《光电检测技术与应用-郭培源-课后答案.doc》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.doc（25页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、光电检测技术与应用课后答案第1章1、举例说明您说知道得检测系统得工作原理。(1)光电检测技术在工业生产领域中得应用: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得应用：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:图像获取-面阵CD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CD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得应用：夜视瞄准机系统:非冷却红外传感器
2、技术激光测距仪:可精确得定位目标光电检测技术应用实例简介点钞机(1)激光检测激光光源得应用用一定波长得红外激光照射第五版人民币上得荧光字，会使荧光字产生一定波长得激光，通过对此激光得检测可辨别钞票得真假。由于仿制困难,故用于辨伪很准确。（2）红外穿透检测红外信号得检测红外穿透得工作原理就是利用人民币得纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷得油墨厚度较高，因而对红外信号得吸收能力较强来辨别钞票得真假.人民币得纸质特征与假钞得纸质特征有一定得差异,用红外信号对钞票进行穿透检测时,它们对红外信号得吸收能力将会不同,利用这一原理,可以实现辨伪。(3）荧光反应得检测荧光信号得检测荧光检测得工作原理就是
3、针对人民币得纸质进行检测。人民币采用专用纸张制造(含8以上得优质棉花)，假钞通常采用经漂白处理后得普通纸进行制造,经漂白处理后得纸张在紫外线(波长为35n得蓝光）得照射下会出现荧光反应（在紫外线得激发下衍射出波长为40-60m得蓝光),人民币则没有荧光反应。所以，用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票得荧光反映，可判别钞票真假。(4）纸宽得检测红外发光二极管及接收二极管得应用主要就是用于根据钞票经过此红外发光及接收二极管所用得时间及电机得转速来间接得计算出钞票得宽度,并对机器得运行状态进行判断,比如有无卡纸等;同时也能根据钞票得宽度判断出其面值.（5)喂钞台、接钞台传感器红外对管
4、得应用在点钞机得喂钞台与取钞台部分分别有一个作为有无钞票得发射接收红外对管,用来检测就是否有钞票放入或取出.2、如何实现非电量得测量?为实现非电量得电测量,首先要实现从非电量到电量得变换，这一变换就是靠传感器来实现得。传感器接口电路就是为了与传感器配合将传感器输出信号转换成低输出电阻得电压信号以方便后续电路得处理。一般说来,信号都需要进一步放大并滤除噪声。放大后得信号经模拟/数字变换后得到数字信号，以便于微处理器或微控制器。微处理器或微控制器就是测控系统得核心,它主要有两个作用:一就是对数字信号进行进一步处理并将信号输出显示、存储与控制。二就是管理测控系统得各个部分以实现测控系统得智能化,即根
5、据信号与测量条件得变化，自动地改变放大器得增益、滤波器得参数及其它得电路参数。在选用合适得传感器之后，就要设计传感器得接口电路。从电子学得角度来瞧，不同得传感器具有不同得电特性与需要不同得驱动信号(也有得传感器不需要驱动信号),为取得更高得精度与最佳得性能，需要设计传感器接口电路.3、影响检测测量精度得主要因素有哪些，而其中哪几个因素有时最基本而且需要特别注意得?测量器具本身存在得误差。环境因素，如气温，气压，干燥程度,震动,磁场等.人为因素,如视觉误差等等还有使用测量器具时得方法不得当造成得误差。4、什么就是噪声与干扰？什么就是有用信号?噪声就是来自元器件内部粒子;而干扰就是指其她得有害信号
