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1、2019年5月25日星期六,光电检测技术及应用,第1章 绪论,任课教师：徐熙平,目 录,课程简介 学时分配 学习目的及意义 特点和发展状况 光电检测系统的组成 举例常用的光电检测系统,第1章 绪论,课程简介,课程性质：专业基础课 学 分：3.5 学 时：64（48学时讲课+16学时实验） 先修课程：工程光学、传感器、电子线路、微机原理 使用教材：光电检测技术及应用徐熙平 张宁编著 机械工业出版社 参考书目：光电检测技术雷玉堂，中国计量出版社 光电检测技术曾光宇等编著，清华大学出版社 激光光电检测吕海宝等编著，国防科技大学出版社 光电检测技术与应用郭培源编著，北京航空航天大学出版社 光电技术王庆
2、有编著，机械工业出版社,第 1 章 绪论： 1学时,第1章 绪论,学时分配,第 2 章 光电效应： 2学时,第 3 章 光电检测器件： 8学时,第 4 章 半导体发光管与激光器： 4学时,第 5 章 辐射信号检测： 4学时,第 6 章 光电检测系统典型电路： 6学时,第 7 章 光学相关检测： 2学时,第 8 章 外形尺寸检测： 4学时,第 9 章 位移量检测： 6学时,第10章 外观检测： 4学时,第11章 光纤传感测量： 2学时,第12章 光电检测技术的综合应用：4学时,光电检测系统的组成及特点。,半导体的物理基础，半导体对光的吸收，各类光电效应。,光电导器件、光生伏特器件、光电发射器件、
3、热辐射探测器件、热释电器件、光电耦合器件和图像传感器件等各种光电传感器的结构、工作原理、特性参数和使用方法。,发光二极管、激光器等常用光源的工作原理、特性及其应用。,辐射信号检测的方法，如直接检测、光外差检测、基于几何光学方法的光电信息变换检测、温度检测、莫尔条纹检测，并结合实际举例说明了如何使用调制盘检测、投影放大法、光三角法、光扫描法、光焦点法等进行长、宽尺寸测量的原理。,常用的光电传感器如光敏电阻、光敏二极管、CCD电荷耦合器件等对应的典型电路，并举例说明了使用可编程逻辑器件进行CCD驱动的方法，视频信号的二值化处理方法，光电信号常用的辨向处理和细分电路。,光学相关探测的基本概念和应用、
4、光学相关探测器的原理和典型电路。,光电检测技术在外形尺寸检测、位移量检测、外观检测方面的应用。,光导纤维的基本知识以及光纤传感器的原理和应用。,光电检测技术的综合应用，如光电多功能二维自动检测系统、曲臂光电综合测量系统、激光扫描圆度误差测量系统、飞轮齿圈总成圆跳动非接触检测系统、座圈尺寸光电非接触测量系统、管道直线度光电检测系统。,第1章 绪论,一、目的和意义,采用不同的手段和方法来获得不同类型的信息，然后运用光电技术的方法来检验和处理信息，从而实现各种几何量和物理量的测量，称为光电检测技术。 光电检测技术具有系统性和综合性，涉及光学、电子学、计算机科学等多个领域。已深入到各行各业，在信息与信
5、号提取和分析中起到重要作用。 近年来国内应用光电技术，针对不同的检测需求，开发了大量典型光电检测仪器与系统，形成许多新光电检测技术与方法。鉴于这种情况需要开设光电检测技术及应用课程，为今后科研、生产解决光电检测技术问题打下基础。,第1章 绪论,二、特点及发展趋势,发展趋势： 纳米、亚纳米高精度的光电测量新技术。 小型、快速的微型光、机、电检测系统。 微空间三维测量技术和大空间三维测量技术。 闭环控制的光电检测系统，实现光电测量与光电控制一体化。 向人们无法触及的领域发展。 光电跟踪与光电扫描测量技术。,特点： 数字化和智能化：强的信息处理、运算和控制能力。 高精度和高速度：从地球到月球激光测距
6、的精度达到1米。 非接触式检测：不改变被测物体性质的条件下进行测量。 远距离、大量程：遥控、遥测和遥感。,第1章 绪论,三、系统组成,图1-1 光电检测系统组成框图,1、辐射源 辐射源一般由光源及其电源组成，是将电能转换成光能的系统，通过该系统得到符合后面光学系统所要求的波段范围和光强度（光通量）。辐射源类型各有差异，但它是一切光电检测系统不可缺少的部分，有些光电检测系统将待测物体本身作为检测对象，此时是将待测物体本身作为辐射源。,第1章 绪论,各种光源,第1章 绪论,测量物体本身作为辐射源,热释电传感器（防盗或自动感应灯）,智能空调能检测出屋内是否有人，微处理器据此自动调节空调的出风量，以达
7、到节能的目的。,空调中，热释电传感器的菲涅尔透镜做成球形状，从而能感受到屋内一定空间角范围里是否有人，以及人是静止着还是走动着。,第1章 绪论,测量物体本身作为辐射源,第1章 绪论,光学系统,2、光学系统 光学系统是将前面辐射源发出的光进行光学色散、几何成像、分束和改变辐射流的传送方向等，目的是让光信号携带有待测物体信息的同时还便于进行后续的光电转换。光学系统在结构上以及复杂程度上不同，但一般都是由物镜、目镜、滤光镜（有些系统还有调制盘、光机扫描器、探测器辅助光学系统）等组成。,如图，调制盘1装在欲测转速的轴上，光源2发出的光线，经盘1调制后透射或反射至光电器件3转速可由光电器件3产生的脉冲频
