《光电信息变换》PPT课件

《《光电信息变换》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第7章光电信息变换7.l光电信息变换的分类本章将根据信息存在于光学量的方式或称光学信息的类型讨论光电信息变换的基本方式，从而对光电信息变换的问题具有系统的认识，在解决光电技术的具体问题时能够根据变换方式提出理想的设计方案。光电信息变换应用于许多技术领域，对于不同的应用，光电信息变换的内容，变换装置的组成和结构形式等均有所不同。但是根据光学信息的类型总可以总结出它的基本类型。7.1.1光电信息变换的基本形式光电信息变换的分类可从两个方面来分，一方面根据信息载入光学信息的方式分为如图7-1所示的6种光电信息变换的基本形式；另一方面根据光电

2、变换电路输出信号与信息的函数关系分为模拟光电变换与模-数光电变换两类。1.信息载荷于光源的方式如图7-1(a)所示，为信息载荷于光源中的情况（或光学信息为光源本身），如光源的温度信息，光源的频谱信息，光源的强度信息等。根据这些信息可以进行钢水温度的探测、光谱分析、火灾报警、武器制导、夜视观察、地形地貌普查和成像测量等的应用。物体自身辐射通常是缓慢变化的，因此，经光电传感器获得的电信号为缓变的信号或直流信号。为克服直流放大器的零点漂移、环境温度影响和背景噪声的干扰，常采用光学调制技术或电子斩波调制的方法将其变为交流信号，然后再解调出被测

3、信息。下面用全辐射测温为例讨论信息存在于光源中这类问题的处理方法。在全辐射测温应用中温度信息存在于光源的辐射出射度Me,λ，由第1章中的式（1-42）可知物体的全辐射出射度Me,λ与物体温度的关系为Me,λ=εMe,λ，s=εσT4(7-1)式中Me,λ，s为同温度黑体的辐射出射度，ε为物体的发射系数，与物体的性质、温度及表面状况有关。T为被测体的温度，即测量的信息量。在近距离测量时，不考虑大气的吸收，光电传感器的变换电路输出的电压信号为US=mτSGKMe,λ=ξMe,λ(7-2)式中，m为光学系统的调制度，τ为光学系统的透过滤，S

4、为光电器件的灵敏度，G为变换电路的变换系数，K为放大器的放大倍数，ξ=mτSGK称为系统的光电变换系数。将式(7-1)代入式(7-2)得US=ξεσT4（7-3）表明变换电路输出的电压信号US是温度T的函数，温度变化必然引起电压的变化。因此，通过测量输出电压，并进行相应的标定就能够测出物体的温度。2.信息载荷于透明体的方式如图7-1(b)所示，为信息载荷于透明体中的情况。在这种情况下，信息可为透明体的透明度，透明体密度的分布，透明体的厚度，透明体介质材料对光的吸收系数等都为载荷信息的方式。提取信息的方法常用光通过透明介质时光通量的损耗

5、与入射通量及材料对光吸收的规律求解。即（7-4）式中α为透明介质对光的吸收系数，它与介质的浓度C成正比，即α=μC。显然，μ为与介质性质有关的系数。式（7-4）可改写为（7-5）由式（7-5）可见，当透明介质的系数μ为常数时，光通量的损耗与介质的浓度C与介质的厚度l有关，采用如图7-1(a)所示的变换方式，变换电路的输出信号电压Us为即将变换电路的输出信号电压Us送入对数放大器后，便可以获得与介质的浓度C与介质的厚度l有关信号。（7-6）两边取自然对数后lnUs=lnU0―μCl（7-7）即将变换电路的输出信号电压Us送入对数放大器后

6、，便可以获得与介质的浓度C与介质的厚度l有关信号。利用此信号可以方便地得到介质的浓度C（在介质的厚度l确定的情况下），或得到介质的厚度l（在介质的浓度C确定的情况下）。还可以测量液体或气体的透明度（或混浊度），检测透明薄膜的厚度、均匀度及杂质含量等质量问题。3.信息载荷于反射光的方式如图7-1(c)所示，信息载荷于反射光的方式。反射有镜面发射与漫反射两种，各具有不同的物理性质和特点。利用这些性质和特点将载荷于反射光的信息检测出来实现光电检测的目的。镜面发射在光电技术中常用作合作目标，用它来判断光信号的有无等信息的检测。例如，在光电准直

7、仪中利用反射回来的十字叉丝图像与原十字叉丝图像的重叠状况判断准直系统的状况；在迈克尔逊干涉仪中，动镜的位置信息载荷与迈克尔逊干涉条纹中，通过检测迈克尔逊干涉条纹的变化可以检测动镜位置的变化；另外，镜面发射还用于测量物体的运动、转动的速度，相位等方面。而漫反射则不同，物体的漫反射本身载荷物体表面性质的信息，例如反射系数载荷表面粗糙度及表面疵病的信息，通过检测漫反射系数可以检测物体表面的粗糙度及表面疵病的性质。根据这一原理，用这种方式可以对光滑零件表面的外观质量进行自动检测。在检测产品外观质量时，变换电路输出的疵病信号电压US=E(r1-

8、r2)Bξ（7-8）式中E为被测表面的照度，r1为正品（无疵病）表面的反射系数，r2为疵病表面的反射系数，B为光电器件有效视场内疵病所占的面积，ξ为光电变换系数。由式（7-8）可知，当E，r1和ξ已知时，输出电压US是r