光電檢測(cè)總結(jié)全

1、光電檢測(cè)技術(shù)是以激光、紅外、光纖等現(xiàn)代光電子器件作為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)被檢測(cè)物體的光輻射，經(jīng)光電檢測(cè)器接收光輻射并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由輸入電路、放大濾波等檢測(cè)電路提取有用信息，或進(jìn)入計(jì)算機(jī)處理，最終顯示輸出所需要的檢測(cè)物理參數(shù)檢測(cè)：通過(guò)一定的物理方式 ，分辨出被測(cè)參量并歸屬到某一范圍帶，以此來(lái)判別被測(cè)參數(shù)是否合格或是否存在。測(cè)量：將被測(cè)的未知量與同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量比較，確定被測(cè)量對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量的倍數(shù)，并通過(guò)數(shù)字表示出這個(gè)倍數(shù)的過(guò)程。光電檢測(cè)系統(tǒng)組成：光發(fā)射機(jī)，光學(xué)通道，光接收機(jī)。光發(fā)射機(jī)：分為主動(dòng)式和被動(dòng)式。主動(dòng)式：光源（或加調(diào)制器）被動(dòng)式：無(wú)自身光源，來(lái)自被測(cè)物體的光熱輻射發(fā)射。光學(xué)通道：大氣、空間、水下和光纖

2、等。光接收機(jī)：收集入射的光信號(hào)并加以處理，恢復(fù)光載波信息光電檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)：高精度。各種檢測(cè)技術(shù)中最高。如激光干涉儀法檢測(cè)長(zhǎng)度的精度達(dá)0.05um/m；光柵莫爾條紋法測(cè)角可達(dá)0.04秒；用激光測(cè)距法測(cè)量地球到月球之間距離分辨率可達(dá)1m。高速度。光電檢測(cè)以光為介質(zhì)，用光學(xué)方法獲取和傳遞信息是最快的。遠(yuǎn)距離，大量程。光便于遠(yuǎn)距離傳播的介質(zhì)，適于遙控和遙測(cè)，如武器制導(dǎo)，光電跟蹤，電視遙測(cè)等。非接觸檢測(cè)。光照可認(rèn)為是沒(méi)有測(cè)量力的，也無(wú)磨擦，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量，效率最高。壽命長(zhǎng)。光波可永久使用。具有很強(qiáng)的信息處理和運(yùn)算能力?？蓪?fù)雜信息并行處理。同時(shí)光電方法還便于信息控制和存儲(chǔ)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化。光電

3、檢測(cè)基本方法： 直接作用法（受被測(cè)物理量控制的光通量，經(jīng)光電接收器轉(zhuǎn)換后由檢測(cè)機(jī)構(gòu)可直接得到所求被測(cè)物理量）、差動(dòng)測(cè)量法（利用被測(cè)量與某一標(biāo)準(zhǔn)量相比較，所得差或數(shù)值比可反應(yīng)被測(cè)量的大小）、補(bǔ)償測(cè)量法（是用光或電的方法補(bǔ)償由被測(cè)量變化而引起的光通量變化，補(bǔ)償器的可動(dòng)元件連接讀數(shù)裝置指示出補(bǔ)償量值，其大小反應(yīng)被測(cè)量變化大小）和脈沖測(cè)量法（測(cè)量中將被測(cè)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(cè)量的大小）脈沖測(cè)量法特點(diǎn)：抗干擾性能好，精度高，直接與計(jì)算機(jī)相連，易于實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量和自動(dòng)化控制。雙光路外差檢測(cè)特點(diǎn)：雙光路可消除雜散光、光源波動(dòng)、溫度變化和電源電壓波動(dòng)帶來(lái)的測(cè)量誤差

4、，使測(cè)量精度和靈敏度大大提高。光電效應(yīng)：物質(zhì)受光照射后，材料電學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化（發(fā)射電子、電導(dǎo)率的改變、產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)）現(xiàn)象。 包括：外光電效應(yīng)：產(chǎn)生電子發(fā)射。內(nèi)光電效應(yīng)：內(nèi)部電子能量狀態(tài)發(fā)生變化光電導(dǎo)效應(yīng)：光照射的物質(zhì)電導(dǎo)率發(fā)生改變，光照變化引起材料電導(dǎo)率變化。是光電導(dǎo)器件工作的基礎(chǔ)。包括： 本征和非本征兩種，對(duì)應(yīng)本征和雜質(zhì)半導(dǎo)體材料。屬于內(nèi)光電效應(yīng)。穩(wěn)態(tài)光電流：當(dāng)在垂直于電場(chǎng)方向有均勻光照入射到樣品表面，且入射光通量恒定時(shí)，樣品中流出的光電流為穩(wěn)態(tài)光電流。暗電導(dǎo)率：無(wú)光照時(shí)，半導(dǎo)體材料在常溫下具有一定的熱激發(fā)載流子濃度，此時(shí)材料處于暗態(tài)，具有一定的暗電導(dǎo)率。暗電流：暗態(tài)下外加電壓通過(guò)的電流

