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1、光电检测技术与应用课后答案第 1章1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理；（1）光电检测技术在工业生产领域中的应用：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位（ 2）光电检测技术在日常生活中的应用：家用电器数码相机、数码摄像机：自动对焦- 红外测距传感器自动感应灯：亮度检测 - 光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测- 热敏电阻、热电偶遥控接收：红外检测- 光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话：图像猎取- 面阵 CCD医疗卫生数字体温计：接触式- 热敏电阻，非接触式- 红外传感器办公商务扫描仪：文档扫描- 线阵 CCD红外传输数据：红外检测- 光敏二极管、光敏三极管（3）光电检测技术在军事上的
2、应用：夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标光电检测技术应用实例简介点钞机（1）激光检测激光光源的应用用肯定波长的红外激光照耀第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生肯定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假；由于仿制困难，故用于辨伪很精确；（2）红外穿透检测红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较牢固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而对红外信号的吸取才能较强来辨别钞票的真假；人民币的纸质特点与假钞的纸质特点有肯定的差异，用红外信号对钞票进行穿透检测时，它们对红外信号的吸取才能将会不同，利用这一原理，可以实现辨伪；（3）荧光反应的检测
3、荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测；人民币采纳专用纸张制造（含85以上的优质棉花），假钞通常采纳经漂白处理后的一般纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm 的蓝光）的照射下会显现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420 460nm 的蓝光），人民币就没有荧光反应；所以，用紫外光源对运动钞票进行照耀并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映，可判别钞票真假；（4）纸宽的检测红外发光二极管及接收二极管的应用主要是用于依据钞票经过此红外发光及接收二极管所用的时间及电机的转速来间接的运算出钞票的宽度，并对机器的运行状态进行判定，比如有无卡纸等；同时也能依据钞票的宽度
4、判定出其面值；（5）喂钞台、接钞台传感器红外对管的应用在点钞机的喂钞台和取钞台部分分别有一个作为有无钞票的发射接收红外对管，用来检测是否有钞票放入或取出；2、如何实现非电量的测量？为实现非电量的电测量，第一要实现从非电量到电量的变换，这一变换是靠传感器来实现的；传感器接口电路是为了与传感器协作将传感器输出信号转换成低输出电阻的电压信号以便利后续电路的处理；一般说来，信号都需要进一步放大并滤除噪声；放大后的信号经模拟/ 数字变换后得到数字信号，以便于微处理器或微掌握器；微处理器或微掌握器是测控系统的核心，它主要有两个作用：一是对数字信号进行进一步处理并将信号输出显示、储备和掌握；二是治理测控系统
5、的各个部分以实现测控系统的智能化，即依据信号和测量条件的变化，自动地转变放大器的增益、滤波器的参数及其它的电路参数；在选用合适的传感器之后，就要设计传感器的接口电路；从电子学的角度来看，不同的传感器具有不同的电特性和需要不同的驱动信号（也有的传感器不需要驱动信号），为取得更高的精度和正确的性能，需要设计传感器接口电路；3、影响检测测量精度的主要因素有哪些，而其中哪几个因素有时最基本而且需要特殊留意的？测量器具本身存在的误差；环境因素，如气温，气压，干燥程度，震惊，磁场等；人为因素，如视觉误差等等；仍有使用测量器具时的方法不得当造成的误差；4、什么是噪声和干扰？什么是有用信号？噪声是来自元器件内
6、部粒子；而干扰是指其他的有害信号，有系统外部的，也可以有内部的；有用信号指传递用户所需信息的信号，或是用来让接收设备收到信号后产生一个预先设定的动作的信号；从物理角度看，噪声是由声源作无规章和非周期性振动产生的声音；噪声为电子系统中任何不需要的信号；噪声会导致信号质量下降以及精确测量方面的错误；噪声包括固有噪声及外部噪声，这两种基本类型的噪声均会影响电子电路的性能；外部噪声来自外部噪声源，固有噪声由电路元件本身生成，最常见的例子包括宽带噪声、热噪声以及闪耀噪声等；干扰分3 部分，干扰源、耦合通道和敏锐对象；在不同空间和时间尺度上偶然发生，不行预知；5、如何判定干扰？如何防止干扰？常见的信号的干
7、扰有：（1）器件工作的噪声干扰，比如说数字电路正负规律的转换导致的电磁场干扰，电搜寻压电流变化产生的电磁场干扰；（2）高频信号噪声干扰（串3）电源噪声干扰，现扰和回损），由于高频电路能产生强电磁场，产生感应信号；（在大部分电源系统采纳的都是开关电源，开关电路的高频开关动作会导致严峻的高频噪声；（ 4）地线噪声干扰，都知道只要是线就会存在电阻，当一条地线上挂有多个设备时，而且工作电流较大时，小电阻也会产生电位差，从而影响设备；总之干扰无处不在，在设计电路或画PCB时可以考虑从3 点处理，即屏蔽干扰源、切断耦合通道、爱护敏锐对象；6、电子计数器如何实现既能测量频率又能测量周期？为什么要通过测量周期
