光电测试技术概述
光电计量与测试技术
提高光电计量与测试技术的精度和稳定性，满足高精度和 高可靠性的需求
光电计量与测试技术的发展趋势：高精度、高稳定性、高可靠性
提高精度和稳定性的方法：采用先进的传感器、信号处理算法、校准技术等
挑战：如何满足高精度和高可靠性的需求，同时降低成本和功耗
光电信号的放大：通过放大器将微弱的电信号放大
光电信号的滤波：通过滤波器去除噪声和干扰
光电信号的转换：通过ADC将模拟电信号转换为数字信号
光电信号的处理：通过DSP或FPGA对数字信号进行处理 和分析
光电信号的显示：通过显示器将处理后的信号显示出来
光电计量与测试的精度和误差分析
光电计量与测试技术的原理：利 用光电效应进行测量
应用领域：拓展 光电计量与测试 技术的应用领域， 如医疗、环保、 航天等
感谢观看
汇报人：
光电计量与测试技术是利用光电效应进行测量和测试的技术。
光电计量与测试技术包括光电转换、光电检测、光电信号处理等方 面。
光电计量与测试技术广泛应用于各种光电子器件、光电子系统、光电 子设备的性能测试和评价。
光电计量与测试技术是光电子技术领域的重要组成部分，对于光电 子技术的发展具有重要意义。
光电计量与测试技术的应用领域
红外成像等
红外光计量与 测试技术的发 展趋势：高精 度、小型化、
智能化等
紫外光计量与测试技术
紫外光计量与测试技术的定义和原理 紫外光计量与测试技术的应用领域 紫外光计量与测试技术的优缺点 紫外光计量与测试技术的发展趋势和挑战
X射线计量与测试技术
X射线计量与测试技术的 定义和原理
X射线计量与测试技术的 应用领域
光电测试技术光的偏振及检测技术
03.06.2019
9
偏振片的起偏和检偏 一、起偏
从自然光获得偏振光叫“起偏”，相应的 光学器件叫“起偏器”。
起偏的原理: 利用某种形式的不对称性,如
（1）物质的二向色性， （2）散射， （3）反射和折射， （4）双折射….
03.06.2019
10
偏振片（Polaroid）
是由自然光获得线偏振光的平面片状器件， 通常用P表示。
双
折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
纸面
双
折 射
光光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
纸面
双
折 射
光光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
纸面
双
折 光光
射
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
I11 2I1co23s 0 I2 1 2I2co26s0
但按题意 I1 I2 即 I1co 23s 0 I2co 26s 0
所以
I1
co2s60
1 4
1
I2
co2s30
3 4
3
03.06.2019
28
例题
光强为 I0 的自然光相继通过偏振片P1、P2、P3后光 强为I0 /8，已知P1 P3，问：P1、P2间夹角为何？
与光轴组成的平面。
•• 非常光：它的折射率（即波速）随方向而变化， 并且不一定在入射面内传播，简称为 e 光。
e 光振动方向平行于该光线（在晶体中） 与光轴组成的平面。
03.06.2019
光电测试技术-第0章_绪论
x U x
21
其中，扩展不确定度U应取最多两位有效数字。
2014-8-30
第0章 绪论
3.5 间接测量的数据处理步骤 间接测量值为直接测量值的函数
V f ( x1, x2 ,xn )
当各个测量值及其误差为已知时，按下列步骤处理数据。 1) 计算间接测量值 V 。将各直接测量值的算术平均值代入函 数式求 V 。 2) 根据各误差传递系数和标准偏差估计值的大小可以判知哪个 （几个）直接测量值对测量结果影响较大，则尽量减小或消 除该项（几项）量值的系统误差。
ISO1000-1981规定的 七个基本量:
量的名称 长 质 时 电 度 量 间 流 单位名称 米 千克(公斤) 秒 安 [培 ] 开[尔文] 单位符号 m kg s A K
热力学温度
物质的量
发光强度
2014-8-30
摩[尔]
坎[德拉]
mol
cd
8
第0章 绪论
