光电仪器设计
《光电仪器设计》实验教学大纲
《光电仪器设计》实验教学大纲
一、课程的基本信息
课程编号：01210112 课程性质：专业课学时： 8 学分：0.5
开课单位：光电与机械工程系适用专业：光电信息工程先修课程：机械制图、机械原理、公差与技术测量、传感器技术
二、实验教学目的与基本要求
1、实验教学的目的：
通过本实验，使学生得到光电仪器设计的基本训练。
能够利用AutoCAD软件绘制出光学系统的光路图、光电仪器装配图、光学零件图及仪器的机械零件图。
掌握光电仪器设计中光学镜头设计的全过程。
2、实验教学的基本要求：
通过本实验，学生应基本掌握光电仪器设计中光学镜头设计的基本方法。
掌握绘制光学系统图的基本规则、光学零件图的基本格式、光学镜头机械设计的步骤、方法及从装配图拆绘机械零件图的方法与技巧。
三、实验课程教学内容和学时分配
（二）实验内容
实验一：光学系统光路图的绘制实验目的和要求：
利用AutoCAD软件绘制出光学系统的光路图实验内容：
1、看懂光学系统数据的意义。
分辨出其中各个光学零件的形状、朝向及Ｒ、Ｄ数据。
2、找出每个零件之间的位置关系，尤其象面的位置和光栏位置。
3、严格按比例绘出光路图，并标注出关键尺寸。
4、按制图标准填写技术要求及标题栏主要实验仪器与器材：电脑，AutoCAD软件
所在实验室：安装AutoCAD软件的机房。
《光电仪器总体设计》课件
介绍光电仪器的作用和应用领域
定义和分类
探索光电仪器的定义和各种分类，了解它们在不同领域的广泛应用。
科学研究、工业生产等领域的应用
深入研究光电仪器在科学研究、工业生产等领域的实际应用案例，展示其重要性和价值。
光电仪器的基本原理和组成
1
光电转换原理
详细介绍光电转换原理，探讨光电信号的产生和转换过程。
实践案例及其优化方 案
分享成功的光电仪器实践案例， 并提供相应的优化方案和改进 建议。
结论和展望
1 光电仪器在现代科技中的重要性和发展前景
总结光电仪器在现代科技中的关键作用和重要性，展示其未来发展的广阔前景。
2 下一步的研究方向和应用推广建议
讨论光电仪器研究的下一步方向和推广应用的建议，鼓励听众进一步参与和贡献自己的 研究成果。
2 光电仪器的精度、灵敏度等参数
讨论光电仪器的精度、灵敏度等关键参数，展示如何测试和评估光电仪器的性能。
3 光电仪器的测试方法和标准
介绍光电仪器的常用测试方法和标准，确保设计和制造过程的准确性和可靠性。
光电仪器的应用案例和发展趋势
光纤通信、半导体制造等领域的应用案例
通过具体案例，展示光电仪器在光纤通信、半导体 制造等领域中的创新和应用。
2
电元件的分类和结构
概述光电仪器中常用的电元件的分类和结构，解释它们的功能和作用。
3
光电仪器的构成和功能
探讨光电仪器的内部结构和各个组件的功能，向听众展示其复杂而精巧的设计。
光电仪器的性能参数和测试方法
1 光调其对性能评估的重要性。
光电仪器的未来发展趋势和研究方向
展望光电仪器的未来，探讨其在技术创新和研究方 向方面的潜力和可能性。
光电仪器原理与设计第1章 概论
45
第一章 仪器设计概论
• 本课重点
总体设计实例 总体设计各步骤的目标
46 46
举例2：干涉类仪器 组成：硬件 — 信号接收
探测器
信号接收电路把激光的干涉转化为电信号。
30 30
仪器的组成
举例2：干涉类仪器 组成：硬件 — 信号处理
信号处理电路把干涉产生的电信号数字化。
31 31
仪器的组成
举例2：干涉类仪器 组成：软件
系统软件把数字化信号还原得出测量结果并进行分析。
32 32
40
总体设计方法
原理性实验
3）技术指标初步测定 基础：计量仪器的7个标准量，用于实现标准传递
物质的量（摩尔） ：是一系统的物质的量，改系统中所包含的基本单元 数于与0.012千克碳12的原子数相等 发光强度（坎德拉） ：光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率 为540 1012Hz的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为 1/683瓦特每球 面度单色光在给定方向上的辐射强度 质量（千克） ：国际千克元器质量
？测量 Measurement: 以确定量值为目的的操作 ？ 计量 Metrology：实现单位统一、量值准确可靠的活动 41
41
总体设计方法
原理性实验
3）技术指标初步测定
万用表交流电压档 主要指标？
量程 最小读数
42 42
总体设计方法
原理性实验
3）技术指标初步测定 灵敏度：稳态下仪器系统输出信号变化 Δy和输入信号变化Δx 之比 ； 测量范围：在允许误差极限内仪器所能测出的被测量与最小 被测量之间的范围； 分辨率：仪器能感受、识别或探测的输入量的最小值 ； 重复精度：在同一测量方法和测试条件下，在不太长的时间 间隔内，连续多次测量同一物理参数所得到的数据分散程度。
光电仪器的现代设计方法
end
2.3.1 评定可靠性的数量指标
