光電傳感與檢測(cè)技術(shù)-緒論

光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt參考書目《光電檢測(cè)技術(shù)》曾光宇等編著清華大學(xué)出版社《光電傳感與檢測(cè)技術(shù)》江曉軍等編著機(jī)械工業(yè)出版社《光電檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用》周秀云等編著電子工業(yè)出版社教材《光電檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用》郭培源付揚(yáng)編著北京航空航天大學(xué)出版社編輯ppt教材《光電檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用》郭培源付揚(yáng)編著北京航空航天大學(xué)出版社編輯ppt參考書目《光電檢測(cè)技術(shù)》曾光宇等編著清華大學(xué)出版社《光電傳感與檢測(cè)技術(shù)》江曉軍等編著機(jī)械工業(yè)出版社《光電檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用》周秀云等編著電子工業(yè)出版社編輯ppt第一章緒論編輯ppt1.1課程內(nèi)涵1.2課程特點(diǎn)1.3課程組成★光電傳感技術(shù)★光電檢測(cè)技術(shù)1.3.1什么是傳感器？1.3.2光電傳感器的組成和分類1.3.3光電傳感器的特性1.3.4光電傳感器技術(shù)的作用和地位1.4光電檢測(cè)技術(shù)概述1.5光電檢測(cè)系統(tǒng)組成1.6光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本工作原理1.7光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式1.8光電檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)1.9光電檢測(cè)方法1.10光電檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用編輯ppt光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論

光電傳感與檢測(cè)技術(shù)是光學(xué)與電子學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興檢測(cè)技術(shù),它主要利用光電傳感器將光學(xué)信號(hào)變換成電學(xué)信號(hào),并采用電路放大和濾波處理等電子技術(shù)對(duì)變換后的電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，然后用電子學(xué)、信息論、計(jì)算機(jī)等方法進(jìn)行分析并進(jìn)一步傳遞、儲(chǔ)存、控制和顯示。

光電傳感與檢測(cè)技術(shù)具有非接觸、精度高、速度快、自動(dòng)化等特點(diǎn)，是光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合應(yīng)用。它將光電傳感器與單片機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及虛擬儀器技術(shù)相結(jié)合，使檢測(cè)技術(shù)更加方便。1.1課程內(nèi)涵1.2課程特點(diǎn)編輯ppt光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論★光電傳感技術(shù)★光電檢測(cè)技術(shù)1.3課程組成編輯ppt光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論在我們?nèi)粘Ｉ钪?，使用著各種各樣的傳感器，電冰箱、電飯煲中的溫度傳感器;空調(diào)中的溫度和濕度傳感器;

煤氣灶中的煤氣泄漏傳感器;

水表、電表、電視機(jī)和影碟機(jī)中的紅外遙控器;

照相機(jī)中的光傳感器;

汽車中燃料計(jì)和速度計(jì)等等，不勝枚舉。傳感器給我們的生活帶來了多少便利和幫助呢？1.3.1什么是傳感器？編輯ppt光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論1.3.1什么是傳感器?編輯ppt第1章緒論Ferrari330光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt車胎壓力監(jiān)測(cè)光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論編輯ppt第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt1.3.1什么是傳感器眼（視覺）

耳（聽覺）

鼻（嗅覺）皮膚（觸覺）

舌（味覺）感知外界信息→大腦→肌體人體系統(tǒng)和機(jī)器系統(tǒng)比較光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論編輯ppt1.3.1什么是傳感器人的體力和腦力勞動(dòng)通過感覺器官接收外界信號(hào)，將這些信號(hào)傳送給大腦，大腦把這些信號(hào)分析處理傳遞給肌體。如果用機(jī)器完成這一過程，計(jì)算機(jī)相當(dāng)人的大腦，執(zhí)行機(jī)構(gòu)相當(dāng)人的肌體，傳感器相當(dāng)于人的五官和皮膚。

傳感器好比人體感官的延長，有人又稱“電五官”。

傳感器外界信息感官大腦肌體計(jì)算機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論編輯ppt從廣義的角度來說，感知信號(hào)檢出器件和信號(hào)處理部分總稱為傳感器。1.3.1什么是傳感器光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論編輯ppt對(duì)于各種各樣的被測(cè)量，有各種各樣的傳感器。下面請(qǐng)看幾個(gè)傳感器應(yīng)用實(shí)例:1.3.1什么是傳感器光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論編輯ppt光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論編輯ppt光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論編輯ppt光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論1.3.2光電傳感器的組成和分類光電傳感器的組成:

