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1、参考书目,高岳等编著 ，光电检测技术与系统电子工业出版社 曾光宇等编著 ，光电检测技术清华大学出版社,教 材,江晓军 主编，光电传感与检测技术 机械工业出版社，2011年6月,目 录,第1章 概论 第2章 光电检测技术基础 第3章 光电检测系统 第4章 红外传感与检测技术 第5章 激光传感与检测技术 第6章 光纤传感与检测技术 第7章 光栅传感与检测技术 第8章 光电新技术的应用,第1章 概论,微电子技术：通过控制固体内电子的微观运动来实现对信息的加工处理，并在固体的微区（小到几个晶格）内进行，将一个电子功能部件甚至一个系统集成在一个很小的芯片上。 光子信息技术：以光集成技术为核心的有关光学元
2、器件制造的应用技术，利用传统工艺将有源和无源光学器件集成在一起，构成能完成光学信息采集处理和存储等功能的系统 光电信息技术：光与电子转换及其应用技术，光频段微电子技术。,光电检测技术,光电传感（检测）技术 是一种以光电传感器作为核心元件、用光电的方法对某些物理量、化学量和几何量进行信息转换的技术。 光电传感器（Photoelectric Transducer）组成与分类: 光源、光学通路和光电元件 （1）光电传感器的探测机理 光子传感器: 产生光子效应 热传感器: 吸收了红外辐射后，会引起温度的变化， （2）光电传感器输出信号的性质 模拟光学传感器、光栅传感器、光电式传感器、光纤传感器、固态图
3、像传感器 （3）光电传感器的传输方式 直射式； 反射式，等；,光电检测技术：二十世纪后半叶，由于光电技术的 不断进步，信息载体从一般电磁波段逐渐扩展到频 率更高的微波段、光波段，使得高速信息可以被处 理。 光电检测技术，是对载有被测信号的光辐射进行检 测，即通过光电传感器接收光辐射并转换为电信号； 再综合利用信息处理技术，完成快速的自动测量。 光电传感器： 基于光电效应，将光信号转换为电信号的一种光 电器件。,了解并掌握典型的光电器件的原理和特点，会正确选用光电器件。 学会根据光电器件的特点选择和设计光电检测电路和有关参数。 能根据被测对象的要求，设计光电检测系统。,光电传感与检测技术的学习要
4、求：,光电传感器与敏感器的概念,敏 感 器,光电传感器-光电效应：将光信号转换为电信号,（确定对应关系）,光电探测器的种类,光电传感器件的特性与参数 （1）灵敏度,（2）脉冲响应特性,（3）频率响应特性,（4）光照特性,（5）光谱特性 （6）温度特性 （7）伏安特性 （8）量子效率,光电传感器的光照特性,光电传感器的类型,根据光源、光学系统和光电转换器件放置位置的不同，可分为：,1.直射型：光电转换器对着光源放置，光轴重合，对于光源 为发射光通量最大方向，对于光电器件为灵敏度最高的方向。 2.反射型：分为单向反射和漫反射 3.辐射型：被测物体本身为一辐射源，光电检测器通过接收 被测物体的辐射光
5、能量实现测量。 4.遮挡式：待检测物遮挡部分或全部光束，或周期性地遮挡光 束。 5.干涉式：干涉现象，精密测量。,1.直射式,光透过待检测物体，其中一部分光通量被待检测物吸收或散射，另一部分光通量透过待检物体由光电探测器接收，如上图所示。被吸收或散射的光通量的数值决定于待检测物的性质。常用于检测液体或气体浓度、透明度或浑浊度，检测透明薄膜的厚度和质量；检测透明容器的疵病，测量胶片的密度等。,1,2,3,2,4,2.反射式 举例：转速测量原理图,反射光通量取决于反射表面的性质、状态和光源之间的距离。用于光电准直、激光制导、主动式夜视仪、电视摄像、文字判读、表面粗糙度测试仪等。,1,2,3,2,3
6、,4,1,3.辐射式,检测其辐射量的大小就能确定待测量的大小。 探测被测物体的辐射功率、光谱分布及温度等参数，以便确定待测物体的存在、所处方位以及根据其光谱分布情况分析研究它的物质成份及性质，如辐射高温计、火警报警器、侦查跟踪、光谱分析、热成像仪等。,待检测物体1本身就是辐射源，它发出的辐射能强弱与待检测物I的性质(例如温度的高低)有关，用光电探测器3,1,2,3,4.遮挡式,根据被遮挡光通量的大小就可确定待检测物的形状，或者待检测物的位移量；根据被遮挡光束的次数就可确定待测物体的个数或者待测物体的运动速度等，相应地可用于物体外形尺寸的测量、产品计数、光电测速、光控开关及防盗报警等。,待检测物
7、遮挡部分或全部光束，或周期性地遮挡光束，如图所示。,4,1,2,3,2,4,5.干涉式,1,2,2,3,4,5,6,a,b,1,2,3,5,6,4,4,a,b,(a),(b),如图所示，由光源1发出的光线经过透镜2照射到分束器3(它可以是半透明半反射的平面镜成棱镜)上，经分光面把光线分成两路，一路射向平面反射镜4作为参考光，另一路6射向待检测物5，从待检测物中得到待测信息。例如，图a中的待测信息可以是位移或振动等。图b中的待测信息可以是待测物体折射率的变化，即浓度或成份变化的信息。光线a和b经过4和5后又一起射向光电探测器6，在光电探测器上可检测到干涉 条纹信号。,因此干涉法可用于检测位移、振
8、动、流体的浓度、折射率等。它的检测灵敏度和精度很高，动态范围大，但结构和检测电路复杂，成本高。,光电检测系统,光电检测技术以激光、红外、光纤等现代光电器件为基础，通过对载有被检测物体信号的光辐射（发射、反射、散射、衍射、折射、透射等）进行检测，即通过光电检测器件接收光辐射并转换为电信号。 由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用的信息，再经过A/D变换接口输入微型计算机运算、处理，最后显示或打印输出所需检测物体的几何量或物理量。,光电检测系统的构成,光电检测系统：光学变换，光电变换，电路及计算机处理。,光学变换：通过各种光学元件和光学系统，如平面镜、狭缝、透镜、棱镜、光栅、成像系统等来实现 ，作