1．可靠度(Reliability)
可靠度是指产品、系统在规定的条件下和规定的时间 内完成预定功能的概率，或者说在时间间隔内正常工作的 概率，记为R(t)。
例2-1有N个某种零件，在规定的工作条件下和规定的时间 内有r个失效，其余仍正常工作。 其可靠度为： R ( N r ) / N 不可靠度或失效概率为 ： 1 R F
2.3.1 评定可靠性的数量指标
4.有效寿命(Useful Life)
在可靠性研究中把失效过程划分为三个阶段：早期失 效、随机失效期和损耗失效期 随机失效期(Random Failure)，失效率λ为常数，和时 间t无关，是产品在使用过程中由随机的原因引起的偶然 失效。这种失效无法用强化实验来排除，采取良好的维护 措施也不能避免。 这个时期是系统的主要工作期，时闻长，失效率恒定， 是设备的最佳工作状态时间，称之为有效寿命。
表2.1 光电仪器产品设计过程中的方法和理论
现代设计方法已渗 透到光电仪器产品 设计的各个环节 (如表2.1所示). 本章主要内容：
常用的计算机辅助设计 方法； 优化设计方法； 可靠性设计方法； 创造性设计方法； 虚拟仪器技术。
设计阶段 明确设计任 务 (产品规则)
设计方法
理论及工具 技术预测理论 市场学 信息学 系统工程学 图论 形态学 创造学 思维心理学 决策论 线性代数 模糊数学 系统工程学 价值工程学，力学 制造工程学 优化理论 可靠性理论 人机工程学 工业美学 相似理论 工程图学 计 算 机
第二章 光电仪器的现代设计方法
现代设计以科学的现代设计理论为基础，具 有设计理论哲学化、方法科学化，目标多元化、 系统化，设计技术动态化、最优化，手段计算 机化、智能化的显著特点。 现代设计方法有如下特点： (1)程式性 ； (2)创造性 ； (3)系统性 ； (4)优化性 ；(5)综合性 ；(6)计算机辅助设计
光电仪器设计
光电仪器设计光电仪器是一种利用光电效应进行测量的设备，广泛应用于科学研究、工业生产、医疗诊断等领域。
随着科技的不断发展，光电仪器的设计和制造技术也在不断进步。
本文将对光电仪器设计原理与实践进行探讨，以期为光电仪器设计和应用提供有益的参考。
一、光电仪器设计原理概述光电仪器设计原理主要包括光电效应、光学系统、电子系统和数据处理等方面。
光电效应是指光照射到半导体材料上时，会产生电子-空穴对，从而产生电流。
光学系统主要包括光源、光学传感器、光学镜头等，用于将光信号转换为电信号。
电子系统主要包括放大器、滤波器、模数转换器等，用于对电信号进行处理和放大。
数据处理主要包括数据采集、信号处理、数据分析等，用于提取有用的信息。
二、光电仪器设计实践探讨1. 光源选择：光源是光电仪器设计的关键因素之一。
根据不同的应用需求，可以选择合适的光源，如激光、LED、荧光灯等。
光源的选择应考虑其稳定性、亮度、波长等因素。
2. 光学传感器设计：光学传感器是光电仪器中的核心部件，用于将光信号转换为电信号。
光学传感器设计应考虑其灵敏度、分辨率、响应速度等因素。
3. 光学镜头设计：光学镜头用于将光信号聚焦到光学传感器上，其设计应考虑其焦距、光圈、像差等因素。
4. 电子系统设计：电子系统是光电仪器中的关键部分，用于对电信号进行处理和放大。
电子系统设计应考虑其噪声、漂移、线性度等因素。
5. 数据处理设计：数据处理是光电仪器中的关键环节，用于提取有用的信息。
数据处理设计应考虑其算法、速度、精度等因素。
三、光电仪器设计在实际应用中的探讨1. 提高测量精度：通过优化光电仪器设计，可以提高测量精度，满足高精度测量的需求。
2. 扩展测量范围：通过合理设计光学系统和电子系统，可以扩展光电仪器的测量范围，满足不同应用场景的需求。
3. 提高测量速度：通过优化数据处理算法，可以提高光电仪器的测量速度，满足实时测量的需求。
4. 降低成本：通过采用先进的设计理念和制造技术，可以降低光电仪器的成本，提高市场竞争力。
光电仪器设计课程设计
光电仪器设计课程设计一、教学目标本课程旨在让学生掌握光电仪器设计的基本原理和方法，培养学生运用光电知识解决实际问题的能力。
通过本课程的学习，学生将能够：1.了解光电仪器的基本原理和组成；2.掌握光电检测、信号处理和显示技术；3.学会光电仪器的设计方法和步骤；4.能够运用所学知识解决实际光电仪器设计问题。
同时，培养学生团队合作、创新意识和工程实践能力，提高学生对光电仪器的兴趣和热情。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括光电仪器的基本原理、光电检测技术、信号处理和显示技术、光电仪器的设计方法和步骤。
具体包括以下几个部分：1.光电仪器的基本原理：光的传播、光电效应、光的检测；2.光电检测技术：光电探测器、信号处理电路、显示技术；3.光电仪器的设计方法和步骤：设计原理、设计方法、设计实践；4.光电仪器案例分析：分析实际光电仪器的工作原理和设计方法。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法、实验法等。