光源

光電元件

光學(xué)通路光束沿著光學(xué)通路經(jīng)被測(cè)物體后攜帶被測(cè)量的信息發(fā)出一定強(qiáng)度的光接受被測(cè)量的光束編輯ppt光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論光電傳感器的分類:(1)按照探測(cè)機(jī)理分類:光子傳感器內(nèi)光電傳感器:光敏電阻、光生伏特器件、光電池、光敏二極管、光敏晶體管…外光電傳感器:光電管、光電倍增管、像增強(qiáng)器…熱傳感器熱釋電傳感器、熱電堆光傳感器、輻射熱計(jì)傳感器…編輯ppt光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論(2)按照光電傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)分類:★光纖傳感器、★光柵傳感器、★光電式傳感器、★模擬光學(xué)傳感器、★固態(tài)圖象傳感器…編輯ppt

傳感器一般要變換各種信息量為電量，對(duì)不同的輸入信號(hào)，輸出特性是不同的，由于受傳感器內(nèi)部?jī)?chǔ)能元件（電感、電容、質(zhì)量塊、彈簧等）的影響，對(duì)快變信號(hào)與慢變信號(hào)，反應(yīng)大不相同。慢變信號(hào)——輸入X為靜態(tài)或變化極緩慢的信號(hào)時(shí)研究靜態(tài)特性，即不隨時(shí)間變化的特性。快變信號(hào)——

輸入量X隨時(shí)間t變化較快時(shí)考慮輸出的動(dòng)態(tài)特性,即隨時(shí)間變化的特性；傳感器系統(tǒng)輸入XY輸出第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)1.3.3光電傳感器的特性編輯ppt(一)傳感器靜態(tài)特性

當(dāng)輸入量（X）為靜態(tài)（常量）或變化緩慢的信號(hào)時(shí)（如環(huán)境溫度、壓力），討論傳感器的靜態(tài)特性，輸入輸出關(guān)系稱靜態(tài)特性。

靜態(tài)特性包括：

線性度、遲滯、重復(fù)性、靈敏度、漂移…數(shù)學(xué)式表示為:第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt（1）線性度:

傳感器的輸入輸出關(guān)系可以用多項(xiàng)式表示：(一)

傳感器靜態(tài)特性其中：x—輸入量，Y—輸出量；a0—x=0時(shí)的輸出值a1—理想靈敏度a2,a3…..an——非線性項(xiàng)系數(shù)輸入與輸出之間數(shù)量關(guān)系的線性程度第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt(一)傳感器靜態(tài)特性

傳感器的非線性誤差（線性度）用相對(duì)誤差表示：

——最大非線性絕對(duì)誤差

——滿量程輸出

——線性度

YXYiXi△LmaxY=kx+b線性度是表征實(shí)際特性與擬合直線不吻合的參數(shù)

第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt各種直線擬合方法第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)(一)傳感器靜態(tài)特性編輯ppt最小二乘法線性度

設(shè)擬合直線方程:

取n個(gè)測(cè)點(diǎn),第i

殘差為:

求殘差平方和為最小值:解出k、b代入作擬合直線，△i為非線性誤差。第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)(一)傳感器靜態(tài)特性編輯ppt（2）遲滯

傳感器在正、反行程期間輸入、輸出曲線不重合的現(xiàn)象稱遲滯。

例：一電子秤增加砝碼10g——50g——100g——200g電橋輸出0.5mv——2mv——4mv——10mv減砝碼輸出1mv——3mv——6mv——10mv

第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)(一)傳感器靜態(tài)特性編輯ppt

遲滯誤差計(jì)算由滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示：

為正、反

行程輸出值間的最大差值

產(chǎn)生遲滯誤差的原因：由于敏感元件材料的物理性質(zhì)缺陷造成的。如彈性元件的滯后、外加磁場(chǎng)、電場(chǎng)作用的鐵磁體、鐵電體。遲滯誤差的存在使輸入輸出不能一一對(duì)應(yīng)。第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)(一)傳感器靜態(tài)特性編輯ppt（3）重復(fù)性

傳感器輸入量按同一方向作多次測(cè)量時(shí)輸出特性不一致的程度。屬于隨機(jī)誤差可用標(biāo)準(zhǔn)偏差表示：或用正反行程中最大重復(fù)偏差表示：σmax

——最大標(biāo)準(zhǔn)差；第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)(一)傳感器靜態(tài)特性編輯ppt（4）靈敏度在穩(wěn)定條件下輸出微小增量與輸入微小增量的比值對(duì)線性傳感器靈敏度是直線的斜率：S=ΔY/ΔX

對(duì)非線性傳感器靈敏度為一變量：S=dy/dx

靈敏度單位，mv/mmmv/℃第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)(一)傳感器靜態(tài)特性編輯ppt（5）漂移

定義:在輸入量保持不變的情況下,輸出量隨時(shí)間的變化產(chǎn)生原因:一是傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù);

二是周圍環(huán)境(如溫度,濕度等)

溫度漂移通常用傳感器工作環(huán)境溫度偏離標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度(一般為20

