《光电检测技术-题库》

《光电检测》题库一、填空题1.对于光电器件而言，最重要的参数是、和。2.光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、和等构成。3.光电三极管的工作过程分为和。4.激光产生的基本条件是受激辐射、和。5.非平衡载流子的复合大致可以分为和。6.在共价键晶体中，从最内层的电子直到最外层的价电子都正好填满相应的能带，能量最高的是填满的能带，称为价带。价带以上的能带，其中最低的能带常称为，与之间的区域称为。7.本征半导体在绝对零度时，又不受光、电、磁等外界条件作用，此时导带中没有，价带中没有，所以不能。8.载流子的运动有两种型式，和。9.发光二极管发出光的颜色是由材料的决定的。10.光电检测电路一般情况下由、、组成。11.光电效应分为内光电效应和效应，其中内光电效应包括和，光敏电阻属于效应。12.半导体对光的吸收一般有、、、和这五种形式。13.光电器件作为光电开关、光电报警使用时，不考虑其线性，但要考虑。14.半导体对光的吸收可以分为五种，其中和可以产生光电效应。15.光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、和等构成，光电倍增管的光谱响应曲线主要取决于材料的性质。16.描述发光二极管的发光光谱的两个主要参量是和。17.检测器件和放大电路的主要连接类型有、和等。18..使用莫尔条纹法进行位移-数字量变换有两个优点，分别是和。19.电荷耦合器件（CCD）的基本功能是和。20.光电编码器可以按照其构造和数字脉冲的性质进行分类，按照信号性质可以分为和。21.交替变化的光信号，必须使所选器件的大于输入信号的频率才能测出输入信号的变化。22.随着光电技术的发展，可以实现前后级电路隔离的较为有效的器件是。23.硅光电池在偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且动态范围较大。24.发光二极管的峰值波长是由决定的。二、名词解释1.光亮度：2.本征半导体：3.N型半导体：4.载流子的扩散运动：5.光生伏特效应：6.内光电效应：7.光电效应8.量子效率9.分辨率10.二次调制11.二值化处理12.光电检测技术13.响应时间14.热电偶15.亮度中心检测法三、判断正误1.A/D变换量化误差不随输入电压变化而变化，是一种偶然误差。（）2.采样/保持电路起到信号保持作用的保持电容，电容容量愈大电压下降愈慢，所以保持电容越大越好。（）3.光电倍增管的光电阴极上发射出光电子的最大速度随入射光光子能量的增大而增大。（）4.影响光电器件探测极限的因素是噪声，噪声是可以消除或减小的。（）5.光电倍增管的光谱响应曲线与光电阴极的光谱响应曲线相同，主要取决于光电阴极材料的性质。（）6.光敏电阻是光电导效应器件。（）7.CCD驱动信号中三相与两相的电极结构是一样的。（）8.CCD器件按像敏元的排列形式可以分为一维和二维两种。（）9.光电耦合器件具有信号传输的单向性，所以只适用于的直流或数字脉冲信号。（）10.雪崩二极管在使用时要加高反向偏压。（）四、简答题1．光电检测器件和热电检测器件的比较。2．简述光电池与光电二极管的区别。3.简述光电检测电路设计依据及其设计要求。4.对于扩散型PiN硅光敏二极管来说，i层主要起到了什么作用？5．简述变像管和像增强管的工作原理及区别？6.探测器件在进行极为微弱的信号探测时，有时要放入液氮中使用，为什么？7.简述光电池与光电二极管的相同点和区别。8.简述光电检测电路的组成及各部分的作用。9.以热敏电阻探测温度为例，分析热敏电阻典型桥路的输出电压变化U与热敏电阻温度变化T之间关系？10.光电导体的灵敏度大小取决于哪些因素？为什么要把光敏电阻的形状制成蛇形？在微弱的光照下，光电导和光强之间是什么样的关系？11.简述像点轴外偏移检测的像偏移法测位移的工作原理.12.雪崩光敏二极管和光电倍增管的异同？13.帧转移型面阵CCD的组成及工作过程？14.简单画出光电成像系统的原理方框图？