5、。光電導(dǎo)：亮電導(dǎo)與暗電導(dǎo)之差。光電流：亮電流與暗電流之差。弛豫現(xiàn)象：光電導(dǎo)材料從光照開(kāi)始到獲得穩(wěn)定的光電流需要一定的時(shí)間。同樣光電流的消失也是逐漸的。光電導(dǎo)增益是表征光電導(dǎo)器件特性的一個(gè)重要參數(shù)，表示長(zhǎng)度為L(zhǎng)的光電導(dǎo)體在兩端加上電壓U后，由光照產(chǎn)生的光生載流子在電場(chǎng)作用下形成的外電流與光生載流子在內(nèi)部形成的光電流之比。光電導(dǎo)器件常做成梳狀電極，光敏面做成蛇形，即保證了較大的受光表面，又可減小電極間距離，從而減小載流子的有效極間渡越時(shí)間，也利于提高靈敏度雜質(zhì)光電導(dǎo)效應(yīng)：雜質(zhì)半導(dǎo)體中施主或受主吸收光子能量后電離中，產(chǎn)生自由電子或空穴，從而增加材料電導(dǎo)率的現(xiàn)象。特點(diǎn)：容易受熱激發(fā)產(chǎn)生的噪聲的影響，常

6、工作在低溫狀態(tài)。光生伏特效應(yīng)：達(dá)到內(nèi)部動(dòng)態(tài)平衡的半導(dǎo)體PN結(jié)，在光照的作用下，在PN結(jié)的兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，稱為光生電動(dòng)勢(shì)光熱效應(yīng)：與光電效應(yīng)的區(qū)別：光電效應(yīng)中，光子能量直接變?yōu)楣怆娮拥哪芰?，光熱效?yīng)中，光能量與晶格相互作用使其運(yùn)動(dòng)加劇，造成溫度的升高，從而引起物質(zhì)相關(guān)電學(xué)特性變化?？煞譃?熱釋電效應(yīng)（介質(zhì)溫度在光照作用下溫度發(fā)生變化，介質(zhì)的極化強(qiáng)度隨溫度變化而變化，引起表面電荷變化的現(xiàn)象。物理本質(zhì)：極化晶體：在外電場(chǎng)和應(yīng)力為零情況下自身具有自發(fā)極化的晶體，原因是內(nèi)部電偶極矩不為零，表面感應(yīng)束縛電荷）、輻射熱計(jì)效應(yīng)（入射光照射材料由于受熱而造成電阻率變化的現(xiàn)象稱為輻射熱計(jì)效應(yīng)。由溫度引起電阻率變化

7、）及溫差電效應(yīng)（由兩種不同材料制成的結(jié)點(diǎn)由于受到某種因素作用而出現(xiàn)了溫差，就有可能在兩結(jié)點(diǎn)間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，回路中產(chǎn)生電流，這就是溫差電效應(yīng)）光電檢測(cè)器件利用特質(zhì)的光電效應(yīng)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件，可分為光子檢測(cè)器件和熱電檢測(cè)器件。（熱電檢測(cè)器件：熱釋電檢測(cè)器（熱釋電效應(yīng)），熱敏電阻（輻射熱計(jì)效應(yīng)），熱電偶和熱電堆（溫差電效應(yīng)）（光子檢測(cè)器件分為電真空或光電發(fā)射型檢測(cè)器件（光電管和光電倍增管）和固體或半導(dǎo)體光電檢測(cè)器件（光導(dǎo)型：光敏電阻，光伏型：光電池、光電二、三極管）熱電檢測(cè)器件的特點(diǎn)： 1、響應(yīng)波長(zhǎng)無(wú)選擇性。對(duì)各種波長(zhǎng)具有相同的敏感性。 2、響應(yīng)慢。即吸收輻射后產(chǎn)生信號(hào)所需時(shí)間長(zhǎng)，在毫秒量級(jí)

