光电探测 华中科技大学 课外小设计题目说明for学生
华中科技大学《光电探测》10.1光电信号处理资料
●一个光电探测系统的极限探测能力往往由探测 系统的噪声所限制。 在精密测量、通讯、自动控制、核探测等领域 ，减小和消除噪声是十分重要的问题，是提高 光电系统性能指标的关键。
●噪声是一种随机信号，它实质上就是物理量
围绕其平均值的涨落现象。
电阻的热噪声
●所以研究噪声一般采用长周期测定其均方值( 即噪声功率 )的方法，在数学上用随机量的起 伏方差来计算。 ●由于噪声是一种独立的平稳的随机过程， 因此，在任何时刻它的幅度及相位都是不可 预先知道的，即是随机的。 但每一种噪声都遵从独立的平稳的随机过程 的共同的统计规律。
（1）噪声电压幅值的大小vn（t）服从一定 的统计分布规律 由于噪声电压在任何时刻都是一个连续的随机 变量。因此，可以根据统计得出它的概率密 度函数 f（x）。 实验表明，大多数噪声（如热噪声、散粒噪声） 其瞬时值的概率密度函数符合正态分布。即：
f ( x) 1 2 e
( x a )2 2 2
= 0 ，即 vn ： (t ) 0
T 0 2 vn (t ) dt
σ 2为噪声电压的均方值，即 ：
x
2 2
lim 1 T T
vn (t )
2 2 vn En
噪声电压的瞬时值
噪声功率的大小， 电压作用在 1Ω的电阻上的噪声功 率的大小， En方均根值代表了噪声电压的有效值。 电阻上的噪声功率的大小。 In代表了噪声电流的有效值
光电探测与信号处理
第10章 光电信号处理
第10章
光电信号处理
前置放大器电路设计 ——低噪声
显示 存储 传输 控制
目标 + 背景
光学 系统
调 制
探测器
偏置 电路
前 置 放大器
华中科技大学《光电探测》4光电导探测器
在可见光区灵敏的几种光敏电阻的光谱特性曲线
在红外区灵敏的几种光敏电阻的光谱特性曲线
几种常用的光敏电阻
紫外 硫化镉(CdS)和硒化镉(CdSe)
光
敏 电
可见
硫化铊(TiS)、硫化镉(CdS)和 硒化镉(CdSe)
阻
红外 硫化铅(PbS)、碲化铅(PbTe)
光敏电阻常用光电导材料
4.3 光敏电阻的基本偏置电路和噪声
一、基本偏置电路
Rp RL
Vb
IV<Pmax
由电路图：
I Vb RL Rp
VL
RL RL Rp
Vb
当光通量变化时，光敏电阻变化Rp，
电流变化 I：
I I
Vb
RL Rp Rp
I
RL
Vb Rp Rp
Vb RL Rp
Rp (RL
亮态前历效应
指光敏电阻测试或工作前已处于亮态，当照度与工作 时所要达到的照度不同时，所出现的一种滞后现象， 其效应曲线如下图所示。
低照度变为高照度
硫化镉光敏电阻亮 态前历效应曲线
高照度变为低照度
六、光谱特性
相对灵敏度与波长的关系曲线表示。从这种曲线中 可以直接看出灵敏范围、峰值波长位置和各波长下 灵敏度的相对关系。
价格低廉，光谱响应范围宽。
4.1 光敏电阻的工作原理与结构
工作原理：在均匀的具有光电导效应的半导体 材料的两端加上电极便构成光敏电阻。
当光敏电阻的两端加上适当的偏置电压Ubb，即 有电流Ip流过，可以检测到该电流。
电流的大小会 随入射光强度 的变化而变化
光敏电阻的原理图
符号
华中科技大学 毕业设计 范本
开题报告1. 课题的研究背景SiC半导体材料是自第一代元素半导体材料(Si)和第二代化合物半导体材料(GaAs、GaP、InP等)之后发展起来的第三代宽带隙(WBS)半导体材料。
SiC材料由于具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高载流子饱和漂移速度等特点。
在高温、高频、大功率、光电子及抗辐射等方面具有巨大的应用潜力，许多国家相继投入了大量的资金对SiC进行了广泛深入的研究，并已在SiC晶体生长技术、关键器件工艺、光电器件开发、SiC集成电路制造等方面取得了突破，为军用电子系统和武器装备性能的提高，以及抗恶劣环境的电子设备提供了新型器件。
具体的说来，SiC材料的宽禁带使得其器件能在相当高的温度下(500℃以上)工作以及具有发射蓝光的能力。
高临界击穿场强电场决定了器件的高压、大功率性能。
高的饱和电子漂移速度和低介电常数决定了器件的高频、高速工作性能，高热导率意味着其导热性能好，可以大大提高电路的集成度，减少冷却散热系统，从而大大减少电子系统的体积。
