光电检测技术小小抄.docx
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光电检测技术小小抄
1.斯忒藩-玻耳兹曼定律的表达式
其中
为斯忒藩-玻耳兹曼常数。
公式表明，黑体的总出射度
与物体的温度的四次方成正比。
2.光电效应分为内光电效应和外光电效应，内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。
①光电导效应：
当半导体材料受到光照时，由于吸收光子使其中的载流子浓度的增大，因而导致材料电导率增大，这种现象称为光电导效应。
②光生伏特效应：
PN结两边形成内建电场，当光照时产生的光生载流子被内建电场扫向两边，形成电动势，这种现象为光生伏特效应。
外光电效应（光电发射效应）：
在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。
3.光辐射探测器中的噪声:
①热噪声：
导体和半导体中的载流子在一定温度下都做无规则的热运动，因而频繁地与原子发生碰撞。
它们在两次碰撞之间的自由运动过程中表现出电流，但是它们的自由程长短是不一定的，碰撞后的方向也是任意的。
在没有外加电压时，从导体中某一截面看，往左和往右两个方向上都有一定数量的载流子。
但是，每一瞬间从两个方向穿过某截面的载流子数目是有差别的，相对于长时间平均值上下有起伏。
这种载流子热运动引起的电流起伏或电压起伏称为热噪声。
②散粒噪声：
从手中落下的宝珠无规则地落在盘中时，每一瞬间到达盘面的数值有多有少，这些散粒是完全独立的事件。
这种随机起伏所形成的噪声为散粒噪声。
③产生-复合噪声:
④1/f噪声：
这种噪声的功率谱近似与频率成反比。
⑤温度噪声：
由于器件本身温度变化引起的噪声。
4.光电探测器的特性参数：
①响应率②光谱响应率③等效噪声功率④探测率与比探测率⑤时间常数⑥线性⑦量子效率
5.光源分相干光源和非相干光源。
特性参数：
①辐射效率和发光效率②光谱功率分布③空间光强分布④光源的颜色⑤光源的色温
6.光源，经常用色温、相关色温和分布温度表示。
①色温：
如果辐射源发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射出的光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温。
②相关色温：
在均匀色度图中，如果光源的色坐标点与某一温度下的黑体辐射的色坐标点最接近，则该黑体的温度称为该光源的相关色温。
③分布温度：
辐射源在某一波长范围内辐射的相对光谱功率分布，与黑体在某一温度下辐射的相对光谱功率分布一致，那么该黑体的温度就称为该辐射源的分布温度。
7.黑体：
吸收比等于1，能发射所有波长的辐射源叫绝对黑体。
气体放电光源：
利用气体放电原理制成的光源。
气体放电光源特点：
1光效率高，节能特点
2由于不靠灯丝本身发光，电极可以做得牢固紧凑，耐震、抗冲击。
3寿命长
4光色适应性强，可在很大范围内变化。
8.场致发光是固体在电场的作用下将电能直接转换为光能的发光现象，也称电致发光。
1交流粉末场致发光屏优点：
光发射角大，光线柔和，寿命长，功耗小，发光响应速度快，不发热；缺点是发光亮度低，驱动电压高和老化快。
2直流粉末场致发光屏优点是驱动电路简单、制造工艺简单和成本低。
3薄膜场致发光屏特点是均匀致密，分辨力高，对比度好，驱动电压低
9.发光二极管的特性参数
1量子效率
2发光与电流的关系
3光谱特性
4响应时间
5寿命
10.PN结光伏效应：
PN结受光照射时，就会在结区产生电子-空穴对。
受内建电场的作用，空穴顺着电场运动，电子逆电场运动，最后在结区两边产生一个与内建电场方向相反的光生电动势，这就是光生伏特效应。