1.讲授法：通过讲解光电仪器的基本原理和设计方法，使学生掌握光电仪器的理论知识；2.讨论法：学生进行小组讨论，培养学生的团队合作能力和创新意识；3.案例分析法：分析实际光电仪器的设计案例，使学生了解光电仪器的实际应用；4.实验法：进行光电仪器的设计和实验，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备以下教学资源：1.教材：选用《光电仪器设计》作为主教材，系统介绍光电仪器的理论知识；2.参考书：推荐《光电检测技术》、《信号处理与显示》等参考书，供学生深入学习；3.多媒体资料：制作光电仪器设计的PPT、视频等多媒体资料，帮助学生更好地理解光电仪器的原理和设计方法；4.实验设备：准备光电仪器设计所需的实验设备和器材，进行实际操作和实验。
五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业和考试三个部分，以保证评估的客观性和公正性，全面反映学生的学习成果。
光电仪器设计
光电仪器设计光电仪器设计光电仪器是一种以光电技术为基础，用于测量或控制光辐射或光反射的仪器。
光电仪器广泛应用于照度测量、光谱测量、颜色测量、显微镜成像、光通信、光电显示、激光测量等许多领域。
因此，光电仪器设计的关键在于确定测量所需的光学参数，选择合适的光电器件和电子器件，以及设计简单、易用的接口和控制系统。
以光照度计为例，介绍一下光电仪器的设计方法。
1. 光学参数光照度计用于测量光照强度，其测量范围从几个流明到几千流明都有。
在确定光学参数时，需要考虑光照度的范围、测试距离、光学滤波器的波长范围等因素。
光照度的范围可以决定使用什么光电器件，例如在较小的光照度下，可以使用光敏二极管或光电二极管。
而在更广泛的光照度下，则需要使用更灵敏的光电倍增管或光电管。
测试距离也是一个重要的考虑因素，因为与距离的平方成反比的光强损失会影响测量结果。
因此，需要根据之前测量的数据和实际需要，设计适当的光路。
光学滤波器的波长范围通常取决于应用的需要。
例如，用于生物医学研究的照度计需要测量蓝光的光照度，因此需要使用蓝光滤波器。
2. 光电器件和电子器件选择合适的光电器件和电子器件是光电仪器设计的关键。
通常用于照度测量的光电器件主要有光敏电阻、光敏二极管、光敏二极管数组、光电二极管、光电倍增管等。
光敏电阻的价格低廉，但精度较差，而光电倍增管价格昂贵，但灵敏度高，精度好。
电子器件包括运算放大器、模数转换器、数字信号处理器等。
运算放大器用于信号放大，模数转换器用于将模拟信号转换为数字信号，数字信号处理器用于数据处理、存储和显示。
3. 接口和控制系统接口和控制系统是光电仪器使用的核心。
接口可以分为用户接口和控制接口两种。
用户接口是与用户进行交互的部分，包括一些操作按钮、显示器等；控制接口是与控制器相连的部分，包括数据传输、通信协议等。
控制系统是光电仪器的核心，负责传输、处理和显示数据。
控制系统包括软件和硬件两个部分。
软件包括芯片、驱动程序、FPGA等，用于数据处理和存储。
光电仪器设计
光电仪器设计摘要光电仪器是一种使用光电转换技术来检测、测量和控制的仪器。
本文介绍了光电仪器的设计过程，包括光电转换部件的选择、电路设计、信号处理和系统测试。
通过合理的光电仪器设计，可以提高测量精度和系统稳定性，满足实际需求。
引言光电仪器是一类重要的测量仪器，广泛应用于各个领域。
光电仪器的设计包括光电转换部件的选择、电路设计、信号处理和系统测试等多个方面。
合理的光电仪器设计可以提高测量精度和系统稳定性，满足实际需求。
光电转换部件的选择在光电仪器设计中，选择合适的光电转换部件是非常重要的。
常用的光电转换部件包括光敏电阻、光电二极管和光电三极管等。
光敏电阻是一种基于光电效应的元件，其电阻值与光照强度成反比。
在设计光电测量仪器时，可以通过测量光敏电阻的电阻值来间接测量光照强度。
光电二极管是表面上PN结的一种晶体管。
它的主要特点是灵敏度高且响应速度快，可以用来测量光的强度和频率。
光电三极管是一种具有放大功能的光电转换器件。
光电三极管可以将光信号转化为电流或电压信号，用于控制和调节光电仪器。
在选择光电转换部件时，需要根据具体的应用需求来确定。
不同的光电转换部件具有不同的特性，需要根据测量精度、响应速度、环境适应性等因素进行选择。
电路设计电路设计是光电仪器设计的关键步骤之一。
在电路设计中，需要考虑信号放大、滤波、放大和输出等方面。
在信号放大方面，可以使用放大器来增强光电转换部件的输出信号。
放大器的选择需要考虑放大倍数、输入电阻和输出阻抗等参数。
在滤波方面，可以使用滤波器来滤除噪声信号。
滤波器的选择需要根据噪声信号的频率范围来确定。
在放大方面，可以使用运算放大器来对信号进行放大。
运算放大器可以实现对信号的放大以及对信号的加工处理。
在输出方面，可以使用数模转换器将数字信号转换为模拟信号输出。
