光电检测技术及应用教学课件作者徐熙平第5章节辐射信号检测课件

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1、16九月2021《光电检测技术及应用》第5章辐射信号检测任课教师：徐熙平目录5.1直接探测法光学系统、调制盘、调制盘对背景信号的空间滤波5.2光外差探测法探测原理、光外差探测的特性5.3白噪声中的脉冲探测5.4几何光学方法的光电信息变换长、宽、位移、速度5.5温度检测5.6莫尔条纹第5章辐射信号检测一、直接探测法红光波段内的辐射称为辐射信号。主动式辐射：被动式辐射：辐射光照射目标，然后由目标反射。如：制导或主动式夜视系统。被测对象本身的辐射或借助于自然光的辐射。如：测温、搜索目标，以及被动式夜视系统等。检测系统原理

2、框图第5章辐射信号检测一、直接探测法1、光学系统常见的光学系统结构双反射镜卡式系统第5章辐射信号检测一、直接探测法光锥光锥为一种空腔圆锥或具有合适折射率材料的实心圆镜。光锥内壁具有高反射率，其大端放在物镜的焦面附近。收集物镜所会聚的光，然后依靠内壁的连续反射把光引导到小端，被探测器接收。因此，光锥起着场镜的作用。第5章辐射信号检测一、直接探测法2、调制盘将可见光的幅度或相位变为周期信号，即将空间分布的二维辐射信号变成一维的时间信号。调制信号的作用：将缓变信号变为交变信号；可以减少背景信号的影响，达到过滤背景的作用；

3、可以消除探测器和前置放大器的低频噪声；可以判别辐射信号的幅值和相位。调制盘的类型：幅度调制盘、相位调制盘和频率调制盘。第5章辐射信号检测一、直接探测法简单的幅度调制盘幅度调制盘调幅信号为：）调制盘上明暗相间格（齿）数对的数目或孔数目调制盘的旋转频率第5章辐射信号检测一、直接探测法相位调制盘）第5章辐射信号检测一、直接探测法频率调制盘）因此，目标像点由某一环带移到相邻的外圈（或内圈）的一个环带时，调制频率就增加（或减少）一倍。这样，通过判别频率的大小就可以确定目标的径向位置。当调制盘以相同角速度旋转时，像点在A圈时产

4、生的脉冲数为像点在B时产生的脉冲数的一半。第5章辐射信号检测一、直接探测法3、调制盘对背景信号的空间滤波调制盘安放在接收机内只要，就能起到抑制背景干扰的作用。第5章辐射信号检测一、直接探测法调制盘空间滤波第5章辐射信号检测一、直接探测法调制盘安放在发射机内只有辐射信号被调制，而背景没有被调制。则入射到探测器上的总辐射为：探测器输出电流经放大过滤后，只保留交流信号，即：这种方法的滤波效果最佳，能消除背景辐射的干扰。第5章辐射信号检测二、光外差探测法1、光外差探测原理光外差探测系统结构原理示意图第5章辐射信号检测二、光

5、外差探测法若时，令，，若用辐射通量表示，则如果采用选频放大器，输出信号电流为差频信号是由恒定频率（单频）和恒定相位的相干光混频得到，所以要求激光稳频，相位恒定。第5章辐射信号检测二、光外差探测法2、光外差探测的特性（1）振幅和相位信息（2）探测灵敏度（3）光谱滤波特性取差频信号带宽为放大器电路的通频带。只有通频带内的杂光产生干扰，其他杂光被滤掉。第5章辐射信号检测三、白噪声中的脉冲探测1、探测阈值及信噪比阈值探测过程示意图第5章辐射信号检测三、白噪声中的脉冲探测探测概率、虚警概率和电流阈值之间的关系第5章辐射信号检

6、测三、白噪声中的脉冲探测白噪声中探测脉冲的概率第5章辐射信号检测三、白噪声中的脉冲探测2、滤波器带宽的选择带宽对矩形脉冲形状和幅度的影响第5章辐射信号检测四、几何光学方法的光电信息变换1、长、宽尺寸信息的光电变换投影放大法投影测量法光路图第5章辐射信号检测四、几何光学方法的光电信息变换立式光路卧式光路投影仪光学系统示意图1—光源2—聚光镜3—保护玻璃4—待测物体5—投影物镜6—平面反射镜7—投影屏第5章辐射信号检测四、几何光学方法的光电信息变换激光三角法三角测量原理示意图---直射式结构第5章辐射信号检测四、几何光

7、学方法的光电信息变换三角测量原理示意图---斜射式结构第5章辐射信号检测四、几何光学方法的光电信息变换激光三角法测量原理的另一种描述第5章辐射信号检测四、几何光学方法的光电信息变换光学灵敏杠杆法万能工具显微镜接触瞄准系统—光学灵敏杠杆的工作原理图第5章辐射信号检测四、几何光学方法的光电信息变换a）找拐点法b）测弦找中点法光学灵敏杠杆测量孔径瞄准定位示意图第5章辐射信号检测四、几何光学方法的光电信息变换激光扫描法激光扫描法原理图第5章辐射信号检测四、几何光学方法的光电信息变换根据计数器记录的工件挡光时间内的时间脉冲数

8、，就可以求得工件的直径。激光扫描法的优点是：非接触测量、可测运动物体。缺点是量程受透镜尺寸的限制，且存在非线性的原理误差，需要校正或采用特殊设计的透镜来补偿。测量分辨率（直径测量的脉冲当量）为：第5章辐射信号检测四、几何光学方法的光电信息变换差动法（比较法）双光路差动法测量物体长度调整，放入标准尺寸工件，调整光楔，使微安表读数为零。测量完，将位移信息变换可以