11.光电位置传感器（PSD）是一种对入射到光敏面上的光点位置敏感的PIN型光电二极管，面积较大，其输出新号与光点在光敏面上的位置有关。
12.PSD工作原理：
PSD包含有3层，上面为P层，下面为N层，中间为I层，它们全被制作在同一硅片上，P层既是光敏层，还是一个均匀的电阻层，当光照射到PSD的光敏面上是，在入射位置的表面想就产生与光强成比例的电荷，此电荷通过P层向电极流动形成光电流。
13.光电耦合器件具有体积小，寿命长，无触点，抗干扰能力强，输出和输入之间隔离，可单向传输新号等特点。
14.光电导器件是利用半导体材料的光电导效应制成的一种光电探测器件。
最典型也是最常用的光电导器件是光敏电阻，光敏电阻是用光电导体制成的光电器件，又称光导管。
15.真空光电器件是基于外光电效应的光电探测器，它的结构特点是有一个真空管，其他原件都放在真空管中。
真空光电器件包括光电管和光电倍增管两类
16.能够产生光电发射效应的物体称为光电发射体，光电发射体在光电器件中常与阴极相连，故又称为光电阴极。
作用将不同波长的各种辐射信号转换为点信号。
主要参数：
1灵敏度：
包括光照灵敏度，色光灵敏度和光谱灵敏度，用以衡量光电阴极的光电转换能力
2量子效率：
该阴极所发射的光电子数与入射光子数的比值
3光谱响应曲线；光电阴极的光谱灵敏度或量子效率与入射光波长的关系曲线
4热电子发射：
光电阴极中有一些电子的热能大于光电阴极逸出功，因而产生热电子发射
17.光电倍增管组成：
1入射窗口：
入射光的通道
2光电阴极
3电子光学系统。
作用：
a.是光电阴极发射的光电子尽可能全部汇聚到第一倍增极上，而将其他部分的杂散热电子散射掉，提高信噪比。
b.使阴极面各处发射的光电子在电子光学系统中渡越时间尽可能相等，这样可以保证光电倍增管的快速响应。
4电子倍增系统.是决定整管灵敏度最关键的部分
5阳极。
收集从末极倍增极光射出的二次电子。
18.光电倍增管的工作原理：
光子透过入射窗口入射在光电阴极上，光电阴极受光照激发，表面发射光电子，光电子被光学系统加速和聚焦后入射到第一倍增极上，倍增极将发射出比入射电子数目更多的二次电子。
入射电子经N级倍增极倍增后，光电子效应就放大N次，经过倍增后的二次电子由阳极P收集起来，形成阳极光电流
，在负载
上产生信号电压U
6.激光特性：
单色性，方相性，亮度，相干性。
光通量：
辐射通量
的可见光所产生的视角刺激值，单位为流明，计算公式：
=C
C为最大光视效能
为视见函数
为辐通量
照度：
入射到单位面积上的光通量。
单位为lx
光强：
单位立体角所接受的光通量。
单位为cd
19.为什么电压的稳定度应比测量精度高一个数量级
答：
由放大倍数与光电倍增管所加电压U的关系M=
=
=A
，光电倍增管的放大倍数和阳极输出电流随所加电压的kN次方指数变化，光电倍增管的阳极电流和放大倍数对高压电源的电压变化非常敏感，如漂移.纹波，温度及输入和负载变化，一般情况下，倍增级数n=9~12，因此电压的稳定度应比测量精度高一个数量级。
1.像管的主要功能是把不可见辐射图像或微弱光图像通过光电阴极和电子光学系统转换成可见光图像，可分为变像管和像增强器
2.像管的组成：
1光电阴极：
能把一些辐射图像或亮度低的图像转换成电子图像
2电子光学系统：
对电子施加很强电场，使电子获得能量，因而能将光电阴极发出的电子束加速并聚焦成像在荧光屏上，从而实现图像亮度的增强，使荧光屏发射出强得多的光能。
3荧光屏：
在高速电子的轰击下将电子图像转换成可见光图像
3.发光二极管发出的光的波长有一定的范围，是所谓谱带，其中红色光最强、就是发红光的二极管，绿色光最强、就是发绿光的二极管；
激光二极管是在发光二极管的基础上，在内部加了一个光学谐振腔，发出的光是单色光（一个波长的光），强度大，方向性好。
4.第三代象增强管是怎样一种结构的象管？
特点？
答：