数模转换器的选择需考虑分辨率和采样率等因素。
信号处理信号处理是光电仪器设计的重要环节之一。
在信号处理阶段，需要对输入信号进行采样、滤波、放大和处理等操作。
光电仪器设计
目录第一章绪论 (2)§1.1前言 (2)§1.2基于CCD测径仪的发展现状 (2)第二章测量原理及总体方案 (3)§2.1利用补偿法测量细铜丝直径 (3)§2.2利用光学衍射法测量细铜丝直径 (4)§2.3线阵CCD测量直径系统测细铜丝直径 (5)§2.4设计方案的论证与选择采用 (6)第三章信号处理电路 (7)§3.1低通滤波器 (8)§3.2相关双采样 (9)§3.3差分放大电路 (11)§3.4微分电路 (13)§3.5绝对值电路 (14)§3.6过零触发电路 (15)第四章实验结果及影响测量精度的主要因素分析 (16)§4.1信号处理电路对测量精度的影响 (16)§4.2被测工件的均匀性对测量精度的影响 (16)§4.3误差分析 (17)结论.....................................................................................................................................,,,,18 参考文献.. (19)第一章绪论§1.1前言对各种细丝直径的测量常常关系到工业产品的级别，如钟表中的游丝、光导纤维、化学纤维、各种细线、电阻丝、集成电路引线以及种类仪器、标尺的刻线等。
传统的测量方法多数为接触法，其它的有电阻法、称重法。
也有采用光学方法的，如光学显微镜法、干涉法、扫描法、投影放大法、比较法等。
然而，大多检测方法检测速度低，生产效率低，劳动强度大，远远跟不上目前自动化生产的需要。
尤其在全面质量管理过程中，更需要先进的、智能的检测手段。
目前，国内外常采用激光扫描光电线径测量，但是这种方法受电机的温度及振动的影响，扫描恒速度的限制，会产生高温使其降低寿命。
光电航空仪器系统的设计与开发
光电航空仪器系统的设计与开发随着科技的不断发展，航空领域也越来越重视光电仪器的应用。
光电航空仪器系统是航空领域中重要的组成部分，为航空器提供精准的导航、测距、观测等服务。
本文将探讨光电航空仪器系统的设计与开发。
一、光电航空仪器系统简介1. 导航系统航空器的导航系统是指为航空器提供方向、位置、速度等信息的仪器系统，其中最关键的部分是GPS导航系统。
GPS导航系统是利用卫星信号进行全球定位的一种技术，其准确度极高。
2. 观测系统光电观测系统主要包括火控系统、监视系统、目视观测系统等。
其中火控系统是指用于武器精确打击的光电系统，监视系统是用于实时监视飞行器状态和飞行环境的系统，而目视观测系统则是指航空员用肉眼观察周围环境的系统。
3. 测距系统航空器的测距系统可以用于测量飞行器和目标之间的距离，主要包括激光测距仪、雷达测距仪等。
二、光电航空仪器系统设计与开发1. 系统设计光电航空仪器系统的设计需要考虑到航空器在机动飞行过程中受到的动荡等风险因素，以及航空器的实际应用需求。
系统设计需要有全面的前期规划工作和充分的分析和实验验证。
2. 光电系统开发光电航空仪器系统的开发可以针对不同的需求进行不同的设计，例如针对导航需求的GPS导航系统、针对观测需求的光学观测系统、针对测距需求的激光测距仪等。
开发过程需要根据需求进行技术调研、方案设计、部件制造、装配调试等工作。
三、光电航空仪器系统的发展趋势1. 安全性提高随着人们对航空出行安全性要求的提高，光电航空仪器系统的安全性也日益受到重视。
未来的发展趋势是优化传统仪器系统，并探索新型仪器系统的研发。
2. 智能化随着人工智能技术的不断革新，光电航空仪器系统的智能化也成为未来发展的重要趋势。
传统的航空仪器系统通过计算机程序来实现功能，但未来将通过人工智能实现更为智能化的航空仪器系统。
3. 多功能化未来的光电航空仪器系统将朝着多功能化方向发展。
除了传统的导航、观测、测距等功能外，光电航空仪器系统还可与其他系统进行无缝衔接，实现更多的功能。
光电仪器原理与设计
《光电仪器原理与设计》MEA04007本课程是一门专业技术课，适合于近测控技术与仪器，光学工程类各专业。
本课程的目的是通过光电仪器原理与设计课程的学习，培养学生光电仪器原理分析、仪器使用和仪器系统设计能力。
本课程的任务是使学生以现有光、机、电、算基础知识为起点，通过常用光电仪器工作原理及设计原则的理论和方法的学习，从普遍规律和具体经验两方面提高对于光电仪器原理和设计的认知和掌握；熟知常用光电仪器的工作原理；掌握光电仪器重要组成部件的结构、功能及参数设计方法；培养学生进行总体设计的能力；为后续课程的学习和工程设计奠定理论基础和工程实践基础。
