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(1367±7) W²m-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)∵ 2ω≥10° ∴
∴f'≤0.4mm
(2)∵∴
∴∴D≤0.1mm
2、某航测红外成像系统的工作波长为10µm,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)∵λ=10μm n’=1
Δx≥103m ∴∴D≤2m (2) ∵ D≤2m ∴∴f’≤4m
3、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≤0.2µA和≥80µA,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)U b=10V 要输出点压灵敏度≥5V/lx
则其中U(I)= U b-I*R L
∴
E V=1000 lx,I mh=80mA时 R L最大
则得
(3)转折电压
最大光照度时有公式①
∴
∵∴
最大功率输出条件:∴
∵
由①得
4、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48µA,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3600kW﹒h,设置场所的年平均每天太阳照射量为3.80kW﹒h/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980mm³890mm,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)
(2) ∵依存率D=1
∴
(3)太阳能电池组件的必要块数:
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:;∴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:
∴最大设计组件容量P AM=600W*8=4800W
∴年发电量估算,按最大并联数估算:
能满足年消费3600kW²h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,超出该范围的产品视为不合格品。
请设计出满足上述功能要求的原理图,并对其结构、原理予以论述。
设计:(自己选其中一种方案)
方案一:
原理:利用光电传感器和继电器判别长度
缺陷:物体移动速度的变化会影响检测结果的可靠性方案二:
原理:利用门电路检测物体的长度
不足:继电器动作慢、体积大、寿命短。