光电检测第一章绪论
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光电检测-绪论
非PN结 电子管类 其他类
主要学习内容
• 1.1 信息技术及光电检测技术 • 1.2 光电检测与光电传感器概念 • 1.3 光电检测系统的组成及特点 • 1.4 光电检测方法及应用发展趋势
1.3 光电检测系统的组成及特点
• 一般电子检测系统
传感器 信号变换器 输出环节
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
透镜
接收到 的光场
光电检测器
频率滤波器
直接检测接收机
透镜
合束镜
外差检测接收机
接收到 的光场
聚焦光场
光电检测器
本地光场 本地激 光器
•光电系统框图
光学变换
光电变换
电路处理
光 源
光 学 系 统
被 测 对 象
光 学 变 换
光 电 转 换
电 信 号 处 理
存储 显示 控制
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）。
• 非接触检测。 擦，可实现动态测量，效率最高。 • 寿命长。 光波可永久使用。 • 具有很强的信息处理和运算能力。
主要学习内容
• 1.1 信息技术及光电检测技术 • 1.2 光电检测与光电传感器概念 • 1.3 光电检测系统的组成及特点 • 1.4 光电检测方法及应用发展趋势
1.4 光电检测方法及应用发展趋势
4 2 L g 2 T
1.2 光电检测与光电传感器概念
• 检测与测量 • 光电传感器与敏感器的概念
光电传感器
传 感 器非电量来自电量（确定对应关系）能量控制型---有源传感器：光敏电阻，光电二极管三极管 能量转换型---无源传感器：光电池
光电检测技术(第一章)
Iv = dφv / dΩ
光电检测技术基础
③辐射亮度和亮度
Le :W / m ⋅ sr Lv : cd / m 由辐射表面定向发射的辐射强度为辐射亮度，等于该方 向上的辐射强度 e 与辐射表面在该方向垂直面上的 dI 投影面积之比，表达式： dIe dφe Le = = dA⋅ cosθ dA⋅ cosθ ⋅ dΩ 对于可见光来说：
φe : J / s
φV : lm
光电检测技术基础
光通量 φV，单位为lm ，光辐射通量对人眼所引起的视觉 强度值： dQv φv = = km∫ φe,λν (λ)dλ λ dt 与辐射通量的关系， e,λ dλ（λ, λ + dλ内光源的辐射 φ 通量）、λ) 为人眼的光谱光视效率（即视见函数）。 ν( ν (λ) ，波长为555nm， 可见光之外， (λ) 。 ν ③辐射出射度和光出射度 Me :W / m2 Mv : lm / m2 辐射体单位发射面积辐射的通量或功率称为辐射出射度
Me = dQe / dA
光电检测技术基础
光源表面给定点处单位面积向半球面空间发射的光通量
Mv = dQv / dA ④辐射强度和发光强度 Ie :W / sr Iv : cd(lm / sr) 对点光源发出的，单位时间内，单位立体角辐射出的能 量为辐射强度：
Ie = dφe / dΩ 对可见光来说，发光强度：
光电检测技术基础
本征激发使半导体内不断产生电子和空穴，同时它 们又不断地进行着复合。产生和复合这对矛盾的对立统 一，使半导体在一定温度下达到载流子数目的动态平衡。 从而维持了一定数量的自由电子和空穴这种状态称为热 平衡。 必须指出，常温下本征半导体中的电子、空穴是很 少的，因而本征半导体的导电能力是很差的，所以它不 能直接用来制造晶体管。
光电系统设计(第一章、绪论)
光电系统设计的基本原则
光电系统应满足预定的功能要求，包括光信号的输入、转换、传输和输出等。
功能性原则
高效性原则
稳定性原则
可维护性原则
光电系统应具有较高的能量转换效率和信号传输质量，以减少能源浪费和信号失真。
光电系统应具有稳定的性能，能够适应不同的环境条件和工作状态，保证系统的可靠性和稳定性。
光电系统的设计应便于安装、调试、使用和维护，降低系统的生命周期成本。
利用光电系统的非接触、高精度测量等优点，实现工业自动化、环境监测等领域的高精度测量和控制系统。
传感领域
0
利用光电系统的无创、无痛等优点，实现医学影像、生物组织检测等领域的光学仪器和设备。
医疗领域
0
利用光电系统的光谱分析、荧光分析等技术，实现食品安全、环境保护等领域的高灵敏度检测系统。
检测领域
0
光电系统的应用领域
光电系统设计（第一章、绪论）
TITLE
演讲人姓名
Ⅰ
contents
点击添加正文
Ⅱ
