光電傳感與檢測(cè)技術(shù)教案課件江曉軍第3章光電檢測(cè)系

光電傳感與檢測(cè)技術(shù)光電傳感與檢測(cè)技術(shù)1第3章光電檢測(cè)系統(tǒng)3.1光電檢測(cè)系統(tǒng)概述

3.2光電檢測(cè)方法及系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.3光電信號(hào)與計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)

3.4光電檢測(cè)電路舉例第3章光電檢測(cè)系統(tǒng)3.1光電檢測(cè)系統(tǒng)概述

3.2光電檢23.1光電檢測(cè)系統(tǒng)概述圖3-1光電檢測(cè)系統(tǒng)的組成框圖3.1光電檢測(cè)系統(tǒng)概述圖3-1光電檢測(cè)系統(tǒng)的組成框圖33.2光電檢測(cè)方法及系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2.1光電檢測(cè)系統(tǒng)中的常見(jiàn)光源及選用

3.2.2光電檢測(cè)中的光學(xué)系統(tǒng)

3.2.3光信號(hào)的調(diào)制檢測(cè)

3.2.4光電信號(hào)的檢測(cè)方法

3.2.5光電檢測(cè)信號(hào)的偏置放大3.2光電檢測(cè)方法及系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2.1光電檢測(cè)系統(tǒng)中的常43.2.1光電檢測(cè)系統(tǒng)中的常見(jiàn)光源及選用1.光源類型

2.光源的選用3.2.1光電檢測(cè)系統(tǒng)中的常見(jiàn)光源及選用1.光源類型

251.光源類型(1)熱輻射光源

(2)氣體放電光源

(3)半導(dǎo)體發(fā)光器件

(4)激光光源及其種類1.光源類型(1)熱輻射光源

(2)氣體放電光源

(36(1)熱輻射光源物體溫度越高，輻射能量越大，輻射光譜的峰值波長(zhǎng)也就越短。常見(jiàn)的熱輻射光源有白熾燈和鹵素?zé)簟０谉霟舭谉霟羰且环N典型的熱輻射光源。

鹵素?zé)粼诎谉霟糁谐淙臌u族元素或鹵化物的燈就是鹵素?zé)?，它的發(fā)光原理與白熾燈一樣，只是由于在這類燈中充入了一定量的碘、溴等鹵族元素，因而燈絲的工作溫度就可提高，且具有較高的發(fā)光效率和較長(zhǎng)的使用壽命。(1)熱輻射光源物體溫度越高，輻射能量越大，輻射光譜的峰值7(2)氣體放電光源氣體放電光源的發(fā)光原理是兩電極間的氣體受電子激發(fā)而發(fā)光。白熾燈的光譜是連續(xù)的，而氣體放電燈的光譜是不連續(xù)的，它與氣體或金屬的種類及放電條件有關(guān)。根據(jù)充氣壓力的不同，氣體放電光源可分為低壓氣體放電燈，如熒光燈(低壓汞燈)、低壓鈉燈；還有高壓氣體放電燈，如熒光高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、陶瓷金屬鹵化物燈。低壓汞燈、氫燈、鈉燈、鎘燈、氦燈是光譜儀器中常用的光源，統(tǒng)稱為光譜燈。(2)氣體放電光源氣體放電光源的發(fā)光原理是兩電極間的氣體受8(3)半導(dǎo)體發(fā)光器件發(fā)光二極管具有如下特點(diǎn)：①工作電壓低(1.5～2V)，耗電少(10mA下即可在室內(nèi)得到適當(dāng)?shù)牧炼?；②可通過(guò)調(diào)節(jié)電流或電壓來(lái)對(duì)發(fā)光亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，且響應(yīng)速度快，并可直流驅(qū)動(dòng)；③比普通光源的單色性好；④發(fā)光亮度和發(fā)光效率均較高；⑤容易與集成電路配合使用；⑥體積小，重量輕，抗沖擊，耐振動(dòng)，壽命長(zhǎng)。1）發(fā)光二極管的工作原理2）發(fā)光二極管的極限參數(shù)3）發(fā)光二極管的光譜特性4）發(fā)光二極管的伏安特性5）發(fā)光二極管的發(fā)光特性(3)半導(dǎo)體發(fā)光器件發(fā)光二極管具有如下特點(diǎn)：①工作電壓低(9(3)半導(dǎo)體發(fā)光器件圖3-2半導(dǎo)體發(fā)光二極管

a)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖b)符號(hào)(3)半導(dǎo)體發(fā)光器件圖3-2半導(dǎo)體發(fā)光二極管

a)結(jié)構(gòu)101）發(fā)光二極管的工作原理圖3-3LED的工作原理1）發(fā)光二極管的工作原理圖3-3LED的工作原理11表3-1常見(jiàn)的發(fā)光二極管材料及性能1）發(fā)光二極管的工作原理表3-1常見(jiàn)的發(fā)光二極管材料及性能1）發(fā)光二極管的工作原理122）發(fā)光二極管的極限參數(shù)發(fā)光二極管的極限參數(shù)包括：①允許功耗Pm：允許加于LED兩端正向直流電壓與流過(guò)它的電流之積的最大值。超過(guò)此值，LED發(fā)熱、損壞。②最大正向直流電流IFm：允許加的最大的正向直流電流。超過(guò)此值可損壞二極管。③最大反向電壓VRm：所允許圖3-4