8、。光子檢測(cè)器件的特點(diǎn)：1、響應(yīng)波長(zhǎng)有選擇性。存在截止波長(zhǎng)。2、響應(yīng)快。一般為納秒到幾百微秒響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間是描述光電檢測(cè)器對(duì)入射輻射響應(yīng)快慢的參數(shù)。即入射光輻射到檢測(cè)器后或入射光被遮斷后，光電檢測(cè)器件輸出上升到穩(wěn)定值或下降到照射前的值所需要的時(shí)間。 頻率響應(yīng)S(f)：由于光電檢測(cè)器信號(hào)的產(chǎn)生和消失存在著一個(gè)滯后過(guò)程，所以入射光輻射的頻率對(duì)光電檢測(cè)器的響應(yīng)將有很大的影響，把光電檢測(cè)器的響應(yīng)隨入射輻射的調(diào)制頻率而變化的特性稱為頻率響應(yīng)?？梢?jiàn)： 光電檢測(cè)器電路時(shí)間常數(shù)決定了頻率響應(yīng)帶寬光電導(dǎo)器件或光敏電阻：利用具有光電導(dǎo)效應(yīng)的材料（如Si、Ge等本征半導(dǎo)體與雜質(zhì)半導(dǎo)體，如CdS、CdSe、PbO）

9、可以制成電導(dǎo)率隨入射光輻射量變化而變化的器件。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：體積小、堅(jiān)固耐用、價(jià)格低廉、光譜響應(yīng)范圍寬，廣泛應(yīng)用于微弱輻射信號(hào)的檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。工作原理：當(dāng)入射光子使半導(dǎo)體物質(zhì)中的電子由價(jià)帶躍升到導(dǎo)帶時(shí)，導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴均參與導(dǎo)電，因此電阻顯著減小，電導(dǎo)增加，或連接電源和負(fù)載電阻，可輸出電信號(hào)。光敏電阻按半導(dǎo)體材料的不同可分為本征型和雜質(zhì)型兩種，本征型半導(dǎo)體光敏電阻常 用于可見(jiàn)光長(zhǎng)波段檢測(cè)，雜質(zhì)型常用于紅外波段至遠(yuǎn)紅外波段光輻射的檢測(cè)。設(shè)計(jì)原則，光敏電阻在弱光輻射下光電導(dǎo)靈敏度Sg與光敏電阻兩電極間距離l的平方成反比 ，在強(qiáng)輻射作用下Sg與l的二分之三次方成反比，因此在設(shè)計(jì)光敏電阻時(shí)，盡可

10、能地縮短光敏電阻兩極間距離。工作性能特點(diǎn)：1光譜響應(yīng)范圍相當(dāng)寬?？梢?jiàn)光、紅外、遠(yuǎn)紅外、紫外區(qū)域工作電流大，可達(dá)數(shù)毫安。2所測(cè)光電強(qiáng)度范圍寬，既可測(cè)弱光，也可測(cè)強(qiáng)光3靈敏度高，光電增益可以大于1。4無(wú)選擇極性之分，使用方便。缺點(diǎn)：強(qiáng)光下光電線性度較差，弛豫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，頻率特性差。應(yīng)用：照相機(jī)、光度計(jì)、光電自動(dòng)控制、輻射測(cè)量、能量輻射、物體搜索和跟蹤、紅外成像和紅外通信等技術(shù)方面制成的光輻射接收器件。前歷效應(yīng)：指光敏電阻的時(shí)間特性與工作前“歷史”有關(guān)的一種現(xiàn)象。即測(cè)試前光敏電阻所處狀態(tài)對(duì)光敏電阻特性的影響。 暗態(tài)前歷效應(yīng)：指光敏電阻測(cè)試或工作前處于暗態(tài)，當(dāng)它突然受到光照后光電流上升的快慢程度。一般地

11、，工作電壓越低，光照度越低，則暗態(tài)前歷效應(yīng)就越重，光電流上升越慢。 亮態(tài)前歷效應(yīng)：光敏電阻測(cè)試或工作前已處于亮態(tài)，當(dāng)照度與工作時(shí)所要達(dá)到的照度不同時(shí)，所出現(xiàn)的一種滯后現(xiàn)象。光電池是一種利用光生伏特效應(yīng)制成的不需加偏壓就能將光能轉(zhuǎn)化成電能的光電器件?；窘Y(jié)構(gòu)：1、金屬-半導(dǎo)體接觸型（硒光電池）2、PN結(jié)型。幾個(gè)特征：1、柵狀電極 2、受光表面的保護(hù)膜。3、上、下電極的區(qū)分光電池光照特性特征：1、Voc與光照E成對(duì)數(shù)關(guān)系；典型值在0.45-0.6V。作電源時(shí)，轉(zhuǎn)化效率10%左右。最大15.5-20%。2、Isc與E成線性關(guān)系，常用于光電池檢測(cè)， Isc典型值 35-45mA/cm2。2、RL越小，

