第七章_光电信息变换课件

1、 将光学信息变换为电学信息的设备或系统称为光将光学信息变换为电学信息的设备或系统称为光电信息变换器。电信息变换器。 光电信息变换器常由光源、光学系统、光电传感器、偏置光电信息变换器常由光源、光学系统、光电传感器、偏置电路和处理电路构成。电路和处理电路构成。探探测测器器放放大大器器示波器示波器背景背景目标目标信信 号号处处 理理第七章第七章 光电信息变换光电信息变换7.1 7.1 光电信息变换的分类光电信息变换的分类 光电信息变换的分类：光电信息变换的分类： 根据根据信息载入光学信息的方式分：信息载入光学信息的方式分：信息载荷于光源的方式；信息载荷于透明体的方式；信信息载荷于光源的方式；信息载荷

2、于透明体的方式；信息载荷于反射光的方式；信息载荷于遮挡光的方式；信息载荷于反射光的方式；信息载荷于遮挡光的方式；信息载荷于光学量化器的方式；光通信方式的信息变换。息载荷于光学量化器的方式；光通信方式的信息变换。 根据根据光电变换电路输出信号与信息的函数关系分光电变换电路输出信号与信息的函数关系分为模为模拟光电变换与模拟光电变换与模- -数光电变换两类。数光电变换两类。 1. 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信息载荷于光源中的情况（或光学信息为光源本身），如光源的温度信息，光源的频谱信息，光源的身），如光源的温度信息，光源的频谱信息，光源

3、的强度信息等。强度信息等。 应用范围：钢水温度的探测、光谱分析、火灾报应用范围：钢水温度的探测、光谱分析、火灾报警、武器制导、夜视观察等。警、武器制导、夜视观察等。 举例：利用全辐射测温原理测量物体温度。举例：利用全辐射测温原理测量物体温度。 物体的全辐射出射度物体的全辐射出射度M Me, e, 与物体温度的关系为与物体温度的关系为 Me, =Me, ，s= T4 式中式中M Me, e, ，s 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，为物体为物体的发射系数，与物体的性质、温度及表面状况有关。的发射系数，与物体的性质、温度及表面状况有关。T T为被测体的温度，即测量的信息量。为被

4、测体的温度，即测量的信息量。 在近距离测量时，不考虑大气的吸收，光电传感器的变换在近距离测量时，不考虑大气的吸收，光电传感器的变换电路输出的电压信号为电路输出的电压信号为 式中，式中，m m为光学系统的调制度，为光学系统的调制度，为光学系统的透过滤，为光学系统的透过滤，S S为光电为光电器件的灵敏度，器件的灵敏度，G G为变换电路的变换系数，为变换电路的变换系数，K K为放大器的放大倍数，为放大器的放大倍数，= mSGK= mSGK称为系统的光电变换系数。称为系统的光电变换系数。而而Me, =Me, ，s= T4 ,SeeUm SGKMM4SUT 表明变换电路输出的电压信号表明变换电路输出的电

5、压信号U US S是温度是温度T T的函数，温度变化必的函数，温度变化必然引起电压的变化。因此，通过测量输出电压，并进行相应的标然引起电压的变化。因此，通过测量输出电压，并进行相应的标定就能够测出物体的温度。定就能够测出物体的温度。 2. 2. 信息载荷于透明体的方式信息载荷于透明体的方式 利用透明体的透明度、透明密利用透明体的透明度、透明密度分布、厚度、介质材料对光的吸度分布、厚度、介质材料对光的吸收系数等信息测量。收系数等信息测量。 应用范围：液体或气体的透明度（或混浊度）、应用范围：液体或气体的透明度（或混浊度）、透明薄膜的厚度、均匀度及杂质含量等。透明薄膜的厚度、均匀度及杂质含量等。

