光电探测与信号处理教学大纲

理论（含课内实验）课程教学大纲模板《光电探测与信号处理》教学大纲一、课程基本信息1、课程名称:光电探测与信号处理全称（英文）Photoelectricdetectionandsignalprocessing2、课程代码：B13090163、课程管理：数理学院应用物理教研室4、教学对象：应用物理5、教学时数：总时数48学时，其中理论教学32学时，实验实训16学时。6、课程学分：37、课程性质：专业选修课程8、课程衔接：（1）先修课程：工程光学、电磁学、原子物理学、量子力学、模拟电子技术（2）后续课程：光电子技术二、课程简介《光电探测与信号处理》课程为一门主要专业方向课程，是从事光学工程、仪器仪表、测量与控制研究人员所必须具备的专业基础，是一门与现代科学技术紧密相连的正在发展的新兴学科。本课程主要讲述光电检测理论基础知识以及光电检测的结构组成、设计思路和应用特点。通过本课程的学习，使学生了解和掌握光电转换的基本原理及光电检测技术所必须的各种知识，了解和掌握常用光电测量方法及常用测量仪器的使用，具备进行各种基本光电测量所需技能和设计光电检测电路的能力。三、教学内容及要求第一章绪论（一）教学目标掌握光电检测系统的组成及特点；了解信息技术及光电检测技术的概念。（二）教学节次及要求第一节信息技术及光电检测技术了解信息技术及光电检测技术的概念。第二节光电检测与光电传感器概念了解光电检测与光电传感器概念及各自的作用。第三节光电检测系统的组成及特点了解光电检测系统的基本模型及光电系统框图。第四节光电检测方法及应用发展趋势1、掌握光电检测的基本作用法、差动测量法补偿测量法和脉冲测量法；2、了解光电检测系统的及应用发展趋势。（三）教学重点与难点1、教学重点：光电传感器、光电检测系统的组成及特点2、教学难点：光电检测系统的组成及特点（四）教学方法与手段课堂讲授、多媒体辅助教学。（五）教学时数4学时第二章光电检测器件工作原理及特性（一）教学目标了解光电检测器件的特性参数；掌握光电导效应、光生伏特效应和热释电效应。（二）教学节次及要求第一节光电检测器件的物理基础1、了解光电导效应的本质和热释电效应的过程；2、掌握光生伏特效应的原理。第二节光电检测器件的特性参数了解光电检测器件的各种特性参数。（三）教学重点与难点1、教学重点：光电导效应、光生伏特效应、热效应2、教学难点：光生伏特效应（四）教学方法与手段课堂讲授、多媒体辅助教学。（五）教学时数4学时第三章半导体光电检测器件及应用（一）教学目标掌握光敏电阻及光生伏特器件的工作原理及各种特性；了解各种器件在电路中的应用。（二）教学节次及要求第一节光敏电阻1、了解光敏电阻的结构及工作原理及特性；2、了解光敏电阻的应用；第二节光生伏特器件1、掌握光电池、光电二极管、光电三极管及光电倍增管的工作原理及特性；2、掌握发光器件的发光原理2、了解各类光生伏特器件的应用。（三）教学重点与难点1教学重点：光敏电阻、光电池、光电二极管、光电三极管、光电倍增管及激光的工作原理2、教学难点：光电池、光电二极管、光电三极管及光电倍增管的工作原理（四）教学方法与手段课堂讲授、多媒体辅助教学。（五）教学时数8学时第四章光电信号检测电路（一）教学目标了解光电检测电路的基本组成，掌握光电检测电路中的静态和动态的计算方法。（二）教学节次及要求第一节光电检测电路的设计要求了解光电检测电路的设计要求；了解光电检测电路的基本组成。第二节光电信号输入电路的静态计算1、了解恒流源型器件、光伏型器件、可变电阻型器件的电路正常工作条件2、掌握图解计算法和解析计算法。第三节光电信号输入电路的动态计算1、掌握光电信号输入电路的动态计算；2、了解光电检测电路的频率特性和综合频率特性。第四节光电信号检测电路的噪声1、了解光电信号检测电路中存在的各类不同的噪声；2、掌握光电检测电路的噪声估算。第五节前置放大器1、了解前置放大器的作用及放大器中存在的噪声；2、掌握检测器件和放大电路的连接。