光電傳感與檢測(cè)第1章緒論

1、光電傳感與檢測(cè)光電傳感與檢測(cè)參考書(shū)目參考書(shū)目高岳等編著高岳等編著 ，光電檢測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)光電檢測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社曾光宇等編著曾光宇等編著 ，光電檢測(cè)技術(shù)光電檢測(cè)技術(shù)清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社教教 材材江曉軍江曉軍 主編，主編，光電傳感與檢測(cè)技術(shù)光電傳感與檢測(cè)技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版社，機(jī)械工業(yè)出版社，20112011年年6 6月月目目 錄錄第第1 1章章 概論概論第第2 2章章 光電檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)光電檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)第第3 3章章 光電檢測(cè)系統(tǒng)光電檢測(cè)系統(tǒng)第第4 4章章 紅外傳感與檢測(cè)技術(shù)紅外傳感與檢測(cè)技術(shù)第第5 5章章 激光傳感與檢測(cè)技術(shù)激光傳感與檢測(cè)技術(shù)第第6 6章章 光纖傳感與檢

2、測(cè)技術(shù)光纖傳感與檢測(cè)技術(shù)第第7 7章章 光柵傳感與檢測(cè)技術(shù)光柵傳感與檢測(cè)技術(shù)第第8 8章章 光電新技術(shù)的應(yīng)用光電新技術(shù)的應(yīng)用第1章 概論 微電子技術(shù)微電子技術(shù)：通過(guò)控制固體內(nèi)電子的微觀運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的：通過(guò)控制固體內(nèi)電子的微觀運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的加工處理，并在固體的微區(qū)（小到幾個(gè)晶格）內(nèi)進(jìn)行，將一個(gè)加工處理，并在固體的微區(qū)（小到幾個(gè)晶格）內(nèi)進(jìn)行，將一個(gè)電子功能部件甚至一個(gè)系統(tǒng)集成在一個(gè)很小的芯片上。電子功能部件甚至一個(gè)系統(tǒng)集成在一個(gè)很小的芯片上。 光子信息技術(shù)光子信息技術(shù)：以光集成技術(shù)為核心的有關(guān)光學(xué)元器件制造的：以光集成技術(shù)為核心的有關(guān)光學(xué)元器件制造的應(yīng)用技術(shù)，利用傳統(tǒng)工藝將有源和無(wú)源光學(xué)器

3、件集成在一起，應(yīng)用技術(shù)，利用傳統(tǒng)工藝將有源和無(wú)源光學(xué)器件集成在一起，構(gòu)成能完成光學(xué)信息采集處理和存儲(chǔ)等功能的系統(tǒng)構(gòu)成能完成光學(xué)信息采集處理和存儲(chǔ)等功能的系統(tǒng) 光電信息技術(shù)光電信息技術(shù)：光與電子轉(zhuǎn)換及其應(yīng)用技術(shù)，光頻段微電子技：光與電子轉(zhuǎn)換及其應(yīng)用技術(shù)，光頻段微電子技術(shù)。術(shù)。傳統(tǒng)的電子技術(shù)微電子技術(shù)光子信息技術(shù)光電信息技術(shù)光電檢測(cè)技術(shù)光電檢測(cè)技術(shù)光電傳感（檢測(cè)）技術(shù)光電傳感（檢測(cè)）技術(shù) 是一種以光電傳感器作為核心元件、用光電的方法對(duì)某是一種以光電傳感器作為核心元件、用光電的方法對(duì)某些物理量、化學(xué)量和幾何量進(jìn)行信息轉(zhuǎn)換的技術(shù)。些物理量、化學(xué)量和幾何量進(jìn)行信息轉(zhuǎn)換的技術(shù)。光電傳感器（光電傳感器（Ph

4、otoelectric Transducer）組成與分類）組成與分類: 光源、光源、光學(xué)通路和光電元件光學(xué)通路和光電元件 （1）光電傳感器的探測(cè)機(jī)理）光電傳感器的探測(cè)機(jī)理 光子傳感器光子傳感器: 產(chǎn)生光子效應(yīng)產(chǎn)生光子效應(yīng) 熱傳感器熱傳感器: 吸收了紅外輻射后，會(huì)引起溫度的變化，吸收了紅外輻射后，會(huì)引起溫度的變化， （2）光電傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)）光電傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì) 模擬光學(xué)傳感器、光柵傳感器、光電式傳感器、光纖傳感模擬光學(xué)傳感器、光柵傳感器、光電式傳感器、光纖傳感器、固態(tài)圖像傳感器器、固態(tài)圖像傳感器 （3）光電傳感器的傳輸方式）光電傳感器的傳輸方式 直射式；直射式； 反射式，等；反射式，

