光電檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用第一章緒論

光電檢測(cè)技術(shù)課程簡(jiǎn)介本課程是“測(cè)控技術(shù)及儀器”專業(yè)本科必修專業(yè)課。通過(guò)學(xué)習(xí)本課程，掌握實(shí)現(xiàn)光電檢測(cè)的基本原理和基本方法，以達(dá)到使學(xué)生能夠運(yùn)用光電檢測(cè)技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的目的。通過(guò)課堂教學(xué)使學(xué)生掌握光電檢測(cè)器件、熱電檢測(cè)器件、發(fā)光與耦合器件、光電成像器件的工作原理、主要特性及應(yīng)用技術(shù)；光電信號(hào)檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)；光電直接檢測(cè)系統(tǒng)；光外差檢測(cè)系統(tǒng)；光纖傳感器檢測(cè)技術(shù)；光電信號(hào)的數(shù)據(jù)采集與微型計(jì)算機(jī)接口；光電變換方法以及光電檢測(cè)技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)。用理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方法加深理論知識(shí)、開(kāi)拓思維，為今后科研、生產(chǎn)解決光電檢測(cè)技術(shù)問(wèn)題打下基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)本課程的目的了解光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本組成，光電檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。掌握光電檢測(cè)器件（傳感器、光源和成像器件）的工作原理及基本特性，了解它們的應(yīng)用范圍。能夠根據(jù)特性參數(shù)，選擇合適的光電檢測(cè)器件。熟悉常用器件的性能指標(biāo)。掌握直接檢測(cè)與外差檢測(cè)的原理和區(qū)別。了解光纖傳感檢測(cè)技術(shù)的原理和應(yīng)用，掌握光纖的光波調(diào)制技術(shù)。掌握了解常用光電檢測(cè)技術(shù)的測(cè)量、數(shù)據(jù)采集、處理和轉(zhuǎn)換的方法，了解所需的元器件、儀器和相關(guān)的接口技術(shù)。答疑地點(diǎn)及時(shí)間每周答疑一次，時(shí)間：周三下午2：30~3:30，地點(diǎn)：南實(shí)訓(xùn)樓404測(cè)控教研室電話時(shí)學(xué)生有問(wèn)題可以發(fā)電子郵件:942938676@或QQ:942938676留言，教師將會(huì)收集典型的、集中的問(wèn)題在課堂上講解。教材《光電檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用》郭培源付揚(yáng)編著北京航空航天大學(xué)出版社參考書(shū)目《光電檢測(cè)技術(shù)》曾光宇等編著清華大學(xué)出版社《光電傳感與檢測(cè)技術(shù)》江曉軍等編著機(jī)械工業(yè)出版社《光電檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用》周秀云等編著電子工業(yè)出版社平時(shí)成績(jī)：30%閉卷考試：70%44個(gè)學(xué)時(shí)1~11周2.5學(xué)分第一章緒論（1）信息技術(shù)是一種綜合技術(shù)，它包括感測(cè)技術(shù)、通信技術(shù)、人工智能與計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、微電子信息技術(shù)和光電信息技術(shù)等幾個(gè)方面，一切與信息的收集、加工、存儲(chǔ)、傳輸有關(guān)的各種技術(shù)可稱為信息技術(shù)。（2）感測(cè)技術(shù)：包括傳感技術(shù)和測(cè)量技術(shù)以及遙感、遙測(cè)技術(shù)；它使人類(lèi)能更好地從外部世界獲取各種有用的信息。（3）通信技術(shù)：它的作用是傳遞、交換和分配信息，可以消除或克服空間上的限制，使人們能更有效地利用信息資源。1.1信息技術(shù)與光電檢測(cè)技術(shù)一、信息技術(shù):1.基本概念（4）人工智能與計(jì)算機(jī)技術(shù)：它使人們能更好地加工和再生信息。（5）控制技術(shù)：它的作用是根據(jù)輸入的指令，對(duì)外部事務(wù)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)施干預(yù)。（6）微電子信息技術(shù)是在傳統(tǒng)的電子技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種滲透性最強(qiáng)、影響面最廣的電子技術(shù)，它通過(guò)控制固體內(nèi)電子的微觀運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的加工，并在固體的微區(qū)（小到幾個(gè)晶格的數(shù)量級(jí)）內(nèi)進(jìn)行，可以把一個(gè)電子功能部件，甚至一個(gè)系統(tǒng)集成在一個(gè)很小的芯片上。微電子信息技術(shù)是信息技術(shù)的核心。（7）光子信息技術(shù)也是一種滲透性極強(qiáng)的綜合技術(shù)，是以光集成技術(shù)為核心的有關(guān)光學(xué)元、器件制造的應(yīng)用技術(shù)。