GaP綠色發(fā)光二極管的光譜分布加的最大反向電壓。超過(guò)此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。④工作環(huán)境溫度topm：發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，發(fā)光二極管將不能正常工作，效率大大降低。2）發(fā)光二極管的極限參數(shù)發(fā)光二極管的極限參數(shù)包括：①允許功耗133）發(fā)光二極管的光譜特性圖3-4GaP綠色發(fā)光二極管的光譜分布3）發(fā)光二極管的光譜特性圖3-4GaP綠色發(fā)光二極管的光譜144）發(fā)光二極管的伏安特性圖3-5發(fā)光二極管的伏安特性4）發(fā)光二極管的伏安特性圖3-5發(fā)光二極管的伏安特性155）發(fā)光二極管的發(fā)光特性圖3-6發(fā)光二極管的發(fā)光特性5）發(fā)光二極管的發(fā)光特性圖3-6發(fā)光二極管的發(fā)光特性16(4)激光光源及其種類圖3-7激發(fā)與受激輻射過(guò)程

a)自發(fā)輻射過(guò)程b)受激輻射過(guò)程(4)激光光源及其種類圖3-7激發(fā)與受激輻射過(guò)程

a)17(4)激光光源及其種類圖3-8激光器構(gòu)成圖(4)激光光源及其種類圖3-8激光器構(gòu)成圖18(4)激光光源及其種類圖3-9內(nèi)腔式氦氖激光器(4)激光光源及其種類圖3-9內(nèi)腔式氦氖激光器19(4)激光光源及其種類圖3-10外腔式氦氖激光器(4)激光光源及其種類圖3-10外腔式氦氖激光器20(4)激光光源及其種類圖3-11C激光器的結(jié)構(gòu)圖(4)激光光源及其種類圖3-11C激光器的結(jié)構(gòu)圖21(4)激光光源及其種類圖3-12紅寶石激光器原理圖(4)激光光源及其種類圖3-12紅寶石激光器原理圖22(4)激光光源及其種類圖3-13砷化鎵同質(zhì)結(jié)二極管

激光器結(jié)構(gòu)圖(4)激光光源及其種類圖3-13砷化鎵同質(zhì)結(jié)二極管

激光232.光源的選用(1)對(duì)光源光譜特性的要求

(2)對(duì)光源發(fā)光強(qiáng)度的要求

(3)對(duì)光源穩(wěn)定性的要求

(4)其他因素2.光源的選用(1)對(duì)光源光譜特性的要求

(2)對(duì)24(1)對(duì)光源光譜特性的要求圖3-14光譜匹配光系圖(1)對(duì)光源光譜特性的要求圖3-14光譜匹配光系圖25(2)對(duì)光源發(fā)光強(qiáng)度的要求為確保光電檢測(cè)系統(tǒng)正常工作，對(duì)光源的發(fā)光強(qiáng)度有一定要求。發(fā)光強(qiáng)度過(guò)低，系統(tǒng)獲得的信號(hào)將過(guò)小，無(wú)法進(jìn)行正常檢測(cè)；而發(fā)光強(qiáng)度過(guò)高，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)工作的非線性，甚至可能損壞系統(tǒng)，或?qū)е履茉吹睦速M(fèi)。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)探測(cè)器所獲得的光通量進(jìn)行正確估計(jì)，根據(jù)使用要求及探測(cè)器的性能來(lái)綜合考慮光源的發(fā)光強(qiáng)度。(2)對(duì)光源發(fā)光強(qiáng)度的要求為確保光電檢測(cè)系統(tǒng)正常工作，對(duì)26(3)對(duì)光源穩(wěn)定性的要求不同的光電檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)光源的穩(wěn)定性有不同的要求。如：脈沖量的檢測(cè)和調(diào)制光相位的檢測(cè)，對(duì)光源的穩(wěn)定性要求不高，只要確保不因光源波動(dòng)而發(fā)生錯(cuò)漏即可；而光強(qiáng)、亮度、照度等的檢測(cè)對(duì)光源穩(wěn)定性的要求就很嚴(yán)格。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求，即保證滿足精度要求，又考慮造價(jià)，不因過(guò)分要求而使用昂貴的設(shè)備。(3)對(duì)光源穩(wěn)定性的要求不同的光電檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)光源的穩(wěn)定性27(4)其他因素在光電檢測(cè)系統(tǒng)中，發(fā)光面的形狀和尺寸、光源的結(jié)構(gòu)、光源的供電系統(tǒng)復(fù)雜與否、是否需要人工冷卻、使用壽命、更換方便程度以及價(jià)格等因素，都可能影響到整個(gè)系統(tǒng)的最終效果，在設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)該按系統(tǒng)要求給予滿足。(4)其他因素在光電檢測(cè)系統(tǒng)中，發(fā)光面的形狀和尺寸、光源283.2.2光電檢測(cè)中的光學(xué)系統(tǒng)1.顯微光學(xué)系統(tǒng)

