光電檢測技術(shù)課件(前言)

1、光電檢測技術(shù)光電檢測技術(shù)汪麗春汪麗春（辦公地點：物理樓（辦公地點：物理樓210210） YANGZHOU UNIVERSITY2一、光電檢測技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用一、光電檢測技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用在線檢測：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位在線檢測：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位. .3二、光電檢測技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用二、光電檢測技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用 家用電器：家用電器：數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機：自動對焦數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機：自動對焦-紅外測距傳感器紅外測距傳感器自動感應(yīng)燈：亮度檢測自動感應(yīng)燈：亮度檢測-光敏電阻光敏電阻空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度檢測空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度檢測-熱敏電阻、熱電偶

2、熱敏電阻、熱電偶遙控接收：紅外檢測遙控接收：紅外檢測-光敏二極管、光敏三極管光敏二極管、光敏三極管可視對講、可視電話：圖像獲取可視對講、可視電話：圖像獲取-面陣面陣CCDCCD辦公商務(wù)：辦公商務(wù)：掃描儀：文檔掃描掃描儀：文檔掃描-線陣線陣CCDCCD紅外傳輸數(shù)據(jù)：紅外檢測紅外傳輸數(shù)據(jù)：紅外檢測-光敏二極管、光敏三極管光敏二極管、光敏三極管醫(yī)療衛(wèi)生：醫(yī)療衛(wèi)生：數(shù)字體溫計：接觸式數(shù)字體溫計：接觸式-熱敏電阻，非接觸式熱敏電阻，非接觸式-紅外紅外傳感器傳感器4三、光電檢測技術(shù)在軍事上的應(yīng)用三、光電檢測技術(shù)在軍事上的應(yīng)用夜視瞄準機系統(tǒng)：夜視瞄準機系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術(shù)非冷卻紅外傳感器技術(shù)激光測距儀

3、：激光測距儀：可精確的定位目標可精確的定位目標美軍研制的未來單兵作戰(zhàn)武器美軍研制的未來單兵作戰(zhàn)武器5喂鈔臺喂鈔臺顯示面板顯示面板功能鍵功能鍵預(yù)置健預(yù)置健接鈔輪接鈔輪接鈔臺接鈔臺接鈔臺傳感器接鈔臺傳感器新版鍵新版鍵喂鈔臺傳感器喂鈔臺傳感器幣長調(diào)節(jié)輪幣長調(diào)節(jié)輪四、光電檢測技術(shù)應(yīng)用實例簡介四、光電檢測技術(shù)應(yīng)用實例簡介61.1.接鈔臺傳感器接鈔臺傳感器2.2.接鈔導(dǎo)板接鈔導(dǎo)板3.3.記數(shù)穿透傳感器記數(shù)穿透傳感器4.4.接鈔輪接鈔輪5.5.喂鈔輪喂鈔輪6.6.捻鈔輪捻鈔輪7.7.壓鈔輪壓鈔輪8.8.喂鈔臺板喂鈔臺板9.9.喂鈔臺調(diào)節(jié)螺桿喂鈔臺調(diào)節(jié)螺桿7v主要工作模塊主要工作模塊 激光檢測激光檢測激光光源

4、的應(yīng)用激光光源的應(yīng)用 紅外穿透檢測紅外穿透檢測紅外信號的檢測紅外信號的檢測 熒光反應(yīng)的檢測熒光反應(yīng)的檢測熒光信號的檢測熒光信號的檢測 紙寬的檢測紙寬的檢測紅外發(fā)光二極管及接收二極管的紅外發(fā)光二極管及接收二極管的應(yīng)用應(yīng)用 喂鈔臺、接鈔臺傳感器喂鈔臺、接鈔臺傳感器紅外對管的應(yīng)用紅外對管的應(yīng)用用一定波長的紅外激光照射第五用一定波長的紅外激光照射第五版人民幣上的熒光字，會使熒光版人民幣上的熒光字，會使熒光字產(chǎn)生一定波長的激光，通過對字產(chǎn)生一定波長的激光，通過對此激光的檢測可辨別鈔票的真假。此激光的檢測可辨別鈔票的真假。由于仿制困難，故用于辨?zhèn)魏軠视捎诜轮评щy，故用于辨?zhèn)魏軠蚀_。確。紅外穿透的工作原理是