二光電技術(shù)光電技術(shù)是由光學(xué)、激光、電子學(xué)和信息技術(shù)相互滲透而形成的綜合性、交叉性學(xué)科技術(shù)，光電技術(shù)包括光的產(chǎn)生、傳輸、調(diào)制、放大、頻率轉(zhuǎn)換和檢測(cè)以及光信息處理等。光電子技術(shù)通常按光子的功用分兩個(gè)層次：光子作為信息的載體，應(yīng)用于信息的獲取、傳輸、存儲(chǔ)、顯示、處理及運(yùn)算，稱為信息光電子技術(shù)；光子作為能量的載體，作為高能量和高功率的束流（主要是激光束），應(yīng)用于材料加工、醫(yī)學(xué)治療、太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換、核聚變等，稱為能量光電子技術(shù)。二光電技術(shù)20世紀(jì)60年代初出現(xiàn)的激光和激光技術(shù)，以其強(qiáng)大的生命力推動(dòng)了光電子技術(shù)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。光電子技術(shù)所涵蓋的激光技術(shù)、光導(dǎo)波技術(shù)、光檢測(cè)技術(shù)、光計(jì)算和信息處理技術(shù)、光存儲(chǔ)技術(shù)、光顯示技術(shù)、激光加工與激光生物技術(shù)等已經(jīng)在經(jīng)濟(jì)中發(fā)展形成了光電子信息產(chǎn)業(yè)，它將繼微電子技術(shù)之后，再次推動(dòng)科學(xué)技術(shù)的革命與人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步。二十世紀(jì)末，信息載體正在由電磁波段擴(kuò)展到光波段，從而使光電科學(xué)與光機(jī)電一體化技術(shù)集中在光信息獲取、傳輸、處理、記錄、存儲(chǔ)、顯示和傳感等的光電信息產(chǎn)業(yè)上。我國(guó)的光電子行業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)缀跬瑫r(shí)起步，在激光、光纖（光纜）、光器件方面的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)水平已經(jīng)達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。光電子行業(yè)已經(jīng)形成了五大類(lèi)產(chǎn)業(yè)格局：光電子材料與元件產(chǎn)業(yè)、光信息產(chǎn)業(yè)、現(xiàn)代光學(xué)產(chǎn)業(yè)、光通信產(chǎn)業(yè)、激光器與激光應(yīng)用產(chǎn)業(yè)。光電子技術(shù)的應(yīng)用涉及科技、經(jīng)濟(jì)、軍事和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域。二、光電子產(chǎn)業(yè)光電科學(xué)與光機(jī)電一體化技術(shù)之樹(shù)光通信向超大容量、高速率和全光網(wǎng)方向發(fā)展，超大容量DWDM的全光網(wǎng)絡(luò)以及光纖通信到區(qū)域和用戶將成為主要的發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)前，光纖通信技術(shù)的發(fā)展要實(shí)現(xiàn)光電集成化，提高響應(yīng)速度和靈敏度，發(fā)展寬波段光纖放大器和半導(dǎo)體光放大器(SOA)。光顯示將向全高清晰度（FullHD）、大屏幕、超薄型、低成本、低功耗、高畫(huà)質(zhì)方向發(fā)展。三、光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)光存儲(chǔ)將開(kāi)發(fā)出新一代高密度、高速光存儲(chǔ)技術(shù)和系統(tǒng)。為提高存儲(chǔ)密度，激光波長(zhǎng)向短波方向發(fā)展，第三代高密度數(shù)字多功能光盤(pán)即HD-DVD光盤(pán)（藍(lán)碟）存儲(chǔ)即將興起，使用GaN半導(dǎo)體激光器，波長(zhǎng)為410nm（藍(lán)光），存儲(chǔ)容量達(dá)到27GB。多層存儲(chǔ)方案和三維全息存儲(chǔ)技術(shù)是未來(lái)技術(shù)發(fā)展方向。光輸出、輸入產(chǎn)品向多功能、高速化、低成本方向發(fā)展三、光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)光器件的發(fā)展趨向小型化、高可靠性、多功能、模塊化和集成化。激光技術(shù)正向全固化、超短波長(zhǎng)、微加工和高可靠性等方向發(fā)展，微/小/中型器全固態(tài)激光器沿著多樣化、智能化、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，大功率器件將向高平均功率/高光束質(zhì)量發(fā)展，大功率半導(dǎo)體激光器及其陣列將成為新型高能激光源，而作為戰(zhàn)略性應(yīng)用的高能全固態(tài)激光器將得到軍方高度重視。光子計(jì)算與光信息處理產(chǎn)業(yè)、全光電子通信產(chǎn)業(yè)、光子集成器件產(chǎn)業(yè)、聚合物光纖光纜產(chǎn)業(yè)、聚合物光電器件產(chǎn)業(yè)和光子傳感器產(chǎn)業(yè)等，將成為未來(lái)光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要組成。