绪论 光电基础知识 光电系统设计基础 光电系统的性能指标 光电系统的应用案例
点击添加正文
目录
绪论
单击此处添加文本具体内容，简明扼要地阐述你的观点
光电系统概述
光电系统的基本组成
光电系统通常包括光子发射器、光子探测器、光子传输通道和信号处理电路等部分。
光电材料与器件的分类
03
光电材料与器件的发展趋势
随着科技的发展，光电材料与器件在性能和集成度方面不断提升，未来将有更多的创新和应用。
01
光电材料分类
光电材料包括无机材料、有机材料和复合材料等类型。
02
光电器件分类
光电器件包括光电管、光电倍增管、光电二极管和光电晶体管等类型。
光电系统应满足预定的功能要求，包括光信号的输入、转换、传输和输出等。
功能性原则
高效性原则
稳定性原则
可维护性原则
光电系统应具有较高的能量转换效率和信号传输质量，以减少能源浪费和信号失真。
光电系统应具有稳定的性能，能够适应不同的环境条件和工作状态，保证系统的可靠性和稳定性。
光电系统的设计应便于安装、调试、使用和维护，降低系统的生命周期成本。
利用光电系统的非接触、高精度测量等优点，实现工业自动化、环境监测等领域的高精度测量和控制系统。
传感领域
0
利用光电系统的无创、无痛等优点，实现医学影像、生物组织检测等领域的光学仪器和设备。
医疗领域
0
利用光电系统的光谱分析、荧光分析等技术，实现食品安全、环境保护等领域的高灵敏度检测系统。
检测领域
0
光电系统的应用领域
光电系统设计（第一章、绪论）
TITLE
演讲人姓名
Ⅰ
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Ⅱ
绪论 光电基础知识 光电系统设计基础 光电系统的性能指标 光电系统的应用案例
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绪论
单击此处添加文本具体内容，简明扼要地阐述你的观点
光电系统概述
光电系统的基本组成
光电系统通常包括光子发射器、光子探测器、光子传输通道和信号处理电路等部分。
光电材料与器件的分类
03
光电材料与器件的发展趋势
随着科技的发展，光电材料与器件在性能和集成度方面不断提升，未来将有更多的创新和应用。
01
光电材料分类
光电材料包括无机材料、有机材料和复合材料等类型。
02
光电器件分类
光电器件包括光电管、光电倍增管、光电二极管和光电晶体管等类型。
光电检测技术 00 绪论
波峰 波谷
波传播的速度(简称波速)V和波 长λ，周期T(或频率f)的关系是：
V f
T
一个完整的波的长度，叫做波长，用符号λ表示。
波前进一个波长所需要的时间，叫做波的周期，用符号T表示。它也等于媒 质中的点振动一次的时间(单位用秒)。
周期T的倒数是波的频率，用符号f表示，是指单位时间内波前进距离内完
[真空中光速与用以进行观测的参照系无关。这就是相对论 的基础；
[光在真空中的速度为C，在其他媒质中，光的速度均小于 C，且随媒质的性质和光波的波长而不同。
【色散】 复色光被分解为单色光，而形成光谱的现象，称之为 “色散”。色散可通过棱镜或光栅等作为“色散系统”的仪器 来实现。
【光谱】 复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被 色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案。
整波的数目，(单位用次／秒，叫做赫兹)。
电磁波在不同媒质中传播时，它的速度是不同的，但都比真 空中的速度C要小。光在空气中的速度略小于C，通常可用C 来近似，光在水中的传播速度只有C的四分之三，在玻璃中的 传播速度是C的三分之二。
在真空中，电磁波的速度、波长、频率之间的关系为：
C f
电磁波谱分为长波区、光学区、射线区。光电技术只涉 及光学谱区。
光的颜色
红色 橙色 黄色 绿色 青色 蓝色 紫色
大致的波长范围 （纳米为单位）
760——630 630——600 600——570 570——500 500——450 450——430 430——400
严格说来，不同波长所反映的颜色应该是不同的，所以用 波长来鉴别光波比用颜色来鉴别光波更为科学而且定量。
1621年斯涅耳在他的一篇文章中指出，入射角的余割和折射角的余割之比 是常数。
光电检测考前复习资料 - 副本
