光電檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用-1緒論

光電檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用光電檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用課程：光電檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用參考教材：

《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《光電測(cè)試技術(shù)與系統(tǒng)》

劉鐵根主編機(jī)械工業(yè)出版社內(nèi)容包括六部分：一、緒論二、發(fā)光器件（光源）三、光電檢測(cè)器件的工作原理及特性四、光電檢測(cè)器件及應(yīng)用五、光纖傳感檢測(cè)技術(shù)六、典型光電檢測(cè)系統(tǒng)課程32學(xué)時(shí)：教師講授(22)+實(shí)驗(yàn)（10學(xué)時(shí)）討論（2人一組，10~15分鐘）交叉內(nèi)容：提問(wèn)+提煉重點(diǎn)

考試成績(jī)：期末考試75+平時(shí)成績(jī)25

課程安排光電信息技術(shù)1、光電源器件和可控光功能器件及集成2、光通信和綜合信息網(wǎng)絡(luò)3、光頻微電子4、光學(xué)方法用于瞬態(tài)光學(xué)觀測(cè)5、光電傳感、光纖傳感和圖像傳感6、激光、紅外、微光探測(cè)、定向與制導(dǎo)7、光電精密測(cè)試、在線檢測(cè)和控制8、混合光電信息處理、識(shí)別和圖像分析9、光電人工智能和機(jī)器視覺(jué)10、光電邏輯運(yùn)算和光電計(jì)算機(jī)及光電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)11、生物光子學(xué)本課程的主要內(nèi)容包括5、6、7中的內(nèi)容光電檢測(cè)的元器件、系統(tǒng)、方法和應(yīng)用以光電子學(xué)為基礎(chǔ)，以光電子器件為主體，研究和發(fā)展光電信息的形成、傳輸、接收、變換、處理和應(yīng)用。主要包括：定義：被測(cè)信息：傳感器、檢測(cè)儀器、檢測(cè)裝置、檢測(cè)系統(tǒng)全部操作：檢測(cè)過(guò)程確定被測(cè)對(duì)象的屬性和量值為目的的全部操作檢測(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、…）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、檢測(cè)基本概念直接測(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1、檢測(cè)基本概念例：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1、檢測(cè)基本概念2、光電檢測(cè)系統(tǒng)以光為信息的載體，利用光電傳感器實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，即將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為光通量，再將光通量轉(zhuǎn)換為電量，并綜合運(yùn)用信息傳輸和處理技術(shù)，完成在線和自動(dòng)測(cè)量。光電傳感器：基于光電效應(yīng)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

光電檢測(cè)系統(tǒng)電子檢測(cè)系統(tǒng)的基本構(gòu)成傳感器信號(hào)調(diào)理輸出環(huán)節(jié)傳感器——處于被測(cè)對(duì)象與檢測(cè)系統(tǒng)的接口處，是一個(gè)信號(hào)變換器，它直接從被測(cè)對(duì)象中提前被測(cè)量的信息，感受其變化，并轉(zhuǎn)化成便于測(cè)量的電參數(shù)。由傳感器檢測(cè)到的信號(hào)一般是電信號(hào)，它不能直接滿足輸出的要求，需要進(jìn)一步的變換、處理和分析光電檢測(cè)系統(tǒng)光電系統(tǒng)的基本模型光發(fā)射機(jī)光學(xué)信道光接收機(jī)光源光學(xué)系統(tǒng)被測(cè)對(duì)象光學(xué)變換調(diào)理電路光電轉(zhuǎn)換光電檢測(cè)系統(tǒng)組成A/D輸出光電傳感光電檢測(cè)系統(tǒng)的功能分類測(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)圖形分析光電檢測(cè)系統(tǒng)的功能分類光電檢測(cè)系統(tǒng)光電系統(tǒng)主動(dòng)式光電系統(tǒng)（光發(fā)射機(jī)由光源和調(diào)制器構(gòu)成）被動(dòng)式光電系統(tǒng)（光發(fā)射機(jī)為被探測(cè)物體的光（熱）輻射發(fā)射）光接收機(jī)功率檢測(cè)接收機(jī)：直接檢測(cè)光功率，簡(jiǎn)單（直接檢測(cè)接收機(jī)或非相干接收機(jī)）外差接收機(jī)（空間相干接收機(jī)）：復(fù)雜檢測(cè)本地光波場(chǎng)與接收光波場(chǎng)的合成波