三、光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)光電子產(chǎn)業(yè)在上世紀(jì)末達(dá)到一個(gè)高潮，在美國(guó)9.11事件后的2000-2002年間，國(guó)際光電子技術(shù)市場(chǎng)產(chǎn)生大滑坡。從2003年開(kāi)始，國(guó)際光電子產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)重新步入上升軌道。2000年，全世界光電子產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值為1800億美元，到2010年，產(chǎn)值估計(jì)將達(dá)到4500億美元，以光電子信息技術(shù)為主導(dǎo)的信息產(chǎn)業(yè)將形成5萬(wàn)億美元的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。2010年至2015年，光電子產(chǎn)業(yè)可能會(huì)取代傳統(tǒng)電子產(chǎn)業(yè)，成為21世紀(jì)最大的產(chǎn)業(yè)，成為衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。三、光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)光電子產(chǎn)業(yè)在上世紀(jì)末達(dá)到一個(gè)高潮，在美國(guó)9.11事件后的2000-2002年間，國(guó)際光電子技術(shù)市場(chǎng)產(chǎn)生大滑坡。從2003年開(kāi)始，國(guó)際光電子產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)重新步入上升軌道。2000年，全世界光電子產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值為1800億美元，到2010年，產(chǎn)值估計(jì)將達(dá)到4500億美元，以光電子信息技術(shù)為主導(dǎo)的信息產(chǎn)業(yè)將形成5萬(wàn)億美元的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。2010年至2015年，光電子產(chǎn)業(yè)可能會(huì)取代傳統(tǒng)電子產(chǎn)業(yè)，成為21世紀(jì)最大的產(chǎn)業(yè)，成為衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。三、光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)近十年來(lái)，國(guó)內(nèi)光電子產(chǎn)業(yè)處在迅猛發(fā)展?fàn)顟B(tài)。2006年，全國(guó)光電子產(chǎn)值超過(guò)了1100億元人民幣，每年以20%左右的速度增長(zhǎng)。目前，我國(guó)光電子產(chǎn)業(yè)約占全球市場(chǎng)的5%，估計(jì)到2010年，我國(guó)將有450多億美元的產(chǎn)值，占世界市場(chǎng)10%左右的份額。三、光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)1定義：3被測(cè)信息：傳感器、檢測(cè)儀器、檢測(cè)裝置、檢測(cè)系統(tǒng)4全部操作：檢測(cè)過(guò)程用指定的方法檢驗(yàn)測(cè)試某種物體（氣體、液體、固體）指定的技術(shù)性能指標(biāo)的全部操作一檢測(cè)的基本概念信號(hào)采集、信號(hào)處理、信號(hào)顯示、信號(hào)輸出物理量（光、電、力、熱、磁、聲、…）2被測(cè)對(duì)象：宇宙萬(wàn)物（固液氣體、動(dòng)物、植物、天體……）檢測(cè)器具化學(xué)量（PH、成份…）生物量（酶、葡萄糖、…）……1.2光電檢測(cè)與光電傳感器概念5光電檢測(cè)技術(shù)：是利用光電傳感器實(shí)現(xiàn)各類(lèi)檢測(cè)。它將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成光通量,再轉(zhuǎn)換成電量，并綜合利用信息傳送和處理技術(shù)，完成在線和自動(dòng)測(cè)量。例：空調(diào)機(jī)測(cè)量控制室溫空氣被測(cè)對(duì)象：被測(cè)信息：檢測(cè)器具：操作過(guò)程：室內(nèi)空氣溫度溫度傳感器---熱電阻、熱電偶熱敏電阻電信號(hào)處理顯示空調(diào)機(jī)返回二測(cè)量的基本概念1定義：將被測(cè)的未知量與同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，確定被測(cè)量對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量的倍數(shù)，并通過(guò)數(shù)字表示出這個(gè)倍數(shù)的過(guò)程。2方式：直接測(cè)量和間接測(cè)量3直接測(cè)量：對(duì)儀表讀數(shù)不經(jīng)任何運(yùn)算，直接得出被測(cè)量的數(shù)值。例如：長(zhǎng)度：直尺、游標(biāo)卡尺、千分尺電壓：萬(wàn)用表質(zhì)量：天平4間接測(cè)量：測(cè)量幾個(gè)與被測(cè)量相關(guān)的物理量，通過(guò)函數(shù)關(guān)系式計(jì)算出被測(cè)量。例如：電功率：P=I*V（電流*電壓）重力加速度：?jiǎn)螖[測(cè)量（L：擺的線長(zhǎng)，T：擺動(dòng)的周期）