5、等；v光電檢測(cè)技術(shù)：光電檢測(cè)技術(shù)：二十世紀(jì)后半葉，由于光電技術(shù)的二十世紀(jì)后半葉，由于光電技術(shù)的 不斷進(jìn)步，信息載體從一般電磁波段逐漸擴(kuò)展到頻不斷進(jìn)步，信息載體從一般電磁波段逐漸擴(kuò)展到頻 率更高的微波段、光波段，使得高速信息可以被處率更高的微波段、光波段，使得高速信息可以被處 理。理。 光電檢測(cè)技術(shù)，是對(duì)載有被測(cè)信號(hào)的光輻射進(jìn)行檢光電檢測(cè)技術(shù)，是對(duì)載有被測(cè)信號(hào)的光輻射進(jìn)行檢 測(cè)，即測(cè)，即通過(guò)光電傳感器接收光輻射并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；通過(guò)光電傳感器接收光輻射并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)； 再綜合利用信息處理技術(shù)，完成快速的自動(dòng)測(cè)量再綜合利用信息處理技術(shù)，完成快速的自動(dòng)測(cè)量。v光電傳感器光電傳感器： 基于光電效應(yīng)，將光

6、信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種基于光電效應(yīng)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種光光 電器件。電器件。了解并掌握典型的光電器件的原理和特點(diǎn)，了解并掌握典型的光電器件的原理和特點(diǎn)，會(huì)正確選用光電器件。會(huì)正確選用光電器件。學(xué)會(huì)根據(jù)光電器件的特點(diǎn)選擇和設(shè)計(jì)光電檢學(xué)會(huì)根據(jù)光電器件的特點(diǎn)選擇和設(shè)計(jì)光電檢測(cè)電路和有關(guān)參數(shù)。測(cè)電路和有關(guān)參數(shù)。能根據(jù)被測(cè)對(duì)象的要求，設(shè)計(jì)光電檢測(cè)系統(tǒng)。能根據(jù)被測(cè)對(duì)象的要求，設(shè)計(jì)光電檢測(cè)系統(tǒng)。 光電傳感與檢測(cè)技術(shù)光電傳感與檢測(cè)技術(shù)的學(xué)習(xí)要求：的學(xué)習(xí)要求：光電傳感器與敏感器的概念光電傳感器與敏感器的概念敏敏感感器器光電傳感器光電傳感器-光電效應(yīng)：將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)光電效應(yīng)：將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（確

7、定對(duì)應(yīng)關(guān)系）（確定對(duì)應(yīng)關(guān)系）可測(cè)可測(cè)非電量非電量光光電量電量光電傳感器光電傳感器被測(cè)被測(cè)非電量非電量敏感器敏感器光電探測(cè)器的種類光電探測(cè)器的種類類類 型型實(shí)實(shí) 例例PN結(jié)結(jié)PN光電二極管（光電二極管（Si,Ge, GaAs)PIN光電二極管（光電二極管（Si）雪崩光電二極管雪崩光電二極管(Si, Ge)光電晶體管光電晶體管(Si)集成光電傳感器和光電晶閘管集成光電傳感器和光電晶閘管(Si)非非PN結(jié)結(jié)光電元件光電元件(CdS, CdSe, Se, PbS)熱電元件熱電元件(PZT, LiTaO3, PbTiO3)電子管類電子管類光電管，攝像管，光電倍增管光電管，攝像管，光電倍增管其他類其他類色

8、敏傳感器色敏傳感器固體圖象傳感器（固體圖象傳感器（SI，CCD/MOS/CPD型）型）位置檢測(cè)用元件（位置檢測(cè)用元件（PSD）光電池光電池)()()(VRV光電傳感器件的特性與參數(shù)光電傳感器件的特性與參數(shù)（1）靈敏度）靈敏度（2）脈沖響應(yīng)特性）脈沖響應(yīng)特性（3）頻率響應(yīng)特性）頻率響應(yīng)特性（4）光照特性）光照特性（5）光譜特性）光譜特性（6）溫度特性）溫度特性（7）伏安特性）伏安特性（8）量子效率）量子效率光電傳感器的光照特性光電傳感器的光照特性v光電傳感器的類型光電傳感器的類型根據(jù)光源、光學(xué)系統(tǒng)和光電轉(zhuǎn)換器件放置位置的不同，可分為：根據(jù)光源、光學(xué)系統(tǒng)和光電轉(zhuǎn)換器件放置位置的不同，可分為：1.直

