光電檢測技術(shù) 第七章

1、v掌握內(nèi)容掌握內(nèi)容 光電檢測系統(tǒng)的分類，光電信號變換方法，直接光電檢測系統(tǒng)的分類，光電信號變換方法，直接接測系統(tǒng)，接測系統(tǒng)， 非相干檢測系統(tǒng)，相干檢測系統(tǒng)非相干檢測系統(tǒng)，相干檢測系統(tǒng)v理解內(nèi)容理解內(nèi)容 形成各光電檢測系統(tǒng)的方法形成各光電檢測系統(tǒng)的方法v了解內(nèi)容了解內(nèi)容 各光電系統(tǒng)的運用各光電系統(tǒng)的運用第第7 7章章 非相干檢測方法與系統(tǒng)非相干檢測方法與系統(tǒng)7.17.1光電信號變換及光電檢測系統(tǒng)分類概述光電信號變換及光電檢測系統(tǒng)分類概述7.27.2直接（光強度調(diào)制）檢測方法與系統(tǒng)直接（光強度調(diào)制）檢測方法與系統(tǒng)7.37.3隨時間變化的光電信號檢測方法與系統(tǒng)隨時間變化的光電信號檢測方法與系統(tǒng)7.4

2、7.4空間分布的光電信號檢測方法與系統(tǒng)空間分布的光電信號檢測方法與系統(tǒng) 第第7 7章章 非相干檢測方法與系統(tǒng)非相干檢測方法與系統(tǒng)7.1 7.1 光電檢測系統(tǒng)及光電信號變換概述光電檢測系統(tǒng)及光電信號變換概述a) a) 被測量調(diào)制光載波的主動系統(tǒng)被測量調(diào)制光載波的主動系統(tǒng) b)b)反射式的主動系統(tǒng)反射式的主動系統(tǒng)一、光電檢測系統(tǒng)分類一、光電檢測系統(tǒng)分類（一）根據(jù)光源來源分類（一）根據(jù)光源來源分類1 1、主動測量系統(tǒng)、主動測量系統(tǒng)圖圖7 71 1 采用鎖相放大的被動式光電檢測系統(tǒng)采用鎖相放大的被動式光電檢測系統(tǒng)2 2、被動測量系統(tǒng)、被動測量系統(tǒng)（二）光源是否相干分類（二）光源是否相干分類1 1、非相

3、干檢測系統(tǒng)、非相干檢測系統(tǒng)(1)(1)若光信息為光強，即被測量被攜帶于光載波的若光信息為光強，即被測量被攜帶于光載波的強度之中，不論光源是相干光源還是非相干光源，強度之中，不論光源是相干光源還是非相干光源，這時光電器件只直接接收光強度變化，最后用解這時光電器件只直接接收光強度變化，最后用解調(diào)的方法檢出被測信息，這種方法組成的系統(tǒng)稱調(diào)的方法檢出被測信息，這種方法組成的系統(tǒng)稱為直接檢測光電系統(tǒng)。為直接檢測光電系統(tǒng)。(2)(2)若光信息加載于非相干光源的光載波的振幅、若光信息加載于非相干光源的光載波的振幅、頻率或者相位變化之中，這樣所組成的系統(tǒng)則稱頻率或者相位變化之中，這樣所組成的系統(tǒng)則稱為非相干檢

4、測系統(tǒng)。為非相干檢測系統(tǒng)。 通常把直接檢測光信息的光強（或叫光功率）通常把直接檢測光信息的光強（或叫光功率）以及檢測非相干光調(diào)制頻率、振幅、相位的方法以及檢測非相干光調(diào)制頻率、振幅、相位的方法統(tǒng)稱為非相干檢測。統(tǒng)稱為非相干檢測。 2 2、相干檢測系統(tǒng)、相干檢測系統(tǒng) 如果光源是相干光源，但用光調(diào)制的方法使如果光源是相干光源，但用光調(diào)制的方法使被測信息加載于調(diào)制光的幅度、頻率或相位之中，被測信息加載于調(diào)制光的幅度、頻率或相位之中，然后用光電解調(diào)的方法從調(diào)制光的幅度、頻率或然后用光電解調(diào)的方法從調(diào)制光的幅度、頻率或相位之中檢測出被測信息的系統(tǒng)稱為相干檢測系相位之中檢測出被測信息的系統(tǒng)稱為相干檢測系統(tǒng)

