光电直接检测系统 莫尔条纹 2013
常用信息检测系统
常用信息检测系统莫尔条纹具有如下特点 1 放大作用用Bmm表示莫尔条纹的宽度P mm 表示栅距θ rad 为光栅线纹之间的夹角莫尔条纹宽度B与θ角成反比θ越小放大倍数越大 2 均化误差作用莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同组成例如200条mm的光栅10mm宽的光栅就由2000条线纹组成这样栅距之间的固有相邻误差就被平均化了消除了栅距之间不均匀造成的误差 3 莫尔条纹的移动与栅距的移动成比例当光栅尺移动一个栅距P 时莫尔条纹也刚好移动了一个条纹宽度B只要通过光电元件测出莫尔条纹的数目就可知道光栅移动了多少个栅距工作台移动的距离可以计算出来 2．光电直接探测在遥感方面的应用 3 光电直接探测在监测环境污染方面的应用 52 光外差探测系统 53 光纤传感器检测系统二光纤的特性四光调制与解调技术光调制就是将一个携带信息的信号叠加到载波光波上完成这一过程的器件称为调制器调制器能使载波光波的参数随外加信号变化而变化这些参数包括光波的振幅位相频率偏振波长等承载信息的调制光波在光纤中传输再由光探测器系统解调然后检测出所需要的信息1．强度调制与解调原理利用光在微弯光纤中强度的衰减原理将光纤夹在两块具周期性波纹的微弯析构成的变形器中构成调制器从波导理论的观点来看当光纤发生弯曲时传输光会有一部分泄漏到包层中去这种泄漏是光纤内发生模式耦合的结果这些耦合模变为辐射模造成传播光能量的损耗纤芯中的光向包层逸出的原因从几何光学来说是由于全反射条件的破坏造成的从波导理论来说则是光纤的弯曲引起了各种传导模式的耦合则形成耦合模式被送入包层中去产生辐射模微弯调制示意图实际测量框图利用这种调制技术可以直接测量位移的变化量变形器上的变形板位移的大小决定光强的衰减程度而间接测量的量则可包括温度压力振动应变等脱模器的作用这里脱模器的作用是在进入探测器之前消除掉进入包层中的光以保证只有纤芯中的光才能传到变形器和探测器其方法是在几厘米长的包层外边表面上刷上黑漆这就可以以乎完全吸收掉传入包层中的光或者剥去外包层置于折射率匹配的小盒中其它类型被测物体移动引起光纤变形曲率半径随之改变引起辐射模其它类型将光纤绕成多圈螺旋管状增加变形长度以提高灵敏度微弯型水听器多模光纤绕于带有螺纹的铝管螺纹谷内不会发生变形而通过纵向槽的那部分光纤将由于外部压力而变形如果这种压来来自于声波则可依此原理制成水听器光强度的外调制技术上述微弯调制技术属于内调制属于功能性调制技术它是利用光纤本身特性的改变来实现光调制的所谓外调制技术是指调制环节发生在光纤以前的部分光纤本身的性质并不改变它只起到传光的作用此时的光纤分为两部分即输入光纤和输出光纤或发送光纤和接收光纤由于接收光强与接收光纤的端面的法向方面有关于是接收光纤的端面可以视为接收信号反射型光强外调制传感器a原理由输入光纤出射的光投射到反射面上其反射光的一部分进入输出光纤进入多少与反射面位置有关定量分析反射型光强外调制传感器示意图检测范围因此最大检测范围是即检测位移的范围在和之间遮光型光强外调制技术上面所言为反射式除此之外还有遮光式一种办法是将发射光纤和接收光纤对准光强调制信号加在移动的遮光板上另一种方法是直接移动接收光纤这两种方式都是使接收光纤只能收到发送光纤发出的部分光从而实现光调制遮光型光强外调制技术用这种办法可以测量位移压力温度等物理量这些物理量的变化都可使光强减弱由于闸式要使两光纤距离大一些因此光损耗较大但它可固定两光纤因而使用可靠折射率光强度调制技术反射系数式光强调制技术反射系数与两介质的折射率有关利用折射率的变化来改变反射系数则可达到调制光强的目的下图给出了一种典型装置调制部分细节调制机理由光纤左端入射的光一部分沿光路返回到探测器调制机理是光纤左端有两个反射面其中底面的为全反射面镀膜而成两反射面搭接斜面反射面与折射率为的介质接触调节斜面反射镜的角度使纤芯光经反射后能垂直入射到全反射面上则纤芯光入射到斜反射面时能够部分地透射到的介质中去由费涅尔公式描述 2 偏振调制与解调许多物理效应都会影响或改变光的偏振状态采用这些效应可设计偏振调制器下面介绍一种典型效应法拉弟效应磁致旋光效应法拉弟发现许多物质在磁场的作用下可使穿过它的平面偏振光的偏振方向旋转在光的传播方向上加上强磁场时实际例子对于气体约为固体和液体为的量级如对于1厘米长的样品高斯的磁场此时振动面将转动利用法拉第效应测磁场实验装置图 3相位调制与解调一利用光相位调制来测量某些物理量的开发应用已有一百多年的历史不过一般以空间作为干涉光路的干涉仪体积大环境条件要求严格调整也困难因此限制了在工业中的应用光导纤维的出现为光学干涉仪开辟了广阔的天地因为用光纤代替自由空间作为干涉光路有两个突出的优点一是减少了干涉仪安装和校准的固有困难可使仪器小型化块体化二是可以用加长光纤的方法使干涉光路对环境参数的响应灵敏度增加调制原理光纤中传导的光其相位变化取决于处界物理量产生的光纤波导的下面三个参数的变化①光纤物理长度的变化轴向应变伸长热膨胀引起的伸长泊松比变化引起长度伸长②光纤折射系数及分布的变化温度引起光弹效应③光纤横截面几何尺寸的变化压力热膨胀外施参量与光相位的关系可由被测量产生的光纤参量变化来求得下面以温度来说明外施温度对光纤的热影响是最简单的情况此时可只考虑温度对长度和折射率变化而忽略温度引起的直径变化则几种干涉测量仪与光纤干涉传感器原理迈克尔逊干涉仪单色光经分束器分为光强相等的两束光一束射向固定反射镜然后反射到分束器被其透射部分由探测器接收另一束入射到可移动反射镜上然后反射回分束器经分束器反射的部分也传到探测器当光程差小于激光器的相干长度时传到探测器的两束光则产生干涉迈克尔逊干涉仪示意图可见可移动反射镜每移动长度光探测器的输出就从最大值变到最小值再变到最大值变化一个周期如果使用激光它能检测的位移大致为即的位移马赫－泽德干涉仪示意图与迈克尔逊干涉仪之区别 1 它没有光返回到激光器利于激光器减少不稳定噪声 2 