9、射型：直射型：光電轉(zhuǎn)換器對(duì)著光源放置，光軸重合，對(duì)于光源光電轉(zhuǎn)換器對(duì)著光源放置，光軸重合，對(duì)于光源 為發(fā)射光通量最大方向，對(duì)于光電器件為靈敏度最高的方向。為發(fā)射光通量最大方向，對(duì)于光電器件為靈敏度最高的方向。2.反射型：反射型：分為單向反射和漫反射分為單向反射和漫反射3.輻射型：輻射型：被測(cè)物體本身為一輻射源，光電檢測(cè)器通過(guò)接收被測(cè)物體本身為一輻射源，光電檢測(cè)器通過(guò)接收 被測(cè)物體的輻射光能量實(shí)現(xiàn)測(cè)量。被測(cè)物體的輻射光能量實(shí)現(xiàn)測(cè)量。4.遮擋式：遮擋式：待檢測(cè)物遮擋部分或全部光束，或周期性地遮擋光待檢測(cè)物遮擋部分或全部光束，或周期性地遮擋光 束。束。5.干涉式：干涉式：干涉現(xiàn)象，精密測(cè)量。干涉現(xiàn)象

10、，精密測(cè)量。 1. 1.直直射式射式 光透過(guò)待檢測(cè)物體，其中一部分光通量被待檢測(cè)物吸收或散射，另一部分光通量透過(guò)待檢物體由光電探測(cè)器接收，如上圖所示。被吸收或散射的光通量的數(shù)值決定于待檢測(cè)物的性質(zhì)。常用于檢測(cè)液體或氣體濃度、透明度或渾濁度，檢測(cè)透明薄膜的厚度和質(zhì)量；檢測(cè)透明容器的疵病，測(cè)量膠片的密度等。1232 4 2. 2.反射式反射式 舉例：轉(zhuǎn)速測(cè)量原理圖舉例：轉(zhuǎn)速測(cè)量原理圖 反射光通量取決于反射表面的性質(zhì)、狀態(tài)和光源之間的距離。用于光電準(zhǔn)直、激光制導(dǎo)、主動(dòng)式夜視儀、電視攝像、文字判讀、表面粗糙度測(cè)試儀等。12323413.3.輻射式輻射式檢測(cè)其輻射量的大小就能確定待測(cè)量的大小。 探測(cè)被測(cè)

11、物體的輻射功率、光譜分布及溫度等參數(shù)，以便確定待測(cè)物體的存在、所處方位以及根據(jù)其光譜分布情況分析研究它的物質(zhì)成份及性質(zhì)，如輻射高溫計(jì)、火警報(bào)警器、偵查跟蹤、光譜分析、熱成像儀等。 待檢測(cè)物體1本身就是輻射源，它發(fā)出的輻射能強(qiáng)弱與待檢測(cè)物I的性質(zhì)(例如溫度的高低)有關(guān)，用光電探測(cè)器31234.4.遮擋式遮擋式 根據(jù)被遮擋光通量的大小就可確定待檢測(cè)物的形狀，或者待檢測(cè)物的位移量；根據(jù)被遮擋光束的次數(shù)就可確定待測(cè)物體的個(gè)數(shù)或者待測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)速度等，相應(yīng)地可用于物體外形尺寸的測(cè)量、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、光電測(cè)速、光控開(kāi)關(guān)及防盜報(bào)警等。 待檢測(cè)物遮擋部分或全部光束，或周期性地遮擋光束，如圖所示。41232 45.5

12、.干涉式干涉式1223456ab1235644ab(a)(b) 如圖所示，由光源1發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)透鏡2照射到分束器3(它可以是半透明半反射的平面鏡成棱鏡)上，經(jīng)分光面把光線分成兩路，一路射向平面反射鏡4作為參考光，另一路6射向待檢測(cè)物5，從待檢測(cè)物中得到待測(cè)信息。例如，圖a中的待測(cè)信息可以是位移或振動(dòng)等。圖b中的待測(cè)信息可以是待測(cè)物體折射率的變化，即濃度或成份變化的信息。光線a和b經(jīng)過(guò)4和5后又一起射向光電探測(cè)器6，在光電探測(cè)器上可檢測(cè)到干涉條紋信號(hào)。 因此干涉法可用于檢測(cè)位移、振動(dòng)、流體的濃度、折射率等。它的檢測(cè)靈敏度和精度很高，動(dòng)態(tài)范圍大，但結(jié)構(gòu)和檢測(cè)電路復(fù)雜，成本高。光電檢測(cè)系統(tǒng)光電檢測(cè)

13、系統(tǒng) 光電檢測(cè)技術(shù)以激光、紅外、光纖等現(xiàn)代光電器件光電檢測(cè)技術(shù)以激光、紅外、光纖等現(xiàn)代光電器件為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)載有被檢測(cè)物體信號(hào)的光輻射（發(fā)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)載有被檢測(cè)物體信號(hào)的光輻射（發(fā)射、反射、散射、衍射、折射、透射等）進(jìn)行檢測(cè)，射、反射、散射、衍射、折射、透射等）進(jìn)行檢測(cè)，即即通過(guò)光電檢測(cè)器件接收光輻射并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)通過(guò)光電檢測(cè)器件接收光輻射并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。 由輸入電路、放大濾波等檢測(cè)電路提取有用的信息，由輸入電路、放大濾波等檢測(cè)電路提取有用的信息，再經(jīng)過(guò)再經(jīng)過(guò)A/D變換接口輸入微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算、處理，變換接口輸入微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算、處理，最后顯示或打印輸出所需檢測(cè)物體的幾何量或物理最后顯示或打印輸