C)時(shí)的輸出值的變化量與溫度變化量之比來表示。第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)(一)傳感器靜態(tài)特性編輯ppt（6）分辨率和閾值

分辨率——

傳感器能夠檢測(cè)到的最小輸入增量；閾值——

輸入小到某種程度輸出不再變化的值；門檻靈敏度——

指輸入零點(diǎn)附近的分辨能力。

當(dāng)輸入的變化量被傳感器內(nèi)部噪聲吸收時(shí)將反映不到輸出！第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)(一)傳感器靜態(tài)特性編輯ppt

當(dāng)輸入量隨時(shí)間變化時(shí),討論傳感器的動(dòng)態(tài)特性。如:加速度、振動(dòng)等，這時(shí)被測(cè)量是時(shí)間的函數(shù)，或是頻率的函數(shù)。用時(shí)域法表示：

用頻域法表示：動(dòng)態(tài)特性是傳感器輸出對(duì)（隨時(shí)間變化的）輸入量的響應(yīng)特性，輸入與輸出之間存在的差異就是動(dòng)態(tài)誤差！(二)傳感器動(dòng)態(tài)特性第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt例：動(dòng)態(tài)測(cè)溫設(shè)環(huán)境溫度為T0,水槽中水的溫度為T,而且T＞T0

用熱電偶測(cè)溫,傳感器突然插入被測(cè)介質(zhì)中；理想情況測(cè)試曲線T是階躍變化的；實(shí)際熱電偶輸出值是緩慢變化，存在一個(gè)過渡過程水溫T℃熱電偶環(huán)境溫度To℃T＞To(二)傳感器動(dòng)態(tài)特性第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt

影響動(dòng)態(tài)特性的因素還與輸入信號(hào)的形式有關(guān),在對(duì)傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析時(shí)一般采用標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)和階躍信號(hào)。

輸入信號(hào)按正弦變化時(shí)，分析輸出信號(hào)的振幅、相位、頻率，稱頻率響應(yīng)；

輸入信號(hào)為階躍變化時(shí)，對(duì)傳感器輸出信號(hào)隨時(shí)間變化過程進(jìn)行分析，稱階躍響應(yīng)（瞬態(tài)響應(yīng)）；(二)傳感器動(dòng)態(tài)特性第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt（1）

傳遞函數(shù)

傳感器系統(tǒng)輸入激勵(lì)X（t)輸出響應(yīng)Y（t)假設(shè)傳感器輸入、輸出在線性范圍變化，當(dāng)輸入量隨時(shí)間變化時(shí)，它們的關(guān)系可用高階常系數(shù)線性微分方程表示：式中：Y—輸出；X—輸入；ai、bi為常數(shù)(二)傳感器動(dòng)態(tài)特性第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt微分方程兩邊取拉氏變換，將實(shí)函數(shù)變換到復(fù)變函數(shù)

時(shí)拉氏變換定義為：(二)傳感器動(dòng)態(tài)特性第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt傳感器的傳遞函數(shù)：

傳感器傳遞函數(shù)的在數(shù)學(xué)上的定義是：初始條件為零(t≤0，y=0)時(shí)，輸出的拉氏變換與輸入的拉氏變換之比,可由輸入和傳遞函數(shù)求出輸出拉氏變換，再求逆變換得出y(t)將頻域變換為時(shí)域。H（S）輸入激勵(lì)X（S)輸出響應(yīng)Y（S)(二)傳感器動(dòng)態(tài)特性第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt大多數(shù)傳感器的情況一般有

傳遞函數(shù)可化簡(jiǎn)為：分母多項(xiàng)式中的方程式有n個(gè)根，總可以分解為一次和二次的實(shí)系數(shù)因子(二)傳感器動(dòng)態(tài)特性第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt零階系統(tǒng)是個(gè)特例，無時(shí)間滯后，n=0時(shí)一階系統(tǒng),n=1二階系統(tǒng),n=2

用分母的階次代表傳感器的特征，數(shù)學(xué)模型是n階就稱n階傳感器。一個(gè)高階系統(tǒng)可以看成若干個(gè)零階、一階、二階系統(tǒng)串聯(lián)。傳感器種類很多，一般可簡(jiǎn)化為一階或二階系統(tǒng)，高階傳感器較少，也可分解成若干低階環(huán)節(jié)。(二)傳感器動(dòng)態(tài)特性第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt（2）一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)（慣性系統(tǒng)）

一階系統(tǒng)傳遞函數(shù)靜態(tài)靈敏度時(shí)間常數(shù)設(shè)k=1傳遞函數(shù)可簡(jiǎn)化為：

(二)傳感器動(dòng)態(tài)特性第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt（a)一階傳感器的階躍響應(yīng)（瞬態(tài)響應(yīng)）單位階躍信號(hào)拉氏變換為：

