光电检测技术的典型应用课件.ppt

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1、第九章光电检测技术的典型应用光电技术集中了光学、电子学和计算机技术，广泛应用于工农业和家庭生活等各领域。一般都要涉及光辐射信息转换为电信息的问题，使光电检测技术成为光电技术的核心与重要组成部分。9.1微弱光信号检测技术9.2光电开关与光电断续器9.3条形码技术9.4光电测绘技术9.5其它应用9.1微弱光信号检测技术光电检测中常遇到待测信号被噪声淹没的情况。从噪声中提取、恢复和增强信号成为这类检测系统的关键。因噪声通常随机发生，分布的频谱范围很宽，而信号所占频带较集中，一般与噪声不重叠也不同步。因此，降低噪声、改善信

2、噪比的基本方法可以采用压缩检测通带宽的方法。常用弱光信号检测技术：锁相放大器、取样积分器和光子计算器。一.锁相放大器它是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。利用与被测信号有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些与参考信号同频（或倍频）、同相的噪声分类有响应，故能大幅度抑制无用噪声，改善信噪比，并且具有很高的检测灵敏度，信号处理比较简单。1962年第一台仪器问世。据统计，已在几百种场合中得到应用。在弱信号探测仪器中锁定放大器是一个非常重要的品种。信噪比可低达10-5。BW=0.0004Hz（

3、相当于Q值=108）。输出信号DC选频锁相环移相器输入信号AC参考信号AC信号通道：对混有噪声的初始信号进行选频放大、对噪声作初步窄带滤波相敏检波：所用参考信号是方波形式。参考和输入信号先混频得到和频和差频，又经低通滤波器，得到幅值与输入信号成比例的直流输出分量。前放混频乘法器低通滤波器锁相放大器的组成方框图参考通道：通过锁相、移相提供一个与被测信号同频、同相的参考电压1.构成2.锁相放大器的原理锁相放大器（Lock-in-Amplifier）实际上是一个模拟的傅立叶变换器，锁相放大器的输出是一个直流电压，正比于是

4、输入信号中某一特定频率（参考输入频率）的信号幅值，而输入信号中的其它频率成份将不能对输出电压构成任何贡献。适用范围：锁相放大器被用来侦测和量测非常小的交流信号直至数个nV。甚至当信号被比它大数千倍噪声掩盖时，也可以做正确的量测。主要优点:“窄的频宽”能将电路特定的频率与相位抓出，并滤除噪声，可准确测量信号。（Lock-in-Amplifier因有相位识别功能，能将电路中特定频率、相位锁住，过滤其它噪声量测出正确的信号。）3.锁相放大技术的四个基本环节：通过调制或斩光，将被测信号由零频范围转移到设定的高频范围内。检测

5、系统变成交流系统；在调制频率上对有用信号进行选频放大；在相敏检波中对信号解调。同步解调作用截断了非同步噪声信号，使输出信号的带宽限制在极窄的范围内；通过低通滤波器对检波信号进行低通滤波。4.特点：要求对入射光束进行斩光或光源调制，适用于调幅光信号的检测；极窄带、高增益放大器，增益可达1011，带宽窄到0.0004Hz；交流－直流信号变换器；可以补偿光检测中的背景辐射噪声和前置放大器的固有噪声。信噪比改善可达1000倍。二.取样积分器（Boxcar平均器）取样积分器(Boxcar)，是一种微弱信号检测系统。它在原理上

6、是很古老的，它利用周期性信号的重复特性，在每个周期内对信号的一部分取样一次，然后经过积分器算出平均值，于是各个周期内取样平均信号的总体便展现了待测信号的真实波形。因为信号提取(取样)是经过多次重复的，而噪声多次重复的统计平均值为零，所以可大大提高信噪比，再现被噪声淹没的信号波形。利用取样和平均化技术测定深埋在噪声中的周期性信号的测量装置。根据被测信号的形式可分为定点和扫描测量方式。A1A2门脉冲门延时整形器扫描发生器输入放大器取样开关积分器输出放大器输出信号参考输入固定触发输入信号1.运行步骤：·利用检测光脉冲的激

7、励源取得与输入光脉冲同步的触发信号；·利用门延时和门脉冲宽度控制单元形成与触发脉冲具有恒定时延或时延与时间成线性关系的可调脉宽取样脉冲串；·取样脉冲控制取样开关对连续的周期性变化信号进行扫描取样；·积分器对取样信号进行多次线性累加，经过滤波后获得输出信号。2.特点：适用于由脉冲光源产生的连续周期变化的信号波形测量或单个光脉冲的幅度测量。需要有与光脉冲同步的激励信号；是一个取样放大器，在每个信号脉冲周期内只取一个输入信号值；在多次取样过程中，门积分器对被测信号的多次取样值进行线性叠加，而对随机噪声是矢量叠加，所以对信

8、号有恢复和提取作用；在测量占空比小于50％的窄脉冲光强度下，信噪比好于锁相放大器；用扫描方式测量信号波形时能得到100ns的时间分辨率；双通道系统能提供自动背景和辐射源补偿。三.光子计数系统一种利用光电倍增管检测光子能量的功能，通过光电子计数方法测量极微弱光脉冲信号的装置。1.类型：基本的光子计数系统(主要介绍)源补偿的光子计数系统背景补偿的光子计数系统PM