光電檢測技術與應用-1緒論

光電檢測技術及應用光電檢測技術及應用課程：光電檢測技術與應用參考教材：

《光電檢測技術與應用》

郭培源付揚編著北京航空航天大學出版社《光電測試技術與系統(tǒng)》

劉鐵根主編機械工業(yè)出版社內(nèi)容包括六部分：一、緒論二、發(fā)光器件（光源）三、光電檢測器件的工作原理及特性四、光電檢測器件及應用五、光纖傳感檢測技術六、典型光電檢測系統(tǒng)課程32學時：教師講授(22)+實驗（10學時）討論（2人一組，10~15分鐘）交叉內(nèi)容：提問+提煉重點

考試成績：期末考試75+平時成績25

課程安排光電信息技術1、光電源器件和可控光功能器件及集成2、光通信和綜合信息網(wǎng)絡3、光頻微電子4、光學方法用于瞬態(tài)光學觀測5、光電傳感、光纖傳感和圖像傳感6、激光、紅外、微光探測、定向與制導7、光電精密測試、在線檢測和控制8、混合光電信息處理、識別和圖像分析9、光電人工智能和機器視覺10、光電邏輯運算和光電計算機及光電數(shù)據(jù)存儲11、生物光子學本課程的主要內(nèi)容包括5、6、7中的內(nèi)容光電檢測的元器件、系統(tǒng)、方法和應用以光電子學為基礎，以光電子器件為主體，研究和發(fā)展光電信息的形成、傳輸、接收、變換、處理和應用。主要包括：定義：被測信息：傳感器、檢測儀器、檢測裝置、檢測系統(tǒng)全部操作：檢測過程確定被測對象的屬性和量值為目的的全部操作檢測的基本概念信號采集、信號處理、信號顯示、信號輸出物理量（光、電、力、熱、磁、聲、…）被測對象：宇宙萬物（固液氣體、動物、植物、天體……）檢測器具化學量（PH、成份…）生物量（酶、葡萄糖、…）……1、檢測基本概念直接測量：對儀表讀數(shù)不經(jīng)任何運算，直接得出被測量的數(shù)值。例如：長度：直尺、游標卡尺、千分尺電壓：萬用表質(zhì)量：天平間接測量：測量幾個與被測量相關的物理量，通過函數(shù)關系式計算出被測量。例如：電功率：P=I*V（電流/電壓）重力加速度：單擺測量（L：擺的線長，T：擺動的周期）

返回1、檢測基本概念例：空調(diào)機測量控制室溫空氣被測對象：被測信息：檢測器具：操作過程：室內(nèi)空氣溫度溫度傳感器---熱電阻、熱電偶熱敏電阻電信號處理顯示空調(diào)機返回1、檢測基本概念2、光電檢測系統(tǒng)以光為信息的載體，利用光電傳感器實現(xiàn)檢測，即將被測量轉(zhuǎn)換為光通量，再將光通量轉(zhuǎn)換為電量，并綜合運用信息傳輸和處理技術，完成在線和自動測量。光電傳感器：基于光電效應，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。

光電檢測系統(tǒng)電子檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)成傳感器信號調(diào)理輸出環(huán)節(jié)傳感器——處于被測對象與檢測系統(tǒng)的接口處，是一個信號變換器，它直接從被測對象中提前被測量的信息，感受其變化，并轉(zhuǎn)化成便于測量的電參數(shù)。由傳感器檢測到的信號一般是電信號，它不能直接滿足輸出的要求，需要進一步的變換、處理和分析光電檢測系統(tǒng)光電系統(tǒng)的基本模型光發(fā)射機光學信道光接收機光源光學系統(tǒng)被測對象光學變換調(diào)理電路光電轉(zhuǎn)換光電檢測系統(tǒng)組成A/D輸出光電傳感光電檢測系統(tǒng)的功能分類測量檢查型:幾何量:長度、角度、形狀、位置、形變、面積、體積、距離。運動量：速度、加速度、振動表面形狀：光潔度、庇病、傷痕工作過程：濕度、流量、壓力、物位、PH值、濃度等機械量：重量、壓力、應變、壓強電學量：電流、電壓、電場、磁場光學量：吸收、反射、透射、光度、色度、波長、光譜控制跟蹤型跟蹤控制：激光制導，紅外制導數(shù)值控制：自動定位，圖形加工形成，數(shù)值控制圖象分析型圖形檢測圖形分析光電檢測系統(tǒng)的功能分類光電檢測系統(tǒng)光電系統(tǒng)主動式光電系統(tǒng)（光發(fā)射機由光源和調(diào)制器構(gòu)成）被動式光電系統(tǒng)（光發(fā)射機為被探測物體的光（熱）輻射發(fā)射）光接收機功率檢測接收機：直接檢測光功率，簡單（直接檢測接收機或非相干接收機）外差接收機（空間相干接收機）：復雜檢測本地光波場與接收光波場的合成波