8、率决定。N=60f/m (转速n与频率f,m为孔数、齿数或黑白块数目),举例：调制盘式红外报警器 当有人进入该区域，红外线必被遮住，可自动发出警报。红外光源GY发出的光束，经旋转的带孔圆盘C调制，使红外线变成频率数百赫的断续光(或由脉冲电源供电，使光源直接发出频率一定的脉冲光)，经窗口B1、反射镜M1-6及窗口B2后，照射于光敏三极管GG，它用遮光隔板D与光源隔开以免受它的直接照射。GG要选用对红外线灵敏的光电器件，它接收红外线后，经选频放大器放大。,绪论,GY,M2,M3,M4,M5,M1,C,D,B1,B2,E,红外线,有情况,正常,第1章 绪论,光学系统,第1章 绪论,光电系统,3、光电
9、系统 光电系统是将光信号转换成电信号的系统，是任何光电检测系统中不可替代的部件，只是光电系统的类型不同、结构不同而已。 例如，有的用光电倍增管，有的用硅光电池，有的用光敏二极管阵列或CCD器件。光学信息必须转换为电信号才能进行电学处理、计算、输出显示等。光电元器件要求质量必须稳定可靠，必须有很高的转换效率并有相应的光谱响应范围，有的元件还要求有相应的电源供电电路，如光电倍增管必须加一个非常稳定的3001000V的直流高压电源才能保证器件正常工作。,第1章 绪论,光电系统,第1章 绪论,电子学系统,4、电子学系统 电子学系统是对前面光电系统传输过来的电信号进行放大，使之满足后续A/D系统和计算机
10、系统的要求，从而保证计算机系统能够进行数据处理、计算和控制，它同样也是必须有的部分。,预放电路,信号处理电路,第1章 绪论,计算机系统,5、计算机系统 计算机系统包括自动控制、数据处理、显示输出等，可以采用单片机或计算机。,1、在工业生产领域的应用,在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位. 现代工程装备中，检测环节的成本约占5070%,第1章 绪论,四、应用,发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，对发动机工作状况进行精确控制。如：温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等。,汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容。普通轿车约安装几十到
11、近百只传感器，豪华轿车传感器数量可多达二百余只。,底盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等，车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温。,车身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等。温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等。,第1章 绪论,应用,第1章 绪论,应用,2、在日常生活中的应用,家用电器：,数码相机、数码摄像机：自动对焦-红外测距传感器,数字体温计：接触式-热敏电阻，非接触式-红外传感器,自动感应灯：亮度检测-光敏电阻,空调、冰箱、电饭煲：温度检测-热敏电阻、热电偶,电话、麦克风：话音转换-驻极电容传感器,遥控接收：红外检测-光敏二极管、光敏三极
12、管,办公商务：,可视对讲、可视电话：图像获取-面阵CCD,扫描仪：文档扫描-线阵CCD,红外传输数据：红外检测-光敏二极管、光敏三极管,医疗卫生：,电子血压计：血压检测 - 压力传感器,血糖测试仪、胆固醇检测仪 - 离子传感器,第1章 绪论,应用,3、在军事上的应用,美军研制的未来单兵作战武器,夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术 激光测距仪：可精确的定位目标。,第1章 绪论,应用,4、检测技术在国防领域的应用,监测系统: 探测和发现敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道；,拦截器：能识别真假弹头，敌友方,第1章 绪论,应用,“阿波罗10”：,火箭部分-2077个传感器,飞船部分-1218个传感器,检测参数-加速度、温度、压力、 振动、流量、应变、 声学,神州飞船：,185台（套）仪器装置,5、检测技术在航天领域的应用,第1章 绪论,应用,再见！,
