光电检测技术与应用课后答案

光电检测技术与应用课后答案

【篇一：光电检测习题解答】

知道的检测系统的工作原理。

（1）

（2）光电检测技术在日常生活中的应用：

家用电器一一数码相机、数码摄像机：自动对焦一红外测距传感器

自动

感应灯：亮度检测一光敏电阻

空调、冰箱、电饭煲：温度检测一热敏电阻、热电偶遥

控接收：红外检测一光敏二极管、光敏三极管可视对讲、

可视电话：图像获取一面阵ccd

医疗卫生一一数字体温计：接触式一热敏电阻，非接触式一红外传

感器办公

商务一一扫描仪：文档扫描一线阵ccd

红外传输数据．红外检测一光敏二极管、光敏三极管

（3）光电检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：可精确的定位目标

光电检测技术应用实例简介点钞机

（1）激光检测一激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五

版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此

激光的检测可辨别钞票的真假。山于仿制困难，故用于辨伪很准确。（3）荧光反应的检测一荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针

对人民币的纸质进行检测。一一人民币采用专用纸张制造（含85％

以上的优质棉花）《假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm的蓝光）的照射下会

出现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420一460nm的蓝光），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的荧光反映，可判别钞票真假。

（4）纸宽的检测一红外发光二极管及接收二极管的应用主要是用

于根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行判断，比如

有无卡纸等；同时也能根据钞票的宽度判断出其面值。

（5）喂钞台、接钞台传感器一红外对管的应用在点钞机的喂钞台和

取钞台部分分别有一个作为有无钞票的发射接收红外对管，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？

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则和非周期性振动产生的声音。噪声为电子系统中任何不需要的信号。噪声会导致信号质量下降以

及精确测量方面的错误。噪声包括固有噪声及外部噪声，这两种基

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

声以及闪烁噪声等。干扰分 3 部分，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，不可预知。

5、如何判断干扰？如何避免干扰？

常见的信号的干扰有：（1）器件工作的噪声干扰，比如说数字电路

正负逻辑的转换导致的电磁场干扰，电搜索压电流变化产生的电磁

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，现在大部分电

源系统采用的都是开关电源，开关电路的高频开关动作会导致严重

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、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

过测量周期的方法来测量低频信号的频率？ 0 0

采用多周期同步测量技术，这种测量方法实际上是对信号周期进行

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imhz标准脉冲信号，经

过分频器分频为ihz周期 is的尖波信号接到控制门的控制端，被测

信号通过放大整形变为正半波尖脉冲信号，接到控制器的信号端；

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：采用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控制门电路的开启，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索的原因。

8、试叙述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系统的电信息（电信号的放大和处理）。

（3）

第2章

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、

速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

答：（1）光生伏特效应的工作基础是内光电效应，当用适当波长的光照射pn结时，山于内建场的作用（不加外电场），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，所以以光伏效应为基础的检测器件比以光电导效应为基础的检测器件有更快的响应速度。

3、

4、简述光热效应工作原理。热电检测器件有哪些特点？p15 比较

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，光电材料发

射电子，或者其电导率发生变化，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山电子

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。在光子直接与电子相互作用的情况下，其响应速度一般比较快。按照是否发射电子，光电效应又分为内光电效应和外光电效应。具体有光电子发射效应《光电导效应、一一光生伏特效应、光子牵

引效应和光电磁效应等。 1

光热效应的实质是探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部

电子状态的改变，而是把吸收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，因而物质温度的变化仅决定于光功率（或

其变化率），而与入射光辐射的光谱成分无关。因为温度升高是热

积累的作用，所以光热效应的响应速度一般比较慢，而且容易受环

境温度变化的影响。光热效应包括热释电效应、温差电效应和测热

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，灵敏度越高解，在微弱信号的辐射下，將式0一8的vi一

趸1 ）代入（1 83），并对其

求导即可得半导体材料在弱辐射t的光电导灵敏度为

s

2、 2 0一0），由此可知时间t响应越长，灵敦度越高。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相同？为什么？如果照度相同而温度不同

时情况又会如何？

解：同一型号的光敏电阻，在不同光照度下和不同的环境温度下，

其光电导灵敏度和时

闾锵数不相同。在照度相同而温度不同时，其光电导灵度不相同和

时间常数也不相同。

其材料性质已经一枷只是决定了的值0定，光照度和环境温度不同，则产生的光生电子浓度和热生电子浓度各异决定了值不同，照度相

同决定光生电子浓度相同，温度不同决定热生电子浓度不同，同样

也决定了值才同，由（1 85）和（1 88）推出光电灵敏度不相同，由

0巧）和(2-11)推出其时间常数不相同。

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

必须在哪种偏置状态？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结必须在反

向偏压的状态下，有明显的光电效应产生，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、

器在如图3一70所示的照明灯控制电路中，将题3所给的cds光

敏电阻用作光电传感

（10分）光电光电阻的已照射下弱光 0= 欧的接时【篇二：南京理工大学光电检测-习题解答】

=txt>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：图像获取---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：可精确的定位目标

光电检测技术应用实例简介点钞机

（1）激光检测—激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五

版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此

激光的检测可辨别钞票的真假。由于仿制困难，故用于辨伪很准确。

（2）红外穿透检测—红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。人民币的纸质特征与假钞的纸质特征有一定的差异，用红外信号对钞票进行穿透检测时，它们对红外信号的吸收能力将会不同，利用这一原理，可以实现辨伪。

（3）荧光反应的检测—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行检测。人民币采用专用纸张制造（含85％以上的优质棉花），假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm的蓝光）的照射下会出现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420－460nm的蓝光），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根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行判断，比如有无卡纸等；同时也能根据钞票的宽度判断出其面值。