5、利用人民幣的紙張比較紅外穿透的工作原理是利用人民幣的紙張比較堅固、密度較高以及用凹印技術(shù)印刷的油墨厚堅固、密度較高以及用凹印技術(shù)印刷的油墨厚度較高，因而對紅外信號的吸收能力較強來辨度較高，因而對紅外信號的吸收能力較強來辨別鈔票的真假。人民幣的紙質(zhì)特征與假鈔的紙別鈔票的真假。人民幣的紙質(zhì)特征與假鈔的紙質(zhì)特征有一定的差異，用紅外信號對鈔票進行質(zhì)特征有一定的差異，用紅外信號對鈔票進行穿透檢測時，它們對紅外信號的吸收能力將會穿透檢測時，它們對紅外信號的吸收能力將會不同，利用這一原理，可以實現(xiàn)辨?zhèn)?。不同，利用這一原理，可以實現(xiàn)辨?zhèn)?。熒光檢測的工作原理是針對人民幣的紙質(zhì)進行檢測。人民幣采用專熒光檢測的工作

6、原理是針對人民幣的紙質(zhì)進行檢測。人民幣采用專用紙張制造（含用紙張制造（含8585以上的優(yōu)質(zhì)棉花），假鈔通常采用經(jīng)漂白處理以上的優(yōu)質(zhì)棉花），假鈔通常采用經(jīng)漂白處理后的普通紙進行制造，經(jīng)漂白處理后的紙張在紫外線（波長為后的普通紙進行制造，經(jīng)漂白處理后的紙張在紫外線（波長為365nm365nm的藍光）的照射下會出現(xiàn)熒光反應(yīng)（在紫外線的激發(fā)下衍射出波長的藍光）的照射下會出現(xiàn)熒光反應(yīng)（在紫外線的激發(fā)下衍射出波長為為420420460nm460nm的藍光），人民幣則沒有熒光反應(yīng)。所以，用紫外光的藍光），人民幣則沒有熒光反應(yīng)。所以，用紫外光源對運動鈔票進行照射并同時用硅光電池檢測鈔票的熒光反映，可源對運動鈔

7、票進行照射并同時用硅光電池檢測鈔票的熒光反映，可判別鈔票真假。判別鈔票真假。 主要是用于根據(jù)鈔票經(jīng)過此紅外發(fā)光及接收二極管所用的時間及電機的主要是用于根據(jù)鈔票經(jīng)過此紅外發(fā)光及接收二極管所用的時間及電機的轉(zhuǎn)速來間接的計算出鈔票的寬度，并對機器的運行狀態(tài)進行判斷，比如轉(zhuǎn)速來間接的計算出鈔票的寬度，并對機器的運行狀態(tài)進行判斷，比如有無卡紙等；同時也能根據(jù)鈔票的寬度判斷出其面值。有無卡紙等；同時也能根據(jù)鈔票的寬度判斷出其面值。在點鈔機的喂鈔臺和取鈔臺部分分別有一個作為有無鈔票的發(fā)射在點鈔機的喂鈔臺和取鈔臺部分分別有一個作為有無鈔票的發(fā)射接收紅外對管，用來檢測是否有鈔票放入或取出。接收紅外對管，用來檢測

