第十章光电检测技术的典型应用ppt课件

1、第十章 光电检测技术的典型运用本章内容：光电准直光电测距锁相放大器取样积分器光子计数光学传送函数重点内容：光电准直光电测距锁相放大器取样积分器光子计数难点内容：锁相放大器取样积分器第一节 光电测绘技术一、波带板激光准直1、激光准直的方法利用激光方向性好的特点，将激光束经过望远镜系统射出，在需求准直的点上用光电探测器接纳；利用激光相关性好的特点，在望远镜前加设一个波带板，此时在望远镜前的一段间隔内，可察看到由波带板衍射效应所构成的衍射图样，衍射图样中心光斑的延续，就是仪器所给的准直线，它适用于长间隔、高精度的准直丈量。pqABCC2、波带板激光准直原理波带板是一种特殊光栅，它被激光器点光源发射的

2、单色相关光源照满时，有类似光学透镜的聚焦作用，在点光源至波带板中心延伸线的一定间隔处构成衍射图案。同时点光源到波带板的间隔p波带板至点光源的间隔q的关系为：Fqp111qpp3、系统组成1激光器点光源：采用小功率单模He-Ne立体激光器，输出为高斯光束，并在普通场所下加有针孔光栏，直接约为0.10.5mm。2波带板：根据菲涅耳衍射原理设计，透光带或遮光带边缘具有很高的位置精度，且透光部分有很好的透光性能，常为圆形波带板。通常利用电化学工业在金属薄板上构成透光孔而得到波带板图案。3光电接纳安装：具有很高放大倍率的电子线路，普通采用调制光源以及相应的带有选频放大的光电接纳安装。位移传感器ND控制器

3、K位移计显示器接纳头自动准直丈量的接纳安装当波带板成像照射在接纳头上偏离中心时，接纳头就有差动信号输出，经放大器放大后，再经过功率放大，推进可逆电机。可逆电机由丝杆接纳头衔接，使接纳头向波带板成像中心一定，直至没有差动信号输出才停顿。在接纳头上装有位移传感器，接纳头一定时，位移传感器将位移量转换成电信号，经过位移计处置，由显示器显示位移值。4、运用激光铅垂仪：定铅垂线的仪器，用在矿山竖井丈量投射垂线方向等；激光导向仪：进展定向控制的仪器，当需定向的任务机械等上装有光电接纳器时，经过自动控制系统可使任务机械等恢复到原位；激光水准仪等：利用激光准直线定程度或程度面的仪器；激光经纬仪：进展角度坐标丈

4、量定向准直丈量的仪器。二、光电测距它是以光为发射源，利用光波传播的间隔等于光速与传播时间的乘积这一根本原理进展测距的。一脉冲法激光测距仪构造可分为发射系统、接纳系统与察看瞄准系统三大部分以及供电的电源。见下页二相位法激光测距仪三超高频及多波相位测距仪鼓励源激光器脉冲放大及整形光电管门控电子门时钟振荡器复零电路计数器显示器当发射聚光电子漫反射进入接纳系统时，光电接纳器就接纳到基准信号，经过光电转换、微弱信号的放大，再经整形、反相放大后，触发门控电路置位，门控电路输出低电平，将门电路翻开。于是由时钟振荡器产生的计数脉冲可以经过门电路，进入计数器开场计数。当光电接纳器接纳到回波，同样经过转换放大、整

5、形、反相放大后输入门电路，使它复位。门控输出高电平，将门电路封锁，计数器停顿计数，显示器显示被测间隔值。1、发射系统：带有调Q安装的固体激光器发射光学系统组成。发射光学系统通常采用伽利略望远镜，将激光器置于该望远镜的目镜处，从而利用望远镜的视角放大率来减小激光的发散角。激光物质 激光波长相对值效率导热值稳定值红宝石6.943高0.3%好较好铷玻璃1.06um低1%不好次之YAG1.06um更低1%较好次之三种固体激光物质的主要性能比较四种调Q方法的比较调Q方法优点缺点马达（转镜）调Q简便可靠开关速度慢；脉冲宽；电机噪声大；寿命短。饱和吸收染料调Q简单经济开关时刻不能精确控制；只适用于一定激光波

6、长；寿命短。声光调Q 重复频率高；输出稳定开关时刻不能精确控制；电光调Q开关速度高，输出脉冲窄；开关时刻能精确控制；系统稳定。开关性能受电光晶体的品种晶量影响大。2、接纳系统：由接纳光学系统、光电变换器件及放大、计数、显示灯电子线路组成。接纳光学系统常采用光电倍增管；光电变换器件常采用足够小的时间常数的光电探测器，如光电发射型的光电倍增管光伏型的硅光电二极管或光电三极管。3、察看瞄准系统普通采用开普勒望远镜。脉冲激光测距仪的测距公式：tcD21三、光电自动测图利用CCD组成的光电摄影机可组成数字摄影丈量系统以实现自动测图。如下页：存储在HDDT高密度数字磁带上的影像数据，经过公用接口传送到计算

7、机，然后再传输到磁盘。作业员可用快速查看设备、高效绘图机电视终端对图像带进展检验。由电子产生的光标位于立体屏幕中心，用人工或电脑支配，可使两个影像作一样挪动，也可以在任一方向上彼此作相对挪动。由光标对准的那些像点可经过计算机读出，从而可以立刻得到像坐标其相应的地面坐标。HDDT记录仪光电摄像机HDDTHDDT复印机接口快速查看设备计算机VAX11/780)数组处置机图像存储器左电视屏幕右电视屏幕数字绘图桌高效光栅扫描画图机打印机终端设备磁带机磁盘机第二节 微弱光信号检测技术一、锁相放大器它是一种对交变信号进展相敏检波的放大器。利用被测信号有一样频率相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本

