光電檢測總結

光電檢測系統(tǒng)綜述第一章概論1.探測技術的概念和分類。定義：確定被測試對象的屬性和測量單位的所有操作測試技術分類根據(jù)工作原理：機械阻抗電光電輻射按操作：接觸，非接觸按工作物質：電、非電光電檢測技術特性，光電檢測系統(tǒng)配置。特征：光電子檢測技術以激光、紅外、光纖等現(xiàn)代光電子器件為基準，檢測包含被檢測物體信號的光輻射(發(fā)射、反射、散射、衍射、折射、透射等)。也就是說，光輻射通過光電檢測裝置接收，并轉換成電信號。從輸入電路、放大濾波器等檢測電路中提取有用的信息，通過A/D轉換接口顯示或打印微機運算、處理、輸出所需的檢測對象的幾何量或物理量。系統(tǒng)配置：改變電路光電傳感器光源光學系統(tǒng)被殺對象光學轉換電信號處理保存現(xiàn)時控制劑光學轉換電路處理第二章基本知識電磁波譜光譜光學效率函數(shù)設備的基本特性參數(shù)響應特性噪聲特性量子效率線性工作溫度1、響應特性1.響應度(或靈敏度):對光電探測器輸出信號和輸入光功率之間關系的測量。描述了光電探測器部件的光電轉換效率。響應度隨著入射光的波長而變化響應度電壓響應率和電流響應率電壓響應率：光電探測器輸出電壓與入射光功率之比電流響應率：光電探測器輸出電流與入射光功率之比2.光譜響應度：探測器在波長為的單色光照射下，輸出電壓或電流與入射單色光力的比率3.積分反應度：探測器對各種波長光的連續(xù)輻射量的反應程度。4.響應時間：響應時間是描述光探測器對入射光響應速度的參數(shù)。上升時間：入射光照射在光電探測器上時，光電探測器輸出上升到穩(wěn)定值所需的時間。下降時間：解除入射光阻擋后，光電探測器輸出下降到穩(wěn)定值所需的時間。5.頻率響應：光探測器的響應隨入射光的調制頻率變化的特性稱為頻率響應2、噪音特性在一定波長的光下，光探測器輸出的電信號不是直線，而是在平均值上上下隨機波動，這實際上是物理量圍繞該平均值波動的現(xiàn)象使用平均平方噪波表示噪波值的大小噪音的分類和特性外部干擾噪聲：人工干擾噪聲和自然干擾噪聲。人工干擾：電子設備的干擾噪音。人的步態(tài)對干涉儀光線路徑的影響，如日光燈下焦距測量儀。自然干擾：閃電、太陽等。太陽下的光電導盲內部噪音：人工噪音和獨特噪音兩種類型。使用者噪音：電源頻率AC (50Hz)，測試設備中冷卻風扇造成的光纖路徑變更。獨特噪聲：粒子噪聲、熱噪聲、生成-復合噪聲、1/f噪聲、溫度噪聲光探測器的一般噪聲熱噪音：由托架不規(guī)則熱運動引起的噪音。熱噪聲存在于任何電阻中，熱噪聲與溫度成正比，與頻率無關，熱噪聲也稱為白噪聲。塊狀噪聲：進入光電探測器表面的光子是隨機的，光電離開光電表面是隨機的，在PN連接處通過連接區(qū)域的載波數(shù)也是隨機的。粒子噪音也是白色噪音，與頻率無關。體噪聲是光探測器的固有特性，根據(jù)對大多數(shù)光探測器的研究，體噪聲占主導地位。生成-復合噪聲：半導體照明，載流量繼續(xù)生成-復合。載流量生成和復合平均在平衡狀態(tài)時是恒定的。但是，在某一時刻，載流量的產生和復合的數(shù)量會波動。載流子濃度的波動引起半導體電導率的波動。1/f噪波：或閃爍噪波或低頻噪波。噪聲的功率近似與頻率成反比。在大多數(shù)設備上，1/f噪聲已衰減，可以在200-300hz或更高頻率下忽略。典型代表：電流振幅漂移溫度噪聲：由于熱探測器和背景之間的能量交換而引起的探測器本身的溫度波動，稱為溫度噪聲。