返回三、光電傳感器與敏感器的概念1傳感器:能感受規(guī)定的被測(cè)量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。2作用：將非電量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的電量輸出。3本質(zhì)：非電量系統(tǒng)與電量系統(tǒng)之間的接口。4類(lèi)型：（1）能量控制型傳感器，也稱有源傳感器（2）能量轉(zhuǎn)換型傳感器，也稱無(wú)源傳感器（一）傳感器能量控制型傳感器：是指?jìng)鞲衅鲗⒈粶y(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成電參數(shù)（如電阻、電容）的變化，傳感器需外加激勵(lì)電源，才能將被測(cè)量參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成電壓，電流的變化。能量轉(zhuǎn)換型傳感器：可直接將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成電壓、電流的變化，不需要外加激勵(lì)電源。在很多情況下，所要測(cè)量的非電量并不是傳感器所能轉(zhuǎn)換的那種非電量，這就需要在傳感器前面增加一個(gè)能夠把被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為該傳感器能夠接收和轉(zhuǎn)換的非電量的裝置或器件。這種能夠?qū)⒈粶y(cè)非電量轉(zhuǎn)換為可用非電量的器件或裝置就是敏感器。（二）敏感器1定義：將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為可用非電量的器件。敏感器與傳感器的共性

對(duì)被測(cè)非電量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

敏感器與傳感器的區(qū)別敏感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為可用非電量傳感器是把被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為電量（三）光電傳感器（也叫光電探測(cè)器）1定義：基于光電效應(yīng)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種傳感器。2應(yīng)用：自動(dòng)控制，宇航和廣播電視等各領(lǐng)域。3種類(lèi)：光電二極管、光電晶體管、光敏電阻CdS、光電耦合器、集成光電傳感器、光電池和圖像傳感器等。光電探測(cè)器的種類(lèi)類(lèi)型實(shí)例PN結(jié)PN光電二極管（材料采用Si,Ge,GaAs)PIN光電二極管（材料采用Si）雪崩光電二極管(材料采用Si,Ge)光電晶體管(材料采用Si)集成光電傳感器和光電晶閘管(材料采用Si)非PN結(jié)光電元件(材料采用CdS,CdSe,Se,PbS)熱電元件(材料采用PZT,LiTaO3,PbTiO3)電子管類(lèi)光電管，攝像管，光電倍增管其他類(lèi)色敏傳感器固體圖象傳感器（材料采用SI，CCD/MOS/CPD型）位置檢測(cè)用元件（PSD）(材料采用Si)光電池(材料采用Si)返回（四）光電檢測(cè)技術(shù)光電檢測(cè)技術(shù)以激光、紅外、光纖等現(xiàn)代光電器件為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)載有被檢測(cè)物體信號(hào)的光輻射（發(fā)射、反射、散射、衍射、折射、透射等）進(jìn)行檢測(cè)，即通過(guò)光電檢測(cè)器件接收光輻射并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。由輸入電路、放大濾波等檢測(cè)電路提取有用的信息，再經(jīng)過(guò)A/D變換接口輸入微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算、處理，最后顯示或打印輸出所需檢測(cè)物體的幾何量或物理量。返回