再者，SiC具有很高的临界移位能，这使它具有高的抗电磁波冲击和高的抗辐射破坏的能力，SiC器件的抗中子能力至少是Si器件的四倍。
而SiC极低的少子产生速率也使其成为制备非易失性存储器的理想材料。
另一方面，SiC最大的优势还在于它是除了Si以外，唯一能够热氧化生长SiO2的半导体，这就使得制备SiC的MOS器件成为可能，并且SiC器件工艺和设备都与Si器件有很强的兼容性。
国内外在SiC研究方面已取得的主要成就如下：①SiC的同质多型和异质多型结构的可控合成理论；②生长大体积SiC晶体的多种改良的Lely方法；③包括局部外延和腐蚀过程的SiC器件微小化加工原则；④在蓝宝石上生长异质外延SiC薄膜(类似在蓝宝石上生长硅)的方法，它保证元件间的有效绝缘；I⑤一系列新的SiC器件，包括压敏电阻、多色光二极管、核辐射和紫外辐射传感器、极端条件下使用的温度和压力传感器等。
光电课程设计报告
光电技术综合课程设计题目名称无接触式液面位置探测器的设计学生姓名学号学生学院专业班级指导教师2013 年 5 月 25 日一、前言光电技术课程设计的题目为《无接触式液面位置探测器的设计》，所设计的装置用于自动探测液面的位置，运用熟悉的三角法来计算液面高度，在液面位置到达预定高度时，通过LED做出相应显示。
本设计中采用光电检测的办法对液面进行无接触式探测并快速做出响应，实验中采用半导体激光器LD作为光源，用光敏三极管作为探测器。
本次课程设计的目的主要是通过本课程设计能了解一些常用光电检测器件的工作原理，并能正确选用；掌握一些常用芯片（电压比较器LM339）的使用；学习PCB的绘制，并了解PCB的制作过程，提高动手能力，培养发现问题和着力解决问题的能力。
二、相关摘要及关键词1、摘要：本次设计方案所采用的主要元件包括LM339、NE555定时器等，通过利用光敏三极管在有光照和无光照时，集电极电平高低的不同来控制显示LED的亮和灭，以此来显示所测得的液面的高低。
2、关键词：光敏三极管、探测器、LM339、555定时器三、设计方案1、测量的主要方法测量的总思路如图；利用我们熟悉的三角法来计算液面的高度。
从图可以看出，一旦激光器的角度决定后，激光的入射角就被决定了。
对于不同的液面，由于不同的液面之间是彼此平行，所以只要确定一个液面高度的入射角度，就可以测到其余两个液面高度。
此处我们把激光的入射角设为15度。
2、总设计原理图本次课程设计的设计思路比较清晰，经过研究讨论和计算分析得出结构设计的原理图如下：图1 方案设计所绘电路原理图本次设计方案所采用的主要元件包括LM339、NE555定时器等，通过利用光敏三极管在有光照和无光照时，集电极电平高低的不同来控制显示led的亮和灭，以此来显示所测得的液面的高低。
元器件数目光敏三极管3个激光头1个IC电压比较器LM339 1个1/4色环电阻若干瓷片电容若干电解电容若干LED灯红、绿、黄各1个覆铜板1块3、主要元件原理分析（1）LM339功能分析LM339类似于增益不可调的运算放大器，其集成块内部装有四个独立的电压比较器，每个比较器有两个输入端和一个输出端。
光电检测习题解答
11、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。
（1）光电检测技术在工业生产领域中的应用：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位“ ·（2）光电检测技术在日常生活中的应用：家用电器一一数码相机、数码摄像机：自动对焦一红外测距传感器自动感应灯：亮度检测一光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测一热敏电阻、热电偶遥控接收：红外检测一光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话：图像获取一面阵CCD医疗卫生一一数字体温计：接触式一热敏电阻，非接触式一红外传感器办公商务一一扫描仪：文档扫描一线阵CCD红外传输数据．红外检测一光敏二极管、光敏三极管（3）光电检测技术在军事上的应用：夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标光电检测技术应用实例简介点钞机（1）激光检测一激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。