2.望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)3.2.2光電檢測(cè)中的光學(xué)系統(tǒng)1.顯微光學(xué)系統(tǒng)

2.望291.顯微光學(xué)系統(tǒng)(1)顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)的組成

(2)顯微鏡的成像原理

(3)顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制

(4)顯微鏡的重要光學(xué)技術(shù)參數(shù)1.顯微光學(xué)系統(tǒng)(1)顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)的組成

(2)30(1)顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)的組成圖3-15人眼直接觀察物體時(shí)的示意圖(1)顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)的組成圖3-15人眼直接觀察物體31(2)顯微鏡的成像原理圖3-16放大鏡的工作原理(2)顯微鏡的成像原理圖3-16放大鏡的工作原理32(2)顯微鏡的成像原理圖3-17顯微鏡成像原理圖(2)顯微鏡的成像原理圖3-17顯微鏡成像原理圖33(3)顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制圖3-18光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制(3)顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制圖3-18光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制34(3)顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制圖3-19顯微鏡系統(tǒng)光路(3)顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制圖3-19顯微鏡系統(tǒng)光路35(3)顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制圖3-20非物方遠(yuǎn)心光路測(cè)量系統(tǒng)(3)顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制圖3-20非物方遠(yuǎn)心光路測(cè)量系36(3)顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制圖3-21物方遠(yuǎn)心光路(3)顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制圖3-21物方遠(yuǎn)心光路37(4)顯微鏡的重要光學(xué)技術(shù)參數(shù)圖3-22景深的形成原理(4)顯微鏡的重要光學(xué)技術(shù)參數(shù)圖3-22景深的形成原理382.望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)(1)望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的成像原理

(2)望遠(yuǎn)鏡的分類

(3)望遠(yuǎn)鏡的主要參數(shù)2.望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)(1)望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的成像原理

(2)望遠(yuǎn)鏡39圖3-23望遠(yuǎn)系統(tǒng)的成像原理圖(1)望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的成像原理圖3-23望遠(yuǎn)系統(tǒng)的成像原理圖(1)望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的成像原理40圖3-24開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡原理圖(1)望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的成像原理圖3-24開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡原理圖(1)望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的成像原理41圖3-25開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡原理圖(1)望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的成像原理圖3-25開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡原理圖(1)望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的成像原理42(2)望遠(yuǎn)鏡的分類圖3-26折射望遠(yuǎn)鏡示意圖(2)望遠(yuǎn)鏡的分類圖3-26折射望遠(yuǎn)鏡示意圖43(2)望遠(yuǎn)鏡的分類圖3-27牛頓望遠(yuǎn)鏡光路圖(2)望遠(yuǎn)鏡的分類圖3-27牛頓望遠(yuǎn)鏡光路圖44(2)望遠(yuǎn)鏡的分類圖3-28卡塞格林望遠(yuǎn)鏡光路圖(2)望遠(yuǎn)鏡的分類圖3-28卡塞格林望遠(yuǎn)鏡光路圖45(2)望遠(yuǎn)鏡的分類圖3-29格雷果里望遠(yuǎn)鏡光路圖(2)望遠(yuǎn)鏡的分類圖3-29格雷果里望遠(yuǎn)鏡光路圖46(2)望遠(yuǎn)鏡的分類圖3-30施密特望遠(yuǎn)鏡光路圖(2)望遠(yuǎn)鏡的分類圖3-30施密特望遠(yuǎn)鏡光路圖47(2)望遠(yuǎn)鏡的分類圖3-31馬克蘇托夫望遠(yuǎn)鏡光路圖(2)望遠(yuǎn)鏡的分類圖3-31馬克蘇托夫望遠(yuǎn)鏡光路圖48(3)望遠(yuǎn)鏡的主要參數(shù)1)物鏡的口徑2)分辨角3)視場(chǎng)角4)視角放大率5)景深(3)望遠(yuǎn)鏡的主要參數(shù)1)物鏡的口徑493.2.3光信號(hào)的調(diào)制檢測(cè)1.光調(diào)制的基本概念

