第6章 光电检测技术应用举例
(完整版)光电检测技术与应用_郭培源_课后答案
光电检测技术与应用课后答案第1章1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。
（1）光电检测技术在工业生产领域中的应用：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位…（2）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、热电偶遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD 医疗卫生——数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器办公商务——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（3）光电检测技术在军事上的应用：夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标光电检测技术应用实例简介点钞机（1）激光检测—激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。
由于仿制困难，故用于辨伪很准确。
（2）红外穿透检测—红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。
人民币的纸质特征与假钞的纸质特征有一定的差异，用红外信号对钞票进行穿透检测时，它们对红外信号的吸收能力将会不同，利用这一原理，可以实现辨伪。
（3）荧光反应的检测—荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。
人民币采用专用纸张制造（含85％以上的优质棉花），假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm 的蓝光）的照射下会出现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420－460nm 的蓝光），人民币则没有荧光反应。
所以，用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映，可判别钞票真假。
光电技术在自动化测量检测中的应用分析
光电技术在自动化测量检测中的应用分析光电技术是一种利用光电效应来实现各种功能的技术，它已经广泛应用于自动化测量检测领域。
其原理是利用光的特性进行传感和信号处理，能够实现高精度、高速度和非接触式的测量和检测。
本文将对光电技术在自动化测量检测中的应用进行分析，探讨其在工业生产、环境监测、医疗设备等领域的应用情况。
光电技术在工业生产中的应用十分广泛。
在生产线上，光电传感器可以用来检测产品的位置、尺寸、颜色等参数，实现自动化的生产控制。
在装配线上，通过光电传感器可以实现零件的定位和装配，提高生产效率和产品质量。
光电传感器还可以用来检测工件表面的缺陷，如裂纹、凹痕、漆面质量等，帮助企业进行质量检测和质量控制。
光电技术在环境监测领域也有着重要的应用。
环境监测需要对大气、水体、土壤等不同介质的参数进行实时监测，而光电传感器可以通过光学原理实现对这些参数的测量。
利用激光雷达进行大气污染的监测，利用光学测距传感器进行水位的监测等。
这些应用有助于提高环境监测的精度和时效性，为环境保护提供重要的数据支持。
光电技术在医疗设备中也有着重要的应用价值。
医疗设备对生物组织的测量和检测要求非常高，而光电传感器可以通过非接触式的方式实现对生物组织的检测。
利用光电技术可以实现对眼部疾病的检测、对血液成分的检测、对生物标志物的检测等。
这些应用有助于提高医疗设备的诊断精度和治疗效果，为医疗健康领域带来更多可能性。
光电技术在自动化测量检测领域有着广泛的应用前景，其应用场景涵盖工业生产、环境监测、医疗设备等不同领域。
通过光电技术，可以实现对各种参数的高精度、高速度的测量和检测，为实现智能化生产、环境保护和医疗健康等目标提供了重要的技术支持。
光电技术在自动化测量检测中也面临着一些挑战。
光电传感器需要受到光源、环境干扰的影响，因此在实际应用中需要进行光路设计和环境优化。
光电传感器在测量大范围、复杂形状的物体时，也需要考虑到可视域、测量精度等因素。
