、教学内容及基本要求 本门课程的基本要求如下: 1)了解光电测试系统的基本组成,光电测试技术的特点和发展趋势; 2)掌握光电测试器件(传感器、光源和成像器件)的工作原理及基本特性,了解它们的应用范围 熟悉常用器件的性能指标: 3)能够根据使用需求,结合光电器件的特性参数,选择合适的光电测试器件: 4)学会根据光电器件的特点,设计和选择光电输入电路及有关参数; 5)通过学习典型光电系统,能够根据被测对象的特点初步具有光电测试系统设计能力 该课讲授时应针对不同学习对象的特点,有重点的讲授。本课程共讲授五章,每章的主要内容 如下: 第一章光电测试技术概论与光度学基础(2学时) 主要讲授信息技术与光电测量技术在国民经济发展中的重要意义,以及光电测试技术在各个领 域的典型应用;以激光外径扫描仪为例,分析光电测量系统的主要组成:最后介绍光电测试技术的 展望及其特点。 回顾光度学的七个基本物理量以及光度学的三个基本定律,阐明光度学与辐射度学的区别与联 系;介绍光辐射在大气中传播遇到的问题与解决方法。 第二章光电测试系统中的光源(4学时) 介绍常用光源的分类和基本特性参数。讲授非相干光源(热辐射光源、气体放电光源、场致发 光源),相干光源(氦氖激光器、半导体激光器、可调谐激光器),宽带低相干光源(发光二极管,超 辐射发光二极管,掺杂光纤超荧光宽带光源)等光电测量系统中的常用光源,着重讲解半导体光源 与激光光源的特性与应用 第三章光电探测器件(12学时) 介绍半导体能带知识,分析半导体中载流子的运动,导出光电探测器的各种物理效应(光电发 射效应、光伏效应、光电导效应、光热效应等)。讲授光电器件的常用性能参数;按照光电子器件(光 电发射器件、光电导器件、光伏器件)、光电成像器件、光调制器件、热电器件的分类方法分别加 以讲解,着重讲授对光电倍增器件(光电倍增管、微通道板、微球板),光伏器件(光电池、光电二极 管、光电三极管等),电荷耦合成像器件(CCD),互补金属氧化物半导体(CMOS)原理、结构、特性 及应用:对各种光子探测器件的性能加以比较,结合实例阐述分析光电器件的选用原则。介绍热电 器件的基本理论,讲授热敏电阻、热电偶和热电堆、热释电器件等典型热电器件的原理和应用,比
21 二、教学内容及基本要求 本门课程的基本要求如下： 1) 了解光电测试系统的基本组成，光电测试技术的特点和发展趋势； 2) 掌握光电测试器件（传感器、光源和成像器件）的工作原理及基本特性，了解它们的应用范围， 熟悉常用器件的性能指标； 3) 能够根据使用需求，结合光电器件的特性参数，选择合适的光电测试器件； 4) 学会根据光电器件的特点，设计和选择光电输入电路及有关参数； 5) 通过学习典型光电系统，能够根据被测对象的特点初步具有光电测试系统设计能力。 该课讲授时应针对不同学习对象的特点，有重点的讲授。本课程共讲授五章，每章的主要内容 如下： 第一章 光电测试技术概论与光度学基础(2 学时) 主要讲授信息技术与光电测量技术在国民经济发展中的重要意义，以及光电测试技术在各个领 域的典型应用；以激光外径扫描仪为例，分析光电测量系统的主要组成；最后介绍光电测试技术的 展望及其特点。 回顾光度学的七个基本物理量以及光度学的三个基本定律，阐明光度学与辐射度学的区别与联 系；介绍光辐射在大气中传播遇到的问题与解决方法。 第二章 光电测试系统中的光源(4 学时) 介绍常用光源的分类和基本特性参数。讲授非相干光源(热辐射光源、气体放电光源、场致发 光源)，相干光源(氦氖激光器、半导体激光器、可调谐激光器)，宽带低相干光源(发光二极管，超 辐射发光二极管，掺杂光纤超荧光宽带光源)等光电测量系统中的常用光源，着重讲解半导体光源 与激光光源的特性与应用。 第三章 光电探测器件(12 学时) 介绍半导体能带知识，分析半导体中载流子的运动，导出光电探测器的各种物理效应(光电发 射效应、光伏效应、光电导效应、光热效应等)。讲授光电器件的常用性能参数；按照光电子器件(光 电发射器件、光电导器件、光伏器件)、光电成像器件、光调制器件、热电器件的分类方法分别加 以讲解，着重讲授对光电倍增器件(光电倍增管、微通道板、微球板)，光伏器件(光电池、光电二极 管、光电三极管等)，电荷耦合成像器件(CCD)，互补金属氧化物半导体(CMOS)原理、结构、特性 及应用；对各种光子探测器件的性能加以比较，结合实例阐述分析光电器件的选用原则。介绍热电 器件的基本理论，讲授热敏电阻、热电偶和热电堆、热释电器件等典型热电器件的原理和应用，比
