光电传感与检测技术复习资料

1、1、为 什么要对检测到的光电信号进行数据处理？因为通常由光电传感器获得的测量信号是非常微弱的，不能被光电传感与检测系统中的计算机直接利用，需要对信号进行放大、调制、解调、滤波、运算和数字化等工作，从而得到真实反映被测对象的物理状态和特性的有用信息，达到测量的目的。2、光电传感器与检测技术的发展趋向：1、检测精度向高精度方向发展2, 、传感与检测系统向智能方向发展3、检测结果向数据化，实现光电测量与光电控制一体化方向发展4、光电传感与检测系统的检测功能向综合性、多参数等多元化方向发展5、光电传感器与检测系统向小型、快速微型光、机、电检测系统发展。3、光电检测器件的物理效应主要有哪几类？光电发射效

2、应、光电导效应、光生伏特效应4、现代红外探测器中的光子探测器与热探测器的作用机理、性能及应用特点等方面有哪些差异?光子探测器：利用光电效应，红外辐射的光子流与探测器的电子相互作用，引起电学量变化。热探测器：利用红外热效应，探测器吸收红外辐射后温度升高，引起温度相关物理量发生变化，再将其转变为电学量变化。光子探测器制造成本高，探测灵敏度高，响应速度快，有特定的敏感波长，处理系统复杂，一般需要制冷系统，功耗大。热探测器：响应灵敏度与波长无关，常温下可工作，响应速度慢，探测率低于光子探测器，功耗低，结构简单，价格低廉。5、解释 PN结的光生伏特效应和光电池的工作原理光生伏特：红外辐射到半导体材料形成

3、的PN结时， PN 结内电场的作用下，N 区的空穴移向P 区， P 区的电子移向N 区。 PN结开路时， PN结的两端就产生一个光生电动势。光电池：光照射到光电池上时，被PN结吸收的光以光子的形式与半导体中的电子碰撞，在PN结中产生电子 - 空穴对，光照产生的电子- 空穴对在PN结内建电场的作用下移动，其中空穴向P 区移动，电子向N 区移动，从而使P 区带正电， N 区带负电，在PN结两端产生光生电动势。6、发光二极管发光原理当给 PN结加正向电压时，沟区导带电子可以逃过 PN结的势垒进入 P 区，于是在 PN结附近稍偏于 P 区的地方，高能态的电子与空穴相遇，便产生光复合，从而发光。7、什么

4、是光学调制？有哪些调制方法？特点是什么？利用调制器件对光辐射的强度、振幅、频率或相位按一定要求进行有规律变化，这叫光学调制；分为电光调制：利用某些晶体在电场作用下折射率改变的现象；声光调制：利用声波在某些介质中传播时，密度或折射率改变的原理；磁光调制：利用法拉第旋转效应，线偏振光在外加磁场作用下，偏振方向发生旋转，再通过检偏器实现调制。8、试从工作原理方面比较直接检测系统和光外差检测系统的特点1 直接检测系统只能检测信号光的振幅或强度，光外差检测还可以检测信号光的频率和相位2 直接检测系统适合强光检测，光外差检测具有较高的转换增益，适合弱光信号检测3 直接检测系统需要外加滤光片滤除杂散光，光外

5、差检测系统本身具有良好的滤波性能，空间滤波性和光谱滤波性4 直接检测系统在弱光检测时信噪比恶化，光外差检测系统输出信号比没有任何损失5 直接检测系统的构成简单便于调试，光外差检测系统结构复杂调试复杂。9、 热释电红外传感应用于检测时有哪些技术上的要求？1 输入与输出成比例，直线性好，灵敏度高。2 内部噪声小，且具有抗外部噪声的能力3 热成像系统可产生整个目标红外辐射的分布图像4 滞后漂移误差小5 动态特性好10、为什么用红外气体检测方法可检测到气体的体积分数？红外线通过装有某种气体容器时，红外强度减弱，且减弱程度是容器内活动气体分子数量的函数，而且每一类气体与红外光相互作用只在特定波长范围内存