8、是否有鈔票放入或取出。8v學習本課程的目的學習本課程的目的1了解光電了解光電檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)的基本組的基本組成，光電成，光電檢測技術(shù)檢測技術(shù)的特點和的特點和發(fā)展趨勢。發(fā)展趨勢。2掌握光電掌握光電檢測器件檢測器件的工作原的工作原理及基本理及基本特性，了特性，了解它們的解它們的應(yīng)用范圍。應(yīng)用范圍。3能夠根據(jù)能夠根據(jù)特性參數(shù)特性參數(shù)選擇合適選擇合適光電器件光電器件, , 熟悉常用熟悉常用器件的性器件的性能指標。能指標。4了解光纖了解光纖傳感檢測傳感檢測技術(shù)的原技術(shù)的原理和應(yīng)用。理和應(yīng)用。5掌握常用光電掌握常用光電測量、數(shù)據(jù)采測量、數(shù)據(jù)采集、處理和轉(zhuǎn)集、處理和轉(zhuǎn)換的方法，了換的方法，了解所需的元器解所

9、需的元器件、儀器和相件、儀器和相關(guān)的接口技術(shù)。關(guān)的接口技術(shù)。9本課程共本課程共6464學時（其中講授學時（其中講授4848學時，實驗學時，實驗1616學時）學時）本課的主要內(nèi)容：本課的主要內(nèi)容：F光電技術(shù)中涉及的光學基本定律和一些常用物理量及其單光電技術(shù)中涉及的光學基本定律和一些常用物理量及其單位位F檢測系統(tǒng)中常用光源的工作原理和性能特征檢測系統(tǒng)中常用光源的工作原理和性能特征F光電器件的原理、特點，通過學習會正確選用光電器件光電器件的原理、特點，通過學習會正確選用光電器件F常用光電檢測電路，根據(jù)光電器件的特點選擇和設(shè)計光電常用光電檢測電路，根據(jù)光電器件的特點選擇和設(shè)計光電檢測電路檢測電路F典型

10、的光電檢測系統(tǒng)典型的光電檢測系統(tǒng)10教材：教材：光電檢測技術(shù)光電檢測技術(shù)第第2 2版，曾光宇等編，清華大學出版版，曾光宇等編，清華大學出版社社參考資料：參考資料：F郭培源等，郭培源等，光電檢測技術(shù)與應(yīng)用光電檢測技術(shù)與應(yīng)用，北航出版社，北航出版社. . F安毓英等，安毓英等，光學傳感與測量光學傳感與測量，電子工業(yè)出版社，電子工業(yè)出版社. .F浦昭邦等，浦昭邦等，光電測試技術(shù)光電測試技術(shù)，機械工業(yè)出版社，機械工業(yè)出版社. .F范志剛等，范志剛等，光電測試技術(shù)光電測試技術(shù)第第2 2版，電子工業(yè)出版社版，電子工業(yè)出版社. .F孫圣和等，孫圣和等，光纖測量與傳感技術(shù)光纖測量與傳感技術(shù)，哈爾濱工業(yè)大學出版

11、社，哈爾濱工業(yè)大學出版社. .F安安毓毓英等，英等，光電子技術(shù)光電子技術(shù)，電子工業(yè)出版社，電子工業(yè)出版社. .11考試成績：考試成績：平時成績平時成績30%30%，期末考試，期末考試70%.70%.考核方式：考核方式：F平時出勤情況：平時出勤情況：1010分分. .F作業(yè)完成情況：作業(yè)完成情況：1010分分. .F實驗完成情況：實驗完成情況：1010分分. .F結(jié)課期末考試：結(jié)課期末考試：7070分分. .v要求重點掌握好光電技術(shù)的要求重點掌握好光電技術(shù)的基本概念基本概念、各種、各種光電光電器件的工作原理與特性器件的工作原理與特性、發(fā)展趨勢和典型應(yīng)用；、發(fā)展趨勢和典型應(yīng)用；掌握好掌握好光電檢測