山于仿制困难，故用于辨伪很准确。
（2）红外穿透检测一红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。
人民币的纸质特征与假钞的纸质特征有一定的差异，用红外信号对钞票进行穿透检测时，它们对红外信号的吸收能力将会不同，利用这一原理，可以实现辨伪。
（3）荧光反应的检测一荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。
一一人民币采用专用纸张制造（含85 ％以上的优质棉花）《假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm的蓝光）的照射下会出现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420一460nm的蓝光），人民币则没有荧光反应。
所以，用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映，可判别钞票真假。
（4）纸宽的检测一红外发光二极管及接收二极管的应用主要是用于根据钞票经过此红外发光及接收二极管所用的时间及电机的转速来间接的计算出钞票的宽度，并对机器的运行状态进行判断，比如有无卡纸等；同时也能根据钞票的宽度判断出其面值。
光电检测习题解答.doc
1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。
(1)光电检测技术在工业生产领域中的应用：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位"•(2)光电检测技术在日常生活中的应用：家用电器一一码相机、数码摄像机：自动对焦一红外测距传感器自动感应灯：亮度检测一光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测一热敏电阻、热电偶遥控接收：红外检测一光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话:图像获取一面阵CCD医疗卫生一一数字体温计：接触式一热敏电阻，非接触式一红外传感器办公商务一扫描仪：文档扫描一线阵CCD红外传输数据，红外检测_光敏二极管、光敏三极管(3)光电检测技术在军事上的应用：夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标光电检测技术应用实例简介点钞机(1)激光检测一激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字, 会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。
山于仿制困难，故用于辨伪很准确。
(2)红外穿透检测一红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。
人民币的纸质特征与假钞的纸质特征有一定的差异，用红外信号对钞票进行穿透检测时,它们对红夕M言号的吸收能力将会不同,利用这一原理,可以实现辨伪。
(3)荧光反应的检测一荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。
一一人民币采用专用纸张制造(含85%以上的优质棉花)《假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线(波长为365nm的蓝光)的照射下会出现荧光反应(在紫外线的激发下衍射出波长为420 一460nm的蓝光)，人民币则没有荧光反应。
所以，用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映，可判别钞票真假。
(4 ) 纸宽的检测一红外发光二极管及接收二极管的应用主要是用于根据钞票经过此红外发光及接收二极管所用的时间及电机的转速来间接的计算出钞票的宽度，并对机器的运行状态进行判断，比如有无卡纸等；同时也能根据钞票的宽度判断出其面值。
11光电探测课程设计资料