较热电器件与光子探测器件的异同。 第四章光电信号处理技术(8学时) 讲授光电测试电路应满足的技术要求;根据光电器件的不同,分别讲授光敏电阻、光电倍增管、 光电池、光敏二极管、光敏晶体管等典型光电器件的输入电路设计,使学生对特定器件输入电路的 设计理念能与该器件的结构原理相联系 讲授光电测试系统的各种噪声(光电探测器的噪声、放大器的噪声、耦合网路的噪声等),分析 噪声来源,明确常见噪声的抑制方法;在信号处理和电路设计时,对等效噪声带宽、噪声的关联与 相加、含多个噪声源的电路及计算法则、多级放大器的噪声系数、耦合网络的低噪声设计原则、低 噪声前置放大器的选用等方面分别加以阐述。讲授光电测试系统的频率特性设计,针对不同的需求 及系统组成各部分间的带宽匹配,选择合适的光电器件和放大器、负载电阻等主要电路参数。 结合以上的噪声特性设计、频率特性设计等原则,详细分析利用锁相放大技术、取样积分技术、 相关检测技术、光子计数技术等手段实现弱光检测的方法 第五章典型光电测试系统(8学时) 按照光学信号的分类,介绍非相干信号和相干信号的常见检测方法。讲授随时间变化的光电信 号变化和检测方法,如幅值法、频率法、相位和时间测量法等,详细讲解激光测距仪的组成、原理、 应用;讲授随空间变化的光电信号的变换与检测方法,如几何中心检测法、亮度中心检测法等,详 细讲解激光共焦显微镜的组成、原理、应用;讲述相干信号的产生、调制与解调技术,详细讲解双 频激光干涉仪的原理组成、外差检测方法、激光稳频技术等,分析双频激光检测位移、角度、直线 度等参数的光路摆放结构。介绍激光拉曼光谱技术、太赫兹检测技术、光纤布拉格光栅传感技术等 新技术的原理及应用。 、其它教学环节 实验项目明细表 序号 实验项目名称 学时实验要求实验类型每组人数 1常用光电检测器件综合特性实验2必修验证 6 前景(背景)光照明线扫描CCD 2 必修演示 成像测量系统 3双频激光测量系统(长度、角度)2必修演示 6
22 较热电器件与光子探测器件的异同。 第四章 光电信号处理技术(8 学时) 讲授光电测试电路应满足的技术要求；根据光电器件的不同，分别讲授光敏电阻、光电倍增管、 光电池、光敏二极管、光敏晶体管等典型光电器件的输入电路设计，使学生对特定器件输入电路的 设计理念能与该器件的结构原理相联系。 讲授光电测试系统的各种噪声(光电探测器的噪声、放大器的噪声、耦合网路的噪声等)，分析 噪声来源，明确常见噪声的抑制方法；在信号处理和电路设计时，对等效噪声带宽、噪声的关联与 相加、含多个噪声源的电路及计算法则、多级放大器的噪声系数、耦合网络的低噪声设计原则、低 噪声前置放大器的选用等方面分别加以阐述。讲授光电测试系统的频率特性设计，针对不同的需求 及系统组成各部分间的带宽匹配，选择合适的光电器件和放大器、负载电阻等主要电路参数。 结合以上的噪声特性设计、频率特性设计等原则，详细分析利用锁相放大技术、取样积分技术、 相关检测技术、光子计数技术等手段实现弱光检测的方法。 第五章 典型光电测试系统(8 学时) 按照光学信号的分类，介绍非相干信号和相干信号的常见检测方法。讲授随时间变化的光电信 号变化和检测方法，如幅值法、频率法、相位和时间测量法等，详细讲解激光测距仪的组成、原理、 应用；讲授随空间变化的光电信号的变换与检测方法，如几何中心检测法、亮度中心检测法等，详 细讲解激光共焦显微镜的组成、原理、应用；讲述相干信号的产生、调制与解调技术，详细讲解双 频激光干涉仪的原理组成、外差检测方法、激光稳频技术等，分析双频激光检测位移、角度、直线 度等参数的光路摆放结构。介绍激光拉曼光谱技术、太赫兹检测技术、光纤布拉格光栅传感技术等 新技术的原理及应用。 三、其它教学环节 实验项目明细表 序号 实验项目名称 学时 实验要求 实验类型 每组人数 1 常用光电检测器件综合特性实验 2 必修 验证 6 2 前景(背景)光照明线扫描 CCD 成像测量系统 2 必修 演示 6 3 双频激光测量系统(长度、角度) 2 必修 演示 6