（5）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部分分别有一个作为有无钞票的发射接收红外对管，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配合将传感器输出信号转换成低输出电阻的电压信号以方便后续电路的处理。一般说来，信号都需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控制器。微处理器或微控制器是测控系统的

核心，它主要有两个作用：一是对数字信号进行进一步处理并将信号输出显示、存储和控制。二是管理测控系统的各个部分以实现测控系统的智能化，即根据信号和测量条件的变化，自动地改变放大器的增益、滤波器的参数及其它的电路参数。在选用合适的传感器之后，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需要不同的驱动信号（也有的传感器不需要驱动信号），为取得更高的精度和最佳的性能，需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

最基本而且需要特别注意的？

测量器具本身存在的误差。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

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则和非周期性振动产生的声音。噪声为电子系统中任何不需要的信号。噪声会导致信号质量下降以

及精确测量方面的错误。噪声包括固有噪声及外部噪声，这两种基

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

声以及闪烁噪声等。干扰分3部分，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，不可预知。

5、如何判断干扰？如何避免干扰？

常见的信号的干扰有：（1）器件工作的噪声干扰，比如说数字电路

正负逻辑的转换导致的电磁场干扰，电搜索压电流变化产生的电磁

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，现在大部分电

源系统采用的都是开关电源，开关电路的高频开关动作会导致严重

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、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

过测量周期的方法来测量低频信号的频率？

采用多周期同步测量技术，这种测量方法实际上是对信号周期进行

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的尖波信号接到控制门的控制端，被测

信号通过放大整形变为正半波尖脉冲信号，接到控制器的信号端；

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：采用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控制门电路的开启，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索的原因。

8、试叙述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、控制。

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？p11

2.2.1

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基础是内光电效应.当用适当波长的

光照射pn结时，由于内建场的作用（不加外电场），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，所以以光伏效应为基础的检测器件比以光电导效

应为基础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？p15

4、比较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，光电材料发

射电子，或者其电导率发生变化，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。在光子直接与电子相互作用的情况下，其响应速度一般比较快。按照是否发射电子，光电效应又分为内光电效应和外光电效应。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

应和光电磁效应等。

光热效应的实质是探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部

电子状态的改变，而是把吸收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，因而物质温度的变化仅决定于光功率（或其变化率），而与入射光辐射的光谱成分无关。因为温度升高是热积累的作用，

所以光热效应的响应速度一般比较慢，而且容易受环境温度变化的

影响。光热效应包括热释电效应、温差电效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，没有明显的光电效应？它必须在哪种偏置状态？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结必须在反

向偏压的状态下，有明显的光电效应产生，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所示的照明灯控制电路中，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的平均寿命?有关，减小?，则

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，光照强度和温度的变化，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，所以采取的措施主要有：①减小负载电阻；

②减小光伏特器件中的结电容，即减小光伏器件的受光面积；③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升高而下降？影响光电倍

增管工作的环境因素有哪些？如何减少这些因素的影响？

温度升高时，半导体的导电性将发生一定的变化，即少数载流子浓

度随着温度的升高而指数式增大，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能级的变化上来理解：温度越高，半导体fermi能级就越靠近禁带中央（即趋于本征化），则两边半导体的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，比如：偏置电压的高低、环境光和温度变化等多方面因素的影响。无光时光电倍增管对光的

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

是决定光电倍增管对微弱光信号的检测能力的重要因素之一。光电

倍增管工

【篇三：《检测技术及应用》程周周小益版课后答案】

专门的技术工具或手段，通过实验的方法把被测量与同性质的标准

量进行比较，求取二者比值从而得到被测量数值大小的过程。

2.偏差法零位法微差法

3.绝对误差相对误差引用误差

4.输出变化量?y 输入变化量?x

5.测量结果真值精确

6.重复性线性度灵敏度

7.敏感元件转换元件转换电路

二．单选

1 cb2-7 cbdabd

第二章

一．填空

1.单臂电桥差动半桥差动全桥双臂全桥

2.柱式梁式环式轮辐式

3.压电晶体压电陶瓷新型压电材料

4.划线定位打磨表面点滴涂胶对正调整粘贴施压化焊接引线焊接导线密封防护固化待测

5.柱式梁式环式

6.测力传感器加速度传感器流量计

二．单选

1 ce 2-5 abcb

第三章

一．填空

1.衔铁

3.正比正比反比

4.自感系数互感系数电感量

5.高频交流磁场电涡流磁场

6.增大

7.变极距型变面积型变介质型变极距

8.变极距

9.差动

10.又称差动脉宽调制电路充放电电容量

二．单选

1-5 bbaba 6-10 cbbbc 11-15 dacda 粘贴接件热风固一．填空

1.电动势变化电阻

2.接触电势温差电势

3.回路总热电动势温度

4.导体半导体

5.热电效应原理

6.三线四线二线

7.导体

8.温度电阻值

9.正

10.载流子温度

11.正温度系数负温度系数临界温度

12.普通型表面

13.中间导体

14.两种导体的接触单一导体的温差（公式略）连接导线热电偶

延长线将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响

二．单选

1-5 adbdc 6-10 cdbcc 11-16 dbacac

第五章

一．填空题

1.电阻率发生改变光敏二极管

2.使电子逸出物体表面紫外光电管

3.光电倍增管真空光电管

4.电压电流

5.响应时间的变化锗光敏二极管

6.开路电压光电压

7.导通电流工业

8.锗管暗电流性能较差

9.管芯单向导电性

10.0.01 2.5 0.0314 0.0796

二．单选

1-5 bcabb6-10 cbaad 11 c12 ac