光电检测技术8(精选)
光电检测原理与技术--第8章 非光物理量的光电检测
在有些电路中，采用两光通量比(除)的信号处理方法，那么光 源波动的影响可以完全消除。设 1 ， 1 / 2 n / 2 n 则
1' / '2 ((2 2 ) /(1 1 )) n
(8-10)
3. 单个探测器的差动测量
在光电差动测量中，精度在很大程度上取决于两光电探测器性 能上的差异，两者完全一致将十分困难。因此提出采用单光电探测 器的设想，其装置原理如图8-5所示。其通量波形图如图8-6(a)所示。 当Φ1≠Φ2时，则产生交变信号，经放大和相敏整流后输出，波形如 图8-6(b)所示，幅值的大小表示两通量的差值Φ=Φ1-Φ2，信号的正、 负表示ΔΦ的正负。
图8-8 单通道光楔补偿系统
2. 双通道光电补偿式测量
采用双光路双元件进行补偿测量时，信息光通量Φ1可由下式 导出 1S1 2 S2 K 即 式中，K为补偿系数。 这时相对误差的最大值ε为： S S K 1 1 2 2 1 S1 S2 2 K
1 (S2 / S1 )2 K
于电机连续旋转，该装置测速较快，其测速主要受人眼观察速度的
限制。
(2) 电动态补偿法 利用电信号的动态补偿法是将信号电流直接控制惯性极小的可 控阻值元件，如晶体二极管或三极管等，把它们作为补偿器来实现 电动态补偿测量。这种纯电路的处理方法可将检测速度提高很多。 这里的关键是选用可控阻值元件，通常要求其阻值与控制电流 或电压成线性关系，且稳定性好。图8-10所示是锗晶体二极管的Rf(I)曲线。由曲线可知，当电流I由0变化到I0之间，阻值变化基本呈 线性，作为可控阻值元件只应使用这一范围。
光电检测技术8
8.4.3 热辐射传感器 （1）热辐射高温计 热辐射高温计是根据物体表面发出的热辐射能量进行非接触式温度测 量的. 优点:响应快、热惰性小等，主要用于腐蚀性物体以及运动物体的高 温测量。 测温范围一般为400～3200℃。 热辐射高温计工作原理如下图所示，由于感温部分不与被测介质直接 接触，因此测量误差较大。
被测物体的热辐射能通过透镜汇聚到敏感元件热电堆上，热电堆把热 辐射能转变为电信号。
（2）热辐射测温仪
人体温度是36～37℃，放射波长为9～10µm
自然界的物体，都会放射红外线，唯一不同的是他们发射的红外线的波长 不同而已。热辐射测温仪由红外线传感器和电信号处理电路组成，其中的红外 线传感器就是能接收上述红外波长并将其转变成电信号的一种装置。 a.传感器 传感器用LN－206P型热释电传感器，固定在一个盒子内，前面加遮光 板，遮光板电机带动旋转，使传感器按1Hz的频率接收被测物体的红外线。 另外，感温盒内还需放置温度补偿二极管，盒的开口对准被测物，传感器的 窗口对准遮光板。其结构如图8-12所示。
内光电探测器 光生伏特探测器 光子探测器 外光电探测器 光磁电探测器
使用光电导探测器时， 需要对其进行致冷和加 上一定偏压，否则会使 响应率降低，噪声大， 响应波段窄，以致于使 探测器性能变坏
1．外光电探测器（PE器件） 利用外光电效应或光电子发射效应,只适用于近红外辐射或可见光范围内使用。 2．光电导探测器（PC器件） 利用光电导效应制成的探测器称为光电导探测器。 3．光生伏特探测器（PU器件） 利用光生电动势效应制成的探测器称为光生伏特探测器或结型红外探测器。 4．光磁电探测器（PEM器件） 利用光磁电效应制成的红外探测器，称为光磁电探测器。
光电检测原理与技术--第8章 非光物理量的光电检测
本章的主要内容
8.1 光强型光电检测系统 8.2 脉冲型光电检测系统 8.3 相位型和频率型光电检测系统 8.4 利用物理光学原理的光电检测系统 8.5 其它光电检测系统
8.1 光强型光电检测系统
本节主要包括以下几部分内容： 8.1.1 直接测量法 8.1.2 差动测量法 8.1.3 补偿测量法 8.1.4 补偿式轴径检测装置 8.1.5 利用比较法检测透明薄膜的厚度 8.1.6 利用 射线测量块规厚度的装置 利用α射线测量块规厚度的装置 8.1.7 圆形物体偏心度的光电检测 8.1.8 利用补偿法测量线材直径 8.1.9 对圆柱形零件的外观检查
8.1.1 直接测量法 1. 直接测量法原理
将携带被检测物理量信息的光 量，投射到光电探测器上转换为电 信号，经放大后由检测机构直接读 出待测量。 图8-l所示为采用微安表 直接读出入射到光电探测器GD上 的光通量。
图8-1 直接测量电路 Rｗ为校正电阻，用以校正回路的灵敏度。µA表为读出机构。 当探测器处于线性工作区中，则有
n = 60 f / m
(8-17)
8.2.6 利用脉冲持续时间测定零件尺寸
