第七章典型光电测试系统
第六章 典型光电测试系统
jP2 iP 1 )ctg cos
（6-5）
jP2 iP 1ctg sin
yi , j y0,0 xi , j x0, 0 iP2 iP 1 ctg iP iP 1 sin 1
tg
P P cos 2 1 P 1 sin
济南大学物理科学与技术学院
济南大学物理科学与技术学院
11
4. 编码计数型主动开关 光电开关可工作在开关状态，那么就很容易变换成计数状态或编 码控制状态。
测量照相机快门动作时间。发光管发出频率的光脉冲， 他放在快门的一边，光电接收管在快门的另一边。当快 门打开前计数器预先归零。快门打开时，光电转换后的 电脉冲使计数器计数。快门关闭时，计数停止。计数器 所计脉冲个数与脉冲周期之乘积就是快门开启时间。
主光栅与指示光栅各刻线交点的连线即构成了莫尔条纹。如果主光栅刻线序 列用i=0,1,2,3……表示，指示光栅刻线序列用j= 0,1,2,3……表示，则两 光栅刻线的交点为[i，j]，则莫尔条纹l由两光栅各同刻线交点[0，0]， [1， 1]， [2，2]……连线构成。设主光栅A的栅距为P1，指示光栅B的栅距为P2， 由图看出，主光栅A的刻线方程为
（6-6）
26
莫尔条纹1的方cos x P 1 sin
（6-7）
同样可以求得莫尔条纹2和3的方程
y2
P2 P P 1 cos x 2 P sin 1 sin
（6-8） （6-9）
P2 P P2 1 cos y3 x P sin 1 sin
频率测量 (1)计数测频法 计数测频法的基本思想就是在某一选定的时间间隔内对 被测信号进行计数，然后将计数值除以时间间隔（时基） 就得到所测频率。
光电检测系统课件
光电检测系统在物联网与人工智能领域的应用前景
要点一
总结词
要点二
详细描述
随着物联网和人工智能技术的快速发展，光电检测系统的 应用前景十分广阔。
在物联网领域，光电检测系统可以用于各种传感器的数据 采集，实现远程监控和实时反馈。在人工智能领域，光电 检测系统可以作为机器视觉和图像识别的重要组件，为人 工智能提供更准确、更可靠的数据支持。同时，光电检测 系统还可以与其他技术相结合，如光通信、激光雷达等， 拓展其在物联网和人工智能领域的应用范围。
特点
高精度、高灵敏度、非接触、实时性 等。
光电检测系统的应用领域
工业自动化
用于生产线上的质量检测、测量 和控制。
通信与信息处理
用于光纤通信、光信号处理、光 计算等领域。
医学诊断
用于光谱分析、荧光检测、内窥 镜等医疗设备。
环境监测
用于水质、气体成分、污染物等 的检测和分析。
光电检测系统的发展趋势
高速化
Part
05
光电检测系统的未来展望
新型光电材料与器件的研究与应用
总结词
随着科技的不断进步，新型光电材料与器件的研究与应用成为了光电检测系统发展的重 要方向。
详细描述
新型光电材料如钙钛矿、二维材料等具有优异的光电性能，为光电检测系统的性能提升 提供了新的可能。同时，新型光电器件如光电晶体管、光电传感器等在灵敏度、响应速
02 03
光电效应分类
光电效应分为外光电效应和内光电效应，其中外光电效应是指光子能量 足够大时，将电子从物质表面打出，内光电效应则是光子能量使物质内 部电子跃迁至激发态。
光电效应应用
光电效应在光电检测、光电器件、光电子技术等领域有广泛应用。
光电测量系统设计报告
光电测量系统设计报告一、干涉的基本原理干涉现象是波动独有的特征,如果光真的是一种波,就必然会观察到光的干涉现象．1801年,英国物理学家托马斯·杨1773—1829在实验室里成功地观察到了光的干涉．两列或几列光波在空间相遇时相互叠加,在某些区域始终加强,在另一些区域则始终削弱,形成稳定的强弱分布的现象;由一般光源获得一组相干光波的办法是,借助于一定的光学装置干涉装置将一个光源发出的光波源波分为若干个波;由于这些波来自同一源波,所以,当源波的初位相改变时,各成员波的初位相都随之作相同的改变,从而它们之间的位相差保持不变;同时,各成员波的偏振方向亦与源波一致,因而在考察点它们的偏振方向也大体相同;一般的干涉装置又可使各成员波的振幅不太悬殊;于是,当光源发出单一频率的光时,上述四个条件皆能满足,从而出现干涉现象;当光源发出许多频率成分时,每一单频成分对应于一定的颜色会产生相应的一组条纹,这些条纹交叠起来就呈现彩色条纹;1、劈尖的等厚干涉测细丝直径设入射光波为λ,则第m级暗纹处空气劈尖的厚度由上式可知,m=0时,d=0,即在两玻璃片交线处,为零级暗条纹;如果在细丝处呈现m=N级条纹,则待测细丝直径2、利用干涉条纹检验光学表面面形检查光学平面的方法通常是将光学样板平面平晶放在被测平面之上,在样板的标准平面与待测平面之间形成一个空气薄膜;当单色光垂直照射时,通过观测空气膜上的等厚干涉条纹即可判断被测光学表面的面形;1待测表面是平面2待测表面呈微凸球面或微凹球面当手指向下按时,空气膜变薄,各级干涉条纹要发生移动,以满足式2,3式中λ为入射光的波长,δ是空气层厚度,空气折射率n ≈ 1;当程差Δ为半波长的奇数倍时为暗环,若第m个暗环处的空气层厚度为m,则有：R,即,可得：式中是第m个暗环的半径;由式2和式3可得：可见,我们若测得第m个暗环的半径便可由已知λ求R,或者由已知R求λ了;但是,由于玻璃接触处受压,引起局部的弹性形变,使透镜凸面与平面玻璃不可能很理想的只以一个点相接触,所以圆心位置很难确定,环的半径也就不易测准;同时因玻璃表面的不洁净所引入的附加程差,使实验中看到的干涉级数并不代表真正的干涉级数m;为此,我们将式4作一变换,将式中半径换成直径,则有：对第m+n个暗环有将5和6两式相减,再展开整理后有可见,如果我们测得第m个暗环及第m+n个暗环的直径、,就可由式7计算透镜的曲率半径R;经过上述的公式变换,避开了难测的量和m,从而提高了测量的精度,这是物理实验中常采用的方法;二、干涉法测微小量的原理与干涉仪绘制草图1、实验内容用干涉法测微小形变实验验证实验仪器：he-ne激光器、共焦球面干涉仪、压电陶瓷、探测器、示波器、电源、锯齿波发生器;2、实验原理：1、共焦球面干涉仪示意图：共焦球面干涉仪是一个无源腔,由两块球形凹面反射镜构成两面镜子的曲率半径和腔长相等R1=R2=L,镜面1固定不动,镜面2固定在可随外电压变化而变化的压电陶瓷上;光在腔内每走一个周期都会有部分光从镜面透射出去为光线1,另一部分则反射4次出射,为光线2；光线1与光线2满足干涉条件,当其光程差D满足条件：D=mλ时,干涉相长示波器出现峰值,随着压电陶瓷随电压的变化,腔长变化,D也随之变化;当D=m±1λ时,再次干涉相长,示波器上出现相应的峰值;3、实验步骤：1、打开he-ne激光器,调整光路和压电陶瓷方向,使得光路准直,若没调整好,在共焦球面干涉仪后方会出项两个光斑,光线1和光线2并不产生干涉;2、将探头和锯齿波发生器分别接入示波器的两个通道,打开激光器和锯齿波发生器的电源;3、观察示波器上波形;4、实验结果：5、实验总结：本实验是干涉法测微小形变的实验验证,故无需计算；压电陶瓷的微小形变影响到共焦球面干涉仪的腔长,从而影响到光线1和光线2的光程差D,进一步反应到示波器的波形显示上;该测量方法得到验证;三、Auto cad图探头主体探头后盖底座螺钉电路图电源外壳四、Zemax的绘制：扩束准直系统五、实验回顾及总结这次实验和以往的实验不同,以往更多的是的老师设计好,安排每一节课的内容让我们照着做,而这次更多的是自主设计进行探索发现;前几次课程我们主要是通过设计实验系统,学习并运用CAD画出模型,这样我们既学会了软件设计又理解实验原理及结构;激发了我们的兴趣;谢谢老师为我们自由式发挥创造了条件;。
光电检测系统原理
光电检测系统原理
光电检测系统是一种常用的检测技术，其原理基于光电效应。
光电效应是指当光照射到物质表面时，光子的能量被电子吸收，使电子获得足够的能量从而跳出原子的束缚，产生自由电子。
在光电检测系统中，一般采用光敏元件作为光电转换器件。
光敏元件根据其工作原理的不同可以分为光电二极管、光电三极管、光敏电阻等。
当光照射到光敏元件上时，会产生光生电流或改变电阻值，这种电信号可以被测量、放大并进一步处理。
光电检测系统的光源也是至关重要的组成部分。
光源的选择要根据被检测物体的特性来确定，可以使用白光、激光、红外线等不同种类的光源。
在某些应用中，还需要使用滤光片来选择特定波长的光源。
此外，光电检测系统中还包含光电信号的处理与分析。
光电信号一般较弱，需要经过放大、滤波、调整等处理，以提高信号质量和准确性。
处理之后的信号可以用于后续的数据分析、控制指令等。
总的来说，光电检测系统通过利用光电效应将光信号转化为电信号，进而实现对被检测物体的非接触式检测。
这种检测方式具有灵敏度高、响应速度快、精度较高等特点，广泛应用于工业制造、生命科学、环境监测等领域。
光电检测系统
长度：直尺、游标卡尺、千分尺
电压：万用表
质量：天平
间接测量：测量几个与被测量相关的物理量，通过函数关系式 计算出被测量。例如：
电功率：P = I * V（电流/电压）
重力加速度：单摆测量（L：摆的线长，T：摆动的周
期）
g
4
T
2L
2
返回
光电探测器的种类
类型 PN结
非PN结 电子管类
以光电子学为基础,以光电器件为主体,研究和发展光电信 息的形成、传输、接收、变换、处理和应用。它涉及到：
1、光电源器件（包括激光器）和可控光功能器件及集成 2、光通信和综合信息网络 3、光频微电子 4、光电方法用于瞬态光学观测 5、光电传感、光纤传感和图象传感 6、激光、红外、微光探测，定向和制导 7、光电精密测试，在线检测和控制技术 8、混合光电信息处理、识别和图象分析