从分束器向上也可以获得两束光一为参考光的反射一为信号光的透射若需要可利用这两束光获得第二个输出信号塞格纳克干涉仪塞格纳克干涉仪的特点这种干涉仪的特点是激光束分为干涉和透射两束沿相反方向传播最后汇合到分束器回到探测器在这种干涉仪中任何一块反射镜在垂直表面的方向上移动两束光的光源变化皆相等因此不会在探测器上探测到光强之变化但是当将此装置置于一个可绕垂直于光束平面轴旋转的平台上时由于塞格纳克效应两束传播方向相反的光就会有不同的延迟 4 法布里珀罗干涉仪法布里一珀罗干涉仪的特点最终探测信号电流为上式括号中的后三项相当于光频的电流变化光电探测器不能响应如此高频率的变化可以忽略因此上式可简化为可见通过于涉现象能把光束之间的相位差转变为光强变化当E1 E1 E2时可进步简化为激光器固定反射镜探测器可移动反射镜调制器两相干光的位相差为式中为空气中的光传播常数为两相干光的光程差固定反射镜光源探测器可移动反射镜传感器定量分析微弯效应造成的损耗可写成如下形式式中为齿距为齿数目为变形幅度ａ为纤芯半径为光纤外半径为内外层折射率差值其中任何一个参数改变都会起到光强调制的作用在实际问题里变形器及光纤参数全部固定时则可认为探测器脱模器脱模器脱模器ＬＡＳＥＲ探测器输入光纤输出光纤反射面反射镜面的移动方向是与光纤探头端面垂直的反射镜面在其背面距离处形成输入光纤的虚象因此光强调制作用是与虚光纤和输出光纤的耦合相联系的设两光纤皆为阶跃折射率光纤芯径为数值孔径为两光纤垂直距离为ａ并定义 2a d 2r 输出光纤输入光纤的镜像则当距离时两光纤的耦合为零无反射光进入输出光纤当时两光纤耦合最强输出光强达最大值此时输入光纤的像发出的光维底面积将输出光纤端面积全部遮盖是一个常数光维底面积为光闸输入光纤输出光纤光源探测器信号处理调制器全反射面其中为强度反射系数为入射角可见若介质由于压力或温度的变化引起微小变化则会导致反射系数的变化从而导致反射光强的改变利用此原理可设计温度或压力传感器Ｈ d 振动面旋转的角度由经验公式给出式中为静磁通量为光所穿越的媒质长度是比例因子称费尔德常数一种特定媒质的费尔德常数随频率和温度而变调制电压恒定磁场起偏器起偏器线偏振光从左面进入晶体横向的直流磁场使YIG晶体在此方向上引起磁化饱和而总的磁化强度矢量由恒定磁场和线圈磁场所引起可以改变方向它对晶体轴的倾斜角度正比于线圈中的调制电流因为法拉弟旋转依赖于磁化强度的轴向分量所以线圈电源控制了角检偏器按照马吕定律把这一偏振调制转换为振幅调制也就是说要传递的信息作为调制电压加在线圈上则出射的激光束以振幅变化的形式携带着信息这样为了获得更大的法拉弟效应可以将放在磁场中的法拉弟材料做成平行六面体使通光面对光线方向稍偏离垂直位置并将两面镀层反射膜只留入口和出口这样若光束在其间反射次后出射则有效旋光厚度为则偏振面的旋转角度将提高倍高反射膜为简化分析假定分析折射率沿其截面分布不变化则光相位调制只由光纤长度折射率大小和横截面尺寸产生光纤中传播光相位变化可以表示为―轴向长度变化产生的相位移―折射率变化产生的相位移―光纤直径变化产生的相位移其中此三个因素中产生的相移表达式比较复杂与有关其大小取决于光纤的结构为光纤轴向应变相位解调原理两束相干光束信号光束和参考光束同时照射在一光电探测器上光电流的幅值将与两光束的相位差成函数关系光电探测器对合成光束的强度发生响应设自由空间的阻抗为Zo则入射到光电探测器光敏面Ad的功率为在直接探测中设光波动的圆频率为ω振幅为A则光波f t 写成平均功率 fs为信号光波fL为本机振荡本振光波这两束平面平行的相干光经过分光镜和可变光阑入射到探测器表面进行混频形成相干光场经探测器变换后输出信号中包含 fc＝ fs –fL 的差频信号．故又称相干探测入射到探测器上的总光场为由于光探测器的响应与光电场的平方成正比所以光探测器的光电流为式中是光电变换系数η为量子效率 hυ为光子能量ωc ωL-ωs称为差额上式中第一二项为余弦函数平方的平均值等于1／2第三项和频项是余弦函数的平均值应为零而第四项差频项相对光频而言频率要低得多当差频ωc 2π低于光探测器的截止频率<a name=baidusnap0></a>时光</B>探测器就有频率为ωc 2π的光电流输出见MCAD演示外差探测不仅可探测振幅和强度调制的光信号还可探测频率调制及相位调制的光信号这是外差探测的第一个优点二光外差探测特性 1转换增益光探测器输出电流振幅为在直接探测中输出信号电流的振幅外差转换增益由于在外差探测中本机振荡光功率PL比信号光功率大几个数量级所以外差转换增益可以高达107 10 8 由此看出外差探测灵敏度比直接探测灵敏度高107 10 8 倍这是外差探侧的第二个优点 2．光谱滤波性能如果取差频信号宽度ωc 2πωL-ωs 2π为信息处理器的通频带Δf那么只有与本机振荡光束混频后在此频带内的杂光可以进入系统其他杂光所形成的噪声均被信号处理器滤掉因此外差探测系统中不需要加光谱滤光片其效果甚至比加滤光片的直接探测系统还好得多外差探测对背景光有强抑制作用这是光外差探测的第三个优点 3．外差探测信噪比如果入射到探测器上的光场不仅存在信号光波Ps还存在背景光波Pb输出信噪比为说明外差探测的输出信噪比等于信号光波和背景光波振幅的比值输人信噪比等于输出信噪比输出信躁比没有任何损失这是外差探测的第四个优点但是当本振光功率足够大时本振光产生的散粒噪声远大于其他噪声本振光功率继续增大时由本振光所产生的散粒噪声随之增大从而使光外差探测系统的倍噪比降低所以在实际的光外差探测系统中要合理选择本振光功率的大小以便得到最佳信噪比和较大的中频转换增益四光外差探测典型系统 1．