光電檢測簡答[技術(shù)相關(guān)]

1、光電探測一、 為什么有些光敏二極管在制作PN結(jié)的同時(shí)還做出一個(gè)環(huán)極？答：無光照時(shí)反向電阻很大（M級(jí)）只有打在PN結(jié)附近，使PN結(jié)空間電荷區(qū)（耗盡層）產(chǎn)生光生電子空穴對(duì)時(shí)它們與P區(qū)、N區(qū)的少數(shù)載流子一起在PN結(jié)內(nèi)電場的作用下做定向移動(dòng)形成光電流，此時(shí)它的反向電阻大為降低，一般只有1K到幾百歐，當(dāng)負(fù)偏壓增加時(shí)耗盡層加寬使光電流增大，靈敏度提高，光電流與入射光照度成線性關(guān)系。 光敏二極管的缺點(diǎn)：暗電流較大為了減少無光照時(shí)反向漏電流（暗電流）的影響有些光敏二極管（如2DU型）在制作PN結(jié)的同時(shí)還做出一個(gè)環(huán)形的擴(kuò)散層引出的電極稱為環(huán)極，如圖所示因環(huán)極電位比負(fù)極電位高所以反向漏電流（暗電流）直接從環(huán)極流過

2、而不再經(jīng)過負(fù)極從而可以減少負(fù)極與正極之間的暗電流。二、 簡述PIN、APD兩種高速的光電二級(jí)管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和原理三、 簡述光電探測器的選用原則。(1).光電檢測器件必須和輻射信號(hào)源及光學(xué)系統(tǒng)在光譜特性上匹配 (2)光電檢測器件的光電轉(zhuǎn)換特性必須和入射輻射能量相匹配 (3) 光電檢測器件的響應(yīng)特性必須和光信號(hào)的調(diào)制形式、信號(hào)頻率及波形相匹配，以保證得到?jīng)]有頻率失真和良好的時(shí)間響應(yīng) (4) 光電檢測器件必須和輸入電路以及后續(xù)電路在電特性上相互匹配，以保證最大的轉(zhuǎn)換系數(shù)、線性范圍、信噪比以及快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)等。四、 請(qǐng)簡述紅外光學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)。1) 紅外輻射源的輻射波段位于1m以上的不可見光區(qū)，普通光學(xué)玻

3、璃對(duì)2.5m以上的光波不透明，而在所有有可能透過紅外波段的材料中，只有幾種材料有必需的機(jī)械性能，并能得到一定的尺寸，如鍺、硅等，這就大大限制了透鏡系統(tǒng)在紅外光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，使反射式和折反射式光學(xué)系統(tǒng)占有比較重要的地位。 2) 為了探測遠(yuǎn)距離的微弱目標(biāo)，紅外光學(xué)系統(tǒng)的孔徑一般比較大。 3) 在紅外光學(xué)系統(tǒng)中廣泛使用各類掃描器，如平面反射鏡、多面反射鏡、折射棱鏡及光楔等。 4) 8至14m波段的紅外光學(xué)系統(tǒng)必須考慮衍射效應(yīng)的影響。 5) 在各種氣象條件下或在抖動(dòng)和振動(dòng)條件下，具有穩(wěn)定的光學(xué)性能。五、 對(duì)直接檢測系統(tǒng)來說，如何提高輸入信噪比？答：對(duì)于光電檢測系統(tǒng)來說，其噪聲主要有三類：（1）光

4、子噪聲包括：A.信號(hào)輻射產(chǎn)生的噪聲；B.背景輻射產(chǎn)生的噪聲。（2）探測器噪聲包括：熱噪聲；散粒噪聲；產(chǎn)生復(fù)合噪聲；1/f噪聲；溫度噪聲。（3）信號(hào)放大及處理電路噪聲在實(shí)際的光電探測器中，由于光電轉(zhuǎn)換機(jī)理不同，各種噪聲的作用大小亦各不相同。若綜合上述各種噪聲源，其功率譜分布可用下圖表示。由圖可見：在頻率很低時(shí)，1/f噪聲起主導(dǎo)作用；當(dāng)頻率達(dá)到中間范圍頻率時(shí)，產(chǎn)生復(fù)合噪聲比較顯著；當(dāng)頻率較高，甚至于截至頻率時(shí)，只有白噪聲占主導(dǎo)地位，其它噪聲影響很小。很明顯，探測器應(yīng)當(dāng)工作在1/f噪聲小、產(chǎn)生-復(fù)合噪聲為主要噪聲的頻段上。因此，對(duì)于直接探測系統(tǒng)，提高輸入信噪比的措施有：（1）利用信號(hào)調(diào)制及選頻技術(shù)可