12、系統(tǒng)的建立方法光電檢測系統(tǒng)的建立方法。其余只要求有。其余只要求有所了解，一旦實際工作遇到可以深入自學。所了解，一旦實際工作遇到可以深入自學。1213緒緒 論論光電檢測光電檢測系統(tǒng)的組系統(tǒng)的組成和特點成和特點信息技術(shù)信息技術(shù)與光電檢與光電檢測技術(shù)測技術(shù)光電檢測光電檢測方法及應(yīng)方法及應(yīng)用發(fā)展趨用發(fā)展趨勢勢123重點：重點：光電檢測方法光電檢測方法主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：140.1 0.1 信息技術(shù)與光電檢測技術(shù)信息技術(shù)與光電檢測技術(shù)0.1 0.1 信息技術(shù)與光電檢測技術(shù)信息技術(shù)與光電檢測技術(shù)三大要素三大要素物質(zhì)物質(zhì)（基礎(chǔ)）（基礎(chǔ)）能量能量（動力）（動力）信息信息（橋梁）（橋梁）可度量、轉(zhuǎn)換、處理、控制

13、、顯示、存儲、可度量、轉(zhuǎn)換、處理、控制、顯示、存儲、傳遞、可壓縮、可再生、可利用、可共享傳遞、可壓縮、可再生、可利用、可共享等特征。等特征。電子信息技術(shù)電子信息技術(shù)（電子學方法）（電子學方法）光學信息技術(shù)光學信息技術(shù)（光學方法）（光學方法）光電信息技術(shù)光電信息技術(shù)光電檢測技術(shù)光電檢測技術(shù)光學材料：光纖、光柵、激光材料等光學材料：光纖、光柵、激光材料等光學器件：激光器、耦合器、調(diào)制器光學器件：激光器、耦合器、調(diào)制器光存儲：光存儲： 光盤光盤光顯示：光顯示： 液晶、等離子顯示液晶、等離子顯示光信息傳輸：遠程傳輸、光空間通信光信息傳輸：遠程傳輸、光空間通信光信息處理：光圖像處理等光信息處理：光圖像處

14、理等感測技術(shù)、通信技術(shù)、感測技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)計算機技術(shù)、控制技術(shù)信息科學信息科學信息技術(shù)信息技術(shù)從工程應(yīng)用上從工程應(yīng)用上從理論上從理論上信息獲取、處理、傳信息獲取、處理、傳遞、存儲、顯示等遞、存儲、顯示等150.1 0.1 信息技術(shù)與光電檢測技術(shù)信息技術(shù)與光電檢測技術(shù)光電檢測技術(shù)：光電檢測技術(shù)： 是光電信息技術(shù)的主要技術(shù)之一，利用光電傳感器實現(xiàn)各類是光電信息技術(shù)的主要技術(shù)之一，利用光電傳感器實現(xiàn)各類檢測，被測量檢測，被測量 光通量光通量 電量，并綜合運用信息傳遞技術(shù)和信電量，并綜合運用信息傳遞技術(shù)和信息處理技術(shù)，完成對各種物理量進行在線和自動檢測。息處理技術(shù)，完成對各種物理

15、量進行在線和自動檢測。光光信信號號電電信信號號接收、處理、變換接收、處理、變換16v光電檢測系統(tǒng)是指對光電檢測系統(tǒng)是指對待測光學量待測光學量或由或由非光學待測非光學待測物理量轉(zhuǎn)換成的光學量物理量轉(zhuǎn)換成的光學量，通過光電變換和電路處，通過光電變換和電路處理的方法進行檢測的系統(tǒng)。理的方法進行檢測的系統(tǒng)。0.2 0.2 光電檢測系統(tǒng)的組成和特點光電檢測系統(tǒng)的組成和特點170.2 0.2 光電檢測系統(tǒng)的組成和特點光電檢測系統(tǒng)的組成和特點v 0.2 0.2 光電檢測系統(tǒng)的組成和特點光電檢測系統(tǒng)的組成和特點 一、光電檢測系統(tǒng)的組成一、光電檢測系統(tǒng)的組成 傳感器傳感器 信息處理電路信息處理電路 電信號處理電