第三章光電設備電荷耦合器件(CCD)原理和工作過程CCD是電荷耦合設備(Charge Coupled Device)CCD的突出特點：與大多數(shù)其他設備使用電流或電壓不同，使用電荷作為信號。CCD的基本功能是電荷存儲和電荷轉移。CCD工作過程的主要問題是信號電荷的創(chuàng)建、存儲、傳輸和檢測。CCD的結構MOS感光元件：構成CCD的基本單位是金屬-氧化物-半導體(MOS)結構。電荷存儲在閘門添加正偏位之前，p型半導體的孔(多子)分布均勻。添加正偏移會導致氣穴被拒絕，從而產生耗盡區(qū)域，增加偏移，從而使耗盡區(qū)域向內擴展。在Ug ut h中，半導體和絕緣體接口的電勢很高，將半導體內的電子(小數(shù))吸引到表面，形成非常薄但電荷濃度高的半形層。反射層電荷的存在表明了莫爾斯結構存儲電荷的功能。電荷轉移(耦合)第一個電極保持10V，第二個電極的電壓從2V變?yōu)?0V，兩個電極連接得很緊(間距只有幾微米)，因此每個相應的電位井合在一起。原來第一個電極下的電荷是這兩個電極下的勢阱共同使用的。此后，如果第一個電極電壓從10V更改為2V，第二個電極電壓仍為10V，則公用電荷將傳遞到第二個電極下的勢阱中。這樣，深勢阱和電荷包向右移動一個位置。CCD電極間隙必須小，以便電荷不受干擾地從一個電極轉移到相鄰電極。大多數(shù)CCD，1m的間隔長度也足夠了。CCD的工作原理Ccd主要是信號輸入，電荷轉移，信號輸出。輸入部分：用CCD引入信號電荷被稱為電荷注入的第一個過渡柵下的勢阱。電荷注入方法主要有兩種電注入：用于過濾、延遲線和內存等。通過輸入二極管將電壓應用到輸入門。注入燈光：用于攝影機。使用光敏元件代替輸入二極管。CCD硅片在光照下在靠近柵極的半導體中產生電子-孔對，其中大多數(shù)由柵極電壓分隔，少數(shù)載流子從勢阱中收集以形成信號電荷。轉換為一定的周期，將超過閾值的電壓應用于CCD門，在半導體表面形成不同深度的勢阱。勢阱用于存儲信號電荷，深度與信號電壓變化同步，使陷阱內的信號電荷沿著半導體表面?zhèn)鬏?，最后使輸出二極管發(fā)送視頻信號。為了傳遞電荷的方向性，在CCD的MOS陣列中，將幾個相鄰的MOS電荷分成一個單元的循環(huán)結構。CCD包含的MOS數(shù)是CCD上的照片數(shù)。以電子為信號電荷的CCD稱為n型通道CCD，簡稱為n型CCD。孔帶信號電荷的CCD稱為p通道CCD，簡稱為p型CCD。n型CCD的工作頻率比p型CCD高得多，因為電子的移動率比孔移動率高得多。CCD的功能體積小，功耗低，可靠性高，壽命長?？臻g分辨率高，位置精度高，測量精度高。高光電靈敏度、大動態(tài)范圍、強紅外靈敏度、高信噪比。高速掃描，基本上不保留重影(電子束相機15%到20%的重影)房性高可用于非接觸式精密尺寸測量系統(tǒng)。沒有圖像燒傷、失真、電磁干擾。有數(shù)字掃描能力。元件的位置可以由數(shù)字代碼確定，以便于與計算機連接。第4章-檢測電路半導體激光器驅動大頭針流行音樂電力控制系統(tǒng)LD恒流源溫度調節(jié)半導體激光電源穩(wěn)定性主動法被動法波長鎖定方法接腳接收器驅動電路電流發(fā)射大電壓發(fā)射大En，In噪聲模型(匹配電阻、噪聲系數(shù)、放大器噪聲、En和In測量方法)噪波系數(shù)和噪波匹配在這里，EnA始終存在，因此F1為NF=10log F(dB)。也就是說，En，In的值越小，f越接近1。F=1，理想的“無噪聲放大器”。