光电技术第12讲.pptx
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1、光学信息电学信息第7章 光电信息变换 光电信息变换器光源光学系统光电传感器偏置电路处理电路7.l 光电信息变换的分类光电信息变换的分类 7.1.1 光电信息变换的基本形式 1.信息载荷于光源的方式信息载荷于光源的方式 信息载荷于光源中的情况(或光学信息为光源本身光学信息为光源本身)温度信息频谱信息强度信息钢水温度的探测光谱分析火灾报警武器制导夜视观察地形地貌普查成像测量 物体自身辐射通常是缓慢变化的,因此,经光电传感器获得的电信号为缓变的信号或直流信号。为克服直流放大器的零点漂移、环境温度影响和背景噪声的干扰,常采用光光学学调调制制技技术术或或电电子子斩斩波波调调制制的方法将其变为交流信号,然
2、后再解调出被测信息。在辐射测温应用中温度信息存在于光源的辐射出射度Me,,由斯忒藩玻尔兹曼定律斯忒藩玻尔兹曼定律可知物体的辐射出射度Me与物体温度的关系为 例:全辐射测温 式中式中Me,s为同温度黑体的辐射出射度,为同温度黑体的辐射出射度,为物体的发为物体的发射系数,与物体的性质、温度及表面状况有关。射系数,与物体的性质、温度及表面状况有关。T为被为被测体的温度,即测量的信息量。测体的温度,即测量的信息量。在在近近距距离离测测量量时时,不不考考虑虑大大气气的的吸吸收收,光光电电传传感感器器的的变换电路输出的电压信号为变换电路输出的电压信号为式中,式中,m为光学系统的调制度,为光学系统的调制度,
3、为光学系统的透过滤,为光学系统的透过滤,S为光电器件的灵敏度,为光电器件的灵敏度,G为变换电路的变换系数,为变换电路的变换系数,K为放为放大器的放大倍数,大器的放大倍数,=mSGK称为系统的光电变换系数。称为系统的光电变换系数。表表明明变变换换电电路路输输出出的的电电压压信信号号US是是温温度度T的的函函数数,温温度度变变化化必必然然引引起起电电压压的的变变化化。因因此此,通通过过测测量量输输出出电电压压,并并进进行行相相应应的的标标定定就就能能够够测测出出物物体体的的温度。温度。这样有:2.信息载荷于透明体的方式信息载荷于透明体的方式 在这种情况下,信息可为透明体的透明度,透明体密透明度,透
4、明体密度度的分布,透明体的厚度厚度,透明体介质材料对光的吸收系吸收系数数等都为载荷信息的方式。式中为透明介质对光的吸收系数,它与介质的浓度C成正比,即=C。显然,为与介质性质有关的系数。提取信息的方法常用光通过透明介质时光通量的损耗光通量的损耗与入射通量及材料对光吸收的规律与入射通量及材料对光吸收的规律求解。即 当透明介质的系数为常数时,光通量的损耗与介质的浓度C与介质的厚度l有关.变换电路的输出信号电压Us为两边取自然对数后 即将变换电路的输出信号电压Us送入对数放大器后,便可以获得与介质的浓度C与介质的厚度l有关信号。利用此信号可以方便地得到介质的浓度C(在介质的厚度l确定的情况下),或得
5、到介质的厚度l(在介质的浓度C确定的情况下)。还可以测量液体或气体的透明度(或混浊度),检测透明薄膜的厚度、均匀度及杂质含量等质量问题。3.信息载荷于反射光的方式信息载荷于反射光的方式 反射有镜面反射与漫反射两种,各具有不同的物理性质和特点。利用这些性质和特点将载荷于反射光的信息检测出来实现光电检测的目的。镜面反射在光电技术中常用作合作目标,用它来判断光信号的有无等信息的检测。在检测产品外观质量时,变换电路输出的疵病信号电压 式中E为被测表面的照度,r1为正品(无疵病)表面的反射系数,r2为疵病表面的反射系数,B为光电器件有效视场内疵病所占的面积,为光电变换系数。由式可知,当E,r1和已知时,
6、输出电压US是r2和B的函数,因此,可以通过输出信号电压US的幅度判断表面疵病的程度和面积。这种方式除上述应用外,还可应用于电视摄像、文字识别、激光测距、激光制导等方面。4.信息载荷于遮挡光的方式信息载荷于遮挡光的方式 信息载荷于遮挡光的方式,物体部分或全部遮挡入射光束,或以一定的速度扫过光电器件的视场,实现了信息载荷于遮挡光的过程。例如,设光电器件光敏面的宽度为b,高度为h,当被测物体的宽度大于光敏面的宽度b时,物体沿光敏面高度方向运动的位移量为l,则入射到光敏面上的面积变换电路输出的面积变化信号电压为可见,用这种方式即可以检测被测物体的位移量l、运动速度v和加速度等参数,又可以测量物体的宽
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