2.光信號(hào)的調(diào)制方法

3.磁光調(diào)制原理3.2.3光信號(hào)的調(diào)制檢測(cè)1.光調(diào)制的基本概念

2.光501.光調(diào)制的基本概念(1)振幅調(diào)制

(2)頻率調(diào)制和相位調(diào)制

(3)強(qiáng)度調(diào)制

(4)脈沖調(diào)制

(5)脈沖編碼調(diào)制1.光調(diào)制的基本概念(1)振幅調(diào)制

(2)頻率調(diào)制和相位調(diào)51(1)振幅調(diào)制圖3-32調(diào)幅波頻譜(1)振幅調(diào)制圖3-32調(diào)幅波頻譜52(2)頻率調(diào)制和相位調(diào)制調(diào)頻或調(diào)相就是光載波的頻率或相位隨著調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律而改變的振蕩。(2)頻率調(diào)制和相位調(diào)制調(diào)頻或調(diào)相就是光載波的頻率或相位隨著53圖3-33強(qiáng)度調(diào)制(3)強(qiáng)度調(diào)制圖3-33強(qiáng)度調(diào)制(3)強(qiáng)度調(diào)制54(3)強(qiáng)度調(diào)制強(qiáng)度調(diào)制是使光載波的強(qiáng)度(光強(qiáng))隨調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化的激光振蕩，如圖3-33所示。光束調(diào)制多采用強(qiáng)度調(diào)制形式，這是因?yàn)榻邮掌饕话愣际侵苯禹憫?yīng)其所接收的光強(qiáng)。(3)強(qiáng)度調(diào)制強(qiáng)度調(diào)制是使光載波的強(qiáng)度(光強(qiáng))隨調(diào)制信號(hào)規(guī)律55(4)脈沖調(diào)制圖3-34脈沖調(diào)制形式

a)調(diào)制信號(hào)b)脈沖幅度調(diào)制c)脈沖寬度調(diào)制

d)脈沖頻率調(diào)制e)脈沖位置調(diào)制(4)脈沖調(diào)制圖3-34脈沖調(diào)制形式

a)調(diào)制信號(hào)b)56(5)脈沖編碼調(diào)制這種調(diào)制是把模擬信號(hào)先變成電脈沖序列，進(jìn)而變成代表信號(hào)信息的二進(jìn)制編碼，再對(duì)光載波進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制。要實(shí)現(xiàn)脈沖編碼調(diào)制，必須進(jìn)行三個(gè)過(guò)程：抽樣、量化和編碼。1)抽樣抽樣就是把連續(xù)信號(hào)波分割成不連續(xù)的脈沖波，用一定的脈沖列來(lái)表示，且脈沖列的幅度與信號(hào)波的幅度相對(duì)應(yīng)。2)量化量化就是把抽樣后的脈幅調(diào)制波做分級(jí)取“整”處理，用有限個(gè)數(shù)的代表值取代抽樣值的大小。3)編碼編碼是把量化后的數(shù)字信號(hào)變換成相應(yīng)的二進(jìn)制碼的過(guò)程。(5)脈沖編碼調(diào)制這種調(diào)制是把模擬信號(hào)先變成電脈沖序列，進(jìn)而572.光信號(hào)的調(diào)制方法(1)電光調(diào)制器

(2)聲光調(diào)制器2.光信號(hào)的調(diào)制方法(1)電光調(diào)制器

(2)聲光調(diào)制器58(1)電光調(diào)制器圖3-35縱向電光強(qiáng)度調(diào)制器的結(jié)構(gòu)圖(1)電光調(diào)制器圖3-35縱向電光強(qiáng)度調(diào)制器的結(jié)構(gòu)圖59(1)電光調(diào)制器圖3-36電光調(diào)制特性曲線(1)電光調(diào)制器圖3-36電光調(diào)制特性曲線60(1)電光調(diào)制器圖3-37橫向電光強(qiáng)度調(diào)制(1)電光調(diào)制器圖3-37橫向電光強(qiáng)度調(diào)制61(1)電光調(diào)制器圖3-38電光相位調(diào)制原理圖(1)電光調(diào)制器圖3-38電光相位調(diào)制原理圖62(1)電光調(diào)制器圖3-39電光調(diào)制器的等效電路圖(1)電光調(diào)制器圖3-39電光調(diào)制器的等效電路圖63(1)電光調(diào)制器圖3-40調(diào)制器的并聯(lián)諧振回路(1)電光調(diào)制器圖3-40調(diào)制器的并聯(lián)諧振回路64(2)聲光調(diào)制器圖3-41聲光調(diào)制的原理(2)聲光調(diào)制器圖3-41聲光調(diào)制的原理653.磁光調(diào)制原理圖3-42磁光體調(diào)制器的組成3.磁光調(diào)制原理圖3-42磁光體調(diào)制器的組成663.2.4光電信號(hào)的檢測(cè)方法1.直接檢測(cè)

2.外差檢測(cè)3.2.4光電信號(hào)的檢測(cè)方法1.直接檢測(cè)

2.外差檢測(cè)671.直接檢測(cè)(1)直接檢測(cè)系統(tǒng)的組成

(2)直接檢測(cè)系統(tǒng)的基本特征1.直接檢測(cè)(1)直接檢測(cè)系統(tǒng)的組成

(2)直接檢測(cè)系統(tǒng)的68(1)直接檢測(cè)系統(tǒng)的組成圖3-43直接檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成框圖(1)直接檢測(cè)系統(tǒng)的組成圖3-43直接檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成框圖69(2)直接檢測(cè)系統(tǒng)的基本特征

