第一章 光电检测技术概论ppt课件.ppt

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1、第一讲光电检测技术概论光电测试技术解决的测量问题（必要性、重要性）光电测试系统组成光电测试发展趋势1光电检测技术（一）学习的必要性、重要性勇气号-九只眼3勇气号-九只眼☆其中六只用于导航：前后两端各安装了两组相同的立体黑白避险摄像机；在桅杆的顶端，安装了两部立体黑白导航摄像机。★三只用于科学探测：桅杆顶部安装了一台全景彩色立体摄像机，用于科学观测，安装了另一台显微影像仪，用于观测矿物的结构；再加上微型热辐射分光仪及α粒子与X射线光谱仪，这样“勇气”号就可以分析火星水分及土壤成分。4金字塔漫游者拥有五大法

2、宝：1.超声波传感器：可用来测量岩石厚度。2.微波传感器：通过探测电磁波穿透岩石的速度，测算出岩石的密度并画出厚度结构图。3.力度测量传感器：检测封口的岩石能否被移开。4.视觉纤维构成的精密光纤摄像探头：可进通道内部进行摄像.5.导电传感器：检测是否带有电路装置。5红外激光差分吸收汽车尾气道边监测系统遥感尾气检测系统控制台收集和合成尾气数据、速度和加速度值和车辆牌照的像片。CO、CO2、HC采用红外波段；NOx采用紫外波段；速度及加速度其波长是635nm，功率是4.2mw。测量原理是测量汽车前后轮胎切断

3、两束激光之间的时间计算出速度及加速度。6●红外测温，高压电网检测7综上，光电检测技术主要包括光电变换技术(振幅、频率、相位、偏振状态和传播方向)、光信息获取与光信息测量技术以及测量信息的光电处理技术等。如用光电方法实现各种物理量的测量，微光、弱光测量，红外测量，激光测量，光纤测量，图像测量等8测控实验室现有光电仪器9光电测试系统组成10扫描测长的典型实例激光扫描测径仪的工作原理:下图扫描测量系统由三个部分组成（图a）：将激光聚成细束平行投射并对被测物体进行扫描的激光扫描器；放置在被测物体后接收扫描激光束

4、的光电接收器和处理接收信号的信号处理器。11激光扫描测径仪工作原理a)结构原理图1-激光器2-反射镜3-fθ透镜4-多面反射镜5-同步电动机6-滤光片7-被测物8-聚光镜9-光电检测器10-放大器12用细束平行光照明直径为D的被测圆柱体，则在一维截面上的光强分布如图b①中所示，随着扫描器产生的细光束以速度υ横向平行扫描物体时，通过物体的光信号被聚光镜收集并由光电检测器转换为电信号。这个光电信号呈脉冲系列形式，其形成过程如图b）其中②为激光束的扫描运动图，③为扫描物体后的光电时序信号图13由于扫描光点直径

5、d的影响，脉冲前后沿有一过渡区域，在近似的情况下半峰值点所对应的脉冲宽度Δt代表了物体的直径：D＝υΔt由式可知，由于其中激光束扫描运动速度υ是恒定已知，只要精确地测量到Δt，便可以确定被测物体的直径D.为了测量二值化图象信号的脉冲宽度，常采用恒流积分法和时钟脉冲计数法。14时钟脉冲计数法在图b的时钟脉冲计数法中，采用了时钟脉冲源，在图形二值化信号周期内进行时钟脉冲计数。累计的脉冲值即能以一定的比例确定被测物体的边缘位置和宽度。15光电检测系统的特点1、非接触测量；（远程、高温、危险）2、精度高；3、分

6、辨率高；4、实时测量；5、稳定性好；6、光电检测的缺点：受光学介质的影响大（水、空气、尘土），成本高些。16光电检测技术的发展趋势光电科学与光机电一体化技术之树171、可视化2、纳米3、微型、小型化4、非接触、在线、在体、在位5、三维测量技术6、自动化测量技术7、光电跟踪与扫描18授课内容第一章光电测试技术概论1第二章光辐射的光学基础与光源3第四章光电测试常用器件8第五章光电检测电路4第七章非相干信号的光电变换与检测4第九章现代光电测试技术419教学要求：1.典型光电器件的原理、特点和性能;2.光电检测

7、电路的设计和参数估算方法;3.常用光电信号变换及处理方法;4.典型光电技术的应用。20第二章光辐射的光度学基础与光源21电磁波谱及光谱光具有波粒二重性，既是电磁波，又是光子流。1860年麦克斯韦（C.Maxwell）提出光是电磁波的理论：光在传播时表现出波动性，如光的干涉、衍射、偏振、反射、折射；1905年，爱因斯坦（Albert.Einstein）提出光子理论：光与物质作用时表现出粒子性，如光的发射、吸收、色散、散射。22电磁波谱分为长波区、光学区、射线区。光电检测技术主要研究光学谱区。在0.76～2

8、0微米波段内有3个大气窗口:1～2.7微米,3～5微米，8～14微米。电磁波谱及光谱图233～5微米光谱图24二重性关系式光子能量公式：ε=hν光子动量公式：p=hν/c=h/λh：普郎克常数；ν：频率；λ：波长；c：波速上面两公式等号左边表示光为粒子性质（光子能量与动量），等号右边表示光为波动性质（电磁波频率和波长）。25能带理论1．原子能级与晶体能带能级（EnegyLevel）：在原子中，电子按照一定的壳层排列，里外能量不同，称能级。为