四、考试权重 考核:采用统一命题,统一阅卷,教研组集体复査,严把质量关, 成绩评定:考试占70%,平时作业(分组学术报告)20%、实验及日常考核质疑等占10%,按百 分制给出最终成绩 大纲撰写人:胡涛 大纲审核人:刘国栋
23 四、考试权重 考核：采用统一命题，统一阅卷，教研组集体复查,严把质量关。 成绩评定：考试占 70%，平时作业(分组学术报告)20%、实验及日常考核质疑等占 10%，按百 分制给出最终成绩。 大纲撰写人：胡涛 大纲审核人：刘国栋
《光电仪器设计》课程教学大纲 课程编码:SC01200200 课程名称:光电仪器设计 课程英文名称: Design of photoelectric Instrument 总学时:4 讲课学时:32 实验学时:8上机学时:课外辅导学时: 学分:2.5 开课单位:电气工程及自动化学院自动化测试技术与控制系 授课对象:光电信息科学与工程(光电仪器)专业本科生 开课学期:3春 先修课程:应用光学、物理光学、模拟电子技术基础、数字电机技术基础、精密机械学基础 主要教材及参考教材 教材:《测控仪器设计》第二版浦昭邦,机械工业出版社,2007版 参考教材:《光电仪器设计》殷纯永,机械工业出版社,2012版 课程教学目的 仪器的实质是信息获取、信息处理、信息利用的工具。随着科学技术的发展、仪器技术内涵也 在逐步扩展,仪器设计中不断引入先进的光学技术、电子技术,使仪器向光、机、电及计算机结合 的方向发展。仪器的水平是科学技术现代化的重要标志,没有现代化的仪器,国民经济是无法发展 的。 光电仪器设计课程是自动化测试技术与控制系光电信息科学与工程(光电仪器)主修课程之 光电仪器设计课程的教学目的是通过该课学习,使学生了解和掌握光电仪器在仪器总体设计层面的 基本理论和基本方法,结合现代测试技术,系统地掌握光、机、电、计算机相结合的仪器总体设计 思想,并学会如何从设计任务出发进行总体设计的方法和具有一定的精度设计能力。在理解现代设 计方法的同时,培养学生在光电仪器总体设计与精度设计中的创新思维 课程地位:光电信息科学与工程(光电仪器)专业的主修课程 、教学内容及基本要求 本课程共分为六章,总学时40学时,课内授课学时34学时,实验6学时。主要讲授光电仪器 设计涉及的基础理论和应用,包括以下主要内容:光电仪器设计的基础理论:光电仪器的精度分析
24 《光电仪器设计》课程教学大纲 课程编码：SC01200200 课程名称：光电仪器设计 课程英文名称：Design of Photoelectric Instrument 总学时：40 讲课学时：32 实验学时：8 上机学时： 课外辅导学时： 学分：2.5 开课单位：电气工程及自动化学院 自动化测试技术与控制系 授课对象：光电信息科学与工程（光电仪器）专业本科生 开课学期：3 春 先修课程：应用光学、物理光学、模拟电子技术基础、数字电机技术基础、精密机械学基础 主要教材及参考教材： 教材： 《测控仪器设计》第二版浦昭邦，机械工业出版社，2007 版 参考教材：《光电仪器设计》殷纯永，机械工业出版社，2012 版 一、课程教学目的 仪器的实质是信息获取、信息处理、信息利用的工具。随着科学技术的发展、仪器技术内涵也 在逐步扩展，仪器设计中不断引入先进的光学技术、电子技术，使仪器向光、机、电及计算机结合 的方向发展。仪器的水平是科学技术现代化的重要标志，没有现代化的仪器，国民经济是无法发展 的。 光电仪器设计课程是自动化测试技术与控制系光电信息科学与工程（光电仪器）主修课程之一。 光电仪器设计课程的教学目的是通过该课学习，使学生了解和掌握光电仪器在仪器总体设计层面的 基本理论和基本方法，结合现代测试技术，系统地掌握光、机、电、计算机相结合的仪器总体设计 思想，并学会如何从设计任务出发进行总体设计的方法和具有一定的精度设计能力。在理解现代设 计方法的同时，培养学生在光电仪器总体设计与精度设计中的创新思维。 课程地位：光电信息科学与工程（光电仪器）专业的主修课程 二、教学内容及基本要求 本课程共分为六章，总学时 40 学时，课内授课学时 34 学时，实验 6 学时。主要讲授光电仪器 设计涉及的基础理论和应用，包括以下主要内容：光电仪器设计的基础理论；光电仪器的精度分析