所謂光電檢測(cè)系統(tǒng),就是以光波作為信息和能量的載體而實(shí)現(xiàn)傳感、傳輸、探測(cè)等功能的測(cè)量系統(tǒng)。

光波作為能量載體可提供：極高功率密度與能量密度的光能(1015w/cm2)極短的光脈沖(0.2fs)極精細(xì)的光束等(0.13μm)極高的單色性(10-８nm)

創(chuàng)造出極端的物理?xiàng)l件：極高和極低的溫度(20nK)極高的壓強(qiáng)(3.3×1011Pa)極精密的刻劃(0.1μm)極精細(xì)的加工(0.1μm)

1.3光電檢測(cè)系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)一光電檢測(cè)系統(tǒng)與電子系統(tǒng)相比，光電系統(tǒng)最大的不同在于信息和能量載體的工作波段發(fā)生了變化?？梢哉J(rèn)為，光電系統(tǒng)是工作于電磁波波譜圖上——光頻段的電子系統(tǒng)。與電子系統(tǒng)相比，光電系統(tǒng)載波的頻率提高了幾個(gè)量級(jí)。這種頻率量值上的變化使光電系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)方法上發(fā)生了質(zhì)變，在功能上也發(fā)生了質(zhì)的飛躍。主要表現(xiàn)在載波容量、響應(yīng)速度、精度(角分辨率、距離分辨率和光譜分辨率)大為提高。它在各個(gè)領(lǐng)域(通信、雷達(dá)、精導(dǎo)、導(dǎo)航、觀瞄、測(cè)量)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。特別是軍用領(lǐng)域獲得了很大成功，呈現(xiàn)出迅速發(fā)展的態(tài)勢(shì),光電記時(shí)器測(cè)溫儀

醫(yī)療診斷

電子警察系統(tǒng)美軍“寶石路”系列激光制導(dǎo)炸彈中國(guó)激光制導(dǎo)炸彈家譜哈勃太空望遠(yuǎn)鏡太陽(yáng)系多量子阱紅外探測(cè)器光電倍增管二光電檢測(cè)系統(tǒng)基本模型光發(fā)射機(jī)光學(xué)信道光接收機(jī)→→光電檢測(cè)系統(tǒng)通常分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩大類(lèi)光源主動(dòng)式光電檢測(cè)系統(tǒng)基本模型光學(xué)信道接受透鏡系統(tǒng)光調(diào)制器光電探測(cè)器檢測(cè)電路→→→→→光發(fā)射機(jī)光接收機(jī)目標(biāo)熱輻射被動(dòng)式光電檢測(cè)系統(tǒng)基本模型光學(xué)信道接受透鏡系統(tǒng)光電探測(cè)器檢測(cè)電路→→→→光發(fā)射機(jī)光接收機(jī)三、光電檢測(cè)系統(tǒng)與人操作功能比較被測(cè)物體感覺(jué)器官人腦手控被測(cè)物體光電傳感微機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)光電傳感部分相當(dāng)于人身的感覺(jué)器官四、光電檢測(cè)系統(tǒng)的功能分類(lèi)測(cè)量檢查型:幾何量:長(zhǎng)度、角度、形狀、位置、形變、面積、體積、距離。運(yùn)動(dòng)量：速度、加速度、振動(dòng)表面形狀：光潔度、庇病、傷痕工作過(guò)程：濕度、流量、壓力、物位、PH值、濃度等機(jī)械量：重量、壓力、應(yīng)變、壓強(qiáng)電學(xué)量：電流、電壓、電場(chǎng)、磁場(chǎng)光學(xué)量：吸收、反射、透射、光度、色度、波長(zhǎng)、光譜控制跟蹤型跟蹤控制：激光制導(dǎo)，紅外制導(dǎo)數(shù)值控制：自動(dòng)定位，圖形加工形成，數(shù)值控制圖象分析型圖形檢測(cè)圖形分析五、光電檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)高精度：從地球到月球激光測(cè)距的精度達(dá)到1米。高速度：光速是最快的。遠(yuǎn)距離、大量程：光是最便于遠(yuǎn)距離傳播的介質(zhì)，適用于遙控、遙測(cè)和遙感。非接觸式檢測(cè)：光照到被測(cè)物體上可以認(rèn)為是沒(méi)有測(cè)量力的，因此無(wú)摩擦，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量，即在不改變被測(cè)物體性質(zhì)的條件下進(jìn)行測(cè)量。是各種測(cè)量方法中效率最高的一種。壽命長(zhǎng)：光電檢測(cè)中通常無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分，故測(cè)量裝置壽命長(zhǎng)，工作可靠、準(zhǔn)確度高，對(duì)被測(cè)物無(wú)形狀和大小要求。數(shù)字化和智能化：有很強(qiáng)的信息處理、運(yùn)算和控制能力。1.4光電檢測(cè)方法及應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)