《Optoelectronic Instrument Principle and Design》MEA04007The objective of this course is to familiarize students with principles and basic design methods of commonly used optoelectronic instruments. Students will be trained to master the operating procedure of the instruments, distinguish the structure and function of each component, and present preliminary results of both overall design and parameter design.This course starts from basic physical principles adopted in optoelectronic instruments, and covers accuracy analysis of measuring instrument and modern instrument design methods such as ergonomics or optimum design. The focused functional contents include light sources, optical elements, detectors and metrical standards. Micro displacement technology for precision instruments and common alignment schemes are also introduced. Examples of conventional instruments like interferometers or microscopes are proposed to train the students to solve specific practical problems.《激光技术原理与实验》本课程是测控技术与仪器专业一门理论与实验并重的专业基础课，其教学目的是通过该课程理论部分的学习，使学生系统掌握激光的基本概念和基础理论，掌握各种类型激光器和基本激光技术的工作原理与设计方法，了解激光器件和激光技术领域的发展趋势和技术前沿。
光电仪器原理与设计第6章光电探测器课件
• 光电倍增管特点
✓ 响应速度快 ✓ 响应度极高 ✓ 稳定度线性度较好
光电倍增管的应用
单光子探测技术 正电子发射断层扫描仪PET 紫外/可见/近红外光光度计 发光分光光度计
23
内光电效应原理
• 当光照射某种物质时，若入射光子能量足够大，和物质中 的电子相互作用，受激发产生的自由电子仍留在物体内部， 导致物体导电性加强、出现电势差或产生其他效应
• 取不同的参数为参变量可得到
✓ 伏安特性，灵敏度/响应度，光谱灵敏度，幅频特性等
17
第二节 光电探测器的工作原理与分 类
• 客观光探测原理的分类
✓ 光照后探测器材料产生物理或化学变化 ✓ 光子效应：探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子
状态的改变。对光波频率有选择性。响应速度一般较快。 • 外光电效应：光电子发射、光电子倍增 • 内光电效应：光电导、光生伏特效应等
✓ 这样如光电管（灵敏度低）、光敏电阻（线性度差）、光电池 （响应速度慢）之类的器件难以满足要求。其它如光电倍增管、 雪崩光电二极管虽然有优越的探测性能，尤其是灵敏度极高，但 本系统是常规激光光强探测，没有微弱信号探测方面的需求，没 有必要选用这两种器件。
(l)
e
Pel d l
e
l Pel d l
R(l)hc el
✓ h：普朗克常量h，c：光速，e：电hc子电量
13
光电特性——噪声等效功率
• NEP（noise equivalent power）
✓ 指明器件可检测的最小辐射功率 ✓ 探测器输出信号电压的有效值Vs等于噪声均方根电压值Vn时，对
应的入射光功率（单位：W）
19
外光电效应器件——光电管
• 光电管（photocell）
光电仪器原理与设计
光电仪器原理与设计光电仪器是利用光电效应和光电技术来检测、测量和控制的仪器。
在现代科学和技术领域中，光电仪器具有广泛的应用，包括光电传感器、光电探测器、光电测量仪器、光电计算机设备等。
光电效应是指当光照射到物质表面时，光子能量被吸收后使物质中的电子获得能量，从而产生电流或电压的现象。
根据光电效应的不同特性，可以有不同类型的光电仪器。
常见的有光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光电倍增管等。
光敏电阻是一种基于光电效应的光电传感器，它的电阻值随着光照强度的变化而变化。
光敏电阻通常都是由半导体材料制成，当光照射到光敏电阻上时，电阻值会随之产生变化，从而可以通过测量电阻值的变化来确定光照强度的大小。
