光电检测技术光电检测技术光电检测技术绪论课件参考书目参考书目光电检测技术曾光宇等编著 清华大学出版社激光光电检测吕海宝等编著 国防科技大学出版社 教材教材光电检测技术雷玉堂等编著 中国计量出版社 光电检测技术与应用郭培源 付扬 编著 北京航空航天大学出版社第一章 绪论光电检测技术绪论课件目目 录录第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 光和光的传播特性及光调制原理光和光的传播特性及光调制原理2.1 2.1 光和光的传播特性光和光的传播特性2.2 2.2 光强度调制光强度调制2.3 2.3 光相位调制光相位调制2.4 2.4 光偏振调制光偏振调制2.5 2.5 光频率和波长调制光频率和波长调制第三章第三章 光电检测器件光电检测器件3.13.1光电器件的原理及特性光电器件的原理及特性3.23.2光电子发射器件光电子发射器件光电检测技术绪论课件 3.3 3.3 光电导器件光电导器件 3.4 3.4 光伏器件光伏器件 3.5 3.5 电荷耦合器件电荷耦合器件第四章第四章 光探测技术光探测技术 4.1 4.1 光探测器的偏置光探测器的偏置 4.2 4.2 光直接探测方法光直接探测方法 4.3 4.3 光外差探测方法光外差探测方法 4.4 4.4 弱光信号的探测弱光信号的探测第五章第五章 光强度调制检测系统光强度调制检测系统 5.1 5.1 光电开关与光电转速计光电开关与光电转速计 5.2 5.2 莫尔条文测长仪莫尔条文测长仪 5.3 5.3 激光测距仪激光测距仪 5.4 5.4 激光准直仪激光准直仪 5.5 5.5 反射型光纤位移测量系统反射型光纤位移测量系统光电检测技术绪论课件第六章第六章 光相位调制检测系统光相位调制检测系统6.16.1 光相位调制的检测光相位调制的检测6.26.2 干涉测量技术干涉测量技术6.36.3 相位调制型光纤传感器相位调制型光纤传感器6.46.4 光衍射测量技术光衍射测量技术第七章第七章 光偏振调制检测系统光偏振调制检测系统7.1 7.1 光偏振调制检测系统有关光学器件光偏振调制检测系统有关光学器件7.27.2 光弹性效应测力计光弹性效应测力计7.37.3 光纤电流电压测试系统光纤电流电压测试系统第八章第八章 光频率与波长调制检测系统光频率与波长调制检测系统 8.1 8.1 激光多普勒测速仪激光多普勒测速仪 8.2 8.2 双频激光测速仪双频激光测速仪 8.3 8.3 光电比色温度计光电比色温度计 8.4 8.4 光电荧光计光电荧光计光电检测技术绪论课件光电检测是信息时代的关键技术光电检测是信息时代的关键技术n信息技术:n微电子信息技术（电集成）、光子信息技术（光集成）、光电信息技术（光电集成）。n感测技术、通信技术、人工智能与计算机技术、控制技术。n信息的产生和获取、转换、传输、控制、存储、处理、显示。光电检测技术绪论课件光电信息技术1、光电源器件（包括激光器）和可控光功能器件及集成2、光通信和综合信息网络3、光频微电子4、光电方法用于瞬态光学观测以光电子学为基础,以光电子器件为主体,研究和发展光电信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用。它涉及到：5、光电传感、光纤传感和图象传感、光电传感、光纤传感和图象传感6、激光、红外、微光探测，定向和制导、激光、红外、微光探测，定向和制导7、光电精密测试，在线检测和控制技术、光电精密测试，在线检测和控制技术8、混合光电信息处理、识别和图象分析光电检测技术绪论课件光电信息技术9、光电人工智能和机器视觉10、光（电）逻辑运算和光（电）计算机及光电数据存储11、生物光子学 本课程着重在第5、6、7三个方面的一些基本知识，即：光电检测的元器件、系统、方法和应用光电检测的元器件、系统、方法和应用。 光电检测技术绪论课件光电检测技术光电检测技术n检测与测量n光电传感器：n基于光电效应，将光信号转换为电信号的一种光电器件n将非电量转换为与之有确定对应关系的电量输出n光电检测技术：是利用光电传感器实现各类检测。它将被测量的量值转换成光通量，再转换成电量，并综合利用信息传送和处理技术，完成在线和自动测量n光电检测系统n光学变换n光电变换n电路处理光电检测技术绪论课件定义：定义：被测信息：被测信息：传感器、检测仪器、检测装置、检测系统传感器、检测仪器、检测装置、检测系统全部操作：全部操作：检测过程检测过程确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作检测的基本概念检测的基本概念信号采集、信号处理、信号显示、信号输出信号采集、信号处理、信号显示、信号输出物理量（光、电、力、热、磁、声、物理量（光、电、力、热、磁、声、）被测对象：被测对象：宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体 ）检测器具检测器具化学量（化学量（PH、成份、成份）生物量（酶、葡萄糖、生物量（酶、葡萄糖、） 光电检测技术绪论课件例：空调机测量控制室温例：空调机测量控制室温被测对象被测对象：被测信息被测信息：检测器具检测器具：室内空气室内空气温度温度温度传感器温度传感器 - 热电阻、热电偶热电阻、热电偶空气空气操作过程操作过程： 热敏电阻热敏电阻 电信号电信号 处理处理 显示显示空调机空调机返回光电检测技术绪论课件n直接直接测量：测量：对仪表读数不经任何运算，直接得出被测量的数对仪表读数不经任何运算，直接得出被测量的数值。