根據(jù)檢測(cè)的原理，光電檢測(cè)的方有：直接作用法差動(dòng)測(cè)量法補(bǔ)償測(cè)量法脈沖測(cè)量法一光電檢測(cè)方法1直接作用法定義：受被測(cè)物理量控制的光通量，經(jīng)光電接收器轉(zhuǎn)換成電量后由檢測(cè)機(jī)構(gòu)可直接得到所求被測(cè)物理量。特點(diǎn)：該測(cè)量方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但精度差，容易受光源波動(dòng)、電源波動(dòng)等影響較大，適合于測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)合。返回2差動(dòng)測(cè)量法定義：利用被測(cè)量與某一標(biāo)準(zhǔn)量相比較，所得差或數(shù)值比可反映被測(cè)量的大小。特點(diǎn)：該測(cè)量方法可以消除一些測(cè)量誤差，適合于測(cè)量精度要求高的場(chǎng)合。例如用雙光路差動(dòng)測(cè)量法測(cè)量物體的長(zhǎng)度。用雙光路差動(dòng)測(cè)量法測(cè)量物體的長(zhǎng)度。測(cè)量值的大小決定于U的幅值，測(cè)量值的正負(fù)決定于U的相位，可通過(guò)相敏檢波器得到。返回3補(bǔ)償測(cè)量法定義：用光或電的方法補(bǔ)償由被測(cè)量變化而引起的光通量變化，補(bǔ)償器的可動(dòng)元件連接讀數(shù)裝置指示出補(bǔ)償量值，補(bǔ)償值的大小反映了被測(cè)量變化的大小。補(bǔ)償測(cè)量法是通過(guò)調(diào)整一個(gè)或幾個(gè)與被測(cè)物理量有已知平衡關(guān)系（或已知其值）的同類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)物理量，去抵消（或補(bǔ)償）被測(cè)物理量的作用，使系統(tǒng)處于補(bǔ)償或平衡狀態(tài)。處于補(bǔ)償狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)，被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量具有確定的關(guān)系，由此可測(cè)得被測(cè)量值，這種方法稱為補(bǔ)償法。又稱對(duì)消法。一種測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的方法。用一個(gè)外加可調(diào)的電勢(shì)與待測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)對(duì)抗，當(dāng)調(diào)節(jié)至電路上無(wú)電流通過(guò)時(shí)，則兩電勢(shì)恰好對(duì)消(或稱得到補(bǔ)償)，此時(shí)的外加電勢(shì)值即為所測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)。這是一種精確測(cè)量電勢(shì)的常用方法。利用補(bǔ)償法設(shè)計(jì)的儀器稱電位差計(jì)。

（a）

電壓表測(cè)量電動(dòng)勢(shì)

（b）

補(bǔ)償法測(cè)電動(dòng)勢(shì)