-第三代象增强管是第二代象增强管即微通道板象增强管配以负电子亲和势光电阴极构成的。
这种像增强器能同时祈祷光谱变换和微光增强，可以做到一机二用。
5结型光电器件和光电导型光电器件的区别：
1光电导部件任何受光部分都可发生光电效应；结型光电器件在PN结附近发生光电效应。
2结型器件有极性，不加电压时也可进行光电转换；光电导器件无极性，工作时要加偏压。
3光电导响应较慢，时间常数大；结型器件响应快，时间常数小
4结型器件增益大，灵敏度高，电流大
1．电磁脉冲（太赫兹波）频率是0.1~10THz波长是30um~3mm
2．光纤的传输特性参数：
传输损耗、色散、容量、抗拉强度、集光本领
3．光纤由纤芯、包层及外套组成
4．红外探测器是将红外辐射能转换城电能的一种光敏器件。
可分为热探测器和光子探测器
5．SSPD线阵的三个组成部分为：
N位完全相同的的光电二极管阵列、N个多路开关、N位数字移位寄存器
6．CCD的三个组成部分是：
信号输入部分、电荷转移部分和信号输出部分
7．固体成像器件分为：
电荷耦合器件（CCD）和自扫描光电二极管阵列（SSPD）
8．像管包括変像管和像增强器，二者都具有光谱变换、图像增强和成像的功能
二者区别：
変像管是一种把各种不可见辐射图像转换成可见光图像的真空光电成像器件;像增强器是能把微弱的辐射图像增强到人眼可直接观察到的真空光电成像器件
9.光电倍增管PMT是在光电管的基础上研制出来的一种真空光电器件，结构上增加了电子光学系统和电子倍增级，因此极大提高了检测灵敏度。
光电倍增管主要由入射窗口、光电阴极、电子光学系统、电子倍增系统和阳极
10.微通道板（MCP）光电倍增管尺寸小电子度越时间短，阳极电流的上升时间几乎降低了一个数量级影响更窄的脉冲或更高频率的辐射。
11.光敏电阻是用光电导体制成的光电器件。
他是在一块均匀光电导体两端加电极，贴在硬质玻璃、云母、高频瓷或其他绝缘材料基板上，两端接有电极引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳内而成。
分为本征型光敏电阻和掺杂型光敏电阻
13.雪崩光电二极管的特征为：
灵敏度高、响应速度快、噪声等效功率很小、反偏电压高
14.吸收比等于1、能发射所有波长的辐射源叫绝对黑体
16.黑体辐射定律为：
基尔霍夫定律、普朗克辐射定律、斯忒藩—玻尔兹曼定律、维恩位移定律
17.光电检测系统包括辐射源、信息载体、光电探测器及信息处理装置
18.热探测器分类：
1热敏电阻型探测器
2热电偶型红外探测器
3热释电型红外探测器
4高莱气动型探测器
19.光子探测器分类：
1外光电探测器（PE器件）
2光电导探测器（PC器件）
3光生伏特探测器（PU器件）
4光磁电探测器（PEM器件）
10.微通道板（MCP）光电倍增管尺寸小电子度越时间短，阳极电流的上升时间几乎降低了一个数量级影响更窄的脉冲或更高频率的辐射。
11.光敏电阻是用光电导体制成的光电器件。
他是在一块均匀光电导体两端加电极，贴在硬质玻璃、云母、高频瓷或其他绝缘材料基板上，两端接有电极引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳内而成。
分为本征型光敏电阻和掺杂型光敏电阻
13.雪崩光电二极管的特征为：
灵敏度高、响应速度快、噪声等效功率很小、反偏电压高
14.吸收比等于1、能发射所有波长的辐射源叫绝对黑体
16.黑体辐射定律为：
基尔霍夫定律、普朗克辐射定律、斯忒藩—玻尔兹曼定律、维恩位移定律
17.光电检测系统包括辐射源、信息载体、光电探测器及信息处理装置
18.热探测器分类：
1热敏电阻型探测器
2热电偶型红外探测器
3热释电型红外探测器
4高莱气动型探测器
19.光子探测器分类：
1外光电探测器（PE器件）
2光电导探测器（PC器件）
3光生伏特探测器（PU器件）
4光磁电探测器（PEM器件）