14、出所需檢測(cè)物體的幾何量或物理量。量。光電檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成光電檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成變換電路變換電路光電傳感光電傳感光源光源光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)被測(cè)對(duì)象被測(cè)對(duì)象光學(xué)變換光學(xué)變換電信號(hào)處理電信號(hào)處理存存 儲(chǔ)儲(chǔ)顯顯 示示控控 制制光學(xué)變換光學(xué)變換電路處理電路處理光電檢測(cè)系統(tǒng)：光電檢測(cè)系統(tǒng)：光學(xué)變換，光電變換，電路及計(jì)算機(jī)處理。光學(xué)變換，光電變換，電路及計(jì)算機(jī)處理。光光源源光光學(xué)學(xué)系系統(tǒng)統(tǒng)被被測(cè)測(cè)對(duì)對(duì)象象光光學(xué)學(xué)變變換換光光電電轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換電電信信號(hào)號(hào)處處理理存儲(chǔ)存儲(chǔ)顯示顯示控制控制光學(xué)變換光學(xué)變換：通過(guò)各種光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)，如平面鏡、狹縫、：通過(guò)各種光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)，如平面鏡、狹縫、透鏡、棱鏡、光柵、成像系統(tǒng)等來(lái)

15、實(shí)現(xiàn)透鏡、棱鏡、光柵、成像系統(tǒng)等來(lái)實(shí)現(xiàn) ，作用是將被測(cè)量轉(zhuǎn)，作用是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為光參量（振幅、頻率、相位、偏振態(tài)，傳播方向變化換為光參量（振幅、頻率、相位、偏振態(tài)，傳播方向變化等）。等）。光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換：由各種光電器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，如光電檢測(cè)器件、光電：由各種光電器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，如光電檢測(cè)器件、光電攝像器件、光電熱敏器件等。攝像器件、光電熱敏器件等。光電系統(tǒng)框圖光電系統(tǒng)框圖v光學(xué)變換光學(xué)變換時(shí)域變換：調(diào)制振幅、頻率、相位、脈寬時(shí)域變換：調(diào)制振幅、頻率、相位、脈寬空域變換：光學(xué)掃描空域變換：光學(xué)掃描光學(xué)參量調(diào)制：光強(qiáng)、波長(zhǎng)、相位、偏振光學(xué)參量調(diào)制：光強(qiáng)、波長(zhǎng)、相位、偏振形成能被光電探測(cè)器接收，便于后續(xù)電

16、學(xué)處理的光學(xué)形成能被光電探測(cè)器接收，便于后續(xù)電學(xué)處理的光學(xué)信息。信息。v光電變換光電變換光電光電/ /熱電器件（傳感器）、變換電路、前置放大熱電器件（傳感器）、變換電路、前置放大將信息變?yōu)槟軌蝌?qū)動(dòng)電路處理系統(tǒng)的電信息（電信號(hào)將信息變?yōu)槟軌蝌?qū)動(dòng)電路處理系統(tǒng)的電信息（電信號(hào)的放大和處理）。的放大和處理）。v電路及計(jì)算機(jī)處理電路及計(jì)算機(jī)處理放大、濾波、調(diào)制、解調(diào)、放大、濾波、調(diào)制、解調(diào)、A/DA/D、D/AD/A、微機(jī)與接口、微機(jī)與接口、控制?？刂?。光電檢測(cè)系統(tǒng)的功能分類光電檢測(cè)系統(tǒng)的功能分類v測(cè)量檢查型測(cè)量檢查型: :幾何量幾何量: :長(zhǎng)度、角度、形狀、位置、形變、面積、體積、長(zhǎng)度、角度、形狀、位

17、置、形變、面積、體積、距離。距離。運(yùn)動(dòng)量運(yùn)動(dòng)量：速度、加速度、振動(dòng)：速度、加速度、振動(dòng)表面形狀表面形狀：光潔度、庇病、傷痕：光潔度、庇病、傷痕工作過(guò)程工作過(guò)程：濕度、流量、壓力、物位、：濕度、流量、壓力、物位、PHPH值、濃度等值、濃度等機(jī)械量機(jī)械量：重量、壓力、應(yīng)變、壓強(qiáng)：重量、壓力、應(yīng)變、壓強(qiáng)電學(xué)量電學(xué)量：電流、電壓、電場(chǎng)、磁場(chǎng)：電流、電壓、電場(chǎng)、磁場(chǎng)光學(xué)量光學(xué)量：吸收、反射、透射、光度、色度、波長(zhǎng)、光譜：吸收、反射、透射、光度、色度、波長(zhǎng)、光譜v控制跟蹤型控制跟蹤型跟蹤控制：激光制導(dǎo)，紅外制導(dǎo)跟蹤控制：激光制導(dǎo)，紅外制導(dǎo)數(shù)值控制：自動(dòng)定位，圖形加工形成，數(shù)值控制數(shù)值控制：自動(dòng)定位，圖形加