考前复习要点第一章绪论1、光电检测系统的主要组成部分；辐射源，光信号处理，被测对象，光学转换，光电传感转换电路，电信号处理2、电磁波谱的范围？光电检测分析的是哪一部分？0.32-100um3、光电探测的分类按携载信息光源，按被探测光源光谱，按显示方式，按接收方法第二章光电器件的物理基础1、光的波粒二象性；2、光度量与辐射度量的区别；辐射度量适合整个电磁波谱能量计算3、辐射度量的五个基本参量；4、基本概念：辐射体，立体角，朗伯源；5、视见函数；6、光通量、发光强度、光照度、光出射度、光亮度7、半导体的基本特性；热敏性，光敏性，掺杂性8、能带理论；禁带，价带，导带9、本征半导体、N型半导体、P型半导体10、PN结的形成过程用图示表示11、外光电效应、内光电效应、光热效应材料受光照后，光子能量和晶格相互作用，振动加剧，温度升高，材料性质发生变化第三章光电检测器件1、光子检测器件与热电检测器件的特点响应波长有选择性，响应快2、光电检测器件的性能参数灵敏度，光谱灵敏度，频率灵敏度，量子效率，通量阈和噪声等效功率，归一化探测度3、噪声参数热噪声，散粒噪声，闪烁噪声4、外光电效应的典型器件光电管与光电倍增管的工作原理、基本特点5、光电发射材料的特点6、光电导效应器件光敏电阻的工作原理基本特点7、光生伏特效应器件光电池与光电二极管的工作原理基本特点第四章热电检测器件1、热辐射引起的热探测器的温度ΔT的求解？2、热电偶的工作原理基本特点接受入射辐射后引起温度升高，产生温差电势。
自发电型传感器，检测范围广，1800℃以上，符合国际计量委员会标准3、热敏电阻的工作原理基本特点、材料特性接受入射辐射后引起温度改变使电阻改变，导致电压变化。
灵敏度高，体积小，适宜动态测量，适于远距离测量和控制，阻值和温度非线性，稳定性和互换性差4、热敏电阻辐射热计的工作原理；5、热释电探测器的工作原理、基本结构极化随温度改变的现象为热释电现象。
光电传感与检测技术--绪论
编辑ppt
第1章 绪 论 1.3.1什么是传感器?
光电传感与检测技 术
编辑ppt
第1章 绪 论
光电传感与检测技 术
Fe编r辑rpapt ri330
第1章 绪 论
光电传感与检测技 术
车胎压力监测 编辑ppt
第1章 绪 论
光电传感与检测技 术
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第1章 绪 论 1.3.1什么是传感器
光电传感与检测技 术
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第1章 绪 论 1.1 课程内涵
光电传感与检测技 术
光电传感与检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术, 它主要利用光电传感器将光学信号变换成电学信号,并采用电路放大和滤波 处理等电子技术对变换后的电信号进行检测，然后用电子学、信息论、计算 机等方法进行分析并进一步传递、储存、控制和显示。
• 如果用机器完成这一过程，计算机相当人的大脑，执行机 构相当人的肌体，传感器相当于人的五官和皮肤。
• 传感器好比人体感官的延长，有人又称“电五官”。
外
感官
大脑
肌体
界
信
息
传感器
计算机
执行机构
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第1章 绪 论 1.3.1什么是传感器
光电传感与检测技 术
➢ 从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称 为传感器。
外光电传感器: 光电管、光电倍增管、 像增强器…
热传感器
热释电传感器、 热电堆光传感器、 辐射热计传感器…
编辑ppt
第1章 绪 论
光电传感与检测技 术
(2)按照光电传感器输出信号的性质分类:
★光纤传感器、
★光栅传感器、
★光电式传感器、
★模拟光学传感器、
绪论
1 发展概述
新的光学现象的发现及无线电电子学向着光频方向 的发展, 的发展,为传统的光学技术的进步提供了动力 现代技术的进步超越了传统的学科界限,形成了彼 现代技术的进步超越了传统的学科界限, 此间的渗透和结合: 此间的渗透和结合: 1.利用光电传感器 利用光电传感器, 1.利用光电传感器,电子技术和微处理机技术是 光学仪器实现自动化的常用手段; 光学仪器实现自动化的常用手段; 2.电子学中 如高精度远距离测量, 电子学中, 2.电子学中,如高精度远距离测量,图像处理及应 集成电路中10 用,集成电路中10-5_10-7m数量级的超精细加工和检 都用到光学技术; 测,都用到频波段扩展,开拓出新一代的光电子器件, 光频波段扩展,开拓出新一代的光电子器件,促进 了电子技术与光学技术的渗透和结合-光电技术. 了电子技术与光学技术的渗透和结合-光电技术.