6、，有系统外部得,也可以有内部得.有用信号指传递用户所需信息得信号,或就是用来让接收设备收到信号后产生一个预先设定得动作得信号。从物理角度瞧，噪声就是由声源作无规则与非周期性振动产生得声音。噪声为电子系统中任何不需要得信号。噪声会导致信号质量下降以及精确测量方面得错误。噪声包括固有噪声及外部噪声,这两种基本类型得噪声均会影响电子电路得性能。外部噪声来自外部噪声源，固有噪声由电路元件本身生成,最常见得例子包括宽带噪声、热噪声以及闪烁噪声等。干扰分3部分,干扰源、耦合通道与敏感对象。在不同空间与时间尺度上偶然发生,不可预知.5、如何判断干扰？如何避免干扰？常见得信号得干扰有:(1）器件工作得噪声干扰
7、，比如说数字电路正负逻辑得转换导致得电磁场干扰，电搜索压电流变化产生得电磁场干扰。（2)高频信号噪声干扰(串扰与回损)，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,现在大部分电源系统采用得都就是开关电源，开关电路得高频开关动作会导致严重得高频噪声.（4）地线噪声干扰，都知道只要就是线就会存在电阻,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C时可以考虑从点处理，即屏蔽干扰源、切断耦合通道、保护敏感对象。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得方法来测量低频信号得频率?采用多周期
8、同步测量技术,这种测量方法实际上就是对信号周期进行测量,信号得频率就是经过倒数运算求出来得。因而,从测频得角度,上述测量方法也称为倒数计数器法。数字频率计测量频率得原理：石英振荡器1M标准脉冲信号,经过分频器分频为1Hz周期s得尖波信号接到控制门得控制端,被测信号通过放大整形变为正半波尖脉冲信号,接到控制器得信号端；第一个秒信号触发控制门打开,尖脉冲通过控制门，第二个秒信号到来后控制门关闭,脉冲计数器记录两个秒信号间隔时间内通过控制门得尖脉冲个数就等于被测信号得频率值.数字频率计测量周期得原理:采用上述方法测量低频信号时可能产生较大得误差，因为第一个秒信号到来得时间就是随机得,计数器从开启到关
9、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得精度,可以用周期测量法:即用被测信号脉冲去控制门电路得开启，让标准时间通过控制门，进入计数器进行计数，这样计数器得值就等于一个被测电压得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。这就就是为什么要通过测量周期来测定低频型号得频率搜索得原因。8、试叙述光电检测系统得组成及特点.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，便于后续电学处理得光学信息。(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、系统得电信息(电信号得放大与处理).（3)电路处理放大、滤波、调制、解调、A/、A、微机与接口、控制。第2章1、简述光电效应得工作原理。什么就是暗电流?什么就是亮电流？P1、2、1暗电流指得就是在无光照时,由外电压作用下P-结内流过得单向电流。光敏电阻两端加电压(直流或交流)。无光照时,阻值很大，电流(暗电流)很小;光照时,光生载流子迅速增加，阻值急剧减少,在外场作用下，光生载流子沿一定方向运动，形成亮电流。2、简述光生伏特效应得工作原理.为什么光伏效应器件比光电导效应器件有更快得响应速度?答：(）光生伏特效应得工作基础就是内光电效应、当用适当波长得光照射PN结时,由于内建场得作用（不加外电场