光电二极管是另一种常见的光电传感器，它是一种特殊结构的二极管，通过光电效应来产生电流。
光电二极管的工作原理是当光照射到二极管上时，光子能量会激发出电子，电子因受到外加电场的作用而移动，从而产生电流。
光电二极管可以根据光照强度的变化来测量和控制。
光电三极管和光电倍增管是基于光电效应和电子倍增效应的光电传感器。
光电三极管是一种结构与普通三极管相似的器件，通过光电效应将光信号转化为电流信号。
光电倍增管则是将光信号转换为电子信号，经过电子倍增过程，进一步放大电子信号，从而得到较大的输出信号。
设计光电仪器时，需要考虑光电效应的特性以及仪器的应用需求。
首先要选择合适的光电传感器，根据需要测量的光照强度范围、频率响应等特性来选择合适的器件。
然后需要设计适当的电路来处理传感器的输出信号，可以通过滤波、放大、输出等电路来实现。
最后，还需要根据具体应用需求来设计仪器的外壳和显示控制部分。
光电仪器的设计涉及到光学、电子、电路等多个学科的知识，需要提前进行充分的理论研究和实验验证。
同时，还需要考虑仪器的稳定性、可靠性和实用性，尽量避免外部环境对测量结果的影响。
总之，光电仪器作为一种基于光电效应的测量和控制工具，具有广泛的应用前景和重要的科学意义。
第二章 光电仪器总体设计
中 心 调 焦 测 距 望 远 镜
光学成像原理
望远镜根据物镜的种 类可以分为： 1. 折射望远镜：物镜由
透镜或透镜组组成。 施 密 特 采用抛物面镜作为 原理由两个凸透镜望 主镜，光进入镜筒 构成。由于两者之 远 的底端，然后折回 间可方便的安装分 镜 开口处的第二反射
2. 反射式望远镜：除主
照相机结构图
照相机包括镜头和瞄准系 统两大部分，其主要结构有： 镜头、取景器、快门和光圈、 输片计数机构、机身。
照相机光路原理图
光学成像原理
数码相机使用电荷耦 合器CCD/CMOS元 件接收，直接光信号 转变为电信号，通过 信号处理后记录于存 储卡上。
数码相机
数码相机有液晶屏， 拍照的时候可以“即 拍即得”，并可随时 对照片进行查看、删 改处理。
望远镜
观鸟用双筒望远镜
军用望远镜
望远镜一般包括： 1.镜身组：是望远镜的主 体，分左、右镜身。 2.物镜组：由透镜、物镜 筒等组成。 3.目镜组：由透镜、目镜 框、视度手轮等组成。 4.分划板：可对被观察的 已知目标的方向、高低夹 角及视距进行测量。 5.连接轴：是望远镜左、 右镜身的连接件。 6.护盖和背带：为了保护 物镜和目镜透镜。
2.2 信号转换原理的选择
电磁量仪
磁栅 感应同步器 电容传感器 电感 涡流
气动量仪
测量范围：0.02～0.25mm 示值误差：（0.2～1）m
光电仪器中的能量或信号的转换形式是基于光 学原理，采用光电转换技术实现对目标信息的 探测及提取。
光学成像原理
特点：示值误差为0.5～1m；性能稳定、耐用。
3. 折反射望远镜：物镜
是由折射镜和反射镜组 合而成。
级的望远镜都采用 望远镜里先通过折射，再经过反射， 成像是一个倒像， 此种结构。但这种 然后才成像。施密特望远镜光力强， 倒像并不影响天文 结构成像是倒立的， 可见范围大，成像的质量也比较好， 观测，因此牛顿反 所以要在中间增加 因而特别适用于进行流星、慧星、人 射望远镜是天文学 正像系统。 造卫星等的巡视观测，也常用于大面 使用的最佳选择。 积造相和天文科普活动。
高精度光电比色分析仪器的设计与制造
高精度光电比色分析仪器的设计与制造摘要：本文旨在探讨高精度光电比色分析仪器的设计与制造，通过详细描述仪器的原理、结构和主要性能指标，以及制造过程中的关键技术和注意事项，为相关研究和应用提供理论和实践参考。
引言：光电比色分析仪器广泛应用于化学、生物、制药等领域，其准确性和精确性对于实验结果的可靠性具有重要影响。
因此，设计和制造高精度的光电比色分析仪器对于提高分析结果的准确性至关重要。
本文将介绍光电比色分析仪器的设计原理、结构以及制造过程中需要注意的技术细节，旨在为相关领域的研究和应用提供指导。
1. 设计原理高精度光电比色分析仪器的设计原理包括光源的发光原理、光电二极管的光电转换原理以及色谱仪的工作原理等。
其中，光源的稳定性和发光强度对仪器的精确性至关重要。
同时，光电二极管的响应速度和噪声电流也决定了仪器的检测灵敏度。
需注意光学器件的选择和配置，以使得仪器能够获得高质量的光信号。
2. 结构设计高精度光电比色分析仪器的结构设计应考虑到仪器的稳定性、易操作性和可重复性。
一般而言，仪器的结构包括光学系统、样品舱、检测系统以及数据分析系统等。
光学系统应避免光学元件之间的漏光和散射现象，通过使用高品质的光学元件和创新的光路设计来提高仪器的分辨率和灵敏度。
样品舱的设计要满足样品的稳定装置和温度控制装置，以确保测试结果的准确性。
检测系统应具有高灵敏度和低噪声，以实现对微弱光信号的快速而准确的检测。
数据分析系统则应具备高效的数据处理和分析功能，为用户提供直观、准确的分析结果。