光電傳感器是基于光電效應，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的一種傳感器。主要有光電二極管、光電三極管、光敏電阻、光電耦合器、光電池和圖像傳感器等。光電傳感器的種類類型實例PN結(jié)PN光電二極管（Si,Ge,GaAs)PIN光電二極管（Si）雪崩光電二極管(Si,Ge)光電晶體管(Si)集成光電傳感器和光電晶閘管(Si)非PN結(jié)光電元件(CdS,CdSe,Se,PbS)熱電元件(PZT,LiTaO3,PbTiO3)電子管類光電管，攝像管，光電倍增管其他類色敏傳感器固體圖象傳感器（SI，CCD/MOS/CPD型）位置檢測用元件（PSD）光電池返回光電檢測技術的特點1.高精度如：激光干涉法檢測長度的精度可達0.05微米/米；光柵莫爾條紋法測角可達0.04秒；激光測距法測量地月距離的分辨率1米；

2.高速度光的傳播速度最快，光速3*108m/s。3.遠距離、大量程遙感、遙測。4.非接觸檢測沒有測量力，對被測參量影響小，檢測效率高。5.壽命長光波永不磨損，光電檢測中通常無機械運動部分，故測量裝置壽命長，工作可靠、準確度高，對被測物無形狀和大小要求6.很強的信息處理和運算能力光電檢測技術的特點光電檢測方法直接作用法——受被測物理量控制的光通量，經(jīng)過光電接收器轉(zhuǎn)換成電信號以后由檢測機構(gòu)可以直接得到所求的被測物理量。結(jié)構(gòu)簡單，精度不高，易受干擾差動測量法——利用被測物理量和某一標準量相比較，所得的差或者數(shù)值比可以反應被測量的大小補償測量法——用光或者電的方法補償由被測量變化引起的光通量的變化，補償器的可動原件連接讀數(shù)裝置指示出補償量值，補償值的大小反應了被測量變化的大小脈沖測量法——在測量中將被測量的光通量轉(zhuǎn)換成電脈沖，其參數(shù)（脈寬、相位、頻率等）反應了被測量的大小光電檢測技術發(fā)展趨勢納米、亞納米高精度的光電測量新技術。小型、快速的微型光、機、電檢測系統(tǒng)。非接觸、快速在線測量。微空間三維測量技術和大空間三維測量技術。閉環(huán)控制的光電檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)光電測量與光電控制一體化。向人們無法觸及的領域發(fā)展。光電跟蹤與光電掃描測量技術。檢測技術在日常生活中的應用

家用電器：數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機：自動對焦---紅外測距傳感器數(shù)字體溫計：接觸式---熱敏電阻，非接觸式---紅外傳感器自動感應燈：亮度檢測---光敏電阻空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度檢測---熱敏電阻、熱電偶電話、麥克風：話音轉(zhuǎn)換---駐極電容傳感器遙控接收：紅外檢測---光敏二極管、光敏三極管辦公商務：可視對講、可視電話：圖像獲取---面陣CCD掃描儀：文檔掃描---線陣CCD紅外傳輸數(shù)據(jù)：紅外檢測---光敏二極管、光敏三極管醫(yī)療衛(wèi)生：電子血壓計：血壓檢測---壓力傳感器血糖測試儀、膽固醇檢測儀---離子傳感器在工業(yè)生產(chǎn)領域的應用在線檢測：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位….現(xiàn)代工程裝備中，檢測環(huán)節(jié)的成本約占50~70%檢測技術在軍事上的應用美軍研制的未來單兵作戰(zhàn)武器夜視瞄準機系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術激光測距儀：可精確的定位目標。美國國家導彈防御計劃---NMD1.地基攔截器2.早期預警系統(tǒng)3.前沿部署(如雷達）4.管理與控制系統(tǒng)5.衛(wèi)星紅外線監(jiān)測系統(tǒng)

監(jiān)測系統(tǒng):探測和發(fā)現(xiàn)敵人導彈的發(fā)射并追蹤導彈的飛行軌道；

攔截器：能識別真假彈頭，敵友方“阿波羅10”：火箭部分---2077個傳感器飛船部分---1218個傳感器檢測參數(shù)---加速度、溫度、壓力、振動、流量、應變、聲學神州飛船：185臺（套）儀器裝置檢測技術在航天領域的應用學習本課程的目的了解光電檢測系統(tǒng)的基本組成，光電檢測技術的特點和發(fā)展趨勢。掌握光電檢測器件（傳感器、光源和成像器件）的工作原理及基本特性，了解它們的應用范圍。能夠根據(jù)特性參數(shù)，選擇合適的光電檢測器件。熟悉常用器件的性能指標。掌握直接檢測與外差檢測的原理和區(qū)別。了解光纖傳感檢測技術的原理和應用，掌握光纖的光波調(diào)制技術。掌握了解常用光電檢測技術的測量、數(shù)據(jù)采集、處理和轉(zhuǎn)換的方法，了解所需的元器件、儀器和相關的接口技術。浙江大學（杭州西湖區(qū)

）清華大學天津大學北京航空航天大學