12、線性度越好，線性范圍越寬。3、光照增強(qiáng)到一定程度，光電流開(kāi)始飽和，與負(fù)載電阻有關(guān)。負(fù)載電阻越大越容易飽和。光電池的應(yīng)用：太陽(yáng)能電池（把光能直接轉(zhuǎn)化成電能，需要最大的輸出功率和轉(zhuǎn)化效率。即把受光面做得較大，或把多個(gè)光電池作串、并聯(lián)組成電池組，與鎳鎘蓄電池配合，可作為衛(wèi)星、微波站等無(wú)輸電線路地區(qū)的電源供給）檢測(cè)元件（利用其光敏面大，頻率響應(yīng)高，光電流與照度線性變化，適用于開(kāi)關(guān)和線性測(cè)量等）。光電二極管與光電池的特性比較1基本結(jié)構(gòu)相同，由一個(gè)PN結(jié)；2光電二極管的光敏面小，結(jié)面積小，頻率特性好，雖然光生電動(dòng)勢(shì)相同,但光電流普遍比光電池小,為數(shù)微安。3摻雜濃度：光電池約為1016-1019/cm3，硅

13、光電二極管10121013/cm3，4電阻率：光電池0.1-0.01，光電二極管1000/cm。5光電池零偏壓下工作，光電二極管反偏壓下工作。光電二極管的光譜特性1、光敏二極管在較小負(fù)載電阻下，光電流與入射光功率有較好的線性關(guān)系。2、光敏二極管的響應(yīng)波長(zhǎng)與GaAs激光管和發(fā)光二極管的波長(zhǎng)一致，組合制作光電耦合器件。3、光電二極管結(jié)電容很小，頻率響應(yīng)高，帶寬可達(dá)100kHz。光電三極管的工作原理：工作過(guò)程：一、光電轉(zhuǎn)換；二、光電流放大。光電三極管主要應(yīng)用于開(kāi)關(guān)控制電路及邏輯電路當(dāng)有光線照射于光電器件上時(shí)，使繼電器有足夠的電流而動(dòng)作，這種電路稱為亮通光電控制電路，也叫明通控制電路。如果光電繼電器不

14、受光照時(shí)能使繼電器動(dòng)作，而受光照時(shí)繼電器釋放，則稱它為暗通控制電路。光電耦合器件的工作原理 ：光電耦合器以光電轉(zhuǎn)換原理傳輸信息，由于光耦兩側(cè)是電絕緣的，所以對(duì)地電位差干擾有很強(qiáng)的抑制能力，同時(shí)光耦對(duì)電磁干擾也有很強(qiáng)的抑制能力。光耦合器件有透光型與反射型兩種，在透光型光耦合器件中，發(fā)光器件與受光器件面對(duì)面安放，在它們之間有一間隔，當(dāng)物體通過(guò)這一間隔時(shí)，發(fā)射光被切斷。利用這一現(xiàn)象可以檢測(cè)出物體的有無(wú)。采用這種方式的耦合器件后邊連接的接口電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，檢測(cè)位置精度也高。反射型光耦合器件從發(fā)光器件來(lái)的光反射到物體上面由受光器件來(lái)檢測(cè)出，比起透光型來(lái)顯得體積小，把它放在物體的側(cè)面就能使用。1光電耦合

15、器件的特點(diǎn)：具有電隔離的功能；2信號(hào)的傳輸是單向性的，適用于模擬和數(shù)字信號(hào)傳輸；3具有抗干擾和噪聲的能力，可以抑制尖脈沖及各種噪聲，發(fā)光器件為電流驅(qū)動(dòng)器件4響應(yīng)速度快5使用方便，結(jié)構(gòu)小巧，防水抗震，工作溫度范圍寬；6即具有耦合特性又具有隔離特性。光電耦合器由發(fā)光器件（發(fā)光二極管）和受光器件（光敏三極管）封裝在一個(gè)組件內(nèi)構(gòu)成；當(dāng)發(fā)光二極管流過(guò)電流IF時(shí)發(fā)出紅外光，光敏三極管受光激發(fā)后導(dǎo)通，并在外電路作用下產(chǎn)生電流IC。光電耦合器件的應(yīng)用：1代替脈沖變壓器耦合信號(hào)，帶寬寬，失真小2代替繼電器，無(wú)斷電時(shí)的沖擊電流和觸點(diǎn)抖動(dòng)。3完成電平匹配和電平轉(zhuǎn)換功能4用于計(jì)算機(jī)作為光電耦合接口器件，提高可靠性5飽