干涉测量技术 1 激光干涉测长的基本原理 2 激光干涉测长仪的光路没置该光路中使用角锥棱镜代替了平面反射镜作为反射器一方面避免了反射光束反馈回激光器而对激光器带来的不利影响另一方面由于角锥棱镜的特点使得出射光束与入射光束平行而棱镜绕任一转轴的转动均不影响出射光束的方向当它绕光学中心转动的角度不大时它对光程的影响可以忽赂角锥棱镜的形状相当于立方体切下来的一个角它的三个内表面作为光学反射面并相互垂直当光从基面入射可在三个直角面上依次反射仍从基面出射出射光线与入射光线总保持平行 3 干涉信号的方向判别与计数光纤是20世纪后半叶的重要发明之一它与激光器半导体光电探测器一起构成了新的光学技术即光电子学新领域光纤的最初研究是为了通讯由于光纤具有许多新的特性因此在其他领域也发展了许多新的应用其中之一就是构成光纤传感器一光纤的基本原理光纤波导的原理光纤 fiber 传光的纤维波导或光导纤维的简称纤芯包层涂覆层护套光纤传光原理全反射 n1 n2 入射角θ法线 n1 n2 θ临界角θ＝arcsin n2 n1 光纤传光与数值孔径 n0 20 0 n2 n1 数值孔径n2 n1 多模阶跃光纤 nr 多模梯度光纤 n2 n1 单模梯度光纤单模光纤和多模光纤光纤的衰减或损耗和色散或带宽是描述光纤传输特性的两个重要参量衰减的概念由于损耗的存在在光纤中传输的光信号不管是模拟信号还是数字脉冲其幅度都要减小光纤的损耗在很大程度上决定了系统的传输距离 在光纤内传输的光功率P随距离z的变化可以用下式表示 式中α是损耗衰减系数设长度为L km 的光纤输入光功率为Pi输出光功率应为 Po Piexp -αL 习惯上α的单位用 dBkm 损耗衰减系数α色散的概念色散 Dispersion 是在光纤中传输的光信号由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应色散一般包括模式色散材料色散和波导色散 模式色散是由于不同模式的时间延迟不同而产生的它取决于光纤的折射率分布并和光纤材料折射率的波长特性有关材料色散是由于光纤的折射率随波长而改变以及模式内部不同波长成分的光实际光源不是纯单色光其时间延迟不同而产生的这种色散取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱线宽度 波导色散是由于波导结构参数与波长有关而产生的它取决于波导尺寸和纤芯与包层的相对折射率差 三光纤传感器分类光纤传感器按传感原理可分为功能型和非功能型功能型光纤传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件所以也称传感型光纤传感器或全光纤传感器非功能型光纤传感器是利用其它敏感元件感受被测量的变化光纤仅作为传输介质传输来自远处或难以接近场所的光信号．所以也称为传光型传感器．或混合型传感器光纤传感器按被调制的光波参数不同可分为强度调制光纤传感器相位调制光纤传感器频率调制光纤传感器偏振调制光纤传感器波长颜色调制光纤传感器微弯效应光强度调制技术P θ标尺光栅图5-18 莫尔条纹设主光栅的节距为P1指示光栅的节距为P2光栅A的刻线方程为 xi i P1 指示光栅B的到线j与t轴交点的坐标为 xj j P2cosθ莫尔条纹1是由光栅AB各i＝j刻线的交点连接而成所以莫尔条纹的方程是莫尔条纹 i j 的斜率为莫尔条纹1的方程可表示为同样可求得莫尔条纹2和3的方程由上述三方程可以得出结论莫尔条纹是周期函数其周期T 叫作莫尔条纹的宽度 B 2 四倍频细分判向原理电子细分方式用于莫尔条纹测长中有好几种．四倍频细分是普通应用的一种 3 置零信号要知道测长的绝对数值必须在测长的起始点给计数器以置零信号这样计数器最后的指示值就反映了绝对测量值顾名思义遥感是从遥远的地方感知测量并识别目标特性的一门科学技术具体说它是从高空飞机或卫星上根据物体发射和反射电磁波的差异来探知地物包括地表层及地层内的结构遥感技术目前广泛地用于对地形精确测绘地球资源勘探农作物生长状况监测及军事侦察等方面遥感技术是一门综合性很强的技术它的发展依赖于光学技术红外技术激光技术计算机技术信息处理技术及国家工业化程度的发展探测环境污染的程度已是人们十分关心的问题对于大气中的污染物质．如COCO2 SO2等有害物质它们对红外辐射都有确定的吸收波段如表51所列利用气体分析仪可调量出它们在空气中的浓度 C02气体分析仪的工作原理干涉滤光片的透过波长为43um 4．脉冲激光测距仪距离的光电测量主要有两种方法脉冲法测距和相位法测距脉冲激光测距仪在近地面使用时主要的缺点是受气象条件的影响较大与雷达测距相比两种方法相比较相位法测距精度更高 1 测距原理由激光器对被测目标发射一个光脉冲然后接收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算出目标的距离地面炮兵用脉冲激光测距仪 6．光电相位测距仪 1 相位测距原理 2 相位测距仪原理仪器采用半导体发光管作为光源它出射的光通量近似地与注入的驱动电流成正比当驱动电流为某频率的正弦电流时发光二极管输出光通量光强度也为正弦变化其初始相位与驱动电流同相出射光波经发射光学系统准直后射向合作目标由合作目标反射回来的光波经接收物镜后会聚于光电二极管上转换为正弦电压信号相位计的测量信号相位相位计的基准信号相位相位计测得相位差光外差探侧在激光通信雷达测长测速测振光谱学等方面都很有用其探测原理与微波及无线电外差探测原理相似光外差探测与光直接探测比较其测量精度要高78个数量级激光受大气湍流效应影响严重破坏了激光的相干性因而目前远距离外差探测在大气中应用受到限制但在外层空间特别是卫星之间通信联系已达到实用阶段一光外差探测原理光外差探测与直接探测相比较有许多优点在直接探测中由于光的振动频率高达2×101375×1014Hz振动周期T为5×10-14 13×10 -15 s 可见光到中近红外而探测器响应时间最短10 -10 s 它只能响应其平均能量或平均功率 51 光电直接探测系统一光电直接探测系统的基本工作原理平均光功率为二光电直接探测系统的特性参数 1．直接探测系统的灵敏度 1 模拟系统灵敏度模拟系统的灵敏度可用信噪比的值来评价系统性能如果光探测器的入射光功率中包含信号光功率 Ps 和噪声功率 Pn 则光探测器输出电功率为输出信噪比等于输入信噪比的平方输出倍噪比更低没有实用意义输出信噪比等于输入信噪比一半 2 数字系统灵敏度数字系统灵敏度一般用误码率评价它的性能误码率只要知道信噪比的值就可由误差函数中得知误码率的值 2 直接探测系统的极限灵敏度①光伏型及光发射器件的极限灵敏度称为直接探测系统的极限灵敏度也称量子限灵敏度光学系统接收到的光功率Pdm 有时又把最小可探测功率Pmin称为灵敏度②光导探测器直接探测系统的灵敏度光导探测器的主要噪声为复合噪声它是一种散粒噪声它和偏置电流成比例因而它的灵敏度与具体使用条件有关但可以肯定光导探测器的极限灵敏度比光伏器件及光电倍增管的极限灵敏度要低所需理想的最小可探测功率大 2．直接探测系统的视场角视场角亦是直接探测系统的性能指标之一它表示系统能观察到的空间范围半视场角视场角立体角Ω为从观察范围即从发现目标的观点考虑希望视场角愈大愈好增大视场角Ω时或增大探测器面积或减小光学系统的焦距这两方面对探测系统的影响都不利第一增加探测器的面积意味着增大系统的噪声因为对大多数探测器而言其噪声功率和面积的平方根成正比第二减小焦距使系统的相对孔径加大这也是不允许的另一方面视场角加大后引入系统的背景辐射也增加使系统灵敏度下降 3系统的通频带宽度频带宽度Δf 是光电探测系统的重要指标之一探测系统要求Δf 应保存原有信号的调制信息并使系统达到最大输出功率信噪比系统按传递信号能力可有以下几种方法确定系统频带宽度 1 等效矩形带宽令I ω为信号的频谱则信号的能量为 2 频谱曲线下降3dB 的带宽代入 3 包含90％能量的带宽输入信号为矩形波时通过不。