6、提取信息的方法常用光通过透明介质时光通量提取信息的方法常用光通过透明介质时光通量的损耗与入射通量及材料对光吸收的规律求解。即的损耗与入射通量及材料对光吸收的规律求解。即 le0 式中式中为透明介质对光的吸收系数，它与介质的浓为透明介质对光的吸收系数，它与介质的浓度度C C成正比，即成正比，即=C C。显然，。显然，为与介质性质有关为与介质性质有关的系数。上式可改写为的系数。上式可改写为 Cle0 由上式可见，当透明介质的系数由上式可见，当透明介质的系数为常数时，光通量的损耗为常数时，光通量的损耗与介质的浓度与介质的浓度C C与介质的厚度与介质的厚度l l有关，采用如图有关，采用如图7-1(a)

7、7-1(a)所示的变换所示的变换方式，变换电路的输出信号电压方式，变换电路的输出信号电压U Us s为即将变换电路的输出信号电为即将变换电路的输出信号电压压U Us s送入对数放大器后，便可以获得与介质的浓度送入对数放大器后，便可以获得与介质的浓度C C与介质的厚度与介质的厚度l l有关信号。有关信号。0sUCle两边取自然对数后两边取自然对数后 lnUs=lnU0Cl 测量液体或气体的透明度（或混浊度），检测透明薄膜的厚度、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。均匀度及杂质含量等质量问题。 Cle03. 3. 信息载荷于反射光的方式信息载荷于反射

8、光的方式 利用镜面反射或漫反射信息进行测量利用镜面反射或漫反射信息进行测量 应用范围：利用镜面反射来判断光信号有无等信应用范围：利用镜面反射来判断光信号有无等信息，如光电准值仪、迈克尔孙干涉仪；测量物体的运息，如光电准值仪、迈克尔孙干涉仪；测量物体的运动、转动的速度、相位等。漫反射主要是测量物体表动、转动的速度、相位等。漫反射主要是测量物体表面性质的信息，如反射系数载荷表面粗糙度及表面疵面性质的信息，如反射系数载荷表面粗糙度及表面疵病。病。 在检测产品外观质量时，变换电路输出的疵病信号电压在检测产品外观质量时，变换电路输出的疵病信号电压 US=E(r1-r2)B式中式中E E为被测表面的照度，

9、为被测表面的照度，r r1 1为正品（无疵病）表面的反射系数，为正品（无疵病）表面的反射系数，r r2 2为疵病表面的反射系数，为疵病表面的反射系数，B B为光电器件有效视场内疵病所占的为光电器件有效视场内疵病所占的面积，面积，为光电变换系数。为光电变换系数。 当当E E，r r1 1和和已知时，输出电压已知时，输出电压U US S是是r r2 2和和B B的函数，因此，可的函数，因此，可以通过输出信号电压以通过输出信号电压U US S的幅度判断表面疵病的程度和面积。的幅度判断表面疵病的程度和面积。 4. 4. 信息载荷于遮挡光的方式信息载荷于遮挡光的方式 利用物体部分或全部遮挡入射利用物体部

10、分或全部遮挡入射光束，或以一定的速度扫过光电器光束，或以一定的速度扫过光电器件的视场进行测量。件的视场进行测量。 应用范围：光电测微仪、光电投影显微测量仪、光应用范围：光电测微仪、光电投影显微测量仪、光电计数、光控开关和主动式防盗报警。电计数、光控开关和主动式防盗报警。 例如，设光电器件光敏面的宽度为例如，设光电器件光敏面的宽度为b b，高度为，高度为h h，当被测物体的宽度大于光敏面的宽度当被测物体的宽度大于光敏面的宽度b b时，物体沿光时，物体沿光敏面高度方向运动的位移量为敏面高度方向运动的位移量为l l，则物体遮挡入射，则物体遮挡入射到光敏面上的面积变化为到光敏面上的面积变化为 A A=