脉冲法测来自百度文库轴径的原理如图8-26所示。
图8-26 脉冲法测定轴直径原理 脉宽的脉冲计数原理如图8-27所示。
图8-27 脉宽的脉冲计数原理
如图8-28所示是利用光电方法在匀速运动速度为v的传送带上 测定零件长度的方法。通过测定光电探测器产个暗脉冲的持续时 间t，测定零件的长度l。其关系为 L = vt 。
光电检测技术光电检测技术试卷(练习题库)(2023版)
光电检测技术光电检测技术试卷（练习题库）
1、光电检测系统通常由哪三部分组成？
2、光电效应包括哪些？
3、外光电效应
4、内光电效应
5、简述内光电效应的分类？
6、光电导效应
7、光生伏特效应
8、光电池是根据什么效应制成的将光能转换成电能的器件，按用途可分为哪几种？
9、激光的定义，产生激光的必要条件有什么？
10、热释电器件必须在什么样的信号的作用下才会有电信号输出？
11、CCD是一种电荷耦合器件，CCD的突出特点是以什么作为信号，CCD的基本功能是什么？
12、根据检查原理，光电检测的方法有哪四种？
13、光热效应应包括哪三种？
14、一般PSD分为两类，一维PSD和二维PSD,他们各自用途是什么？
15、真空光电器件是基于什么效应的光电探测器，它的结构特点是有一个真空管，其他元件都在真空管中，真空光电器
16、响应度（或称灵敏度）
17、亮电流
18、光电信号的二值化处理
19、亮态前历效应
20、热释电效应
21、暗态前历效应
22、简述雪崩光电二极管的工作原理？
23、简述光生伏特效应与光电导效应的区别？
24、简述光生伏特效应与光电导效应的联系？
25、什么是敏感器？
26、简述敏感器与传感器的区别？
27、简述敏感器与传感器的联系？
28、简述发光二极管的工作原理？
29、简述PIN型的光电二极管的结构？
30、简述PIN型的光电二极管的工作原理？
31、简述PIN型的光电二极管的及特点？
32、简述光电检倍增管的结构组成？
33、简述光电检倍增管的工作原理？
34、简述CCD器件的结构？
35、简述CCD器件的工作原理？
36、举例说明补偿测量方法的原理？
《光电检测技术》全套课件_PPT
2020/7/22
光电检测技术
检测与测量 光电传感器：
基于光电效应，将光信号转换为电信号的一种光电器件 将非电量转换为与之有确定对应关系的电量输出。
光电检测技术：是利用光电传感器实现各类检测。
它将被测量的量转换成光通量,再转换成电量，并综合 利用信息传送和处理技术，完成在线和自动测量
光谱
2020/7/22
控制跟踪型
跟踪控制：激光制导，红外制导 数值控制：自动定位，图形加工形成，数值
控制
图象分析型
图形检测 图形分析
2020/7/22
光电检测技术的特点
高精度：从地球到月球激光测距的精度达到 1米。
高速度：光速是最快的。 远距离、大量程：遥控、遥测和遥感。 非接触式检测：不改变被测物体性质的条件
光电检测技术
2020/7/22
目录
第一章 绪论
第二章 2.1 2.2 2.3 2.4
光电检测技术基础 光的基本性质 辐射与光度学量 半导体基础知识 光电效应
第三章
3.1
2020/7/22
3.2
光电检测器件 光电器件的类型与特点 光电器件的基本特性参数
3.3 半导体光电器件
光电导器件: 光敏电阻
光伏器件:
下进行测量。 寿命长：光电检测中通常无机械运动部分，
电子与通信技术：光电检测技术考试答案(题库版)
电子与通信技术：光电检测技术考试答案（题库版）
1、单选半导体中施主能级的位置位于（）中。
A.禁带
B.价带
C.导带
D.满带
正确答案：A
2、填空题真空光电器件是基于（）效应的光电探测器件。
正确答案：光电发射
3、（江南博哥）单选Sb－Cs材料，主要用于（）变像管光阴极。
A.红外
B.紫外
C.可见
D.X射线
正确答案：B
4、单选充气卤钨灯是一种（）。
A.气体光源
B.热光源
C.冷光源
D.激光光源
正确答案：B
5、问答题除光电变换之外有放大作用的光电探测器有哪些？其中结型器件有哪些？
正确答案：1）光电三极管光电倍增管雪崩二极管
2）光电三极管雪崩
6、单选像管中（）的出现和使用，成为了第三代像管出现的标志性部件。
A.负电子亲和势阴极；
B.电子光学系统；
C.微通道板MCP；
D.光纤面板；
正确答案：A
7、单选PN结光生伏特效应（）。
A.电子集中的P区
B.电子集中的N区结表面
C.电子集中的P区表面
D.电子集中的N区表面
正确答案：B
8、单选光照一定，短路电流与入射光波长的关系，属光电池的（）特性。
A.频率
B.伏安
C.光谱
D.温度
正确答案：C
9、单选N型半导体的费米能级处于禁带（）。
A.中间
B.上部
C.下部
D.不确定.