2.3 测量中应遵循的原则 阿贝原则——长度测量时，标准量应安放在被测件测量中 心线的延长线上。做到这一点可以避免产生一阶误差。 封闭原则——圆周分度首尾相接的间距误差的总和为零， 表示为 ∑fi = 0 式中，fi 为分划间距(用角度表示)误差。这也就是分度误 差的闭合条件。 测量时，满足封闭性可以实现自检，因而可以提高测量的 精度。
2 2 2
合成标准不确定度为
V 2 V 2 V 2 uc V x u ( x1 ) x u ( x2 ) x u ( xn ) 1 2 n
2014-8-30
22
第0章 绪论
3）计算间接测量结果的合成标准不确定度。 标准偏差的估计值为
光电测试技术-第1章基本光学量的测试技术1
2
2024/7/13
11
第1章 基本光学量的测试技术
§1-1 光电系统的对准和调焦技术
1. 目视系统的对准和调焦
1.2 望远镜的对准不确定度和调焦不确定度 2）望远镜的调焦标准不确定度——消视差法 将人眼的消视差法调焦不确定度换算到望远镜物方
Γ 2b
注意：眼瞳的有效移动距离b不等于眼瞳的实际移动距 离t，而等于出瞳中心到进入眼瞳的光束中心的距离。 如图所示。
清晰度法是以目标与比较标志同样清晰为准。调焦不确定 度是由于存在几何焦深和物理焦深所造成的。
几何焦深是指当弥散圆直径等于人眼分辨极限时，目标至 标志的距离δx的两倍2δx。
由几何焦深造成的人眼调焦标准不确定度为
1'
1 l2
1 l1
ae De
单式位中为，ra1 'd。以m-1为单位，这时l1、l2和De的单位为m，αe的
λ/K（常取K＝6）时，人眼仍分辨不出此时视网膜上的衍
射图像与艾里斑有什么差别。即如果目标与标志相距小于
dl时眼睛仍认为二者的像同样清晰，通常将2dl称为物理
焦深。由物理焦深造成的人眼调焦的标准不确定度由下式
求得
De2 De2
k 8l2 8l1
2 '
1 l2
1 l1
8
KDe2
式中，l2＝l1±dl；De为眼瞳直径（De与波长λ的单位皆
光电对准分类： 光度式：普通光度式、差动光度式 相位式
2024/7/13
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第1章 基本光学量的测试技术
§1-1 光电系统的对准和调焦技术
2. 光电对准
光敏电阻
鉴别器
放大器
指零仪表
测微器
光电测试技术-非相干信号检测技术
为了满足不断增长的光电信号检测需求，需要提高非相干 信号检测的性能，包括提高检测灵敏度、降低噪声、减小 检测误差等。
在保持高性能的同时，还需要降低非相干信号检测的成本 ，包括降低材料成本、制造成本和运营成本等，以促进非 相干信号检测技术的广泛应用和普及。
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缺点
需要使用调制器和解调器，增加了系 统的复杂性和成本。
频谱分析法
优点
可以提供全面的光信号信息，适用于复杂的光信号检测和分析。
缺点
需要使用光谱分析仪或傅里叶变换光谱仪，成本较高，且对测试环境和操作要求较高。
04 非相干信号检测技术的性 能指标
检测范围与精度
检测范围
非相干信号检测技术的检测范围包括光谱范围、功率范围和温度范围等，这些范围决定了该技术在特 定应用中的适用性。
抗干扰能力
在实际应用中，非相干信号检测技术可 能会受到各种噪声和干扰的影响。抗干 扰能力强的技术能够更好地抑制噪声， 提高测试结果的准确性。
VS
可靠性
可靠的非相干信号检测技术能够在长时间 内保持稳定的性能，降低故障率，提高测 试系统的可用性。
05 非相干信号检测技术的实 际应用案例
光电传感器的非相干信号检测
检测精度
高精度的非相干信号检测技术能够准确测量信号的微小变化，从而提高测试结果的可靠性。
响应速度与稳定性
响应速度
非相干信号检测技术的响应速度决定了测试系统的实时性能，快速响应技术能够更好地 捕捉信号变化。
稳定性
稳定的非相干信号检测技术能够提供一致的测试结果，降低测试误差，提高测试的可重 复性。
抗干扰能力与可靠性
06 非相干信号检测技术的未 来发展与挑战
光电器件测试技术及其应用
光电器件测试技术及其应用第一章介绍光电器件指的是将光学和电子学技术相结合的器件，如半导体激光器、光电二极管、光电开关等。
这些器件广泛应用于通讯、医疗、测量、信息处理、光学传感等领域。