16、和壓降低，代替三極管做為開(kāi)關(guān)元件6在穩(wěn)壓電源中，作為過(guò)電流自動(dòng)保護(hù)器件，簡(jiǎn)單可靠。（電平轉(zhuǎn)換，邏輯門(mén)電路，起隔離作用，光電開(kāi)關(guān)）熱敏電阻是用金屬氧化物或半導(dǎo)體材料作為電阻體的溫敏元件。有三種基本類型：正溫度系數(shù)，PTC，負(fù)溫度系數(shù)，NTC，臨界溫度系數(shù)CTC。特點(diǎn)：溫度系數(shù)大、靈敏度高。電阻值大、引線電阻可忽略。體積小，熱響應(yīng)快，廉價(jià)?；Q性差、測(cè)溫范圍窄。在汽車(chē)、家電領(lǐng)域得到大量應(yīng)用熱電偶的特點(diǎn)(又稱溫差電偶原理是熱電效應(yīng))是測(cè)溫范圍寬，性能穩(wěn)定，有足夠的測(cè)量精度，能夠滿足工業(yè)過(guò)程溫度測(cè)量的需要；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好；輸出為電信號(hào)，可以遠(yuǎn)傳，便于集中檢測(cè)和自動(dòng)控制。熱釋電器件利用熱釋電效應(yīng)制

17、成的熱或紅外輻射檢測(cè)器件，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1寬的頻率響應(yīng)，工作頻率可近兆赦茲，一般熱檢測(cè)器時(shí)間常數(shù)典型值在1-0.01s范圍內(nèi)。而熱釋電器件的有效時(shí)間常數(shù)可低至10-4-310-5s。2檢測(cè)率高，3有大面積均勻的敏感面，工作時(shí)不接外偏置。4與熱敏電阻比，受環(huán)境溫度變化影響小。5熱釋電器件的強(qiáng)度和可靠性比其它多數(shù)熱檢測(cè)器好，制造容易。熱釋電器件不同于其它光電器件的特點(diǎn)：在恒定輻射作用情況下輸出信號(hào)電壓為零。只有在交變輻射作用下才會(huì)有信號(hào)輸出。光電檢測(cè)系統(tǒng)：直接檢測(cè)（非相干檢測(cè)，光源：非相干或相干光源，原理：利用光強(qiáng)度攜帶信息，將光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，解調(diào)電路檢出信息。調(diào)制方法：光強(qiáng)度調(diào)制、偏振調(diào)制。

18、）光外差檢測(cè)（相干檢測(cè)，光源：相干光源，原理：利用光的振幅、頻率、相位攜帶信息，檢測(cè)時(shí)需要用光波相干原理。調(diào)制方法：光振幅調(diào)制、相位調(diào)制，頻率調(diào)制。測(cè)量精度（靈敏度）更高，作用距離更遠(yuǎn)。）光電直接檢測(cè)系統(tǒng)的基本工作原理：光電直接檢測(cè)系統(tǒng)是將待光信號(hào)直接入射到光檢測(cè)器光敏面上，光檢測(cè)器響應(yīng)光輻射強(qiáng)度（幅度）并輸出相應(yīng)的電流和電壓。檢測(cè)系統(tǒng)經(jīng)光學(xué)天線或直接由檢測(cè)器接收光信號(hào)，前端還可經(jīng)過(guò)頻率濾波和空間濾波等處理。光檢測(cè)器的平方律特性：光電流正比于光電場(chǎng)振幅的平方，電輸出功率正比于入射光功率的平方。直接檢測(cè)方法不能改善輸入信噪比，適宜不是很微弱的光信號(hào)檢測(cè)。但這種方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，可靠性高，成本低

19、，得到廣泛應(yīng)用。從觀察角度講，希望視場(chǎng)角愈大愈好，即大檢測(cè)器面積或減小光學(xué)系統(tǒng)的焦距，但對(duì)檢測(cè)器會(huì)帶來(lái)不利影響： 增加檢測(cè)器面積意味著增大系統(tǒng)噪聲。因?yàn)閷?duì)大多數(shù)檢測(cè)器，噪聲功率和面積的平方根成正比。 減小焦距使系統(tǒng)的相對(duì)孔徑加大，引入系統(tǒng)背景輻射噪聲，使系統(tǒng)靈敏方式下降。因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，在檢測(cè)到信號(hào)的基礎(chǔ)上盡可能減小系統(tǒng)視場(chǎng)角比輻射率：物體在溫度T，波長(zhǎng)處的輻射出射度M1（T，）與同溫度，同波長(zhǎng)下的黑體輻射出射度M2（T，）的比值。計(jì)量光柵可分為透射式光柵和反射式光柵兩大類，均由光源、光柵副、光敏元件三大部分組成。光敏元件可以是光敏二極管，也可以是光電池。透射式光柵一般是用光學(xué)玻璃或不銹鋼做