5、抑制噪聲的引入白噪聲的大小與電路的頻帶寬度成正比，因此放大器應(yīng)采用帶寬盡可能窄的選頻放大器或鎖相放大器。（2）將器件制冷，減小熱發(fā)射，降低產(chǎn)生-復(fù)合噪聲。采用半導(dǎo)體制冷、杜瓦瓶液態(tài)氣體制冷或?qū)Ｓ弥评錂C(jī)制冷。（3）采用最佳條件下的偏置電路，使信噪比（S/N）最大六、 簡述用補(bǔ)償法檢測溶液濃度的工作原理及工作過程。七、 舉例說明象限探測器的應(yīng)用。答：（四象限探測器主要被用于激光準(zhǔn)直、二維方向上目標(biāo)的方位定向、位置探測等領(lǐng)域。） 下圖為簡單的激光準(zhǔn)直原理圖。用單模激光器作光源。因?yàn)樗泻苄〉墓馐l(fā)散角，又有圓對(duì)稱界面的光強(qiáng)分布，很有利于作準(zhǔn)直用。圖中激光射出的光束用倒置望遠(yuǎn)系統(tǒng)L進(jìn)行擴(kuò)束，倒置望遠(yuǎn)系

6、統(tǒng)角放大率小，于是光束發(fā)散角進(jìn)一步壓縮，射出接近平行的光束投向四象限管，形成一圓形亮斑。光電池AC、BD兩兩接成電橋，當(dāng)光束準(zhǔn)直時(shí)，亮斑中心與四象限管十字溝道重合，此時(shí)電橋輸出信號(hào)為零。若亮斑沿上下左右有偏移時(shí)，兩對(duì)電橋就相應(yīng)于光斑偏離方向而輸出電信號(hào)。哪個(gè)探測器被照亮斑的面積大，輸出信號(hào)也大。這種準(zhǔn)直儀可用于各種建筑施工場合作為測量基準(zhǔn)線。1.光電三極管集電極的作用？答：光敏三極管的工作有兩個(gè)過程：一是光電轉(zhuǎn)換；二是光電流放大。光電轉(zhuǎn)換過程是在集基結(jié)內(nèi)進(jìn)行，與一般光電二極管相同。2.光輻射檢測器存在哪些內(nèi)部噪聲？答：光輻射檢測器中存在的內(nèi)部噪聲主要由熱噪聲、散粒噪聲、半導(dǎo)體中產(chǎn)生的符合噪聲、

7、溫度噪聲和閃爍噪聲。3.從結(jié)構(gòu)上分LED有哪幾種類型？答：從結(jié)構(gòu)上，LED有五種類型表面發(fā)光二級(jí)管（SLED）側(cè)面發(fā)光二級(jí)管（ELED）、平面LED、圓頂形LED和超發(fā)光LED。4.什么事光電直接檢測系統(tǒng)？答：所謂光電直接檢測是將測光信號(hào)直接入射帶光檢測器光敏面上，光檢測器響應(yīng)于光輻射強(qiáng)度而輸出相應(yīng)的電路或者電壓。5.根據(jù)檢查原理，光電檢測的有哪幾種基本方法？答：直接作用法、差動(dòng)測量法、補(bǔ)償補(bǔ)償法、脈沖測量法、6.說明兩種類型光敏電阻的用途和原因。答：本征半導(dǎo)體光敏電阻與雜質(zhì)半導(dǎo)體光敏電阻。本征半導(dǎo)體光敏電阻的長波長要短于雜質(zhì)半導(dǎo)體光敏電阻的長波長，因此，本征半導(dǎo)體光敏電阻常用于可見光長波段的

