光电检测技术12
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模-数光电变换中的光电变换电路只要输出“0”和 “1”（高、低电平）两个状态的脉冲即可。脉冲的 频率、间隔、宽度、相位等都可以载荷信息。因此， 这类光电变换电路的输出信号不再是电流或电压， 而是数字信息量F。它与被测信息量Q的函数关系为
F=f(Q)
谢谢大家!
2007-5-8
34
光学量化是指通过光学的方法将连续变化的信息变换 成有限个离散量的方法。光学量化器包含有光栅摩尔条纹 量化器、各种干涉量化器和光学码盘量化器等。
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。
长度或角度的信息量经光学量化装置（光栅、码盘、干涉 仪等）变为条纹或代码等数字信息量，再由光电变换电路 变为脉冲数字信号输出。光源发出的光经光学量化器量化 后送给光电器件转换成脉冲数字信号，再送给数字电路处 理或送给计算机进行处理或运算。
Us为
Us0eCl
两边取自然对数后
lnUslnU0Cl
即将变换电路的输出信号电压Us送入对数放大器后，便可 以获得与介质的浓度C与介质的厚度l有关信号。利用此信 号可以方便地得到介质的浓度C（在介质的厚度l确定的情 况下），或得到介质的厚度l（在介质的浓度C确定的情况 下）。还可以测量液体或气体的透明度（或混浊度），检 测透明薄膜的厚度、均匀度及杂质含量等质量问题。
电器件，光电器件则以模拟电流Ip或电压Up信号的形 式输出。即输出信号量是被测信号量Q的函数，或称
输出信号量与被测信号量之间的关系为模拟函数关系。 可表示为
Ip f (Q) Up f (Q)
简单变换电路
一般应用在测量精度不高的情况下测量受照面的光 照度
当需要提高测量电路的灵敏度时，采用放大器对光 电变换信号进行放大。
补偿光电二极管VD2被遮并与光电二极管VD1 封装在同温箱中，要求VD1与VD2特性接近， 这样温度变化使两个光电二极管的温度漂移 基本相同，又分别接入两个桥臂，相互补偿， 以消除温度对测量电路造成的影响。
补偿电路如图所示：
将左图中的RL用热敏电阻代替，构成具有温度补偿功 能的光电检测电路，热敏电阻RL跨接在基极与发射极 间，由于光电二极管的暗电流随温度升高而增大，而 具有负温度系数的热敏电阻Rt的阻值随温度升高而减 小，因此，使得三极管的基极电位不随温度变化。
3. 信息载荷于反射光的方式
反射有镜面反射与漫反射两种，各具有不同的物理 性质和特点。利用这些性质和特点将载荷于反射光的信息 检测出来实现光电检测的目的。镜面反射在光电技术中常 用作合作目标，用它来判断光信号的有无等信息的检测。
在检测产品外观质量时，变换电路输出的疵病信号电压
UsE(r1r2)B
式中E为被测表面的照度，r1为正品（无疵病）表面 的反射系数，r2为疵病表面的反射系数，B为光电器件 有效视场内疵病所占的面积，ξ为光电变换系数。由 式可知，当E，r1和ξ已知时，输出电压US是r2和B的函 数，因此，可以通过输出信号电压US的幅度判断表面 疵病的程度和面积。
差分光电变换电路
如图所示为比色计的原理图，是一种典型的差分式 光电变百度文库电路。
光源发出的光经聚光镜汇聚，并以 平行光的方式投向到滤光片上。经 滤光片得到所需要的测量光谱，并 分为两路：一路经被测溶液入射到 测量光电池D1上，另一路经可调光 阑、反光镜到补偿光电池D2上。由 光电池D1与D2构成的电路称为差分 式光电变换电路。
7.1.2 光电信息变换的类型
光电信息变换和信息处理方法可分为2类：一类 称为模拟量的光电信息变换，例如前4种变换方式； 另一类称为数字量的光电信息变换，例如后2种变换 方式。
1. 模拟光电变换
被测的非电量信息（如温度、介质厚度、均匀度、 溶液浓度、位移量、工件尺寸等）载荷于光信息量时， 常为光度量（通量、照度和出射度等）的方式送给光