3. 性能指标高精度光电比色分析仪器的主要性能指标包括分辨率、线性度、灵敏度、测量范围和稳定性等。
分辨率决定仪器能够分辨的最小浓度差异；线性度表明仪器测量结果与样品浓度之间的线性关系；灵敏度表示仪器对微量样品的检测能力；测量范围涉及仪器可以测量的样品浓度范围；稳定性则反映仪器在长时间使用中的稳定性和重复性。
设计和制造过程中，要根据具体的研究和应用需求，优化仪器的性能指标，以满足用户的实际需求。
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第一章 绪论
第一节 概述
仪器是传递和转换信息的工 具，它是各类仪器仪表、传感器 及观察、监控、测试、分析设备 的总称。
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仪器仪表在当代社会的重要作用
在国民经济运行中，仪器仪表是“倍增器”， 对国民经济有着巨大的辐射作用和影响力。 在科学研究中，仪器仪表是“先行官”。 在军事上，仪器仪表是“战斗力”。
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本课程的目的与要求
掌握机、光、电技术结合的仪器总体 设计有关基础理论知识。
初步掌握仪器总体设计和系统设计的 方法。
初步具有正确的估算和分析仪器精度 的能力。
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第二节 精密仪器的设 计特点与组成
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被测量 标准量
感受转换
转换放大34 Nhomakorabea瞄准2
1
5 比较
绝对法测量
感受转换1--定位部件转2换--线 放纹 大尺 3--读数显
种原理（如3 光z3、z4 机、电3 、气）进行
进一步的转换和a 放大
s
1
r01 1
机械测微仪各运动副作用线示意图
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4．显示部件
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5．处理与计算装置
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6．瞄准部件
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7．机械结构部件
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第三节 光电仪器的静态特性
对于仪器系统来说，当被测量x 不随时间变化，即dx／dt=0，或 作缓慢变化时，可按静态测量处理， 应着重讨论它的静态特性。
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一、静态测量中输入和输出的关系
当输入信号为定值或变化十分缓慢时，仪器 系统的输出信号特性称为静态特性。静态测量中 仪器系统输入和输出之间的关系一般可用下式表 示： y=（a0＋a1x＋a2x2＋a3x3＋…＋anxn）x 式中x、y——分别为输人和输出信号； a0、a1、a2、a3、…、an——标定系数
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研究对象
基于光学原理、采用光电转换 技术的各类光电精密仪器。
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研究方法
从整体上分析问题 综合应用有关技术 以点带面、举一反三 理论联系实际
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仪器仪表技术的特点
仪器技术是信息技术 仪器技术是信息技术中的源头技术 仪器技术是现代科技的前沿技术 现代仪器仪表发展的关键技术 传感技术；系统集成技术；智能控制技术；人机界面 技术；可靠性技术。
微镜 4--瞄准显微镜 5--被测工件
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数据加工 和处理
示值 校正值
根据仪器中各部件的功能，可将仪器分为以下 几个基本组成部分：
1．基准部件（基准器或标准器）
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2．感受转换部件 感受被接测触量式，拾取原始信号 非接触式
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3．转换放大部件
z2
将感受转换2 来的微小z1 信号，通过各
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灵敏度及放大比