主要应用
光纤通信 光计算 光存贮与显示 光传感 危险环境测量 在线检测 精密计量 时,空,谱测量 遥感测量 激光医学 激光加工 军事应用
从星体温度探测,人造卫星监测到生物细胞的显 从星体温度探测, 微测量,微循环检查;从视觉工业机器人, 微测量,微循环检查;从视觉工业机器人,光学计算 机到全自动照相机,光电开关,等等. 机到全自动照相机,光电开关,等等.光电技术已成 为现代科学技术和人民生活不可缺少的环节. 为现代科学技术和人民生活不可缺少的环节.其应用 已遍及军事,科学研究,工业,农业, 已遍及军事,科学研究,工业,农业,宇宙和环境科 医疗卫生和民用等各个领域. 学,医疗卫生和民用等各个领域.
处理对象:光学量,电学量,其他非光学量. 处理对象:光学量,电学量,其他非光学量.
所有被研究的信息都将通过各种效应( 所有被研究的信息都将通过各种效应(机,热, 磁等)调制到光载波上, 声,电,磁等)调制到光载波上,并且对光载波的 处理可以是光学的或电子学的. 处理可以是光学的或电子学的.
《光电检测技术》PPT课件
lim E Βιβλιοθήκη P dP0 A dA
10
二、光度量
光度量与人眼有关联，所以只与可见光发生联系。
为避免混淆，在辐射度量符号上加下标“e”，而在光度量符号上加下标“v”
1. 视见函数
光视效能
K v e
光谱光视效能
K () v
e
K（λ）值表示在某一波长上，每1W光功率对目视引起刺激的光通量
光视效能与光谱光视效能的关系
、() 、 (都) 是波(长)的函数
分别称为光谱反射率 、光谱吸收率 、光谱透射率
27
2. 朗伯定律和朗伯—比耳定律
（1）朗伯定律 （吸收定律） 只考虑介质的吸收 设有一平行辐射束在均匀（即不考虑散射）的吸收介质内传播距离为dx 路程之后，其辐射功率减少dP ，实验证明，被介质吸收掉的辐射功率的相对 值 dP/P 与通过的路程dx 成正比
1 Myriametre
万 米 = 1 mam = 104 metres
间 1 Kilometre
千 米 = 1 km
= 103 metres
1 Hectometre 百 米 = 1 hm
= 102 metres
1 Decametre
十 米 = 1 dam = 10 metres
1 Metre
米 = 1m
22
2. 互易定理
设有两个面积分别为A1 和 A2 的均匀朗伯辐射面，其辐射亮度分别为L1 和 L2
P12
L1 cos1
cos2
l2
1
2
P21
L2
cos1
cos2
l2
1
2
两朗伯面所接收到的
P12 L1
辐射功率之比
光电检测技术绪论
02
光电检测技术涉及光电子学、物 理学、化学、材料科学等多个学 科领域，是现代信息科学的重要 组成部分。
光电检测技术的应用领域
在通信领域，光电检测技术用于 光纤通信、光信号处理境监测领域，光电检测技术 用于气体成分分析、水质监测、 气象观测等方面，为环境保护和 治理提供技术支持。
光电检测技术绪论
• 光电检测技术概述 • 光电检测技术的基本原理 • 光电检测技术的分类 • 光电检测技术的应用实例 • 光电检测技术的挑战与展望
01
光电检测技术概述
光电检测技术的定义
01
光电检测技术是指利用光子与电 子相互作用产生电信号，通过测 量电信号实现对光信号的检测和 转换的一种技术。
精度提升
随着科技的发展，光电检测技术 需要更高的精度以适应各种应用 场景，如光学通信、生物医疗和
环境监测等。
响应速度优化
在某些实时性要求较高的场合， 如高速运动目标跟踪和高速信号 处理，光电检测技术需要具备更
快的响应速度。
算法改进
通过算法优化和改进，提高光电 检测系统的数据处理能力和实时 性，以满足高精度和高速度的要
傅里叶变换型光电检测技术主要应用于光谱 分析、光学通信、激光雷达等方面。通过不 同的光学系统和信号处理方法，可以实现不
同的检测功能。
04
光电检测技术的应用实例
光电测距技术
激光雷达测距
利用激光雷达发射激光束并接收反射 回来的信号，通过测量光束往返时间 来计算目标距离，广泛应用于无人驾 驶、环境监测等领域。
超声波测距
利用超声波发射器发出超声波并接收 回波，通过测量回波时间计算目标距 离，常用于近距离测距，如机器人避 障等。
光电跟踪技术
红外跟踪
光电检测技术涉及光电子学、物 理学、化学、材料科学等多个学 科领域，是现代信息科学的重要 组成部分。
光电检测技术的应用领域
在通信领域，光电检测技术用于 光纤通信、光信号处理境监测领域，光电检测技术 用于气体成分分析、水质监测、 气象观测等方面，为环境保护和 治理提供技术支持。
光电检测技术绪论
• 光电检测技术概述 • 光电检测技术的基本原理 • 光电检测技术的分类 • 光电检测技术的应用实例 • 光电检测技术的挑战与展望
01
光电检测技术概述
光电检测技术的定义
01
光电检测技术是指利用光子与电 子相互作用产生电信号，通过测 量电信号实现对光信号的检测和 转换的一种技术。
精度提升
随着科技的发展，光电检测技术 需要更高的精度以适应各种应用 场景，如光学通信、生物医疗和
环境监测等。
响应速度优化
在某些实时性要求较高的场合， 如高速运动目标跟踪和高速信号 处理，光电检测技术需要具备更
快的响应速度。
算法改进
通过算法优化和改进，提高光电 检测系统的数据处理能力和实时 性，以满足高精度和高速度的要
傅里叶变换型光电检测技术主要应用于光谱 分析、光学通信、激光雷达等方面。通过不 同的光学系统和信号处理方法，可以实现不
