光电检测技术的基本概念

第一章 检测技术的基本概念

P6 绝对误差 ??Ax?Ao(Ax表示实际值，Ao表示物体的真值即理想 值）? ?100%(?绝对误差，Ax测量值）?x? 满度（引用）相对误差?m? ?100%(Am表示满度量程）Am 示值（标称）相对误差 ?x?S? 准确度等级

?m?100(?m最大绝对误差，Am表示量程）Am?mAm

S%?精确度的等级越小越好

P7 例1-2 现有0.5级的0~300摄氏度的和1.0级的0~100摄氏度的两个温度计，要测量80摄氏度的温度，试问哪个温度计好？

解 采用0.5级表测量时，可能出现最大示值相对误差为

?m??ml300?0.5%?100%??100%?1.875% Ax80?m2100?1.0%?100%??100%?1.25% Ax80若用1.0级表测量时，可能出现最大示值相对误差为

?m?在选用仪表时应兼顾精度等级和量程，通常希望示值落在仪表满度值的2/3以上。

误差分为：粗大误差、系统误差、随机误差 P9

非电量非电量电参量电量?敏感元件?传感元件??测量转换电路??

被测量P10 传感器的基本特性：灵敏度、分辨力、线性度 曲线越陡灵敏度越大。（2）数字式的传感器：精确到小数最后一位。（3）线性

超声波检测的物理基础 超声波检测技术的基本概念 §1-1-1超声波的性质与声场特征量 §1-1-1-1超声波的性质

人耳能感受到的机械振动波称为声波，其频率范围为16Hz~2KHz。当声波的频率低于20Hz时，人耳不能感受到，这种机械振动波称为次声波。频率高于2KHz时，人耳也不能感受到，这种机械振动波则称为超声波。一般把频率在2KHz到25MHz范围的声波叫做超声波。

超声波是由机械振动源在弹性介质中激发的一种机械振动波，其实质是以应力波的形式传递振动能量，其必要条件是要有振动源和能传递机械振动的弹性介质（实际上包括了几乎所有的气体、液体和固体），它能透入物体内部并可以在物体中传播。机械振动与电磁波有实质性的不同，电磁波是以光速在空间传播的交变电磁场，因此电磁波可以在真空中传播，而机械振动波则不能，因为没有弹性介质的存在。

超声波具有如下特性：

1）超声波具有波长短、沿直线传播（在许多场合可应用几何声学关系进行分析研究）、指向性好，可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。 2）超声波可传递很强的能量，穿透力强。

3）超声波在介质中的传播特性包括反射与折射、衍射与散射、衰减、声速、干涉、叠加和共振等多种变化，并且其振动模式可以改变（波型

超声波检测的物理基础 超声波检测技术的基本概念 §1-1-1超声波的性质与声场特征量 §1-1-1-1超声波的性质

人耳能感受到的机械振动波称为声波，其频率范围为16Hz~2KHz。当声波的频率低于20Hz时，人耳不能感受到，这种机械振动波称为次声波。频率高于2KHz时，人耳也不能感受到，这种机械振动波则称为超声波。一般把频率在2KHz到25MHz范围的声波叫做超声波。

超声波是由机械振动源在弹性介质中激发的一种机械振动波，其实质是以应力波的形式传递振动能量，其必要条件是要有振动源和能传递机械振动的弹性介质（实际上包括了几乎所有的气体、液体和固体），它能透入物体内部并可以在物体中传播。机械振动与电磁波有实质性的不同，电磁波是以光速在空间传播的交变电磁场，因此电磁波可以在真空中传播，而机械振动波则不能，因为没有弹性介质的存在。

超声波具有如下特性：

1）超声波具有波长短、沿直线传播（在许多场合可应用几何声学关系进行分析研究）、指向性好，可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。 2）超声波可传递很强的能量，穿透力强。

3）超声波在介质中的传播特性包括反射与折射、衍射与散射、衰减、声速、干涉、叠加和共振等多种变化，并且其振动模式可以改变（波型

一 填空题20分，每空1分

1波长在__________-的是红外辐射。通常分为_______、_______和远红外三部分

2辐射体的辐射强度在空间方向上的分布满足公式_________________,式中Ie0是面元

??也称为朗伯体。?dS沿其法线方向的辐射强度。符合上式规律的辐射体称为 2__________,2??E?P?J3光辐射普遍形式的波动方程????E???2?中，方程右边两02?t?t?t项分别由________与________引起。