16、信號處理存存 儲儲顯顯 示示控控 制制電子檢測系統(tǒng)電子檢測系統(tǒng)18獲得測量所需要獲得測量所需要的光載波（如激的光載波（如激光、平行光）光、平行光）光信號轉(zhuǎn)換為電光信號轉(zhuǎn)換為電信號，用各種光信號，用各種光電器件來完成。電器件來完成。0.2 0.2 光電檢測系統(tǒng)的組成和特點光電檢測系統(tǒng)的組成和特點 變換電路變換電路 光電傳感光電傳感 光源光源 光學系統(tǒng)光學系統(tǒng) 被測對象被測對象 光學變換光學變換 電信號處理電信號處理存存 儲儲顯顯 示示控控 制制光學變換光學變換電路處理電路處理被測量轉(zhuǎn)換為光參量被測量轉(zhuǎn)換為光參量（振幅、頻率、相位、（振幅、頻率、相位、傳播方向等變化）通傳播方向等變化）通過各種光學

17、元件和光過各種光學元件和光學系統(tǒng)實現(xiàn)學系統(tǒng)實現(xiàn)光電檢測系統(tǒng)框圖光電檢測系統(tǒng)框圖190.2 0.2 光電檢測系統(tǒng)的組成和特點光電檢測系統(tǒng)的組成和特點二、光電檢測系統(tǒng)的特點光電檢測系統(tǒng)的特點 結(jié)合了光學測量和電子測量的優(yōu)點：結(jié)合了光學測量和電子測量的優(yōu)點：v 高精度：高精度：從地球到月球激光測距的精度達到從地球到月球激光測距的精度達到1 1米。米。v 高速度：高速度：以光為媒介，而光是各種物質(zhì)中傳播速度最快的。以光為媒介，而光是各種物質(zhì)中傳播速度最快的。v 遠距離、大量程：遠距離、大量程：遙控、遙測和遙感，如武器制導(dǎo)、光電跟蹤、電視遙控、遙測和遙感，如武器制導(dǎo)、光電跟蹤、電視遙測等。遙測等。v 非

18、接觸式檢測：非接觸式檢測：不改變被測物體性質(zhì)的條件下進行測量。不改變被測物體性質(zhì)的條件下進行測量。v 壽命長：壽命長：光電檢測中通常無機械運動部分，故測量裝置壽命長，工作光電檢測中通常無機械運動部分，故測量裝置壽命長，工作可靠、準確度高，對被測物無形狀和大小要求?？煽?、準確度高，對被測物無形狀和大小要求。v 數(shù)字化和智能化：數(shù)字化和智能化：很強的信息處理、運算和控制能力，可以將復(fù)雜信很強的信息處理、運算和控制能力，可以將復(fù)雜信息并行處理，用光電方法還便于信息的控制和存儲，易于與計算機連息并行處理，用光電方法還便于信息的控制和存儲，易于與計算機連接，易于實現(xiàn)智能化。接，易于實現(xiàn)智能化。200.3

19、 0.3 光電檢測方法及應(yīng)用發(fā)展趨勢光電檢測方法及應(yīng)用發(fā)展趨勢v 0.3 0.3 光電檢測方法及應(yīng)用發(fā)展趨勢光電檢測方法及應(yīng)用發(fā)展趨勢一、光電檢測方法一、光電檢測方法1 1、根據(jù)光源、光學系統(tǒng)和光電轉(zhuǎn)換器件放置的位置不同，可、根據(jù)光源、光學系統(tǒng)和光電轉(zhuǎn)換器件放置的位置不同，可以分為三種：以分為三種： 直射型：直射型：反射型：反射型：輻射型輻射型：光電轉(zhuǎn)換器對著光源放置，并使他們的光軸重合，即光電轉(zhuǎn)換器對著光源放置，并使他們的光軸重合，即對于光源為發(fā)射光通量最大方向，對于光電轉(zhuǎn)換器件對于光源為發(fā)射光通量最大方向，對于光電轉(zhuǎn)換器件為靈敏度最高方向。例傳送帶上對物體計數(shù)測量。為靈敏度最高方向。例傳送