6、在，所以利用这机理可以测定气体体积分数。11、双通道红外气体分析系统测量时为什么要采用两个通道？两条通道采用不同滤光片，一条通道用于探测吸收后的红外光能量，作为气测通道电压信号Vgas；一条通道探测未经吸收的红外光能量，作为参比通道电压信号Vref 。根据两个信号可反映出能量衰减，即可反映待测气体的体积分数。12、解释用TDLAS 技术检测气体体积分数的结果不受背景气体的影响的原因答：用 TDLAS 技术测量时，选择被测气体位于特定波长的吸收谱线，避免了背景气体组分对被测气体的交叉吸收干扰。由于测量光的谱宽远小于被测气体单吸收谱线宽度，其频率调制扫描范围也仅包含被测气体单吸收谱线，因此避免了气

7、体交叉干扰，保证测量准确性。13、激光平面干涉测量装置中干涉现象产生的条件有哪些？这一现象是如何产生的？两相干光存在恒定相位差，利用物光、参考光形成干涉，利用相位调制器改变相位差，还有对光束分光后形成多幅相差形成干涉 参考镜下表面将光束分为测量光和参考光。14、在风力发电中为什么能用激光技术如何测风速？当光照射运动粒子时，会产生频率变化的散射光，通过光探测器测量该散射光的波动信号可以得到多普勒频移。再根据v=2v/ ，只要知道激光波长 和多普勒频移v 就可以的到风速v。15、简述光纤微弯压力传感器的原理压强 P 作用在平膜片上，使膜片产生向上的位移。膜片上连接的动齿板向上运动与定齿板共同压迫光

8、纤使光纤产生弯曲，破坏了光纤中的全反射传输条件，传输的光辐射入光纤包层中并损失掉。只要检测光纤中传输光强的变化，就可探知对应的压强变化，从而测得相应的液位高度变化。16、比较迈克尔逊、马赫-琴特、塞格纳克、法布里-珀罗四种干涉仪的异同。相同点：满足一定条件的两列相干波相遇叠加，在叠加区域某些点的振动始终加强，某些点的振动始终减弱，即在干涉区域内振动强度有稳定的空间分布。不同点：仪器装置上的一些差异，马赫泽德尔干涉仪与塞格纳克干涉仪光束具有菱形分布，迈克尔逊干涉仪应用两面镜子可以实现两光束的相干，法布里珀罗干涉仪一光束多次反射造成一定的光程差来实现。17、摩尔条纹是如何产生？当两光栅存在角度重叠

9、时，距离交叉点不同距离的位置因为重叠部分的差别导致挡光效果不同，形成明暗相间的摩尔条纹18、造成线位移测量系统测量误差的因素有哪些？可用什么方法减小测量误差？1 因素：光栅的刻线精度，光栅传感器的运动基准与测量基准不在同一直线上时引起的阿贝误差，导轨直线度引起的误差，光栅传感器与导轨移动方向不平行引起的余弦误差。 2 方法：使用算法进行测量误差的修正，线位移测量系统将可选计数器清零以消除累加误差。19、简述下列概念：红外辐射、红外传感器、热传感器、热释电传感器。红外辐射： 0.75-1000 m 波谱段的光线；红外传感器：利用红外辐射与物质相互作用表现出来的物理效应探测红外辐射的器件；热探测器：利用探测元件吸收红外辐射能量而引起温升，在此基础上借助各种物理效应把温升转变成电量的一种探测器；热释电传感器：利用热释电效应的一种红外探测器，热释电效应是指晶体正负电荷中心不重合而引起的温度变化在晶体表面感应出电荷的现象。20、红外气体分析仪的优点。1 选择性好2 不易受有害气体的影响而中毒，老化3 响应速度快、稳定性好4 防爆性好5 信噪比高，使用寿命长、测量精度高。附加：1、 激光检测气体四种技术：第一种：半导体激光吸收光谱技术第二种：可调