11、 =b bl l变换电路输出的面积变化信号电压为变换电路输出的面积变化信号电压为 U U= =E EA A=E bE bl l 5. 5. 信息载荷于光学量化器的方式信息载荷于光学量化器的方式 光学量化是指通过光学的光学量化是指通过光学的方法将连续变化的信息变换成方法将连续变化的信息变换成有限个离散量的方法。光学量有限个离散量的方法。光学量化器主要包括光栅摩尔条纹量化器主要包括光栅摩尔条纹量化器、各种干涉量化器和光学化器、各种干涉量化器和光学码盘量化器等。码盘量化器等。 应用范围：精密尺度测量、角度测量和精密机床加应用范围：精密尺度测量、角度测量和精密机床加工的自动控制方面。工的自动控制方面。

12、 长度或角度的信息量经光学量化装置（光栅、码盘、干涉长度或角度的信息量经光学量化装置（光栅、码盘、干涉仪等）变为条纹或代码等数字信息量，再由光电变换电路变为仪等）变为条纹或代码等数字信息量，再由光电变换电路变为脉冲数字信号输出。脉冲数字信号输出。 光源发出的光经光学量化器量化后送给光电器件转换成脉光源发出的光经光学量化器量化后送给光电器件转换成脉冲数字信号，再送给数字电路处理或送给计算机进行处理或运冲数字信号，再送给数字电路处理或送给计算机进行处理或运算。例如，将长度信息量算。例如，将长度信息量L L经光学量化后形成经光学量化后形成n n个条纹信号，量个条纹信号，量化后的长度信息化后的长度信息

13、L L为为 L L=q=qn n 式中，式中，q q称为长度的量化单位，它与光学量化器的性质有关，称为长度的量化单位，它与光学量化器的性质有关，量化器确定后它是常数。例如，采用光栅摩尔条纹变换器时，量化器确定后它是常数。例如，采用光栅摩尔条纹变换器时，量化单位量化单位q q等于光栅的节距，在微米量级；而采用激光干涉量等于光栅的节距，在微米量级；而采用激光干涉量化器时，化器时，q q为激光波长的为激光波长的1/41/4或或1/81/8，视具体的光学结构而定。，视具体的光学结构而定。6. 6. 光通信方式的信息变换光通信方式的信息变换 信息首先对光源进行调制，信息首先对光源进行调制，发出载有各种信

14、息的光信号，发出载有各种信息的光信号，通过光纤传送到目的地，再通通过光纤传送到目的地，再通过解调器还原信息。广泛用于过解调器还原信息。广泛用于声音和视频图像等信息通信中。声音和视频图像等信息通信中。二、光电信息变换的类型二、光电信息变换的类型 1. 1. 模拟光电变换模拟光电变换 被测的非电量信息（如温度、介质厚度、均被测的非电量信息（如温度、介质厚度、均匀度、溶液浓度、位移量、工件尺寸等）载荷于光匀度、溶液浓度、位移量、工件尺寸等）载荷于光信息量时，常为光度量（通量、照度和出射度等）信息量时，常为光度量（通量、照度和出射度等）的方式送给光电器件，光电器件则以模拟电流的方式送给光电器件，光电器

15、件则以模拟电流IpIp或或电压电压UpUp信号的形式输出。即输出信号量是被测信号信号的形式输出。即输出信号量是被测信号量量Q Q的函数，或称输出信号量与被测信号量之间的的函数，或称输出信号量与被测信号量之间的关系为模拟函数关系。可表示为关系为模拟函数关系。可表示为 Ip=f(Q)2. 2. 模模- -数光电变换数光电变换 在这类光电变换中，被测信息量在这类光电变换中，被测信息量Q Q通过光学变换量化为数字通过光学变换量化为数字信息（包括光脉冲、条纹信号和数字代码等），再经光电变换信息（包括光脉冲、条纹信号和数字代码等），再经光电变换电路输出。电路输出。 模模- -数光电变换中的光电变换电路只要