測(cè)量電動(dòng)勢(shì)原理圖如圖（a）所示，用電壓表測(cè)量電動(dòng)勢(shì)時(shí)，由于電壓表內(nèi)阻不可能無(wú)窮大，當(dāng)有電流I流過(guò)時(shí)，它在被測(cè)電動(dòng)勢(shì)內(nèi)阻r上的電壓降為Ir，則電壓表測(cè)出的值應(yīng)為EX-Ir，而不是電動(dòng)勢(shì)EX。用補(bǔ)償法測(cè)量電動(dòng)勢(shì)如圖（b）所示，圖中EP是連續(xù)可調(diào)且能準(zhǔn)確知道電壓值的電源，稱為補(bǔ)償電源。G為檢流計(jì)，當(dāng)流過(guò)G的電流為零（或G兩端的電壓為零）時(shí)，G指零（零偏轉(zhuǎn)）。測(cè)量時(shí)，調(diào)節(jié)補(bǔ)償電壓EP，當(dāng)G零偏時(shí)，稱EP和EX達(dá)到補(bǔ)償狀態(tài)。此時(shí)EX=EP。這種用補(bǔ)償電壓和被測(cè)量電壓相等（檢流計(jì)指零）來(lái)測(cè)量電壓（或電動(dòng)勢(shì)）的方法，稱為補(bǔ)償法。

用補(bǔ)償法測(cè)量電壓（或電動(dòng)勢(shì)）的優(yōu)點(diǎn)是，被測(cè)量和測(cè)量?jī)x器（這里指補(bǔ)償電壓EP和檢流計(jì)）之間沒(méi)有電流。所以用補(bǔ)償法可以準(zhǔn)確測(cè)得電動(dòng)勢(shì)EX。返回4脈沖測(cè)量法定義：在測(cè)量中將被測(cè)量的光通量轉(zhuǎn)換成電脈沖，其參數(shù)（脈寬、相位、頻率、脈沖數(shù)量等）反映了被測(cè)量的大小。方法：1）脈寬方法測(cè)量長(zhǎng)度L=vt=vkN2）頻率法測(cè)速f=nm/60=N/t,n=60N/(mt)特點(diǎn)：抗干擾性能好，精度高；直接與計(jì)算機(jī)連接，易于實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量和自動(dòng)化控制。（1）脈寬方法測(cè)量長(zhǎng)度被測(cè)物體L在傳送帶上以速度v前進(jìn)，光電傳感器將物體的長(zhǎng)度L轉(zhuǎn)換成脈沖來(lái)開(kāi)啟門(mén)電路，計(jì)數(shù)器將計(jì)下與脈寬對(duì)應(yīng)的高頻脈沖數(shù)N，則L=vt=vkN=KNk是高頻脈沖的時(shí)間當(dāng)量，即表示單位高頻脈沖所代表的時(shí)間；K是長(zhǎng)度當(dāng)量，即表示單位高頻脈沖所代表的長(zhǎng)度。一般K可通過(guò)標(biāo)定的方式得到，即用基準(zhǔn)量進(jìn)行實(shí)測(cè)，得到N值，再通過(guò)計(jì)算得到K值。2）頻率法測(cè)速在轉(zhuǎn)動(dòng)輪上均勻貼有反射片，光電傳感器可以接收到與轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的光脈沖。設(shè)m為反射光片數(shù)，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，則f=nm/60=N/t,n=60N/(mt)只要控制在一定的時(shí)間t內(nèi)計(jì)數(shù)N，就可計(jì)算得到輪子的轉(zhuǎn)速。二、光電檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展納米、亞納米高精度的光電測(cè)量新技術(shù)。發(fā)展小型、快速的微型光、機(jī)、電檢測(cè)系統(tǒng)。非接觸、快速在線測(cè)量。向微空間三維測(cè)量技術(shù)和大空間三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展。發(fā)展閉環(huán)控制的光電檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光電測(cè)量與光電控制一體化。發(fā)展光電跟蹤與光電掃描測(cè)量技術(shù)。（一）在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用在線檢測(cè)：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位….現(xiàn)代工程裝備中，檢測(cè)環(huán)節(jié)的成本約占50~70%三、光電檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用檢測(cè)技術(shù)在汽車(chē)中的應(yīng)用日新月異發(fā)動(dòng)機(jī)：向發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元（ECU）提供發(fā)動(dòng)機(jī)的