这种方式除上述应用外，还可应用于电视摄像、文 字识别、激光测距、激光制导等方面。
4. 信息载荷于遮挡光的方式
信息载荷于遮挡光的方式，物体部分或全部遮挡入 射光束，或以一定的速度扫过光电器件的视场，实现 了信息载荷于遮挡光的过程。
例如，设光电器件光敏面的宽度为b，高度为h，当 被测物体的宽度大于光敏面的宽度b时，物体沿光敏 面高度方向运动的位移量为Δl，则入射到光敏面上的 面积
例如，将长度信息量L经光学量化后形成n个条纹信号， 量化后的长度信息L为：L=qn
式中，q称为长度的量化单位，它与光学量化器的性 质有关，量化器确定后它是常数。例如，采用光栅摩 尔条纹变换器时，量化单位q等于光栅的节距，在微 米量级；而采用激光干涉量化器时，q为激光波长的 1/4或1/8，视具体的光学结构而定。
提取信息的方法常用光通过透明介质时光通量的损耗 与入射通量及材料对光吸收的规律求解。即
0el
式中α为透明介质对光的吸收系数，它与介质的浓度C成 正比，即α=μC。显然，μ为与介质性质有关的系数。
eCl
0
当透明介质的系数μ为常数时，光通量的损耗与介
质的浓度C与介质的厚度l有关.变换电路的输出信号电压
具有温度补偿功能的变换电路
如图所示为具有温度补偿功能的电桥式光电变换电路。 VD1为测光光电二极管，VD2为补偿光电二极管。VD1、 VD2、电阻、可变电阻共同构成电桥。无光照时调整 可变电阻，使电桥平衡，输出电压表为0，当测光光 电二极管在光敏面上的光照度发生变化时，电桥失去 平衡，输出电压表将指示出光敏面上的光照度。
目前，这种变换形式已广泛地应用于精密尺寸测量、 角度测量和精密机床加工量的自动控制等方面。
6. 光通讯方式的信息变换
目前，光通讯技术正在蓬勃地发展，信息高速公路的 主要组成部分为光通讯技术。光通讯技术的实质是光 电变换的一种基本形式，称为光信息通讯的变换方式。 信息首先对光源进行调制，发出载有各种信息的光 信号，通过光导纤维传送到远方的目的地，再通过 解调器将信息还原。由于光纤传输的媒体常为激光， 它具有载荷量大，损耗小，速度快，失真小等特点 现已广泛地用于声音和视频图像等信息通讯中。
光照计的原理
当光照很弱时，Ev→0，此时流过 光电三极管的电流为0，Ic为最大 值。
集电极电流Ic随光照度的增强而减小。 因此，该照度计的调整过程是：先将 光敏面遮暗，调节电阻R1与R3使电流 表指针指示满刻度，此时指针的位置 为照度计的零点；然后改变光照度 ， 根据标定照度值在表头上进行刻度。 显然电流表指针的零点是照度计的最 大照度测量值。
这样有：
Us T4
表明变换电路输出的电压信号US是温度T的函数， 温度变化必然引起电压的变化。因此，通过测量 输出电压，并进行相应的标定就能够测出物体的 温度。
2. 信息载荷于透明体的方式
在这种情况下，信息可为透明体的透明度，透明体密 度的分布，透明体的厚度，透明体介质材料对光的吸收系 数等都为载荷信息的方式。
双光路单光电接收器件检测系统中，光源发出的光 经反射镜分为两路，经调制盘的转动，使参考光与 测量光分时进入系统，并分时由光电器件VD接收。 VD分时接收到参考光信号和测量光信号后输出如图 所示波形，输出信号差即为实测信号。
光外差式光电变换电路
2. 模-数光电变换
在这类光电变换中，被测信息量Q通过光学变换量 化为数字信息（包括光脉冲、条纹信号和数字代码 等），再经光电变换电路输出。
Abl
变换电路输出的面积变化信号电压为
U E A E b l
可见，用这种方式即可以检测被测物体的位移量Δl、运
动速度v和加速度等参数，又可以测量物体的宽度b。例如，
光电测微仪和光电投影显微测量仪等测量仪器均属于这种 方式。
当然可以用这种方式用于产品的光电计数，光控开关， 和主动式防盗报警等。
5. 信息载荷于光学量化器的方式
F=f(Q)
谢谢大家!