16、输出数光电变换中的光电变换电路只要输出“0”0”和和“1”1”（高、低电平）两个状态的脉冲即可。脉冲的频率、间隔、宽（高、低电平）两个状态的脉冲即可。脉冲的频率、间隔、宽度、相位等都可以载荷信息。因此，这类光电变换电路的输出度、相位等都可以载荷信息。因此，这类光电变换电路的输出信号不再是电流或电压，而是数字信息量信号不再是电流或电压，而是数字信息量F F。它与被测信息量。它与被测信息量Q Q的函数关系为的函数关系为 F = f(Q)F = f(Q)7.2 7.2 光电变换电路的分类光电变换电路的分类 1 1、什么是模拟变换电路，有哪几种常用的、什么是模拟变换电路，有哪几种常用的电路，各自的功能

17、及优缺点是什么？电路，各自的功能及优缺点是什么？2 2、什么是模、什么是模- -数变换电路，有哪几种常用的数变换电路，有哪几种常用的电路，各自的功能及优缺点是什么？电路，各自的功能及优缺点是什么？一、长、宽尺寸信息的光电变换一、长、宽尺寸信息的光电变换 7.3 7.3 几何光学法的光电信息变换几何光学法的光电信息变换1. 1. 投影放大法投影放大法投影放大测量方法的原理很简单，就是测得像，通过光学系统的放大倍数，得到被测物的尺寸。/yy 对像的测量方法有两种：对像的测量方法有两种： 用投影屏上的十字线或米字刻线对工件被用投影屏上的十字线或米字刻线对工件被测部位的轮廓边缘分别进行对准，通过工作测

18、部位的轮廓边缘分别进行对准，通过工作台的移动在读数机构上测得工件的尺寸；台的移动在读数机构上测得工件的尺寸；另一种是在投影屏上放大的影像与标准图另一种是在投影屏上放大的影像与标准图样（工件的公差带）比较，检验工件是否样（工件的公差带）比较，检验工件是否合格。合格。2. 2. 激光三角法激光三角法 随着半导体技术、光电子技术等发展，三角随着半导体技术、光电子技术等发展，三角法测试技术在位移、物体表面形态和质量测试应法测试技术在位移、物体表面形态和质量测试应用多，其原理如下：用多，其原理如下：cossinxbaxx11212cossin()cos()axxbxtanzbtanfxfzbx 三角法测

19、量精度影响因素：三角法测量精度影响因素：内因内因像差、光点大小和形状、探测器的固有位像差、光点大小和形状、探测器的固有位置检测不确定度和分辨力，探测器的暗电流、外置检测不确定度和分辨力，探测器的暗电流、外界杂散光、电路噪声、温度漂移界杂散光、电路噪声、温度漂移外因外因被测表面倾斜、光泽、粗糙度、颜色等，被测表面倾斜、光泽、粗糙度、颜色等，解决方法：实验标定解决方法：实验标定产品有：产品有：日本日本KeyenceKeyence，ReinshawReinshaw公司公司OP2OP2，美国，美国MEDARMEDAR公司的公司的21012101型型3.3.光学灵敏杠杆法光学灵敏杠杆法 用来测量微小长度

20、用来测量微小长度（或长度改变量）（或长度改变量）4.4.激光扫描法激光扫描法 这种方法是利用扫描光束周期性地照明被测这种方法是利用扫描光束周期性地照明被测物体，在物体边缘上形成强对比度随时间周期性物体，在物体边缘上形成强对比度随时间周期性变化的光分布，通过测量通光与遮光的时间差进变化的光分布，通过测量通光与遮光的时间差进行测长。行测长。 将物体位移量变换成光电信号，以将物体位移量变换成光电信号，以便进行非接触测量，是工业和计量检测便进行非接触测量，是工业和计量检测中的重要工作。中的重要工作。 采用线、面阵采用线、面阵CCDCCD图像传感器、图像传感器、CMOSCMOS图图像传感器、像传感器、P