光电技术在自动化测量检测中的应用分析
光电技术在自动化测量检测中的应用分析
光电技术是一种将光学和电子技术结合起来的技术，常用于自动化测量检测中。
它利
用光的传播特性和光电转换原理，通过光电传感器将光信号转换成电信号，并通过电子装
置进行处理和分析，实现对被测物体的测量和检测。
光电技术在自动化测量检测中的应用非常广泛。
光电技术可以用于非接触式测量。
相
比于传统的接触式测量方法，非接触式测量更加精准、方便和高效。
在工业生产中，光电
传感器可以通过测量物体的反射光强度或透过光强度，来判断物体的位置、形状、颜色等
参数，实现自动对物体进行检测和分类。
光电技术可以用于高速测量。
由于光传播速度快，光电传感器可以实时检测和测量快
速运动的物体。
在包装行业中，光电传感器可以通过检测包装线上的物品传递速度，来确
保生产速度的控制和调节，以及防止物品堆积或错位。
光电技术还可以用于精密测量。
光电传感器可以实现微小物体的检测和测量，对于高
精度要求的行业尤为重要。
在电子组装行业中，光电传感器可以检测电子元件的尺寸、位
置和接触不良等问题，从而保证产品的质量和性能。
光电技术还可以用于环境检测。
光电传感器可以检测光强度、光照度和光谱等物理量，用于环境监测和控制。
在城市建设中，光电传感器可以监测道路照明的亮度和能耗，从而
实现智能照明的控制和节能。
光电技术在自动化测量检测中的应用可以大大提高测量的精度、速度和效率，同时降
低人力成本和人为误差。
随着科技的不断发展和创新，光电技术的应用将更加广泛，为各
行业的自动化生产和检测提供更多的解决方案。
光电测量技术及应用-课程综述PPT
扫描式比色温度计
原理：根据热辐射定律，使用光电池进行非接触测温。
根据有关辐射定律，物体在两个特殊波长λ1和λ2上的
辐射强度 I 1 和 I 2 之比与该物体的温度成指数关 系。
I 1 K 2 T K 1e I2
光电比色温度计光路原理
光电比色温度计电路原理
I 1 K 2 T 而 I1 K 1e I，可适
用一切能把各种物理量变为电量的场合，但需高压端供电。它已做成各 种测量工频电流、冲击电流、电晕电流、电场强度等量的装置。
在无源系统中，光源置于低电位处。在高电位处不需 要供电电源。光从低电位处发出，通过光纤传送到高电位 处的无源调制器。在该处信息通过调制器对光进行间接调 制（外调制），如对光的偏转状态进行调制，对光波的相 位、波长及频率进行调制等。然后把带有信息的光经光纤 传到地面，经解调后，得出高电位处的信息。某些特制的 光纤本身就是传感器和调制器。无源系统可以测量电压、
光纤传感器结构与原理 2.光纤传感器 结构： 把被测量转变为可测的光信号的装置。
原理： 光纤中光波参数（如光强、频率、波长、相位以及偏振态等）随 外界被测参数的变化而变化，所以可以通过检测光纤中光波参数 的变化以达到检测外界被测物理量的目的。
光纤传感器结构与原理 2.光纤传感器 根据作用方式——功能型、非功能型
• 功能型 主要使用单模光纤。这类传感器利用本身对外界被测对象具 有敏感能力和检测能力，光纤不仅起到传光作用，而且在被测 对象作用下，如光强、相位、偏振态等光学特性得到调制，调 制后的信号携带了被测信息。
光纤传感器结构与原理 2.光纤传感器 根据作用方式——功能型、非功能型
• 非功能型 传光型光纤传感器的光纤只当做传 播光的媒介，不是敏感元件。“感受” 是利用光线的端面或在两根光纤中间放 置光学材料、机械式或光学式的敏感元 件。
光电检测技术与应用
光电检测技术与应⽤光电传感器是基于光电效应将光电信号转换为电信号的⼀种传感器光学系统的基本模型：光发射机->光学信道—>光接收机光学系统通常分为：主动式，被动式。
主动式：光发射机主要由光源和调制器构成。
被动式：光发射机为被检测物体的热辐射。
光学信道：主要由⼤⽓，空间，⽔下和光纤。
光接收机是⽤于收集⼊射的光信号并加以处理，恢复光载波的信息。
光接收机分为：功率（直接）检测器，外差接收机。
光电检测技术特点：1.⾼精度：是各种检测技术中精度最⾼的⼀种：激光测距法测地球与⽉亮的距离分辨率达1m2.⾼速度：光是各种物质中传播速度最快的。
3.远距离，程量：光是最便于远距离传播的介质4.⾮接触性：光照到被测物体上可以认为是没有测量⼒，因此⽆摩擦。
5.寿命长：光波是永不磨损的。
6.具有很强的信息处理和运算能⼒，可将复杂信息并⾏处理。