8、身那些与参考信号同频或倍频、同相的噪声分类有呼应，故能大幅度抑制无用噪声，改善信噪比。并且具有很高的检测灵敏度，信号处置比较简单。1、构成：见下页。选频锁相环移相器输入信号AC参考信号AC信号通道相敏检波输出信号DC前放混频乘法器低通滤波器锁相放大器的组成方框图参考通道2、锁相放大技术的四个根本环节：经过调制或斩光，将被测信号由零频范围转移到设定的高频范围内。检测系统变成交流系统；在调制频率上对有用信号进展选频放大；在相敏检波中对信号解调。同步解调作用截断了非同步噪声信号，使输出信号的带宽限制在极窄的范围内；经过低通滤波器对检波信号进展低通滤波。3、特点：要求对入射光束进展斩光或光源调制，适用

9、于调幅光信号的检测；极窄带高增益放大器，增益可达1011，带宽窄到0.0004Hz；交流直流信号变换器；可以补偿光检测中的背景辐射噪声前置放大器的固有噪声。信噪比改善可达1000倍。二、取样积分器Boxcar平均器利用取样平均化技术测定深埋在噪声中的周期性信号的丈量安装。根据被测信号的方式可分为稳态扫描丈量方式。其中扫描丈量方式见下页。1、运转步骤：利用检测光脉冲的鼓励源获得输入光脉冲同步的触发信号；利用门延时门脉冲宽度控制单元构成与触发脉冲具有恒定时延或时延与时间成线性关系的可调脉宽取样脉冲串；取样脉冲控制取样开关对延续的周期性变化信号进展扫描取样；积分器对取样信号进展多次线性累加，经过滤波

10、后获得输出信号。A1A2门脉冲门延时整形器扫描发生器输入放大器取样开关积分器输出放大器输出信号参考输入固定触发输入信号2、特点：适用于由脉冲光源产生的延续周期变化的信号波形丈量或单个光脉冲的幅度丈量。需求有与光脉冲同步的鼓励信号；是一个取样放大器，在每个信号脉冲周期内只取一个输入信号值；在多次取样过程中，门积分器对被测信号的多次取样值进展线性叠加，而对随机噪声是矢量叠加，所以，对信号有恢复提取作用；在丈量占空比小于50的窄脉冲光强度下，信噪比好于锁相放大器；用扫描方式丈量信号波形时能得到100ns的时间分辨率；双通道系统能提供自动背景辐射源补偿。三、光子计数系统一种利用光电倍增管能检测当管子能

11、量的功能，经过光电子计数的方法丈量极微弱光脉冲信号的安装。1、类型：根本的光子计数系统：见下页；源补偿的光子计数系统 ；背景补偿的光子计数系统。PMT比例计计数器数模转换器放大器光子参考电压光子脉冲噪声技术脉冲鉴别器模拟输出数字输出模拟输出根本的光子计数系统入射到光电倍增管阴极上的光子引起输出信号脉冲，经过放大器保送到一个脉冲高达鉴别器上，从中分别出单光子脉冲，再用计数器计数光子脉冲数。计算出一定时间间隔内的计数值，以数字模拟方式输出。2、根本过程：用光电倍增管检测弱光的光子流，构成包括噪声信号在内的输出光脉冲；利用脉冲幅度鉴别器鉴别噪声脉冲多光子脉冲，只允许单光子脉冲经过；利用光子脉冲计数器

12、检测光子数，根据丈量目的，折算出被测参量；为补偿辐射源或背景噪声的影响，可采用双通道丈量方法。3、特点：只适宜于极弱光丈量不能丈量包含许多光子的短脉冲强度；良好的信噪比；必需选择带有制冷器的光电倍增管；不用数模转换即可提供数字输出。第三节 光学传送函数检测技术1、三个传送函数调制传送函数MTF：表示系统对不同空间频率光分布的传输函数；相位传送函数PTF：表示系统对不同空间频率光分布的相位推移；光学传送函数OTF：表征滤波器对其中的光学信息进展滤波变换的才干。2、丈量OTF的根本环节：光学目的发生器：以典型鼓励图形为单元，组成空间变化的物面规范图形。经过适宜的光路投射到被测系统上作为理想的物函数

13、；目的像检测器：利用光检测器丈量被待测系统空间调制了的目的物函数，得到反映像面光强分布的时序信号；目的像频谱分析器：对表示像面光强分布的实现电信号进展频谱分析，解调出待测的光学传送函数。PMT选频检测狭缝被测物镜扫描光栅3、测试仪的构造构成及原理原理表示图被非相关光均匀照明的无穷远的狭缝经过被测物镜在扫描光栅上构成分散像。扫描光栅是亮暗不等宽的举行格子板，它在恒速电机带动下延续扫描狭缝像，实现光强分布的调制。被调制的光强经过PMT进展光电变换，然后输往电气部分进展信号窄带滤波，显示出相应空间频率的MTF值。由于狭缝分散像的弥散程度反映了被测物镜的像差衍射情况，这样，被测物镜的光学特征北调制在分散像上而经过空间时间变换光电变换经过电信号的处置被检测出来。光源聚光镜狭缝分划板扫描转鼓PMT频率扩展器被测物镜准直镜选频放大构造表示图各种装饰性光导纤维各种装饰性光导纤维 发光发光二极管产二极管产生多种颜生多种颜色的光线，色的光线，经过光导经过光导纤维传导纤维传导到东方明到东方明珠球体的珠球体的外表。在外表