20、基體，在其上均勻地刻劃出間距、寬度相等的條紋，形成連續(xù)的透光區(qū)和不透光區(qū)。莫爾條紋的定義：在透射式直線光柵中，把主光柵與指示光柵的刻線面相對(duì)疊和在一起，中間留有很小的間隙，并使兩者的柵線保持很小的夾角，光柵節(jié)距為P。在兩光柵的刻線重合處，光從縫隙透過(guò)，形成亮帶；在兩光柵刻線的錯(cuò)開(kāi)處，由于相互擋光作用而形成暗帶。這種亮帶和暗帶形成明暗相間的條紋稱為莫爾條紋，條紋方向與刻線方向近似垂直。通常在光柵的適當(dāng)位置安裝光敏元件，即可檢測(cè)到亮暗變化莫爾條紋有如下特征： 1）平均效應(yīng)：莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同形成的，對(duì)光柵的刻劃誤差有平均作用，從而能在很大程度上消除光柵刻線不均勻引起的誤差。 2）對(duì)應(yīng)關(guān)

21、系：當(dāng)指示光柵沿與柵線垂直的方向作相對(duì)移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋則沿光柵刻線方向移動(dòng)（兩者的運(yùn)動(dòng)方向相互垂直）；指示光柵反向移動(dòng)，莫爾條紋亦反向移動(dòng)。在圖中，當(dāng)指示光柵向右移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋向上運(yùn)動(dòng)。 3）放大作用：莫爾條紋的間距是放大了的光柵柵距，它隨著指示光柵與主光柵刻線夾角而改變。越小，B越大，相當(dāng)于把微小的柵距P擴(kuò)大了 倍。由此可見(jiàn)，計(jì)量光柵起到光學(xué)放大器的作用。4）莫爾條紋移過(guò)的條紋數(shù)與光柵移過(guò)的刻線數(shù)相等。但是如果只用一個(gè)光電元件，其輸出信號(hào)還存在兩個(gè)問(wèn)題： 辨向問(wèn)題：用一個(gè)光電元件無(wú)法辨別運(yùn)動(dòng)方向； 精度低；分辨力只為一個(gè)柵距P。莫爾條紋的應(yīng)用：莫爾條紋測(cè)長(zhǎng)儀分長(zhǎng)光柵和圓光柵兩種，光刻密度相

22、同，通常為25，50，100，250條/mm。被廣泛地應(yīng)用于： 1光柵數(shù)顯表2光柵傳感器在位置控制中的應(yīng)用3軸環(huán)式數(shù)顯表4機(jī)械測(cè)長(zhǎng)和數(shù)控機(jī)床中。脈沖激光測(cè)距利用了激光的發(fā)散角小，能量空間相對(duì)集中的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)還利用了激光脈沖持續(xù)時(shí)間極短，能量在時(shí)間上相對(duì)集中的特點(diǎn)。因此瞬時(shí)功率很大，般可達(dá)兆瓦級(jí)。組成：它由脈沖激光發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、控制電路、時(shí)鐘脈沖振蕩器以及計(jì)數(shù)顯示電路等組成光外差檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)器性能的要求：1響應(yīng)頻帶寬主要是因?yàn)椴捎枚嗥绽疹l移特性進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)時(shí)，頻移的變化范圍寬，要求檢測(cè)器的響應(yīng)范圍要寬，甚至達(dá)上千兆Hz。2均勻性好外差檢測(cè)中檢測(cè)器即為混頻器，在檢測(cè)器光敏面上信號(hào)光束和本振

23、蕩光束發(fā)生相干產(chǎn)生差頻信號(hào)，為達(dá)到在光敏面不同區(qū)域相同的外差效果，要求檢測(cè)器的光電性能在整光敏面上都是一致。特別是跟蹤系統(tǒng)的四象限列陣檢測(cè)器。3工作溫度高在實(shí)驗(yàn)室工作時(shí)，工作溫度無(wú)嚴(yán)格要求。如果在室外或空間應(yīng)用時(shí)，要求選工作溫度高的檢測(cè)器。如HgCdTe紅外檢測(cè)器件。光外差檢測(cè)特性：1光外差檢測(cè)可獲得全部信息2光外差檢測(cè)轉(zhuǎn)換增益G高3良好的濾波性能4信噪比損失小激光干涉測(cè)長(zhǎng)儀主要組成部分1激光光源2干涉系統(tǒng)3光電顯微鏡4干涉信號(hào)處理部分角錐棱鏡代替了平面反射鏡作為反射器，一方面避免了反射光束反饋回激光器對(duì)激光器帶來(lái)不利影響；另一方面由于角錐棱鏡具有“出射光束與入射光束的平行不受棱鏡繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的影