灵敏度是指仪器对被测量变化的反应能力。 s=Δy／Δx
✓ 当输入与输出为同一量纲时可用放大比来代替灵 敏度。
✓ 当灵敏度为定值时，仪器系统为线性的。
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总投资的40％。
仪器仪表学科在自然科学与国民经济 的发展中具有十分重要的地位与作用
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✓ 仪器仪表发展至今已成为一门独立 的学科
✓ 光电仪器则是仪器仪表学科的一个 重要分支,它是传统的与现代的光 学机械技术与电子技术计算机技术 的集成。
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➢ 光电仪器的发展水平是科学技 术现代化的重要标志。
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国内仪器仪表发展趋势
➢ 标准化、系列化 ➢ 高智能化 ➢ 高精度、高可靠性 ➢ 高效率
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以温度计为例
主要技术参数和特点： *测温范围：32℃----42℃ *测量温度低于32℃时，显示L℃ *测量温度高于42℃时，显示H℃ *显示分辨率：0.1℃ *显示方式：液晶显示（三位半） *功 耗：工作状态下为0.15毫瓦 *电池：AG3型1.5V普通纽扣电池 *蜂鸣提示：测量结束后发出蜂鸣提示声
或刻度因子
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A B
y
o x
示 值 范 围
线 性 度
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二、仪器的静态特性指标
分度值及分辨力
➢ 分度值是仪器最小分度所代表的被测量的值。 它是一台仪器可能读出的最小读数值（不包括 估读值）。
➢ 分度值对于如数字式仪器来说，将仪器所能测 得的被测量的最小增量称为分辨力。
➢ 分度值有别于分划间隔。分划间隔是指刻尺或 度盘上相邻两刻线所代表的量值之差。
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我国仪器仪表产品与国外的主要差距
产品结构落后、功能少、智能化程度低：国际上已由单元组 合式向功能组件组装式发展，而国内多为单元组合式。国外 已把微处理器作为仪器仪表的组成部件，而国内则处于初步 应用阶段。国内仪器多为单点，单参数、静态测量，而国际 上已向多点、多参数、自动测量发展，由静态测量为主向静 动态结合方向发展，由接触式向非接触式测量发展。其它在 仪器仪表材料、工艺、元器件等方面也都存在不少的差距。
现代仪器仪表还是当今社会的“物化法官”。 仪器仪表在实验教学、气象预报、大地测绘、诊治疾 病、指挥交通、探测灾情等社会生活许多领域都有广 泛应用， 遍布“农轻重、海陆空、吃穿用”。
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仪器对于生产、生活、高精尖技术的意义
美国“阿波罗”登月计划
总投资200亿美元 用于测量和试验的费用达100～110亿美元，占
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我国仪器仪表产品与国外的主要差距
标准化程度低：在我国的仪器仪表标准中，国际标准的覆盖 率只占18％，绝大多数产品没有可靠性指标。标准化、通用 化、系列化工作仍旧存在许多问题。
新技术采用缓慢，产品更新换代周期长：国外一些厂家产 品的开发周期一般为1—2年，少则半年或几个月。元器件每 年更新20—30％，基本上可以保证仪器仪表整机更新换代的 需要。我国的仪器仪表企业，新技术采用慢，产品更新周期一 般为3—4年，少则也需要两年。
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我国光电仪器发展状况
目前我国仪器仪表产品的综合水 平，大体上相当于国际80年代中 期的水平，其中属90年代水平的 约占20％～30%。
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我国仪器仪表产品与国外的主要差距
品种系列不全，成套水平低：世界上仪器仪表大约有25000 种，而我国机械部所属的只有12000多种。
技术性能低、质量差：在精度上较国际水平约低1—2个等 级，如工业控制计算机，单机平均无故障时间国外为1.8万多 小时，而国产单机则为2千小时，国外现场工作仪表平均无故 障率时间普遍达到10—30万小时，而国产仪表一般只有5千 小时。国内外工业仪表的相对故障率大体为9：1。