光信息量化的变换方式在位移量（长度、宽 度和角度）的光电测量系统中得到广泛的应 用。
若长度信息量L量化为条纹信息量，则长度 L=qn
q为量化单位，采用莫尔条纹变换时，其为光栅节距，达到微米 量级；若采用激光干涉时，其 等于激光波长的二分之一或四分之一；n为条纹个数。
信息载入光学信息的方式
光通讯方式的信息变换
光电检测系统
光 光 被 光 光变 电
源
学 系 统
测 对 象
学 变 换
电换 传电 感路
信 号 处 理
存储 显示 控制
光学变换
电路处理
Байду номын сангаас
光电检测系统
光学变换
时域变换：调制振幅、频率、相位、脉宽 空域变换：光学扫描 光学参量调制：光强、波长、相位、偏振 形成能被光电探测器接收，便于后续电学处理的光学信息。
光电测量系统设计报告
光电测量系统设计报告一、引言近年来，光电测量技术在各个领域中得到了广泛的应用和发展。
光电测量系统是一种用于测量光的强度、波长、光谱、光色度等参数的仪器设备。
光电测量系统在光学、电子、材料等领域中有着重要的用途，本报告旨在设计一种基于XYZ色度标准的光电测量系统。
二、设计原理XYZ色度标准是一种广泛应用的颜色空间，它可以将任意颜色转化为线性变换下的三个刺激值。
光电测量系统基于XYZ色度标准的设计主要包括光源、光谱分析仪、光电传感器和数据处理部分。
1.光源：选择高质量的白色LED作为光源，保证光线的稳定性和均匀性。
2.光谱分析仪：采用高分辨率的光谱分析仪，可以准确地分析光源的光谱，并提供基于XYZ色度标准的光谱数据。
3.光电传感器：选择高灵敏度、宽动态范围的光电传感器，可将光信号转换为电信号，并提供给数据处理部分进行处理。
4.数据处理：利用计算机进行数据处理，根据XYZ色度标准进行色度计算，并将结果显示在计算机屏幕上。
三、系统设计与实施1.硬件设计：(1)光源：选择白色LED光源，通过特殊的光学配置保证光线均匀分布，并通过反馈控制保持光源的稳定性。
(2)光谱分析仪：选择高分辨率光谱分析仪，可以快速获取光谱信息，并将光谱数据传输给计算机。
(3)光电传感器：选择高灵敏度、宽动态范围的光电传感器，可以准确地转换光信号为电信号，并传输给计算机。
(4)数据处理部分：利用计算机进行数据处理，设计合适的算法来实现XYZ色度计算，并将结果通过界面显示出来。
2.软件设计：(1)数据采集：通过光谱分析仪和光电传感器实时获取光谱和光强度数据，并传输给计算机。
(2)数据处理：将光谱数据和光强度数据进行处理，基于XYZ色度标准计算RGB刺激值，并将结果转化为色度坐标。
(3)结果显示：将色度坐标显示在界面上，同时提供保存数据的功能，方便后续分析。
四、系统测试与验证进行系统的测试与验证是确保系统设计能够正确实施的重要步骤。
1.灯光源测试：测试光源的稳定性和均匀性，确保在测量过程中光源的参数保持不变。
光电检测系统应用举例和原理
光电检测系统应用举例和原理光电检测系统是一种利用光电效应原理将光信号转换为电信号进行测量、控制或信息处理的装置。
其基本工作原理包括以下几个步骤：
1. 光电转换：当光线照射到光电元件（如光敏二极管、光电倍增管、光电池等）上时，光能被转换为电能。
这一过程基于光电效应，即在特定条件下，光子与材料相互作用可导致电子从价带跃迁至导带，从而产生电流。
2. 信号放大与处理：产生的微弱光电流通常需要经过放大电路进行放大以提高信噪比，并通过滤波、整形等手段将其转化为可以进一步分析和应用的电信号。
3. 信息读取与输出：处理后的电信号可以根据具体应用要求，通过显示设备显示测量结果，或者连接到控制系统实现自动控制功能。
光电检测系统的应用举例包括但不限于：
光电开关：用于检测物体的存在与否或位置变化，例如在自动化生产线中判断物料是否到达指定位置。
光电转速计：通过检测旋转物体上的标记反射回来的光强度变化来测定转速，广泛应用于电机、风扇等各种机械设备的速度监控。
汽油液面检测：在汽车油箱内使用反射型光电传感器，根据反射回来的光强变化判断汽油液位的高度。
厚度测量：在工业生产中，可通过非接触式光电检测技术，利用透射或反射原理测量薄膜、板材等的厚度。
光电检测系统原理
光电检测系统原理光电检测系统是一种常用的传感器，广泛应用于自动化控制领域，例如机械加工、纺织、食品处理、生物化学和医疗卫生等。
其原理是利用光电器件将光信号转换为电信号，通过电路处理后，将电信号转换成机械或其他可控制的信号，实现自动检测和控制。
本文将从光电器件、处理电路、应用领域等方面进行详细介绍。