8、的方法来测量低频信号的频率？采纳多周期同步测量技术，这种测量方法实际上是对信号周期进行测量，信号的频率是经过倒数运算求出来的；因而，从测频的角度，上述测量方法也称为倒数计数器法；数字频率计测量频率的原理：石英振荡器1MHz 标准脉冲信号，经过分频器分频为1Hz 周期 1s 的尖波信号接到掌握门的掌握端，被测信号通过放大整形变为正半波尖脉冲信号，接到掌握器的信号端；第一个秒信号触发掌握门打开，尖脉冲通过掌握门，其次个秒信号到来后掌握门关闭，脉冲计数器记录两个秒信号间隔时间内通过掌握门的尖脉冲个数就等于被测信号的频率值；数字频率计测量周期的原理：采纳上述方法测量低频信号时可能产生较大的误差，由于第
9、一个秒信号到来的时间是随机的，计数器从开启到关闭可能多记一个或少记一个数；因此，为了保证低频信号测量的精度，可以用周期测量法：即用被测信号脉冲去掌握门电路的开启，让标准时间通过掌握门，进入计数器进行计数，这样计数器的值就等于一个被测电压的周期内有几个标准时间脉冲通过，相当于一个周期等于几个时间单位；这就是为什么要通过测量周期来测定低频型号的频率搜寻的缘由；8、试表达光电检测系统的组成及特点；P6 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）光电变换光电/ 热电器件（传感器
10、）、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、掌握；第 2章1、简述光电效应的工作原理；什么是暗电流？什么是亮电流？P112.2.1 暗电流指的是在无光照时，由外电压作用下P-N 结内流过的单向电流；光敏电阻两端加电压（直流或沟通）；无光照时，阻值很大，电流（暗电流）很小；光照时，光生载流子快速增加，阻值急剧削减，在外场作用下，光生载流子沿肯定方向运动，形成亮电流；2、简述光生伏特效应的工作原理；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
11、电效应于内建场的作用（不加外电场），光生电子拉向. 当用适当波长的光照耀PN 结时，由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，由于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；3、简述光热效应工作原理；热电检测器件有哪些特点？P154、比较光电效应和热电效应在作用机理、性能及应用特点等方面的差异；答：所谓光电效应是指，光辐射入射到光电材料上时，光电材料发射电子，或者其电导率发生变化，或者产生感生电动势的现象；光电效应实质上是入射光辐射与物质中束缚于晶格的电子或自由电子的
12、相互作用所引起的；光电效应就对光波频率（或波长）表现出挑选性；在光子直接与电子相互作用的情形下，其响应速度一般比较快；依据是否发射电子，光电效应又分为内光电效应和外光电效应；详细有光电子发射效应、光电导效应、光生伏特效应、光子牵引效应和光电磁效应等；光热效应的实质是探测元件吸取光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的转变，而是把吸取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与温度有关的电学性质或其他物理性质发生变化；原就上，光热效应对光波频率（或波长）没有挑选性，因而物质温度的变化仅打算于光功率（或其变化率），而与入射光辐射的光谱成分无关；由于温度上升是热积存
13、的作用，所以光热效应的响应速度一般比较慢，而且简洁受环境温度变化的影响；光热效应包括热释电效应、温差电效应和测热辐射计效应等第 3 章1、试说明为什么本征光电导器件在越柔弱的辐射作用下，时间响应越长，灵敏度越高；2、对于同一种型号的光敏电阻来讲，在不同光照度和不同环境温度下，其光电导灵敏度与时间常数是否相同？为什么？假如照度相同而温度不同时情形又会如何？损坏，即无论怎么调整电阻R，都不会使继电器吸合；时间常数是否相同？为什么？假如照度相同而温度不同时情形又会如何？3、为什么结型光电器件在正向偏置时，没有明显的光电效应？它必需在哪种偏置状态？为什么？答：由于 p-n 结在外加正向偏压时，即使没有
14、光照，电流也随着电压指数级在增加，所以有光照时，光电效应不明显；p-n 结必需在反向偏压的状态下，有明显的光电效应产生，这是由于p-n 结在反偏电压下产生的电流要饱和，所以光照增加时，得到的光生电流就会明显增加；4、在如图 3-70 所示的照明灯掌握电路中，将题3 所给的 CdS 光敏电阻用作光电传感器5、光电导器件响应时间（频率特性）受哪些因素限制？光伏器件与光电导器件工作频率哪个高？实际使用时如何改善其工作频率响应？响应时间主要受光电导器件中载流子的平均寿命有关，减小，就频率响应提高其次，光电导器件的响应时间与运用状态也有光，例如，光照强度和温度的变化，由于它们都影响载流子的寿命；光伏特器
15、件的工作频率高于光电导器件；要改善光伏器件的频率响应，主要是减小响应时间，所以实行的措施主要有：减小负载电阻；减小光伏特器件中的结电容，即减小光伏器件的受光面积；适当增加工作电压；6、硅光电池的开路电压为什么随着温度的上升而下降？影响光电倍增管工作的环境因素有哪些？如何削减这些因素的影响？温度上升时，半导体的导电性将发生肯定的变化，即少数载流子浓度随着温度的上升而指数式增大，相对来说多数载流子所占据的比例即越来越小，这就使得多数载流子往对方扩散的作用减弱，从而起阻挡作用的p-n 结势垒高度也就降低；从Fermi能级的变化上来懂得：温度越高，半导体Fermi 能级就越靠近禁带中心（即趋于本征化），就两边半导体的Fermi 能级之差也就越小，所以p-n 结势垒高度也就越低，也就是开压降低；光电倍增管的响应度受多方