光电传感器：1.直射型.2.反射型.3.辐射型光电检测的基本⽅法有：1.直接作⽤法.2.差动测量法.3.补偿测量法4.脉冲测量法直接作⽤法：收被测物理控制的光通量，经光电转换后有检测机构直接得到所求被测物理量。
差动测量法：利⽤被测量与某⼀标准量相⽐较，所得差或数值⽐克反应被测量的⼤⼩。
光电检测技术的发展趋势：1.发展纳⽶，亚纳⽶⾼精度的光电测量新技术。
2.发展⼩型的，快速的微型光，机，电检测系统。
3.⾮接触，快速在线测量。
4.发展闭环控制的光电检测系统。
5.向微空间或⼤空间三维技术发展。
6.向⼈们⽆法触及的领域发展。
7.发展光电跟踪与光电扫描技术。
在物质受到辐射光的照射后，材料的电学性质发⽣了变化的现象称为光电效应光电效应分为：外光电效应和内光电效应光电导效应是⼀种内光电效应。
光电导效应也分为本征型和⾮本征型两类得稳定的光电流需要⼀定能的时间。
弛豫现象也叫惰性。
光⽣伏特效应速度更快。
光热效应：某些物质在受到光照射后，由于温度变化⽽造成材料性质发⽣变化的现象。
光电检测器对辐射条件的不同，分为：光⼦检测器件和热点检测器件热点检测器的特点：Array1.响应波长⽆选择性。
光电测量技术在测绘中的应用与实践
光电测量技术在测绘中的应用与实践引言测绘作为一门重要的地理科学和技术，在各个领域都发挥着重要的作用。
光电测量技术作为其中一种测量手段，被广泛应用于测绘领域。
本文将探讨光电测量技术在测绘中的应用与实践。
光电测量技术简介光电测量技术是一种利用光线和电子器件进行测量的方法。
它主要包括遥感、卫星定位、摄影测量和激光测距等技术。
这些技术可以通过获取目标反射、发射或传输的能量信息，进行距离、角度和位置等测量。
光电测量技术在航空测绘中的应用航空测绘是利用飞行器获取地面地物信息的一种测绘方式。
光电测量技术在航空测绘中具有广泛的应用。
例如，利用航空摄影测量技术可以获取大面积的地理信息，包括地面的高程、地物的位置和形状等。
而遥感技术可以通过获取地球表面的电磁辐射信息，实现对区域的遥感观测和监测。
光电测量技术在地面测绘中的应用地面测绘是通过在地面上进行测量，获取地理信息的一种测绘方式。
光电测量技术在地面测绘中也有广泛的应用。
例如，利用激光测距技术可以实现对地物的高精度测量，包括建筑物、道路和地形等。
此外，卫星定位技术也可以用于地面测绘中的定位和导航。
光电测量技术在海洋测绘中的应用海洋测绘是利用海洋船舶和其他工具获取海洋地理信息的一种测绘方式。
光电测量技术在海洋测绘中也有重要的应用。
例如，利用水下激光和声纳测距技术可以实现对海底地形的精确测量，包括海底地形的高程和形状等。
此外，卫星遥感技术也可以用于海洋测绘中的海洋监测和调查。
光电测量技术的挑战与未来发展方向尽管光电测量技术在测绘中已经取得了一定的成就，但仍然存在一些挑战。
首先，光电测量技术的设备和方法需要不断发展和改进，以提高其测量精度和效率。
其次，由于地球表面的复杂性，光电测量技术在某些地方和环境中可能会受到限制。
然而，随着科技的不断进步，光电测量技术也将有着更广阔的应用前景。
例如，随着无人机技术的快速发展，光电测量技术可以更加灵活地应用于各个领域。
此外，随着人工智能和大数据的兴起，光电测量技术也可以结合这些新兴技术，实现更精确和高效的测绘。
第6章 光电检测技术应用举例PPT课件
CCD
Measuring arm
Multi-mode optical fiber Optical fiber casing
Watch window
Lens
Multi-mode optical splitter Power
RF singal
Measuring arm
精选PPT课件
28
3) 测量臂工作原理
特点：非接触测量，稳定可靠；通过连续扫描测量，得到内加厚全轮廓， 对钻杆位置要求不高，可以满足不同规格的钻杆测量要求。
精选PPT课件
25
CCD camera Pipe
Ring of light
1 2
Laser diode
L
精选PPT课件
26
Laser
Multi-mode optical fiber
激光器 光学镜组
摄像机
图像卡
计
算
驱动器
机
原理：由计算机控制激光器发出32束激光， 激光束经过反射镜反射到钻杆内壁上，并形成激光光斑， 通过镜组成像到工业摄像机中，通过图像处理和计算得出光板坐标