4 KDP晶体沿z轴加电场时，由________变成了双轴晶体，折射率椭球的主轴绕________轴旋转了45度角，此转角与外加电场的大小______，其折射率变化与电场成_______。

5 KDP晶体横向运用条件下，光波通过晶体后的相位差包括两项：其中一项与外加电场无关，是由晶体本身__________引起的；另一项为电光效应_________。

6考虑到声束的宽度，当光波传播方向上声束的宽度L满足条件___________,会产生多级衍射，否则从多级衍射过渡到单级衍射。

7要用激光作为信息的载体，就必须解决如何将信息加到激光上去的问题，这种将信息加载于激光的过程称为调制，光

光电检测技术 实验指导书

电气工程学院

目 录

实验一 半导体激光器工作域值及输出功率特性的测量?????????????2

实验二 半导体激光器输出光谱特性曲线的测量????????????????9

实验三 光电探测原理及特性测试（综合性）?????????????????13

实验四* CCD输出特性及二值化处理实验???????????????????22

实验五 PSD位移传感器特性实验??????????????????????28

实验六 反射式光纤位移传感器原理及定标实验????????????????32

实验七 光电报警系统设计（设计性）????????????????????38

1

实验一 半导体激光器工作域值及输出功率特性的测量

一、实验目的

测试半导体激光器工作域值，测量输出功率－电流（P-I）特性曲线和输出功率的稳定性，从而对半导体激光器工作特性有个基本了解。

二、实验内容

1、测试YSLD3125型半导体激光器工作域值。

2、测试YSLD3125型半导体激光器输出功率与电流（P-I）特性曲线。

3、测试YSLD3125型半导体激光器注入电流为30mA时输出功

光电检测技术雷玉堂 主编第2版

Chap 1绪 论

1. 光电检测技术(光电检测系统)，是指对被测光学量或由非光学被测量转换成的光学量，通过光电变换和电路处理的方法进行检测的系统。

2. 光电检测系统的组成：光学变换、光电变换、电路处理。

3. 光电检测系统的分类：a.按几何光学变换的光电检测方法（辐射式、反射式、遮挡式、透射式）；b. 按物理光学变换的光电检测方法（干涉式、衍射式）。

Chap 2光电检测技术基础

1. 光电技术最基本的理论是光的波粒二象性。即光是以电磁波方式传播的粒子。光辐射仅仅是电磁波谱中的一小部分，它包括的波长区域从几纳米到几毫米，即10-9～10-3m的范围。在这个范围内，只有0.38～0.78μm的光才能引起人眼的视觉感，故称这部分光为可见光，其中0.55μm的光为人眼最敏感。 2. 光辐射的度量（书p20-24）：辐（射）能和光能、辐（射）通量和光通量、辐(射)出(射)度和光出(射)度、辐(射)强度和发光强度、辐(射)亮度和亮度、辐（射）照度和光照度、辐(射)效率与发光效率。

3. 人眼的光谱光视效率V(λ)=dP555/dPλ：人眼对波长为555nm的光的视见函数为1，其它波长的视见函数值都小于1，不可见区的

1、 光电器件的基本参数特性有哪些?

（响应特性 噪声特性 量子效率 线性度 工作温度）

@响应特性分为电压响应度 电流响应度 光谱响应度 积分响应度 响应时间 频率响应

@噪声分类： 热噪声 散粒噪声 产生-复合噪声 1/f噪声 信噪比S/N 噪声等效功率NEP

2、 光电信息技术是以什么为基础，以什么为主体，研究和发展光电信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用。 （光电子学 光电子器件）

3、 光电检测系统通常由哪三部分组成 （光学变换 光电变换 电路处理） 4、 光电效应包括哪些 外光电效应和内光电效应）

外光电效应：物体受光照后向外发射电子——多发生于金属和金属氧化物。 内光电效应：物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部——多发生在半导体。

内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。

光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减少的现象。

光生伏特效应：光照在半导体PN结或金属—半导体接触面上时，会在PN结或金属—半导体接触的两侧产生光生电动势。

5、 光电池是根据什么效应制成的将光能转换成电能的器件，按用途可分为哪几种？

（光生伏特效应 太阳能光电池和测量光

1、光电器件的基本参数特性有哪些?