2007-5-8
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光学量化是指通过光学的方法将连续变化的信息变换 成有限个离散量的方法。光学量化器包含有光栅摩尔条纹 量化器、各种干涉量化器和光学码盘量化器等。
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。
长度或角度的信息量经光学量化装置（光栅、码盘、干涉 仪等）变为条纹或代码等数字信息量，再由光电变换电路 变为脉冲数字信号输出。光源发出的光经光学量化器量化 后送给光电器件转换成脉冲数字信号，再送给数字电路处 理或送给计算机进行处理或运算。
Us为
Us0eCl
两边取自然对数后
lnUslnU0Cl
即将变换电路的输出信号电压Us送入对数放大器后，便可 以获得与介质的浓度C与介质的厚度l有关信号。利用此信 号可以方便地得到介质的浓度C（在介质的厚度l确定的情 况下），或得到介质的厚度l（在介质的浓度C确定的情况 下）。还可以测量液体或气体的透明度（或混浊度），检 测透明薄膜的厚度、均匀度及杂质含量等质量问题。
电器件，光电器件则以模拟电流Ip或电压Up信号的形 式输出。即输出信号量是被测信号量Q的函数，或称
输出信号量与被测信号量之间的关系为模拟函数关系。 可表示为
Ip f (Q) Up f (Q)
简单变换电路
一般应用在测量精度不高的情况下测量受照面的光 照度
当需要提高测量电路的灵敏度时，采用放大器对光 电变换信号进行放大。
补偿光电二极管VD2被遮并与光电二极管VD1 封装在同温箱中，要求VD1与VD2特性接近， 这样温度变化使两个光电二极管的温度漂移 基本相同，又分别接入两个桥臂，相互补偿， 以消除温度对测量电路造成的影响。
补偿电路如图所示：
将左图中的RL用热敏电阻代替，构成具有温度补偿功 能的光电检测电路，热敏电阻RL跨接在基极与发射极 间，由于光电二极管的暗电流随温度升高而增大，而 具有负温度系数的热敏电阻Rt的阻值随温度升高而减 小，因此，使得三极管的基极电位不随温度变化。
3. 信息载荷于反射光的方式
反射有镜面反射与漫反射两种，各具有不同的物理 性质和特点。利用这些性质和特点将载荷于反射光的信息 检测出来实现光电检测的目的。镜面反射在光电技术中常 用作合作目标，用它来判断光信号的有无等信息的检测。
在检测产品外观质量时，变换电路输出的疵病信号电压
UsE(r1r2)B
式中E为被测表面的照度，r1为正品（无疵病）表面 的反射系数，r2为疵病表面的反射系数，B为光电器件 有效视场内疵病所占的面积，ξ为光电变换系数。由 式可知，当E，r1和ξ已知时，输出电压US是r2和B的函 数，因此，可以通过输出信号电压US的幅度判断表面 疵病的程度和面积。
差分光电变换电路
如图所示为比色计的原理图，是一种典型的差分式 光电变百度文库电路。
光源发出的光经聚光镜汇聚，并以 平行光的方式投向到滤光片上。经 滤光片得到所需要的测量光谱，并 分为两路：一路经被测溶液入射到 测量光电池D1上，另一路经可调光 阑、反光镜到补偿光电池D2上。由 光电池D1与D2构成的电路称为差分 式光电变换电路。
7.1.2 光电信息变换的类型
光电信息变换和信息处理方法可分为2类：一类 称为模拟量的光电信息变换，例如前4种变换方式； 另一类称为数字量的光电信息变换，例如后2种变换 方式。
1. 模拟光电变换
被测的非电量信息（如温度、介质厚度、均匀度、 溶液浓度、位移量、工件尺寸等）载荷于光信息量时， 常为光度量（通量、照度和出射度等）的方式送给光
这种方式除上述应用外，还可应用于电视摄像、文 字识别、激光测距、激光制导等方面。