例如：值。例如：n长度：直尺、游标卡尺、千分尺长度：直尺、游标卡尺、千分尺n电压：万用表电压：万用表n质量：天平质量：天平n间接测量：间接测量：测量几个与被测量相关的物理量，通过测量几个与被测量相关的物理量，通过函数关系式计算出被测量。例如：函数关系式计算出被测量。例如：n电功率：电功率：P = I * V（电流（电流/电压）电压）n重力加速度：单摆测量（重力加速度：单摆测量（L：摆的线长，：摆的线长，T：摆动的周期）：摆动的周期） 返回光电检测技术绪论课件光电探测器的种类类 型实 例PN结PN光电二极管（Si,Ge, GaAs)PIN光电二极管（Si）雪崩光电二极管(Si, Ge)光电晶体管(Si)集成光电传感器和光电晶闸管(Si)非PN结光电元件(CdS, CdSe, Se, PbS)热电元件(PZT, LiTaO3, PbTiO3)电子管类光电管，摄像管，光电倍增管其他类色敏传感器固体图象传感器（SI，CCD/MOS/CPD型）位置检测用元件（PSD）光电池返回光电检测技术绪论课件光电检测系统n光电检测技术以激光、红外、光纤等现代光电器件为基础，通过对载有被检测物体信号的光辐射（发射、反射、散射、衍射、折射、透射等）进行检测，即通过光电检测器件接收光辐射并转换为电信号。n由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用的信息，再经过A/D变换接口输入微型计算机运算、处理，最后显示或打印输出所需检测物体的几何量或物理量。光电检测技术绪论课件光电检测系统 变换电路 光电传感 光源 光学系统 被测对象 光学变换 电信号处理存 储显 示控 制光学变换电路处理光电检测技术绪论课件光电检测系统n光学变换n时域变换：调制振幅、频率、相位、脉宽n空域变换：光学扫描n光学参量调制：光强、波长、相位、偏振n形成能被光电探测器接收，便于后续电学处理的光学信息。n光电变换n光电/热电器件（传感器）、变换电路、前置放大n将信息变为能够驱动电路处理系统的电信息（电信号的放大和处理）。n电路处理n放大、滤波、调制、解调、A/D、D/A、微机与接口、控制。光电检测技术绪论课件光电检测系统与人操作功能比较光电检测系统与人操作功能比较n被测物体 感觉器官 人脑 手控 n被测物体 光电传感 微机 执行机构n光电传感部分相当于人身的感觉器官 光电检测技术绪论课件光电检测系统的功能分类n测量检查型：n几何量：长度、角度、形状、位置、形变、面积、体积、距离。n运动量：速度、加速度、振动n表面形状：光洁度、庇病、伤痕n工作过程：湿度、流量、压力、物位、PH值、浓度等n机械量：重量、压力、应变、压强n电学量：电流、电压、电场、磁场n光学量：吸收、反射、透射、光度、色度、波长、光谱光电检测技术绪论课件n控制跟踪型n跟踪控制：激光制导，红外制导n数值控制：自动定位，图形加工形成，数值控制n图象分析型n图形检测n图形分析光电检测技术绪论课件光电检测技术的特点n高精度：从地球到月球激光测距的精度达到1米。n高速度：光速是最快的。n远距离、大量程：遥控、遥测和遥感。n非接触式检测：不改变被测物体性质的条件下进行测量。n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。n数字化和智能化：强的信息处理、运算和控制能力。光电检测技术绪论课件光电检测方法n直接作用法n差动测量法n补偿测量法n脉冲测量法光电检测技术绪论课件光电检测技术发展趋势n纳米、亚纳米高精度的光电测量新技术。n小型、快速的微型光、机、电检测系统。n非接触、快速在线测量。n微空间三维测量技术和大空间三维测量技术。n闭环控制的光电检测系统，实现光电测量与光电控制一体化。n向人们无法触及的领域发展。n光电跟踪与光电扫描测量技术。光电检测技术绪论课件一、在工业生产领域的应用一、在工业生产领域的应用在在线线检检测测：零零件件尺尺寸寸、产产品品缺缺陷陷、装装配配定定位位.