光电探测课程设计课题名称：光电警报器设计专业班级：2011级（激光01 ）班学生学号：1109080128学生姓名：朱峰学生成绩：指导教师：戴智刚课题工作时间：2014.6.3 至2014.6.6武汉工程大学教务处五、课程设计摘要（英文）AbstractORCAD Capture module is a circuit design based on Windows operating environment, is the industry standard PCB schematic diagram input tool and one of the most popular in the world. ORCAD Capture CIS has a powerful information system components, management database online and centralized,.Thus greatly enhance the efficiency of the circuit design. This design is to design a light alarm circuit using the Capture CIS module. The circuit includes a LED multivibrator modulation circuit, optical amplification circuit, filter circuit and alarm circuit. First of all, through the search data to know how to design the circuit diagram of basic,and then analysis, finally add some devices, using software to draw circuit diagram requirements. The modulation circuit of the circuit is infrared LED 555 timer based on light emitting circuit, adjustable range is 3kHz~7KHz, the output waveform duty ratio 50%, amplification circuit for weak optical signal detection and amplification, and then after two order filter, the center frequency 5KHz.Finally, the alarm circuit can be implemented in the light of normal reception times lamp does not light, signal light is warning lights function block.Keywords:ORCAD, Capture, photoelectric detection, multivibrator harmonic oscillation,amplification, filter目录第一章绪论 (9)1.1 设计背景 (9)1.2 设计目的 (9)第二章电路原理图设计 (10)2.1调制电路设计与分析 (10)2.2 放大电路设计与分析 (11)2.3 滤波器设计与分析 (13)2.4 报警电路设计与分析 (14)第三章总结 (16)参考文献 (17)第一章绪论1.1 设计背景今年来，随着光电技术的发展，光电检测技术也成为了一门新的检测技术。
华中科技大学《光电探测》7.1光电成像器件
光电图像传感器：
摄像机的基本原理
将光学图像转变成二维“电气” 图像
组成一幅图像的最小单元称为像素或像元，像元的大小或 一幅图像所包含的像元数决定了图像的分辨率，分辨率越高， 图像的细节信息越丰富，图像越清晰，图像质量越高。即将图 像分割得越细，图像质量越高。
高质量的图像来源于高质量的摄像系统，
其中主要是高质量的光电图像传感器和高性能的 光学镜头。
3.扫描方式
显像管的电子枪装有水平与垂直两个方向的偏转线圈，线圈中分别 流过锯齿波电流，电子束在偏转线圈形成的磁场作用下同时进行水 平方向和垂直方向的偏转，完成对显像管荧光屏的扫描。
