光电检测系统ppt课件
合集下载
相关主题
- 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)。
7
五.波数测量
（测量压电陶瓷堆的伸长量为例）
x N
2
迈克尔逊干涉仪示意图
8
激光波长为λ＝0.55μm的干涉仪，测得的光通量变化 频率为4×105Hz。求物体的运动速度应υ。
dx dN f
dt 2 dt 2
f 0.55 106 4105 0.11m / s
第七章、典型的光电系统
一.直接读法
（测量样品的透过率为例）
S1KM0 K0
其中K0＝S1KM0
1
二.指零法（测量偏振物质偏振面转角为例）
Mx 0
K SI 0
K SI 0 M x 0 K0 x 0
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 光效应和声光效应。
21
⑶辐射源调制器 在光辐射源供电源上施加交变或脉冲的激励电压，实现
电源调制的方法在许多情况下比起在电路中加入调制器的 方式更为简单和有效。
22
例题：黑白激光打印机的工作原理
从功能结构上区分，激光打印机可分为打印控制器和打印引擎两大部分。 打印控制器就是打印机的控制电路，负责接收来自计算机终端或网络的 打印命令及相关数据，并指挥打印引擎进行相关动作，属于常规性部件。 打印引擎则根据来自打印控制器的命令进行实际的图像打印工作，激光 打印机的实际性能更多取决于打印引擎。
m
LS
m
m
LS作为度量距离的光尺。
13
⑶相位测量技术只能测量出不足2π的相位尾数△φ ，即只能确 定余数△m，因此当L大于LS时，用一把光尺是无法测定距离的。
当距离小于LS时，即m=0时，可确定距离为：
L
2
m
源自文库
m
LS
m
LS
2
14
七.时间测量
（测量距离为例）
由固体激光器1产生的能量为几兆瓦、作用时间为几纳秒、 发射角为毫弧度的激光脉冲经光学系统射向被测目标2，经目 标2漫反射之后返回到接收系统3。通过测量主波脉冲和回波 脉冲的时间差即可测量出被测距离。
15
图(b)和(c)给出了脉冲测时的原理框图和波形图。主波脉冲和回波脉冲经光 电转换分别形成电脉冲，控制触发器产生确定脉宽t的定时脉冲。在此脉冲持 续时间内由频率为f=1／△T的时钟脉冲填充计数，若计数值为N，则脉宽持续 时间为
2
三.差动法
（测量样品的透过率为例）
在它的测量通 道中装置有可变 透过率的光屏3。 它是一块破璃平 板，沿着各截面 镀有吸收率不同 的膜层。
3
四.交替法
（测量样品的透过率为例）
4
⑴对于相等的两路光通量，光电流 和负载电阻上的信号电压是等幅的， 如图(a)所示，此时交流放大器没有 输出电压。
⑵如果光通量不相等，则接收器的电流将按转换频率交替变化，相邻半周 期的幅度差取决于两通道的不平衡状态。输出信号波形如图(b)所示,根据 光通量φⅠ>φⅡ或φⅡ>φⅠ的不同，信号的相位改变180°，借以控制伺服电机 8的转动方向。
n n 2f n f 2
11
⑵实际上，用一台测距仪直接测量两点光波传播的相移是不可 能的。因此，采用在B点设置一个反射器（即协作靶），使从测 距仪发出的光波经靶标反射在返回到测距仪，由测距仪的测相 系统对光波往返一次的相位变化进行测量。
12
2L m m
L
2
m
5
光通量的幅度测量方法的应用场合
光通量的幅度测量方法适合于检测直流或缓慢变化的光信 号，在光度测量中有广泛的应用。
对于复杂的高精度的测量，多采用交替法。而在要求一般 的场合常采用差动法或指零法系统。
6
设计一套测量材料透过率的光电测试自动装置，要求消除 光源的不稳定性因素的影响。 ⑴绘出原理框图。 ⑵ 说明工作原理。
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。
＝2 m 2 m 2 m m
2
m 0,1,2,
10
若 光 波 从A点 传 播 到B点 所 用 时 间 为 t， 则A和B之 间 的 距 离L为
L C t C C m m
23
1、打印控制器
虽然它属于常规的功能型部件，但其设计优劣对打印机的性能和质量都 会有些影响。
我们可以看到，市面上许多采用相同打印引擎的激光打印机产品，却存 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。
t N T N f
D 1Ct C N K N
2
2f
16
设计一台有合作目标的光电测距装置。说明工作原理、画 出原理框图。
17
八.调制测量
⑴它可以改善光电系统的工作品质，有助于传输过程的信号处理，提 高传输能力。
⑵能更好地从背景噪声干扰中分离出有用信号，提高信噪比和测量灵 敏度。
2
2
9
六.相位测量
（测量距离为例）
⑴半导体激光器 作辐射源，若在激 光器供电电路中外 加谐波电压U0就能 得到接近正弦的辐 射光波，其初始相 位和激励电压U0相 同。
设 辐 射 光 波 的 调 制 频 率为f ,则 波 长 为
＝C T C
n n f
光 波 从A点 传 播 到B点 的 相 移可 表 示 为 ：
⑶调制信号可以简化检测系统的结构，改善工作条件。有时利用调制 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