10.微通道板（MCP）光电倍增管尺寸小电子度越时间短，阳极电流的上升时间几乎降低了一个数量级影响更窄的脉冲或更高频率的辐射。
11.光敏电阻是用光电导体制成的光电器件。
他是在一块均匀光电导体两端加电极，贴在硬质玻璃、云母、高频瓷或其他绝缘材料基板上，两端接有电极引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳内而成。
分为本征型光敏电阻和掺杂型光敏电阻
13.雪崩光电二极管的特征为：
灵敏度高、响应速度快、噪声等效功率很小、反偏电压高
14.吸收比等于1、能发射所有波长的辐射源叫绝对黑体
16.黑体辐射定律为：
基尔霍夫定律、普朗克辐射定律、斯忒藩—玻尔兹曼定律、维恩位移定律
17.光电检测系统包括辐射源、信息载体、光电探测器及信息处理装置
18.热探测器分类：
1热敏电阻型探测器
2热电偶型红外探测器
3热释电型红外探测器
4高莱气动型探测器
19.光子探测器分类：
1外光电探测器（PE器件）
2光电导探测器（PC器件）
3光生伏特探测器（PU器件）
4光磁电探测器（PEM器件）
10.微通道板（MCP）光电倍增管尺寸小电子度越时间短，阳极电流的上升时间几乎降低了一个数量级影响更窄的脉冲或更高频率的辐射。
11.光敏电阻是用光电导体制成的光电器件。
他是在一块均匀光电导体两端加电极，贴在硬质玻璃、云母、高频瓷或其他绝缘材料基板上，两端接有电极引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳内而成。
分为本征型光敏电阻和掺杂型光敏电阻
13.雪崩光电二极管的特征为：
灵敏度高、响应速度快、噪声等效功率很小、反偏电压高
14.吸收比等于1、能发射所有波长的辐射源叫绝对黑体
16.黑体辐射定律为：
基尔霍夫定律、普朗克辐射定律、斯忒藩—玻尔兹曼定律、维恩位移定律
17.光电检测系统包括辐射源、信息载体、光电探测器及信息处理装置
18.热探测器分类：
1热敏电阻型探测器
2热电偶型红外探测器
3热释电型红外探测器
4高莱气动型探测器
19.光子探测器分类：
1外光电探测器（PE器件）
2光电导探测器（PC器件）
3光生伏特探测器（PU器件）
4光磁电探测器（PEM器件）
10.微通道板（MCP）光电倍增管尺寸小电子度越时间短，阳极电流的上升时间几乎降低了一个数量级影响更窄的脉冲或更高频率的辐射。
11.光敏电阻是用光电导体制成的光电器件。
他是在一块均匀光电导体两端加电极，贴在硬质玻璃、云母、高频瓷或其他绝缘材料基板上，两端接有电极引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳内而成。
分为本征型光敏电阻和掺杂型光敏电阻
13.雪崩光电二极管的特征为：
灵敏度高、响应速度快、噪声等效功率很小、反偏电压高
14.吸收比等于1、能发射所有波长的辐射源叫绝对黑体
16.黑体辐射定律为：
基尔霍夫定律、普朗克辐射定律、斯忒藩—玻尔兹曼定律、维恩位移定律
17.光电检测系统包括辐射源、信息载体、光电探测器及信息处理装置
18.热探测器分类：
1热敏电阻型探测器
2热电偶型红外探测器
3热释电型红外探测器
4高莱气动型探测器
19.光子探测器分类：
1外光电探测器（PE器件）
2光电导探测器（PC器件）
3光生伏特探测器（PU器件）
4光磁电探测器（PEM器件）
10.微通道板（MCP）光电倍增管尺寸小电子度越时间短，阳极电流的上升时间几乎降低了一个数量级影响更窄的脉冲或更高频率的辐射。
11.光敏电阻是用光电导体制成的光电器件。
他是在一块均匀光电导体两端加电极，贴在硬质玻璃、云母、高频瓷或其他绝缘材料基板上，两端接有电极引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳内而成。