（2）隔行扫描
根据人眼对图像分辨能力，扫描的水平行数至少应大于 600行，这对于逐行扫描方式，行扫描频率必须大于29000Hz 才能保证人眼视觉对图像的最低要求。
在20世纪初，这样高的行扫描频率，无论对摄像系统还是 对显示系统都提出了更高的要求。为了降低行扫描频率，又能 保证人眼视觉对图像分辨率及闪耀感的要求，人们就提出了隔 行扫描分解图像和显示图像的方法。
要求隔行扫描必须满足下面两个要求：
第一，要求下一帧图像的扫描起始点应与上一帧起始点相同， 确保各帧扫描光栅重叠；
CMOS图像传感器采用顺序开通行、列开关的方式完成像素 信号的一维输出。
光电成像的基本原理
图像的显示：
监视器或电视接收机的显像管： 利用电磁场使电子束偏转而实现行与场扫描，
因此，对于行、场扫描的速度、周期等参数进行严格 的规定，以便显像管显示理想的图像。
摄像扫描与显示扫描必须匹配
（1）逐行扫描
体积、重量、功耗和制造成本是电子束摄像管无法 达到的。
CCD/CMOS图像传感器的诞生和发展使人们进入了 更为广泛应用图像传感器的新时代。
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课外小设计题目说明
1.干涉仪条纹计数系统
题目要求：设计光电探测系统，以实现对迈克尔逊干涉仪的干涉条纹进行自动计数，其中，光源采用He-Ne激光器，功率5mW，观察区域100mm×100mm，等效空气平板的调整通过手动完成，系统包含对条纹计数结果显示功能。
2.偏振态光电检测系统
题目要求：设计可见光平面波偏振态的光电自动检测系统，要求光能量输入范围50μW～5mW，通光孔径大于3mm，测量频率优于1Hz，方位角测量精度0.5 º，椭圆率测量精度0.5º，系统应包含标定环节，具有显示功能。
3.声波的激光模拟通信系统
题目要求：设计光电收发系统，以实现对20～20KHz的声波在100m距离上的实时激光点对点传输和接收，系统只要求工作在晴朗无风天气，系统应包含对接收端的声波还原功能。
4.基于线阵CCD的数字光栅光谱仪
题目要求：设计基于线振CCD的光谱探测系统，以实现对任意光源在400～1000nm光谱范围内的相对光谱光谱分布的测量，光谱分辨本领应优于1nm，系统应包含光谱仪标定环节和对测量结果的显示。
5.光电定位瞄准系统
题目要求：设计采用光电定位瞄准系统，以实现对60º视场角范围内和500m距离内，有效面积大于0.5m×1m的目标的空间定位，系统应输出目标方位和距离信息。
6.瞄准镜视场角检测仪
题目要求：设计瞄准镜视场角光电测量系统，以实现对最大15º视场角范围瞄准镜角视场的测量，测量精度应优于0.1º，系统总长应小于1m，应输出测量结果。
7.激光水流流速计
题目要求：设计采用激光光源的水流流速光电检测系统，以实现对无压水流流速进行检测，最大流速为2m/s，允许加入标记颗粒，测量精度优于测量值的1%，系统应给出标定方法。
8.基于三角法的光电接近传感器
题目要求：设计基于三角法深度测量的光电接近传感器，以实现对1m外开始渐近目标的距离测量，要求采样频率大于1KHz，精度优于10mm，系统应立足于便携应用，体积应小于50mm×50mm×100mm，功耗应小于0.5W。
9.光电在线尺寸测量系统
题目要求：设计柱状线材尺寸光电在线测量系统，以实现线缆生产线的线材直径的在线测量，可测直径范围5mm～100mm，要求采样频率大于1KHz，精度优于测量值的1%，系统应给出标定方法，应提供>100m的长距离数据传输接口。
10.声光控延时开关
题目要求：设计声光双控延时开关，以实现楼宇公共照明系统的节能自动控制，系统测光范围0.1lx～20lx，声功率触发阈值大于10-3W，工作距离5m，要求采样频率大于50Hz，系统应包含强弱电信号隔离环节。
11.基于CPLD的面阵CCD的驱动及数字化电路设计
题目要求：设计基于CPLD的面阵CCD的驱动电路，以实现面阵CCD对2/3英寸等效像面的130M像素的图像采集和量化输出，要求8bit图像输出帧率优于25fps，应仿真CPLD输出的CCD驱动波形和采样量化的时序波形。
12.基于CPLD的彩色CMOS图像采集与显示系统设计
