第10章典型光电测试系统.ppt

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/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(按调制和信号处理方式分) 直接检测？/光外差检测系统？(按光波对信号的携带方式分) 10.1 直接检测的基本原理 直接检测(非相干检测): 都是利用光源发射的光强携带信息,直接把接受到的光强变化转换为电信号的变化。 直接检测的基本特性 光探测器的平方律特性 光电流正比于光电场振幅的平方 输出的电功率正比于入射光功率的平方 信噪比：表征检测系统的灵敏度 视场角: 表征系统能“观察”到的空间范围 通频带宽度: 频带宽度越宽，通过信号的能量越大，系统的噪声功率也越大 检测距离：是系统灵敏度的另外一种评价指标． 10.1.1 三角法测试技术 引言： 激光三角法是激光测试技术的一种，也是激光技术在工业测试中的一种较为典型的测试方法。 该方法具有结构简单、测试速度快、实时处理能力强、使用灵活方便等特点，在长度、距离以及三维形貌等的测试中有广泛地应用。 10.1.2 三角法测试技术 三角法测试技术基础 10.1.2 三角法测试技术 三角法测试技术基础 10.1.2 三角法测试技术 在上述的三角法测量原理中，要计算被测面的位移量，需要知道距离a，而在实际应用中，一般很难知道a的具体值，或者知道其值但准确度也不高，影响系统的测试准确度。实际应用中可以采用另一种表述方式，如图所示 有下列关系: 10.1.2 三角法测试技术 激光三角法测量技术的测量准确度受传感器自身因素和外部因素的影响。 传感器自身影响因素主要包括: 光学系统的像差; 光点大小和形状; 探测器固有的位置检测不确定度和分辨力; 探测器暗电流和外界杂散光的影响; 探测器检测电路的测量准确度和噪声; 电路和光学系统的温度漂移等等。 测量准确度的外部影响因素主要有: 被测表面倾斜; 被测表面光泽、粗糙度、表面颜色等。 在使用之前必须通过实验进行标定。 10.2 激光外差干涉测试技术 引言：单频激光干涉仪的光强信号及光电转换器件输出的电信号都是直流量，直流漂移是影响测量准确度的重要原因，信号处理及细分都比较困难。 为了提高光学干涉测量的准确度，七十年代起有人将电通讯的外差技术移植到光干涉测量领域，发展了一种新型的光外差干涉技术。 概念：光外差干涉是指两只相干光束的光波频率产生一个小的频率差，引起干涉场中干涉条纹的不断扫描，经光电探测器将干涉场中的光信号转换为电信号，由电路和计算机检出干涉场的相位差。 特点：克服单频干涉仪的漂移问题； 细分变得容易； 提高了抗干扰性能。 10.2.1 激光外差干涉测试技术 一 激光外差干涉测试技术原理 ①外差干涉技术原理 设测试光路和参考光路的光波频率分别为ω和ω+Δω，则干涉场的瞬时光强为 §4-4 激光外差干涉测试技术 4.1 激光外差干涉测试技术原理 ①外差干涉技术原理 在干涉场中，放入两个探测器，一个放在基准点(x0, y0)处，称之为基准探测器，其输出基准信号i(x0, y0, t)，另一个放在干涉场某探测点(xi, yi)处，称之为扫描探测器，输出信号为i(xi, yi, t) 。将两信号相比，测出信号的过零时间差Δt，便可知道二者的光学位相差 10.2 激光外差干涉测试技术 ②激光外差干涉仪的光源 外差干涉需要双频光源。其频差根据需要选定。 1）塞曼效应He-Ne激光器——可得到1~2MHz的频差 10.2 激光外差干涉测试技术 10.2 激光外差干涉测试技术 二 激光外差干涉测试技术应用 ①激光外差干涉测长 10.2 激光外差干涉测试技术 二 激光外差干涉测试技术应用 ②激光外差干涉测量微振动 10.3 典型的光电检测系统 你所知道的光电检测系统??? 你能讲一讲光电检测系统??? 你能评一评光电检测系统??? 典型的光电检测系统 直接检测系统（光强调制） 莫尔条纹测长仪 激光测距仪 环境污染检测系统 光外差检测系统 激光干涉测长仪（相位调制） 多普勒测速（频率调制） 光外差通信 10.3.1　莫尔条纹测长仪 莫尔条纹的原理 将两块光栅(节距分别为P1和P2)叠加在一起,并且两者的栅线成很小的角度θ,透过光栅能看到如图所示的明暗相间的莫尔条纹.这就是莫尔条纹的光强调制作用． 长光栅莫尔条纹的形式 横向条纹:P1=P2, θ很小; 纵向条纹: P1~P2, θ=0; 斜条纹: P1~P2, θ很小. 莫尔条纹演示 莫尔条纹的特性 光栅的节距比光的波长大很多. 莫尔条纹的宽度B（mm)、光栅的节