分为本征型光敏电阻和掺杂型光敏电阻
13.雪崩光电二极管的特征为：
灵敏度高、响应速度快、噪声等效功率很小、反偏电压高
14.吸收比等于1、能发射所有波长的辐射源叫绝对黑体
16.黑体辐射定律为：
基尔霍夫定律、普朗克辐射定律、斯忒藩—玻尔兹曼定律、维恩位移定律
17.光电检测系统包括辐射源、信息载体、光电探测器及信息处理装置
18.热探测器分类：
1热敏电阻型探测器
2热电偶型红外探测器
3热释电型红外探测器
4高莱气动型探测器
19.光子探测器分类：
1外光电探测器（PE器件）
2光电导探测器（PC器件）
3光生伏特探测器（PU器件）
4光磁电探测器（PEM器件）
5
《测量学》模拟试卷
得分
评卷人
复查人
1．经纬仪测量水平角时，正倒镜瞄准同一方向所读的水平方向值理论上应相差（A）。
A180°B0°C90°D270°
2.1：
5000地形图的比例尺精度是（D）。
A5mB0.1mmC5cmD50cm
3.以下不属于基本测量工作范畴的一项是（C）。
A高差测量B距离测量C导线测量D角度测量
4.已知某直线的坐标方位角为220°，则其象限角为（D）。
A220°B40°C南西50°D南西40°
5.由一条线段的边长、方位角和一点坐标计算另一点坐标的计算称为（A）。
A坐标正算B坐标反算C导线计算D水准计算
6.闭合导线在X轴上的坐标增量闭合差（A）。
A为一不等于0的常数B与导线形状有关C总为0D由路线中两点确定
7.在地形图中，表示测量控制点的符号属于（D）。
A比例符号B半依比例符号C地貌符号D非比例符号
8.在未知点上设站对三个已知点进行测角交会的方法称为（A）。
A后方交会B前方交会C侧方交会D无法确定
9.两井定向中不需要进行的一项工作是（C）。
A投点B地面连接C测量井筒中钢丝长度D井下连接
10.绝对高程是地面点到（C）的铅垂距离。
A坐标原点B任意水准面C大地水准面D赤道面
11．下列关于等高线的叙述是错误的是：
（A）
A．高程相等的点在同一等高线上
B．等高线必定是闭合曲线，即使本幅图没闭合，则在相邻的图幅闭合
C．等高线不能分叉、相交或合并
D．等高线经过山脊与山脊线正交
12．下面关于非比例符号中定位点位置的叙述错误的是（B）
A．几何图形符号，定位点在符号图形中心
B．符号图形中有一个点，则该点即为定位点
C．宽底符号，符号定位点在符号底部中心
D．底部为直角形符号，其符号定位点位于最右边顶点处
13．下面关于控制网的叙述错误的是（D）
A．国家控制网从高级到低级布设
B．国家控制网按精度可分为A、B、C、D、E五等
C．国家控制网分为平面控制网和高程控制网
D．直接为测图目的建立的控制网，称为图根控制网
14．下图为某地形图的一部分，各等高线高程如图所视，A点位于线段MN上，点A到点M和点N的图上水平距离为MA=3mm，NA=2mm，则A点高程为（A）
A．36.4m
B．36.6m
C．37.4m
D．37.6m
15．如图所示支导线，AB边的坐标方位角为
，转折角如图，则CD边的坐标方位角
为（B）
A．
B．
C．
D．
16．三角高程测量要求对向观测垂直角，计算往返高差，主要目的是（D）
A．有效地抵偿或消除球差和气差的影响
B．有效地抵偿或消除仪器高和觇标高测量误差的影响
C．有效地抵偿或消除垂直角读数误差的影响
D．有效地抵偿或消除读盘分划误差的影响
17．下面测量读数的做法正确的是（C）
A．用经纬仪测水平角，用横丝照准目标读数
B．用水准仪测高差，用竖丝切准水准尺读数
C．水准测量时，每次读数前都要使水准管气泡居中
D．经纬仪测竖直角时，尽量照准目标的底部
18．水准测量时对一端水准尺进行测量的正确操作步骤是（D）。
A对中----整平-----瞄准----读数A整平----瞄准----读数----精平
C粗平----精平----瞄准----读数D粗平----瞄准----精平----读数