为了保证这些器件的性能和质量，需要对它们进行测试。
光电器件测试技术是指为了研究光电器件的各种物理、电学、光学、热力学等特性，采用各种手段进行实验检测，从而确保其性能和质量。
第二章光电器件的分类1.半导体激光器半导体激光器是一类利用半导体材料的电子结构产生激光的器件，广泛应用于通信、数据存储、医疗、工业和军事领域。
常用的测试指标有均匀度、光谱特性、光强、波长稳定性、散焦等特性。
2.光电二极管光电二极管是将光信号转换为电信号的器件，具有高灵敏度、响应速度快等优点，广泛应用于光通信、光电子测量、医疗检测等领域。
常用的测试指标有响应速度、量子效率、噪声特性、幅度、时间响应等特性。
3.光电开关光电开关是利用光电效应实现光控开关的器件，常用于自动控制、仪表、测量等领域。
测试指标包括开关速度、发射功率、接受灵敏度等特性。
4.其他光电器件还有一些其他光电器件，如光电探测器、光电移频器、光电晶体等，均有各自的特性和应用领域。
测试指标根据器件的性质和用途而定。
第三章光电器件测试技术1.光学测试技术光学测试技术通常包括光谱分析、强度分析、相位分析、波长分析、散射分析和偏振分析等。
这些技术可以通过使用分光仪、衰减器、偏振片、反光镜、衍射光栅和气体激光泵浦系统等设备进行测试。
2.电学测试技术电学测试技术针对电光响应、电容、电压、电流等电学特性进行测试。
常用的测试设备有示波器、电流源、电压源和信号发生器等。
3.热力学测试技术热力学测试技术包括热扩散率、热导率、热膨胀、热惯性等特性测试。
常用设备有热电偶、热流量计、热像仪、热成像仪等。
4.机械测试技术机械测试技术可用于测试强度、硬度、刚度、弹性、疲劳等机械特性。
通常使用试验机、强度测试仪、扫描电镜、原子力显微镜等设备进行测试。
什么是光电检测？光电检测技术介绍
什么是光电检测？光电检测技术介绍(-)检测一、检测是通过一定的物理方式，分辨出被测参数量病归属到某一范围带，以此来判别被测参数是否合格或参数量是否存在。
测量时将被测的未知量与同性质的标准量进行比较，确定被测量队标准量的倍数，并通过数字表示出这个倍数的过程。
在自动化和检测领域，检测的任务不仅是对成品或半成品的检验和测量,而且为了检查、监督和控制某个生产过程或运动对象使之处于人们选定的最佳状况，需要随时检测和测量各种参量的大〃坏口变化等情况。
这种对生产过程和运动对象实时检测和测量的技术又称为工程检测技术。
测量有两种方式：即直接测量和间接测量直接测量是对被测量进行测量时,对以表读数不经任何运算,直接的出被测量的数值，如：用温度计测量温度，用万用表测量电压间接测量是测量几个与被测量有关的物理量，通过函数关系是计算出被测量的数值。
如：功率P与电压V和电流I有关，即P=VI,通过测量到的电压和电流，计算出功率。
直接测量简单、方便，在实际中使用较多；但在无法采用直接测量方式、直接测量不方便或直接测量误差大等情况下，可采用间接测量方式。
光电传感器与敏感器的概念传感器的作用是将非电量转换为与之有确定对应关系得电量输出，它本质上是非电量系统与电量系统之间的接口。
在检测和控制过程中，传感器是必不可少的转换器件。
从能量角度出发，可将传感器划分为两种类型：一类是能量控制型传感器，也称有源传感器；另一类是能量转换传感器，也称无源传感器。
能量控制型传感器是指传感器将被测量的变换转换成电参数（如电阻、电容）的变化，传感器需外加激励电源，才可将被测量参数的变化转换成电压、电流的变化。
而能量转换型传感器可直接将被测量的变化转换成电压、电流的变化，不需外加激励源。
在很多情况下，所需要测量的非电量并不是传感器所能转换的那种非电量，这就需要在传感器前面加一个能够把被测非电量转换为该传感器能够接收和转换的非电量的装置或器件。
这种能够被测非电量转换为可用电量的元器件或装置成为敏感器。
光电检测技术在环境监测中的应用研究
光电检测技术在环境监测中的应用研究一、光电检测技术的概述光电检测技术（photoelectric detection technology）是指以光电效应为基础，利用半导体器件、光电器件等设备对光信号进行检测、传输和处理的技术。
光电检测技术具有响应速度快、精度高、非接触性强、信息处理方便等特点，已广泛应用于工业、医疗、环保等领域。