(2)直接檢測(cè)系統(tǒng)的基本特征

70(2)直接檢測(cè)系統(tǒng)的基本特征

(2)直接檢測(cè)系統(tǒng)的基本特征

712.外差檢測(cè)(1)外差檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成

(2)外差檢測(cè)的基本原理2.外差檢測(cè)(1)外差檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成

(2)外差檢測(cè)的基72(1)外差檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成圖3-44外差檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成框圖(1)外差檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成圖3-44外差檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成框圖733.2.5光電檢測(cè)信號(hào)的偏置放大(1)前置放大器的設(shè)計(jì)步驟

(2)放大器頻率及帶寬的確定3.2.5光電檢測(cè)信號(hào)的偏置放大(1)前置放大器的設(shè)計(jì)步驟743.2.5光電檢測(cè)信號(hào)的偏置放大圖3-45探測(cè)器與偏置電路的等效

a)恒壓源b)恒流源3.2.5光電檢測(cè)信號(hào)的偏置放大圖3-45探測(cè)器與偏置電75(1)前置放大器的設(shè)計(jì)步驟1)測(cè)量或計(jì)算光電探測(cè)器及偏置電路的源電阻RS。

2)從噪聲匹配原則出發(fā)，選擇前置放大器第一級(jí)的管型。

3)在管型選定后，第一、第二級(jí)采用噪聲盡可能低的器件，按照最佳源電阻的原則來(lái)確定管子的工作點(diǎn)，并進(jìn)行工作頻率、帶寬等參量的計(jì)算及選擇。(1)前置放大器的設(shè)計(jì)步驟1)測(cè)量或計(jì)算光電探測(cè)器及偏置電路76(2)放大器頻率及帶寬的確定1)根據(jù)所采用的光電探測(cè)器的噪聲譜和選定放大器的典型噪聲譜，確定工作頻率。

2)光電檢測(cè)系統(tǒng)中按照白噪聲的特點(diǎn)，工作頻率選定后，應(yīng)盡可能減小電路的頻帶寬度，這是減小噪聲影響的重要措施，可采用選頻放大、鎖相放大等技術(shù)。

3)當(dāng)信號(hào)頻率在一定范圍內(nèi)變化，不能選用固定頻率的窄帶濾波方式工作時(shí)，除確定必要的窄帶外，可采用設(shè)計(jì)選通積分器的方法來(lái)抑制噪聲。

4)在某些系統(tǒng)如脈沖系統(tǒng)中，為保持信號(hào)的波形，必須采用頻帶寬度較寬的處理電路，電路系統(tǒng)的頻率特性由濾波器帶寬決定。(2)放大器頻率及帶寬的確定1)根據(jù)所采用的光電探測(cè)器的噪聲77圖3-46探測(cè)器噪聲的頻率特性

a)典型探測(cè)器的噪聲譜b)晶體管噪聲系數(shù)的頻率特性(2)放大器頻率及帶寬的確定圖3-46探測(cè)器噪聲的頻率特性

a)典型探測(cè)器的噪聲譜783.3光電信號(hào)與計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)3.3.1單元光電信號(hào)的處理與數(shù)據(jù)采集

3.3.2光電單元信號(hào)與計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)

3.3.3光電單元信號(hào)與單片機(jī)的接口技術(shù)3.3光電信號(hào)與計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)3.3.1單元光電信號(hào)的793.3.1單元光電信號(hào)的處理與數(shù)據(jù)采集1.單元光電信號(hào)的二值化處理

2.單元光電信號(hào)的A/D數(shù)據(jù)采集3.3.1單元光電信號(hào)的處理與數(shù)據(jù)采集1.單元光電信號(hào)的二801.單元光電信號(hào)的二值化處理(1)固定閾值法二值化處理

(2)浮動(dòng)閾值法二值化處理1.單元光電信號(hào)的二值化處理(1)固定閾值法二值化處理

(81(1)固定閾值法二值化處理圖3-47固定閾值法二值化處理電路(1)固定閾值法二值化處理圖3-47固定閾值法二值化處理82(2)浮動(dòng)閾值法二值化處理圖3-48浮動(dòng)閾值法二值化處理電路(2)浮動(dòng)閾值法二值化處理圖3-48浮動(dòng)閾值法二值化處理電832.單元光電信號(hào)的A/D數(shù)據(jù)采集(1)A/D轉(zhuǎn)換器及其工作原理

