磁辐射的辐射通量Φe相对应。
光通量与辐射通量之间的关系可以用下式表示:0.78VKme()V()dV(λ)是视见函数;0.38Km是光功当量,它表示人眼在明视条件下,在波长为555nm时,光辐射所产生的光感觉效能,按照国际温标IPTS-68理论计算值Km=680(lm/W)。
第五章红外跟踪系统1.红外跟踪系统的基本原理:如图5-1所示,由无穷远目标辐射来的红外辐射能量透过整流罩照射到主反射镜上,经聚焦并反射到次反射镜子上,由次反射镜反射后,再经校正透镜进一步聚焦,最后成像于调制盘上,红外福射经调制盘调制后成为调制信号,目标像点在调制盘上所处的位置与目标在空间相对光轴的位置是一一对应的,因此,通过光学系统聚焦以及调制盘制后的信号,可以确定目标偏离光轴的大小和方位。
非制冷红外焦平面VO X(如VO2等)图5-1 光学系统结构示意图2.红外跟踪系统的组成如图5-1所示,红外跟踪系统由整流罩,主反射镜,次反射镜,校正透镜,调制盘,浸没透镜,光敏电阻和伞型光栏等组件组成,其各组件的主要功能如下:1)、整流罩:是一个半球形同心透镜,作为导弹头部的外壳。
它是一块负透镜,其作用为校正主反射镜的球差及作导引头的密封。
整流罩在导引头工件波段内有高的透过性能,亦即吸收、反射作用很小。
这种导弹的整流罩采用氟化镁多晶制成。
耐高温、机械强度高。
2)、主反射镜:起聚焦作用,它给整个光学系统带来正球差。
焦距f'=41.18mm,直径47.2mm,材料为K8玻璃,凹面上真空镀铝以减少入射辐射能损失。
3)次反射镜:用来折叠光路,同样为K8玻璃,表面镀铝。
4)校正透镜:用来把伞形光阑、平面反射镜等零件与镜筒连接在一起,起支撑作用。
另一方面因消除像差的需要而在次镜之后加入这样一个凸透镜,可以进一步消除剩余像差。
支撑透镜材料为氟化镁多晶。
5)伞形光阑:限制目标以外的杂散光线直射入系统光敏组件上的辅助光阑。
为了更有效地消除杂散光,伞形光阑上设有消光槽,各组件不通光部分都进行黑化处理。
6)场镜:可把通过调制盘的辐射能会聚到探测器光敏层上;另一方面,加入场镜后原来经物镜聚焦的照度不均匀的目标像斑,经焦面后发散的光线折向光轴,使光能均匀地分布在探测器的光敏层上。
场镜采用平凸透镜。
场镜材料为氟化镁单晶,在工作波段内有良好的透过率(一般紧贴调制盘后面)。
A. 禁带B. 价带C. 导带D. 满带3.在给定λl~λ2波长范围内,某一辐射源发出的辐射通量与产生这些辐射通量所需的电功率之比,称为( B ).A. 辐射效率B. 发光效率C. 光谱功率D. 空间光强4. 热效应较大的光是( C ).A. 紫光B. 红光C. 红外D. 紫外5.结型光电器件与三极管连接,保证放大,要接在( C ).A.集射极间短路B. 基集极间短路C. 基射极间正偏D. 基集极间反偏6. 为了实现均匀倍增,雪崩光电二极管衬底掺杂材料要求( A ).A.浓度均匀B. 浓度大C. 浓度小D. 浓度适中7. 波长为10 μm的光线属( C )。
A. 近红外线B.中红外线C. 远红外线D.极远红外线8.光纤折射率纤芯n1、包层n2、外套n 3的关系是( B ).A. n1> n2> n3B. n1> n3> n2C. n3> n2> n1D. n2> n3> n19.波长为1mm的波属于( B ).A. 远红外线B. 太赫兹波C. 可见光D. X射线10.硅光电二极管与硅光电池比较,前者( A ).A.掺杂浓度低B.电阻率低C.零偏工作D.光敏面积大11.卤钨灯是一种( B ).A.气体光源B. 热光源C. 冷光源D. 激光光源12. 下列光源中,最佳的彩色摄影用光源是( A ).A.氙灯B.氢灯C.汞灯D.汞氙灯13. 光的发射,属于受激发射的器件是( A ).A. LDB. LEDC. CCDD. PMT14.在光电倍增管中,产生光电效应的是( A ).A.阴极 B. 阳极 C. 倍增极 D. 玻璃窗15.像管中( D )的出现和使用,成为了第一代像管出现的标志性部件。
A.负电子亲和势阴极;B.电子光学系统;C.微通道板MCP; D.光纤面板16.半导体结中并不存在( D ).A. PN结B. PIN结C. 肖特基结D.光电结17.光通量是辐射通量的( A )倍.A. 683B. 1/683C. 863D. 1/86318.AB C D19 DA. 氙灯B. CO2激光器C. 氦氖激光器D. 飞秒脉冲激光器20.面阵CCD主要是通过( A )工作.A. 电荷B. 电压C. 电流D. 电阻二、多项选择题(每题2分,共10分)1. 光电效应有(ABCDE )。