21、SDPSD位置传感器等与成像物镜位置传感器等与成像物镜配合，很容易构成被测物像的位移信息变配合，很容易构成被测物像的位移信息变换系统，实现对物体位移量、运动速度、换系统，实现对物体位移量、运动速度、振动周期和频率等参数的测量。振动周期和频率等参数的测量。二、位移信息的光电变换二、位移信息的光电变换 在成像系统中，物像之间有严格的几何关系，被在成像系统中，物像之间有严格的几何关系，被测物体离开理想物面时就会引起像面上的光照度分布测物体离开理想物面时就会引起像面上的光照度分布的变化，利用这种现象可以测量轴向位移。的变化，利用这种现象可以测量轴向位移。 光焦点法光焦点法：以聚焦光：以聚焦光斑光密度分

22、布的集中斑光密度分布的集中程度来判断物体轴向程度来判断物体轴向位移的方法。位移的方法。1.1.像点轴上偏移检测的光焦点法像点轴上偏移检测的光焦点法02/ ZfZZ 像偏移法又叫光切法。它是一种三角测量方式的轴像偏移法又叫光切法。它是一种三角测量方式的轴向位移测量方法。向位移测量方法。2.2.像点轴外偏移检测的像偏移法像点轴外偏移检测的像偏移法Az 将电机等物体的转动速度、运行速度、信息的将电机等物体的转动速度、运行速度、信息的变化速度等物理量变换成光电信号的过程称为速度变化速度等物理量变换成光电信号的过程称为速度信息的光电变换。能够完成速度信息的光电变换的信息的光电变换。能够完成速度信息的光电

23、变换的方法有多种，其中利用光电耦合器（光电开关）、方法有多种，其中利用光电耦合器（光电开关）、旋转光闸、频闪式转速表等方法实现的速度信息光旋转光闸、频闪式转速表等方法实现的速度信息光电变换即简单又容易实现多种用途的变换。电变换即简单又容易实现多种用途的变换。 7.3.37.3.3、速度信息的光电变换、速度信息的光电变换 利用光电开关可以实现速度信息的光电转换。同利用光电开关可以实现速度信息的光电转换。同时，光电开关是一种简单的编码器，可以实现自动控时，光电开关是一种简单的编码器，可以实现自动控制和自动检测。制和自动检测。1.1.光电耦合器件（光电开关）测速光电耦合器件（光电开关）测速2.2.光

24、电耦合器件（光电开关）测速光电耦合器件（光电开关）测速频闪效应：频闪效应：依据人眼的视觉暂存效应，物消失后的一依据人眼的视觉暂存效应，物消失后的一定时间内，人眼视网膜能在一段时间内保持视觉印象，定时间内，人眼视网膜能在一段时间内保持视觉印象，大维时间为大维时间为1/201/5s1/201/5s。测量原理：测量原理：用一个可调频率的闪光灯照射频闪盘时，用一个可调频率的闪光灯照射频闪盘时，在闪光频率与频闪盘转动频率相同时频闪盘在某一位在闪光频率与频闪盘转动频率相同时频闪盘在某一位置灯恰好闪亮，使人眼清晰地看到频闪像在同一位置置灯恰好闪亮，使人眼清晰地看到频闪像在同一位置静止不动，闪光频率乘以静止不

25、动，闪光频率乘以6060即为频闪盘每分钟的转数。即为频闪盘每分钟的转数。7.5 7.5 时变光电信息的调制时变光电信息的调制n调制的基本原理与类型调制的基本原理与类型n信号的调制信号的调制n调制信号的解调调制信号的解调7.5.1 调制的基本原理与类型n1. 载波与调制载波与调制载波：在光电信息系统中，光通量为信息的载波：在光电信息系统中，光通量为信息的载体，称为载波。载体，称为载波。调制：使光载波信号的一个或几个特征参数调制：使光载波信号的一个或几个特征参数按被传送信息的特征变化，以实现信息检按被传送信息的特征变化，以实现信息检测传送目的的方法称为调制。测传送目的的方法称为调制。解调：从已调制