特点：结构光+视觉测量原理，非接触，稳定可靠，技术成熟 通过连续32条扫描母线测量，得到内加厚全轮廓， 对钻杆位置要求不高，可以满足不同规格的钻杆测量要求。
显示器
打印机
图像卡 数据采集卡 数据采集卡
工业 控制 计算机
控制卡 控制卡 控制卡
操作面板
网络接口
精选PPT课件
驱动电机 激光器 加热器
37
5) 软件系统
图像采集处理 电机控制及驱动
显示、打印
软件 系统
存储、通讯
光栅传感器采样 辅助环节
《光电检测技术》课件
生物医学
光电检测技术在生物医学领域的 应用包括光谱分析、荧光成像、 激光共聚焦显微镜等，有助于疾 病的诊断和治疗。
工业生产
光电检测技术在工业生产中的应 用包括产品质量检测、生产线自 动化控制等，可以提高生产效率 和产品质量。
光电检测技术的发展趋势
智能化
随着人工智能技术的发展，光电检测技术 将逐渐实现智能化，能够自动识别和分类
目标，提高检测精度和效率。
微型化
随着微纳加工技术的发展，光电检测器件 将逐渐微型化，能够应用于更广泛的领域
，如生物医疗、环境监测等。
高光谱成像
高光谱成像技术能够获取目标的多光谱信 息，有助于更准确地分析物质成分和状态 ，是光电检测技术的重要发展方向。
多模态融合
将多种光电检测技术进行融合，实现多模 态信息获取和分析，能够提高检测的准确 性和可靠性。
利用光电检测技术快速读取条形码的设备
详细描述
光电式条形码阅读器通过发射光源和接收装置，快速扫描条形码并将光信号转 换成电信号，实现快速、准确地读取条形码信息。广泛应用于超市、图书馆、 物流等领域，提高信息录入效率和准确性。
光电式指纹识别系统
总结词
利用光电检测技术进行指纹识别的系统
详细描述
光电式指纹识别系统通过发射光源和图像传感器，获取指纹的反射光信号，再转换成电信号进行处理。系统能够 实现高精度、高速度的指纹识别，广泛应用于身份认证、门禁控制等领域，提高安全到探测器表面时，光子与材料中的电子相 互作用，使电子从束缚状态跃迁到导带，形成光生电压或电流，从而实现对光 信号的探测。
03
常见的光伏探测器有硅、锗等。
光子探测器
光子探测器是利用光子效应制成的探测器，主要应用于紫外、可见和近红外波段的探测。
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34
35
Work-piece & experiment results
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4) 计算机系统
外摄像机 光栅传感器 接近传感器
显示器
打印机
图像卡 数据采集卡 数据采集卡
工业 控制 计算机
控制卡 控制卡 控制卡
操作面板
网络接口
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驱动电机 激光器 加热器
5) 软件系统
图像采集处理 电机控制及驱动
显示、打印
中心高度调整环节：系统增加中心高度手动调整环节，简单易用， 适应不同外径的钻杆测量要求。
自动校准环节：采用精密标准件和校准软件，可以定期进行自校准， 减小系统机械蠕变产生的精度损失，提高长期稳定性。
低温预热环节：采用电加热环节，低温时系统自动预热，保持精度不变。
41
42
43
5
二、光电检测系统举例
1. 厚度测量
6
7
8
9
10
z
ab sin sin
k z ' [b sin z 'sin( )]2
非线性---参数法非线性误差补偿
11
4.025 4.020
4.015
4.010
4.005
4.000
3.995
3.990
0
250
重复测量结果及规律曲线
500
750
1000
微机 控制 系统
测量箱
24
钻杆
测量臂 滚动导轨
电机
采样电路
计
驱动器
算 机
采样电路
定位架
基座
光栅
原理：驱动电机带动测量臂进入钻杆内部，对内壁轮廓进行连续检测， 测量结果通过调理电路送入计算机，通过计算得出钻杆的内径尺寸， 测量臂的位置由光栅测量和定位，连续移动获得内加厚轮廓规律。
特点：非接触测量，稳定可靠；通过连续扫描测量，得到内加厚全轮廓， 对钻杆位置要求不高，可以满足不同规格的钻杆测量要求。
27
Conic mirror
Fixed hole of laser collimation lens
CCD
Measuring arm
Multi-mode optical fiber Optical fiber casing
