2021年光电检测技术B.docx

精品word学习资料可编辑一， 填空（每空 1 分，共 20 分）1. 一光电材料的电子逸出功为 W ，使其产生光电子发射的入射光的最低频率 υ，如入射光的波长为 λ，就发射的光电子的最大动能 λ；2. 与光电二极管相比，光电三极管的输出光电流较 大，线性较 差，响应时间较长；3. 常用的弱光信号检测技术包括 锁相放大 ，取样积分 和光子计数 技术；4. 半导体对光的吸取可分为 本征吸取 ，杂质吸取 和自由载流子 吸取；5. 光电测量的核心是 光学变换 和光电转换 ；6. 按折射率不同，光纤可分为 阶跃型和梯度型两种；7. 光电效应主要包括 外光电效应 和内光电效应 ；8. 常用的视频信号的二值化处理方法包括 固定阈值法 ，浮动阈值 法和微分法；名师归纳总结——欢迎下载精品word学习资料可编辑|精.|品.|可.|编.|辑.|学.|习.|资.|料.二， 简答（每题 5 分，共 10 分） 1.简述光电检测技术的主要特点；答：（1） ） 高精度从地球到月球激光测距的精度达到 1 米；（2） ） 高速度光速是最快的；（3） ） 非接触式检测不转变被测物体性质的条件下进行测量；（4） ） 远距离，大量程 遥控，遥测和遥感；（5） ） 寿命长光电检测中通常无机械运动部分，故测量装置寿命长，工作牢靠，精确度高，对被测物无形状和大小要求；（6） ） 数字化和智能化强的信息处理，运算和把握才能；2. 简述激光器的组成，及激光的特性；答：激光器一般由工作物质，泵浦源，谐振腔组成；激光的基本特性如下：（1） ） 强度高（2） ） 单色性好（3） ） 方向性好（4） ） 相干性好三， 运算（共 70 分）1. 已知光敏电阻的暗电阻 5MΩ ，在照度 E 为 200 时亮电阻 5kΩ，用此光敏电阻把握继电器 J，电源电动势为 10V，如图 1 所示，如继电器的线圈电阻为 4 k Ω， 继电器的吸合电流为 2，问：（ 1）照度 E 至少为多少才能使继电器吸合？（ 2） 假如需要在 2000 时继电器才能吸合，就电路需如何改进？（ 10 分）名师归纳总结——欢迎下载精品word学习资料可编辑10V J图 1解：（ 1）暗电导 10.2μS名师归纳总结——欢迎下载精品word学习资料可编辑|精.|品.|可.|编.|辑.|学.|习.|资.|料.照度 200 时，亮电导 11/5 103=0.2，故光电导灵敏度 ()1μ继电器吸合时，光敏电阻 R’=1103Ω，就电导 1/1 103=1故，所需照度（） 1000（ 2）设需要串联的电阻大小为当照度 2000 时，光敏电阻的电导为 2000.2μS，即电阻 R’’ =210/00.2 10-6=0.5 kΩ就，5000Ω2. 有一光电二极管的电流灵敏度 0.4 μW，结间电导 0.004 μS，转折电压 5V，输入光通量 Ф=（8+4ωt）μW，其输入电路的电源电压 40V，直流偏置电阻为，负载为电阻，求：（1） ）要使负载功率最大，和应为多少？（2） ）负载的峰值电压，峰值电流和有效功率 . （15 分） 解：3. 有一光电检测输入电路的负载电阻 100KΩ，电路通频带 Δ 100，试运算：（1） ）室温（300K）工作时，负载电阻上的热噪声电压 （玻尔兹曼常数 1.38 10-23）？（2） ）如要使热噪声电压不超过 0.2 μV ，热噪声等效带宽 Δ应为多少？（3） ）需并联多大的电容？（4） ）该输入电路的时间常数 τ和上限截至频率 f 上？（ 13 分）解：名师归纳总结——欢迎下载精品word学习资料可编辑名师归纳总结——欢迎下载精品word学习资料可编辑U（ 1）∵2 4kTR f名师归纳总结——欢迎下载精品word学习资料可编辑T∴ (4 Δf1)/2=1.29 10-10（105105）1/2=12.9 μV（ 2） Δ2/(4)=(0.2 10-6)2/(1.6 10-20105)=25(3)1/(4 Δ )=1/(4 5251)0=0.1 μF (4) τ 0.01s上f =1/(2 πτ )=1/(6.28 -2)=1150.94. 有一光脉冲序列的幅度 Ф 10-3，连续时间 10-4s，重复周期 510-3s，如光电检测电路的电压灵敏度 12，试求：（1） ）当电路时间常数 τ1=10-5s 时，输出电压的形式和幅度 1？（2） ）当电路时间常数 τ2=10-1s 时，输出电压的形式和幅度 2？（ 12 分）名师归纳总结——欢迎下载精品word学习资料可编辑解：（ 1）∵ τ1<<，∴输出信号能再现输入光信号的形状，为脉冲信号；电压幅度 1Ф 1；2（ 2）∵ τ2>>，∴输出信号不能再现输入光信号的形状， 只能是检测信号的平均值， 为直流信号；电压幅度 2Фm240μV ；5. 一光照度计如图 2 所示，已知光电池 221 的电流灵敏度 102，光敏面积 20mm2，放大器为理想运算放大器； 如用量程为 10V 的电压表作照度指示， 试运算照度 E分级为 1000，100，10 三档下的反馈电阻 R1，R2，R3 的大小？（ 10 分）名师归纳总结——欢迎下载精品word学习资料可编辑221R1 R2 R3_名师归纳总结——欢迎下载精品word学习资料可编辑A+|精.V|品.|可.R|编.|辑.|学.|习.|资.|料.图 2解：∵光电流通过反馈电阻作负载，于是有Ф对 1000 档：有 10 R110 2 20mm21000名师归纳总结——欢迎下载精品word学习资料可编辑∴R1=50KΩ；100 档：有 10 （R1+ R2）10220mm2∴R1+ R2=500KΩ，故R2=500- 50=450 K Ω；100名师归纳总结——欢迎下载精品word学习资料可编辑10 三档下：有 10 （R1+ R2+ R3）10220mm210∴R1+ R2+ R3=5MΩ ，故 R2=5-0.5= 4.5MΩ ；6. 有一硅光电二极管， 其光敏面积为 9mm2，在室温下测得输出光电流为 10μA ；如其灵敏度 1μμW，噪声电流为 2，系统带宽 Δ100，求其噪声等效功率和比探 测率 D * ？（ 12 分）解：名师归纳总结——欢迎下载精品word学习资料可编辑6信噪比SNR PSI 2 R2 I pIRII2S ( )2(1010 )225 106名师归纳总结——欢迎下载精品word学习资料可编辑SL2PN光功率 10μWI N L N n2 10 9名师归纳总结——欢迎下载精品word学习资料可编辑噪声等效功率 0.4 10-12 W探测率 12.5 1012 1归一化探测率 D* （Δf ）1/2=751012 1/21|精.|品.|可.|编.|辑.|学.|习.|资.|料.名师归纳总结——欢迎下载。