（响应特性噪声特性量子效率线性度工作温度）

@响应特性分为电压响应度电流响应度光谱响应度积分响应度响应时间频率响应

@噪声分类：热噪声散粒噪声产生-复合噪声 1/f噪声信噪比S/N 噪声等效功率NEP

2、光电信息技术是以什么为基础，以什么为主体，研究和发展光电信息的

形成、传输、接收、变换、处理和应用。

（光电子学光电子器件）

3、光电检测系统通常由哪三部分组成

（光学变换光电变换电路处理）

4、光电效应包括哪些

外光电效应和内光电效应）

外光电效应：物体受光照后向外发射电子——多发生于金属和金属氧化物。

内光电效应：物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部——多发生在半导体。

内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。

光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减少的现象。

光生伏特效应：光照在半导体PN结或金属—半导体接触面上时，会在PN结或金属—半导体接触的两侧产生光生电动势。

5、光电池是根据什么效应制成的将光能转换成电能的器件，按用途可分为

哪几种？

（光生伏特效应太阳能光电池和测量光电池）

6、激光的定义，产生激光的必要条件有什么？

（定义：激光是受激辐射的光放大粒子数反转光

1、如图 1 所示，是转速测量系统，已知圆盘的孔数为 N，光电探测器输出的脉冲信号频率 、 所示，是转速测量系统， ， 测量系统 为 f，求转轴的转速 n（单位为 r/min）（8 分） ，

图 1 转速测量系统 已知本征硅材料禁带宽度 Eg＝1.2eV，求该半导体材料的本征吸收长波限；已知某种光 电器件的本征吸收长波限为 1.4um, 求该材料的禁带宽度。 （8分）

3、设被测距离最大范围为 10km,要求测距精度为 1，而各测尺的测量精度为 1‰，试给出 测尺的个数以及各测尺的长度和频率。 （12 分）

1、转轴的转速为：

2、 hν ≥Eg λ ≤ hc / Eg

则长波限为：1.03um， 材料的禁带宽度为：0.887ev

被测距离最大范围为：10KM，所以最大尺子的量程至少为：10KM，此尺子能精确测到： 10KM×1‰＝10m。

因为要求测距精度为 1cm，尺子的测量精度为 1‰，所以最小量程的尺子为：1cm/1‰＝10m 纵上述， 测量至少需要两把尺子： 一个 L0=10KM， 其对应的工作频率为：f 0= c / 2L0另一个 L0=10m，其对应的工作频率为：

期货的概念和有关术语

期货的基本概念

期货：期货（Futures）与现货相对。期货是现在进行买卖，但是在将来进行交收或交割的标的物，这个标的物可以是某种商品例如黄金、原油、农产品，也可以是金融工具，还可以是金融指标。交收期货的日子可以是一星期之后，一个月之后，三个月之后，甚至一年之后。买卖期货的合同或者协议叫做期货合约。买卖期货的场所叫做期货市场。投资者可以对期货进行投资或投机。对期货的不恰当投机行为，例如无货沽空，可以导致金融市场的动荡。

期货技术：现在，我国期货行业的分析技术多是照搬股市的分析技术，如波浪理论，江恩理论，缠论，道氏理论等。这些理论用在股市上或许是可以的，但用在期市上却较为牵强。因为我国的期货和股票有几点重要的不同之处，第一，股票只有做多机制，期货是双向机制，这就直接造成了主力运作方向的巨大差异性；第二，股市是T+1，期市是T+0，这就造成期市与股市的避险和获利的灵活性不同；第三，持仓量不同，期市是可变仓量，股市是相对固定的仓量，这点直接影响到市场的可操控性的不同。上述这三点，就是导致使用股票技术来指导期货交易总是亏多赚少的重要原因。那么，有什么技术能较好地指导期货交易呢，期货人“期股一线”经过多年的实盘经验总结，用均线理论配合相