5、。統(tǒng)。 二、光電變換方法二、光電變換方法（一）光電變換的目的（一）光電變換的目的（1 1）將待測信息加載到光載波上進而形成）將待測信息加載到光載波上進而形成光電接收器件易于接收的光電信號。光電接收器件易于接收的光電信號。（2 2）改善系統(tǒng)的時間或空間分辨率和動態(tài)）改善系統(tǒng)的時間或空間分辨率和動態(tài)品質(zhì)，提高傳輸效率和檢測精度。品質(zhì)，提高傳輸效率和檢測精度。（3 3）改善系統(tǒng)的信噪比，提高工作可靠性。）改善系統(tǒng)的信噪比，提高工作可靠性。變換方法變換方法光光 學學 原原 理理 應應 用用 范范 圍圍 幾何光學法幾何光學法 透射、反射、折射、散透射、反射、折射、散射、遮光、光學成像等射、遮光、光學成像

6、等非相干光學現(xiàn)象或方法非相干光學現(xiàn)象或方法 光開關(guān)、光學編碼、光掃描、光開關(guān)、光學編碼、光掃描、瞄準定位、光準直、外觀質(zhì)瞄準定位、光準直、外觀質(zhì)量檢測、測長測角、測距等量檢測、測長測角、測距等 物理光學法物理光學法 干涉、衍射、散斑、全干涉、衍射、散斑、全息、波長變換、光學拍息、波長變換、光學拍頻、偏振等相干光學現(xiàn)頻、偏振等相干光學現(xiàn)象或方法象或方法莫爾條紋、干涉計量、全息莫爾條紋、干涉計量、全息計量、散斑計量、外差干涉、計量、散斑計量、外差干涉、外差通信、光譜分析、多譜外差通信、光譜分析、多譜勒測速等勒測速等 光電子學法光電子學法 電光效應、聲光效應、電光效應、聲光效應、磁光效應、空間光調(diào)制

7、、磁光效應、空間光調(diào)制、光纖傳光與傳感等光纖傳光與傳感等 光調(diào)制、光偏轉(zhuǎn)、光開關(guān)、光調(diào)制、光偏轉(zhuǎn)、光開關(guān)、光通信、光記錄、光存儲、光通信、光記錄、光存儲、光顯示等光顯示等 （二）光電變換的方法（二）光電變換的方法一、直接檢測系統(tǒng)的基本原理一、直接檢測系統(tǒng)的基本原理 所謂直接檢測是將攜帶有待測兩量的光信號直所謂直接檢測是將攜帶有待測兩量的光信號直接入射到探測器光敏面，光探測器響應于光輻射強接入射到探測器光敏面，光探測器響應于光輻射強度而輸出相應的電流或電壓度而輸出相應的電流或電壓。 7.2 7.2 直接（光強度調(diào)制）檢測系統(tǒng)直接（光強度調(diào)制）檢測系統(tǒng)二、直接檢測系統(tǒng)的基本特性二、直接檢測系統(tǒng)的基

8、本特性（一）光探測器的平方律特性（一）光探測器的平方律特性入射光波的光電場為入射光波的光電場為 ：入射光的平均光功率為：入射光的平均光功率為：光電探測器輸出的電流為：光電探測器輸出的電流為： )cos()(wtAtEs222221)cos()(ssAwtAtEP221sPAPI 若光探測器的負載電阻為若光探測器的負載電阻為 ，則光探測，則光探測器輸出的電功率為器輸出的電功率為 ：光電探測器的平方律特性包含有兩層含意：光電探測器的平方律特性包含有兩層含意：其一是光電流正比于光場振幅的平方；其一是光電流正比于光場振幅的平方；其二是電輸出功率正比于入射光功率的平方。其二是電輸出功率正比于入射光功率的

9、平方。 LLPPRPheRIS222)(LR 如果入射光信號為強度調(diào)制光，調(diào)制信號如果入射光信號為強度調(diào)制光，調(diào)制信號為為d(t)d(t)，即調(diào)制的入射光信號的強度為，即調(diào)制的入射光信號的強度為P1+d(t)P1+d(t)，那么光電探測器輸出的光電流，那么光電探測器輸出的光電流為：為： 式中，第一項為直流電平，可以用隔直電式中，第一項為直流電平，可以用隔直電容隔掉；第二項為所需要的信號，即光載容隔掉；第二項為所需要的信號，即光載波的包絡檢測。波的包絡檢測。)(1 )(1 tdPhetdPIP（二）直接檢測系統(tǒng)的信噪比（二）直接檢測系統(tǒng)的信噪比直接檢測的輸出信噪比為：直接檢測的輸出信噪比為： f