18、工形成，數(shù)值控制v圖象分析型圖象分析型圖形檢測(cè)圖形檢測(cè)圖形分析圖形分析光電檢測(cè)系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)光電檢測(cè)系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)v一般電子檢測(cè)系統(tǒng)一般電子檢測(cè)系統(tǒng)傳感器傳感器信號(hào)變換器信號(hào)變換器輸出環(huán)節(jié)輸出環(huán)節(jié)傳感器：從被測(cè)對(duì)象中提取被測(cè)信號(hào)，轉(zhuǎn)化成便傳感器：從被測(cè)對(duì)象中提取被測(cè)信號(hào)，轉(zhuǎn)化成便于測(cè)量的電參數(shù)于測(cè)量的電參數(shù)信號(hào)變換電路：完成信號(hào)的轉(zhuǎn)換、濾波和放大信號(hào)變換電路：完成信號(hào)的轉(zhuǎn)換、濾波和放大 一般光電系統(tǒng)一般光電系統(tǒng)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)光學(xué)通道光學(xué)通道光接收機(jī)光接收機(jī)光發(fā)射機(jī)：分為主動(dòng)式和被動(dòng)式光發(fā)射機(jī)：分為主動(dòng)式和被動(dòng)式 主動(dòng)式：光源（或加調(diào)制器）主動(dòng)式：光源（或加調(diào)制器） 被動(dòng)式：無(wú)自身光源，來(lái)

19、自被測(cè)物體的光熱輻射發(fā)射被動(dòng)式：無(wú)自身光源，來(lái)自被測(cè)物體的光熱輻射發(fā)射光學(xué)通道：大氣、空間、水下和光纖等光學(xué)通道：大氣、空間、水下和光纖等光接收機(jī)：收集入射的光信號(hào)并加以處理，恢復(fù)光載波信息光接收機(jī)：收集入射的光信號(hào)并加以處理，恢復(fù)光載波信息光接收機(jī)的基本結(jié)構(gòu)光接收機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 接收到的接收到的光場(chǎng)光場(chǎng)接收透鏡接收透鏡系統(tǒng)系統(tǒng)光電檢光電檢測(cè)器測(cè)器后繼檢測(cè)后繼檢測(cè)處理器處理器接收透鏡系統(tǒng)：對(duì)光信號(hào)進(jìn)行濾波、聚焦，入射接收透鏡系統(tǒng)：對(duì)光信號(hào)進(jìn)行濾波、聚焦，入射到光檢測(cè)器上；到光檢測(cè)器上；光電檢測(cè)器：完成光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換；光電檢測(cè)器：完成光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換；檢測(cè)處理電路：完成電信號(hào)的放大、調(diào)理及濾波，檢測(cè)

20、處理電路：完成電信號(hào)的放大、調(diào)理及濾波，恢復(fù)信號(hào)；恢復(fù)信號(hào)；光接收機(jī)的分類光接收機(jī)的分類1.功率檢測(cè)接收機(jī)功率檢測(cè)接收機(jī)直接檢測(cè)或非相干檢測(cè)直接檢測(cè)或非相干檢測(cè)2.外差檢測(cè)接收機(jī)外差檢測(cè)接收機(jī)相干檢測(cè)（空間相干）相干檢測(cè)（空間相干）光接收機(jī)的分類圖示光接收機(jī)的分類圖示透鏡透鏡光電檢測(cè)器光電檢測(cè)器接收到的光場(chǎng)空間濾波器空間濾波器頻率濾波器頻率濾波器直接檢測(cè)接收機(jī)直接檢測(cè)接收機(jī)外差檢測(cè)接收機(jī)外差檢測(cè)接收機(jī)合束鏡合束鏡光電檢測(cè)器光電檢測(cè)器接收到的光場(chǎng)本地激本地激光器光器本地光場(chǎng)本地光場(chǎng)聚焦光場(chǎng)聚焦光場(chǎng)透鏡透鏡光電檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)光電檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)v高精度：高精度：從地球到月球激光測(cè)距的精度達(dá)到：?jiǎn)未螠y(cè)

