光电检测技术2013试卷

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1. 不属于光耦合器输出电路的是 （ B ）

A 同相输出 B 反相输出 C 电流放大输出 D 电压放大输出

2. 光电检测电路的功能不包括 （ B）

A 光电信号变换 B 限制待测信号频率 C 电信号功率放大 D 噪声抑制

3. 根据噪声等效电路不能计算光电检测系统的 （ C/B）

A 噪声输出电压 B 噪声功率谱 C 信噪比 D 最小输出光功率值

4. 不属于弱光检测信号处理的是 （ D）

A 锁相放大器 B 取样积分器 C 光电耦合器 D 光子计数器

5. 不属于光电检测系统主要噪声的是 （A ）

A 闪烁噪声 B 产生-复合噪声 C 热噪声 D 散粒噪声

6. 对热释电器件的特点表述不当的是 （D/C）

A 有温度范围的使用限制 B 只能测量变化的辐射量

C 有信号频率范围限制 D 器件响应时间比光敏二极管长

7. 光敏电阻的性能好、灵敏度高，是指给定电压下 ( C )

A、暗电阻大 B、亮电阻大 C、暗阻与亮阻差值大 D、暗阻与亮阻差值小

8. 在外差检测技术中探测器的能直接探测信号参量的 （ A ）

A 光强 B 频率 C 相位 D偏振状态

9. 在光电检测技术中光调制的目的不包括的内容是 （C/A ）

A 提高检测系统的分辨力 B 抑制光噪声和外部干扰

C 增大信号强度 D 提高信息传递的稳定性

10. 在常用的光电检测技术中实现对光信号的调制过程是依靠 （ C/D ）

A 光探测器件 B光探测器件接收信号之前的各个环节

C 光源和光学系统的调制能力 D被测物体对光源调制

11. 基于内光电效应的光电器件不包括 （ A ）

A 热释电器件 B 光敏电阻 C 雪崩光敏二极管 D 光电池

12. 直接光电检测系统的工作频率选定后，为减少噪声影响应尽可能减小电路的（ C ）

A 增益 B 负载阻抗 C 通频带宽度 D 等效噪声带宽

13. 光电器件与噪声无关的性能参数是 （ D/B）

A 探测灵敏度 B 探测度 C 比探测度 D 最小可测功率

14. 锁相放大器不能完全滤除的噪声是 （ B ）

A 非同步噪声 B 白噪声 C 高频噪声 D 低频噪声

15. 属于光电检测系统主要噪声的是 （ C ）

A 闪烁噪声 B 温度噪声 C 热噪声 D 外部干扰

16. 对光电二极管的特点表述不当的是 （ C ）

A 输出电流很小 B 频率特性好

C 可以在零偏压下工作 D 加正向电压后只有单向导电性没有光电效应

17. 硅光电池的开路电压约为 （ A ）

A 0.45～0.6V B 0.45～0.6mV C 2～5V D 2～5mV

18. 在外差检测技术中探测器的有效输出是两光波混频信号的 （ D ）

A 直流分量 B 倍频分量 C 合频分量 D差频分量

19. 设计前置放大电路的最小噪声系数原则是为了

（ B/A ）

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A 增大检测系统的信噪比 B 减小输入前置放大电路的噪声功率

C 减少电路中的噪声功率 D 实现检测器件与前置放大器的噪声匹配

20. 利用侧向光电效应工作的器件是 （ D ）

A 光电池 B 光敏电阻 C 雪崩光敏二极管 D PSD器件

一、请解释该图形标明了什么器件的什么特性，通过它能够分析出器件的那些特征参数

1.光敏晶体管的伏安特性曲线

2.暗电流，最高工作电压，最大功耗，光电流

P132:由图可见，光敏晶体管在偏压为零时集电极电流为零。光照下，光敏晶体管的输出电流比同样光照下的光敏二极管的输出电流增大β倍。图中曲线还表明，在光照度等间距增加的情况下，输出电流并不等间距增加，这是由于电流放大倍数β随信号光电流的增大而增大所引起。

二、请分析说明右图是什么器件的光敏面图案，

加工成如此形式是为了解决什么问题

1.光电导器件的梳状电极的光敏面图像

2.保证有较大的受光表面，减小电极之间的距离，从而即可减小流子的有效极间的渡越时间，有利于提高灵敏度

P64

三、请解释下图所示装置的名称、功能，分析输入光信号在什么形式下该装置无法完成检测工作

1.采用两个锁相放下器的双频双光束系统

2.两排光孔的调制盘在转动过程中给出两种不同频率的光照度分别经过测量通道后由同一

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光电检测器件接收，光电倍增器的输出含有两种频率信号，采用两个锁相放大器分别采用不同频率。参考电压测得测量光束和参考光束照度的数值。再用比例计算得两束光束的比值，得到归一化的被测样品透过率值。该系统的测量结果与输入光强度的变化无关，能同时补偿照明光源和检测器灵敏度的波动。

