光电检测系统.ppt

光学系统检测与测量
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
将非电量转换为与之有确定对应关系的电量输出。

光电检测技术：是利用光电传感器实现各类检测。它将被测量的量转换成光通量,再转换成电量，并综合利用信息传送和处理技术，完成在线和自动测量

光电检测系统
光学变换
光电变换
电路处理定义：例：空调机测量控制室温直接测量：对仪表读数不经任何运算，直接得出被测量的数值。例如：
长度：直尺、游标卡尺、千分尺
电压：万用表
质量：天平
间接测量：测量几个与被测量相关的物理量，通过函数关系式计算出被测量。例如：
电功率：P=I*V（电流/电压）
重力加速度：单摆测量（L：摆的线长，T：摆动的周期）
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
将非电量转换为与之有确定对应关系的电量输出。

光电检测技术：是利用光电传感器实现各类检测。它将被测量的量转换成光通量,再转换成电量，并综合利用信息传送和处理技术，完成在线和自动测量

光电检测系统
光学变换
光电变换
电路处理变换电路
光电传感光学变换
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）。
电路处理
放大、滤波、调制、解调、A/D、D/A、微机与接口、控制。光学变换主动系统/被动系统(按有无人工光源分)
红外系统/可见光系统(按光源波长分)
红外系统多用于军事,有大气窗口,需要特种探测器
可见光系统多用于民用
点探测/面探测系统(按接受系统分)
用单元探测器接受目标的总辐射功率
用面接受元件测量目标的光强分布
模拟系统/数字系统(按调制和信号处理方式分)
直接检测/相干检测系统(按光波对信号的携带方式分)光电信号检测种类光电信号检测种类光强度型光电信号直接检测光强度型光电信号直接检测光强度型光电信号直接检测光强度型光电信号直接检测光电测速被动光学系统光强调制检测（将信号加载到光波上）主动系统/被动系统(按信息光源分)
红外系统/可见光系统(按光源波长分)
红外系统多用于军事,有大气窗口,需要特种探测器
可见光系统多用于民用
点探测/面探测系统(按接受系统分)
用单元探测器接受目标的总辐射功率
用面接受元件测量目标的光强分布
模拟系统/数字系统(按调制和信号处理方式分)
直接检测/相干检测系统(按光波对信号的携带方式分)1.模拟光电变换或Up=f(Q)
光电变换电路输出的电流Ip或电压Up不仅与被测信息量Q值有关而且与载体光度量有关。因此，为保证光电变换电路输出信号与被测信息量Q的函数关系，载体光度量必须稳定。否则，载体光度量的变化直接影响被测信息量。另外，电路参数的变化，尤其是电源电压的波动，放大电路的噪声、放大倍率的变化等都影响被测信号的稳定。而光度量的稳定又与光源、光学系统及机械结构等的性能有关。因此，实现稳定的高精度的模拟光电信息变换常常遇到许多其他技术方面的困难。必须采用各种措施解决这些困难，才能获得高质量的模拟光电信息变换。光电检测系统分类直接检测和相干检测系统直接探测系统的性能分析光电探测器的平方律特性直接检测系统的信噪比根据信噪比的定义，输出信噪比为直接探测系统的噪声非相干信号的光电变换与检测时间变化光信号空间变化光信号测距原理：
由激光器对被测目标发射一个光脉冲，然后接受目标反射回来的光脉冲，通过测量光脉冲往返所经过的时间来计算出目标的距离。

测距仪原理：
由激光发射系统、接受系统，门控电路、时钟脉冲振荡器和计数器等组成。脉
冲
激
光
测
距
仪激光器发射激光脉冲被分为两部分：参考信号和回波信号。
回波脉冲经光电探测器变换成电信号，再经放大和整形后，将电子门打开，使通过电子门的时钟脉冲进入计数器开始计时；当回波脉冲（负与门）到来时，关闭电子们。
在参考和回波脉冲之间计数器所接收到的时钟脉冲个数代表来被测距离。

时钟频率越高，测量的分辨率越高。但分辨率最终取决于激光脉冲的上升时间。若调制光角频率为ω，在待测量距离D上往返一次产生的相位延迟为φ，则对应时间t可表示为：

t=φ/ω
距离L可表示为

式中：
φ——信号往返测线一次产生的总的相位延迟。
ω——调制信号的角频率，ω=2πf。N：测线所包含调制波长个数。ΔN：测线所包含不足波长的小数部分。λ：称为测尺长，又称“光尺”。测量信号相位的方法都不能确定出相位的整周期数N，只能测定不足2π的尾数N。由于N值不确定，距离L就成为多值解。
测程长，精度低；反之，精度高，则测程短
解决方法：
用两个频率的波（两个不同的光尺）进行测量，一个用来测量距