光电系统设计题目及答案新增

2021-06-16 10:19:39本页面

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【正文】

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(13677)Wm2 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)∵ω=d2f’2ω≥10∴4.0mm2f’≥5 ∴f≤0.4mm (2)∵F=fD=d2ωD∴ω=d2FD ∴4。

0mm2*4*D≥5∴D≤0.1mm 2、某航测红外成像系统的工作波长为10m,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)∵Δx=4*λ*x2n’*D2λ=10μmx=104mn’=1 Δx≥103m∴4*10*106m*(104m)21*D2≥103m∴D≤2m (2)∵F=fDD≤2m∴f’F≤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1000lx光照度下的电流分别为≤0.2A和≥80A,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)Ub=10V要输出点压灵敏度≥5V/lx 则SV=UIEV≥5V/lx其中U(I)=UbI*RL ∴UbI*RLEV≥5V/lx EV=1000lx,Imh=80mA时RL最大 则(1080*106*RL)*103mV1000lx≥5V/lx得RL≤62.5kΩ (3)转折电压U0=2V 最大光照度时有公式G0U0=GU0+SEVmax① UbU0GL=G0U0∴102GL=2G0 ∵GL=1RL=1。

6*105/Ω∴G0=6.4*105/Ω 最大功率输出条件:GL=G0+G∴G=4.8*105/Ω ∵S=IEV=80*106A1000lx=8*1010A/lx 由①得EVmax=G0U0GU0S=2*6.4+4.8*105A8*108A/lx=2800lx 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48A,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44m2,太阳能电池组件的参数为:标称功率100W,标称电压35V,面积980mm890mm,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)P=100W*44m2980*890*106m2=5044.71W (2)∵依存率D=1 ∴PAS=ELDRGSHAK=3600365kWh*1*1.1*1kW/m23。

80kWh/m2*0.65=4.392kW (3)太阳能电池组件的必要块数:N=PAS100W=4.392kW100W=43.92≈44 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:NS=220V35V=6.29≈6; ∴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:NP=44m26m2=7.33≈8 ∴最大设计组件容量PAM=600W*8=4800W ∴年发电量估算,按最大并联数估算: EP=HAKPAMGS=3.80*365*0.65*481kWh=4327.4kWh 能满足年消费3600kWh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

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