第五章 光电直接检测系统

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1、第五章光电直接检测系统光电检测系统分类主动系统/被动系统(按信息光源分)红外系统/可见光系统(按光源波长分)点探测/面探测系统(按接受系统分)模拟系统/数字系统(按调制和信号处理方式分)直接检测系统/相干检测系统(按光波对信号的携带方式分)光电测量系统光电信号变化形式：一种光量另一种光量非光量光量连续光量脉冲光量光电信号变换的目的：1、将待测信息加载到光载波上进而形成光电信号2、改善系统的时间或空间分辨力和动态品质，提高传输效率和检测精度3、改善系统的检测信噪比，提高工作可靠性。直接检测的基本原理直接检测(非相干检测):都是利用光源发射的光强携带信息,

2、直接把接受到的光强变化转换为电信号的变化。直接检测系统（光强调制）莫尔条纹测长仪激光测距仪直接检测的基本特性光探测器的平方律特性光电流正比于光电场振幅的平方输出的电功率正比于入射光功率的平方信噪比：表征检测系统的灵敏度视场角:表征系统能“观察”到的空间范围通频带宽度:频带宽度越宽，通过信号的能量越大，系统的噪声功率也越大检测距离：是系统灵敏度的另外一种评价指标．莫尔条纹几个世纪以前,法国丝绸工人曾发现一种奇怪的现象--两块叠合在一起的薄绸子在光线的照射下会产生绚丽的花纹,他们把这种自然现象称之为“莫尔”现象.在日常生活中,我们也能经常看到这种现象,只是

3、不为人注意罢了.在两层纱窗重叠时会出现“莫尔”现象,两层帐子重叠时也会出现“莫尔”现象起初，莫尔现象只是应用于装饰方面。随着科学技术的发展，莫尔现象作为一种精确的检测手段，逐渐应用于光电测量技术中。长光栅莫尔条纹播放动画长光栅光闸莫尔条纹播放动画播放中……圆弧莫尔条纹单击准备演示播放动画辐射、光闸莫尔条纹播放动画播放中……环形莫尔条纹播放动画播放中……单击准备演示单击准备演示辐射形莫尔条纹播放动画莫尔条纹测长仪莫尔条纹的原理将两块光栅(同节距)叠加在一起,并且两者的栅线成很小的角度θ,透过光栅能看到随光栅的移动，某点透过的光强呈现明暗交替变化.这就是莫

4、尔条纹的光强调制作用．纵向条纹横向条纹条纹变化情况与光栅节距之间是什么关系？光栅相对运动一个节距，条纹变化一个周期长光栅莫尔条纹播放动画光栅栅距很小，肉眼分辨不清，而莫尔条纹却清晰可见．特点：光栅相对运动一个节距，条纹变化一个周期相对运动的快，莫尔条纹变化的快，相对运动慢，莫尔条纹变化的慢．节距和莫尔条纹移动宽度的数学关系？莫尔条纹的特性光栅的节距比光的波长大很多.莫尔条纹的宽度B（mm)、光栅的节距P(mm)和夹角θ(rad)之间的关系为：当两光栅沿垂直于栅线的方向相对移动时，莫尔条纹将沿平行于栅线的方向移动．光栅每移动一个节距Ｐ，莫尔条纹移动一个宽

5、度Ｂ．因为θ很小，放大倍数Ｋ很大．例如:θ=20’,K=172莫尔条纹测长仪指示光栅移动的距离为：Ｎ：指示光栅移动距离中包含的光栅线对数，δ：小于１个光栅节距的小数．简单光栅读数头１：灯，２：聚光镜，３：指示光栅，４：长光栅，５：光电探测器莫尔条纹测长原理光电探测器接收到的明暗变化的光信号转换成电信号，计数莫尔条纹的周期数N，即为光栅移动的节距数N莫尔条纹测长仪的应用工业自动化中的核心测控部件小型智能化的长度测试仪器，用于对长度、直径、厚度、表面形状、粗糙度等多种参数的测量。新一代的计量测试工具某些几何量计量检测仪器的核心转换系统某些物理量的计量检测仪

6、器的核心转换系统纳米级测量的重要仪器非接触在线测量控制仪器莫尔条纹测长仪如果单纯的将光栅节距上做细来提高分辨率，工艺上难以达到，所以在实际系统上并不是单纯的计数，而是利用电子学的方式把莫尔条纹的一个变化周期进行细分，提高系统的分辨力。细分电路以移动过的莫尔条纹数量来确定位移量，能测量的最小位移量就是光栅栅距。为了提高分辨率，以测量小于栅距的位移量，应采用细分技术。光栅信号细分技术主要有光学细分、电子细分和微机软件细分方式。注意：在电子细分技术中，常采用四倍频细分法，这种细分法也是许多其他细分法的基础。依次相距B／4的位置安放四个光电元件细分电路原理框图

7、tt1UtptCR+_+_+_四倍频细分电路激光测距仪激光测距仪的类型脉冲激光测距仪相位激光测距仪激光测距仪的特点测程远、测量精度高结构小巧、携带方便快速、非接触式距离测量激光对点准确受气象条件影响较大激光测距仪广泛应用于工业、国防军事、科学技术。一、脉冲激光测距仪测距原理：由激光器对被测目标发射一个光脉冲，然后接受目标反射回来的光脉冲，通过测量光脉冲往返所经过的时间来计算出目标的距离。测距仪原理：由激光发射系统、接受系统，门控电路、时钟脉冲振荡器和计数器等组成。脉冲激光测距仪的原理框图（二）时间测量利用周期性光通量变化的时间周期或单个光脉冲间的时间间

8、隔来测量信息方法。脉冲激光测距仪或激光雷达功率为几瓦的激光器被测目标接收系统主波脉冲＆回波脉冲