P172：锁相放大器的特点：1.要求对入射光束进行斩光或光源调制，适用于调幅信号的检测；2.是极窄带高增益放大器，增益可高达1110（220dB)，滤波器带宽可窄到0.0004Hz，品质因数Q值达810或更大；3.是交流信号-直流信号变换器。相敏输出正比于输入信号的幅度和它与参考电压的相位差；4.可以补偿光检测中的背景辐射噪声和前置放大及耦合电路的固有噪声，信噪比改善可达1000倍；5.斩光器的旋转速度应该恒速

四、某检测装置如图所示，器件连接的电路省略，

当测量镜移动时可以进行检测工作

试分析 (1) 该检测装置属于哪一类光电检测系统，能完成什么检测工作?

(2) 光电检测器件是什么器件, 其输出信号与间距LS有什么关系 ?

1.直接调频的迈克尔逊干涉仪原理图，测量时间信号的相位值

2.将光信号的相位差信息转为电信号相位差的信息的器件

tItiItibmscos1)()(00

FFLnvFFvLnFFnLvc0002

五、从工作原理方面分析为什么直接检测系统的信噪比无法有效改善？

直接检测系统是将待测的光信号直接入射到光电器件的光敏面上，光电器件的输出电流或电压与入射光强度有关，光检测器输出的总功率包括信号电功率和噪声功率P0+Pn0。由信噪比的定义，输出功率信噪比)/(21)/()(2nsnsPPPPPSNR若1PsnP有2)()(nsPPPSNR说明输出信噪比是输入信噪比的平方，现直接检测系统不适用输入信噪比小于1或微弱光信号的检测，若1nsPP有nsPPPSNR21)(输出信噪比是输入信噪比的一半，所以直接检测法不能改善输入信噪比，适宜不是很微弱的光信号检测。

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六、 简述外差检测系统的主要优缺点以及与直接检测系统有何联系？

P200 P220 P255

优点：探测能力强 转换增益高 信噪比高 滤波性好 稳定性和可靠性高

缺点：必须保持信号光和本振光在空间上的角准直，空间、频率、偏振条件苛刻

联系：

七、请解释伏安特性图是什么器件的，T-N折线代表什么意义，通过图能够分析出那些特征参数

1.光敏电阻

2.FN折线代表介入电路的负载两端电压与通过电流间的关系

3.最高工作电压 最大功耗 接入负载的输出功率

无负载的电路内的电阻

P132

八、某检测装置如图所示

1 为脉冲LD激光器

2 4 为聚光透镜

3 为附反光镜的检测物体

5 为某光电检测器件

D为装置与检测物体间距

LD激光器脉冲周期为T 从激光脉冲发出到接收经过了t秒, 试分析

(1) 该检测装置属于哪一类光电检测系统能完成什么工作?

(2) 光电检测器件5 是什么器件,其输出信号与间距D有什么关系 ?

1.直接检测系统非相干光光电检测系统 通过测量光敏二极管

2. 5是光敏二极管

kNNfcfcNcNctD2212121

P226：若光源发出的光通量是脉冲式辐射，这时可用测量单个脉冲的时间延迟来测距离，称为时间法。脉冲式激光测距仪和激光雷达都是时间法测距的典型应用，如图（时间法测距原理图）所示。

九、请分析以下光电检测流程，在图上画出信息调制和解调涉及到的中间环节，光学变换和光电转换包括哪些环节

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十、请解释说明下图器件的名称及信号输出的设计思想，分析和CCD器件相比它有何优势

十一、简要分析采用差动法的直接检测系统有何优点，在什么情况下无法完成检测工作

可减小单通道法入射光通量波动测量的影响，抑制光通量变化，其他共模干扰的影响。无法工作情况 两光电器件灵敏度不一样时无法工作

P223

十二、什么是零差检测, 它与外差检测系统有何异同，和直接检测系统的差动法有何区别和联系?

参量调频，通过检测差额频信号的频率或相位可以测定被测参量值，当被测参量为0时光频差为0，故称此为零差检测

十三、图像传感器的输出原理

图4-93所示是CMOS像敏元件阵列结构，它由水平移位寄存器2、垂直移位寄存器1和CMOS像敏元阵列5组成。如前所述，各MOS晶体管在水平和垂直扫描电路的脉冲驱动下起开关作用。水平移位寄存器2从左至右顺次地接通起水平扫描作用的MOS晶体管，也就是寻址列的作用，垂直移位寄存器1顺次地寻址阵列的各行。每个像元的光敏二极管加上参考电压（偏压）。被光照的二极管产生的载流子使结电容放点，这就是积分期间信号的积累过程。而上述接通偏压的过程同时也是信号的读出过程。在负载上形成的视频信号大小正比于该像元上的光照强弱。图4-94是CMOS摄像器件的原理框图。ΦY1 ΦY2 信号输出