光电检测技术习题

3.采用阻值为120Ω灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片和阻值为120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为4V，并假定负载电阻无穷大。当应变片上的应变分别为1和1 000时，试求单臂、双臂和全桥工作时的输出电压，并比较三种情况下的灵敏度。

解：单臂时40UKU，所以应变为1时660102410244UKU/V，应变为1000时应为330102410244UKU/V；双臂时20UKU，所以应变为1时660104210242UKU/V，应变为1000时应为330104210242UKU/V；全桥时UKU0，所以应变为1时60108U/V，应变为1000时应为30108U/V。从上面的计算可知：单臂时灵敏度最低，双臂时为其两倍，全桥时最高，为单臂的四倍。

3.有一平面直线位移差动传感器特性其测量电路采用变压器交流电桥，结构组成如图所示。电容传感器起始时b1=b2=b=200mm，a1=a2=20mm极距d=2mm，极间介质为空气，测量电路u1=3sinωtV，且u=u0。试求当动极板上输入一位移量△x=5mm时,电桥输出电压u0。

b1da1Δxb2a2C1C2C1C2uiu0uu 题3图

解：根据测量电路可得

ttuaxuCCuuiisin750sin320500/mV

4.变间隙电容传感器的测量电路为运算放大器电路，如图所示。C0=200pF，传感器的起始电容量Cx0=20pF,定动极板距离d0=1.5mm,运算放大器为理想放大器(即K→∞,Zi→∞),Rf极大,输入电压u1=5sinωtV。求当电容传感动极板上输入一位移量△x=0.15mm使d0减小时,电路输出电压u0为多少?

+-uiu0ＮＣxRfＣ0

解：由测量电路可得

sin45sin515.05.15.120200000000tuxddCCuCCuixix/V

思考题及其答案

习题01

一、填空题

1、通常把对应于真空中波长在（0.38m）到（0.78m ）范围内的电磁辐射称为光辐射。

2、在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类，一类是（辐射度学量），另一类是(光度学量)。

3、光具有波粒二象性，既是（电磁波），又是（光子流）。光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的（粒子性）。

二、概念题

1、视见函数：国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V(λ),或称视见函数。

2、辐射通量：辐射通量又称辐射功率，是辐射能的时间变化率，单位为瓦

(1W=1J/s)，是单位时间内发射、 传播或接收的辐射能。

3、辐射亮度：由辐射表面定向发射的的辐射强度，除于该面元在垂直于该方向的平面上的正投影面积。单位为 (瓦每球面度平方米) 。

4、辐射强度：辐射强度定义为从一个点光源发出的，在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出的能量，单位为W／sr(瓦每球面度)。

三、简答题

辐射照度和辐射出射度的区别是什么？

答：辐射照度和辐射出射度的单位相同，其区别仅在于前者是描述辐射接收面所接收的辐射特性，而后者则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。四、计算及证明题

证明点光源照度的距离平方反比定律，两个相距10倍的相同探测器上的照度相差多少倍？答：

2224444RIRIdAdERdAdERII＝的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为

122222222211221211001001010EELIELILILIERIELLLL又的距离为第二个探测器到点光源，源的距离为设第一个探测器到点光

习题02

一、填空题

1 第十章 光电传感器 思考题与习题 答案

1.单项选择题

1）晒太阳取暖利用了____C____；人造卫星的光电池板利用了____A____；植物的生长利用了____B____。

A．光电效应 B．光化学效应 C．光热效应 D．感光效应

2）蓝光的波长比红光____B____，相同光子数目的蓝光能量比红光____C____。

A．长 B．短 C．大 D．小

3）光敏二极管属于____B____，光电池属于____C____。

A．外光电效应 B．内光电效应 C．光生伏特效应 D．光热效应

4）光敏二极管在测光电路中应处于____B____偏置状态，而光电池通常处于____C____偏置状态。

A．正向 B．反向 C．零

5）光纤通讯中，与出射光纤耦合的光电元件应选用____C____。

A．光敏电阻 B．PIN光敏二极管 C．APD光敏二极管 D．光敏三极管

6）温度上升，光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管的暗电流____A____。

A．增加 B．减小 C．不变

7）普通型硅光电池的峰值波长为____C____，落在____E____区域。

A．0.8m B．8mm C．0.8μｍ D．0.8nｍ

D．可见光 E．近红外光 F．紫外光 G.远红外光

8）欲精密测量光的照度，光电池应配接____D____。

A． 电压放大器 B．A/D转换器 C．电荷放大器 D．I/U转换器

9）欲利用光电池为手机充电，需将数片光电池____B____起来，以提高输出电压，再将几组光电池____A____起来，以提高输出电流。

A．并联 B.串联 C.短路 D.开路

光电检测技术与系统答案

【篇一：光电检测课后习题部分答案】

效应的工作原理 .为什么光伏效应器件比光电导效应器件有更快的响 应速度？

答：（ 1）光生伏特效应的工作基础是内光电效应 .当用适 当波长的光照射 pn

结时，由于内建场的作用（不加外电场），光生 电子拉向 n 区，光生空穴拉向

p 区，相当于 pn 结上加一个正电压 . （2）光伏效应中，与光照相联系的是少数载流子的行为，因为少数 载流子的寿命通常很短，所以以光伏效应为基础的检测器件比以光 电导效应为基础的检测器件有更快的响应速度 . 比较光电效应和光热效应在作用机理、性能及应用特点等方面的差 异？

1. 光电效应：指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类 光电效应。探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状 态的改变。光子能量的大小，直接影响内部电子状态的改变。 特点： 光子效应对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。

2. 光热效应：探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子 状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测 元件温度上升 ,温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理 性质发生变化。特点：原则上对光波频率没有选择性，响应速度一 般比较慢。 （在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈， 所以广泛用于对红外线辐射的探测。

第三章

3-14

3-25

3-26

第四章

4-2

4-3

4-4

第五章

1 、 直接检测系统的基本原理是什么？为什么说直接检测又叫包络 检测？所谓光电直接检测是将待测光信号直接入射到光检测器光敏面上， 光检测器响应于光辐射强度而输出相应的电流或电压。 光检测器输 出的电流

第一项为直流项，若光检测器输出端有隔直流电容，则输出光电流 只包含第二项，这就是包络检测的意思。

2、 何谓莫尔条纹？应用几何光学原理解释，为什么说莫尔条纹测 试技术具有光学放大作

用？ 若两块光栅相互重叠，并且使他们的栅线之间形成一个较小的夹角， 当光栅对之间有相 对运动时，透过光栅对看另一边的光源，就会发现有一组垂直于光