10、hPfqPfqPPSNRSSSSd22222222(/)()212(/)pssnpsnnsnSPPPSNNPPPPP功率則輸出功率信噪比為則輸出功率信噪比為 1/nsPP2）（）（功率nsPPNS1/nsPPnsPPNS21功率）（ （三）直接檢測系統(tǒng)的視場角（三）直接檢測系統(tǒng)的視場角 視場角是直接檢測系統(tǒng)的性能指標之一。它表示系視場角是直接檢測系統(tǒng)的性能指標之一。它表示系統(tǒng)能統(tǒng)能“觀察觀察”到的空間范圍。對于檢測系統(tǒng)，被測物看到的空間范圍。對于檢測系統(tǒng)，被測物看作是在無窮遠處，且物方與象方兩側(cè)的介質(zhì)相同。在此作是在無窮遠處，且物方與象方兩側(cè)的介質(zhì)相同。在此條件下，探測器位于焦平面上時，其半視

11、場角（如下圖條件下，探測器位于焦平面上時，其半視場角（如下圖所示）為：所示）為：或視場立體角為：或視場立體角為：式中，式中，d d是探測器直徑；是探測器直徑； 為探測器面積；為探測器面積； 為焦距。為焦距。fdW2/2fAddAf三、應用舉例三、應用舉例（一）光電開關(guān)與光電轉(zhuǎn)速計（一）光電開關(guān)與光電轉(zhuǎn)速計1 1、透射分離型主動開關(guān)、透射分離型主動開關(guān)也用于工業(yè)自動控制、自動報警及一些引爆、燃燒等封閉也用于工業(yè)自動控制、自動報警及一些引爆、燃燒等封閉室內(nèi)的室外點火控制室內(nèi)的室外點火控制2 2、反射型主動開關(guān)、反射型主動開關(guān) 汽油液面探測汽油液面探測3 3、光電耦合、光電耦合可實現(xiàn)用低壓電路控制高

12、壓電路；可實現(xiàn)用低壓電路控制高壓電路；4 4、編碼計數(shù)型主動開關(guān)、編碼計數(shù)型主動開關(guān)可用于工業(yè)自動線上產(chǎn)品計數(shù)或醫(yī)用液粒計數(shù)可用于工業(yè)自動線上產(chǎn)品計數(shù)或醫(yī)用液粒計數(shù)5 5、光電轉(zhuǎn)速計、光電轉(zhuǎn)速計轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n n與光電探測器的輸出脈沖頻率之間的關(guān)系與光電探測器的輸出脈沖頻率之間的關(guān)系為：為： n=60f/m, mn=60f/m, m為孔數(shù)或齒數(shù)。為孔數(shù)或齒數(shù)。（二）激光準直儀（二）激光準直儀利用四個象限的光強是否相等來進行準直利用四個象限的光強是否相等來進行準直 利用激光的相干性，采用方形菲涅利用激光的相干性，采用方形菲涅 爾波帶爾波帶片來提高激光準直儀的對準精度，如下圖，這片來提高激光準直儀的對

13、準精度，如下圖，這就是所謂的衍射準直儀。就是所謂的衍射準直儀。 非相干光電信號按其時空特點分為隨非相干光電信號按其時空特點分為隨時間變化的光電信號和隨空間變化的光電信時間變化的光電信號和隨空間變化的光電信號。前者的特征是信號隨時間緩慢變化或周號。前者的特征是信號隨時間緩慢變化或周期性以及瞬時變化，發(fā)生于有限空間內(nèi)，與期性以及瞬時變化，發(fā)生于有限空間內(nèi)，與時間有關(guān)而與空間無關(guān)，信號可表示為時間有關(guān)而與空間無關(guān)，信號可表示為F(t)F(t)。隨空間變化的光電信號發(fā)生在一定空間之內(nèi)，隨空間變化的光電信號發(fā)生在一定空間之內(nèi)，光電信號隨空間位置而改變，表示為光電信號隨空間位置而改變，表示為F(xF(x，