(2)光電信號(hào)的A/D數(shù)據(jù)采集2.單元光電信號(hào)的A/D數(shù)據(jù)采集(1)A/D轉(zhuǎn)換器及其工84(1)A/D轉(zhuǎn)換器及其工作原理圖3-49逐次逼近式ADC的內(nèi)部框圖(1)A/D轉(zhuǎn)換器及其工作原理圖3-49逐次逼近式ADC85(1)A/D轉(zhuǎn)換器及其工作原理圖3-50雙積分式ADC轉(zhuǎn)換原理圖(1)A/D轉(zhuǎn)換器及其工作原理圖3-50雙積分式ADC轉(zhuǎn)86(1)A/D轉(zhuǎn)換器及其工作原理圖3-51V/F式ADC原理圖及其輸出波形

a)原理電路b)工作時(shí)各點(diǎn)波形(1)A/D轉(zhuǎn)換器及其工作原理圖3-51V/F式ADC原87(1)A/D轉(zhuǎn)換器及其工作原理圖3-52三位并行ADC轉(zhuǎn)換原理電路(1)A/D轉(zhuǎn)換器及其工作原理圖3-52三位并行ADC轉(zhuǎn)88(2)光電信號(hào)的A/D數(shù)據(jù)采集圖3-53用于高速檢測(cè)某點(diǎn)光照度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理框圖(2)光電信號(hào)的A/D數(shù)據(jù)采集圖3-53用于高速檢測(cè)某點(diǎn)光893.3.2光電單元信號(hào)與計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)1.ADC與計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)

2.ADC與計(jì)算機(jī)連接應(yīng)遵循的接口原則

3.八位ADC芯片與CPU的接口

4.DAC與計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)3.3.2光電單元信號(hào)與計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)1.ADC與計(jì)算901.ADC與計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)圖3-54ADC與計(jì)算機(jī)的連接1.ADC與計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)圖3-54ADC與計(jì)算機(jī)的連912.ADC與計(jì)算機(jī)連接應(yīng)遵循的接口原則(1)數(shù)據(jù)輸出接口

(2)ADC芯片與微型機(jī)接口中的時(shí)序配合

(3)ADC數(shù)據(jù)輸入方式2.ADC與計(jì)算機(jī)連接應(yīng)遵循的接口原則(1)數(shù)據(jù)輸出接口

923.八位ADC芯片與CPU的接口(1)ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)

(2)信號(hào)引腳

(3)ADC0809與CPU的接口3.八位ADC芯片與CPU的接口(1)ADC0809的內(nèi)部93(1)ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖3-55ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)(1)ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖3-55ADC080994(1)ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)表3-2通道選擇表(1)ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)表3-2通道選擇表95(2)信號(hào)引腳圖3-56ADC0809引腳排列圖(2)信號(hào)引腳圖3-56ADC0809引腳排列圖96(3)ADC0809與CPU的接口圖3-57ADC0809與CPU的接口(3)ADC0809與CPU的接口圖3-57ADC0809974.DAC與計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)1)AD7522的結(jié)構(gòu)這種芯片的功能部件框圖如圖3-59所示，其引腳功能見(jiàn)表3-3。

2)CPU與AD7522接口舉例AD7522為十位DAC，當(dāng)它與八位的微處理器CPU接口時(shí)，必須進(jìn)行輸入數(shù)據(jù)的兩級(jí)緩沖鎖存。4.DAC與計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)1)AD7522的結(jié)構(gòu)這種芯984.DAC與計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)圖3-58DAC芯片的簡(jiǎn)化功能示意圖4.DAC與計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)圖3-58DAC芯片的簡(jiǎn)化功991)AD7522的結(jié)構(gòu)圖3-59AD7522的功能部件框圖1)AD7522的結(jié)構(gòu)圖3-59AD7522的功能部件框1001)AD7522的結(jié)構(gòu)表3-3AD7522引腳功能表1)AD7522的結(jié)構(gòu)表3-3AD7522引腳功能表1011)AD7522的結(jié)構(gòu)表3-3AD7522引腳功能表1)AD7522的結(jié)構(gòu)表3-3AD7522引腳功能表1022)CPU與AD7522接口舉例圖3-60CPU與AD7522接口2)CPU與AD7522接口舉例圖3-60CPU與AD71033.3.3光電單元信號(hào)與單片機(jī)的接口技術(shù)1.光電開(kāi)關(guān)量信號(hào)與單片機(jī)的接口(輸入、輸出)

2.光電A/D轉(zhuǎn)換與單片機(jī)的接口3.3.3光電單元信號(hào)與單片機(jī)的接口技術(shù)1.光電開(kāi)關(guān)量信1041.光電開(kāi)關(guān)量信號(hào)與單片機(jī)的接口(輸入、輸出)(1)簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)量輸出接口

