光电系统设计题目及答案 (1).doc

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) W·m-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）Ub=10V 要输出点压灵敏度≥5V/lx
则 其中U(I)= Ub-I*RL
∴
EV=1000 lx,Imh=80mA时 RL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3.80 kW﹒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980mm×890mm，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PAM=600W*8=4800W
∴年发电量估算,按最大并联数估算：

能满足年消费3600kW·h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