一、光电器件光电器件是光电检测系统的核心部分，其主要功能是将光信号转化为电信号，其种类包括光敏二极管（PD）、光电二极管（PH）、光励磁二极管（PC）、光电晶体管（PT）、硅光电池（PD）等。
其中，PD是一种光敏半导体器件，应用范围十分广泛。
PD中的光信号通过PN结被掺杂之后，使之成为具有光电特性的二极管，根据入射光信号的强弱，PD产生的电流也随之变化。
PH、PC、PT相比PD更加敏感，其检测范围可以覆盖可见光和红外光谱区域，使用时需要更加谨慎，但其具有相对较高的灵敏度和更快的响应速度，可以满足更高的应用需求。
硅光电池具有较高的光电转换效率，但其使用条件较为苛刻，易受温度变化等环境因素影响。
二、处理电路处理电路是光电检测系统中的第二个核心部分，主要功能是对从光电器件收集的电信号进行处理和放大，以满足后续电路的工作需要。
处理电路一般分为前端电路和后端电路两大部分。
（一）前端电路前端电路是光电检测系统中的第一级信号处理电路，主要由前放电路、驱动电路、滤波电路和保护电路组成。
前放电路的作用是放大从光电器件获得的弱电信号；驱动电路是用于对光电器件进行驱动的电路，使其在有效频率范围内工作；滤波电路则可以用来滤除杂乱的高频或低频信号；最后，保护电路则可以将前端电路和后端电路隔离，防止过高电压或过电流对后续模块造成损害。
（二）后端电路后端电路是对前端电路处理后的信号进行进一步处理和放大的电路，主要由比较电路、微处理器、放大电路、输出电路、计时电路和显示电路组成。
后端处理电路可以根据应用需要设置不同的模块，例如可通过比较电路可以实现对输入信号的阈值比较，以触发输出信号；在微处理器中可以设置一定的软件算法，用于对信号进行更加复杂的处理。
《光电检测系统》课件
智能化：通过人工 智能技术实现检测 系统的自主学习和 决策
自动化：通过自动 化技术实现检测系 统的无人值守和自 动运行
集成化：将多种检 测技术集成到一个 系统中，提高检测 效率和准确性
网络化：通过网络 技术实现检测系统 的远程监控和管理 ，提高检测系统的 安全性和可靠性
THANK YOU
汇报人：
光电子的发射：光电子从物体表面发射出来，形成光电流
光电效应的应用：光电效应广泛应用于光电检测系统，如光电倍增管、光电二极管等光电器 件
光电转换器件
光电二极 管：将光 信号转换 为电信号
光电三极 管：将光 信号转换 为电信号， 具有放大 功能
光电池： 将光信号 转换为电 能
光电传感 器：将光 信号转换 为电信号， 用于检测 和控制
优点：结构简单、成本低、易于维护
缺点：对环境光线敏感，需要避免强光照射
反射式光电检测系统
工作原理：利用光电效应，将光信 号转换为电信号
优点：响应速度快，稳定性ห้องสมุดไป่ตู้，抗 干扰能力强
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应用领域：广泛应用于工业自动化、 安防监控等领域
缺点：对环境光线敏感，需要定期 校准和维护
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光电传感器由一个发光二极管和一 个光敏二极管组成，发光二极管发 出光线，光敏二极管接收光线。
报警器接收到报警信号后，发出声 音或灯光报警，提醒人们注意火灾 危险。
光电式转速计的工作原理
光电式转速计主要由光源、光电转换器和信号处理电路组成。 光源发出光束，照射到被测物体上，形成反射光。 光电转换器将反射光转换为电信号，信号处理电路对电信号进行处理，得到转速信号。 光电式转速计具有测量精度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点。
典型光电测试系统资料
9.1光电信号检测种类
(c).遮挡式直接检测方法
光电探测器
(a) 辐射式 (b) 透射式
2 1 2 3 1 2 3
计数产品
1 2 3
1
光源
(c) 遮挡式
3
(d) 反射式
如图5-2所示为光电产品自动计数系统示意图，每个产品经过 成对配置的光源光束和光电探测器时，都实现对光束的一次 遮挡，对应光电探测器的一个脉冲信号，然后通过计数脉冲 个数实现对产品的计数。类似的应用还包括商场出入人数统 计、住宅安全监控报警以及电梯自动启停开关等等.
9.1光电信号检测种类
(c).遮挡式直接检测方法
Φ1
探测器1 U1 如图5-3所示是一种遮挡 差动 轴 补偿式轴径检测原理图， 放大器 将平行光束Φ 1投射到待 U2 测物体轴上，部分光束 Φ2 被轴径遮挡，被遮挡光 可动 探测器2 强通量的大小反映了待 挡片 指针 测轴径的大小，其后的 可逆 电机 光电探测器1将未经遮挡 刻度尺 的光转化为光电流I1和 相应的负载电压U1。作 为补偿式光强检测结构.