8、檢測，而雜質(zhì)型半導(dǎo)體光敏電阻常用于紅外波段光輻射甚至于遠(yuǎn)紅外波段光輻射的檢測。7.解釋什么事單元光電信號(hào)？答：由一個(gè)或幾個(gè)光電轉(zhuǎn)換期間構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換電路所產(chǎn)生的獨(dú)立信號(hào)稱為單眼光電信號(hào)。8.激光干涉?zhèn)乳L由哪幾部分組成？答：激光光源、干涉系統(tǒng)、光電顯微鏡、干涉信號(hào)處理部分。五、問答題1.故居一下電烙鐵，說明汽車光電式車速傳感器的工作原理LED1.答：汽車的光電式車速傳感器的工作原料：當(dāng)遮光板不能遮斷光速時(shí)，放光二極管的光射帶光敏三極管上，光敏三極管的集電極中有電流通過，該管導(dǎo)通，這時(shí)三極管也導(dǎo)通，因此在S1端子上就有5V電壓輸出。脈沖頻率取決于車速，子車速為60km/h時(shí)，儀表繞性驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速為

9、637r/min，儀表軟軸每轉(zhuǎn)一圈，傳感器就有20個(gè)脈沖輸出。2.敘述光電信號(hào)檢測電路外部噪聲產(chǎn)生原因和預(yù)防方法答：外部噪聲實(shí)際上屬于外部擾動(dòng)，包括輻射源的隨機(jī)波動(dòng)和附加的光調(diào)制、光路傳輸介質(zhì)的湍流和背景起伏。雜散光的入射以及檢查系統(tǒng)受到的電磁干擾等。這些擾動(dòng)可以通過穩(wěn)定輻射光源、遮斷雜光、選擇偏振面或?yàn)V色光片以及電氣屏蔽、電干擾濾波等措施加以改善或消除。3.寫出典型的直接檢測系統(tǒng)模型方框圖光源強(qiáng) 度調(diào)制器光學(xué)天線光學(xué)信道接受天線及光電檢測器光電信號(hào)處理器回收信息信息背景噪聲場電路噪聲 發(fā)射機(jī) 接收機(jī)4.今后光電檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢有那幾點(diǎn)？答：1.發(fā)展納米、亞納米搞精度的廣電測量新技術(shù)。2.發(fā)

10、展小型的，快速的微型光、機(jī)、電檢測系統(tǒng)。3.非接觸、快速在線測量，以滿足快速增長的商品經(jīng)濟(jì)的需要。4.向微空間三維測量技術(shù)和大空間三維測量技術(shù)發(fā)展。5向人們無法觸及的領(lǐng)域發(fā)展。6.發(fā)展閉環(huán)控制的光電檢測技術(shù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光電測量與廣電控制一體化。7.發(fā)展光電跟蹤與光電掃描技術(shù)，如遠(yuǎn)距離的遙控、遙測技術(shù)、激光制導(dǎo)、飛行物自行跟蹤和復(fù)雜形體自動(dòng)掃描測量等。5.故居下圖，說明汽車光電式轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器的設(shè)計(jì)原理輸出信號(hào)A刷出信號(hào)B5.答：設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向盤傳感器時(shí)，將兩個(gè)信號(hào)發(fā)送器通、斷變換的相位角錯(cuò)開90度。汽車直線行駛時(shí)，信號(hào)A處于通斷狀態(tài)（高電平）的中間位置，轉(zhuǎn)向時(shí)，根據(jù)信號(hào)A下降沿外信B的狀態(tài);即可判斷出轉(zhuǎn)向的方向，信號(hào)A由斷狀態(tài)變?yōu)橥瑺顟B(tài)（ 低電壓）時(shí)，如果信號(hào)B為通狀態(tài)，則為左轉(zhuǎn)向；如果信號(hào)B為斷狀態(tài)，則為右轉(zhuǎn)向。根據(jù)下圖的外差檢測試驗(yàn)裝置，說明其工作原理CO1激光器答：這是外差檢測的實(shí)驗(yàn)裝置，光源是進(jìn)過穩(wěn)頻的CO2激光器。由分束鏡把入射光分成兩