14、y y，z)z)，有的還同時隨時間改變，表示為，有的還同時隨時間改變，表示為F(xF(x，y y，z z，t)t)。非相干光電信號的變換與檢測方法如。非相干光電信號的變換與檢測方法如圖圖6-56-5所示。所示。7.3 7.3 隨時間變化的光電信號檢測方法與系統(tǒng)隨時間變化的光電信號檢測方法與系統(tǒng)圖圖6-5 6-5 非相干光電信號的變換與檢測方法非相干光電信號的變換與檢測方法一、幅值法一、幅值法 這種變換的特點是利用光的透射、反射、這種變換的特點是利用光的透射、反射、折射、遮光或者成像的方法將被測信號直接折射、遮光或者成像的方法將被測信號直接加載到光通量的變化之中，再用光電器件檢加載到光通量的變化

15、之中，再用光電器件檢測光通量的幅值變化。它廣泛用于光開關(guān)與測光通量的幅值變化。它廣泛用于光開關(guān)與光電轉(zhuǎn)速計、激光測距、準直、輻射測溫、光電轉(zhuǎn)速計、激光測距、準直、輻射測溫、測表面粗糙度、測氣體或液體濃度、測透過測表面粗糙度、測氣體或液體濃度、測透過率、反射率等。率、反射率等。1 1、直讀法、直讀法 在采用直讀法的光電檢測系統(tǒng)中，光源發(fā)在采用直讀法的光電檢測系統(tǒng)中，光源發(fā)出的光經(jīng)待測量調(diào)制后直接由光電探測器接收。出的光經(jīng)待測量調(diào)制后直接由光電探測器接收。根據(jù)光電探測器輸出信號的大小來反映出待測根據(jù)光電探測器輸出信號的大小來反映出待測量的變化。量的變化。000000)()(UAIISQfUAIII

16、ULLp2 2、指零法、指零法 指零法是利用標定好的讀數(shù)裝置來補償光指零法是利用標定好的讀數(shù)裝置來補償光通量的不穩(wěn)定影響，使測量系統(tǒng)在輸出光通量為通量的不穩(wěn)定影響，使測量系統(tǒng)在輸出光通量為零的狀態(tài)下讀數(shù)。下面以測量磁光物質(zhì)在磁場下零的狀態(tài)下讀數(shù)。下面以測量磁光物質(zhì)在磁場下的偏振角為例來進行說明。下圖所示是測量磁光的偏振角為例來進行說明。下圖所示是測量磁光物質(zhì)在磁場下的偏振角的原理圖物質(zhì)在磁場下的偏振角的原理圖3 3、差動法、差動法 在直讀法和指零法的光電檢測系統(tǒng)中，光在直讀法和指零法的光電檢測系統(tǒng)中，光路只有一個通道。為了減小單通道法入射光通量路只有一個通道。為了減小單通道法入射光通量波動對測

17、量的影響，可以采用雙通道差動法和雙波動對測量的影響，可以采用雙通道差動法和雙通道差動補償法。通道差動補償法。 差動檢測系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)差動檢測系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)1差動檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)差動檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2 2 122222112212nnn 差動檢測系統(tǒng)測位移的結(jié)構(gòu)差動檢測系統(tǒng)測位移的結(jié)構(gòu)3)()()()(2121例：溶液濃度的測量例：溶液濃度的測量 原理和工作過程：光源原理和工作過程：光源1 1發(fā)出的光經(jīng)單發(fā)出的光經(jīng)單色器色器2 2后成為單色光，該單色光的波長應后成為單色光，該單色光的波長應選為待測溶液的峰值吸收波長。將該光線選為待測溶液的峰值吸收波長。將該光線用分束器用分束器BSBS分成兩束，分別通過待測溶

18、液分成兩束，分別通過待測溶液S S2 2和參比溶液和參比溶液S S1 1，并用兩個性能一致的光，并用兩個性能一致的光電探測器接收。由于參比溶液對工作波長電探測器接收。由于參比溶液對工作波長的光不產(chǎn)生吸收，而待測溶液對該波長的的光不產(chǎn)生吸收，而待測溶液對該波長的光有較強的吸收，因此，探測器光有較強的吸收，因此，探測器PD1PD1接收接收到的光強度到的光強度I I1 1即為入射光強度即為入射光強度I I0 0，而探測，而探測器器PD2PD2接收到的光強度接收到的光強度I I2 2取決于待測溶液取決于待測溶液的濃度。的濃度。系統(tǒng)輸出電壓為：系統(tǒng)輸出電壓為： 式中，式中，C C0 0為比例常數(shù)為比例常

