常用信息检测系统(精)

式中， τ1λ为被测距离L内的大气光谱透过率，L 为目标到光电探测系统的距离。入射到探测器上 的光谱功率为
式中，A0， τ0λ分别为接收光学系统的入射孔径面积及光谱透 过率。
光电探测系统的距离
式中， Ad为探测器面积， Δf 为系统的带宽, D*为探测器的 归一化探测度。

2.主动探测距离方程 主动探测系统的光源主要为激光光源。 令其发射功率为Ps(λ)；发射束发散立体 角为Ω1,发射光学系统透过率为τ01(λ)， 经调制的光能利用率为km。，则
五、光电直接探测典型系统 1．莫尔条纹测长仪 (1)测长原理 若两块光栅(其中一块称为主光栅，另一 块叫指示光栅)互相重叠，并使它们的栅 线之间形成一个较小的夹角，当光栅对 之间有一相对运动时，透过光栅对看另 一边的光源，就会发现由一组垂直于光 栅运动方向的明暗相 间的条纹移动，这 就形成莫尔条纹。
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 函数中得知误码率的值。
的值，就可由误差

(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


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．补偿测量法 补偿法测量原理是：由待测物理量控制的 光通量变化所引起的信号，可用光学或 电学的补偿器补偿掉，补偿置可由与补 偿器连接在一起的读数系统显示出来， 补偿器的补偿量值事先可用标准器进行 精确标定。

4．脉冲测量法
如果受待测物理量控制的光通量连续作用于光 探测器，通过测量光探测器输出信号来获得 被测量参数的方法通常称为连续测量法。 受被测物理量控制的光通量断续地作用在光探测 器上，光探测器输出电脉冲，其脉冲参数(脉 冲频率、脉冲持续时间、脉冲的数目等)随被 测物理量变化，电脉冲经过放大后由测量仪 表或计数器读出，这种方法称为脉冲法或断 续作用

标尺光栅
P
θ
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 P2/cosθ
莫尔条纹1是由光栅A、B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
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。
第五章 常用信息检测系统


5.1 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

(3)包含90％能量的带宽




输入信号为矩形波时，通过不同带通滤波器 的波形， 曲线1 Δf =0.25／τ0 曲线2 Δf =0.5／τ0 曲线3Δf =0.1／τ0 曲线4Δf =4／τ0


三、直接探测系统的距离方程 1．被动探测系统的距离方程
设被测目标的光谱辐射强度为Icλ，经大气传播 后到达接收光学系统表面的光谱辐照度为
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。

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
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代入


四、直接探测方式中常用的几种检测方法 1.直接作用法

运用直接作用法测试的优点是装置简单，价格便 宜。其缺点是系统性能受元器件参数变化的影响， 灵敏度受周围环境及电压波动的影响较大，因而 精度和稳定性稍差。

2．差动作用法
为进一步提高测量精度，希望两光电二极管有完全 一致的性能，可采用图5—7(b)的系统，光源光线照 在由电动机带动的恒速旋转的盘上，盘的半边是反 射镜可以反射光线，另一半可以透射光线。使测量 通道和参考通道的光通置交替投射到光电器件上.
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
莫尔条纹具有如下特点： 1. 放大作用 用 B （ mm ）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，
P P B sin