9、用是将被测量转换为光参量（振幅、频率、相位、偏振态，传播方向变化等）。,光电转换：由各种光电器件来实现，如光电检测器件、光电摄像器件、光电热敏器件等。,光电系统框图,光学变换 时域变换：调制振幅、频率、相位、脉宽 空域变换：光学扫描 光学参量调制：光强、波长、相位、偏振 形成能被光电探测器接收，便于后续电学处理的光学信息。 光电变换 光电/热电器件（传感器）、变换电路、前置放大 将信息变为能够驱动电路处理系统的电信息（电信号的放大和处理）。 电路及计算机处理 放大、滤波、调制、解调、A/D、D/A、微机与接口、控制。,光电检测系统的功能分类,测量检查型: 几何量:长度、角度、形状、位置、形变、
10、面积、体积、距离。 运动量：速度、加速度、振动 表面形状：光洁度、庇病、伤痕 工作过程：湿度、流量、压力、物位、PH值、浓度等 机械量：重量、压力、应变、压强 电学量：电流、电压、电场、磁场 光学量：吸收、反射、透射、光度、色度、波长、光谱 控制跟踪型 跟踪控制：激光制导，红外制导 数值控制：自动定位，图形加工形成，数值控制 图象分析型 图形检测 图形分析,光电检测系统的组成及特点,一般电子检测系统,传感器：从被测对象中提取被测信号，转化成便于测量的电参数 信号变换电路：完成信号的转换、滤波和放大,一般光电系统,光发射机：分为主动式和被动式 主动式：光源（或加调制器） 被动式：无自身光源，来自
11、被测物体的光热辐射发射 光学通道：大气、空间、水下和光纤等 光接收机：收集入射的光信号并加以处理，恢复光载波信息,光接收机的基本结构,接收到的光场,接收透镜 系统,光电检测器,后继检测 处理器,接收透镜系统：对光信号进行滤波、聚焦，入射到光检测器上； 光电检测器：完成光电信号的转换； 检测处理电路：完成电信号的放大、调理及滤波，恢复信号；,光接收机的分类,1.功率检测接收机直接检测或非相干检测 2.外差检测接收机相干检测（空间相干）,光接收机的分类图示,光电检测技术的特点,高精度：从地球到月球激光测距的精度达到：单次测量时为1米；多次为厘米级。现知道，月球以每年3.8厘米的速度远离地球。 高速
12、度：光速是最快的。 远距离、大量程：遥控、遥测和遥感。 非接触式检测：不改变被测物体性质的条件下进行测量。 寿命长：光电检测中通常无机械运动部分，故测量装置寿命长，工作可靠、准确度高，对被测物无形状和大小要求。 数字化和智能化：强的信息处理、运算和控制能力。,光电检测方法,直接作用法 差动测量法 补偿测量法 脉冲测量法,I、直接作用法：受被测物理量控制的光通量，经光电接收器转换后由检测机构可直接得到所求被测物理量。,光电系统的基本模型,II、差动测量法：利用被测量与某一标准量相比较，所得差或数值比可反应被测量的大小。,双光路差动测量法测量物体长度,III、补偿测量法：,原理：是用光或电的方法补
13、偿由被测量变化而引起的光通量变化，补偿器的可动元件连接读数装置指示出补偿量值，其大小反应被测量变化大小。 例：由相敏检波器输出控制光楔上下移动，使1-2=0，光楔移动与读数机构相连，读数反映光通量的变化量，即被测值。,IV、脉冲测量法：,原理：测量中将被测量的光通量转换成电脉冲，其 参数（脉宽，相位，频率，脉冲数量等）反映被测 量的大小。,1、脉宽方法测长度：,测量关系式： L=v*t=v*k*N=K*N,k-高频脉冲时间当量 K-长度当量 N-计数器值,高频脉冲可取自电动机或转动轮上脉冲，消除不匀速带来的误差。,光电检测技术发展趋势,纳米、亚纳米高精度的光电测量新技术。 小型、快速的微型光、
14、机、电检测系统。 非接触、快速在线测量。 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。,一、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%,光电检测技术的应用,二、光电检测技术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,
15、遥控接收：红外检测-光敏二极管、光敏三极管,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,三、检测技术在军事上的应用,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。,实例介绍 一、几种简单的光电检测系统举例 1、光电计数器 2、红外报警器 3、光通信 4、转速（角速度）的光电检测 5、脉冲激光测距 二、光电检测系统的主要构成及工作原理,图示为在传送带上对产品进行计数的原理图。传送带7上无产品时，光源1发出的光线，经透镜2和2射向光电器件3；当产品6从计数装置前面通过时，遮断射向光电器件3的光线，光电器件3产生电脉冲，经放大器4放大后由计数器5进行计数。应用于自动打包、自动装箱、传送带上对产品进行自动计数、统计街口汽车的流量等。,1,2,2,4,5,6,7,1.光电计数器,GY,M2,M3,M4,M5,M1,C,D,B1,B2,E,红外线,2、 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