同的检测功能。
04
光电检测技术的应用实例
光电测距技术
激光雷达测距
利用激光雷达发射激光束并接收反射 回来的信号，通过测量光束往返时间 来计算目标距离，广泛应用于无人驾 驶、环境监测等领域。
超声波测距
利用超声波发射器发出超声波并接收 回波，通过测量回波时间计算目标距 离，常用于近距离测距，如机器人避 障等。
光电跟踪技术
红外跟踪
《光电检测技术》第一章PPT课件
（2）工作原理：
（d）由主振向二跳变脉冲间填充测量脉冲便可测出光扫描工 件上下边缘的时间 Δt，若光扫描工件的线速度 v不变，则可 测出被测工件尺寸 D =vΔt。
3、光电检测系统的基本组成：
1）光源：产生信息传递的媒介——光。 2）光学系统：对光线传播方向等作处理以适应要求。 3）光学变换：光载波与被测对象相互作用而将被测量 载荷到光载波上，称为光学变换。 光学变换是用各种调制的方法来实现的。使用各种光 学元件和光学系统来实现的，如平面镜、光狭缝、光 楔、透镜等，实现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）。
– 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
光电检测技术
教材
《光电测试技术》浦昭邦 编著, 机械工业出版社
参考书目
《光电检测技术》曾光宇等编著, 清华大学出版社 《光电检测技术》雷玉堂等编著, 中国计量出版社
第一章 光电检测技术概论
一、光电测试技术
1、信息技术：
（1）信息具有的特点： a. 信息具有可处理、可共享、可控制； b. 理论研究——信息科学； 工程应用——信息技术：获取、传递、加工、
再生信息的技术。
（2）信息技术主要包括： a.电子信息技术：以电子方法来实现信息获取、加工、 处理、传输、存储核显示的技术——微电子技术，特 点：微小尺寸。
b.光学信息技术：用纯光学方法实现信息获取、加工、 处理、存储和显示的技术。如光材料技术 、光器件技 术 和光学系统技术等。 特点：快速和大容量。
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Φ2 Φ1 Φ1 Φ2
t
O
t
Φ
Φ1 Φ2 Φ1 Φ2
U
t
O U
t
Φ
O t U的幅值
t
O 工件大小 测量值
说明：测量值的大小决定了U的幅值，测量值的正负决定于U的相位， 可通过相敏检波器得到。 南京工程学院 2014-12-23
26
III、补偿测量法：
原理：是用光或电的方法补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Φ 1-Φ 2=0，光楔移
南京工程学院
2014-12-23
Байду номын сангаас18
（3）电-光-电型： 电信号经过电光变换得到可在光路中传输的光信号， 在经过光电变换为电信号后作进一步处理或输出。典型应 用如光纤通讯，其主要利用光纤对光信号进行传输。
（4）光电混合型： 其主要特点是使传统光路实现光路器件的“有源化” 和封闭的光束网络，例如光导纤维、空间调制器等。这将 最终组成有源可控的光学系统和集成光路。和现有的无源 光路比较，这是光学技术的根本变革。
– 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
2014-12-23
南京工程学院
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光电检测系统的特点
一般电子检测系统
传感器 信号变换器 输出环节
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
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•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 功率检测接收机—直接检测或非相干检测 外差检测接收机—相干检测（空间相干）
测物体的辐射光能量实现测量。
2014-12-23
南京工程学院
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光电检测的基本方法
直接作用法、差动测量法、补偿测量法和脉冲测量法 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。
被测物理量 光通量 光电传感器
放大、定标
直接读数
光电系统的基本模型
2014-12-23 南京工程学院 24
2014-12-23
南京工程学院
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（5）电光混合型 这种系统的目标是将电路系统元器件的功能用光学方 法来实现，即所谓的电路元件的“光子化”，例如光学晶 体管和光学双稳态器件等，目前许多单元器件已相继问世 或正在研制中。 后两种光电系统是光电技术未来的发展方向，其中 的光电混合式或全光学式的光学计算机是这些系统最有吸 引力的发展目标。
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
2014-12-23
南京工程学院
12
– 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
E
R2
v
