《测控仪器设计（第2版）》课后习题答案浦昭邦王宝光主编 - 图文(6)

是十分重要的。这些匹配包括光谱匹配、功率匹配和阻抗匹配。匹配的核心是如何正常选择光电检测器件。 二、干扰光最小原则

光电系统中的干扰光主要指杂散光、背景光和“回授光”。干扰光最小原则指干扰光对光电系统影响最小，以使系统稳定性好，抗干扰能力强。 三、共光路原则

在光电系统中为了实现精密测量和减小共模干扰，经常采用差动测量系统，以实现被测量与标准量的比较

6.5、光电系统常用光源有哪几种，选择他们应考虑哪些问题？ 光电测量中的常用光源 太阳光

太阳向地球辐射热我们称之为阳光。阳光是复色光，太阳光源是很好的平行光源。 白炽灯

白炽灯靠灯泡中的钨丝被加热而发光，它发出连续光谱。发光特性稳定、简单、可靠、寿命比较长，得到广泛的应用。 气体放电光源

利用气体放电原理来发光的光源称为气体放电光源。 特点：

1）发光效率高，比白炽灯高2～10倍，可节省能源。 2）结构紧凑，耐震、耐冲击。

3）寿命长，大约是白炽灯的2～10倍，可节省能源。

4）光色范围大，如晋通高压汞灯发光波长大约为400～500nm， 低压汞灯则为紫外灯，钠灯呈黄色（589 nm），氙灯近日色，而水银荧光灯为复色。 由于以上特点气体放电光源经常被用于工程照明和光电测量之中。 半导体发光器件

在电场的作用下使半导体的电子与空穴复合而发光的器件称为半导 体发光器件，又称为注入式场致发光光源，通常称为LED。 激光光源

激光又称为受激发射光，能激发出激光并能实现激光的持续发射的 器件称为激光器。

6.6、直接检测光电系统的输出光电流、光功率、信噪比的表达式及其物理意义。 直接检测是将待测的光信号直接入射到光电器件的光敏面上，光电器件的输出电流或电压与入射光强有关。

若入射光波的振幅为 U s (t ) ? a s sin ? s t ? ? s ，那么入射光功

122率 P ( t ) ? a 2 [sin( ? t ? ? s 平均 ? a s ，光电检测器件的输出光电流为 )]sss2Ids?SPs?

??1Sas22若光电器件的负载电阻为 RL，则它的输出功率为:??q?PL?IRL???Ps2RL?hv?2ds2（6－18）

直接检测属于非相干检测，它的噪声有：信号光功率引起的噪声，背景光功率引起的噪声，光电器件内阻引起的热噪声和光电器件暗电流引起的噪声。

2IN?2Sq?f(Ps?Pb)?2qId?f?4kT?f/RSNRd2IdsS2Ps2SNRd?2?IN2Sq?f(Ps?Pb)?2qId?f?4kT?f/R（6－24）

6.7、如何提高直接检测光电系统的稳定性？ 影响光功率直接检测光电系统精度的主要误差因素是照明光源发光强度的不稳定和噪声影响，下面对这两个问题加以分析。

对于光通量直接测量来说，稳定的光照是极为重要的。 稳定光源 的方法：

1用稳定的直流电压给灯丝供电。2将电源的引线焊在灯头上。

3采用光电反馈的方法来稳光源。4用差动测量系统来减少光源的影响。 5光源调制法。

采用差动测量法（双通道法）减少光源光通量波动对测量影响

差动法对光通量变化有抑制作用，同时对杂光及其它共模干扰也有抑制作用。 光电系统的背景噪声就是指干扰光引起的噪声，电磁干扰，可用电磁屏蔽和隔离的方法减小；机械振动可用隔振和防振设计的方法减小它。

6.8、距离检测有哪些方法？作用距离与哪些因素有关？ （1）三角法测距 R ?hsin?1/sin(?1??2)（2）相位法（连续波）测距 待测距离和被测相位值 （3）时间法测距 从发射到接收的时间延迟

