《光电检测技术与应用 - 郭培源 - 课后答案 - 图文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光电检测技术与应用 - 郭培源 - 课后答案 - 图文（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、光电检测技术与应用 - 郭培源 - 课后答案 - 图文 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：图像获得-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
2、测技术在军事上的应用：夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可准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必须波长的红外激光照耀第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生必须波长的激光，通过对此激光的检测可区分钞票的真假。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拟坚实、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而对红外信号的汲取实力较强来区分钞票的真假。人民币的纸质特征与假钞的纸质特征有必须的差异，用红外信号对钞票进展穿透检测时，它们对红外信号的汲取实力将会不同，利用这一原理，可以实现辨伪。3荧光反响的
3、检测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展检测。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平凡纸进展制造，经漂白处理后的纸张在紫外线波长为365nm的蓝光的照耀下会出现荧光反响在紫外线的激发下衍射出波长为420460nm的蓝光，人民币那么没有荧光反响。所以，用紫外光源对运动钞票进展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计算出钞票的宽度，并对机器的运行状态进展判定，比方有无卡纸等；同时也能依据钞票的宽度判定出其面值。5
4、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局部分别有一个作为有无钞票的放射接收红外对管，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，首先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，信号都须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限制器。微处理器或微限制器是测控系统的核心，它主要有两个作用：一是对数字信号进展进一步处理并将信号输出显示、存储和限制。二是管理测控系统的各个局部以实现测控
5、系统的智能化，即依据信号和测量条件的改变，自动地变更放大器的增益、滤波器的参数及其它的电路参数。在选用适宜的传感器之后，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须要不同的驱动信号也有的传感器不须要驱动信号，为取得更高的精度和最正确的性能，须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根本而且须要特殊留意的？测量器具本身存在的误差。环境因素，如气温，气压，枯燥程度，振动，磁场等。人为因素，如视觉误差等等。还有运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部粒子；而干扰是指
6、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那么和非周期性振动产生的声音。噪声为电子系统中任何不须要的信号。噪声会导致信号质量下降以及准确测量方面的错误。噪声包括固有噪声及外部噪声，这两种根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局部，干扰源、耦合通道和敏感对象。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？如何幸免干扰？常见的信号的干扰有：1器件工作
7、的噪声干扰，比方说数字电路正负逻辑的转换导致的电磁场干扰，电搜寻压电流改变产生的电磁场干扰。2高频信号噪声干扰串扰和回损，因为高频电路能产生强电磁场，产生感应信号。3电源噪声干扰，此时此刻大局部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紧要的高频噪声。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、爱护敏感对象。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的方法来测量低频信号的频率？采纳多周
8、期同步测量技术，这种测量方法事实上是对信号周期进展测量，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的尖波信号接到限制门的限制端，被测信号通过放大整形变为正半波尖脉冲信号，接到限制器的信号端；第一个秒信号触发限制门翻开，尖脉冲通过限制门，其次个秒信号到来后限制门关闭，脉冲计数器记录两个秒信号间隔时间内通过限制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，因为第一个秒信号到来的时间是随机的，计数器从开启
9、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限制门电路的开启，让标准时间通过限制门，进入计数器进展计数，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、变换电路、前置放大 将信息变为能够驱动电路处理
10、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、限制。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，光生载流子沿必须方向运动，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根底是内光电效应.当用适当波长的光照耀PN结时，由于内建场的作用不加外电场，光生电子拉向
11、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，所以以光伏效应为根底的检测器件比以光电导效应为根底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、比拟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，光电材料放射电子，或者其电导率发生改变，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相互作用所引起的。光电效应就对光波频率或波长表现出选择性。在光子干脆与电子相互作用的状况下，其
12、响应速度一般比拟快。遵照是否放射电子，光电效应又分为内光电效应和外光电效应。详细有光电子放射效应、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汲取光辐射能量后，并不干脆引起内部电子状态的变更，而是把汲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改变。原那么上，光热效应对光波频率或波长没有选择性，因而物质温度的改变仅确定于光功率或其改变率，而与入射光辐射的光谱成分无关。因为温度提升是热积累的作用，所以光热效应的响应速度一般比拟慢，而且简单受环境温度改变的影响。光热效应包括热释电效应、温差电效
13、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微弱的辐射作用下，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一样？为什么？假如照度一样而温度不同时状况又会如何？ 损坏，即无论怎么调整电阻R，都不会使继电器吸合。时间常数是否一样？为什么？假如照度一样而温度不同时状况又会如何？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：因为p-n结在外加正向偏压时，即使没有光照，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
14、电效应产生，这是因为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所示的照明灯限制电路中，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？实际运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?，那么频率响应提高其次，光电导器件的响应时间与运用状态也有光，例如，光照强度和温度的改变，因为它们都影响载流子的寿命。光伏特器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，所以采纳的措施主要有：减小负载电阻；减小光伏
15、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提升而下降？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？温度提升时，半导体的导电性将发生必须的改变，即少数载流子浓度随着温度的提升而指数式增大，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能级的改变上来理解：温度越高，半导体Fermi能级就越靠近禁带中心即趋于本征化，那么两边半导体的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面的因素影响，比方：偏置电压的凹凸、环境光和温度改变等多方面因素的影响。无光时间电倍增管对光的响应度更趋于平稳，使试验数据也更具有牢靠性。因此，无光环境是确定光电倍增管对微弱光信号的检测实力的重要因素之一。光电倍增管工作时由于阴极材料发热，这样对光电倍增管的响应度产生较大的影响，因此不稳定的工作温度对光电倍增管的响应度也会带来不同程度的影响。降低光电倍增管的运用环境温度可以削减热电子放射,从而降低暗电流。另外,光电倍增管的灵敏度也会受到温度的影响。7、分析光电信号输出电路工作原理。试以光电导器件为例，说明为什么光电检测器件的工作波长越长，工作温度就越低？8、简述发光二极管的发光原理及半导体激光器