光電傳感器是基于光電效應(yīng)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種傳感器。主要有光電二極管、光電三極管、光敏電阻、光電耦合器、光電池和圖像傳感器等。光電傳感器的種類類型實(shí)例PN結(jié)PN光電二極管（Si,Ge,GaAs)PIN光電二極管（Si）雪崩光電二極管(Si,Ge)光電晶體管(Si)集成光電傳感器和光電晶閘管(Si)非PN結(jié)光電元件(CdS,CdSe,Se,PbS)熱電元件(PZT,LiTaO3,PbTiO3)電子管類光電管，攝像管，光電倍增管其他類色敏傳感器固體圖象傳感器（SI，CCD/MOS/CPD型）位置檢測(cè)用元件（PSD）光電池返回光電檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)1.高精度如：激光干涉法檢測(cè)長(zhǎng)度的精度可達(dá)0.05微米/米；光柵莫爾條紋法測(cè)角可達(dá)0.04秒；激光測(cè)距法測(cè)量地月距離的分辨率1米；

2.高速度光的傳播速度最快，光速3*108m/s。3.遠(yuǎn)距離、大量程遙感、遙測(cè)。4.非接觸檢測(cè)沒(méi)有測(cè)量力，對(duì)被測(cè)參量影響小，檢測(cè)效率高。5.壽命長(zhǎng)光波永不磨損，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6.很強(qiáng)的信息處理和運(yùn)算能力光電檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)光電檢測(cè)方法直接作用法——受被測(cè)物理量控制的光通量，經(jīng)過(guò)光電接收器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)以后由檢測(cè)機(jī)構(gòu)可以直接得到所求的被測(cè)物理量。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度不高，易受干擾差動(dòng)測(cè)量法——利用被測(cè)物理量和某一標(biāo)準(zhǔn)量相比較，所得的差或者數(shù)值比可以反應(yīng)被測(cè)量的大小補(bǔ)償測(cè)量法——用光或者電的方法補(bǔ)償由被測(cè)量變化引起的光通量的變化，補(bǔ)償器的可動(dòng)原件連接讀數(shù)裝置指示出補(bǔ)償量值，補(bǔ)償值的大小反應(yīng)了被測(cè)量變化的大小脈沖測(cè)量法——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、頻率等）反應(yīng)了被測(cè)量的大小光電檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)納米、亞納米高精度的光電測(cè)量新技術(shù)。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。微空間三維測(cè)量技術(shù)和大空間三維測(cè)量技術(shù)。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。向人們無(wú)法觸及的領(lǐng)域發(fā)展。光電跟蹤與光電掃描測(cè)量技術(shù)。檢測(cè)技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用

家用電器：數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)：自動(dòng)對(duì)焦---紅外測(cè)距傳感器數(shù)字體溫計(jì)：接觸式---熱敏電阻，非接觸式---紅外傳感器自動(dòng)感應(yīng)燈：亮度檢測(cè)---光敏電阻空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度檢測(cè)---熱敏電阻、熱電偶電話、麥克風(fēng)：話音轉(zhuǎn)換---駐極電容傳感器遙控接收：紅外檢測(cè)---光敏二極管、光敏三極管辦公商務(wù)：可視對(duì)講、可視電話：圖像獲取---面陣CCD掃描儀：文檔掃描---線陣CCD紅外傳輸數(shù)據(jù)：紅外檢測(cè)---光敏二極管、光敏三極管醫(yī)療衛(wèi)生：電子血壓計(jì)：血壓檢測(cè)---壓力傳感器血糖測(cè)試儀、膽固醇檢測(cè)儀---離子傳感器在工業(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%檢測(cè)技術(shù)在軍事上的應(yīng)用美軍研制的未來(lái)單兵作戰(zhàn)武器夜視瞄準(zhǔn)機(jī)系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術(shù)激光測(cè)距儀：可精確的定位目標(biāo)。美國(guó)國(guó)家導(dǎo)彈防御計(jì)劃---NMD1.地基攔截器2.早期預(yù)警系統(tǒng)3.前沿部署(如雷達(dá)）4.管理與控制系統(tǒng)5.衛(wèi)星紅外線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng):探測(cè)和發(fā)現(xiàn)敵人導(dǎo)彈的發(fā)射并追蹤導(dǎo)彈的飛行軌道；

攔截器：能識(shí)別真假?gòu)楊^，敵友方“阿波羅10”：火箭部分---2077個(gè)傳感器飛船部分---1218個(gè)傳感器檢測(cè)參數(shù)---加速度、溫度、壓力、振動(dòng)、流量、應(yīng)變、聲學(xué)神州飛船：185臺(tái)（套）儀器裝置檢測(cè)技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用學(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)。浙江大學(xué)（杭州西湖區(qū)

）清華大學(xué)天津大學(xué)北京航空航天大學(xué)