11、)，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，与光照相联系得就是少数载流子得行为,因为少数载流子得寿命通常很短，所以以光伏效应为基础得检测器件比以光电导效应为基础得检测器件有更快得响应速度。3、简述光热效应工作原理。热电检测器件有哪些特点?P154、比较光电效应与热电效应在作用机理、性能及应用特点等方面得差异。答:所谓光电效应就是指，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得现象。光电效应实质上就是入射光辐射与物质中束缚于晶格得电子或自由电子得相互作用所引起得。光电效应就对光波频率(或波长)表现出选择性。在光子
12、直接与电子相互作用得情况下，其响应速度一般比较快。按照就是否发射电子，光电效应又分为内光电效应与外光电效应。具体有光电子发射效应、光电导效应、光生伏特效应、光子牵引效应与光电磁效应等.光热效应得实质就是探测元件吸收光辐射能量后,并不直接引起内部电子状态得改变，而就是把吸收得光能变为晶格得热运动能量,引起探测元件温度上升,温度上升得结果又使探测元件与温度有关得电学性质或其她物理性质发生变化。原则上，光热效应对光波频率(或波长)没有选择性,因而物质温度得变化仅决定于光功率(或其变化率）,而与入射光辐射得光谱成分无关因为温度升高就是热积累得作用,所以光热效应得响应速度一般比较慢,而且容易受环境温度变
13、化得影响.光热效应包括热释电效应、温差电效应与测热辐射计效应等第3章、试说明为什么本征光电导器件在越微弱得辐射作用下，时间响应越长，灵敏度越高。2、对于同一种型号得光敏电阻来讲，在不同光照度与不同环境温度下,其光电导灵敏度与时间常数就是否相同？为什么?如果照度相同而温度不同时情况又会如何？损坏,即无论怎么调整电阻R，都不会使继电器吸合。时间常数就是否相同?为什么?如果照度相同而温度不同时情况又会如何？3、为什么结型光电器件在正向偏置时，没有明显得光电效应?它必须在哪种偏置状态?为什么?答:因为-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。-结必
14、须在反向偏压得状态下,有明显得光电效应产生,这就是因为n结在反偏电压下产生得电流要饱与,所以光照增加时，得到得光生电流就会明显增加、在如图3-7所示得照明灯控制电路中，将题所给得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得平均寿命t有关,减小t,则频率响应提高其次,光电导器件得响应时间与运用状态也有光，例如,光照强度与温度得变化，因为它们都影响载流子得寿命。光伏特器件得工作频率高于光电导器件。要改善光伏器件得频率响应,主要就是减小响应时间,所以采取得措施主要
15、有:减小负载电阻；减小光伏特器件中得结电容,即减小光伏器件得受光面积;适当增加工作电压.6、硅光电池得开路电压为什么随着温度得升高而下降?影响光电倍增管工作得环境因素有哪些?如何减少这些因素得影响?温度升高时,半导体得导电性将发生一定得变化,即少数载流子浓度随着温度得升高而指数式增大,相对来说多数载流子所占据得比例即越来越小,这就使得多数载流子往对方扩散得作用减弱,从而起阻挡作用得p-n结势垒高度也就降低。从Fm能级得变化上来理解：温度越高,半导体Frmi能级就越靠近禁带中央（即趋于本征化),则两边半导体得ermi能级之差也就越小，所以p-n结势垒高度也就越低,也就就是开压降低。光电倍增管得响