Watch window
Lens
Multi-mode optical splitter Power
18mm Measurement arm designing
32
C
Y
Conic mirror
l3 l4
B
l2
A
l1
X
r1
Fixed hole of laser r2 D E
collimation lens
vu d
Z
CCD
Ol5 o
Watch
plane
F
window Lens
lLfΒιβλιοθήκη Moving direction
29
30
31
20
30mm
25mm
25 / tg20 68.69mm
16mm
8.41mm
20cos 2.7 / sin 38.09
25mm
h
68.69mm
5.68mm
20
h 20*sin 2.7 / cos 5.68
18mm
tg
16
8.54
68.69 20cos 2.7 / sin
25
CCD camera Pipe
Ring of light
Laser diode
1 2
L
26
Laser
Multi-mode optical fiber
90
Multi-mode optical splitter
90
650nm spot laser
Structured laser source
Ring discrete distributed red laser
17
18
19
20
21
3. 内尺寸测量
生产现场：
22
被测钻杆及其内轮廓
公称值：D (88.9~139.7mm) d (60~108mm) 内加厚：dou (60~95mm) (38) Liu (70~150mm) Miu (76~250mm)
23
1) 测量原理
测量臂
导向定位机构
被测钻杆
组成：测量臂、测量箱、控制柜
RF singal
Measuring arm
28
3) 测量臂工作原理
激光器 光学镜组
摄像机
图像卡
计
算
驱动器
机
原理：由计算机控制激光器发出32束激光， 激光束经过反射镜反射到钻杆内壁上，并形成激光光斑， 通过镜组成像到工业摄像机中，通过图像处理和计算得出光板坐标
特点：结构光+视觉测量原理，非接触，稳定可靠，技术成熟 通过连续32条扫描母线测量，得到内加厚全轮廓， 对钻杆位置要求不高，可以满足不同规格的钻杆测量要求。
软件 系统
存储、通讯
38
光栅传感器采样 辅助环节
39
40
6) 辅助环节
钻杆端部检测环节：采用接近开关判定钻杆端部的位置，自动开始测量， 为光栅系统提供绝对零位，作为测量臂位置的原点， 同时可以作为意外碰撞的报警信号。
环境温度检测环节：采用集成温度传感器，检测工作环境的温度， 修正温度变化产生的误差，保证精度和稳定性。
h
Cx f (r1, r2, ,1, f , n, l, L, h1, d, ut , vt , v, t)
Cy g(r1, r2 , ,1, f , n, l, L, h1, d, ut , vt , v, t) Cz h(r1, r2 , ,1, f , n,l, L, h1, d ,ut , vt , v,t)
Mathematic model abstract of measuring arm
33
l2 b a n1
c
A
Z d r2
l1
lg
Y C
B'
l3 l4
B
l2
A
l1
2
X
r2 D
E
vu
Z
Ol5 o
F
l Lf
Optical path of point A
Optical path of visual part
第6章 光电检测技术应用举例
1
一、光电检测电路应用举例
2
3
测光器件 充电电路
时间检出电路
4
Uth=1~1.5V 电磁铁吸合--开门叶片打开 电磁铁不吸合--开门叶片闭 合
驱动放大电路
快门开启时 间----电容 充电时间决 定
恒压偏置
耦合
高输入阻抗放大器
PbS --- 暗电阻1M，亮电阻0.2M，峰值波长0.2m（近红外，
1250
1500
12
4.025 4.020
4.015
4.010
4.005
4.000
3.995
系统误差曲线反函数
3.990
0
250
500
750
1000
1250
1500
13
4.002 4.001
4.000
3.999
0
250
500
750
1000
1250
1500
14
信号处理： 技术指标：
15
16
2. 宽度测量