21、量時(shí)為從地球到月球激光測(cè)距的精度達(dá)到：?jiǎn)未螠y(cè)量時(shí)為1 1米；多次為厘米級(jí)?，F(xiàn)知道，月球以每年米；多次為厘米級(jí)?，F(xiàn)知道，月球以每年3.83.8厘米的速度遠(yuǎn)離厘米的速度遠(yuǎn)離地球。地球。v高速度：高速度：光速是最快的。光速是最快的。v遠(yuǎn)距離、大量程：遠(yuǎn)距離、大量程：遙控、遙測(cè)和遙感。遙控、遙測(cè)和遙感。v非接觸式檢測(cè)：非接觸式檢測(cè)：不改變被測(cè)物體性質(zhì)的條件下進(jìn)行測(cè)量。不改變被測(cè)物體性質(zhì)的條件下進(jìn)行測(cè)量。v壽命長(zhǎng)：壽命長(zhǎng)：光電檢測(cè)中通常無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分，故測(cè)量裝置壽命光電檢測(cè)中通常無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分，故測(cè)量裝置壽命長(zhǎng)，工作可靠、準(zhǔn)確度高，對(duì)被測(cè)物無(wú)形狀和大小要求。長(zhǎng)，工作可靠、準(zhǔn)確度高，對(duì)被測(cè)物無(wú)形狀和大小要

22、求。v數(shù)字化和智能化：數(shù)字化和智能化：強(qiáng)的信息處理、運(yùn)算和控制能力。強(qiáng)的信息處理、運(yùn)算和控制能力。光電檢測(cè)方法光電檢測(cè)方法v直接作用法直接作用法v差動(dòng)測(cè)量法差動(dòng)測(cè)量法v補(bǔ)償測(cè)量法補(bǔ)償測(cè)量法v脈沖測(cè)量法脈沖測(cè)量法I、直接作用法、直接作用法：受被測(cè)物理量控制的光通量，經(jīng)光電接：受被測(cè)物理量控制的光通量，經(jīng)光電接收器轉(zhuǎn)換后由檢測(cè)機(jī)構(gòu)可直接得到所求被測(cè)物理量。收器轉(zhuǎn)換后由檢測(cè)機(jī)構(gòu)可直接得到所求被測(cè)物理量。被測(cè)物理被測(cè)物理量量光通量光通量光電傳感光電傳感器器放大、定放大、定標(biāo)標(biāo)直接讀數(shù)直接讀數(shù)光電系統(tǒng)的基本模型光電系統(tǒng)的基本模型II、差動(dòng)測(cè)量法、差動(dòng)測(cè)量法：利用被測(cè)量與某一標(biāo)準(zhǔn)量相比較，所利用被測(cè)量與某

23、一標(biāo)準(zhǔn)量相比較，所得差或數(shù)值比可反應(yīng)被測(cè)量的大小。得差或數(shù)值比可反應(yīng)被測(cè)量的大小。放大放大相敏檢波器相敏檢波器uACREUL調(diào)制盤調(diào)制盤被測(cè)物被測(cè)物光楔光楔反光鏡反光鏡21雙光路差動(dòng)測(cè)量法測(cè)量物體長(zhǎng)度雙光路差動(dòng)測(cè)量法測(cè)量物體長(zhǎng)度III、補(bǔ)償測(cè)量法、補(bǔ)償測(cè)量法： 原理：是用光或電的方法原理：是用光或電的方法補(bǔ)償補(bǔ)償由被測(cè)量變化而引起的光由被測(cè)量變化而引起的光通量變化，補(bǔ)償器的可動(dòng)元件連接讀數(shù)裝置指示出補(bǔ)償通量變化，補(bǔ)償器的可動(dòng)元件連接讀數(shù)裝置指示出補(bǔ)償量值，其大小反應(yīng)被測(cè)量變化大小。量值，其大小反應(yīng)被測(cè)量變化大小。例：例：由相敏檢波器輸出控制光楔上下移動(dòng)，使由相敏檢波器輸出控制光楔上下移動(dòng)，使1

24、 1- -2 2=0=0，光楔移，光楔移動(dòng)與讀數(shù)機(jī)構(gòu)相連，讀數(shù)反映光通量的變化量，即被測(cè)值動(dòng)與讀數(shù)機(jī)構(gòu)相連，讀數(shù)反映光通量的變化量，即被測(cè)值。放大放大相敏檢波器相敏檢波器uACREUL調(diào)制盤調(diào)制盤被測(cè)物被測(cè)物光楔光楔反光鏡反光鏡21移動(dòng)控制及讀數(shù)顯示移動(dòng)控制及讀數(shù)顯示IV、脈沖測(cè)量法：、脈沖測(cè)量法： 原理：原理：測(cè)量中將被測(cè)量的光通量轉(zhuǎn)換成電脈沖，其測(cè)量中將被測(cè)量的光通量轉(zhuǎn)換成電脈沖，其參數(shù)（參數(shù)（脈寬，相位，頻率，脈沖數(shù)量脈寬，相位，頻率，脈沖數(shù)量等）反映被測(cè)等）反映被測(cè)量的大小。量的大小。 1、脈寬方法測(cè)長(zhǎng)度、脈寬方法測(cè)長(zhǎng)度：測(cè)量關(guān)系式：測(cè)量關(guān)系式： L=vL=v* *t=vt=v* *k

