光电探测与信号处理教学大纲

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理论（含课内实验）课程教学大纲模板

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）Photoelectric detection and signal processing

2、课程代码：B1309016

3、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：3

7、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

（3）设计性试验

（三） 所需实验设施设备

（1）光电创新实验仪主机箱

（2）红外遥控实验模块

（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、将模块上红外发射二极管的金色插孔“L+”“L-”通过连线连接至发射金色插孔“L+”“L-”，红外接收头金色插孔“GND”“VCC”“SIG” 通过连线连接至接收金色插孔“GND”“VCC”“SIG”（GCC GND为接收头的供电端，SIG为接收头的信号输出端）。

2、“TE”分别设为3态，用示波器观察编码芯片PT226217脚输出波形状态。

3、“TE”分别设为低电平，按下4路控制任何一路开关，用示波器观察接收头“SIG”波形。

4、使用短路块将编码解码设置相同状态，按下4路控制任何一路开关，观察4路输出只是状态。

5、使用短路块将编码解码设置不同状态，按下4路控制任何一路开关，观察4路输出只是状态。

6、分析红外遥控原理

五、课程时数分配表

（一）总体学时分配

说明：

（1）学时分配合计数要与实验总学时相同或大于实验总学时数（其中超出的学时数可为选开实验）。

（2）实验属性指所开实验为基础类、技术（专业）基础类或专业类；

（3）实验类别指基础性（演示性、操作性及验证性）、综合性或设计性等实验。

注意：按照教育部本科教学评估要求，开出综合性、设计性实验的课程占有实验课程总数的比例应≥80%。（指整个专业的所有实验）

（4）每组人数指开设本项实验最少的人数，例如，计算机上机一般为1人，基础课实验一般规定1人或2人等。

（5）实验要求指必做或选做：按教学要求，划分该项目属必做或选做。

六、考核方式

1、课程的考核方式：闭卷

2、课程考核成绩确定方法：

（作业、考勤、课堂讨论等）占30%，期末考核占70%。

七、建议教材及教学参考书

1、教材及参考书

使用教材：郭培源、付扬等,《光电检测技术与应用》第2版,北京航空航天大学出版社, 2011

主要参考书:

（1） 姚建铨，于壹仲《光电子技术》，著高等教育出版社,2006年5月出版

（2）《光电子技术基础》 朱京平，科学出版社，2003年9月出版

（3）王静怀《光电子学》 马养武，，浙江大学出版社，2004年3月出版

（4）曾光宇，《光电检测技术》,清华大学出版社

（5） 吕海宝，《激光光电检测》,国防科技大学大学出版社

（6）雷玉堂，《光电检测技术》，中国计量出版社

2、实践指导书(格式同上)

执笔人： 教研室负责人审核： 　教学院长审核：

上海大学信号与信息处理专业2022考研经验指导

一、专业信息

所属院校：上海大学

招生类别：全日制研究生

所属学院：通信与信息工程学院

所属门类代码、名称：[08]工学

所属一级学科代码、名称：[10]信息与通信工程

二、招生详情

研究方向：

01.高性能视频处理与编码

02.智能信息处理与系统

03.多媒体内容安全

04.计算机视觉与模式识别

05.通信信号处理

06.盲信号处理及应用

07.新型显示系统与内容生成

08.图象处理与多媒体通信

09.视频大数据处理

10.语音信号与声信号处理

考试科目：

1. 101思想政治理论

2. 201英语一

3. 301数学一

4. 829信号系统与电子线路

复试科目：

数字信号处理

备注：本专业在通信与信息工程学院培养

统招计划数：17

推免计划数：25

三、参考书目

《模拟电子电路及技术基础》（第3版）孙肖子等 西安电子科技大学出版社 2017年

《信号与系统》（上、下册）（第3版）郑君里等 高等教育出版社 2011年社 2017年

四、经验分享

政治：

在9月之前不需要花太多时间，最多是把网课给认认真真的刷1-2遍，将各个知名政治博主每天发的知识点积累一下。真题除了会考一些基础的知识点，还会结合热点来设计。比如今年就考了思想政治教育、区块链、扶贫等等。到暑假时候开始刷题，不限制肖秀荣1000题，包括徐涛、王吉等这些的市面上比较有名气题 。后期到了9月份强烈推荐一个刷题软件，小白刷题集合市面上所有的模拟题和真题，以APP形式简单大方而且方便。能够认真把题目刷几遍，包括后期的模拟题认认真真的做会基本上政治也不会有很大的问题。最后说一下主观题，不用提前准备，只要在11月份左右背会肖秀荣押题、徐涛小黄书等等就可以的。政治是付出最少但是可以收获很大的一门学科了。

