光电信息变换ppt课件.ppt

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1、第5章光电信息变换光信息电学信息第5章光电信息变换光电信息变换器光源光学系统光电传感器偏置电路处理电路5.l光电信息变换的分类5.1.1光电信息变换的基本形式信息载荷于光源信息载荷于透明体载荷于反射光载荷于遮挡光载荷于光学量化器光通讯方式图5-1信息载荷于光源中的情况（或光学信息为光源本身）温度信息频谱信息强度信息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成像测量1.信息载荷于光源的方式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，

2、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，然后再解调出被测信息。例：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，物体的全辐射出射度Me,λ与物体温度T的关系为：Me,λ=εMe,λ，s=εσT4US=mτSGKMe,λ=ξMe,λ=ξεσT4光电传感器的变换电路输出的电压通过测量输出电压，并进行相应的标定就能够测出物体的温度。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。提取信息方法是求解：2.信息载荷于透明体的方式吸收系数α与介质的浓度C成正比即α=μC

3、则：变换电路的输出信号电压利用此信号可以方便地得到介质的浓度C或厚度l等反射有镜面发射与漫反射两种，各具有不同的特点。镜面发射用于测量物体的运动、转动的速度，相位等方面。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。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-r2)Bξ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。可以通过US判断表面疵病的程度和面积。3.信息载荷于反射光的方式物体部分或全部遮挡入

4、射光束，或以一定的速度扫过光电器件的视场，可实现信息载荷于遮挡光。例如：设光电器件光敏面的宽度为b，高度为h，当被测物体的宽度大于光敏面的宽度b时，物体沿光敏面高度方向运动的位移量为Δl，则物体遮挡入射到光敏面上的面积变化为ΔA=bΔl信号电压为ΔU=EΔAξ=EbξΔl可见，用这种方式可以检测被测物体的位移量Δl、运动速度v和加速度等参数，又可以测量物体的宽度b。4.信息载荷于遮挡光的方式直射式光电开关原理ObjectReceiver直射式光电开关由相互分离且相对安装的光发射器和光接受器组成。当被检测物体位于发射器和接受器之间时，光线被阻断

5、，接受器接受不到红外线而产生开关信号。被检测物体光发射器光接收器光电开关在流水线上的应用送料器定区域式光电开关咖啡罐流水线运行方向罐装高度检测储料仓落料口遮断式光电开关（计数）光幕应用（续）三维尺寸检测宽度测量长度测量高度测量光幕应用（续）光幕用于自动收费系统的车辆检测光学量化是指通过光学的方法将连续变化的信息变换成有限个离散量的方法。光学量化器包含有光栅摩尔条纹量化器、各种干涉量化器和光学码盘量化器等。例如，将长度信息量L经光学量化后形成n个条纹信号，则长度信息L为L=qn式中，q称为长度的量化单位，它与光学量化器的性质有关，量化器确定后

6、它是常数。目前，这种变换形式已广泛地应用于精密尺寸测量、角度测量和精密机床加工量的自动控制等方面。5.信息载荷于光学量化器的方式这种方式，信息首先对光源进行调制，发出载有各种信息的光信号，通过光导显微传送到远方的目的地，再通过解调器将信息还原。由于光纤传输的媒体常为激光，它具有载荷量大，损耗小，速度快，失真小等特点现已广泛地用于声音和视频图像等信息通讯中。6.光通讯方式的信息变换光通讯技术的实质是光电变换的一种基本形式，称为光信息通讯的变换方式。光电信息变换和信息处理方法可分为2类：一类称为模拟量的光电信息变换，例如前4种变换方式；另一类称为

7、数字量的光电信息变换，例如后2种变换方式。1.模拟光电变换被测的非电量信息载荷于光信息量时，常为光度量的方式送给光电器件，光电器件则以模拟电流Ip或电压Up信号的形式输出。即输出信号量是被测信号量Q的函数：Ip=f(Q)或Up=f(Q)为保证光电变换电路输出信号与被测信息量Q的函数关系，载体光度量必须稳定。另外，电路参数的变化，放大电路的噪声、放大倍率的变化等都影响被测信号的稳定。5.1.2光电信息变换的类型2.模-数光电变换在这类光电变换中，被测信息量Q通过光学变换量化为数字信息（包括光脉冲、条纹信号和数字代码等），再经光电变换电路输出。模

8、-数光电变换只要输出“0”和“1”（高、低电平）两个状态的脉冲即可。输出信号数字信息量F与被测信息量Q的函数关系为：F=f(Q)显然，数字信息量F只取决于光通量变化