24、響”的特點(diǎn)。激光測(cè)速的原理是：是測(cè)量通過(guò)激光束的示蹤粒子的多普勒信號(hào)，再根據(jù)速度與多普勒頻率的關(guān)系得到粒子速度。測(cè)得了粒子的速度，也就是流動(dòng)的速度。激光測(cè)速的最主要的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)流動(dòng)沒(méi)有任何擾動(dòng)，測(cè)量的精度高，測(cè)速范圍寬，而且由于多普勒頻率與速度是線性關(guān)系，和該點(diǎn)的溫度，壓力沒(méi)有關(guān)系，是目前世界上速度測(cè)量精度最高的儀器光纖傳感器用光作為敏感信息的載體，用光纖作為傳遞敏感信息的媒質(zhì)。因此，它同時(shí)具有光纖及光學(xué)測(cè)量的特點(diǎn)。電絕緣性能好?？闺姶鸥蓴_能力強(qiáng)。非侵入性。高靈敏度容易實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)信號(hào)的遠(yuǎn)距離監(jiān)控。光纖傳感器可測(cè)量位移、速度、加速度、液位、應(yīng)變、壓力、流量、振動(dòng)、溫度、電流、電壓、磁場(chǎng)等物理量光纖

25、呈圓柱形，它由玻璃纖維芯(纖芯)和玻璃包皮(包層)兩個(gè)同心圓柱的雙層結(jié)構(gòu)組成。 光纖傳感器結(jié)構(gòu)原理由光發(fā)送器發(fā)出的光經(jīng)源光纖引導(dǎo)至敏感元件。這時(shí)，光的某一性質(zhì)受到被測(cè)量的調(diào)制，已調(diào)光經(jīng)接收光纖耦合到光接收器，使光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，最后經(jīng)信號(hào)處理得到所期待的被測(cè)量。光纖傳感器分為功能型、非功能型和拾光型三大類光纖的損耗當(dāng)光在光纖中傳輸時(shí)，隨著傳輸距離的增加，光功率逐漸減小，損耗的種類：吸收損耗：來(lái)源于光纖物質(zhì)和雜質(zhì)的吸收作用；散射損耗：光纖材料的不均勻性和尺寸缺陷，如瑞利散射；其他損耗：如光纖彎曲也引起散射損耗。光纖的色散是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)，隨傳輸距離增加，由于不同成分的光傳輸時(shí)延不同引起的脈

26、沖展寬的物理效應(yīng)。色散的種類：模式色散：模式色散是由于光纖不同模式在同一波長(zhǎng)下傳播速度不同，使傳播時(shí)延不同而產(chǎn)生的色散。只有多模光纖才存在模式色散，它主要取決于光纖的折射率分布。材料色散：材料色散是由于光纖的折射率隨波長(zhǎng)變化而使模式內(nèi)不同波長(zhǎng)的光時(shí)間延遲不同產(chǎn)生的色散。取決于光纖材料折射率的波長(zhǎng)特性和光源的譜線寬度。波導(dǎo)色散：波導(dǎo)色散是由于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)與波長(zhǎng)有關(guān)而產(chǎn)生的色散。取決于波導(dǎo)尺寸和纖芯包層的相對(duì)折射率差光纖的光波調(diào)制技術(shù)：1、強(qiáng)度調(diào)制：利用被測(cè)對(duì)象的變化引起敏感元件的折射率、吸收或反射等參數(shù)的變化，而導(dǎo)致光強(qiáng)度發(fā)生變化來(lái)實(shí)現(xiàn)敏感測(cè)量的。2、偏振調(diào)制：（偏振調(diào)制就是利用光偏振態(tài)的變化來(lái)

27、傳遞被測(cè)對(duì)象的信息）調(diào)制原理：普克爾Pockels效應(yīng)(電光效應(yīng))，法拉第磁光效應(yīng)，光彈效應(yīng)。解調(diào)原理：檢偏器。3相位調(diào)制（相位調(diào)制的基本原理是利用被測(cè)對(duì)象對(duì)敏感元件的作用，使敏感元件的折射率或傳播常數(shù)發(fā)生變化，而導(dǎo)致光的相位變化，使兩束單色光所產(chǎn)生的干涉條紋發(fā)生變化，通過(guò)檢測(cè)干涉條紋的變化量來(lái)確定光的相位變化量，從而得到被測(cè)對(duì)象的信息相位解調(diào)原理：光外差檢測(cè)原理）4頻率調(diào)制5波長(zhǎng)調(diào)制線偏振光：光矢量只在一個(gè)固定平面內(nèi)沿一個(gè)固定方向振動(dòng)的光叫平面偏振光。偏振片：將自然光轉(zhuǎn)變成偏振光的儀器。偏振片有一個(gè)特定的方向，只讓平行于該方向的光矢量通過(guò)。這個(gè)方向稱為透振方向（或叫偏振化方向）。偏振片的作用