一階系統(tǒng)

由拉氏反變換得到單位階躍的響應(yīng)信號(hào)為：

一階系統(tǒng)輸出拉氏變換為：

(二)傳感器動(dòng)態(tài)特性第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt

一階傳感器的階躍響應(yīng)(二)傳感器動(dòng)態(tài)特性第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt討論：

瞬態(tài)響應(yīng)是指數(shù)函數(shù)，輸出曲線成指數(shù)變化逐漸達(dá)到穩(wěn)定；因?yàn)閼T性存在，輸出不能立刻達(dá)到穩(wěn)定，理論上t—∞時(shí)才能達(dá)到穩(wěn)定，當(dāng)t=τ時(shí)即達(dá)到穩(wěn)定值的63.2%，可見時(shí)間常數(shù)τ越小越好，是反映一階傳感器的重要參數(shù)；實(shí)際運(yùn)用時(shí)t=4τ時(shí)工程上認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定；由曲線看出它與動(dòng)態(tài)測(cè)溫相似，所以動(dòng)態(tài)測(cè)溫是典型的一階系統(tǒng)。(二)傳感器動(dòng)態(tài)特性第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt(b)

一階傳感器的頻率響應(yīng)

輸入正弦信號(hào)的拉氏變換一階系統(tǒng)

通過傳遞函數(shù)求出輸出：(二)傳感器動(dòng)態(tài)特性第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt1.3.4光電傳感器技術(shù)的作用和地位

構(gòu)成現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱是：傳感器技術(shù)（信息采集）；通信技術(shù)（信息傳輸）；計(jì)算機(jī)技術(shù)（信息處理）；它們?cè)谛畔⑾到y(tǒng)中分別起到

“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”的作用。在利用信息的過程中首先要解決獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取信息的主要途徑和手段。

光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論編輯ppt目前傳感器技術(shù)已經(jīng)在越來越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用，傳感器廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、交通、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療診斷、軍事科研、航空航天、現(xiàn)代辦公設(shè)備、智能樓宇和家用電器等領(lǐng)域。是構(gòu)建現(xiàn)代信息系統(tǒng)的重要組成部分。傳感器對(duì)觀測(cè)和自動(dòng)化技術(shù)所起的作用遠(yuǎn)比家用電器所起到的作用大的多。這幾乎是無可爭(zhēng)議的事實(shí)。光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論1.3.4光電傳感器技術(shù)的作用和地位編輯ppt

在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更有突出的地位。宏觀上的茫茫宇宙、微觀上的粒子世界、長時(shí)間的天體演化、短的瞬間反應(yīng)。超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場(chǎng)、弱磁場(chǎng)等極端技術(shù)研究。傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)。

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都需要用各種傳感器監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程的各個(gè)參數(shù)，一是保證產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量，二是保證設(shè)備工作在最佳狀態(tài)。傳感器是自動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)器件，直接影響到自動(dòng)化技術(shù)的水平。

光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論1.3.4光電傳感器技術(shù)的作用和地位編輯ppt

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論1.3.4光電傳感器技術(shù)的作用和地位編輯ppt

機(jī)器人

傳感器系統(tǒng)包括視覺:平面、立體非視覺:觸覺、滑覺、熱覺、力覺、接近覺、…

光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論1.3.4光電傳感器技術(shù)的作用和地位編輯ppt光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論1.1課程內(nèi)涵1.2課程特點(diǎn)1.3課程組成★光電傳感技術(shù)★光電檢測(cè)技術(shù)1.3.1什么是傳感器？1.3.2光電傳感器的組成和分類1.3.3光電傳感器的特性1.3.4光電傳感器技術(shù)的作用和地位1.4光電檢測(cè)技術(shù)概述1.5光電檢測(cè)系統(tǒng)組成1.6光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本工作原理1.7光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式1.8光電檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)1.9光電檢測(cè)方法1.10光電檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用編輯ppt沙漠機(jī)器人光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論1.3.4光電傳感器技術(shù)的作用和地位編輯ppt電子汽車衡

計(jì)量測(cè)試

超聲波測(cè)流量紅外測(cè)溫光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論1.3.4光電傳感器技術(shù)的作用和地位熱電偶測(cè)溫編輯ppt

醫(yī)療診斷

光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論1.3.4光電傳感器技術(shù)的作用和地位編輯ppt

家用電器液化氣煙霧報(bào)警器智能洗衣機(jī)遙控器光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論1.3.4光電傳感器技術(shù)的作用和地位編輯ppt

智能建筑

給排水系統(tǒng)泵系統(tǒng)鍋爐系統(tǒng)環(huán)境控制電力監(jiān)測(cè)能量計(jì)費(fèi)消防系統(tǒng)保安系統(tǒng)照明系統(tǒng)DDC光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論1.3.4光電傳感器技術(shù)的作用和地位編輯ppt自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(門禁系統(tǒng))打破了人們幾百年來用鑰匙開鎖的傳統(tǒng)指紋門禁感應(yīng)式門禁光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論1.3.4光電傳感器技術(shù)的作用和地位編輯ppt