第六节光电检测电路举例了解光电检测电路在路灯控制电路和红外线防盗报警电路中的应用。（三）教学重点与难点1、教学重点：光电信号输入电路的静态和动态计算方法、检测电路的噪声、前置放大器2、教学难点：光电信号输入电路的静态和动态计算方法（四）教学方法与手段课堂讲授、多媒体辅助教学。（五）教学时数8学时第五章光电直接检测系统（一）教学目标了解被动和主动检测系统的距离方程，掌握莫尔条纹测长仪和激光测距仪的原理（二）教学节次及要求第一节光电直接检测系统的基本工作原理了解光电直接检测系统的基本工作原理。第二节光电直接检测系统的基本特性了解直接检测系统的信噪比、视场角，了解系统通频带宽度的几种计算方法。第三节直接检测系统的距离方程了解被动和主动检测系统的距离方程。第四节光电直接检测系统举例1、了解莫尔条纹的原理；2、了解莫尔条纹测长仪和激光测距仪的原理；3、掌握在具体的环境污染检测中直接检测系统的应用。（三）教学重点与难点1、教学重点：被动和主动检测系统的距离方程；莫尔条纹测长仪和激光测距仪的原理2、教学难点：莫尔条纹测长仪和激光测距仪的原理（四）教学方法与手段课堂讲授、多媒体辅助教学。（五）教学时数4学时第六章光外差检测系统（一）教学目标了解光外差检测原理，理解掌握光外差检测特性及影响灵敏度因素。（二）教学节次及要求（按节次逐一列出要点，每一节用“了解”、“理解”、“知道”、“懂得”、“学会”、“掌握”、“训练”、“培养”、“形成”等作为教学要求。）第一节光外差检测原理了解光外差检测系统的基本工作原理。第二节光外差检测特性1、了解光外差检测特性；2、重点理解光外差检测的转换增益高、滤波特性和最小可检测功；3、了解光外差检测系统对检测器性能的要求。第三节影响光外差检测灵敏度的因素了解光外差检测的空间和频率特性。第四节光外差检测举例1、了解在光外差检测中激光干涉侧长的基本原理和多普勒测长原理。2、理解光外差通信（三）教学重点与难点1、教学重点：光外差检测原理及特性；光外差检测中激光干涉侧长的基本原理、多普勒测长原理及光外差通信2、教学难点：光外差检测中激光干涉侧长的基本原理、多普勒测长原理（四）教学方法与手段课堂讲授、多媒体辅助教学。（五）教学时数6学时第七章光纤传感检测技术（一）教学目标了解光纤传感器的工作原理及特性；掌握光纤的光波调制技术。（二）教学节次及要求（按节次逐一列出要点，每一节用“了解”、“理解”、“知道”、“懂得”、“学会”、“掌握”、“训练”、“培养”、“形成”等作为教学要求。）第一节光纤传感器的基础1、掌握光纤波导原理；2、了解光纤的分类及特性；3、了解光纤传感器的分类。第二节光纤的光波调制技术掌握强度、偏振、相位的调制与解调。第三节光纤传感器实例了解各种传感器的工作原理和在生活中的应用。第四节分布式光纤传感器了解反射法、波长扫描法、干涉法、连续波调频法在分布式光纤传感器的应用。（三）教学重点与难点1、教学重点：光纤传感器的工作原理及特性；光纤的光波调制技术；分布式光纤传感器。2、教学难点：光纤的光波调制技术（四）教学方法与手段课堂讲授、多媒体辅助教学。（五）教学时数4学时第八章光电信号的数据采集与微机接口（一）教学目标了解光电信号的二值化处理；掌握单元和视频光电信号的A/D转换和数据采集。（二）教学节次及要求（按节次逐一列出要点，每一节用“了解”、“理解”、“知道”、“懂得”、“学会”、“掌握”、“训练”、“培养”、“形成”等作为教学要求。）第一节光电信号的二值化处理1、了解单元光电信号和视频信号的二值化处理的过程及电路；2、了解光电采集信号的数据采集电路。第二节单元光电信号的A/D转换和数据采集了解单元光电信号的A/D转换和数据采集。第三节视频光电信号的A/D转换和数据采集视频光电信号的A/D转换和数据采集及微机接口。（三）教学重点与难点1、教学重点：光电信号的二值化处理；单元和视频光电信号的A/D转换和数据采集2、教学难点：单元和视频光电信号的A/D转换和数据采集（四）教学方法与手段课堂讲授、多媒体辅助教学。