28、1當(dāng)作起偏器：用它可以把自然光變成線偏振光。2當(dāng)作檢偏器：用它可以檢驗(yàn)光的偏振態(tài)。普克爾效應(yīng)（電光效應(yīng)）當(dāng)壓電晶體受光照射，并在與光照正交的方向上加以高壓電場(chǎng)時(shí)，晶體將呈現(xiàn)雙折射現(xiàn)象。法拉第效應(yīng)某些物質(zhì)在磁場(chǎng)作用下，線偏振光通過(guò)時(shí)其振動(dòng)面會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)光彈效應(yīng)在垂直于光波傳播方向上施加應(yīng)力，被施加應(yīng)力的材料將會(huì)使光產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，其折射率的變化與應(yīng)力材關(guān)邁克爾遜干涉儀：干涉原理：當(dāng)激光束分得的兩光束的光程差小于激光的相干長(zhǎng)度時(shí)，射到光檢測(cè)器上的兩相干光束即產(chǎn)生干涉，且相位差為：。馬赫澤德?tīng)柛缮鎯x：由移動(dòng)平面鏡的位移獲得兩相干光束的相位差，在光檢測(cè)器是產(chǎn)生干涉。優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有激光返回激光器，噪聲小，穩(wěn)定

29、性好。對(duì)干涉影響小。3. 薩格納克干涉儀4法布里-珀羅干涉儀，干涉原理是多光束干涉在光纖探頭的端部,發(fā)射光纖與接收光纖一般有四種分布:(a)隨機(jī)分布;(b)半球形對(duì)開(kāi)分布;(c)共軸內(nèi)發(fā)射分布;(d)共軸外發(fā)射分布光纖溫度傳感器有功能型和傳光型兩種半導(dǎo)體光吸收型光纖溫度傳感器：原理：半導(dǎo)體材料的光吸收與禁帶寬度Eg有關(guān)，光子能量大于Eg的光被吸收，光子能量等于Eg的是半導(dǎo)體吸收的“紅限波長(zhǎng)g”，被稱為半導(dǎo)體吸收端，在吸收端，波長(zhǎng)的增加半導(dǎo)體吸收呈線性遞減特性，超過(guò)這一波長(zhǎng)范圍的光幾乎不產(chǎn)生吸收。當(dāng)溫度增加時(shí)，禁帶寬度變窄，紅限波長(zhǎng)線性地變長(zhǎng)，光吸收端線性地向長(zhǎng)波方向平移。鎖定放大器的構(gòu)成：1)

30、信號(hào)通道 2)參考通道3)相敏檢波器4)低通濾波器鎖相放大技術(shù)的四個(gè)基本環(huán)節(jié)：通過(guò)調(diào)制或斬光，將被測(cè)信號(hào)由零頻范圍轉(zhuǎn)移到設(shè)定的高頻范圍內(nèi)。檢測(cè)系統(tǒng)變成交流系統(tǒng)；在調(diào)制頻率上對(duì)有用信號(hào)進(jìn)行選頻放大；在相敏檢波中對(duì)信號(hào)解調(diào)。同步解調(diào)作用截?cái)嗔朔峭皆肼曅盘?hào)，使輸出信號(hào)的帶寬限制在極窄的范圍內(nèi)；通過(guò)低通濾波器對(duì)檢波信號(hào)進(jìn)行低通濾波。特點(diǎn)：要求對(duì)入射光束進(jìn)行斬光或光源調(diào)制，適用于調(diào)幅光信號(hào)的檢測(cè)；極窄帶高增益放大器，增益可達(dá)1011，帶寬窄到0.0004Hz；交流直流信號(hào)變換器；可以補(bǔ)償光檢測(cè)中的背景輻射噪聲前置放大器的固有噪聲。信噪比改善可達(dá)1000倍。取樣積分器(Boxcar)， 是一種微弱信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)。它在原理上是很古老的，它利用周期性信號(hào)的重復(fù)特性，在每個(gè)周期內(nèi)對(duì)信號(hào)的一部分取樣一次，然后經(jīng)過(guò)積分器算出平均值，于是各個(gè)周期內(nèi)取樣平均信號(hào)的總體便展現(xiàn)了待測(cè)信號(hào)的真實(shí)波形，因?yàn)樾盘?hào)提取(取樣)是經(jīng)過(guò)多次重復(fù)的，而噪聲多次重復(fù)的統(tǒng)計(jì)平均值為零，所以可大大