二、光电检测技术在环境监测中的应用1.气体检测光电检测技术已成为环境监测中气体检测的主要手段之一。
通过光电传感器检测空气中的气体成分，可以精确测量室内外空气中的有害气体浓度，如二氧化碳、一氧化碳、甲醛等，以及温湿度、氧含量等参数。
同时，光电传感器的响应速度快、探测灵敏度高，在突发气体泄漏事故中具有重要的监控作用。
2.水质检测光电检测技术在水质检测中也有着广泛的应用。
通过激光光源、光电传感器、像素阵列等设备，可以对水质中的化学物质、生物成分、悬浮物等进行检测和分析，快速准确地判断水质是否达标。
如利用荧光分析技术实现对水中铜离子、镉离子、汞离子等重金属离子的实时检测，还可以检测水质中的氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐等有害物质。
3.土壤污染检测土壤污染是目前环境污染的重要问题之一，光电检测技术可以有效地检测土壤中的有害物质浓度。
利用光纤和光电传感器组成的光波导系统，可以实现对土壤中有机物、重金属离子、有机氯化合物等污染物的在线监测，进而采取有效的污染治理措施。
4.噪声检测城市噪声污染是影响人们健康的重要因素之一，光电检测技术可以通过激光测距仪、光电传感器等设备对噪声进行测试。
如利用激光测距仪测量车流噪声，检测噪声源的位置和噪声强度，进而对噪声污染进行定位和治理。
三、光电检测技术的发展趋势随着科技的发展，光电检测技术不断地向着高精度、高灵敏度、低功耗、小型化、智能化方向发展。
1.传感器索材料的不断改进。
传感器材料是光电检测技术的重要组成部分，新的传感器材料的应用将提高传感器的灵敏度、稳定性和响应速度。
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（可见光、红外、紫外；主观
客观）
光导纤维（高精度、高速度、非接触、远程传输） --- 传递图像、检测技术，测量各种物理量，各种场合
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（2）工程领域 加工精度（0.1m或0.01m水平）--- 纳米测量显微镜 （隧道显微镜、原子力显微镜、激光力显微镜、静电力显微镜） 标定（纳米、亚纳米级）--- 激光外差干涉仪（0.1nm）、 X光干涉仪（0.01nm） 环境要求（环境温度不稳定、振动、光源波动） ---- 闭环控制（无间隙无摩擦的柔性铰链）
——快速（运动速度最快）
——光频段的微电子技术
测量精度高、速度快、非接触、自动化程度高
3
二、光电测试系统工作原理
1. 光电检测系统实例
(1) 红外防盗报警系统
4
(2)光电计数器
5
(3) 锅炉水位光电控制
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(4) 刀具破损探测系统
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(5) 稳定光源发光照度的自动控行物自动跟踪、复杂形体自动扫描测量等）
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五、光电测试技术的典型应用
（1）军事上：制导、光电伪装、光电对抗； （2）航天：空间目标探测、导航； （3）生物医学：内窥镜； （4）环保：污水处理（光化学氧化）、测定大气氮氧化物 （5）工业：光电子封装 （6）其他：红外光电子学、光电自准直仪、太阳能电池、
（3）微电子技术 计算机技术 --- 微系统（集成化）--- 微机电系统 --微型测量装置 --- 微型光、机、电测试系统（发展方向）
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6. 光电测试技术的发展趋势
（1）发展纳米、亚纳米高精度的光电测量新技术； （2）发展小型、快速的微型光、机、电测试系统； （3）非接触、快速在线测量，提高成品率和检测效率； （4）向微空间和大空间三维测量技术发展； （5）发展闭环光电测试系统，实现光电测量与光电控制一体化； （6）向人类无法触及的特殊领域发展； （7）发展光电跟踪与光电扫描技术（如遥控、遥测、激光制导、
光电测试技术
Opto-electronic Measurement Technology
陶卫