19．矿井平面联系测量的主要任务是（D）
A实现井上下平面坐标系统的统一B实现井上下高程的统一
C作为井下基本平面控制D提高井下导线测量的精度
20．井口水准基点一般位于（A）。
A地面工业广场井筒附近B井下井筒附近
C地面任意位置的水准点D井下任意位置的水准点
得分
评卷人
复查人
21水准测量中，为了进行测站检核，在一个测站要测量两个高差值进行比较，通常采用的测量检核方法是双面尺法和。
22直线定向常用的标准方向有真子午线方向、_____磁北方向____________和坐标纵线方向。
23地形图符号一般分为比例符号、_半依比例符号_________________和不依比例符号。
24井下巷道掘进过程中，为了保证巷道的方向和坡度，通常要进行中线和____________的标定工作。
25测量误差按其对测量结果的影响性质，可分为系统误差和_偶然误差______________。
26地物注记的形式有文字注记、______和符号注记三种。
27象限角的取值范围是：
0-90。
28经纬仪安置通常包括整平和对中。
29为了便于计算和分析，对大地水准面采用一个规则的数学曲面进行表示，这个数学曲面称为参考托球面。
30光电测距仪按照测量时间的方式可以分为相位式测距仪和差分。
得分
评卷人
复查人
31．竖盘指标差
竖盘分划误差
32．水准测量
利用水准仪测定两点间的高差
33．系统误差
由客观原因造成的具有统计规律性的误差
34．视准轴
仪器望远镜物镜和目镜中心的连线
得分
评卷人
复查人
35．简述测回法测量水平角时一个测站上的工作步骤和角度计算方法。
对中，整平，定向，测角。
观测角度值减去定向角度值
36．什么叫比例尺精度？
它在实际测量工作中有何意义？
图上0.1毫米在实地的距离。
可以影响地物取舍
37．简述用极坐标法在实地测设图纸上某点平面位置的要素计算和测设过程。
38．高斯投影具有哪些基本规律。
得分
评卷人
复查人
39．在1：
2000图幅坐标方格网上，量测出ab=2.0cm,ac=1.6cm,ad=3.9cm,ae=5.2cm。
试计算AB长度DAB及其坐标方位角αAB。
40．从图上量得点M的坐标XM=14.22m,YM=86.71m；点A的坐标为XA=42.34m,YA=85.00m。
试计算M、A两点的水平距离和坐标方位角。
测量学标准答案与评分说明
一、一、 单项选择题（每题1分）
1A；2D；3C；4D；5A；6C；7D；8A；9C；10C；
11A；12D；13B；14A；15B；16A；17C；18D；19A；20A
二、二、 填空题（每空2分，共20分）
21变更仪器高法
22磁北方向
23半依比例符号（或线状符号）
24．腰线
25．偶然误差
26．数字注记
27大于等于0度且小于等于90度（或[0°,90°]）
28对中
29旋转椭球体面
30脉冲式测距仪
三、三、 名词解释（每题5分，共20分）
31竖盘指标差：
在垂直角测量中，当竖盘指标水准管气泡居中时，指标并不恰好指向其正确位置90度或270度，而是与正确位置相差一个小角度x,x即为竖盘指标差。
32水准测量：
利用一条水平视线并借助于水准尺，测量地面两点间的高差，进而由已知点的高程推算出未知点的高程的测量工作。
33系统误差：
在相同的观测条件下，对某量进行了n次观测，如果误差出现的大小和符号均相同或按一定的规律变化，这种误差称为系统误差。
34视准轴：
望远镜物镜光心与十字丝中心（或交叉点）的连线。
四、四、 简答题（每题5分，共20分）
35
（1）在测站点O上安置经纬仪，对中，整平（1分）
（2）盘左瞄准A点，读数LA，顺时针旋转照准部到B点，读数LB，计算上半测回角度O
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