16、应度受多方面得因素影响,比如：偏置电压得高低、环境光与温度变化等多方面因素得影响。无光时光电倍增管对光得响应度更趋于平稳，使实验数据也更具有可靠性.因此,无光环境就是决定光电倍增管对微弱光信号得检测能力得重要因素之一。光电倍增管工作时由于阴极材料发热,这样对光电倍增管得响应度产生较大得影响,因此不稳定得工作温度对光电倍增管得响应度也会带来不同程度得影响。降低光电倍增管得使用环境温度可以减少热电子发射，从而降低暗电流.另外,光电倍增管得灵敏度也会受到温度得影响。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得工作波长越长,工作温度就越低?8、简述发光二极管得发光原理
17、及半导体激光器得工作原理。P4它们得结构简单说就就是三明治得夹心结构,中间得夹心就是有源区。二者得结构上就是相似得，但就是LED没有谐振腔,LD有谐振腔。L工作原理就是基于受激辐射、ED就是基于自发辐射。D发射功率较高、光谱较窄、直接调制带宽较宽，而E发射功率较小、光谱较宽、直接调制带宽较窄。、试判别下列结论,正确得在括号里填写T,错误得则填写F：(1）光电导器件在方波辐射得作用下,其上升时间大于下降时间。（F）（2)光敏电阻得阻值与环境温度有关,温度升高时光敏电阻得阻值也随之升高。()（3）光敏电阻得就是由于被光照后所产生得光生电子与空穴得复合需要很长时间，而且,随着复合得进行，光生电子与空
18、穴得浓度与复合几率不断减小,使得光敏电阻恢复被照前得阻值需要很长时间。()1、简述光电耦合器件得工作原理?P5光电偶合器件(简称光耦)就是把发光器件(如发光二极体）与光敏器件（如光敏三极管)组装在一起，通过光线实现耦合构成电-光与光电得转换器件。1、利用光敏电阻等器件设计楼梯内得节能灯控制电路及测量应用中得自动增益控制电路。4、硅光电池得内阻与哪些因素有关?在什么条件下硅光电池得输出功率最大?(1)极电容,串接电阻，串接电阻越小越好。(2）显然，存在着最佳负载电阻Ro,在最佳负载电阻情况下负载可以获得最大得输出功率max。、光生伏特器件有几种偏置电路?各有什么特点?(1)光生伏特器件有反向偏置
19、电路,零偏置电路，自偏置电路。(2)特点：自偏置电路得特点就是光生伏特器件在自偏置电路中具有输出功率，且当负载为最佳负载电阻时具有最大得输出功率,但就是自偏置电路得输出电流或输出电压与入射辐射间得线性关系很差,因此在测量电路中好少采用自偏置电路。反向偏置电路：光生伏特器件在反向偏置状态,N结势垒区加宽，有利于光生载流子得漂移运动，使光生伏特器件得线性范围加宽,因此反向偏置电路被广泛应用到大范围得线性光电检测与光电变换中.零偏置电路:光生伏特器件在零伏偏置下，输出得短路电流Isc与入射辐射量(如照度)或线性关系变化,因此零伏偏置电路就是理想得电流放大电路.1、试比较硅整流二极管与硅光电二极管得伏
20、安特性曲线，说明它们得差异。答:比较硅整流二极管与硅光电二极管得伏安特性曲线可知：当没有光辐射时，二者得伏安特性曲线就是一样得;当有光辐射时，则硅光电二极管得全电流为负值,特性曲线向下平移,且向下平移得程度随辐照度得不同而变化。但就是硅整流二极管得伏安特性曲线不受光照得影响。此外，正常工作状态下,硅光电二极管两端所加正向电压必须小于0、,否则不能产生光电效应。该值通常为负，即处于反偏状态;硅整流二极管两端所加偏压须为正,且要大于开启电压Uth值。1、写出硅光电二极管得全电流方程,说明各项得物理意义。19、影响光生伏特器件频率响应特性得主要因素有哪些？为什么P结型硅光电二极管得最高工作频率小于等
21、于10z?怎样提高硅光电二极管得频率响应？（1)影响光生伏特器件频率响应得主要因素有三点:1）在PN结区内产生得光生载流子渡越结区得时间dr，即漂移时间;）在PN结区外产生得光生载流子扩散到PN结区内所需得时间p，即扩散时间；3）由P结电容Cj、管芯电阻Ri及负载电阻R构成得RC延迟时间R。(）对于PN结型硅光电二极管,光生载流子得扩散时间p就是限制硅光电二极管频率响应得主要因素.由于光生载流子得扩散运动很慢，因此扩散时间p很长,约为100，则其最高工作频率小于等于107H。（3)减小PN结面积；2)增加势垒区宽度,提高材料体电阻率与增加结深；）适当增加工作电压；4)尽量减少结构造成得分布电容