Office: 电信学院2号楼333室 Tel：34205931
E-mail：taowei@
教学大纲
总学时： 36学时 教学内容：第一章 光电测试技术概述
第二章 光度学基础及光源 第三章 光电测试技术中常用光学系统 第四章 光电测试器件 第五章 光电检测电路 第六章 现代光电检测技术
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2、光电检测系统组成
光 --- 信息传递的媒介
（必不可少）
光载波 (点照明、平行光照明)
载荷
光
电
信
信
息 光 号 解调
电 滤波
器 调制 件
整形 判向
细分
光
电
信息转换
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其他 装置
三、光电测试技术的特点
（1）高精度（精度最高）---- 激光干涉测长（ 0.05m/m ）、 光栅莫尔条纹测角（0.04"）、 激光测距（地球与月球距离 --- 1m分辨力）；
光电码盘
15
(1) 几何量检测传感器
16
(1) 几何量检测传感器
热轧钢板测宽仪
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(1) 几何量检测传感器
信号处理芯片 激光光源 准直透镜
线阵CCD器件
成像透镜组
激光测距传感器
18
(1) 几何量检测传感器
激光测径仪
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(1) 几何量检测传感器
工业显微镜
20
(2) 电磁量检测传感器
光纤电流传感器
太赫兹技术
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六、本课程学习内容及要求
1. 光源、光学系统
了解光电测试系统中用到的光源和光学系统的相关知识
2. 光电器件
掌握典型光电器件的原理和特点，会正确选用光电器件
3. 光电检测电路
会根据光电器件的特点选择和设计光电检测电路及有关参数
4. 光电检测系统
能根据被测对象的要求，设计光电检测系统
27
21
(3) 温度检测传感器
22
5. 光电测试技术的发展
（1）新光源、新光电器件
红宝石/氦-氖激光器（单色性、方向性、相干性、稳定性好） --- 激光干涉仪、激光测距仪、激光准直仪、激光雷达等
固体摄像器件（小巧、坚固、低功耗、失真小、工作电压低、
重量轻、抗震性好、动态范围大、光谱范围宽）--- 视觉检测
教 材：《光电测试技术》，浦昭邦，机械工业出版社，2005 参考书：《光电检测技术》，雷玉堂等著，中国计量出版社，2002
2
第一章 光电测试技术概述
一、光电测试技术的意义
电子技术——电子学方法
微电子技术（微小尺寸） 信息的获取、加工、处理、
——方便、快速
传输、存储与显示
光学技术——纯光学方法
光材料技术、光器件技术、光学系统技术（光信息检测系统、 光信息处理、光计算、光传输、光存储与显示技术等）
信息控制、存储方便
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四、光电测试技术的应用发展
1．辐射度量和光度量的检测
光强度计、光亮度计、辐射计、以及光测高温计和辐射测温仪
2．光电元器件特性的检测
光谱特性、光灵敏度、亮度增益
3．光学材料、元件及系统特性的检测
材料、元件的光谱特性；光学系统的调制传递函数； 大倍率的减光片
4．非光物理量的光电检测
（2）高速度（媒介 --- 光）---获取、传递信息速度最快
（3）远距离、大量程（遥测、遥控）--- 武器制导、光电跟踪、 电视遥测
（4）非接触测量（不损伤被测物）--- 无接触力、无摩擦、 动态测量、效率高
（5）寿命长 --- 复现性好、永久使用 （6）智能化 --- 强信息处理和运算能力、并行处理；
--- 应用最广、发展最快、最为活跃的应用领域 几何量---长度、角度、距离、直径、深度、速度、面积等 机械量 --- 重力、应力、压强、振动、流量、硬度、强度等 电量与磁量、温度、湿度、材料浓度及成份等
12
(1) 几何量检测传感器
光栅传感器
13
(1) 几何量检测传感器
光栅光电系统示意图
14
(1) 几何量检测传感器