莫尔条纹现象与应用(一)
莫尔条纹现象与应用(一)
莫尔条纹现象与应用
什么是莫尔条纹现象
•莫尔条纹现象是一种光学现象，指的是两个平行条纹之间出现一系列增强和减弱的条纹。
它是由物体表面的微弱干涉所引起的。
莫尔条纹现象可以用来测量物体的曲率、表面粗糙度等性质。
莫尔条纹现象的应用
1. 表面缺陷检测
•莫尔条纹现象可以用来检测物体表面的缺陷，例如裂纹、磨损、划痕等。
通过观察莫尔条纹的变化，可以判断出表面的不平整程度，进而评估物体的质量。
2. 光学测量
•莫尔条纹现象被广泛应用于光学测量领域。
例如在相机镜头的校正和调试过程中，可以利用莫尔条纹来检测镜头的变形和畸变情况。
3. 材料参数测量
•莫尔条纹现象可以用来测量材料的参数，例如材料的折射率、膜厚等。
通过观察莫尔条纹的形态变化，可以反推出材料的物理性
质。
4. 薄膜涂层测量
•莫尔条纹现象在薄膜涂层领域有重要应用。
通过观察莫尔条纹的颜色变化和条纹密度，可以判断薄膜涂层的厚度和折射率等参数。
5. 纳米结构研究
•在纳米科技领域，莫尔条纹现象被应用于研究纳米结构的形态和性质。
通过观察莫尔条纹的变化，可以了解纳米材料的生长方式、晶格等信息。
结论
•莫尔条纹现象是一种重要的光学现象，它在表面缺陷检测、光学测量、材料参数测量、薄膜涂层测量和纳米结构研究等领域都有
广泛的应用。
通过利用莫尔条纹现象，我们可以更好地理解和利
用光学效应，推动科学技术的发展。
无衍射光莫尔条纹准直、跟踪和定位系统的研制无衍射光莫尔条纹准直、跟踪和定位系统的研制
无衍射光莫尔条纹准直、跟踪和定位系统的研制!张新宝赵斌李柱（华中科技大学机械学院仪器系，武汉，430074）摘要：由于无衍射光莫尔条纹技术具有高的对心分辨精度和适用于长、短距离测量的特点，在此技术的基础上研制了激光准直跟踪和定位测量系统。
它具有抗强光干扰和抗机械振动的特点，并具有高的定位、定向精度（0.12!m /5m ）。
关键词：无衍射光莫尔条纹激光准直跟踪和定位抗强光干扰A collimating tracking and positioning laser system withnon-diffracting beams and Moire fringe technologyZhang Xinbao ，Zhao Bin ，Li Zhu（Department of Instrumentation ，SchooI of MechanicaI Science and TechnoIogy ，HUST ，Wuhan ，430074）Abstract ：Non-diffracting beams and Moire fringe technoIogy is abIe to work in short ，middIe and Iong dis-tance with high measuring resoIution.Based on this phenomenon ，a new coIIimating tracking ，positioning Iaser system is deveIoped.The system is highIy immune to Iight vibration and mechanicaI vibration with high position-ing accuracy of 0.12!m /5m.Key words ：non-diffracting beam Moire fringeIaser coIIimating tracking and positioning immunity tohigh Iight vibration 引言在精密机械制造业、大型建筑安装、高速轨道铺设、大坝变形检测、大型航空航天器制造、特别是隧道建筑等许多领域经常采用准直跟踪技术。
【精编】传感器实验--莫尔条纹演示概述幻灯片
薪酬
薪酬设计原理
薪酬设计的原则
• 3E原则(内部公平、外部公平、个人价值 公平)
• 战略原则（将员工的期望和要求转化为 对员工薪酬激励）
• 竞争原则 • 激励原则 • 经济原则 • 合法原则
20
薪酬 影响企业薪酬的因素有哪些
• 劳动绩效 • 职务或岗位 影响员工个人薪酬水平的因素 • 综合素质与技能 • 工作条件 • 年龄与工龄 • 态度
15
薪酬 广东省近三年工资调幅
级别
2008.4.1 2006.9.1 2004.12.1 同比04年 同比06年
一类（广州深圳） 860
780
684
25.73% 10.26%
二类（东莞中山） 770
690
574
34.15% 11.59%
三类（惠州） 670
600
494
35.63% 11.67%
四类（内市） 580
4 复杂工作：独立做出决定；监督他人的工作；人事主管、 需要接受高级的专业训练和丰富的经验。 技术主 管 29
薪酬
因素比较法(例)
因素 责任大小 所需技能 任务难度 工作环境 财务影响
工资率 100元
职位B
职位B
200 职位B 职位A 职位A 职位B
300 职位A
职位B 职位A
400
职位A
30
薪酬
忠告 高薪不一定能留住人才，但低薪一定不能留住人才
10
薪酬 薪酬在HR管理中的作用与关系（案例）
（一）某公司的中层以上领导精英,都能诚信服 务于该公司,您知道该公司的总经理主要抓的 是哪三条“留人”措施?为什么是这三条?