26、信号中分离并提取出有用的解调：从已调制信号中分离并提取出有用的信息，即恢复原始信息的过程称为解调。信息，即恢复原始信息的过程称为解调。n1. 1. 光电信息调制的分类光电信息调制的分类（1 1）按时空状态分：）按时空状态分：时间调制：载波随时间和信息变化。时间调制：载波随时间和信息变化。空间调制：载波随空间位置变化后再按信空间调制：载波随空间位置变化后再按信息规律调制。息规律调制。时空混合调制：载波随时间、空间和信息时空混合调制：载波随时间、空间和信息同时变化。同时变化。（2 2）按载波波形和调制方式分类：）按载波波形和调制方式分类：直流载波调制：不随时间而只随信息变化的调制。直流载波调制：不

27、随时间而只随信息变化的调制。交变载波调制：载波随时间周期变化的调制。交变载波调制：载波随时间周期变化的调制。交变载波又分为连续载波和脉冲载波方式：交变载波又分为连续载波和脉冲载波方式：连续载波调制方式包括调辐波、调频波、调相波；连续载波调制方式包括调辐波、调频波、调相波；脉冲载波调制方式包括脉冲调宽、调幅、调频。脉冲载波调制方式包括脉冲调宽、调幅、调频。3. 3. 典型的调制方法典型的调制方法 (1) 连续波调制 连续波调制的光载波通常具有谐波的形式，用下列函数描述 ttmsin)(0 式中0为光通量的直流分量，一般不载荷任何信息；m和为载波交变分量的振幅和频率。 V（t）为由被测信息决定的调

28、制函数 一般情况下，调制后的载波信号的形式为一般情况下，调制后的载波信号的形式为 )()()(sin()(0tVttVtVtm 振幅调制 光载波信号的幅度瞬时值随调制信息成比例变化，而频率、相位保持不变的调制方法称幅度调制或调幅。此时式中的 为 mmtmVtV)(1 )(则被调之后的载波信号可变成 ttmVtmsin)(1 )(0式中V（t）是调制函数，规定；m是调制度或调制深度，表示V（t）对载波幅度的调制能力，并且 1载波幅度化被调制波的最大幅度变mmm)( tVmttVsin 如图如图7-487-48（a a）所示为按单一谐波规律变化的被传送）所示为按单一谐波规律变化的被传送信息信息 ，

29、式中，式中， 为被测信息的为被测信息的谐波角频率；谐波角频率；F F、为相应的频率和初相位。图为相应的频率和初相位。图7-487-48（b b）所示为正弦载波。当被传送信息所示为正弦载波。当被传送信息 的初的初始相位始相位=0=0时，被调制的载波信号为时，被调制的载波信号为 ttVsinF2 ttmtmsinsin10载波信号按三角函数展开载波信号按三角函数展开 ttmttmmcoscos21sin0从上式可以看出正弦调制函数的调幅信号除了零频率从上式可以看出正弦调制函数的调幅信号除了零频率分量外还包含有三个谐波分量，即以分量外还包含有三个谐波分量，即以f f0 0为中心频率的为中心频率的基频

30、和基波振幅之半、频率分别为（基频和基波振幅之半、频率分别为（f f0 0+ +F F0 0）、（）、（f f0 0- -F F0 0）的两个分量。）的两个分量。 对于频谱分布在对于频谱分布在F F0 0 F F（=2=2F F0 0）范围内的任意函）范围内的任意函数数V V( (t t) ) ，所对应的调幅波频谱是由以载波频率，所对应的调幅波频谱是由以载波频率f f0 0为中心为中心的一系列边频组成，分别为的一系列边频组成，分别为f f0 0 F F1 1；f f0 0 F F2 2；f f0 0 F F。式中式中F F1 1，F F2 2均为均为F F内的频谱分量；频谱图如图内的频谱分量；频