调制光束
驱动
电机 驱动
图5-9 光强正弦调制盘
二.光信号的三种调制方法
• 电光调制(P196):电致晶体双折射 • 声光调制(P199):声学光栅衍射 • 磁光调制(P206):法拉第磁光效应(法拉第磁 旋)
9.1.2光相位型信号检测
固定反射镜 固定反射镜 分束镜2 光电 探测器 激光器 分束镜 测量反射镜 光电 探测器 (a) 迈克尔逊干涉仪 传感器 激光器 分束镜1 测量反射镜
方式分)
• 直接检测？/光外差干涉检测系统？
(相干检测)
9.1光电信号检测种类
按照光信号的强度、相位、偏振、频率和光谱检测属性， 分别讲述光电信号的基本检测方法。 9.1.1光强度型信号检测 可以分为直接检测和调制 检测两种方法 。 一.光强度型光电信号的直 接检测方法：
光电检测
1.简述光电检测系统的基本组成，各部分的主要作用。
光电检测系统的基本组成包括：光源、被检测对象及光信号的形成、光信号的匹配处理、光电转换、电信号的放大与处理、微机、控制系统和显示等部分。
各部分的主要作用：（1）光源：光源是广义的，可以是人工光源，也可以是自然光源。
光源具有一定辐射功率、一定光谱范围及一定的发光空间分布，同时发出的光束作为携带待测信息的物质，光源本身也可以作为待测对象；（2）被检测对象及光信号的形成：光源所发出的光束携带利用各种光学效应，如发射、吸收、折射、干涉、衍射等，是光束携带上被检测对象的特征信息，形成待检测的光信号；（3）光信号的匹配处理：使光源发出的光或产生携带各种待测信号的光与光电检测器等环节间实现合理的匹配，即通过对光信号的处理或调制满足后面光电转换的需要；（4）光电转换：将光信号转换为电信号，以利于采用目前最为成熟的电子技术进行信号的放大、处理、测量和控制等；（5）电信号的放大与处理：为实现各种检测目的，可按需要采用不同功能的电路来完成对具体系统的具体分析；（6）微机及控制系统：通过反馈、分析、计算或判断等方式实现对信号的利用，从而控制整个光电检测装置更加精确，符合人性化的需求；（7）显示：将处理好的待测量电信号直接经显示系统显示。
2.试述辐射度量与光度量的联系和区别。
辐射度量是用能量单位描述辐射能的客观物理量；光度量是光辐射能为平均人眼接受所引起的视觉刺激大小。
光通量 V 和辐射通量 e 可通过人眼视觉特性进行转换，即式中，Km 最大光谱光视效能，V( )是平均人眼光谱光视效率(或称视见函数)3. 朗伯辐射体是怎样定义的?其有哪些主要特性?朗伯辐射源：某些自身发射辐射的辐射源，其辐射量度与方向无关，即辐射源各个方向的福亮度不变，这类的辐射源称为朗伯辐射源。
其主要的性质（1）亮度不随辐射角变化（2）其单位表面积向空间规定方向单位里提交内发射（或反射）的辐射通量和该方向与表面法线方向的夹角α的余弦成正比（3）辐射亮度与辐射出射度的关系。
光电检测技术与系统智慧树知到答案章节测试2023年天津大学
绪论单元测试1.光源是检测系统中不可或缺的一部分。
A:错B:对答案:B第一章测试1.光电信息检测系统是指将待测光学量或非光学待测物理量转换成（），通过光电变换电路和计算处理的方法进行检测的系统。
A:热学量B:化学量C:光学量答案:C2.光电信息检测方法的特点是信息检测的（）实时性、遥控性、快速性A:遥控性B:快速性C:电信号放大D:实时性答案:ABD3.利用（），直接测定物体的形状、尺寸，位置。
这是在生产线上实现自动检测的有效手段。
A:光谱仪B:二维光传感器C:光功率计答案:B4.利用光谱仪直接对光纤Bragg光栅传感器进行解调时，光纤Bragg光栅传感器可以串接使用。
A:错B:对答案:B5.滤波法是一种抽取（）上特定的检测所需要信息的方法。
A:柯西面B:频谱面C:拉格朗日面答案:B6.如果采取图像的扫描进行检测，那么，图像的像元取决于（）A:扫描光点大小B:显示屏大小C:仪器功耗D:扫描时间答案:AD7.热敏照相机扫描式检测适合于热像，它可用于各种（）的分布测量上。
A:压力场B:湿度场C:温度场答案:C8.热敏照相机的扫描方式采用水平与垂直的二组扫描来完成。
扫描一般用旋转的多面体或（）来实现。
A:电光调制器B:磁光晶体C:振动偏转的反射镜答案:C9.红外检测系统的主要优点是发光点低、使用稳定和（）：A:灵敏度高B:亮度高C:寿命长D:效果好答案:ABCD10.像传感检测技术中，线性光列阵有（）和照明型两种基本形式A:成像型B:科勒型C:欧拉型答案:A第二章测试1.激光衍射测量的相对误差可以达到0.1%量级。
A:对B:错答案:A2.在实际的激光衍射测量系统中，没有物镜也是可以的。
A:对B:错答案:A3.测定爱里圆变化可以精密地测定或分析微小内孔的尺寸。
A:错B:对答案:B4.利用衍射分布特征尺寸进行衍射测量时，当被测尺寸减小时，测量灵敏度如何变化？A:不变B:增大C:减小D:不一定答案:B5.楔形开孔的衍射条纹是零级中央条纹扩大，呈何种分布？A:圆B:条纹C:双曲线D:椭圆答案:C6.衍射计量主要用于小量程的高精度测量上，下列数字哪些不在绝对测量的量程范围之内？A:0.1mmB:0.5mmC:1mmD:0.01mm答案:C7.缝宽w大，条纹密集，测量灵敏度高。
光电器件性能参数测试系统设计
光电器件性能参数测试系统设计光电器件性能参数测试系统设计摘要：本文基于对光电器件性能参数测试需求的分析，设计了一套能够高效准确测试光电器件各项性能参数的测试系统。
