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光电探测与信号处理

光电探测与信号处理. 课程名称：光电探测与信号处理. 课程学时： 48. 教材名称：光电检测技术与应用．郭培源，付扬著．北京航空航 天大学出版社． 2006 年第一版. 主要参考书： 1. 光电检测技术．曾光宇，张志伟，张存林主编．清华大学出 版社；北京交通大学出版社． 2005 年第一版 2. 光电探测技术与应用，卢春生主编主编．机械工业出版 社． 1992 年 3. 光电检测技术．钱浚霞，郑坚立编著．机械工业出版社， 1993 年. 教学计划安排. 人类发展的基本要素. 信息. 物质.

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  1. 光电探测与信号处理

  2. 课程名称：光电探测与信号处理 课程学时：48 教材名称：光电检测技术与应用．郭培源，付扬著．北京航空航 天大学出版社．2006年第一版 主要参考书： 1.光电检测技术．曾光宇，张志伟，张存林主编．清华大学出 版社；北京交通大学出版社．2005年第一版 2. 光电探测技术与应用，卢春生主编主编．机械工业出版 社．1992年 3. 光电检测技术．钱浚霞，郑坚立编著．机械工业出版社， 1993年

  3. 教学计划安排

  4. 人类发展的基本要素 信息 物质 能量 构成世界的基础 物质运动的动力 第一章 绪论

  5. 微电子信息技术 信息技术 光子信息技术 光电信息技术 光电信息技术——“光频段的微电子技术”

  6. 光电系统基本模型： 光发射机 光学信道 光接收机 光源或被检测物体 的热辐射发射 介质：大气，光纤等 接受到 的光场 接收透镜 系 统 光 电 检测器 后续检测 处理器 光电系统：用电子学的方法对光学信息处理与控制的系统。

  7. 空间滤波器 直接检测接收机： 光电检测器 接受到 的光场 聚焦光场 频率滤波器 透镜 外差检测接收机： 准直后的光场 合束镜 接受到 的光场 光电检测器 聚焦光场 本地光场 本地 激光器 透镜 光接收机的两种基本类型：

  8. 光载波 光信息 电信息 光学系统 被测对象 光学变换 光电转换 光源 显示 输出 几何成像 干涉 衍射 偏振 扫描 全息 光谱 莫尔 （望远、 （应变） 显微、 摄影） 光电转换器件 电信号 处理 存储 CPU 控制 光电系统工作过程：

  9. 光电系统分类： • 1.光电测绘系统 • 例：多谱勒测速（测振）；光电测绘（径纬仪）；光电准直（激光直仪）。 • 2．光学显微内窥镜 • 光电瞄准 • 3. 光电摄像 • 　 可视电话（图象压缩与解码） • 4. 军用光电系统 • 激光测距仪（相位法测距，脉冲法测距） • 对潜艇通讯：532nm激光（蓝绿光）容易通过海水窗口。 • 激光探潜、探水雷 • 激光侦听（红外激光）

  10. 5. 大气光学（光谱） • 气象雷达，粉尘检测，光谱分析 • 6. 天文观测 • 哈勃望远镜 • 7. 光电检测系统： • 用光电的方法对某些物理量（声、光谱、热、电、磁、力）；化学量（浓度等）；几何量（长度、角度、表面粗糙度）进行检测的系统。 光电检测技术：将光学技术与电子技术相结合实现各种量的测 量。

  11. 检测与测量的概念 检测：通过一定的物理方式，分辨出被测参数量并归属到某一 范围带，以此来判别被测参数是否合格或参数量是否存 在。 测量：将被测的未知量与同性质的标注量进行比较，确定被测 量对标注量的倍数，并通过数字表示出这个倍数的过 程。

  12. 测量的两种方式： 直接测量：由仪表读数直接得出被测量的数值。 温度计，万用表 间接测量：测量与被测量有关的物理量，间接计算得出被测量 的数值。 功率P=I•V

  13. 光电传感器与敏感器 传感器——将非电量转换为与之有对应关系的电量输出 敏感器——将被测非电量转换为可用非电量 光电传感器：基于光电效应，将光信号转换为电信号的传感器。 组成部分：光源、光学系统、光电信息转换器 （光电二极管，光电三极管，光敏电阻，光电池等） 光电传感器的分类 （根据光源、光学系统和光电转换器放置位置的不同）： 1. 直射型 2. 反射型 3. 辐射型

  14. 光电检测技术的特点： 1. 高精度 2. 高速度 3. 远距离，大量程 4. 非接触测量 ① 接触测量力易引起误差的场合适用 ②无法用接触的方法测量（远程、高温、危险） 5. 空间分辨率高 6. 实时测量 7. 信息处理和运算能力强

  15. 被测物理量 光通量 光电传感器 放大,定标 直接读数 光楔 ¢2 +E C L ¢1 放大 相敏检波器 μA R U 调制盘 被测物 光电检测的基本方法 1. 直接作用法：直接获得被测物理量 2. 差动测量法：由被测量与标准量的比较获得被测量的大小 例：双光路差动测量法测物体的长度

  16. U ¢ ¢1 ¢2 ¢1 ¢2 ¢1 ¢2 ¢1= ¢2 0 0 t t ¢ U ¢1 ¢1 ¢1 ¢2 ¢2 ¢2 0 ¢1> ¢2 t 0 t ¢ U ¢2 ¢2 ¢2 ¢1 ¢1 ¢1 ¢1< ¢2 0 t 0 t U=S(¢1- ¢2）

  17. ui uO 乘法器 滤波器 uR 相敏检波器： 高频，过滤掉

  18. 读数 光楔 ¢2 +E C ¢1 放大 相敏检波器 R U 调制盘 被测物 L 3. 补偿测量法：用光或电补偿因被测量变化而引起的光通量 的变化

  19. v n +E R2 N 计数器 R1 高频脉冲 4. 脉冲测量法：将被测量的光通量转换成电脉冲 例1 脉宽法测长度 L=vt=vkN=KN

  20. +E 放大 R 整形 n N 计数 控制时间t 反射片 例2 频率法测速 m: 反射片数目 n: 转速/分钟 n=60N/(mt) f=nm/60=N/t

  21. 光电检测在生产中的应用： 带材跑偏检测器：用来检测带型材料在加工中偏离正确位置的大小及方向,从而为纠偏控制电路提供纠偏信号,主要用于印染、送纸、胶片、磁带生产过程中。 朱伟，等：光电传感器在自动化生产线上的应用.电子工程师.2004，Vol. 30 No. 8，72~73

  22. 当充填高度h 偏差太大时，光电接头没有电信号，即由执行机构将包装物品推出进行处理。

  23. 若包装物品规定底色为白色， 在产品包装前先由光电检测色质，物品泛黄时就有比较电压差输出，接通电磁阀，由压缩空气将泛黄物品吹出。

  24. 利用反射式光电传感器可以检测布料的有无和宽度。利用遮挡式光电传感器检测布料的下垂度,其结果可用于调整布料在传送中的张力。利用反射式光电传感器可以检测布料的有无和宽度。利用遮挡式光电传感器检测布料的下垂度,其结果可用于调整布料在传送中的张力。

  25. 光电检测技术的发展趋势： • 发展纳米、亚纳米高精度的光电测量新技术 • 发展小型的、快速的未见光、机、电检测系统 • 非接触、快速在线测量 • 向微空间三维测量技术和大空间三维测量技术发展 • 实现光电测量与光电控制一体化 • 发展光电跟踪与光电扫描技术 等

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