31、谱图如图7-7-48(e)48(e)所示。若调制信号具有连续的带宽所示。若调制信号具有连续的带宽F Fmaxmax，则调幅波，则调幅波的频带是的频带是f f0 0 F Fmaxmax，带宽为，带宽为B Bm m=2=2 F Fmaxmax，其中，其中F Fmamax x是调制信号是调制信号的最高频率。的最高频率。 调制载波的频谱是选择检测通道带宽的依据。如若载波频率为f0=10 kHz，调制信号频率为F0500Hz，则调幅后的载波频谱分布在fL（100.5）kHz9.5kHz和fH（100.5）kHz10.5kHz之间，也就是调幅波的带宽为Bm=1kHz。因此，检测通道的带宽满足Bm的要求，对

32、带宽外的信号进行有选择地滤波，以便减少噪声和干扰，有利于提高信噪比。 被调制后的载波中的调制项为被调制后的载波中的调制项为 tVtV0式中式中V V（t t）为调制函数，规定）为调制函数，规定 ； 是载波频是载波频率相对于中心频率率相对于中心频率f f 的最大频率偏差，简称频偏。的最大频率偏差，简称频偏。 1)(tV2f若有余弦调制函数的情况，即若有余弦调制函数的情况，即 ， ttVcos 频率调制频率调制是一种以载波的瞬时频率变化来表示信是一种以载波的瞬时频率变化来表示信息的调制方式，通过利用载波的不同频率来表达不同的息的调制方式，通过利用载波的不同频率来表达不同的信息。信息。 频率调制频率

33、调制式中式中 为调制角频率。为调制角频率。F2 sinsin00tmttfm sinsincossincossin000tmttmttffm（7-84） 00000sin =sinmtmtV t ttV t dt式中式中 为频率调制指数。为频率调制指数。 为偏频，为偏频，F F为调制频率。为调制频率。 m m 表示单位调制频率引起偏频变化的大小。表示单位调制频率引起偏频变化的大小。 在设计时在设计时确定。确定。 Ffmfffm在窄带调频的情况下，在窄带调频的情况下， sinsincossincossin000tmttmttffm1sincostmftmtmffsinsinsin，带入上式可得：

34、带入上式可得： tmtttfmsincossin000ttmtmfm0000sinsin21sin频谱的基波频率为频谱的基波频率为 ，组合频率为，组合频率为 和和 。 000一般情况下，调制信号形式比较复杂时，频谱一般情况下，调制信号形式比较复杂时，频谱是以载波频率为中心的一个带宽域，带宽因是以载波频率为中心的一个带宽域，带宽因 而异。窄带调频时的带宽为而异。窄带调频时的带宽为 ，宽带，宽带调频时的带宽为调频时的带宽为 。例如，对。例如，对光通量调频，若光通量调频，若F=300HzF=300Hz，则当，则当 fmFBf2FmFfBff122kHzmf6 .2440fBkHzmf34fB4 .

35、0fBkHzmf86. 0 相位调制为载波的相位角随着调制信号的变相位调制为载波的相位角随着调制信号的变化而变化的调制。调频和调相两种调制波最终都化而变化的调制。调频和调相两种调制波最终都表现为总相角的变化。表现为总相角的变化。 cmtktttsin则调相波可写为则调相波可写为 cmmmtkttVttsinsinsin00式中式中 为相位比例系数，为相位比例系数，c c为相位角。为相位角。 k 相位调制相位调制是调制信号的相位角随调制信号的变化规律而变化，调相波的总相位角为 以上几种调制方式所得到的以上几种调制方式所得到的调制波都是连续振荡波称为调制波都是连续振荡波称为模模拟调制。拟调制。目前