15.在微弱辐射作用下，光电导材料的光电灵敏度有什么特点？当辐射增强，该特点有何变化？16.PSD器件的主要特点是什么？画图说明激光三角法测量中PSD的作用。17.CMOS图像传感器与CCD图像传感器的主要区别是什么？18.说明热释电摄像管中斩光器的作用。当斩光器的微电机出现不转或转速变慢故障时，会发生什么现象？19.单元光电信号的二值化处理方法有哪些，其各自有何特点？20.激光扫描系统的组成及测量原理21.光栅莫尔条纹的产生原理及在位移测量中的作用和特点？五、分析题1.简述差动法双通道测量系统的工作原理，分析双通道测量系统比单通道测量系统相比有什么优点。2.分析比较增量式编码器与绝对是编码器的异同点。3.分析热释电探测器的工作原理，并进一步说明为什么热释电探测器件要工作在居里温度以下？4.火炮身管直线度测量系统主要由哪些部分组成？分析如何进行身管内膛直线度的测量。5.如何使用激光扫描测量的方式实现圆柱体直径的测量？6.试说明脉冲法激光测距仪的组成及工作原理，并分析其测距精度？7.如下图电路所示，简要说明如何使用光敏电阻实现路灯自动点熄控制？六、设计题1.某造纸厂生产的纸张为宽1米的长条状，需要切成长2米/张，根据下图裁纸机和浮动阈值二值化电路，试设计一个光电检测系统来实现，阐述其原理并画出系统示意图。（a）浮动阈值二值化电路（b）裁纸机2.试说明脉冲法激光测距仪和相位法激光测距仪的测距原理，并选用适当的方法精确测量出两座建筑物之间的距离Ｌ，要求△Ｌ≈±５ｃｍ，绘制相应的原理框图，并简述其工作原理。3.运用所学知识，设计一套激光监听装置，要求在10米外用激光器照射房间玻璃，监听房间内谈话内容。《光电检测》题库答案一、填空题1.灵敏度弛豫时间光谱响应2.倍增极和阳极3.光电转换光电流放大4.电荷的存储电荷的转移5.非平衡载流子的复合大致可以分为自由电子与自由空穴直接复合和通过复合中心的间接复合。6.在共价键晶体中，从最内层的电子直到最外层的价电子都正好填满相应的能带，能量最高的是价电子填满的能带，称为价带。价带以上的能带基本是空的，其中最低的能带常称为导带，价带与导带之间的区域称为禁带。7.本征半导体在绝对零度时，又不受光、电、磁等外界条件作用，此时导带中没有电子，价带中没有空穴，所以不能导电。8.载流子的运动有两种型式，扩散运动和漂移运动。9.发光二极管发出光的颜色是由材料的禁带宽度决定的。10.光电检测电路一般情况下由光电器件、输入电路、前置放大器组成。11.光电效应分为内光电效应和外光电效应，其中内光电效应包括光电导效应和生伏特效应，光敏电阻属于光电导效应效应。12.本征吸收杂质吸收激子吸收自由载流子吸收晶格吸收13.灵敏度14.本征吸收杂质吸收15．二次发射倍增系统阴极光电阴极16.峰值波长半宽度17.电压放大型电流放大型阻抗变换型18.位移的放大作用误差的平均效应19.电荷的存储电荷的转移20.增量式编码器、绝对式编码器21.上限截止频率22.光电耦合器件23.零24.禁带宽度二、名词解释1.光亮度：光源表面一点处的面元dA在给定方向上的发光强度dI与该面元在垂直于给定方向的平面上的正投影面积之比，称为光源在该方向上的亮度：cosdAdIL，单位为坎德拉每平方米（cd/m2）。2.本征半导体：完全纯净和结构完整的半导体称为本征半导体。3.N型半导体：施主能级离导带底较近，杂质的束缚能级略低于导带底，这样就可以在常温下，将束缚态中的电子激发到导带而使导带中的电子远多于价带中的空穴，这种主要由电子导电的半导体称为N型半导体。4.载流子的扩散运动：在载流子浓度不均匀情况下，载流子无规则热运动的自然结果，一般将载流子由热运动造成的从高浓度处向低浓度处迁移的运动称为扩散运动。5.光生伏特效应：是把光能转变为电能的一种效应，它是光照射不均匀半导体或均匀半导体中，光生电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象。6.内光电效应：光敏物质吸收光子后，电子从基态激发到高能态而脱离原子核的束缚，在外电场使用下参与导电的现象。7.