25、 k* *N=KN=K* *N Nk-k-高頻脈沖時(shí)間當(dāng)量高頻脈沖時(shí)間當(dāng)量K-K-長(zhǎng)度當(dāng)量長(zhǎng)度當(dāng)量N-N-計(jì)數(shù)器值計(jì)數(shù)器值高頻脈沖可取自電動(dòng)機(jī)或轉(zhuǎn)動(dòng)輪上脈沖，消除不勻速高頻脈沖可取自電動(dòng)機(jī)或轉(zhuǎn)動(dòng)輪上脈沖，消除不勻速帶來(lái)的誤差。帶來(lái)的誤差。vR1ER2高頻脈沖高頻脈沖N計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器光電檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)光電檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)v納米、亞納米高精度的光電測(cè)量新技術(shù)。v小型、快速的微型光、機(jī)、電檢測(cè)系統(tǒng)。v非接觸、快速在線測(cè)量。v微空間三維測(cè)量技術(shù)和大空間三維測(cè)量技術(shù)。v閉環(huán)控制的光電檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光電測(cè)量與光電控制一體化。v向人們無(wú)法觸及的領(lǐng)域發(fā)展。v光電跟蹤與光電掃描測(cè)量技術(shù)。一、在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用

26、一、在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用在線檢測(cè)：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位在線檢測(cè)：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位.現(xiàn)代工程裝備中，現(xiàn)代工程裝備中，檢測(cè)環(huán)節(jié)的成本約占檢測(cè)環(huán)節(jié)的成本約占5070%光電檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用光電檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用二、光電檢測(cè)技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用二、光電檢測(cè)技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用 家用電器：家用電器：數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)：自動(dòng)對(duì)焦數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)：自動(dòng)對(duì)焦-紅外測(cè)距傳感器紅外測(cè)距傳感器數(shù)字體溫計(jì)：接觸式數(shù)字體溫計(jì)：接觸式-熱敏電阻，非接觸式熱敏電阻，非接觸式-紅外傳感器紅外傳感器自動(dòng)感應(yīng)燈：亮度檢測(cè)自動(dòng)感應(yīng)燈：亮度檢測(cè)-光敏電阻光敏電阻空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度檢測(cè)空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫

27、度檢測(cè)-熱敏電阻、熱電偶熱敏電阻、熱電偶電話、麥克風(fēng)：話音轉(zhuǎn)換電話、麥克風(fēng)：話音轉(zhuǎn)換-駐極電容傳感器駐極電容傳感器遙控接收：紅外檢測(cè)遙控接收：紅外檢測(cè)-光敏二極管、光敏三極管光敏二極管、光敏三極管辦公商務(wù)：辦公商務(wù)：可視對(duì)講、可視電話：圖像獲取可視對(duì)講、可視電話：圖像獲取-面陣面陣CCDCCD掃描儀：文檔掃描掃描儀：文檔掃描-線陣線陣CCDCCD紅外傳輸數(shù)據(jù)：紅外檢測(cè)紅外傳輸數(shù)據(jù)：紅外檢測(cè)-光敏二極管、光敏三極管光敏二極管、光敏三極管醫(yī)療衛(wèi)生：醫(yī)療衛(wèi)生：電子血壓計(jì)：血壓檢測(cè)電子血壓計(jì)：血壓檢測(cè) - - 壓力傳感器壓力傳感器血糖測(cè)試儀、膽固醇檢測(cè)儀血糖測(cè)試儀、膽固醇檢測(cè)儀 - - 離子傳感器離子

28、傳感器三、檢測(cè)技術(shù)在軍事上的應(yīng)用三、檢測(cè)技術(shù)在軍事上的應(yīng)用美軍研制的未來(lái)單兵作戰(zhàn)武器美軍研制的未來(lái)單兵作戰(zhàn)武器夜視瞄準(zhǔn)機(jī)系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術(shù)夜視瞄準(zhǔn)機(jī)系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術(shù)激光測(cè)距儀：可精確的定位目標(biāo)。激光測(cè)距儀：可精確的定位目標(biāo)。 實(shí)例介紹實(shí)例介紹一、幾種簡(jiǎn)單的光電檢測(cè)系統(tǒng)舉例一、幾種簡(jiǎn)單的光電檢測(cè)系統(tǒng)舉例 1 1、光電計(jì)數(shù)器、光電計(jì)數(shù)器 2 2、紅外報(bào)警器、紅外報(bào)警器 3 3、光通信、光通信 4 4、轉(zhuǎn)速（角速度）的光電檢測(cè)、轉(zhuǎn)速（角速度）的光電檢測(cè) 5 5、脈沖激光測(cè)距、脈沖激光測(cè)距二、光電檢測(cè)系統(tǒng)的主要構(gòu)成及工作原理二、光電檢測(cè)系統(tǒng)的主要構(gòu)成及工作原理圖示為在傳送帶上對(duì)產(chǎn)品進(jìn)