现现代代工工程程装装备备中中，检检测测环环节节的的成成本本约约占占5070%光电检测技术的应用光电检测技术绪论课件检测技术在汽车中的应用日新月异检测技术在汽车中的应用日新月异发动机：发动机：向发动机的电子控制单元向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，提供发动机的工作状况信息， 对发动机工作状况进行精确控制对发动机工作状况进行精确控制 温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等 汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容 普通轿车：约安装几十到近百只传感器，普通轿车：约安装几十到近百只传感器， 豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。 底底 盘：盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等 车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温 车车 身：身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等 温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等 光电检测技术绪论课件光电检测技术绪论课件二、检测技术在日常生活中的应用二、检测技术在日常生活中的应用电子血压计：血压检测电子血压计：血压检测 - - 压力传感器压力传感器 家用电器：家用电器：数码相机、数码摄像机：自动对焦数码相机、数码摄像机：自动对焦-红外测距传感器红外测距传感器数字体温计：接触式数字体温计：接触式-热敏电阻，非接触式热敏电阻，非接触式-红外传感器红外传感器自动感应灯：亮度检测自动感应灯：亮度检测-光敏电阻光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测空调、冰箱、电饭煲：温度检测-热敏电阻、热电偶热敏电阻、热电偶电话、麦克风：话音转换电话、麦克风：话音转换-驻极电容传感器驻极电容传感器遥控接收：红外检测遥控接收：红外检测-光敏二极管、光敏三极管光敏二极管、光敏三极管办公商务：办公商务：可视对讲、可视电话：图像获取可视对讲、可视电话：图像获取-面阵面阵CCDCCD扫描仪：文档扫描扫描仪：文档扫描-线阵线阵CCDCCD红外传输数据：红外检测红外传输数据：红外检测-光敏二极管、光敏三极管光敏二极管、光敏三极管医疗卫生：医疗卫生：血糖测试仪、胆固醇检测仪血糖测试仪、胆固醇检测仪 - - 离子传感器离子传感器光电检测技术绪论课件三、检测技术在军事上的应用三、检测技术在军事上的应用美军研制的未来单兵作战武器美军研制的未来单兵作战武器夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标。激光测距仪：可精确的定位目标。光电检测技术绪论课件美国国家导弹防御计划美国国家导弹防御计划-NMD四、检测技术在国防领域的应用四、检测技术在国防领域的应用1.地基拦截器地基拦截器2.早期预警系统早期预警系统3.前沿部署前沿部署(如雷达）如雷达）4.管理与控制系统管理与控制系统5. 卫星红外线监测系统卫星红外线监测系统 监测系统监测系统: 探测和发现探测和发现敌人导弹的发射并追踪敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道；导弹的飞行轨道； 拦截器：能识别真假拦截器：能识别真假弹头，敌友方弹头，敌友方光电检测技术绪论课件“阿波罗阿波罗10”：火箭部分火箭部分-2077个传感器个传感器飞船部分飞船部分-1218个传感器个传感器检测参数检测参数-加速度、温度、压力、加速度、温度、压力、 振动、流量、应变、振动、流量、应变、 声学声学神州飞船：神州飞船：185台（套）仪器装置台（套）仪器装置五、检测技术在航天领域的应用五、检测技术在航天领域的应用光电检测技术绪论课件学习本课程的目的n了解光电检测系统的基本组成，光电检测技术的特点和发展趋势。n掌握光电检测器件（传感器、光源和成像器件）的工作原理及基本特性，了解它们的应用范围。n能够根据特性参数，选择合适的光电检测器件。熟悉常用器件的性能指标。n掌握直接检测与外差检测的原理和区别。n了解光纤传感检测技术的原理和应用，掌握光纤的光波调制技术。n掌握了解常用光电检测技术的测量、数据采集、处理和转换的方法，了解所需的元器件、仪器和相关的接口技术。光电检测技术绪论课件本课程的学习内容n光电检测器件的物理基础n光电检测器件的工作原理和特性及其应用n光电直接和外差检测系统n光纤传感检测技术n光电信号的数据采集与微机接口光电检测技术绪论课件光电检测技术绪论课件