1. 薪酬福利留人 2. 事业留人 3. 职务留人
光电信号的检测方法(莫尔拓扑图)
第五章：光电信号的检测方法单频光相位调制和条纹检测在使用窄光束单频光波相位调制的干涉测量中，干涉条纹的形成和检测是在光束重叠的较小空间范围内进行的，通常采用单元光电器件检测局部位置上的干涉条纹波数或相位随时间的变化。
1．单频光的相位调制在单一频率相干光路中，被测量使相干光波的相位发生变化，同时通过干涉作用把波相位的变化变换为振幅的变化，这个过程称单频光波的相位调制或称相幅变换。
由前面的公式可知，能引起相位变化的参量是光路长L和介质折射率n。
因此相位调制通常是利用不同形式的干涉仪，借助机械的、光学的、光电子学等变换器伴将被测量的变化转换为光路长L和折射率n的变化。
前者用来检测几何和机械运动参量，后者用于分析物质的理化特性。
为了定量描述被测参量对相位调制的影响，采用规一化相位响应表示在单位长度的光路内由被测参量引起的相位变化。
(1/L)(dφ/dF)＝(2π/λ0)[dn/dF+(n/L)(dL/dF)]式中，(1/L)(dφ/dF)为规一化相位响应，L为干涉光路长度，F为被测参量。
等式右端两项分别表示折射率变化和光路长度变化引起的相位响应。
上式可用来衡量相位调制的各种类型光学干涉仪和光纤干涉仪的工作特性。
1）光学干涉仪相位调制通常作为相位调制用的光学干涉仪有迈克尔逊干涉仪、吉曼干涉汉、马赫-泽德干涉仪、萨纳克干涉仪和法布里-珀罗干涉仪等。
下图给出了它们的原理示意图。
典型的光学干涉仪原理示意图除了法布里-珀罗干涉仪外，前述干涉仪皆属双光束干涉。
干涉强度分布满足公式。
图a的迈克尔逊干涉仪其特点是结构简单，条纹对比度好，信噪比高。
测量镜M2与被测物连接可以感知位移、变形等参量。
由于M2的位移量Δx引起测量光路2Δx的变化，即λ/2的位移引起干涉条纹一个周期的变化，所以条纹的计数和被测位移的计算关系简单。
它的测量灵敏度达10-13m的数量级。
其缺点是输出光束能经分束镜返回激光器，这将使激光器工作不稳定，这可以通过设置偏振器来防止。
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。
上页 下页 后退
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。
上页
下页
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
莫尔条纹原理及应用
光学设计实验莫尔条纹原理及应用学生姓名：指导教师：所在学院：物理学院所学专业：物理学中国·长春2014 年6 月一、中文摘要目前，以莫尔条纹技术为基础的光栅线性位移传感器发展十分迅速，光栅长度测量系统的分辨率达到纳米级，测量精度已达 0.1um，已成为位移测量领域各工业化国家竞争的关键技术。
它的应用非常广泛，几乎渗透到社会科学中的各个领域，如机床行业、计量测试部门、航空航天航海、科研教育以及国防等各个行业部门。
本文首先详细阐述了莫尔条纹的形成机理，当计量光栅为粗光栅时，莫尔条纹形成机理用遮光阴影原理解释，当计量光栅为细光栅时，则用衍射干涉原理解释。
然后系统介绍了基于莫尔条纹技术的光电测量仪器的设计原理，它由光栅读数头和对莫尔条纹信号进行处理的电子学部分组成，光栅读数头包括光栅副，光电接收元件，由光源和准直镜组成的照明系统，以及必要的光阑、接收狭缝、调整机构等。
最后提出了基于光栅莫尔条纹干涉计量技术的一种新的应用，即把光栅线性位移传感器应用在数字读数显微镜上，数字读数显微镜包括光学系统、控制与显示系统、CCD 摄像机与显示器四部分，其中，控制与显示系统是设计的核心模块，是基于 FPGA 技术实现的，它包括倍频鉴相模块、可逆计数模块、显示控制和显示接口模块。
经过大量的理论研究和实践测试工作，我们已经把光栅莫尔条纹技术成功地应用在数字读数显微镜上，实现了对被测物体线性位移的精密测量，测量分辨率达到 0.5um，测量精度达到±1um。
设计中用 CCD 摄像头代替目镜可以避免传统的肉眼观察的不便。
关键词：莫尔条纹，光栅读数头，FPGA，数字读数显微镜二、英文摘要At the present time, grating linear movement sensor based on grating Moiré fringe interferometry technology has developed rapidly.Grating movement measurement system has reached the nanometer level resolution, measuring accuracy than 0.1um.It is widely used, almost penetrated into the social sciences in various fields, such as the machine tool industry,test measurement,aerospace navigation,national defense,education and scientific research in all industry sectors.This paper first described in detail the formation mechanism of Moire fringe,when the measurement grating for coarse grating, the moire fringe formation mechanism of the shadow of the principle of using sunscreen to explain, when the measurement grating for fine grating, then explained by diffraction interference principle. And then systematically introduced the principle of design of grating linear movement sensor based on Grating Moire fringe technology, grating linear movement sensor is composed of grating reading-head and Moire fringe signal processing electronics components.Grating reading-head include Grating pair, the lighting system composed of light