（五）教学时数4学时第九章光电检测技术的典型应用（一）教学目标知道放大器在微弱光信号检测技术中的应用；知道如何进行取样积分；了解光电开关与光电转速计的原理；了解条形码工作原理；了解光电遥控技术和红外方位检测系统。（二）教学节次及要求（按节次逐一列出要点，每一节用“了解”、“理解”、“知道”、“懂得”、“学会”、“掌握”、“训练”、“培养”、“形成”等作为教学要求。）第一节微弱光信号检测技术1、掌握在微弱光信号检测技术中放大器的工作原理以及特性；2、了解各种取样积分器的工作原理；3、掌握光子计数器的基本原理和不同计数器的技术方式。第二节光电开关与光电转速计1、了解各种开关的原理；2、了解光电转速计的工作原理及频率和周期测量法。第三节条形码技术1、了解条形码的工作原理及特点2、掌握条形码的识别原理及装置。第四节光电遥控技术了解光电遥控技术原理。第五节红外方位检测系统了解调制盘的方位检测原理及检测的系统结构（三）教学重点与难点1、教学重点：微弱光信号检测技术、光电开关与光电转速计、条形码技术、光电遥控技术2、教学难点：微弱光信号检测技术、光电开关与光电转速计（四）教学方法与手段课堂讲授、多媒体辅助教学。（五）教学时数6学时四、实验教学内容与基本要求实验一光控开关设计实验1、目的要求（1）了解和掌握光敏电阻光控灯应用原理（2）了解和掌握光敏电阻光控灯电路原理（二）实验内容（1）光敏电阻光控灯实验（2）光敏电阻光控灯设计性实验（三）所需实验设施设备（1）光电创新实验仪主机箱（2）光控灯实验模块（3）连接线（4）万用表（四）教学形式及过程（1）教学形式：讲授（2）教学过程1、光敏电阻输出端金色插座对应接到“IN”端金色插座。2、打开电源开关，用手遮挡光敏电阻，观察指示LED明暗变化。3、调节可调电阻W1，观察指示LED明暗变化。实验二光照度计设计实验1、目的要求（1）了解和掌握光电池在光照度计上的应用原理（2）了解和掌握光照度计结构原理（3）了解和掌握光照度计电路设计原理（二）实验内容（1）光照度计测量光照度实验（2）光照度计设计实性验（三）所需实验设施设备（1）光电创新实验仪主机箱（2）光照度计&光功率计设计模块（3）照度计探头（4）连接线（5）万用表（四）教学形式及过程（1）教学形式：讲授（2）教学过程1、照度计探头红黑插座对应接到实验模块上输入端“+”“-”。2、万用表红黑表笔对应接到实验模块上输出端“+”“-”。3、放大倍数切换开关拨至X1挡，向上拨。4、打开电源开关，观察万用表指示数值。5、改变不同光照度和放大倍数，观察万用表指示数值变化。6、关闭电源。实验三光电报警设计实验1、目的要求（1）了解红外砷化镓发光二极管与光电二极管的具体应用（2）练习自拟简单的光电系统试验（3）了解主动式光电报警系统设计原理（4）了解锁相环的原理及应用（5）对影响光电探测性能的各种参数进行探讨，以求最大限度地发挥系统的探测能力（二）实验内容（1）锁相环原理及应用测试实验（2）利用锁相环设计光电报警系统实验（3）设计性实验（三）所需实验设施设备（1）光电创新实验仪主机箱（2）光电报警实验模块（3）连接线（4）示波器（四）教学形式及过程（1）教学形式：讲授（2）教学过程1、红外发射二极管“L+”“L-”对应接入电路中发射部分“L+”“L-”；光电二极管“P+”“P-”对应接入电路中接收部分“P-”“P+”。2、打开电源，示波器观测Ft点波形，调节调制频率调节旋钮，使波形输出为1比1方波。3、示波器观测Ff点波形，调节增益调节使波形最好。4、示波器观测Fy点波形，调节阈值调节旋钮，使输出方波波形最好，并记录频率。5、示波器观测Fc点波形，调节中心频率调节旋钮使波形频率与Fy波形频率相等。6、用手遮挡光路，观测LED发光二极管指示状况。实验四红外遥控设计实验1、目的要求（1）了解红外遥控原理（2）了解掌握红外遥控电路设计方法（二）实验内容（1）红外遥控编解码实验（2）4路遥控原理实验（