N 计数器
K---长度当量
N---计数器值
2014-12-23
R1 高频脉冲
高频脉冲可取自电动机或转动轮上脉冲，消 28 南京工程学院 除不匀速带来的误差。
2、频率法测速：
控制时间t
E
放大
R
整形
计数
N
在转动轮上均匀贴有反射片，光电传感器可接收与转 速相对应的光脉冲，m为反光片数，n为每分钟转速， 则：f=n*m/60=N/t； 即转速可以由此得到：n=60N/m*t 脉冲测量法特点：抗干扰性能好，精度高，直接与计算 机相连，易于实现在线测量和自动化控制。
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南京工程学院
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光电检测系统的组成
光 源
光 学 系 统
被 测 对 象
光 学 变 换
光 电 传 感
变 换 电 路
电 信 号 处 理
存
显 控
储
示 制
光学变换
光电变换
电路处理
2014-12-23
南京工程学院
8
光电检测系统的具体作用
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。
通过上面的学习我们可以看出，光电系统的共同特点是通过光电检 测——所有被研究的信息都将通过各种效应（力、热、声、电、磁）调 制到光载波上，然后将携带被研究的信息光载波转换为电信号，并通过 电子线路和计算机的综合处理，实现光学仪器的自动化。因此，光电检 测作为光电系统的一种共性技术具有重要的意义。
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光电检测技术
• 光电检测技术：一种非接触测量的高新技术。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。
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1.4 光电检测方法及应用发展趋势 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 ②
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。
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
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光电检测技术的特点
高精度。
各种检测技术中最高。如激光干涉仪法检测长度的精度达0.05um/m； 光栅莫尔条纹法测角可达0.04″；用激光测距法测量地球到月球之间距离分 辨率可达1m。
高速度。
光电检测以光为介质，用光学方法获取和传递信息是最快的。
远距离，大量程。
光便于远距离传播的介质，适于遥控和遥测，如武器制导，光电跟踪， 电视遥测等。
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非PN结 电子管类 其他类
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光电检测系统与人操作功能比较
被测物体 被测物体 感觉器官 光电传感 人脑 微机 手控 执行机构
光电传感部分相当于人身的感觉器官
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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、面积、体
教学内容
第五章
第六章 第七章 第八章
：介绍光电检测电路的组成、设计依据、设计要求
：光束的调制与扫描技术 ：非相干信号的光电变换与检测 ：相干变换与检测方法
和设计方法。
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学习本课程的目的
了解光电检测系统的基本组成，光电检测技 术的特点和发展趋势。 掌握光电检测器件（传感器、光源和成像器 件）的工作原理及基本特性，了解它们的应 用范围。 能够根据特性参数，选择合适的光电检测器 件。熟悉常用器件的性能指标。 掌握了解常用光电检测技术的测量、数据采 集、处理和转换的方法，了解所需的元器件、 仪器和相关的接口技术。
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•光接收机的分类图示
空间滤波器
透镜
接收到 的光场
光电检测器
频率滤波器
直接检测接收机
透镜
合束镜
外差检测接收机
接收到 的光场
聚焦光场
光电检测器
本地光场 本地激 光器
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2、光电系统大致可分作下列几种类型。
（1）光-电型（应用最广泛）： 被测量对象经过光机系统产生光信号，其通过光电转 换成电信号进入电子系统，光学仪器的自动化常采用这种 方式。若经AD转换，进一步传输到计算机处理，可组成部 分代替人的视觉和思维活动的机器视觉系统。例如：智能 化的工业在线检测。 （2）光-电-光型： 由光机系统采集到的光信号通过光电转换（A/D）成电 信号，经电信号处理后再经过电光变换形成光信号输出。 例如：电视技术中的摄像管，显像管以及声像光盘的录制 和再现都是这类系统的代表。