英语：

英语方面说实话非常讲基础，所以如果大学四、六级都过了，考研英语应该问题不太大，不过即使六级不过也不用担心，因为有很多考研成绩非常高的学长学姐同样也没过六级，因为考研英语跟英语六级考察是两个不同的方向和类型。英语最重要的一点，就是单词这部分是你要从准备考研开始背，背到考试前一秒的，一定不要落下，因为对于理工科的学生讲，本来背诵就是不太擅长，所以大家一定要多背，另外，我觉得大家还是有必要看一看英语语法课，因为英语的考研阅读理解题这部分很重要，如果你语法分析不透彻，怎么能看得懂这个句子呢？最后还有一个重要部分写作题，小作文和大作文，大家一定要提前把作文这一部分弄好，多背几篇范文然后进行仿写。

数学：

数学，众所周知，在考研中是挺重要的一门学科，如果你数学考不好，想在总分中拿高分是不太可能的，所以我们一定要注重数学的学习。总起来说，数学的学习包括三个阶段：基础阶段，巩固强化阶段，模拟冲刺阶段。先看课本，仔仔细细地把课本看一遍，然后做课后习题，这个时期所做的题不需要太难，因为主要是为了巩固知识点，但是如有时间还是要尽量的多做题。然后选一本复习全书，不论哪本书都得做上2-3遍。最后做了真题，顺便又做了400题，在这一阶段做真题尤为重要，真题我是做了三遍，第一遍是按套题做的，后面2遍是按章节分类做。不同的同学根据自身的情况，可以选择适合自己的复习方案。复习过程中只需要抓住基础和题型这两个基本点，在充分掌握大纲所要求的知识点的基础上，多做练习，并进行适当的归纳总结，就可以在考研数学中冲刺高分。

专业课：

第一轮复习:别对自己要求太苛刻

时间:最迟暑期前

在校学生一般从大三下学期开始准备考研复习，如果是跨专业到底的话，你可以在平时的学习生活中多积累一些专业知识，这个阶段只看一本书就可以。不要求把所有的知识点都掌握，不要纠结细节的问题。

第一轮的主要目的是对知识点进行梳理，初步建立知识框架，并能识别出哪些是重点和难点。在这一轮的学习中，要做课后题和一些配套的习题，不要做真题练习，因为还没有达到做真题的水平!

第二轮复习:抓住重难点，深入学习和理解。

时间:暑假到十一之前

这段时间比较自由，没有什么课要上，可以全身心地投入到考研复习中，这个阶段就要开始认真看书，整理笔记，尤其是历年真题了，真题一定要认真分析，因为出现原题的可能性还是非常大的。同时要参考一些其他的教材，更有助于你对知识点的理解。

第三轮复习:知识点相互联系，养成良好复习效果

时间:十一后到十二月前

1、提高学习效率，养成良好的复习习惯。(结合考试时间制定复习时间)

2、换个思路学习

( 1)在复习时思考各知识点之间的关系，通过画思维导图的形式把各知识点串联起来。

( 2)有目的地进行真题练习。对于真题的每一个题进行思考，一是思考怎么去组织答案，提高答题技巧，以获得更高的得分，二是整理下考试规律，摸索学校的出题的重点章节。

到了最后冲刺

时间:十二月到考前

考前两周调整生物钟(十二月份该拼就要拼了) ，注意身体

专业课:强化记忆，如果是背诵科目最好保证一字不差背下来。

五、写在最后

考研是一件各奔前程的事，没有人会一直陪伴你，督促你。目前的形势就是一年比一年要难，但它仍然是一件很值得拼的事，希望自己的一点经验可以给到相关学弟学妹们帮助！加油！

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