(2)光電耦合器1.光電開(kāi)關(guān)量信號(hào)與單片機(jī)的接口(輸入、輸出)(1)簡(jiǎn)單開(kāi)1051.光電開(kāi)關(guān)量信號(hào)與單片機(jī)的接口(輸入、輸出)圖3-61簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)量輸出接口1.光電開(kāi)關(guān)量信號(hào)與單片機(jī)的接口(輸入、輸出)圖3-61106(1)簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)量輸出接口圖3-62CPU通過(guò)緩沖器控制LED燈(1)簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)量輸出接口圖3-62CPU通過(guò)緩沖器控制LE107(1)簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)量輸出接口圖3-63CPU通過(guò)晶體管控制LED燈(1)簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)量輸出接口圖3-63CPU通過(guò)晶體管控制LE108(2)光電耦合器圖3-64光電耦合器的結(jié)構(gòu)

a)金屬密閉型b)塑料密閉型(2)光電耦合器圖3-64光電耦合器的結(jié)構(gòu)

a)金屬密閉109(2)光電耦合器圖3-65光電耦合器的組合形式(2)光電耦合器圖3-65光電耦合器的組合形式110(2)光電耦合器圖3-66光電傳感器在轉(zhuǎn)速測(cè)量中的應(yīng)用(2)光電耦合器圖3-66光電傳感器在轉(zhuǎn)速測(cè)量中的應(yīng)用111(2)光電耦合器圖3-67光電耦合器4N25的接口電路(2)光電耦合器圖3-67光電耦合器4N25的接口電路112(2)光電耦合器圖3-68電流環(huán)電路(2)光電耦合器圖3-68電流環(huán)電路113(2)光電耦合器圖3-69晶閘管輸出型光

電耦合器與單片機(jī)的接口(2)光電耦合器圖3-69晶閘管輸出型光

電耦合器與單片機(jī)1142.光電A/D轉(zhuǎn)換與單片機(jī)的接口(1)8路模擬通道選擇

(2)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送2.光電A/D轉(zhuǎn)換與單片機(jī)的接口(1)8路模擬通道選擇

(1152.光電A/D轉(zhuǎn)換與單片機(jī)的接口圖3-70ADC0809與MCS—51的連接2.光電A/D轉(zhuǎn)換與單片機(jī)的接口圖3-70ADC0809116(1)8路模擬通道選擇圖3-71ADC0809的部分信號(hào)連接(1)8路模擬通道選擇圖3-71ADC0809的部分信號(hào)連117(1)8路模擬通道選擇圖3-72信號(hào)的時(shí)間配合(1)8路模擬通道選擇圖3-72信號(hào)的時(shí)間配合118(2)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送1)定時(shí)傳送方式2)查詢方式3)中斷方式(2)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送1)定時(shí)傳送方式1193.4光電檢測(cè)電路舉例1.基本電路分析

2.噪聲分析

3.電路的改善

3.4光電檢測(cè)電路舉例1.基本電路分析

2.噪聲分析

1201.基本電路分析圖3-73PIN管組成的光電檢測(cè)電路1.基本電路分析圖3-73PIN管組成的光電檢測(cè)電路1212.噪聲分析圖3-74電流放大器噪聲源2.噪聲分析圖3-74電流放大器噪聲源1222.噪聲分析圖3-75電流放大器的信號(hào)增

益與噪聲增益的幅頻特性2.噪聲分析圖3-75電流放大器的信號(hào)增

益與噪聲增益的1233.電路的改善圖3-76復(fù)合放大器電路3.電路的改善圖3-76復(fù)合放大器電路1243.電路的改善圖3-77復(fù)合放大器限制噪聲頻帶3.電路的改善圖3-77復(fù)合放大器限制噪聲頻帶125光電傳感與檢測(cè)技術(shù)光電傳感與檢測(cè)技術(shù)126第3章光電檢測(cè)系統(tǒng)3.1光電檢測(cè)系統(tǒng)概述

3.2光電檢測(cè)方法及系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.3光電信號(hào)與計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)

3.4光電檢測(cè)電路舉例第3章光電檢測(cè)系統(tǒng)3.1光電檢測(cè)系統(tǒng)概述

3.2光電檢1273.1光電檢測(cè)系統(tǒng)概述圖3-1光電檢測(cè)系統(tǒng)的組成框圖3.1光電檢測(cè)系統(tǒng)概述圖3-1光電檢測(cè)系統(tǒng)的組成框圖1283.2光電檢測(cè)方法及系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2.1光電檢測(cè)系統(tǒng)中的常見(jiàn)光源及選用

3.2.2光電檢測(cè)中的光學(xué)系統(tǒng)

3.2.3光信號(hào)的調(diào)制檢測(cè)

3.2.4光電信號(hào)的檢測(cè)方法

3.2.5光電檢測(cè)信號(hào)的偏置放大3.2光電檢測(cè)方法及系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2.1光電檢測(cè)系統(tǒng)中的常1293.2.1光電檢測(cè)系統(tǒng)中的常見(jiàn)光源及選用1.光源類型

2.光源的選用3.2.1光電檢測(cè)系統(tǒng)中的常見(jiàn)光源及選用1.光源類型

21301.光源類型(1)熱輻射光源

(2)氣體放電光源

(3)半導(dǎo)體發(fā)光器件

(4)激光光源及其種類1.光源類型(1)熱輻射光源

(2)氣體放電光源

(3131(1)熱輻射光源物體溫度越高，輻射能量越大，輻射光譜的峰值波長(zhǎng)也就越短。常見(jiàn)的熱輻射光源有白熾燈和鹵素?zé)?。白熾燈白熾燈是一種典型的熱輻射光源。

