光电检测总复习

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1.2 光电检测系统及光电传感器

三、光电检测系统特点

适用接触测量力易引起误差及无法用接触的方法测量（远程、高温、危险）的场合。不改变被测物体性质的条件下进行测量。它可以实现动态测量，是各种测量方法中效率最高的一种。

1、非接触测量

干涉：λ／４＝0.6328μm/4=0.16μm，光外差干涉测量是纳米精度测量的主要手段。从地球到月球激光测距的精度达到1米。

2、精度高

光盘聚焦误差测控

3、空间分辨率高

4、实时测量（反应快，高速度）

5、远距离、大量程（适合于远距离测距、遥控、遥测、光电跟踪等。

6、寿命长---光电检测中通常无机械运动部分，故测量装置寿命长，工作可靠、准确度高，对被测物无形状和大小要求。

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1.2 光电检测系统及光电传感器

7、微弱信号检测:微光夜视仪

8、不可见对象的测量

利用X光探测人体内部组织结构：利用了不同的物质对于X射线的吸收率不同这一原理。在人体中，水被认为对X光完全透过，骨质被认为对X光完全吸收.因此X光机发射出的(均匀)射线在被不同人体组织“过滤”后就不再是均质的，这些非均质的射线可以通过显示屏或者使底片感光的方式呈现为影像（接收器接收到的强度不一样），据此就可以反映出人体组织器官的一些信息，该门学科称为医学影像学.

缺点：受光学介质的影响大（水、空气、尘土），成本高些。

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1.3 光电检测基本方法

一、直接作用法

●受被测物理量控制的光通量，经光电接收器转换成电量后由检测机构直接得到欲测的

物理量。

●直接测量法的最大优点是简单方便，仪器设备造价低廉。

●这种方法的缺点是检测结果受参数、环境、电压波动等影响较大，精度及稳定性较差。

适合于测量精度要求不高的场合。

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1.3 光电检测基本方法 二、 差动法

利用被测量与某一标准量相比较，所得差或比反映了被测量的大小。 放入标准工件的尺寸，调整光楔，使φ1＝φ2，使μA 表读数为“0”。

（

1）调整

Φ O

Φ

1

Φ2

Φ1

Φ2

t

U

O

t Φ1=Φ2时，U=0 用双光路差动法测量物体的长度

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1.3 光电检测基本方法 二、 差动法

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1.3 光电检测基本方法 二、 差动法

测量值的大小决定于u 的幅值，测量值的正负决定于u 的相位。可通过相敏检波器得到。

（2）测量

Φ

O

Φ

1 Φ2

t

U

O

t

Φ1

Φ2

①当工件尺寸变小时，φ1>φ2，U ＝S·(φ1-φ2)·R=S·Δφ·R 。

Φ

O

Φ1 Φ2

t

U

O

t

Φ1

Φ2

②当工件尺寸变大时，φ1<φ2，U ＝S·(φ1-φ2)·R=－S·Δφ·R 。

（3）结论：

①当工件尺寸无误差时，使φ1＝φ2，光电传感器输出U无交变分量，见图。

②当工件尺寸变小时，φ1>φ2，U＝S·(φ1-φ2)·R=S·Δφ·R。

③当工件尺寸变大时，φ1<φ2，U＝S·(φ1-φ2)·R=－S·Δφ·R。

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1.3 光电检测基本方法

三、补偿法

用光或电的方法补偿由被测量变化而引起的光通量变化，补偿器的可动元件联接读数装置指示出补偿量值，补偿值的大小反映了被测量变化的大小。

光敏电阻RG和电阻R0、R1、R2组成电桥，当无光照时，调整Rw使电桥平衡，当信号光照射光敏电阻时，其阻值RG下降为R’G，使电桥失去平衡，检流计G中有信号输出。调整RW使电桥恢复平衡，调整RW时标尺指示器A随之移动，电桥平衡时，A指示的数值就是待测量值的大小。

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1.3 光电检测基本方法

四、脉冲测量法

受被测量控制的光通量转换成电脉冲，其参数（脉宽、相位、频率、脉冲数量等）反映

了被测量的大小。

1、脉宽法测长被测物体的长度：L＝vt＝vkN＝KN

其中，k是高频脉冲的时间当量，即表示单位高频脉冲所代表的时间，而K是长度当量，

即表示单位高频脉冲所代表的长度。

以上对零件尺寸的测量都要求匀速直线运动，实现起来较为困难，因此常用于精度

要求不高的场合。

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1.3 光电检测基本方法

四、脉冲测量法

2、频率法测速

在转动轮上均匀贴反射片，光电传感器可接收到与转速相对应的光脉冲。设m为反射片数，n为每分钟转速，则

f=nm/60=N/t，

n=60N/(mt)

只要控制在一定的时间t内计数N，就可计算得到轮子的转速。

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2.3 光电效应

包括外光电效应和内光电效应

因光照而引起物体电学特性发生改变的现象

外光电效应

物体受光照后向外发射电子——多发生于金属和金属氧化物

包含光电导效应和光生伏特效应

内光电效应

物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部——多发生于半

导体（光电导效应和光生伏特效应）

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2.3 光电效应

一、光电发射效应

金属或半导体受光照时，如果入射的光子能量hν足够大，它和物质中的电子相互作用，使电子从材料表面逸出的现象，也称为外光电效应。它是真空光电器件光电阴极的物理基础。

1、光电发射第一定律——斯托列托夫定律