22、；5）增加PN结深,减小串联电阻；)设计选用最佳负载阻值。2、为什么说发光二极管得发光区在PN结得区?这与电子、空穴得迁移率有关吗?答:对于PN结注入发光得发光二极管，当N结处于平衡位置时,存在一定得势垒区。当加正向偏压时，PN结区势垒降低，从扩散区注入得大量非平衡载流子不断地复合发光，并主要发生在区.这就是因为发光二极管在正向电压得作用下,电子与空穴做相对运动，即电子由N区向区运动,而空穴向N区运动.但由于电子得迁移率?比空穴得迁移率?P高20倍左右，电子很快从N区迁移到区,因而复合发光主要发生在P区。21、为什么发光二极管必须在正向电压下才能发光？反向偏置得发光二极管能发光吗？答:由于LE
23、得发光机理就是非平衡载流子即电子与空穴得扩散运动导致复合发光,因此要求有非平衡载流子得相对运动,使电子由N区向区运动,而空穴由区向N区运动。在不加偏加或加反向偏压得情况下,PN结内部得漂移运动占主要优势,而这种少子运动得结果就是电子与空穴得复合几率小，而且表现在数量上也就是很微弱得,不足以使ED发光。因此,要使LD发光,必须加正向偏压。2、发光二极管得发光光谱由哪些因素决定?光谱得半宽度有何意义？发光二极管得发光光谱由材料得种类、性质及发光中心得结构决定，而与器件得几何形状与封装方式无关。无论什么材料制成得ED，都有一个相对光强度最强处(光输出最大),与之相对应有一个波长,此波长即为峰值波长p
24、l。在LED谱线得峰值两侧处,存在两个光强等于峰值一半得点,分别对应，它们之间得宽度即为半谱线宽度，也称半功率宽度,它就是一个反映LE单色性得参数。半宽度越小,则发光光谱单色性越好,发光功率集中于半谱线宽度内2、产生激光得三个必要条件就是什么?答:产生激光得三个必要条件就是：(1）必须将处于低能态得电子激发或泵浦到较高能态上去,为此需要泵浦源；(2)要有大量得粒子数反转,使受激辐射足以口服损耗;(3)有一个谐振腔为出射光子提供正反馈及高得增益，用以维持受激辐射得持续振荡。4、半导体激光器有什么特点?LD与ED发光机理得根本区别就是什么?为什么D光得相干性要好于LED光？答：半导体激光器体积小,
25、重量轻,效率高,寿命长，并可采用简单得注入电流得方式来泵浦。其工作电压与电流与集成电路兼容,因而可以与之单片集成,并且还可用高达GHz得频率直接进行电流调制以获得高速调制得激光输出由于这些优点,它广泛应用于光通信、光学测量、自动控制等方面。得发光机理就是激光工作物质得受激辐射，而LED发光得机理就是非平衡载流子得复合发光。由于D得发光过程就是受激辐射，单色性好，发射角小,因此有很好得时间与空间相干性。25、为什么需要将发光二极管与光电二极管封装在一起构成光电耦合器件?光电耦合器件得主要特性有哪些?答:将发光器件与光电接收器件组合成一体,制成得具有信号传输功能得器件，即为光电耦合器件.由于光电耦
26、合器件得发送端与接收端就是电、磁绝缘得,只有光信息相连。同时,它在信号传输速度、体积、抗干扰性等方面都具有传统器件所无法比拟得优势。因此,在实际应用中它具有许多优点,被广泛应用于工业自动检测、自动控制、电信号得传输与处理及计算机系统等方面。光电耦合器件得主要特性有:（)具有电隔离得功能；(2)信号传输具有单向性;()具有抗电磁干扰与噪声得能力;(4)响应速度快;(5)实用性强;(6)既具有耦合特性又具有隔离特性。2、举例说明光电耦合器件可以用在哪些方面？为什么计算机系统常采用光电耦合器件?答:光电耦合器件目前在自动控制、遥控遥测、航空技术、电子计算机与其它光电、电子技术中得到了广泛得应用。其具