最新濕度測(cè)量應(yīng)用領(lǐng)域

紡織品精確的煙草烘干木材烘干芯片生產(chǎn)要求最高的濕度穩(wěn)定性紙品濕度傳感器

過程控制

光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論1.3.4光電傳感器技術(shù)的作用和地位編輯ppt煙氣測(cè)量NOXNO+NO2dustsootH2SH2OHC

C-totalCO2

COO2

HCNHClHFNH3

SO2

環(huán)境監(jiān)測(cè)

光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論1.3.4光電傳感器技術(shù)的作用和地位編輯ppt上海盧浦大橋通車應(yīng)力試驗(yàn)光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論1.3.4光電傳感器技術(shù)的作用和地位編輯ppt智能化水質(zhì)檢驗(yàn)

水庫無線水質(zhì)感應(yīng)器下游用戶用戶光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論1.3.4光電傳感器技術(shù)的作用和地位編輯ppt傳感器已滲透到宇宙開發(fā)、海洋探測(cè)、軍事國防、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、商檢質(zhì)檢、甚至文物保護(hù)等等極其廣泛的領(lǐng)域?？梢院敛豢鋸埖卣f：幾乎每個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，以至各種復(fù)雜工程系統(tǒng)，都離不開各種各樣的傳感器。由此可見，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論1.3.4光電傳感器技術(shù)的作用和地位編輯ppt未來世界是個(gè)充滿傳感器的世界，還會(huì)有：智能房屋（自動(dòng)識(shí)別主人，太陽能提供能源）智能衣服（自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度）智能公路（自動(dòng)記錄公路的壓力、溫度、車流量）智能汽車（無人駕駛、衛(wèi)星定位）智能……

光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論1.3.4光電傳感器技術(shù)的作用和地位編輯ppt1.4光電檢測(cè)技術(shù)概述光電檢測(cè)技術(shù)是信息時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)！第1章緒論光電檢測(cè)技術(shù)是研究光電檢測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)，所謂光電檢測(cè)系統(tǒng)，是指對(duì)被測(cè)光學(xué)量或由非光學(xué)被測(cè)量轉(zhuǎn)換成的光學(xué)量，通過光電變換和電路處理的方法進(jìn)行檢測(cè)的系統(tǒng)。光電檢測(cè)技術(shù)是光學(xué)與電子學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興檢測(cè)技術(shù)，其功能是利用光電子技術(shù)對(duì)光學(xué)信息進(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)一步傳遞、存儲(chǔ)、控制、計(jì)算和顯示等。光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt實(shí)際上被測(cè)對(duì)象涉及各個(gè)領(lǐng)域。最初的測(cè)量對(duì)象是長度、體積、質(zhì)量和時(shí)間。18世紀(jì)以來科學(xué)技術(shù)取得飛速發(fā)展，被測(cè)對(duì)象迅速擴(kuò)大。力學(xué)領(lǐng)域有速度、加速度、力、功和能量等；電磁學(xué)領(lǐng)域中有電流、電壓、電阻、電容、磁場(chǎng)；化學(xué)領(lǐng)域中有濃度、成分、pH值等；工業(yè)領(lǐng)域中有流量、壓力、溫度、黏度等被測(cè)量。

現(xiàn)在的被測(cè)對(duì)象更為廣泛，有人體心電、腦電波等體表電位測(cè)量，生物斷面測(cè)量；工業(yè)領(lǐng)域的光澤、觸覺等品質(zhì)測(cè)量；衛(wèi)星上監(jiān)視地球的紅外線傳感器；機(jī)器人的視覺、觸覺、滑覺、接近覺等各種傳感器。

第1章緒論1.4光電檢測(cè)技術(shù)概述光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt1.4光電檢測(cè)系統(tǒng)概述就被測(cè)對(duì)象而言工業(yè)上需要檢測(cè)的量有電量和非電量?jī)纱箢?。非電量早期多用非電量的方法測(cè)量，例如：用尺測(cè)量長度；用液體熱膨脹的溫度計(jì)測(cè)溫度；天平測(cè)量物重。