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光电传感器的发展趋势
发展纳米、亚纳米高精度的光电测量新技术。 发展小型的、快速的微型光、机、电检测系统。 非接触、快速在线测量，以满足快速增长的经济需要。 向微空间三维测量技术和大空间三维测量技术发展。 发展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。 发展光电跟踪与光电扫描技术，如远距离的遥控，遥测 技术，激光制导，飞行物自动跟踪，复杂形体自动扫描 测量等。
光电检测技术
光学基础
测试器件 处理电路
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光电检测技术课程简介 课程性质：专业课 学 分：2.5 学 时：40（34学时讲课+6学时实验） 先修课程：大学物理、传感器、电子线路、微机原理 使用教材：《光电检测技术》雷玉堂等编著
t
O
t
Φ
Φ1 Φ2 Φ1 Φ2
U
t
O U
t
Φ
O t U的幅值
t
O 工件大小 测量值
说明：测量值的大小决定了U的幅值，测量值的正负决定于U的相位， 可通过相敏检波器得到。 南京工程学院 2014-12-23
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III、补偿测量法：
原理：是用光或电的方法补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Φ 1-Φ 2=0，光楔移
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Байду номын сангаас18
（3）电-光-电型： 电信号经过电光变换得到可在光路中传输的光信号， 在经过光电变换为电信号后作进一步处理或输出。典型应 用如光纤通讯，其主要利用光纤对光信号进行传输。
（4）光电混合型： 其主要特点是使传统光路实现光路器件的“有源化” 和封闭的光束网络，例如光导纤维、空间调制器等。这将 最终组成有源可控的光学系统和集成光路。和现有的无源 光路比较，这是光学技术的根本变革。
– 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
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光电检测系统的特点
一般电子检测系统
传感器 信号变换器 输出环节
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
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•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 功率检测接收机—直接检测或非相干检测 外差检测接收机—相干检测（空间相干）
测物体的辐射光能量实现测量。
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光电检测的基本方法
直接作用法、差动测量法、补偿测量法和脉冲测量法 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。
被测物理量 光通量 光电传感器
放大、定标
直接读数
光电系统的基本模型
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（5）电光混合型 这种系统的目标是将电路系统元器件的功能用光学方 法来实现，即所谓的电路元件的“光子化”，例如光学晶 体管和光学双稳态器件等，目前许多单元器件已相继问世 或正在研制中。 后两种光电系统是光电技术未来的发展方向，其中 的光电混合式或全光学式的光学计算机是这些系统最有吸 引力的发展目标。
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
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– 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
E
R2
v
N 计数器
K---长度当量
N---计数器值
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R1 高频脉冲
高频脉冲可取自电动机或转动轮上脉冲，消 28 南京工程学院 除不匀速带来的误差。
2、频率法测速：
控制时间t
E
放大
R
整形
计数
N
在转动轮上均匀贴有反射片，光电传感器可接收与转 速相对应的光脉冲，m为反光片数，n为每分钟转速， 则：f=n*m/60=N/t； 即转速可以由此得到：n=60N/m*t 脉冲测量法特点：抗干扰性能好，精度高，直接与计算 机相连，易于实现在线测量和自动化控制。
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光电检测系统的组成
光 源
光 学 系 统
被 测 对 象
光 学 变 换
光 电 传 感
变 换 电 路
电 信 号 处 理
存
显 控
储
示 制
光学变换
光电变换
电路处理