27、体应用实例可参见教材6、5小节所述。在计算机主体运算部分与输入、输出之间，用光电耦合器件作为接口部件,将会大大提高传输中得信噪比。2、为什么由发光二极管与光电二极管构成得光电耦合器件得电流传输比小于1,而由发光二极管与光电三极管构成得光电耦合器件得电流传输比大于等于1?30、简述半导体激光器得工作原理。它有哪些特点?原理:半导体激光器就是依靠注入载流子工作得，发射激光必须具备三个基本条件：(1)要产生足够得粒子数反转分布，即高能态粒子数足够得大于处于低能态得粒子数;(2）有一个合适得谐振腔能够起到反馈作用,使受激辐射光子增生，从而产生激光震荡;（3）要满足一定得阀值条件,以使光子增益等于或大于
28、光子得损耗。半导体激光器工作原理就是激励方式，利用半导体物质(即利用电子)在能带间跃迁发光,用半导体晶体得解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜,组成谐振腔，使光振荡、反馈，产生光得辐射放大,输出激光。特点:体积小、重量轻、运转可靠、耗电少、效率高等.3、简述热电偶工作原理?热电检测器为什么只能检测变幅射信号?热电偶测温得基本原理就是两种不同成份得材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过,此时两端之间就存在电动势-热电动势，这就就是所谓得塞贝克效应(Seeekefct)。35、为什么半导体材料常具有负温度系数？热敏电阻就是指电阻值随温度变化而变化得敏感元件。在工作温度范围
29、内,电阻值随温度上升而增加得就是正温度系数(PT)热敏电阻器;电阻值随温度上升而减小得就是负温度系数（NTC）热敏电热敏电阻器阻器。负温度系数热敏电阻就是以氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜与氧化铝等金属氧化物为主要原料,采用陶瓷工艺制造而成.这些金属氧化物材料都具有半导体性质，完全类似于锗、硅晶体材料,体内得载流子(电子与空穴）数目少，电阻较高;温度升高,体内载流子数目增加，自然电阻值降低。第四章:总结不同类型光电检测器确定静态工作点得方法主要有图解计算法与解析计算法。答:不同类型光电检测器确定静态工作点得方法主要有图解计算法与解析计算法.2:如图所示电路中,设电源电压源为Ub9V，光敏二极管得
30、伏安特性曲线如图b所示.光敏二极管上得光通量在50l变化.若光通量在此范围内做正弦变化,要就是输出交变电压得幅值为V，求所需得负载电阻RL，并作出负载线.第五章1：直接检测系统得基本原理就是什么?为什么说直接检测又称为包络检测?所谓光电直接检测就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（幅度）而输出相应得电流或电压信号.光检测器输出得电流为:式中：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，这就就是包络检测得意思。:对直接检测系统来说,如何提高输入信噪比?答：对于光电检测系统来说,其噪声主要有三类:（）光子噪声包括:A、信号辐射产生得噪声;
31、B、背景辐射产生得噪声。（）探测器噪声包括:热噪声;散粒噪声；产生复合噪声;1f噪声;温度噪声。(3)信号放大及处理电路噪声在实际得光电探测器中,由于光电转换机理不同,各种噪声得作用大小亦各不相同。若综合上述各种噪声源，其功率谱分布可用下图表示。由图可见：在频率很低时，/f噪声起主导作用；当频率达到中间范围频率时,产生-复合噪声比较显著；当频率较高，甚至于截至频率时,只有白噪声占主导地位，其它噪声影响很小.很明显,探测器应当工作在/f噪声小、产生复合噪声为主要噪声得频段上。因此,对于直接探测系统，提高输入信噪比得措施有:(1)利用信号调制及选频技术可抑制噪声得引入白噪声得大小与电路得频带宽度成