与精度设计方法:光电仪器总体设计方法:光电仪器中光电系统、电子系统和精密机械系统的设计 方法。 主要章节及课时分配 第一章光电仪器设计概论(共4学时) 主要讲授光电仪器的概念及在设计方面的国内外发展状况和趋势;测量仪器(含光电仪器) 在符合国际和国内标准中的通用术语及定义;光电仪器设计要求和程序 基本要求:光电仪器概念,通用术语及名词定义,设计要求和设计程序。 第二章光电仪器精度理论(共8学时) 任何一台光电仪器都有其精度要求。光电仪器的精度问题贯穿于整个光电仪器的设计、制造和 使用的全过程。光电仪器精度的高低是衡量光电仪器设计质量的关键。光电仪器误差的客观存在性 及精度的重要性决定了分析研究光电仪器误差是仪器设计中的重要内容之 主要讲授以仪器精度理论为重要理论依据来硏究分析光电仪器误差的来源、误差特性、评定方 法和计算方法、误差传递和相互作用的规律以及光电仪器总体误差的合成与分配原则、方法,为光 电仪器系统结构设计提供可靠地依据。 基本要求:光电仪器误差的来源及其性质及分类;光电仪器误差的分析(精度分析)及其方 光电仪器误差的综合方法;光电仪器精度指标确定和误差分配方法 第三章光电仪器的总体设计(共10学时) 光电仪器总体设计是在仪器具体结构设计之前,从光电仪器自身的功能、技术指标、测量与控 制框架、应用环境和条件等角度出发,对光电仪器设计中的全局问题进行全面的设想和规划。 主要讲授设计光电仪器需要遵循的设计原则、设计原理;光电仪器工作原理的选择方法;仪器 参数和技术指标的确定方法。 基本要求:根据设计的光电仪器被测参数特点、仪器功能要求、使用条件、测量参数载体特点、 国内外相关仪器的发展状况和水平等方面进行任务分析以及创新性设计;光电仪器在设计中所要遵 循的若干设计原则和补偿方法;光电仪器在设计中所要采用的若干设计原理;光电仪器中测量系统 的工作原理选择和确定 第四章光电仪器的光电系统设计(共2学时) 光电系统是光电仪器组成中的重要部分。它是与光学系统、电子系统、精密机械及计算机相结 合构成的仪器
25 与精度设计方法；光电仪器总体设计方法；光电仪器中光电系统、电子系统和精密机械系统的设计 方法。 主要章节及课时分配 第一章 光电仪器设计概论 （共 4 学时） 主要讲授光电仪器的概念及在设计方面的国内外发展状况和趋势；测量仪器（含光电仪器） 在符合国际和国内标准中的通用术语及定义；光电仪器设计要求和程序。 基本要求：光电仪器概念，通用术语及名词定义，设计要求和设计程序。 第二章 光电仪器精度理论 （共 8 学时） 任何一台光电仪器都有其精度要求。光电仪器的精度问题贯穿于整个光电仪器的设计、制造和 使用的全过程。光电仪器精度的高低是衡量光电仪器设计质量的关键。光电仪器误差的客观存在性 及精度的重要性决定了分析研究光电仪器误差是仪器设计中的重要内容之一。 主要讲授以仪器精度理论为重要理论依据来研究分析光电仪器误差的来源、误差特性、评定方 法和计算方法、误差传递和相互作用的规律以及光电仪器总体误差的合成与分配原则、方法，为光 电仪器系统结构设计提供可靠地依据。 基本要求：光电仪器误差的来源及其性质及分类；光电仪器误差的分析（精度分析）及其方 法；光电仪器误差的综合方法；光电仪器精度指标确定和误差分配方法。 第三章 光电仪器的总体设计 （共 10 学时） 光电仪器总体设计是在仪器具体结构设计之前，从光电仪器自身的功能、技术指标、测量与控 制框架、应用环境和条件等角度出发，对光电仪器设计中的全局问题进行全面的设想和规划。 主要讲授设计光电仪器需要遵循的设计原则、设计原理；光电仪器工作原理的选择方法；仪器 参数和技术指标的确定方法。 基本要求：根据设计的光电仪器被测参数特点、仪器功能要求、使用条件、测量参数载体特点、 国内外相关仪器的发展状况和水平等方面进行任务分析以及创新性设计；光电仪器在设计中所要遵 循的若干设计原则和补偿方法；光电仪器在设计中所要采用的若干设计原理；光电仪器中测量系统 的工作原理选择和确定。 第四章 光电仪器的光电系统设计 （共 2 学时） 光电系统是光电仪器组成中的重要部分。它是与光学系统、电子系统、精密机械及计算机相结 合构成的仪器