19、數(shù); ; 為為PDPD1 1上產(chǎn)生的光電流上產(chǎn)生的光電流; ; 為為PD2PD2上產(chǎn)生的光電流；上產(chǎn)生的光電流；K K1 1、K K2 2為為PD1PD1和和PD2PD2的靈敏的靈敏度，度， 、 為到達為到達PD1PD1和和PD2PD2上的光通量。若上的光通量。若PDPD1 1和和PDPD2 2性能一致，則性能一致，則K K1 1K K2 2，故上式可變?yōu)椋?，故上式可變?yōu)椋?由于在忽略反射和散射的情況下，由于在忽略反射和散射的情況下，I I1 1=I=I2 2, ,故故 可見，最后輸出電壓即為溶液的吸光度值，亦即反映可見，最后輸出電壓即為溶液的吸光度值，亦即反映了溶液的濃度。了溶液的濃度。 2

20、1 10012210122(lglg)/lgRKUCIIRRCRK2121001212lglgRRIUCCRRI002lgIUKI1I2I124、補償法例：用補償法對溶液的濃度進行檢測例：用補償法對溶液的濃度進行檢測補償式光電比色法檢測溶液濃度的原理框圖補償式光電比色法檢測溶液濃度的原理框圖 它的工作原理及過程為：光源發(fā)出的光經(jīng)過干涉它的工作原理及過程為：光源發(fā)出的光經(jīng)過干涉濾光片后成為單色光，由分光器分成兩路，分別濾光片后成為單色光，由分光器分成兩路，分別通過通過4 4和和5 5 達到光電探測器達到光電探測器PD1PD1和和PD2PD2。 A A、檢測前，先在待測試樣及參考試樣比色、檢測前，

21、先在待測試樣及參考試樣比色皿中均放入?yún)⒖既芤海ㄈ缯麴s水），將參考通道皿中均放入?yún)⒖既芤海ㄈ缯麴s水），將參考通道中的光闌打到透光量最大，調(diào)節(jié)信號通道中的光中的光闌打到透光量最大，調(diào)節(jié)信號通道中的光闌，使電路的輸出為零，即使到達闌，使電路的輸出為零，即使到達PD1PD1和和PD2PD2的信的信號光及參考光強度相等。號光及參考光強度相等。 B B、測量開始時，在信號通道中放入待測溶、測量開始時，在信號通道中放入待測溶液試樣，由于待測溶液對工作波長的光要產(chǎn)生吸液試樣，由于待測溶液對工作波長的光要產(chǎn)生吸收，因此，到達收，因此，到達PD1PD1的信號光強度將減小，差動輸?shù)男盘柟鈴姸葘p小，差動輸出將不為零

22、，調(diào)節(jié)參考通道中的光闌，使參考光出將不為零，調(diào)節(jié)參考通道中的光闌，使參考光強亦減小，直到與信號光強相等，即輸出重新為強亦減小，直到與信號光強相等，即輸出重新為零為止。此時，根據(jù)連接在參考通道中光闌上的零為止。此時，根據(jù)連接在參考通道中光闌上的刻度盤的讀數(shù)，即可讀出待測溶液的濃度值?？潭缺P的讀數(shù)，即可讀出待測溶液的濃度值。5 5、開關(guān)法、開關(guān)法 前面介紹的幾種檢測方法都是基于由待測量前面介紹的幾種檢測方法都是基于由待測量對光源光通量進行調(diào)制，然后用光電探測器檢測對光源光通量進行調(diào)制，然后用光電探測器檢測出調(diào)制光的光通量的大小，屬于模擬變換。而開出調(diào)制光的光通量的大小，屬于模擬變換。而開光式光電檢