32、正比,因此放大器应采用带宽尽可能窄得选频放大器或锁相放大器.(2)将器件制冷，减小热发射，降低产生复合噪声.采用半导体制冷、杜瓦瓶液态气体制冷或专用制冷机制冷。（）采用最佳条件下得偏置电路,使信噪比(S/）最大3:什么就是直接检测系统得量子极限?说明其物理意义。答：当入射信号光波所引起得散粒噪声为主要噪声,其她噪声可忽略时,此时信噪比为:该式为直接检测理论上得极限信噪比.也称为直接检测系统得量子极限。量子极限检测为检测得理想状态。4:试根据信噪比分析具有内增益光电检测器得直接测量系统为什么存在一个最佳倍增系数。(参考)答:当光检测器存在内增益（如:光电倍增管）时当很大时，热噪声可忽略.若光电倍
33、增管加致冷、屏蔽等措施以减小暗电流与背景噪声,则可达到散粒噪声极限。在直接检测中，光电倍增管、雪崩管得检测能力高于光电导器件,采用有内增益得检测器就是直接检测系统可能趋近检测极限得唯一途径。5:对于点检测光电系统,怎样提高系统得作用距离?第六章1:试从工作原理与系统性能两个方面比较直接检测系统与光外差检测系统得特点.答：工作原理上：直接探测系统就是将携带有待测量得光信号直接入射到探测器光敏面上，光探测器响应得就是光辐射强度而输出相应得电流与电压；光外差检测就是利用两束频率不同得相干光在满足波前匹配条件下,在光电探测器上进行光学混频,探测器输出得信号就是两光波频差得拍频信号,该信号包含有调制信号
34、得振幅、频率与相位特征。系统性能上:直接探测系统检测方法简单，易于实现,可靠性高，但就是不能改善输入信噪比，不适宜检测微弱信号;光外差检测系统复杂，对光外差两输入信号有严格得空间条件与频率条件,但检测距离远,检测精度高，灵敏度高,就是天然检测微弱信号得方法。2:有一光子探测器运用于相干探测.假设入射到光混频器上得本振光功率P10W，光混频器得量子效率=、5,入射得信号光波长=1m,负载电阻L=5，试求该光外差探测系统得转换增益P/P=?6：如何实现干涉信号得方向判别与计数。由于测量反射镜在测量过程中可能需要进行正、反两个方向得移动，或在测量过程中由于各种干扰因素得影响，可能使测量镜在正向移动过
35、程中产生一些偶然得反射移动。(正、反方向移动均使干涉信号产生明、暗得变化）若测量系统中没有判向能力,则由光电检测器接收信号后,由计数器所显示得计数值就是测量镜正反移动得总与,而不就是真正得被测长度。测量系统得电路中必须设计有方向判别部分,把计数脉冲分为加、减两种脉冲。当测量镜正向移动时所产生得脉冲为加脉冲,则测量镜反向移动时所产生得脉冲为减脉冲。这两种脉冲送入可逆计数器进行可逆计数,即可得出测量镜得真正位移量.：试述多普勒测速原理。当光（激光)照射运动物体或流体时，其反射光或散射光将产生多普勒频移,用它(即反射光或散射光)与本振光进行混频可测得物体或流体得速度。第七章:：用射线理论简述光纤得导
36、波工作原理。A定义为光纤得“数值孔径”,为衡量光纤集光性能得主要参数。在光纤端面,只有入射角小于得光才能在光纤中传输。2:试述传光型与功能型光纤传感器得基本含义。功能型传感器(即FF型光纤传感器、传感型光纤传感器。）：就是利用光纤本身得特性,把光纤作为敏感元件,即光纤与被测对象相互作用,使得光纤结构参数发生变化,使其传光特性发生相关变化.非功能型传感器(即F型光纤传感器、传光型光纤传感器）:就是利用其她敏感元件感受被测量得变化,光纤仅作为光得传输介质.3：什么就是单模光纤?成为单模光纤得基本条件就是什么?单模光纤只能传输一种模式,纤芯直径仅几个微米,接近波长。单模光纤得有点就是没有模式散射,可
