光电系统设计题目及答案 (1).doc

一、 简答题1、根据系统工作的基本目的，通常光电系统可以分为哪两大类？答：(1)信息光电系统。例如：光电测绘仪器仪表、光电成像系统、光电搜索与跟踪系统、光电检测系统、光通信系统等。(2)能量光电系统。例如：激光武器、激光加工设备、太阳能光伏发电、“绿色”照明系统等。2、光电系统的研发过程需要哪些学科理论与技术的相互配合？答：光电系统的发展需要多种学科相互配合。它是物理学、光学、光谱学、电子学、微电子学、半导体技术、自动控制、精密机械、材料学等学科的相互促进和渗透。应用各学科的最新成果，将使光电系统不断创新和发展。3、光学系统设计基本要求包括哪些？答：基本要求包括：性能、构型选择、和可制造性三个方面。4、光学系统设计技术要求包括哪些？答：基本结构参数（物距、成像形式、像距、F数或数值孔径、放大率、全视场、透过率、焦距、渐晕）；成像质量要求（探测器类型、主波长、光谱范围、光谱权重、调制传递函数、RMS波前衰减、能量中心度、畸变）；机械和包装要求；其它具体要求。5、望远物镜设计中需要校正的像差主要是哪些？答：球差、慧差和轴向色差。6、目镜设计中需要校正的像差主要是哪些？答：像散、垂轴色差和慧差。7、显微物镜设计中需要校正的像差主要是哪些？答：球差、轴向色差和正弦差，特别是减小高级像差。8、几何像差主要有哪些？答：几何像差主要有七种：球差、慧差、象散、场曲、畸变、轴向色差和垂轴色差。9、用于一般辐射测量的探头有哪些？答：光电二极管10、可用于微弱辐射测量的探头有哪些？答：光电倍增管11、常用光源中哪些灯的显色性较好？答：常用光源中，白炽灯、卤钨灯、氙灯的显色性较好。（高压汞灯、高压钠灯的显色性较差）12、何谓太阳常数？答：太阳常数在地球-太阳的年平均距离，大气层外太阳对地球的的辐照度(13677) Wm-2 13、太阳对地球的辐照能量在哪个光谱区比例最大？答：太阳对地球的辐照度值在不同光谱区的比例为：紫外区6.46%；可见区46.25%；红外区47.29%14、对用于可见光和近红外的光学系统，主要是什么因素影响其像质？答：因波长较短，影响像质的主要是各种像差15、对用于中远红外的光学系统，主要是什么因素影响其像质？答：用于中远红外的光学系统， 影响像质的主要因素是衍射。16、对非线性光电探测器件的电路设计计算常用的方法有哪些？答：由于光电检测器件伏安特性是非线性的，一般采用非线性电路的图解法和分段线性化的解析法来计算。二、 计算题1、已知某光电探测器件的圆形光敏面直径为4.0mm，要求探测系统的视场角不小于10求：（1）探测系统物镜的焦距；（2）若要求系统的F数为4，则物镜的口径应是多大？解：（1）=d2f 210 4.0mm2f5 f0.4mm（2）F=fD=d2D =d2FD 4.0mm2*4*D 5 D0.1mm2、某航测红外成像系统的工作波长为10m，要求对平均距离为1万米处的目标成像的景深不小于1千米，则成像物镜的口径应多大？若要求系统的F数为2，物镜焦距应为多大？解：解：（1）x =4*x2n*D2 =10m x=104m n=1 x103m 4*10*10-6m*(104m)21*D2103m D2m(2) F= fD D2m fF2m f4m3、某型号光电二极管的最高工作电压为20伏，在端电压10伏时，其暗电流和1000 lx光照度下的电流分别为0.2A和80A，若用该器件构成一个线性光电变换电路，求：（1）画出其基本原理电路；（2）若要求该电路的输出电压灵敏度5mV/lx，其负载电阻值应多大？；（3）若该光电管伏安特性转折电压为2伏，则上述电路线性响应的光照度上限是多少？解：（1）如图（2）Ub=10V 要输出点压灵敏度5V/lx则SV=UIEV5V/lx 其中U(I)= Ub-I*RL Ub-I*RLEV5V/lx EV=1000 lx,Imh=80mA时 RL最大 则(10-80*10-6*RL)*103mV1000 lx5V/lx 得RL62.5k(3)转折电压U0=2V最大光照度时有公式 G0U0=GU0+SEVmax Ub-U0GL=G0U0 10-2GL=2G0 GL=1RL=1.6*10-5/ G0=6.4*10-5/最大功率输出条件：GL=G0+G G=-4.8*10-5/S=IEV=80*10-6A1000lx=8*10-10A/lx由得EVmax=G0U0-GU0S=2*6.4+4.8*10-5A8*10-8A/lx=2800lx4、已知某型号光电池在功率为1mW的绿激光照射下的短路电流为48A，开路电压为0.566V，若用的该光电池组成一双量程无偏置线性电压输出激光功率探头，量程分别是2mW和20mW。求：（1）画出探头的原理电路；（2）用近似图解法求解探头电路中的负载电阻值。5、某住宅拟建独立光伏发电系统，住宅内年总用电量为3600kWh,设置场所的年平均每天太阳照射量为3.80 kWh/m2，最大可设置面积为44 m2，太阳能电池组件的参数为：标称功率100W，标称电压35V，面积980mm890mm，求：（1）可安装的最大太阳能电池阵列标称容量是多少？（2）若设计余量系数R取1.1，综合设计系数K取0.65，则满足年消费电量的必要太阳能电池阵列容量是多少？（3）若光伏功率控制系统要求输入电压为DC220V，满足年消费电量的必要太阳能电池组件数是多少？解：（1）P=100W*44m2980*890*10-6m2=5044.71W (2) 依存率D=1PAS=ELDRGSHAK=3600365kWh*1*1.1*1kW/m23.80kWh/m2*0.65=4.392kW (3)太阳能电池组件的必要块数：N=PAS100W=4.392kW100W=43.9244太阳能电池组件的串联块数：由功率调节器输入电压除以单块组件输出电压：NS=220V35V=6.29 6；单串组件面积约6m2，输出功率600W太阳能电池组件可并联最大串数:NP=44m26m2=7.338最大设计组件容量PAM=600W*8=4800W年发电量估算,按最大并联数估算：EP=HAKPAMGS=3.80*365*0.65*481kWh=4327.4kWh能满足年消费3600kWh电量的需要。6、某生产线上需要设计一个产品尺寸自动光电检测分拣线，检测标准是：对尺寸在一定范围内的产品视为合格品，超