题目要求：设计基于CPLD的彩色CMOS图像传感器电路，以实现CMOS图像传感器对1/2英寸等效像面的200M像素的图像采集和显示输出，要求图像输出帧率优于25fps，应仿真CPLD输出的图像采集和显示的时序波形。
13.热电堆人体测温电路设计
题目要求：利用热电堆探测器设计人体体表温度检测电路，以实现对室内空间人体体表温度的非接触测量，要求温度测量精度0.1 ºC，系统应具有瞄准功能，且要求单手操作，具有便携性。
14.热释电入侵报警设计
题目要求：利用热释电探测器设计入侵报警系统，以实现对建筑物门窗等通道处异常侵入的报警，要求视场角大于45 º，系统响应时间小于0.1s，系统应具有声光报警功能。
15.基于光谱成像技术的气体泄漏检测系统设计
题目要求：利用成像光谱技术设计气体输送管线泄露检测系统，以实现对白昼环境下野外天然气输送管线泄露情况的判断，要求工作距离大于50m，视场角大于45 º，系统应具有便携性和泄露报警功能。
16.光谱透过率测量系统设计
题目要求：设计光谱透过率测量系统，实现对透明光学样品的光谱透过率测量，要求透过率测量精度应优于0.1%，系统应包含标定环节，具有显示功能。
17.PH试纸颜色的光电检测系统
题目要求：设计对PH值试纸颜色的光电检测系统，以实现利用颜色自动判别试纸所测PH 值的功能，要求PH值测量精度0.1，系统应包含标定环节，具有显示功能。
18.木材含水量光电检测系统
题目要求：利用木材中水分子对红外的吸收能力，以实现对木料含水量的光电检测，要求测量精度小于0.1%，系统允许制备木料切片作为检测样品，但应包含标定环节，具有显示功能。
19.啤酒糖度的光电测量系统
题目要求：设计光电检测系统实现对啤酒中的残糖浓度进行测量，要求测量精度为小于0.1%，系统应包含标定环节，具有显示功能。
20.玻璃折射率的光电检测系统
题目要求：设计光电检测系统以实现对光学玻璃样品折射率的自动检测，要求测量精度为0.01，系统应包含标定环节，具有显示功能。
21.水下目标的光电测距系统
题目要求：设计光电测距系统实现对深海稳定水体中配合目标的距离测量，测距范围50m，测距精度优于10mm，系统应具有显示和数据输出功能。
22.物体的三维轮廓光电检测系统
题目要求：设计物体的三维轮廓光电检测系统，以实现对物体表面三维形貌的周视测量，测量范围应大于2m×2m×2m，深度测量精度应优于1mm，系统应包含标定环节，具有显示功能。
23.人体接近光强自动调节的白光LED智能照明系统
题目要求：设计室内人体接近光电传感系统，并根据人体到传感器距离自动调节照明系统的的光强，要求系统工作距离10m，工作频率大于10Hz，系统应具有强弱电隔离环节。
24.煤气泄漏光电检测报警系统
题目要求：设计利用光电方法检测室内煤气泄露的光电报警系统，以避免煤气对人体损害，要求工作距离大于5m，视场角大于45 º，系统应具有便携性和泄露报警功能。
25.PM2.5浓度的光电检测系统
题目要求：设计利用光电方法检测标准状况下大气PM2.5灰尘颗粒浓度的光电检测系统，要求测量范围10～100mg/m3，测量精度1mg/m3，系统应具有显示和数据输出功能。
26.1Km半导体激光测距仪
题目要求：利用半导体激光器设计近地大气环境下工作的激光测距系统，测距范围1000m，测距精度优于1m，系统应具有显示和数据输出功能。
27.汽车光电导航系统设计
题目要求：设计机动车辆的光电导航系统，以实现市区有明确交通标识情况下机动车的自动导航，要求工作条件车辆时速小于40Km/h，视场角大于45º，系统应具有方向判别，超速提示及显示等功能。
28.光电语音检测及声源定位系统设计
题目要求：设计光电监测系统，以实现室外对室内语音的光电检测，及主要声源的定位功能，要求工作距离应大于50m，定位精度优于1m，系统应具有声音同步还原功能，声源移动同步显示功能。
29.数字显微镜的光电探测硬件设计
题目要求：设计显微镜的光电检测硬件，以实现显微放大后目标的图像获取功能，要求40X 物镜下，物面分辨率优于0.001mm，图像获取频率优于25Hz，系统应包含标定环节，具有显示功能。
30.金属工件粗糙度检测技术
题目要求：设计金属工件表面粗糙度的光电检测方法，要求取样长度0.8mm，测量范围RA：0.05～10μm，Rz：0.2～100μm，测量精度优于5%，工作距离3～30mm，系统应包含标定环节，具有显示功能。