20、帶上對物體計數(shù)測量。分為單向反射和漫反射，光電接收器接收被測物體的分為單向反射和漫反射，光電接收器接收被測物體的單向反射光或者慢反射光。單向反射光或者慢反射光。被測物體本身就是一個輻射源，光電接收器通過接收被測物體本身就是一個輻射源，光電接收器通過接收被測物的輻射光能量實現(xiàn)測量。被測物的輻射光能量實現(xiàn)測量。210.3 0.3 光電檢測方法及應(yīng)用發(fā)展趨勢光電檢測方法及應(yīng)用發(fā)展趨勢2 2、根據(jù)檢測原理可分為直接作用法、差動測量法、補償測、根據(jù)檢測原理可分為直接作用法、差動測量法、補償測量法和脈沖測量法：量法和脈沖測量法： 直接作用法：直接作用法：受被測物理量控制的光通量，經(jīng)光電接收受被測物理量控制

21、的光通量，經(jīng)光電接收器轉(zhuǎn)換成電量后由檢測機構(gòu)可直接得到所求被測物理量。器轉(zhuǎn)換成電量后由檢測機構(gòu)可直接得到所求被測物理量。此法簡單，但精度差。尤其容易受光源波動、電源波動等此法簡單，但精度差。尤其容易受光源波動、電源波動等影響較大，適合測量精度要求不高的場合。影響較大，適合測量精度要求不高的場合。差動測量法：差動測量法：利用被測量與某一標準量相比較，所得差利用被測量與某一標準量相比較，所得差或者數(shù)值比可反映被測量的大小?；蛘邤?shù)值比可反映被測量的大小。220.3 0.3 光電檢測方法及應(yīng)用發(fā)展趨勢光電檢測方法及應(yīng)用發(fā)展趨勢雙光路差動測量法測量物體長度雙光路差動測量法測量物體長度補償測量法：補償測量

22、法：用光或電的方法補償由被測量變化引起的用光或電的方法補償由被測量變化引起的光通量變化，補償器的可動元件連接讀數(shù)裝置指示出補償光通量變化，補償器的可動元件連接讀數(shù)裝置指示出補償量值，補償值大小反映被測量變化的大小。量值，補償值大小反映被測量變化的大小。230.3 0.3 光電檢測方法及應(yīng)用發(fā)展趨勢光電檢測方法及應(yīng)用發(fā)展趨勢脈沖測量法：脈沖測量法：將被測量的光通量轉(zhuǎn)換成電脈沖，其參數(shù)將被測量的光通量轉(zhuǎn)換成電脈沖，其參數(shù)（脈寬、相位、頻率、脈沖數(shù)量等）反映被測量的大小。（脈寬、相位、頻率、脈沖數(shù)量等）反映被測量的大小。1 1）脈寬方法測量長度）脈寬方法測量長度脈寬法測長度原理框圖脈寬法測長度原理框

23、圖分析一下！分析一下！240.3 0.3 光電檢測方法及應(yīng)用發(fā)展趨勢光電檢測方法及應(yīng)用發(fā)展趨勢2 2）頻率法測速）頻率法測速頻率法測速原理框圖頻率法測速原理框圖你來分析你來分析250.3 0.3 光電檢測方法及應(yīng)用發(fā)展趨勢光電檢測方法及應(yīng)用發(fā)展趨勢v 二、光電檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢二、光電檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢 納米、亞納米高精度的光電測量新技術(shù)。納米、亞納米高精度的光電測量新技術(shù)。 小型、快速的微型光、機、電檢測系統(tǒng)。小型、快速的微型光、機、電檢測系統(tǒng)。 非接觸、快速在線測量。非接觸、快速在線測量。 微空間三維測量技術(shù)和大空間三維測量技術(shù)。微空間三維測量技術(shù)和大空間三維測量技術(shù)。 閉環(huán)控制的光電檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)光電測量與光電控閉環(huán)控制的光電檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)光電測量與光電控制制 一體化。一體化。 向人們無法觸及的領(lǐng)域發(fā)展。向人們無法觸及的領(lǐng)域發(fā)展。 光電跟蹤與光電掃描測量技術(shù)。光電跟蹤與