同樣，如果存在，則可以實現(xiàn)F=1的目標。第五章弱光信號檢測鎖相放大器(LIA)的基本結構、工作原理、工作過程和特性頻率選擇固定拓撲回路移相器輸入信號交流參考信號交流信號通道相位檢測放在前面混合倍增(相位探測器PSD)低通濾波器LPF鎖相放大器的配置參考通道LIA的基本工作原理通過調制或切削從0頻率范圍到設定的高頻范圍傳輸經(jīng)測試的信號。測試系統(tǒng)變?yōu)榻涣飨到y(tǒng)。調制頻率下有用信號的頻率選擇放大；在相位檢測檢查中解調信號。同步解調功能阻止異步噪聲信號，從而將輸出信號的帶寬限制在非常窄的范圍內。通過低通濾波器檢測信號的低通濾波器。鎖相放大器(Lock-in Amplifier，LIA)交流信號的相位檢測放大器。以與正在測量的信號具有相同頻率和相位關系的參考信號作為比較基準，僅響應與正在測量的信號本身和參考信號具有相同頻率(或倍頻)的相同相位噪聲分類。因此，可以大大抑制無用的噪聲，提高信噪比。檢測靈敏度高，信號處理比較簡單。LIA的配置信號通道：交流放大、調制、帶通濾波器參考通道：觸發(fā)，相移，驅動方法相位檢測：模擬乘數(shù)，電子開關低通濾波器：RC過濾器。LIA的特點需要適合幅度調制光源信號檢測的入射光束切割或光源調制。極窄波段高增益放大器，1011增益，0.0004Hz的帶寬；Ac-dc信號轉換器；可以校正光檢測中的背景輻射噪聲和前置放大器中的固有噪聲。提高信噪比1000倍?？朔貥闫普皇噶挎i相放大器克服頻率漂移外差鎖相放大器取樣積分器的基本結構和工作過程A1A2門脈沖門延遲了成型機掃描生成器輸入放大器取樣開關積分器輸出放大器輸出信號輸入?yún)⒖脊潭ㄓ|發(fā)器輸入信號執(zhí)行步驟使用用于光脈沖檢測的激勵源獲取和輸入光脈沖同步的觸發(fā)信號。利用門延遲和門脈寬控制裝置，形成與觸發(fā)脈沖具有一定延遲或延遲和時間-線性關系的可調脈寬采樣脈沖串。采樣脈沖控制采樣開關對連續(xù)周期性變化信號進行掃描采樣。積分器對采樣信號進行多次線性累積過濾，然后得到輸出信號。采樣平均的基本原理：首先，使用與信號重復頻率相同的參考信號對信號進行采樣，然后根據(jù)信號相關原理多次重復提取信號，獲得噪聲的統(tǒng)計接近平均0的“干凈”信號。相應的信噪比已得到改善，如下所示可以看出樣品積分器的信號對增強與積分數(shù)m成正比?；€偏移和克服由于長采樣、掃描期間電容泄漏、放大器零增益變化、溫度漂移、時間漂移、激勵源波動等原因，測試目標信號可以生成基線漂移。第六章光電檢測系統(tǒng)直接檢測和二次調制:使用光源發(fā)出的發(fā)光強度傳遞信息，無論是一致光源還是非一致光源。光探測器將接收的亮度的變化直接轉換為電信號的變化，然后檢測發(fā)送到解調電路的信息。二次調制(副載波調制)X(t) s(t)一次調制二次調制主要調制方式x(t)=a cos(Wnt 1099)振幅調制(AM)頻率調制(FM)相位調制(PM)脈沖編碼調制(PCM)波長調制、偏振調制等振幅調制、量子頻帶調制、單邊帶調制AM調制的基本原理和特性SAM(t)=A0 f(t)c(t)其中初始信號f(t)=am mos(wmt 109m)調制信號c(t)=cos(Wnt 1099)A0是初始振幅所以得到，得到，Sam(t)=a0cos(Wnt 1090)0.5 amos(wmw 0)t 109m 10900.5 amos(WM-w0)t 109m-1099 m= 1099=0時，向上簡化為Sam(t)