光电效应：当光照射到物体上使物体发射电子或导电率发生变化、或产生光电动势等，这种因光照引起物体电学特性的改变称为光电效应。8.量子效率：在某一特定波长上每秒钟内产生的光电子数与入射光量子数之比。9.分辨率：用来表示能够分辨图像中明暗细节的能力。10.二次调制：将载波随时间/空间变化，形成多变量载波信号，然后再使其特征参量随被测信息改变的方法称作二次调制。11.二值化处理：将光电信号转换成0、1数字量的过程称为光电信号的二值化处理。12.光电检测技术：是一种非接触测量的高新技术。它以激光、红外、光纤等现代光电器件为基础，通过对载荷有被检测物体信息的光辐射进行检测，即通过光电检测器件接收光辐射并转换为电信号，由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用信息，再经A/D转换输入计算机进行运算处理，最后显示或打印输出。13.响应时间：描述光电探测器对入射辐射响应快慢的一个参数，即当入射辐射到光电探测器后或入射辐射遮断后，光电探测器的输出上升到稳定值或下降到照射前的数值所需的时间称为响应时间。14.热电偶是一种热敏元件，在接收辐射后引起温度升高，随之产生温差电势，使用时不外加电源。15.亮度中心检测法:通过测量目标物空间的亮度分布相对应的像空间照度分布，确定目标能量中心位置的方法称作亮度中心检测法三、判断正误1.A/D变换量化误差不随输入电压变化而变化，是一种偶然误差。（×）2.采样/保持电路起到信号保持作用的保持电容，电容容量愈大电压下降愈慢，所以保持电容越大越好。（×）3.光电倍增管的光电阴极上发射出光电子的最大速度随入射光光子能量的增大而增大。（√）4.影响光电器件探测极限的因素是噪声，噪声是可以消除或减小的。（×）5.光电倍增管的光谱响应曲线与光电阴极的光谱响应曲线相同，主要取决于光电阴极材料的性质。（√）6.光敏电阻是光电导效应器件。（√）7.CCD驱动信号中三相与两相的电极结构是一样的。（×）8.CCD器件按像敏元的排列形式可以分为一维和二维两种。（√）9.光电耦合器件具有信号传输的单向性，所以只适用于的直流或数字脉冲信号。（√）10.雪崩二极管在使用时要加高反向偏压。（√）四、简答题1.光电检测器件是利用物质的光电效应把光信号转换成电信号的器件，响应波长有选择性，相应快；热电检测器件是将辐射能转换成热能，再将热能转换成电能的器件。响应波长无选择性，相应慢。2.相同点：均为光生伏特器件；不同点：光电二极管PN结面积小于光电池；光电池无需偏压，光敏二极管一般在负偏压的情况下使用。3.灵敏的光电转换能力快速的动态响应能力最佳的信号检测能力长期工作的稳定性和可靠性4.对于扩散型PiN硅光敏二极管来说，i层主要起到了什么作用？答：i层为高阻区，承受大部分外加电压，使耗尽区增大，展宽了光电转换的有效工作区域；提高了灵敏度；i层一般选择高电阻率的基体材料，提高了串联电阻，提高了击穿电压；提高了频率响应。5.简述变像管和像增强管的工作原理及区别？工作原理：都是光电阴极接收辐射，将光学图像转换为电子数密度图像，加有正高压的阳极起到了电子透镜的作用，使阴极发出的电子聚焦成像在荧光屏上，最终得到目标物的图像。区别是：变像管是将不可见图像转换为可见图像的器件，而像增强管是把强度低于视觉阈值的图像增强到可以观察程度的光电成像器件。6.探测器件在进行极为微弱的信号探测时，有时要放入液氮中使用，为什么？答：载流子无规则的热运动造成的噪声称为热噪声。当温度高于绝对零度时，导体或半导体中每一电子都携带着C191059.1的电量作随机运动，尽管其平均值为零，但瞬时电流扰动在导体两端会产生一个均方根电压，称为热噪声电压。其平均值为：fkTRUNT42当0T时，02NTU而且，光电探测器件绝大多数都是半导体材料，受温度影响很大。综上所述，当探测器件在对微弱的信号探测时，为了减少温度的影响，放入液氮中使用，是非常行之有效的办法。7.简述光电池与光电二极管的相同点和区别。相同点：光敏二极管和光电池都是利用入射光照射到P-N结上产生光生伏特效应的器件；不同点：光