23、測系統(tǒng)是通過檢測光的有無來檢測出光式光電檢測系統(tǒng)是通過檢測光的有無來檢測出待測量，屬于數(shù)字變換，它是最簡單的光強度調(diào)待測量，屬于數(shù)字變換，它是最簡單的光強度調(diào)制檢測系統(tǒng)。制檢測系統(tǒng)。 開關(guān)法最典型的光電檢測系統(tǒng)的例子是光電開關(guān)法最典型的光電檢測系統(tǒng)的例子是光電轉(zhuǎn)速計。轉(zhuǎn)速計。 6 6、舉例：、舉例：物體尺寸的檢測物體尺寸的檢測投影法投影法 小尺寸測量小尺寸測量大尺寸測量大尺寸測量二、頻率法二、頻率法 頻率法應用于被測信息呈頻率法應用于被測信息呈周期性周期性變化的情況，變化的情況，這時被測信息載荷于光通量的這時被測信息載荷于光通量的變化次數(shù)或頻率的變化次數(shù)或頻率的快慢之中快慢之中，用測量光通量的

24、波數(shù)和頻率的方法測，用測量光通量的波數(shù)和頻率的方法測出被測值。出被測值。 使光通量的波數(shù)和頻率隨被測信息變化的方使光通量的波數(shù)和頻率隨被測信息變化的方法有許多種，如用幾何光學的透光和反光的方法，法有許多種，如用幾何光學的透光和反光的方法，使光通過旋轉(zhuǎn)的多孔圓盤或反光的多面體，用光使光通過旋轉(zhuǎn)的多孔圓盤或反光的多面體，用光柵的莫爾條紋技術(shù)或光干涉的干涉條紋技術(shù)等。柵的莫爾條紋技術(shù)或光干涉的干涉條紋技術(shù)等。1 1、波數(shù)測量法、波數(shù)測量法 波數(shù)測量法通常用測量光通量隨被測信息變波數(shù)測量法通常用測量光通量隨被測信息變化的周期數(shù)來檢測被測值，如光柵莫爾條紋測量化的周期數(shù)來檢測被測值，如光柵莫爾條紋測量技

25、術(shù)。如圖所示是用光柵測量位移的例子。技術(shù)。如圖所示是用光柵測量位移的例子。 圖圖 光柵莫爾條紋測量原理圖光柵莫爾條紋測量原理圖 2 2、頻率測量法、頻率測量法 在前述例子中，若要測量光柵尺的運動速在前述例子中，若要測量光柵尺的運動速度，只需要將光柵尺的位移對時間微分，即：度，只需要將光柵尺的位移對時間微分，即： 式中，式中，dN/dtdN/dt為波數(shù)的時間變化率即頻率；為波數(shù)的時間變化率即頻率；而而dx/dtdx/dt為速度，即運動速度與光通量變化頻率為速度，即運動速度與光通量變化頻率成正比。這種通過測量光通量變化的頻率來測量成正比。這種通過測量光通量變化的頻率來測量被測參數(shù)的方法稱作頻率測量

26、法。被測參數(shù)的方法稱作頻率測量法。 波數(shù)測量法與頻率測量法對光通量的幅度波數(shù)測量法與頻率測量法對光通量的幅度變化不敏感，因而對光源系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求比幅變化不敏感，因而對光源系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求比幅值法低。值法低。bfdtdNbdtdx三、相位法三、相位法 如果光載波的光通量被調(diào)制成隨時間呈周如果光載波的光通量被調(diào)制成隨時間呈周期性變化，而被測信息加載于光通量的相位之中，期性變化，而被測信息加載于光通量的相位之中，檢測到這個相位值即能確定被測值，這種方法稱檢測到這個相位值即能確定被測值，這種方法稱為光通量的相位測量法。為光通量的相位測量法。 典型的光通量相位測量實例是相位激光測典型的光通量相位測量實

27、例是相位激光測距儀，如圖所示。距儀，如圖所示。 圖圖 激光相位測距儀原理圖激光相位測距儀原理圖四、時間法四、時間法 若光源發(fā)出的光通量是脈沖式輻射，這時若光源發(fā)出的光通量是脈沖式輻射，這時可用單個脈沖的時間延遲來測距離，稱為時間法。可用單個脈沖的時間延遲來測距離，稱為時間法。脈沖式激光測距儀和激光雷達都是時間法測距的脈沖式激光測距儀和激光雷達都是時間法測距的典型應用。典型應用。 下面兩圖是脈沖激光測距儀的原理方框圖和下面兩圖是脈沖激光測距儀的原理方框圖和各級波形圖。各級波形圖。7.47.4空間分布的光電信號檢測方法與系統(tǒng)空間分布的光電信號檢測方法與系統(tǒng) 光學目標就是不考慮被測對象的物理本質(zhì)，光