傳統(tǒng)的傳感器可以完成從非電量到非電量的轉(zhuǎn)換，但無法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代智能儀器儀表的自動(dòng)測(cè)量，無法完成過程控制的自動(dòng)檢測(cè)與控制。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)測(cè)量的精確度、速度提出新的要求，尤其對(duì)動(dòng)態(tài)變化的物理過程和物理量遠(yuǎn)距離測(cè)量，用非電方法無法實(shí)現(xiàn)，必須采用電測(cè)法。第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt定義：被測(cè)信息：傳感器、檢測(cè)儀器、檢測(cè)裝置、檢測(cè)系統(tǒng)全部操作：檢測(cè)過程:確定被測(cè)對(duì)象的屬性和量值為目的的全部操作檢測(cè)的基本概念信號(hào)采集、信號(hào)處理、信號(hào)顯示、信號(hào)輸出物理量（光、電、力、熱、磁、聲、…）被測(cè)對(duì)象：宇宙萬物（固液氣體、動(dòng)物、植物、天體……）檢測(cè)器具:化學(xué)量（PH、成份…）生物量（酶、葡萄糖、…）……編輯ppt例：空調(diào)機(jī)測(cè)量控制室溫空氣被測(cè)對(duì)象：被測(cè)信息：檢測(cè)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(hào)處理顯示空調(diào)機(jī)編輯ppt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)，即通過光電檢測(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，再經(jīng)過A/D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量。1.5光電檢測(cè)系統(tǒng)組成編輯ppt光電檢測(cè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換光電光源照明光學(xué)系統(tǒng)被測(cè)對(duì)象光學(xué)變換電信號(hào)處理存儲(chǔ)顯示控制光學(xué)變換電路處理編輯ppt光電檢測(cè)系統(tǒng)光是信息傳遞的媒介，它由光源產(chǎn)生。光源與照明光學(xué)系統(tǒng)一起獲得測(cè)量所需的光載波；光載波與被測(cè)對(duì)象同時(shí)作用在光學(xué)系統(tǒng)上而將被測(cè)量載荷到光載波上，稱為光學(xué)變換。光學(xué)變換是用各種調(diào)制的方法來實(shí)現(xiàn)的。光學(xué)變換后的光載波上載荷有各種被測(cè)信息，稱為光信息；光信息經(jīng)光電器件實(shí)現(xiàn)由光向電的信息轉(zhuǎn)換，稱為光電轉(zhuǎn)換；然后被測(cè)信息就可用各種電信號(hào)處理的方法實(shí)現(xiàn)解調(diào)、濾波、整形、判向、細(xì)分等，或送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的運(yùn)算，直接顯示被測(cè)量或者存儲(chǔ)或者去控制相應(yīng)的裝置。

編輯ppt

光源與照明光學(xué)系統(tǒng)是光電檢測(cè)系統(tǒng)必不可少的一部分，可根據(jù)需要選擇一定輻射功率、一定光譜范圍、一定發(fā)光空間分布的光源，以該光源發(fā)出的光作為載體攜帶被測(cè)信息，一般光源可以選擇白熾燈、氣體放電燈、發(fā)光二極管、激光器等，有時(shí)被測(cè)對(duì)象就是光源（如人體）；照明系統(tǒng)可分為透射照明系統(tǒng)、反射、折反射照明系統(tǒng)等。

編輯ppt光源光源是光電檢測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，大多數(shù)光電檢測(cè)系統(tǒng)都離不開光源。光電式檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)光源的選擇要考慮很多因素，例如波長、光譜分布、相干性、體積、造價(jià)、功率等。常用的光源可分為四大類：熱輻射光源、氣體放電光源、電致發(fā)光器件和激光器等。編輯ppt分類：按照發(fā)光機(jī)理，光源可以分成如下幾類：

太陽

熱輻射光源

白熾燈、鹵鎢燈

黑體輻射器

汞燈

熒光燈

鈉燈

氣體放電光源

氙燈光源

金屬鹵化物燈

空心陰極燈

場(chǎng)致發(fā)光電致發(fā)光光源

發(fā)光二極管

氣體激光器

固體激光器

激光器

染料激光器

半導(dǎo)體激光器編輯ppt（一）熱輻射光源

熱物體都會(huì)向空間發(fā)出一定的光輻射，基于這種原理的光源稱為熱輻射光源。物體溫度越高，輻射能量越大。鹵鎢燈是一種特殊的白熾燈，燈泡用石英玻璃制作，能夠耐3500K的高溫，燈泡內(nèi)充以鹵素元素，通常是碘，光通量在整個(gè)壽命期中始終能夠保持相對(duì)穩(wěn)定。白熾燈為可見光源，它的能量只有15%落在可見光區(qū)域，其峰值波長在近紅外區(qū)域，約1~1.5mm，可用作近紅外光源。熱輻射光源輸出功率大，但對(duì)電源的響應(yīng)速度慢，不能用于快速的正弦和脈沖調(diào)制。編輯ppt（二）氣體放電光源