source, collimation mirror, the essential diaphragm, received slot and adjusted organization, etc. Finally, a new kind of application based on the Moire fringe interferometry technology is proposed, which apply the grating linear movement sensor to the digital reading microscope. The digital reading microscope includes optical system, control and display system,CCD camera and display four parts, among them, it is the key module that is designed to control with the display system, which is based on FPGA technology and mainly concludes four fold-frequency and direction-judgment module，reversible counter module,displaying control module and displaying interface module.After a lot of theoretical research and practical testing,we have already applied grating Moire fringe technology to the digital reading microscope successfully,which has made the accurate measurement of linear displacement of the testee become true, and the measured resolution has reached 0.5um, the measurement accuracy has reached ± 1um. CCD camera instead of eyepiece can avoid the inconvenience of traditional visual observation.Keywords: Moire Fringe, Grating Reading Head, FPGA, Digital Reading Microscope三、正文1、问题提出光栅莫尔条纹技术是一门既古老又现代的测量技术。
第5章 光电直接检测系统
e h
② 当散粒噪声远大于热噪声时，直接检测系统受散粒噪声限 2 制，信噪比为： e h Ps2 SNR p散 ____ ____ ____ 5-15 ③ 当背景噪声是直接检测系统的主要噪声源时，直接检测系统 受背景噪声限制，信噪比为：
2 2 2 iNS iNB iND
5.3 直接检测系统的距离方程
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
光电信号 处理器
回收的 信息
背景噪声场
电路噪声
发射机
接收机
光电检测系统的灵敏度在不同的用途时， 灵敏度的表达形式不同，在对地测距、搜索和 跟踪等系统中，通常用“检测距离”来评价系 统的灵敏度。对于其他系统的灵敏度亦可用距 离方程推演出来。 直接检测系统分为被动检测和主动检测系 统，其距离方程不同。下面分别进行推导。
测量精度（灵敏度）更高，作用距离更远。
5.1 光电直接检测系统的基本工作原理
光电直接检测系统是将待测光信号直接入射到光检测器光 敏面上，光检测器响应光辐射强度（幅度）并输出相应的电流 和电压。 检测系统经光学天线或直接由检测器接收光信号，前端还 可经过频率滤波和空间滤波等处理。
假定入射光信号电场为：
数字系统的信噪比
用误码率评价它的性能。 “0”、“1”码出现错误的概率称为误码率。
10
5.2.2 直接检测系统的检测极限及趋近方法
考虑直接检测系统中存在的所有噪声，则输出噪声总功 率为：
____ ____ ____ ____ 2 2 2 2 Pno iNS iNB iND iNT RL
5.2.3 直接检测系统的视场角
视场角表示系统能检测到的空间 范围，是检测系统的性能指标之一。 对于检测系统，被测物看作是在无穷 远处，且物方与像方介质相同。当检 测器位于焦平面上时，其半视场角为：
matlab莫尔现象
matlab莫尔现象莫尔现象是指一种光的干涉现象，也称为干涉条纹。
它是由于光波的叠加造成的，是物理光学中的重要现象之一。
在这篇文章中，我们将详细探讨莫尔现象的原理、应用以及相关实验。
莫尔现象的原理可以通过波动理论来解释。
当一束光经过狭缝或透镜等光学元件时，光波会发生衍射和干涉现象。
具体而言，当光波通过狭缝时，光波会呈现出弯曲的形状，这种现象称为衍射。
而当光波经过两条狭缝或透镜时，光波会发生干涉，产生明暗相间的条纹，这就是莫尔现象。
莫尔现象的应用非常广泛。
首先，它在材料科学中有着重要的应用。
通过观察莫尔条纹的形状和分布，可以得到材料的表面形貌和质量信息，从而帮助科学家研究材料的性质和特性。
其次，在光学仪器中，莫尔现象也可以用于测量物体的形状和大小。
例如，在显微镜中使用莫尔条纹可以测量微小物体的尺寸，提高测量的精度和准确性。
此外，莫尔现象还可以应用于光学传感器、光纤通信等领域，为人们的生活和科研工作提供了很大的便利。
为了更好地理解莫尔现象，科学家们进行了一系列的实验研究。
其中最著名的是莫尔实验。
在莫尔实验中，科学家使用单色光源经过狭缝形成平行光线，然后通过两条平行狭缝。
当光波通过两条平行狭缝时，会在屏幕上形成一系列的明暗相间的条纹。
通过调整狭缝的宽度和间距，科学家们可以观察到不同形状和分布的莫尔条纹。
莫尔实验的结果进一步验证了莫尔现象的存在，并为莫尔现象的研究提供了重要的实验依据。
除了莫尔实验外，科学家们还利用莫尔现象进行了其他实验研究。
例如，他们研究了不同光源、不同波长和不同材料对莫尔条纹的影响。
实验结果表明，光源的波长和强度对莫尔条纹的形成和分布有着重要影响。
此外，科学家们还利用莫尔现象研究了光学元件的性能和特性，为光学仪器的设计和制造提供了理论基础。
总结起来，莫尔现象是光学中一种重要的干涉现象，它通过光波的叠加产生了明暗相间的条纹。
莫尔现象在材料科学、光学仪器以及光学传感器等领域有着广泛的应用。
传感器实验--莫尔条纹演示概述
谢谢大家！
传感器实验--莫尔条纹演示概 述
莫尔条纹演示