该系统包括硬件部分和软件部分，硬件部分主要由测试仪器和测试电路组成，软件部分主要由测量控制软件和数据处理软件构成。
通过该系统的设计和实现，能够有效提高光电器件性能参数测试的准确性和稳定性。
关键词：光电器件；性能参数测试系统；硬件；软件1. 引言光电器件是用于将光信号转换为电信号或将电信号转换为光信号的电子器件。
其性能参数的准确测试对于光电器件的研发、生产和应用具有重要意义。
然而，由于光电器件的特殊性，需要专门设计和制造一套适用于性能参数测试的测试系统。
本文旨在通过对光电器件性能参数测试需求的分析，设计一套能够高效准确测试光电器件各项性能参数的测试系统。
2. 性能参数测试系统的硬件设计光电器件性能参数测试系统的硬件部分主要由测试仪器和测试电路组成。
2.1 测试仪器的选择在光电器件的性能参数测试中，常用的测试仪器包括光电二极管测试仪、光解析仪、激光功率计等。
根据实际需求，选择合适的测试仪器对光电器件进行测试。
同时要考虑测试仪器的性能指标，如测试速度、测试精度等。
2.2 测试电路的设计测试电路是光电器件性能参数测试的核心部分。
测试电路需要能够适应不同类型的光电器件，如光电二极管、光敏电阻等。
其中，测试电路主要包括校准电路、放大电路、滤波电路等。
校准电路主要用于保证测试系统的准确性和稳定性。
通过校准电路可以检验测试系统的工作状态，校准测试仪器的零点和量程，提高测试结果的可信度。
放大电路用于放大光电器件产生的微弱信号，增加信号的幅度，提高测试仪器的灵敏度。
放大电路设计时要考虑测试信号的频率范围，选择合适的放大倍数，同时还要保证电路的线性度和稳定性。
滤波电路主要用于滤除测试信号中的杂散信号和噪声，保证测试信号的纯净性。
滤波电路的设计要根据测试信号的频率特性选择合适的滤波器类型和截止频率。
光电检测技术与应用-7光电检测系统ppt课件
光检测器输出的总功率包括信号电功率和噪声功率，可表示为：
e 2 P P R P P o no L s n h
2
考虑到信号和噪声的独立性，有：
e 2 P R P o L s h
1 光电直接检测系统的基本工作原理
假定入射光信号电场为：
光场平均光功率为：
E t A cos t s
_______ 2 2 s
_______ 2 s
P t A 2 s E
E t
2 E 表示 s t 的时间平均值；
光检测器输出电流为：
e I P s s h
光电检测技术与应用-7光电检 测系统
光电检测系统 主要内容： 光电直接检测系统
光外差检测系统
典型的光电检测系统
• 直接检测系统（光强调 制）
– – – – 莫尔条纹测长仪 激光测距仪 激光准直 环境污染检测系统
• 光外差检测系统
– 激光干涉测长仪（相位调 制） – 多普勒测速（频率调制） – 光外差通信
e h
______ e 2 E st
2 A 2 h
称为光电变换比例常数
1 光电直接检测系统的基本工作原理
若光检测器负载电阻RL，则光检测器输出电功率为：
e 2 2 P I R P o s L sR L h
2
光检测器的平方律特性：光电流正比于光电场振幅的平方， 电输出功率正比于入射光功率的平方。 如果入射光是调幅波，即
1 光电直接检测系统的基本工作原理
光源 强度 调制器 信号
光学天线
光学通道
接收天线及光 电检测器
光电检测系统
dx dN f dt 2dt 2
0 . 55 10 f 4 10 0 . 11 m / s
6 5
2
2
9
六.相位测量
（测量距离为例）
设辐射光波的调制频率为f , 则波长为 C C ＝ T n n f 光波从A点传播到B点的相移可表示为： 2 m m 2
在较大的性能差异，其原因就在于不同的打印机厂商采用了不同的控制器 设计方案。
24
从功能上说，打印控制器实际上是一台功能完善的专用计算机，它包括
I/O接口、处理器、内存和控制接口四大模块，少数高端机型甚至还配置了
硬盘。 ⑴I/O接口负责与计算机或网络的数据通讯，终端用户的打印指令和待打 印的文档数据都是通过I/O接口传递给打印机。 ⑵处理器接收到打印指令之后，许可数据传输开始，文档数据就被传送到
还可以扩大目标定位系统的视场和搜索范围。
因此调制技术是光电位测系统中常用的方法。
18
可以实现单色光波或复合光通量调制作用的装置称作调 制器，调制器包括机电调制器，电光调制器，辐射源调制 器和电子调制器。
19
⑴机电调制器
20
⑵光控调制器
对于光学性质随方向而异的一些介质，常发生一束入射光分解为两束
折射光的现象，称作双折射，相应的介质称各向异性材料。由于它们两 个方向折射率不同，这种材料具有旋光性，可以改变入射偏振光的偏振
方向。材料折射率各向异性的性质能在电场、磁场和机械力等外力作用
下形成和改变。利用这些光控效应可以进行光波振幅、频率、相位、偏 振面等光学参数的调制。
根据引起光控效应外因形式的不同，光控效应可以分作电光效应、磁
t N T N f
光电直接检测系统 莫尔条纹 2013
B P sinq
莫尔条纹演示
莫尔条纹有如下特征：
1）平均效应：莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成的， 对光栅的刻划误差有平均作用，从而能在很大程度上消除光 栅刻线不均匀引起的误差。 2）对应关系：当指示光栅沿与栅线垂直的方向作相对移动 时，莫尔条纹则沿光栅刻线方向移动（两者的运动方向相互 垂直）；指示光栅反向移动，莫尔条纹亦反向移动。在图中， 当指示光栅向右移动时，莫尔条纹向上运动。