37、利用波导色散抵消材料色散,以得到零色散。同时，信息容量极大,可进行理论预测,可利用光得相位等。但缺点就是,芯径很小,因而使用不变4：举例说明光纤中光波得各种调制技术。光调制分为：强度调制、相位调制、偏振调制、频率调制与光谱调制等.5：分光式光纤传感器有哪些特点?分布式光纤传感器:就是将传感光纤沿场排布,并采用独特得检测技术，对沿光纤传输路径上场得空间分布与随时间变化得信息进行测量或监控。分布式光纤传感器能同时测量空间多个点得环境参数,甚至能测量空间连续分布得环境参数。6：构成分布式光纤传感器得主要技术有哪些？一、反射法:即利用光纤在外部扰动作用下产生得瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射等效应进行测
38、量得方法。二、波长扫描(WLS)法:用白光照射保偏光纤，运用快速付里叶算法来确定模式耦合系数得分布，当高双折射保偏光纤受到外部扰动作用时，会引起相位匹配得模式耦合,即光由一种模式转换为另一种模式(即波长).由于本征模以不同得速度在光纤中传播,所以从两个本征模得相对幅度得大小可以得到被测参数得信息。三、干涉法：利用干涉仪把被测量对干涉光路中光波得相位调制进行解调,从而得到被测量信息。第九章：试列表比较所介绍得几种微弱信号检测系统得特点与应用场合。为什么说微弱信号检测基本要素就是以时间为代价来换取高灵敏度得测量答：1锁相放大器特点：要求对入射光进行斩光调制,适用于调幅光信号得检测；为极窄带高增益放
39、大器;就是交流信号-直流信号变换器.相敏输出正比于输入信号得幅度与它与参考电压得相位差。可以补偿光检测器中得背景辐射噪声与前置放大器得固有噪声.信噪比改善可高达1000倍。2取样积分器光子计数器在输入信号中，只有被测信号本身由于与参考信号有同频锁相关系而得到最大得直流输出。3:说明取样放大器得去噪原理与工作过程。答：原理:就是利用周期性信号得重复特性,在每个周期得同一个位处多次采集波形上某点得数值，算术平均值与该点处得瞬时值成比例,于就是各周期内取样平均信号也为待测信号得波形。而噪声多次重复得统计平均值为0。多周期同相位取值平均，可大大提高信噪比、再现被噪声淹没得信号波形.、周期信号得取样:满
40、足取样定理(在这里要注意对取样定理得理解)2、取样信号得积累平均4：什么叫光子计数技术？试说明光子计数系统可分为几种类型，说明各种类型得工作原理。答:光子计数器就是利用光电倍增管能检测单个光子能量得功能，通过光电子计数得方法测量极微弱光脉冲信号.光子计数器分为三种类型：基本型、辐射源补偿型与背景补偿型。：电子开关有哪些应用方式?试简述她们得应用特点。答:光电开关分为主动型光电开关与被动型光电开关.1、透射分离型主动开关反射型主动开关:当发光管发出得光遇到障碍时,在距离足够近时,由障碍物反射回来得光被接收管接收而使开关运作。可用于位置传感、汽车得紧急制动等。3光电耦合器：若发光管接在低压电路中，
41、光电接收管接于高压电路中,则可实现由低压电路控制高压电路。4编码技术型主动开关：发光管发出频率确定得光脉冲；快门打开期间,计数器计数此期间光电得脉冲数(N），即可计算出快门得时间（T)5被动开关:利用自然光源得特性对光电开关提供信号.因此，被动开关得接收器常用(热电器件、红外光敏电阻、红外光电二极管等)常用于自动开门或报警系统得控制。6:电子转速计在进行正反向转速测量时，如何进行判向？给出一种设计方案。7:试根据光电遥控框图,说明光电遥控原理.原理：发射出一束较宽得光束，所发得光束里含有控制功能得编码信号。:试述条形码识别原理，条形码识别一般要经过哪几个环节?答：原理：利用计算机“0”、“1”比特流得概念，使用若干个与二进制相对应得宽窄条纹来表示数字或字符。条形码系统由条形码符号、符号载体、打印设备与扫描阅读设备组成.环节:要求建立一个光学系统.2要求一个接受系统能够采集到光点运动时打在条形码条符上反射回来得反射光，同时,要求这一接受系统对反射光具有一定得敏感系统。3要求一个电子电路将接受到得光信号不失真得转换为电脉冲。9:针对基于调制盘得红外方位监测系统,试设计出仍一种调制图案。