莫尔条纹光学放大作用举例
有一直线光栅，每毫米刻线数为50，主光栅与指示 光栅的夹角 =，则：
分辨力 =栅距W =1mm/50=0.02mm=20m （由于
栅距很小，因此无法观察光强的变化）
莫尔条纹的宽度是栅距的32倍：
L ≈W/θ = 0.02mm/（180 ）
由于较大，因此可以用小面积的光电池“观察” 莫尔条纹光强的变化。
光栅的输出信号（TTL）
余弦信号 （超前）
正弦信号
零位信号
光栅输出信号（电压正弦波）
余弦信号 细分 术 能 在 不 增加光栅刻线数及价 格的情况下提高光栅 的分辨力。细分前， 光栅的分辨力只有一 个栅距的大小。采用4 细分技术后，计数脉 冲的频率提高了4倍，
莫尔条纹的形成原理及特点四ppt课件
❖又称位置细分，常用的细分数为4。四细分可用
4个依次相距的光电元件，在莫尔条纹的一个周期 内将产生4个计数脉冲，实现了四细分。如图5-54所示。
❖ 优点：对莫尔条纹信号波形要求不严格，电路 简单，可用于静态和动态测量系统。
❖ 缺点：光电元件安放困难，细分数不能太高。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
放大倍数可通过改变θ角连续变化，从而获得任意 粗细的莫尔条纹，即光栅具有连续变倍的作用。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
3）均化误差作用 莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成，
对光栅的刻线误差有平均作用。
❖细分就是在莫尔条纹变化一周期时，不只输出一
个脉冲，而是输出若干个脉冲，以减小脉冲当量 提高分辨力。
例如100线光栅的W=0.01mm，若n=4，则分 辨率可从0.01mm提高到0.0025mm。因为细分 后计数脉冲提高了n倍，因此也称之为n倍频。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
2、莫尔条纹的宽度
设a=b=W/2，则
W/2 sin
B
2
所以，
B
W /2
sin
2
当θ很小时， sin
22
则有B W
（θ为主光栅和指示光栅刻线的夹角，弧度）
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
什么是莫尔条纹
什么是莫尔条纹
今天有个客户要做莫尔条纹动画，那么什么是莫尔条纹呢？
莫尔条纹，外文名叫Morie fringe，是十八世纪法国研究人员莫尔先生首先发现的一种光学现象。
从技术角度上讲，莫尔条纹是两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结果，当人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只能看到干涉的花纹，这种光学现象就是莫尔条纹。
莫尔条纹对于半色调丝网印刷是一个潜在的问题。
所谓半色调印刷，就是将连续调原稿通过照像或其他方法分解成大小不同的网点来表现层次的方法。
暗调用印刷较大的网点来表现，亮调用印刷较小的网点来表现，同一色的网点之间，特别是多色印刷或四色印刷各色版网点之间会发生干涉形成莫尔条纹。
网点之间形成的莫尔条纹是所有层次丝网印刷的共同问题。
网点与丝网也能形成另一种形式的莫尔条纹，这种莫尔条纹在丝网上的分布能够产生难以辨认的和原稿明显不同的图案。
莫尔条纹能从三个方面产生：
１．双色或多色网点之间的干涉；
２．各色网点与丝网网丝之间的干涉；
３．作为附加的因素，由于承印物体本身的特性而发生的干涉。
使用莫尔条纹防护系统的目的就在于根据你选定的丝网目数、加网线数、印刷色数和加网角度来预测莫尔条纹。
莫尔条纹
6
莫尔条纹测试技术
1.1 莫尔测试技术基础 ②衍射原理 单纯利用几何光学原理，不可能说明许多在莫尔测量技术 中出现的现象。例如:
在使用相位光栅时，这种光栅处处透光，它对入射光波的作用仅 仅是对其相位进行调制，然而，利用相位光栅亦能产生莫尔条纹， 这就不可能用栅线的遮光作用予以说明。 当使用细节距光栅时，在普通照明条件下就很容易观察到彩色衍 射条纹。两块细节距光栅叠合形成的莫尔条纹中，往往会出现暗 弱的次级条纹，这些现象必须应用衍射原理才能解释。 在莫尔测量技术中用到的光栅自成像现象也是无法用几何光学原 理解释的。
莫尔条纹测试技术
1.3 莫尔测试技术应用例
G1 G2
He-Ne激光器
a)未加被检透镜时 被检透镜 He-Ne激光器 z 两光栅间距 Z 满 f′ 足 Talbot自成像 b)加上被检透镜时 距离 图7-12 莫尔偏折法测量透镜焦距光路原理图 栅线交角 L G1 G2
莫尔条纹的斜率
2015-7-1
2015-7-1 10
Y L
d K
1.2 莫尔形貌（等高线）测试技术 α ①照射型莫尔法
O
B α C β h E(x,y) D(x’,y’)
β l
BD OB OD (n m) P NP
F P X
BD h(tan tan )
h NP tan tan NP NP l NP OB DF d NP d NP l l l
H max
要增加几何可测深度：
可以压缩光源横向线宽；
Pl b P
加大栅距；
2015-7-1
增加光源至参考栅的距离 加大栅线遮光部分宽度与节距之比
基于莫尔条纹的玻璃缺陷检测技术的实验研究
基于莫尔条纹的玻璃缺陷检测技术的实验研究喻宾扬，王召巴，金永（中北大学信息通信学院太原030051）摘要：本文分析了莫尔条纹的形成原理，并对基于莫尔条纹的玻璃缺陷检测方法进行了研究设计，同时根据设计的实验装置，通过CCD摄像机进行了实际图像采集及其分析，为基于莫尔条纹的玻璃缺陷的在线检测研究提供了实验基础。
最后本文还对莫尔条纹的应用进行了一定的展望。
关键词：光栅莫尔条纹玻璃缺陷CCD摄像机Abstract: The paper analyzes the principle of moiré fringe, and researches the glass defect detection methods which based on moiré fringe. The author used a CCD camera to acquire image, then analyses the image. It makes an experimental foundation for on-line detect of defects based on glass moiré fringes. This paper also provides certain prospect for moiré fringe applications.Keywords：grating moiré fringes defects of glass CCD camera1 引言随着玻璃业的不断发展，需求量的不断增加，对其产品的质量要求也是越来越高，此时玻璃质量检测起到了非常重要的作用。