電流通過氣體會(huì)產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象，利用這種原理制成的光源稱為氣體放電光源。氣體放電光源的光譜不連續(xù)，光譜與氣體的種類及放電條件有關(guān)。改變氣體的成分、壓力、陰極材料和放電電流的大小，可以得到在某一光譜范圍的輻射源。低壓汞燈、氫燈、鈉燈、鎘燈、氦燈、氙燈是光譜儀器中常用的光源，統(tǒng)稱為光譜燈。例如低壓汞燈的輻射波長為254nm，鈉燈的輻射波長約為589nm，它們經(jīng)常用作光電檢測(cè)儀器的單色光源。

編輯ppt（三）電致發(fā)光器件

固體發(fā)光材料在電場(chǎng)激發(fā)下產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象稱為電致發(fā)光，它是將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的過程。利用這種現(xiàn)象制成的器件稱為電致發(fā)光器件，如發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光器和電致發(fā)光屏等。編輯ppt激光器種類繁多，按工作物質(zhì)分類：固體激光器（如紅寶石激光器）氣體激光器（如氦-氖氣體激光器、二氧化碳激光器）半導(dǎo)體激光器（如砷化鎵激光器）液體激光器。（四）激光器編輯ppt

光學(xué)變換是指上述光源發(fā)出的光在通過被測(cè)對(duì)象時(shí)，利用各種光學(xué)效應(yīng)，如反射、折射、干涉、衍射、吸收、散射、偏振等，使光束攜帶上被測(cè)對(duì)象的特征信息，形成待檢測(cè)的光信號(hào)，光學(xué)變換通常是用各種光學(xué)元件及其系統(tǒng)（平面鏡、透鏡、棱鏡、狹縫、光楔、起偏器、波片、碼盤、光柵、光學(xué)成像系統(tǒng)、光學(xué)干涉系統(tǒng)等）來實(shí)現(xiàn)將待測(cè)量(位移、長度、溫度、形變等)轉(zhuǎn)換為光參量（振幅、頻率、相位、偏振態(tài)、傳播方向變化等）。編輯ppt

光電轉(zhuǎn)換是光電檢測(cè)的核心部分，主要作用是以光信號(hào)為媒質(zhì)，以光電探測(cè)器為手段，將各種經(jīng)待測(cè)量調(diào)制的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以便于用目前最成熟的電子技術(shù)進(jìn)行信號(hào)的處理。編輯ppt

電信號(hào)處理是由各種電子線路組成，主要有兩個(gè)功能：（１）實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱電信號(hào)的檢測(cè)，（２）實(shí)現(xiàn)光源的穩(wěn)定化。具體包括放大、濾波、整形和去噪等。常用電路：選頻放大器相敏檢波器（相敏整流器、相敏解調(diào)器）相位檢測(cè)器（鑒相器）鑒頻器脈沖寬度鑒別器積分微分運(yùn)算器鎖相環(huán)及鎖相放大器編輯ppt

存儲(chǔ)、顯示和控制部分中，關(guān)鍵是控制部分，在需要利用檢測(cè)量進(jìn)行反饋后實(shí)施控制的系統(tǒng)中，需要附加控制部分。編輯ppt1.6光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本工作原理光電檢測(cè)系統(tǒng)是以光電信息變換為基礎(chǔ)的，把待測(cè)量通過光電信息變換變?yōu)殡娏縼磉M(jìn)行測(cè)量的。第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt1.6光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本工作原理（一）把待測(cè)量變換為連續(xù)光信息量它是以光通量的大小來反映待檢測(cè)量的大小。光電探測(cè)器的輸出往往與入射到它的光敏面上的光通量成正比，所以，光電探測(cè)器的光電流大小可以反映出待檢測(cè)量的大小，即光電流I是待檢測(cè)信息量Q值的函數(shù)：I=f(Q)這是一種模擬量信息變換。光電傳感與檢測(cè)技術(shù)第1章緒論編輯ppt1.6光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本工作原理（二）把待檢測(cè)量變換為脈沖光信息量它是以光脈沖或條紋數(shù)的多少來反映待測(cè)量的大小，光電探測(cè)器的輸出為低電平和高電平兩個(gè)狀態(tài)組成的一系列脈沖數(shù)字信息，這些數(shù)字信息量T是待測(cè)信息量Q的函數(shù)：T=f(Q)

這是一種模/數(shù)信息轉(zhuǎn)換。數(shù)字信息量只取決于光通量的有無，對(duì)光源和光電探測(cè)器要求相對(duì)較低。第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt1.7光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式為了與幾何光學(xué)和物理光學(xué)體系相對(duì)應(yīng)，光電變換結(jié)構(gòu)形式分為：按幾何光學(xué)變換的光電檢測(cè)方法按物理光學(xué)變換的光電檢測(cè)方法輻射式反射式遮擋式透射式干涉式衍射式第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt1.7光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式（一）幾何光學(xué)變換的結(jié)構(gòu)形式（1）、輻射式1、被測(cè)物體2、會(huì)聚透鏡3、光電二極管第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt1.7光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式