29、行計(jì)數(shù)的原理圖。傳送帶圖示為在傳送帶上對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)的原理圖。傳送帶7 7上無(wú)產(chǎn)上無(wú)產(chǎn)品時(shí)，光源品時(shí)，光源1 1發(fā)出的光線，經(jīng)透鏡發(fā)出的光線，經(jīng)透鏡2 2和和22射向光電器件射向光電器件3 3；當(dāng)產(chǎn)；當(dāng)產(chǎn)品品6 6從計(jì)數(shù)裝置前面通過(guò)時(shí)，遮斷射向光電器件從計(jì)數(shù)裝置前面通過(guò)時(shí)，遮斷射向光電器件3 3的光線，光電的光線，光電器件器件3 3產(chǎn)生電脈沖，經(jīng)放大器產(chǎn)生電脈沖，經(jīng)放大器4 4放大后由計(jì)數(shù)器放大后由計(jì)數(shù)器5 5進(jìn)行計(jì)數(shù)。應(yīng)進(jìn)行計(jì)數(shù)。應(yīng)用于自動(dòng)打包、自動(dòng)裝箱、傳送帶上對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)、統(tǒng)用于自動(dòng)打包、自動(dòng)裝箱、傳送帶上對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)、統(tǒng)計(jì)街口汽車的流量等。計(jì)街口汽車的流量等。122 456

30、731.1.光電計(jì)數(shù)器光電計(jì)數(shù)器GYM2M3M4M5M1CDB1B2E紅外線紅外線2 2、 紅外報(bào)警器紅外報(bào)警器 當(dāng)有人進(jìn)入該區(qū)域，紅外線必被遮住，可自動(dòng)發(fā)出警報(bào)。當(dāng)有人進(jìn)入該區(qū)域，紅外線必被遮住，可自動(dòng)發(fā)出警報(bào)。紅外光源紅外光源GYGY發(fā)出的光束，經(jīng)旋轉(zhuǎn)的帶孔圓盤發(fā)出的光束，經(jīng)旋轉(zhuǎn)的帶孔圓盤C C調(diào)制，使紅外線調(diào)制，使紅外線變成頻率數(shù)百赫的斷續(xù)光變成頻率數(shù)百赫的斷續(xù)光( (或由脈沖電源供電，使光源直接發(fā)或由脈沖電源供電，使光源直接發(fā)出頻率一定的脈沖光出頻率一定的脈沖光) )，經(jīng)窗口，經(jīng)窗口B1B1、反射鏡、反射鏡M1-5M1-5及窗口及窗口B2B2后，后，照射于光敏三極管照射于光敏三極管GG

31、GG，它用遮光隔板，它用遮光隔板D D與光源隔開(kāi)以免受它的與光源隔開(kāi)以免受它的直接照射。直接照射。GGGG要選用對(duì)紅外線靈敏的光電器件，它接收紅外線要選用對(duì)紅外線靈敏的光電器件，它接收紅外線后，經(jīng)選頻放大器放大。后，經(jīng)選頻放大器放大。GG3 3、光通信、光通信 與無(wú)線電通信在原理、結(jié)構(gòu)及通信過(guò)程方面都是類似的，與無(wú)線電通信在原理、結(jié)構(gòu)及通信過(guò)程方面都是類似的，所不同的是傳送信息的運(yùn)載工具是用光而不用一般的無(wú)線電波。所不同的是傳送信息的運(yùn)載工具是用光而不用一般的無(wú)線電波。 光通信的原理示意圖如圖所示，聲音通過(guò)話筒光通信的原理示意圖如圖所示，聲音通過(guò)話筒1 1變?yōu)殡娦抛優(yōu)殡娦盘?hào)經(jīng)過(guò)音頻放大器號(hào)經(jīng)過(guò)音頻放大器2 2放大，輸出電流以調(diào)制發(fā)光二極管放大，輸出電流以調(diào)制發(fā)光二極管3 3的發(fā)的發(fā)光亮度，通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)光亮度，通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)4 4，將光信號(hào)傳送到接收端。當(dāng)光敏二，將光信號(hào)傳送到接收端。當(dāng)光敏二級(jí)管級(jí)管5 5接收到受音頻調(diào)制的光信號(hào)后，轉(zhuǎn)換為強(qiáng)弱變化的電信接收到受音頻調(diào)制的光信號(hào)后，轉(zhuǎn)換為強(qiáng)弱變化的電信號(hào)經(jīng)放大器號(hào)經(jīng)放大器6 6放大后，輸出到喇叭或耳機(jī)放大后，輸出到喇叭或耳機(jī)7 7，發(fā)出聲音。，發(fā)出聲音。E1E212675344 4、轉(zhuǎn)速（角速度）的光