五.波数测量
（测量压电陶瓷堆的伸长量为例）
x N
2
迈克尔逊干涉仪示意图
8
激光波长为λ＝0.55μm的干涉仪，测得的光通量变化 频率为4×105Hz。求物体的运动速度应υ。
dx dN f
dt 2 dt 2
f 0.55 106 4105 0.11m / s
第七章、典型的光电系统
一.直接读法
（测量样品的透过率为例）
S1KM0 K0
其中K0＝S1KM0
1
二.指零法（测量偏振物质偏振面转角为例）
Mx 0
K SI 0
K SI 0 M x 0 K0 x 0
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 光效应和声光效应。
21
⑶辐射源调制器 在光辐射源供电源上施加交变或脉冲的激励电压，实现
电源调制的方法在许多情况下比起在电路中加入调制器的 方式更为简单和有效。
22
例题：黑白激光打印机的工作原理
从功能结构上区分，激光打印机可分为打印控制器和打印引擎两大部分。 打印控制器就是打印机的控制电路，负责接收来自计算机终端或网络的 打印命令及相关数据，并指挥打印引擎进行相关动作，属于常规性部件。 打印引擎则根据来自打印控制器的命令进行实际的图像打印工作，激光 打印机的实际性能更多取决于打印引擎。
m
LS
m
m
LS作为度量距离的光尺。
13
⑶相位测量技术只能测量出不足2π的相位尾数△φ ，即只能确 定余数△m，因此当L大于LS时，用一把光尺是无法测定距离的。
当距离小于LS时，即m=0时，可确定距离为：
L
2
m
源自文库
m
LS
m
LS
2
14
七.时间测量
（测量距离为例）
由固体激光器1产生的能量为几兆瓦、作用时间为几纳秒、 发射角为毫弧度的激光脉冲经光学系统射向被测目标2，经目 标2漫反射之后返回到接收系统3。通过测量主波脉冲和回波 脉冲的时间差即可测量出被测距离。
15
图(b)和(c)给出了脉冲测时的原理框图和波形图。主波脉冲和回波脉冲经光 电转换分别形成电脉冲，控制触发器产生确定脉宽t的定时脉冲。在此脉冲持 续时间内由频率为f=1／△T的时钟脉冲填充计数，若计数值为N，则脉宽持续 时间为
2
三.差动法
（测量样品的透过率为例）
在它的测量通 道中装置有可变 透过率的光屏3。 它是一块破璃平 板，沿着各截面 镀有吸收率不同 的膜层。
3
四.交替法
（测量样品的透过率为例）
4
⑴对于相等的两路光通量，光电流 和负载电阻上的信号电压是等幅的， 如图(a)所示，此时交流放大器没有 输出电压。
⑵如果光通量不相等，则接收器的电流将按转换频率交替变化，相邻半周 期的幅度差取决于两通道的不平衡状态。输出信号波形如图(b)所示,根据 光通量φⅠ>φⅡ或φⅡ>φⅠ的不同，信号的相位改变180°，借以控制伺服电机 8的转动方向。
n n 2f n f 2
11
⑵实际上，用一台测距仪直接测量两点光波传播的相移是不可 能的。因此，采用在B点设置一个反射器（即协作靶），使从测 距仪发出的光波经靶标反射在返回到测距仪，由测距仪的测相 系统对光波往返一次的相位变化进行测量。
12
2L m m
L
2
m
5
光通量的幅度测量方法的应用场合
光通量的幅度测量方法适合于检测直流或缓慢变化的光信 号，在光度测量中有广泛的应用。
对于复杂的高精度的测量，多采用交替法。而在要求一般 的场合常采用差动法或指零法系统。
6
设计一套测量材料透过率的光电测试自动装置，要求消除 光源的不稳定性因素的影响。 ⑴绘出原理框图。 ⑵ 说明工作原理。
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。
＝2 m 2 m 2 m m
2
m 0,1,2,
10
若 光 波 从A点 传 播 到B点 所 用 时 间 为 t， 则A和B之 间 的 距 离L为
L C t C C m m
23
1、打印控制器
虽然它属于常规的功能型部件，但其设计优劣对打印机的性能和质量都 会有些影响。
我们可以看到，市面上许多采用相同打印引擎的激光打印机产品，却存 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。
t N T N f
D 1Ct C N K N
2
2f
16
设计一台有合作目标的光电测距装置。说明工作原理、画 出原理框图。
17
八.调制测量
⑴它可以改善光电系统的工作品质，有助于传输过程的信号处理，提 高传输能力。
⑵能更好地从背景噪声干扰中分离出有用信号，提高信噪比和测量灵 敏度。
2
2
9
六.相位测量
（测量距离为例）
⑴半导体激光器 作辐射源，若在激 光器供电电路中外 加谐波电压U0就能 得到接近正弦的辐 射光波，其初始相 位和激励电压U0相 同。
设 辐 射 光 波 的 调 制 频 率为f ,则 波 长 为
＝C T C
n n f
光 波 从A点 传 播 到B点 的 相 移可 表 示 为 ：
⑶调制信号可以简化检测系统的结构，改善工作条件。有时利用调制 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