待測(cè)物本身就是輻射源，根據(jù)輻射出的功率、光譜分布、溫度等參數(shù)可以確定待測(cè)物的存在、所處的方位，根據(jù)光譜結(jié)構(gòu)可以分析待測(cè)物的成分，如輻射高溫計(jì)、火焰報(bào)警器、熱成像儀、太陽能利用、偵察、跟蹤、武器制導(dǎo)等。第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt1.7光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式例：全輻射測(cè)溫：由斯忒藩－玻爾茲曼（Stefan—Boltzman）定律可知，物體的全輻射出射度為：（1）式中：ε—比輻射率，對(duì)于某一物體ε值為常數(shù)σ—斯忒藩－玻爾茲曼常數(shù)；T—絕對(duì)溫度。在近距離測(cè)量時(shí)，可不考慮大氣對(duì)輻射的吸收作用，則光電探測(cè)器輸出的電壓信號(hào)為：式中β為光電變換系數(shù)。將（1）代入上式得：(2)

結(jié)論：通過測(cè)量電壓VS可以測(cè)量輻射體的溫度。第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt1.7光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式（2）、反射式1、光源2、被測(cè)物3、光電探測(cè)器第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt1.7光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式由待測(cè)物把光反射到光電接收器，反射面狀態(tài)可以呈光滑的鏡面或粗糙狀，對(duì)應(yīng)鏡面反射和漫反射。反射形式分為：鏡面反射（沿特定方向射出）漫反射（光向各個(gè)方向反射）（1）光電準(zhǔn)直（2）電動(dòng)機(jī)等轉(zhuǎn)動(dòng)物體的轉(zhuǎn)速測(cè)量接收到的光通量大小與產(chǎn)生漫反射的表面材料性質(zhì)、表面粗糙度以及表面缺陷等因素有關(guān)，故可檢測(cè)物體外觀質(zhì)量第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt1.7光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式測(cè)轉(zhuǎn)速的例子：

軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周，光電探測(cè)器4就獲得一個(gè)由光源1發(fā)出的反射光的脈沖，此脈沖數(shù)就反映了軸的轉(zhuǎn)速。

1、光源2、轉(zhuǎn)軸3、小平面鏡4、光電探測(cè)器第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt1.7光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式（3）、遮擋式1、光源2、待檢測(cè)物3、光電探測(cè)器物理寬度為b，遮光位移量為Δl，則遮光面積為Α為光學(xué)系統(tǒng)橫向放大率，則光電探測(cè)器輸出電信號(hào)變化量為：可測(cè)物體位移量和尺寸：光電尺寸投影檢測(cè)儀、光控開關(guān)、防盜報(bào)警等。第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt1.7光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式（4）、透射式

光透過待測(cè)物體，其中一部分光通量被吸收或散射，另一部分透過待測(cè)物體由光電探測(cè)器接收，被吸收或散射的光通量的數(shù)值取決于待測(cè)物體的性質(zhì)。

如光透過均勻介質(zhì)，透過量符合朗伯-比爾定律，即結(jié)論：可基于此法檢測(cè)液體或氣體濃度、透明度，檢測(cè)透明薄膜厚度，透明容器缺陷等。第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt1.7光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式（4）、透射式第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)

光透過待檢測(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。編輯ppt1.7光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式（二）物理光學(xué)變換的結(jié)構(gòu)形式（1）、干涉式1－光源2－透鏡3－分束器4－反射鏡5－待測(cè)物體6－光電探測(cè)器結(jié)論：可基于此法檢測(cè)位移、振動(dòng)、液體或氣體濃度、折射率等，靈敏度很高。第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt1.7光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式（2）、衍射式衍射測(cè)量原理結(jié)構(gòu)

第1章緒論光電傳感與檢測(cè)技術(shù)編輯ppt1.8光電檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)高精度：從地球到月球激光測(cè)距的精度達(dá)到1米。高速度：光速是最快的。遠(yuǎn)距離、大量程：遙控、遙測(cè)和遙感。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。壽命長：光電檢測(cè)中通常無機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分，故測(cè)量裝置壽命長，工作可靠、準(zhǔn)確度高，對(duì)被測(cè)物無形狀和大小要求。數(shù)字化和智能化：強(qiáng)的信息處理、運(yùn)算和控制能力。編輯ppt1.9光電檢測(cè)方法直接作用法差動(dòng)測(cè)量法補(bǔ)償測(cè)量法脈沖測(cè)量法編輯ppt1.10光電檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用納米、亞納米高精度的光電測(cè)量新技術(shù)。小型、快速的微型光、機(jī)、電檢測(cè)系統(tǒng)。非接觸、快速在線測(cè)量。微空間三維測(cè)量技術(shù)和大空間三維測(cè)量技術(shù)。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