第9章典型光电测试系统讲解

L 4 A cos 当光路平面垂直于转动方向时
c
L 4A c
式中，c为光速，A为封闭光路包围的面积，为角速度矢量与面积A的法线 间的夹角，如图5-19所示。
M L / 2
9.1光电信号检测种类
(c).遮挡式直接检测方法 Φ1
如图5-3所示是一种遮挡 补偿式轴径检测原理图，
轴
探测器1 U1
将平行光束Φ 1投射到待 测物体轴上，部分光束 被轴径遮挡，被遮挡光 强通量的大小反映了待 测轴径的大小，其后的 光电探测器1将未经遮挡
Φ2
指针 刻度尺
U2
可动
探测器2
挡片ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
可逆 电机
方向发生变化，检测这种变化就可以实现对通电电流的检测.
起偏器 聚焦透镜 聚焦透镜 探测器
激光器
单模光纤
λ/4波片
通电 线圈
a E1
b E2 棱镜
E1 E2 E1 E2
运算器
由聚焦透镜进入屋拉 斯顿棱镜分解出两振 动方向垂直的偏振光 a和b，经光电探测器 接收，其信号大小为 E1和E2 .
VLI 2R
速度方向v
v·(rs-r0)
(rs-r0) rs
s
光入射方向r0
0
（a)
r0
rs v
（b)
rs (rs-r0)
r0
v

（c)
9.1.4 光频率型信号检测
萨格纳克效应差频检测方法 :
当封闭的光路相对于惯性系空间有一转动角速度Ω 时，则顺时针传输光路与
逆时针传输光路之间将形成与转速成正比的光程差Δ L，其大小满足关系
固定反射镜
分束镜2
光电 探测器
激光器
分束镜1
测量反射镜
传感器
(b) 马赫-曾德尔干涉仪
激光器
分束镜 光电 探测器
(c) 萨格纳克干涉仪
激光器
传感器
光电 探测器
参考镜
测量镜
(d) 法布里-珀罗干涉仪
9.1.3光偏振型信号检测
在高压传输线中，要检测传输电流，最理想的检测方法就是利 用光纤传感器进行检测，检测机理就是石英材料的法拉第磁旋 效应，即传输线中的电流产生磁场，引起光纤中信号光的偏振
9.1光电信号检测种类
(b). 透射式直接检测方法
假设待测介质是均匀的， 探测光透过待测介质后的 光通量可以表达为
1
2
(a) 辐射式
0ed
1
2
(c) 遮挡式
3
1
2
3
(b) 透射式
1
2
3
3
(d) 反射式
式中为入射到介质前的光通量，为介质的吸收系数，d为介质
的厚度。对于均匀的液体或气体介质.在探测液体或气体浓度时，
方式分)
• 直接检测？/光外差干涉检测系统？
(相干检测)
9.1光电信号检测种类
按照光信号的强度、相位、偏振、频率和光谱检测属性， 分别讲述光电信号的基本检测方法。
9.1.1光强度型信号检测
1
2
3
1
2
3
可以分为直接检测和调制 检测两种方法 。
一.光强度型光电信号的直 接检测方法：
(a) 辐射式
1
2
(b) 透射式
(b) 透射式
1
2
3
3
(d) 反射式
镜面反射检测方法通常用于判断光信号的有无，在光准直、转速测 量以及激光测距技术中多有应用。而漫反射检测方法则不同，其反 射光只有一部分入射到光电探测器件上，入射到光电探测器上的光 强大小与漫反射表面材料、表面粗糙度以及表面缺陷等因素有关， 因此光电探测器的信号输出可以反映漫反射表面的材料性能、粗糙 度大小或者表面的缺陷。
为提高探测的灵敏度，应尽量增加探测光透过介质的长度d .
9.1光电信号检测种类
(c).遮挡式直接检测方法
1
2
光电探测器
(a) 辐射式
光源
计数产品
1
2
(c) 遮挡式
3
1
2
3
(b) 透射式
1
2
3
3
(d) 反射式
如图5-2所示为光电产品自动计数系统示意图，每个产品经过 成对配置的光源光束和光电探测器时，都实现对光束的一次 遮挡，对应光电探测器的一个脉冲信号，然后通过计数脉冲 个数实现对产品的计数。类似的应用还包括商场出入人数统 计、住宅安全监控报警以及电梯自动启停开关等等.
9.1光电信号检测种类
按照光信号的强度、相位、偏振、频率和光谱检测属性， 分别讲述光电信号的基本检测方法。
9.1.1光强度型信号检测
杂散光
可以分为直接检测和调制 光源
检测两种方法 。
f0
待测液体
光电探
滤波
测器 f0 放大
U0
光强交变
一.光强调制检测方法 图5-9 光强正弦调制盘 调制
D
LD 调制光束
1
2
3
辐射式、透射式、遮挡式和反射式 等四种基本检测形式
（a).辐射式直接检测方法
(c) 遮挡式
3
(d) 反射式
879年德国物理学家斯特藩:黑体单位表面积在单位时间内发出的全辐射辐射度M，与它
M T 的绝对温度T的四次方成正比，即
4
式中σ为“斯特藩-玻耳兹曼常量”（ 5.67×10-8W·m-2·K-4），ε为辐射发射 率
第九章 光电信号检测技术及系统
• 光电检测系统的类型 • 直接检测 • 光外差检测(相干检测) • 典型的光电检测系统
光电检测系统分类
• 主动系统/被动系统(按信息光源分) • 红外系统/紫外/可见光系统(按光源波
长分)
• 点探测/面探测系统？(按接受系统分) • 模拟系统/数字系统(按调制和信号处理
式中，V为维尔德常数，L为线圈与光纤间的作用长度， R为通电线圈的直径。
sin 2

2

E1 E1

E2 E2
I

R
VL

E1 E1

E2 E2
9.1.4 光频率型信号检测
光学多普勒效应差频检测方法 :类似于声学的多普勒效应，运 动物体改变入射到其上的光信号频率的现象被称作光学多普勒 效应。通过对光学多普勒效应进行分析表明：当频率为的单色 光入射到以速度v运动的物体上，被物体散射的光波频率 会产 生多普勒频移.
驱动
电机 驱动
图5-9 光强正弦调制盘
二.光信号的三种调制方法
• 电光调制(P196):电致晶体双折射 • 声光调制(P199):声学光栅衍射 • 磁光调制(P206):法拉第磁光效应(法拉第磁
旋)
9.1.2光相位型信号检测
固定反射镜
激光器
分束镜
光电 探测器
传感器 测量反射镜
(a) 迈克尔逊干涉仪
差动 放大器
的光转化为光电流I1和
U K (U U ) 相应的负载电压U1。作
为补偿式光强检测结构.
0
1
2
9.1光电信号检测种类
1
2
3
1
2
3
(d).反射式直接检测方法
根据待测反射物体的不 同，光反射检测方法有 镜面反射和漫反射两种， 在光电检测技术中有着 不同的应用。
(a) 辐射式
1
2
(c) 遮挡式