28、學目標就是不考慮被測對象的物理本質(zhì)，只把它們看作是與背景間有一定光學反差的幾只把它們看作是與背景間有一定光學反差的幾何形體或圖形景物何形體或圖形景物 . . 信號處理的目的是確定目標相對基準坐標信號處理的目的是確定目標相對基準坐標的角度或位置偏差，稱作空間定位。的角度或位置偏差，稱作空間定位。一一 幾何中心檢測法幾何中心檢測法 )(21210 xxxG1.1.像分析和像分析器像分析和像分析器 像分析器的基本工作原理是：將被測物體的光學像像分析器的基本工作原理是：將被測物體的光學像相對于假面基準的幾何坐標，變換為通過該基準某相對于假面基準的幾何坐標，變換為通過該基準某一取樣窗口的光通量，通過檢測

29、該光通量的變化來一取樣窗口的光通量，通過檢測該光通量的變化來解調(diào)出物體的坐標位置。解調(diào)出物體的坐標位置。 2.2.典型的像分析器典型的像分析器（1 1）雙通道差分調(diào)制式像分析器）雙通道差分調(diào)制式像分析器）（2/2)(00021lxxhExhExhEUUU可采用照明光源調(diào)制使可采用照明光源調(diào)制使照明光強照明光強E E0 0按諧波形式按諧波形式變化。即：變化。即：wtEEmsin0 wtEEmsin0wtxhEUmsin2則則x假設按正弦規(guī)律移位。假設按正弦規(guī)律移位。即：即： txxmsintwtxEhUmmsinsin2(2)(2)單通道掃描調(diào)制式像分析器單通道掃描調(diào)制式像分析器(3)(3)掃描

30、調(diào)制和極值檢測掃描調(diào)制和極值檢測圖中被測鋼帶圖中被測鋼帶1 1的邊緣的邊緣2 2通通過鏡頭過鏡頭3 3成像于光欄成像于光欄4 4上，上，光欄的橫向尺寸確定了物光欄的橫向尺寸確定了物方的測量范圍方的測量范圍D D。轉(zhuǎn)筒。轉(zhuǎn)筒5 5上上刻有通光狹縫其間隔與刻有通光狹縫其間隔與光欄長度相等，以形成等光欄長度相等，以形成等間隔的光脈沖。鋼帶邊緣間隔的光脈沖。鋼帶邊緣的像位置可對光脈沖進行的像位置可對光脈沖進行脈寬調(diào)制，最后由光電元脈寬調(diào)制，最后由光電元件件6 6接收。解調(diào)出脈寬調(diào)制接收。解調(diào)出脈寬調(diào)制函數(shù)即可確定鋼帶邊緣的函數(shù)即可確定鋼帶邊緣的位置變化位置變化 (3)(3)掃描調(diào)制和極值檢測掃描調(diào)制和

31、極值檢測輻射源輻射源1 1產(chǎn)生的光束經(jīng)準直鏡產(chǎn)生的光束經(jīng)準直鏡2 2變成平行光投射到被變成平行光投射到被測直徑測直徑4 4上再經(jīng)成像透鏡上再經(jīng)成像透鏡3 3和光闌和光闌5 5成放大像成放大像7 7于掃描于掃描盤面上。盤面附近放置狹縫盤面上。盤面附近放置狹縫6 6，截取部分像。掃描，截取部分像。掃描盤上有阿基米德螺線形的通光孔和直線狹縫盤上有阿基米德螺線形的通光孔和直線狹縫6 6相疊相疊合。當掃描盤轉(zhuǎn)動時，狹縫孔被調(diào)制盤通光孔的輪合。當掃描盤轉(zhuǎn)動時，狹縫孔被調(diào)制盤通光孔的輪廓以直線的軌跡和時間成正比地實現(xiàn)掃描運動，這廓以直線的軌跡和時間成正比地實現(xiàn)掃描運動，這樣便對被測直徑的像完成了掃描調(diào)制。調(diào)制后的光樣便對被測直徑的像完成了掃描調(diào)制。調(diào)制后的光通量經(jīng)聚光鏡通量經(jīng)聚光鏡9 9由光電接收器由光電接收器