其一是光电流正比于光电场振幅的平方； 其二是电输出功率正比于入射光功率的平方。
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直接探测系统
如果入射光场是调幅波:
es (t ) Es [1 KV (t )]cos st
1 is (t ) Es2 Es2 KV (t ) 2
直流项
交流成份中 包含调制信 号信息
若 si /ni >>1, 则
so 1 si no 2 ni
输出信噪比近似等于输入信噪比的一半，即经光电转 换后信噪比损失了3dB，适于实际应用； 直接探测方式不能改善输入信噪比，但适宜于较强光 信号的探测，且探测方法简单、易于实现、可靠性高， 成本较低，因此应用广泛。
若光探测器输出有隔直流电容，则输出光电流只包含第 二项，即直接探测的基本物理过程。 注意：探测器响应的是光场的包络，目前尚无直接响应 光频率的探测器。
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后退
直接探测系统
信噪比性能分析
设输入光电探测器的信号光功率为 si ，噪声功率为ni ， 光电探测器的输出电功率为 so ， 输出噪声功率为no，则 总的输入功率为(si+ni)，总的输出功率为(so+no)。由光电 探测器的平方律特性
第章典型光电系统的分析与设计
第章典型光电系统的分析与设计光电系统是一种通过光电传感器将光信号转换为电信号，并通过电路处理这些信号的系统。
光电系统广泛应用于各种领域，如工业自动化、军事装备、医疗器械等。
本章将对典型的光电系统进行分析与设计。
11.1光电系统的基本结构光电系统主要由以下几个部分组成：光源、光电传感器、信号采集电路和信号处理电路。
其中，光源主要的作用是发出一定波长的光信号，光电传感器将光信号转换为电信号，信号采集电路将电信号进行放大和滤波，以保证信号的准确性。
信号处理电路对电信号进行进一步的处理和判断。
11.2光电系统的分析在对光电系统进行分析时，需要考虑以下几个因素：波长、功率、工作距离和信噪比。
11.2.1波长波长是指光的频率，不同的波长决定了光的颜色。
不同的应用领域对波长有不同的要求。
例如，在光电测量中，常常需选择合适的波长来提高测量的精确度。
11.2.2功率光源的功率决定了光电传感器能够接收到的光信号的强度。
功率越大，光电传感器能够接收到的光信号越强，对环境光的干扰也越小。
因此，在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的功率。
11.2.3工作距离工作距离是指光电传感器能够传输或接收到光信号的最远距离。
不同的光电传感器具有不同的工作距离。
在设计光电系统时，需要根据实际应用的需要选择合适的工作距离。
11.2.4信噪比信噪比是指光电系统中信号的强度与噪声的比值。
信噪比越大，表示信号的强度越大，噪声越小，信号的可靠性越高。
在设计光电系统时，需要通过合理的电路设计和选择合适的元器件，来提高信噪比。
11.3光电系统的设计光电系统的设计包括光源的选择、光电传感器的选型、信号采集电路的设计和信号处理电路的设计。
11.3.1光源的选择光源的选择需要考虑波长、功率和工作距离等因素。
在实际应用中，可以选择LED光源或激光器作为光源。
LED光源具有波长可调、功率可调和工作距离可调的特点，适用于多种光电系统。
激光器具有高亮度和长工作距离的特点，适用于一些要求较高的光电系统。
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第七章典型光电测试系统
1
7.1 光电开关与光电转速计
• 光电探测器输出开关量 • 结构较为简单、工作可靠、寿命长
第七章典型光电测试系统
2
光电开关 分为主动型光电开关和被动型光电开关。 主动型光电开关由LED管和光电二极管、光电三极管或光电
达林顿管组成。 被动型光电开关主要由光敏电阻、光电二极管等组成。
特点
（1）莫尔条纹携带一维信息：测长度、角度等。
（2）莫尔条纹携带三维信息：测应变、平面度、液体薄膜厚度、
医学诊断、机器视觉。
莫尔条纹定义 将两块光栅（其中一块称为主光栅，另一块称为指示光
栅）叠加在一起，并使它们的栅线有一小的交角。当光栅对之 间有相对运动时（其运动方向与主光栅栅线垂直），对着光源 看过去，有一组垂直于光栅运动方向的明暗相间的条纹移动， 此移动的条纹被称为莫尔条纹。
第七章典型光电测试系统
17
栅线夹角很小，可以观察到随光栅的移动，某点透过的光强呈现明 暗交替变化，这就是莫尔条纹的调制作用。莫尔条纹把光栅位移信息转 变成光强随时间变化的信号。在空间上光栅移动的周期为p，而莫尔条纹 移动的周期是B。莫尔条纹有放大作用。
不同形式的长光栅莫尔条纹
第七章典型光电测试系统
长光栅第莫七章尔典条型纹光电形测成试原系理统
14
(1)莫尔条纹方程
主光栅A的刻线方程为
xj
jP2
cos
• 指示光栅B的刻线与轴的交点的坐标为 xi iP1
• 莫尔条纹1是由A、B两光栅各同编号刻线的交点连接而成，
其莫尔条纹1的方程求解如下：
a. 条纹上除(0,0)点外任意一点的坐标：
xi, j iP1
• 光电转速计避免上述缺点，可以实现测量自动化和数字化 广泛应用于电动机、内燃机、透平、水轮机及各种机床的 转速测量和调节中。