36、，广泛地采用不目前，广泛地采用不连续状态的脉冲调制和数字式连续状态的脉冲调制和数字式调制（编码调制）。调制（编码调制）。 如将直流信号用间歇通断的如将直流信号用间歇通断的方法方法(2) 2) 脉冲调制脉冲调制 编码调制把模拟信号先变成序列脉冲，再变编码调制把模拟信号先变成序列脉冲，再变成代表信号信息的二进制编码，然后对载波进行成代表信号信息的二进制编码，然后对载波进行强度调制。编码调制，包含三个过程，即：强度调制。编码调制，包含三个过程，即：采样、量化采样、量化和和编码编码。 (3) (3) 编码调制编码调制 将连续信号分割成不连续脉冲的过程称为将连续信号分割成不连续脉冲的过程称为采样，序列脉

37、冲的幅度与信号的幅度相对应。根采样，序列脉冲的幅度与信号的幅度相对应。根据采样定理，只要采样频率比所传递信号的最高据采样定理，只要采样频率比所传递信号的最高频率大两倍以上，就能够恢复原信号。频率大两倍以上，就能够恢复原信号。 将采样后的调幅脉冲进行分级、取将采样后的调幅脉冲进行分级、取“整整”处理的过程称为量化，它用有限个数代表采样值处理的过程称为量化，它用有限个数代表采样值的大小。的大小。 将量化后的数字信号变换成相应的二进制将量化后的数字信号变换成相应的二进制码的过程称为编码。编码调制方式具有很强的抗码的过程称为编码。编码调制方式具有很强的抗干扰能力，在数字通信中得到广泛的应用。干扰能力，

38、在数字通信中得到广泛的应用。 (4) (4) 其它参量调制其它参量调制 能够表征光波的几何或物理特性的参能够表征光波的几何或物理特性的参量除量除光强光强、变化频率变化频率和和相位相位之外还有许多之外还有许多其他的参量，比如光传输中其他的参量，比如光传输中偏振方向偏振方向和和传传播方向等播方向等，这些参量也能作为调制的对象，这些参量也能作为调制的对象，用来传送有用的信息。用来传送有用的信息。 7.5.2 7.5.2 信号的调制信号的调制n直接调制（内调制）直接调制（内调制）n外调制（调制器完成）外调制（调制器完成）1. 1. 机电调制器机电调制器2. 2. 光控调制器光控调制器3. 3. 辐射源

39、调制器辐射源调制器调制器分为：调制器分为：7.5.3 7.5.3 调制信号的解调调制信号的解调 从已调制信号中从已调制信号中分离分离出有用信息的过程称为解出有用信息的过程称为解调，所以也称作检波，是信号调制的相反过程。实调，所以也称作检波，是信号调制的相反过程。实现解调作用的装置是解调器。现解调作用的装置是解调器。 不同的调制信号有不同的解调方法。下面介不同的调制信号有不同的解调方法。下面介绍调幅波解调的直线律检波和相位调制波的解调绍调幅波解调的直线律检波和相位调制波的解调器器相敏检波。相敏检波。 1 1直线律检波直线律检波(1)(1)二极管的检波特性二极管的检波特性 当如图所示的调幅波当如图

40、所示的调幅波U Uinin送入到检波送入到检波电路输入端时，经二极管检波器输出如电路输入端时，经二极管检波器输出如图所示的半波整流信号。即半波整流的图所示的半波整流信号。即半波整流的输出电压为输出电压为 000inininoUUUKUD 假设按正弦规律调幅的光载波信假设按正弦规律调幅的光载波信号经光电变换及隔直处理后具有下列号经光电变换及隔直处理后具有下列形式形式 ttmUisinsin1）（式中式中m m为调制度；为调制度；为调制频率；为调制频率；为为载波频率。并用傅里叶级数展开，得载波频率。并用傅里叶级数展开，得 12)2sin(2)2sin(22cos141sin12nDotnmtnmtnntmKU）