4. 信息载荷于遮挡光的方式
信息载荷于遮挡光的方式，物体部分或全部遮挡入 射光束，或以一定的速度扫过光电器件的视场，实现 了信息载荷于遮挡光的过程。
例如，设光电器件光敏面的宽度为b，高度为h，当 被测物体的宽度大于光敏面的宽度b时，物体沿光敏 面高度方向运动的位移量为Δl，则入射到光敏面上的 面积
例如，将长度信息量L经光学量化后形成n个条纹信号， 量化后的长度信息L为：L=qn
式中，q称为长度的量化单位，它与光学量化器的性 质有关，量化器确定后它是常数。例如，采用光栅摩 尔条纹变换器时，量化单位q等于光栅的节距，在微 米量级；而采用激光干涉量化器时，q为激光波长的 1/4或1/8，视具体的光学结构而定。
提取信息的方法常用光通过透明介质时光通量的损耗 与入射通量及材料对光吸收的规律求解。即
0el
式中α为透明介质对光的吸收系数，它与介质的浓度C成 正比，即α=μC。显然，μ为与介质性质有关的系数。
eCl
0
当透明介质的系数μ为常数时，光通量的损耗与介
质的浓度C与介质的厚度l有关.变换电路的输出信号电压
具有温度补偿功能的变换电路
如图所示为具有温度补偿功能的电桥式光电变换电路。 VD1为测光光电二极管，VD2为补偿光电二极管。VD1、 VD2、电阻、可变电阻共同构成电桥。无光照时调整 可变电阻，使电桥平衡，输出电压表为0，当测光光 电二极管在光敏面上的光照度发生变化时，电桥失去 平衡，输出电压表将指示出光敏面上的光照度。
目前，这种变换形式已广泛地应用于精密尺寸测量、 角度测量和精密机床加工量的自动控制等方面。
6. 光通讯方式的信息变换
目前，光通讯技术正在蓬勃地发展，信息高速公路的 主要组成部分为光通讯技术。光通讯技术的实质是光 电变换的一种基本形式，称为光信息通讯的变换方式。 信息首先对光源进行调制，发出载有各种信息的光 信号，通过光导纤维传送到远方的目的地，再通过 解调器将信息还原。由于光纤传输的媒体常为激光， 它具有载荷量大，损耗小，速度快，失真小等特点 现已广泛地用于声音和视频图像等信息通讯中。
光照计的原理
当光照很弱时，Ev→0，此时流过 光电三极管的电流为0，Ic为最大 值。
集电极电流Ic随光照度的增强而减小。 因此，该照度计的调整过程是：先将 光敏面遮暗，调节电阻R1与R3使电流 表指针指示满刻度，此时指针的位置 为照度计的零点；然后改变光照度 ， 根据标定照度值在表头上进行刻度。 显然电流表指针的零点是照度计的最 大照度测量值。
这样有：
Us T4
表明变换电路输出的电压信号US是温度T的函数， 温度变化必然引起电压的变化。因此，通过测量 输出电压，并进行相应的标定就能够测出物体的 温度。
2. 信息载荷于透明体的方式
在这种情况下，信息可为透明体的透明度，透明体密 度的分布，透明体的厚度，透明体介质材料对光的吸收系 数等都为载荷信息的方式。
双光路单光电接收器件检测系统中，光源发出的光 经反射镜分为两路，经调制盘的转动，使参考光与 测量光分时进入系统，并分时由光电器件VD接收。 VD分时接收到参考光信号和测量光信号后输出如图 所示波形，输出信号差即为实测信号。
光外差式光电变换电路
2. 模-数光电变换
在这类光电变换中，被测信息量Q通过光学变换量 化为数字信息（包括光脉冲、条纹信号和数字代码 等），再经光电变换电路输出。
Abl
变换电路输出的面积变化信号电压为
U E A E b l
可见，用这种方式即可以检测被测物体的位移量Δl、运
动速度v和加速度等参数，又可以测量物体的宽度b。例如，
光电测微仪和光电投影显微测量仪等测量仪器均属于这种 方式。
当然可以用这种方式用于产品的光电计数，光控开关， 和主动式防盗报警等。
5. 信息载荷于光学量化器的方式