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光电检测系统的具体作用
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。
通过上面的学习我们可以看出，光电系统的共同特点是通过光电检 测——所有被研究的信息都将通过各种效应（力、热、声、电、磁）调 制到光载波上，然后将携带被研究的信息光载波转换为电信号，并通过 电子线路和计算机的综合处理，实现光学仪器的自动化。因此，光电检 测作为光电系统的一种共性技术具有重要的意义。
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光电检测技术
• 光电检测技术：一种非接触测量的高新技术。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。
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1.4 光电检测方法及应用发展趋势 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 ②
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。
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
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光电检测技术的特点
高精度。
各种检测技术中最高。如激光干涉仪法检测长度的精度达0.05um/m； 光栅莫尔条纹法测角可达0.04″；用激光测距法测量地球到月球之间距离分 辨率可达1m。
高速度。
光电检测以光为介质，用光学方法获取和传递信息是最快的。
远距离，大量程。
光便于远距离传播的介质，适于遥控和遥测，如武器制导，光电跟踪， 电视遥测等。
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非PN结 电子管类 其他类
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光电检测系统与人操作功能比较
被测物体 被测物体 感觉器官 光电传感 人脑 微机 手控 执行机构
光电传感部分相当于人身的感觉器官
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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、面积、体
教学内容
第五章
第六章 第七章 第八章
：介绍光电检测电路的组成、设计依据、设计要求
：光束的调制与扫描技术 ：非相干信号的光电变换与检测 ：相干变换与检测方法
和设计方法。
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学习本课程的目的
了解光电检测系统的基本组成，光电检测技 术的特点和发展趋势。 掌握光电检测器件（传感器、光源和成像器 件）的工作原理及基本特性，了解它们的应 用范围。 能够根据特性参数，选择合适的光电检测器 件。熟悉常用器件的性能指标。 掌握了解常用光电检测技术的测量、数据采 集、处理和转换的方法，了解所需的元器件、 仪器和相关的接口技术。
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•光接收机的分类图示
空间滤波器
透镜
接收到 的光场
光电检测器
频率滤波器
直接检测接收机
透镜
合束镜
外差检测接收机
接收到 的光场
聚焦光场
光电检测器
本地光场 本地激 光器
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2、光电系统大致可分作下列几种类型。
（1）光-电型（应用最广泛）： 被测量对象经过光机系统产生光信号，其通过光电转 换成电信号进入电子系统，光学仪器的自动化常采用这种 方式。若经AD转换，进一步传输到计算机处理，可组成部 分代替人的视觉和思维活动的机器视觉系统。例如：智能 化的工业在线检测。 （2）光-电-光型： 由光机系统采集到的光信号通过光电转换（A/D）成电 信号，经电信号处理后再经过电光变换形成光信号输出。 例如：电视技术中的摄像管，显像管以及声像光盘的录制 和再现都是这类系统的代表。
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光电传感器的发展趋势
发展纳米、亚纳米高精度的光电测量新技术。 发展小型的、快速的微型光、机、电检测系统。 非接触、快速在线测量，以满足快速增长的经济需要。 向微空间三维测量技术和大空间三维测量技术发展。 发展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。 发展光电跟踪与光电扫描技术，如远距离的遥控，遥测 技术，激光制导，飞行物自动跟踪，复杂形体自动扫描 测量等。
光电检测技术
光学基础
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光电检测技术课程简介 课程性质：专业课 学 分：2.5 学 时：40（34学时讲课+6学时实验） 先修课程：大学物理、传感器、电子线路、微机原理 使用教材：《光电检测技术》雷玉堂等编著