6.9、影响几何中心和几何位置光电检测系统精度的因素有哪些？如何提高其精度？ 光学系统的像差 背景光通量 照度 和狭缝的位置、形状都对仪器的精度有影响。 几何中心和几何位置检测系统的设计应考虑 如下问题：

（1）像面上设置的取样窗口（狭缝，刀口，劈尖等）是定位基准，它应与光路的光轴保持正确的位置，窗口的形状和尺寸与目标像的尺寸应保持严格的关系，窗口的边缘应陡直。 （2）目标像应失真小，即光学像差要小，并有一定的照度分布。 （3）像分析器应有线性的定位特性。 （4）照明光源应有恒定的照明，在精度要求更高的情况下应考虑用调制技术或差动测量等方法来抑制共模干扰。

几何中心和几何位置光电检测系统设计应注意以下几点： （1）照明光源应稳定，且照度应均匀。 （2）光学系统像差要小，像的对比度好。

（3）用于对准的标志物或被检测的物的边缘应清晰、陡直、无毛刺。

（4）像分析器的位置相对测量基准要精确校准；在直接用光电器件窗口作像分析器时要注意像分析器的坐标、光学系统坐标和物坐标的统一。

（5）在用扫描调制法进行调制时要求调制中心稳定，调制幅度恒定。在用差动法检测时，要求二路差动信号具有相同的特性。 6.10、直接检测光电系统设计时光学参数确定依据是什么？一般应确定哪些光学参数？ 直接光电检测系统的光学系统参数确定的主要依据是光电检测器件的噪声等效功率NEP。

入瞳直径和方孔径角

6.11、相干检测的光强、相位表达式及其物理意义。

6.12、设计干涉条纹光强检测系统时应考虑哪些问题？ 相干度 是衡量干涉条纹光强对比度的重要指标。在进行干涉条纹光强检测系统设计时应设法提高相干度。

1．光的单色性和测量范围对相干度的影响 做干涉条纹光强检测系统设计时，应尽量使其测量范围远小于相干长度。即选择相干性好的光源，测量范围又不必过大。 2．光源的光束发散角影响 对于光干涉测量系统除了要求光源的单色性好以外，还要求平行光照明，否则引起相位变化。在设计时应采用好的平行光照明。且光线应垂直于反射镜入射。 3．光电检测器的接收孔径光阑的影响

4．合理选择透射与反射比，获得等光强干涉 相干涉两路光的波振幅 相等时，条纹对比度为1，即得到最好的条纹对比度，使信噪比大为增加。获得等光强干涉核心是光学系统设计时应使相干的两路光的透射率与反射率之比近似为1。 5．共光路设计 遵守共光路设计原则可以减小外界温度变化和机械振动等对干涉测量的影响。使测量光路与参考光路处于相同的外部工作环境下，有利于提高相干检测系统的精度和稳定性。

6.13、干涉条纹外差检测原理及其特性。 光学外差检测是将包含有被测信息的相干光调制波和作为基准的本机振荡光波，在满足波前匹配条件下在光电检测器上进行光学混频。 （一）光学外差检测原理

图6-51 光学外差探测原理

a）原理图 b）频谱分布图

（二）光外差检测的特性

光外差干涉测量具有以下优点：

（1）检测能力强； （2）转换增益高； （3）信噪比高； （4）滤波性好； （5）稳定性和可靠性高。 6.14、干涉条纹外差检测系统设计时要考虑哪些问题？ 光外差检测系统设计要点

1．光外差检测的空间条件

信号光和本振光的波前必须重合，也就是说，必须保持信号光和本振光在空间上的角准直。

2．光外差检测的频率条件 通过频率偏移取得本振光，而信号光用调制的方法得到。 通过频率偏移获得本振光的方法：

1. 利用塞曼效应使激光器输出的激光发生分裂，获得频移（1.5～1.8）MHZ的本振光； 2. 利用半导体激光器注入电流变化来获得偏频；

3. 利用声光调制器改 …… 此处隐藏：2675字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……