第七章典型光电测试系统
9
转速计测量原理
带孔的盘
带锯齿的盘
带黑白反射 块的盘
只要测出频率，就可以得到转速
n 60 f m
光电探测器件：光电池、光敏二极管或光敏三极管， 光源：发光二极管
第七章典型光电测试系统
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（2）结论 ➢ 莫尔条纹是周期函数，其周期T=P2/sinθ ， 又称为莫尔条
纹的宽度B。 ➢ θ≠0，P1=P2，莫尔条纹与x轴夹角为θ/2, 当θ很小时，莫
尔条纹与y轴近似垂直，此时得到近似“横向莫尔条纹”。 ➢ θ≠0，P2=P1cosθ,得到严格的横向莫尔条纹 ➢ θ=0, P1≠P2, 得到纵向莫尔条纹 ➢ 其它情况均为斜向莫尔条纹
第七章典型光电测试系统
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常用的光栅，其栅距(相邻栅线之间的距离)大于 0.01mm，称为黑白光栅。这时光栅栅距远大于光波长，两 个光栅叠合在一起，形成莫尔条纹。当使用更小栅距的位 相光栅时，莫尔条纹就是由衍射和干涉形成的。
第七章典型光电测试系统
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长光栅莫尔条纹
常用光栅其栅距大于0.01mm时，光栅栅距远大于光波长 称为黑白光栅，两个光栅叠合在一起，形成莫尔条纹。
（3）光电耦合器（主动）
发光管接在低压电路中，光电三极管接在高压电路中，低压控制高压－隔
离、安全
也可形成固态继电器
过载保护电路开关
第七章典型光电测试系统
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（4）编码计数型主动开关
可用于计数、编码 根据脉冲的周期和个数计算快门时间 工业流水线上的产品计数、工件尺寸测量、医用液滴计数
第七章典型光电测试系统
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圆光栅莫尔条纹
两块圆形光栅重叠在一起也可形成莫尔条纹，利用圆 光栅莫尔条纹可以直接进行角度测量。 圆光栅可分为径向圆光栅和切向圆光栅。径向圆光栅的 刻线都从圆心向外辐射，切向圆光栅的刻线都切于一个小尔条纹是由两块栅距角相同的径向光栅保持一个 较小的偏心量叠合形成圆弧莫尔条纹。
第七章典型光电测试系统
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频率测量法
计数测量法 （1）测量被测信号脉冲数 （2）时基信号（控制闸门，精确已
知） （3）测高频精度高，低频相对误差
增大 周期测量法 （1）固定的高频脉冲做参考，精确
已知 （2）信号脉冲控制闸门 （3）低频精度高，高频相对误差增
大
第七章典型光电测试系统
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7.2 莫尔条纹测长仪
切向光栅莫尔条纹是由两块刻线数相同、切向方向相反而切线 圆半径不同的切向圆光栅同心叠合得到的莫尔条纹。
径向光栅莫尔条纹
切向莫尔条纹
（圆弧形）
（圆环形）
第七章典型光电测试系统
20
• 径向光栅莫尔条纹，在沿着偏心的方向上，产生近似平行 于栅线的纵向莫尔条纹；在位于与偏心方向垂直的位置上 产生近似垂直于栅线的莫尔条纹；其它方向为斜向莫尔条 纹。
• 切向莫尔条纹是圆环形的，把它称作圆环莫尔条纹。
yi,j (xjxi,j)ct g(cjP 2 o si1 P )ctg
第七章典型光电测试系统
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b.莫尔条纹1的斜率为
t
g yi,j
xi,j
x y0 0,,0 0i1 P is2 P inii1 1 P P ctg
P2
P1
P1 cos sin
c.莫尔条纹1的方程可表示为
y1
xtgP2P1cosx P1sin
7
（5）被动开关
利用自然光源（因此称被动）：人体、其它热源、太阳光等，红外居多。
热释电器件为光敏元件，只响应突变或交变信号；对光谱无选择性。
球面反射镜聚光。
如自动门系统、报警系统（第火七章焰典报型警光、电测火试车系车统轮故障自动报警等）。
8
光电转速计
• 一般转速计：测量范围小、精度不高、刚性接触（附加负 荷），不适合小功率测量。
第七章典型光电测试系统
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（1）透射分离型主动开关（键盘）
用于工业自动控制、自动报警及一些引爆、燃烧等封闭室内的
室外点火等控制。
第七章典型光电测试系统
4
（2）反射型主动开关
距离足够近 遇到障碍反射 光如：防盗器
用于狭窄区域
第七章典型光电测试系统
液位自动控制 液位上升，光通量下 降如：汽油液位探测
5
第七章 典型光电测试系统
针对测试对象、任务要求、测试原理及测试精度等指 标的不同，形成了各种各样的光电测试系统。本章列 举一些典型光电测试系统，介绍光电测试系统的工作 原理和应用。 光电测试系统具有非接触、实时、精度高等特点。
光电开关与光电转速计 莫尔条纹测长仪 激光测距仪 激光干涉测量仪 激光多普勒测速仪 光弹效应测力计