正确答案：B
10、填空题使物质电导率发生变化，称为（）
正确答案：内光电效应
11、填空题功率谱大小与频率无关的噪声称为（）
正确答案：白噪声
12、问答题根据检查原理，光电检测的方法有哪四种？
正确答案：直接作用法；差动测量法；补偿测量法；脉冲测量法。
13、名词解释响应度（或称灵敏度）
正确答案：是光电检测器输出信号与输入光功率之间关系的度量。
光电检测技术及应用第8章 外形尺寸检测
第8章 外形尺寸检测
二、模拟变换检测法
活塞环检测原理 1—被测圆环 2—样板 3—光源 4—光学透镜 5—齿形调制盘 6—光电器件
从光源发出的光束经样板和被测圆环之间的空隙而射到 光电器件上，空隙的大小由被测圆环的尺寸所决定。射到光 电器件上的光通量的大小会随着被测圆环尺寸而改变，因而 改变了光电流的强度，人们通过光电流大小便可确定圆环尺 寸和误差大小。
2、电扫描法 • 真空摄像管检测法
三、光电扫描检测法
摄像管检测装置的示意图
第8章 外形尺寸检测
三、光电扫描检测法
来自百度文库
摄像管工作波形图
设扫描电子束每扫一行的
有效距离为L，定时器所计一 行的脉冲数为N，则每一脉冲
的当量即量化单位： q L N (mm 脉冲） 若电子在扫过影像的时
间内，定时器所计脉冲为n，
第8章 外形尺寸检测
S 的测量方法
四、CCD自扫描检测法
S测量原理框图
S计算波形图
第8章 外形尺寸检测
• 小尺寸的检测
四、CCD自扫描检测法
CCD小尺寸对象测量原理框图
11 1 a b f b np
aL
L np ( a 1)np
f
第8章 外形尺寸检测
• 大尺寸（或高精度工件）检测
sin 1 sin
n
由几何关系得：BC 2K H
光电检测技术及应用 第8章光电检测常用电路
通常，斜率鉴频器由线性变换电路与幅值 检波器构成，如图8-12（ａ）所示是单失谐 回路斜率鉴频器。其线性变换部分是利用谐波 回路的频率特性工作的。
图8-11 调频波的解调
ຫໍສະໝຸດ Baidu
为了改善其线性，可以采用图8-13（a）所示双失 谐回路鉴频器。
a) 电路原理图 b)调谐回路幅频特性 c)输入调频信号 d)回路1输出 e)回路2输出 f)输出信号 图8-12 双失谐回路鉴频器
电二极管处于接近开路状态，
可以得到与开路电压成正比例
的输出信号即
，A = R2 R1
v
R1
根据（8-1）式代入得
V0 AV Voc
V0
AV
kT q
ln(Se E / I 0 )
四、光电器件与集成运算放大器的连接
（3）阻抗变换型
电路的输出电压
V0 I sc R f R f Se E
当实际的负载电阻 RL 与放大器连接时，RL 远远大于R0 ，则负
图8-7 包络检波中各点的波形
一、调幅波的解调
包络检波存在两个问题：
（1）解调的主要过程是对调幅信号进行半波或全波整 流，无法从检波器的输出鉴别调制信号的相位。
（2）包络检波电路本身不具有区分不同载波频率的信 号的能力。对于不同载波频率的信号它都以同样方式 对它们整流，以恢复调制信号，这就是说它不具有鉴 别信号与噪声的能力。
光电检测 第八章 固体成像器件
——在摄像应用中用光注入的斱式。
——在滤波、延迟线和存储器应用情冴下用
电注入的斱法;
返回
8.1
电荷耦合器件
光注入
这是摄像器件采叏的唯一的注入斱法。 当先照射到CCD硅片上时,在栅极附近的半寻体 体内产生电子-空穴对,多数载流子被栅极电压排斥, 少数载流子则被收集在势阱中形成信号电荷。当辒 入栅开启后,第一个转秱栅上加以时钟电压时,这些代
返回 第 八 章 固 体 成 像 器 件
8.1
电荷耦合器件
电荷耦合原理与电极结构 1.电荷存储
2.电荷耦合
3.CCD电极结构形式
第 八 章 固 体 成 像 器 件
返回
8.1
电荷耦合器件
1.电荷存储
构成CCD的基本单元是MOS(金属-氧
化物-半寻体)结构。如图(a)所示。当
栅极斲加正电压UG(此时UG小于等于
第 八 章 固 体 成 像 器 件
因此N型CCD比P型CCD的工作频率高徆多。
返回
8.1
电荷耦合器件
3.CCD电极结构形式
仍上面分析可知,CCD中电荷的存储和传辒是
通过改发各电极上所加电压实现的。如果按照加在
电极上的脉冲电压相数来分, 常见的CCD电极的结
构包括：二相、三相、四相等结构形式。它们都必
向向前连续运动。