传统的玻璃检测的方式是直接通过CCD摄像机获取图像，然后通过对图像的分析处理达到检测的目的，另一种是通过激光检测，它是获取玻璃表面与玻璃透射的激光来信号与原信号的关系来检测玻璃缺陷。
虽然直接用CCD相机检测的可视效果不错，但精度有限，激光检测设备却在安装上要求严格。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
检测时需要用光波相干原理。 调制方法：光振幅调制、相位调制，频率调制
测量精度（灵敏度）更高，作用距离更远。
6.1 光电直接检测系统的基本工作原理
光源
强度 调制器 光学天线 光学通道 接收天线及光 电检测器 光电信号 处理器 电路噪声 接收机
信号
发射机
回收的 信息
背景噪声场
强度调制直接检测模型 光电直接检测系统是将待光信号直接入射到光检测器光敏 面上，光检测器响应光辐射强度（幅度）并输出相应的电流和 电压。 检测系统经光学天线或直接由检测器接收光信号，前端还 可经过频率滤波和空间滤波等处理。
上页 下页 后退
直接探测系统
将正弦变化的入射信号光场 es(t)=Escosωst 代入，则：
1 2 is Es Ps 2
式中Ps是入射信号光的平均功率。若探测器的负载电 阻是RL，那么，光电探测器的电输出功率：
P0 i RL P RL
2 s 2 2 s
该式说明，探测器的电输出功率正比于入射光功率的平 方。所以，我们应该建立这样的观念：光电探测器的平 方律特性包含着两层含义：
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。
3）放大作用：莫尔条纹的间距是放大了的光栅栅距，它随 着指示光栅与主光栅刻线夹角θ而改变。θ越小，B越大，相 当于把微小的栅距P扩大了 1/ sinq 倍。由此可见，计量光栅起 到光学放大器的作用。
例，对25线/mm的长光栅而言，P＝0.04mm，若 θ=0.016rad，则B=2.5mm.，光敏元件可以分辨2.5mm的间隔， 但无法分辨0.04mm的间隔。 计量光栅的光学放大作用与安装角度有关，而与两光栅的 安装间隙无关。莫尔条纹的宽度必须大于光敏元件的尺寸， 否则光敏元件无法分辨光强的变化。 4）莫尔条纹移过的条纹数与光栅移过的刻线数相等。例 如，采用100线/mm光栅时，若光栅移动了x mm（也就是移过 了100×x条光栅刻线），则从光电元件面前掠过的莫尔条纹也 是100×x条。由于莫尔条纹比栅距宽得多，所以能够被光敏元 件所识别。将此莫尔条纹产生的电脉冲信号计数，就可知道 移动的实际距离了。
黑白光栅
莫尔条纹光栅原理
构成： 主光栅---标尺光栅，定光栅； 指示光栅---动光栅
计量光栅由标尺光栅（主光栅）和指示光栅组成，标尺 光栅和指示光栅的刻线宽度和间距完全一样。将指示光栅与 标尺光栅叠合在一起，两者之间保持很小的间隙（0.05mm或 0.1mm）。在长光栅中标尺光栅固定不动，而指示光栅安装 在运动部件上，所以两者之间可以形成相对运动。 在透射式直线光栅中， 把主光栅与指示光栅的刻线面 相对叠和在一起，中间留有很 小的间隙，并使两者的栅线保 持很小的夹角θ，光栅节距为 P。在两光栅的刻线重合处， 光从缝隙透过，形成亮带；在 两光栅刻线的错开处，由于相 互挡光作用而形成暗带。莫尔 条纹是周期性函数。
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。
上页
下页
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
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。
上页 下页 后退
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
上页
下页
后退
直接检测系统的举例
莫尔条纹测长仪
在检测技术中常用的是计量光栅。计量光栅主要是利用光 的透射和反射现象，常用于位移测量，有很高的分辨力，可优 于0.1m。 计量光栅可分为透射式光栅 和反射式光栅两大类，均由光源、 光栅副、光敏元件三大部分组成。 光敏元件可以是光敏二极管，也 可以是光电池。透射式光栅一般 是用光学玻璃或不锈钢做基体， 在其上均匀地刻划出间距、宽度 相等的条纹，形成连续的透光区 和不透光区。
so+no=k(si+ni)2 =k(s2i+2sini+n2i)
考虑到信号和噪声的独立性， 应用
so ksi2
no k (2si ni n )
2 i
上页 下页 后退
直接探测系统
输出功率信噪比为：
so si2 ( si / ni ) 2 ( SNR)o 2 si 2 si ni ni 1 2( si / ni )
光电直接检测系统
非相干检测，
光 电 检 测 系 统
直 接 检 测
光源：非相干或相干光源
原理：利用光强度携带信息，将光强度转换为 电信号，解调电路检出信息。 调制方法：光强度调制、偏振调制。
直接检测是一种简单实用的方法。
相干检测， 光源：相干光源
光 外 差 检 测
原理：利用光的振幅、频率、相位携带信息，
q
主光栅
计量光栅
指示光栅
这种亮带和暗带形成明暗相间的条纹称为莫尔条纹，条纹 方向与刻线方向近似垂直(?)。通常在光栅的适当位置安装 光敏元件，即可检测到亮暗变化。 当指示光栅沿x轴（例如水平方 向）自左向右移动时，莫尔条 纹的亮带和暗带将顺序自下而 上不断地掠过光敏元件（在演 示中就是我们的眼睛）。光敏 元件“观察”到莫尔条纹的光 强变化近似于正弦波变化。光 栅移动一个栅距P，光强变化一 个周期。 由于光栅的刻线非常细微，很难分辨到底移动了多少个栅 距，而利用莫尔条纹具有放大作用，当光栅移动了一个节距 时P，莫尔条纹移动了一个宽度B。且满足关系式：
从上式可以得出如下结论： 若 si/ni<<1, 则
so si no ni
2
输出信噪比近似等于输入信噪比的平方。
这说明直接探测方式不适宜于输入信噪比小于1或者微弱 信号的探测。实际上，要想对弱光信号实施直接探测，还 必须在探测体制上进行改革。
上页 下页 后退
直接探测系统
直接探测系统
光电探测器的平方律特性
假定入射信号光的电场 es(t)=Escosωst 是等幅正弦变化， 这里ωs是光频率。 因为光功率 Ps(t)∝e2(t)， 所以由光 电探测器的光电转换定律：
பைடு நூலகம்时间平均
is (t ) es2 (t )
e hv
对e2s(t)的时间平均是因为光电探测器的响应时间远远 大于光频变化周期， 所以光电转换过程实际上是对光 场变化的时间积分响应。