鹵素?zé)粼诎谉霟糁谐淙臌u族元素或鹵化物的燈就是鹵素?zé)?，它的發(fā)光原理與白熾燈一樣，只是由于在這類燈中充入了一定量的碘、溴等鹵族元素，因而燈絲的工作溫度就可提高，且具有較高的發(fā)光效率和較長(zhǎng)的使用壽命。(1)熱輻射光源物體溫度越高，輻射能量越大，輻射光譜的峰值132(2)氣體放電光源氣體放電光源的發(fā)光原理是兩電極間的氣體受電子激發(fā)而發(fā)光。白熾燈的光譜是連續(xù)的，而氣體放電燈的光譜是不連續(xù)的，它與氣體或金屬的種類及放電條件有關(guān)。根據(jù)充氣壓力的不同，氣體放電光源可分為低壓氣體放電燈，如熒光燈(低壓汞燈)、低壓鈉燈；還有高壓氣體放電燈，如熒光高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、陶瓷金屬鹵化物燈。低壓汞燈、氫燈、鈉燈、鎘燈、氦燈是光譜儀器中常用的光源，統(tǒng)稱為光譜燈。(2)氣體放電光源氣體放電光源的發(fā)光原理是兩電極間的氣體受133(3)半導(dǎo)體發(fā)光器件發(fā)光二極管具有如下特點(diǎn)：①工作電壓低(1.5～2V)，耗電少(10mA下即可在室內(nèi)得到適當(dāng)?shù)牧炼?；②可通過(guò)調(diào)節(jié)電流或電壓來(lái)對(duì)發(fā)光亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，且響應(yīng)速度快，并可直流驅(qū)動(dòng)；③比普通光源的單色性好；④發(fā)光亮度和發(fā)光效率均較高；⑤容易與集成電路配合使用；⑥體積小，重量輕，抗沖擊，耐振動(dòng)，壽命長(zhǎng)。1）發(fā)光二極管的工作原理2）發(fā)光二極管的極限參數(shù)3）發(fā)光二極管的光譜特性4）發(fā)光二極管的伏安特性5）發(fā)光二極管的發(fā)光特性(3)半導(dǎo)體發(fā)光器件發(fā)光二極管具有如下特點(diǎn)：①工作電壓低(134(3)半導(dǎo)體發(fā)光器件圖3-2半導(dǎo)體發(fā)光二極管

a)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖b)符號(hào)(3)半導(dǎo)體發(fā)光器件圖3-2半導(dǎo)體發(fā)光二極管

a)結(jié)構(gòu)1351）發(fā)光二極管的工作原理圖3-3LED的工作原理1）發(fā)光二極管的工作原理圖3-3LED的工作原理136表3-1常見(jiàn)的發(fā)光二極管材料及性能1）發(fā)光二極管的工作原理表3-1常見(jiàn)的發(fā)光二極管材料及性能1）發(fā)光二極管的工作原理1372）發(fā)光二極管的極限參數(shù)發(fā)光二極管的極限參數(shù)包括：①允許功耗Pm：允許加于LED兩端正向直流電壓與流過(guò)它的電流之積的最大值。超過(guò)此值，LED發(fā)熱、損壞。②最大正向直流電流IFm：允許加的最大的正向直流電流。超過(guò)此值可損壞二極管。③最大反向電壓VRm：所允許圖3-4

GaP綠色發(fā)光二極管的光譜分布加的最大反向電壓。超過(guò)此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。④工作環(huán)境溫度topm：發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，發(fā)光二極管將不能正常工作，效率大大降低。2）發(fā)光二極管的極限參數(shù)發(fā)光二極管的極限參數(shù)包括：①允許功耗1383）發(fā)光二極管的光譜特性圖3-4GaP綠色發(fā)光二極管的光譜分布3）發(fā)光二極管的光譜特性圖3-4GaP綠色發(fā)光二極管的光譜1394）發(fā)光二極管的伏安特性圖3-5發(fā)光二極管的伏安特性4）發(fā)光二極管的伏安特性圖3-5發(fā)光二極管的伏安特性1405）發(fā)光二極管的發(fā)光特性圖3-6發(fā)光二極管的發(fā)光特性5）發(fā)光二極管的發(fā)光特性圖3-6發(fā)光二極管的發(fā)光特性141(4)激光光源及其種類圖3-7激發(fā)與受激輻射過(guò)程

a)自發(fā)輻射過(guò)程b)受激輻射過(guò)程(4)激光光源及其種類圖3-7激發(fā)與受激輻射過(guò)程

a)142(4)激光光源及其種類圖3-8激光器構(gòu)成圖(4)激光光源及其種類圖3-8激光器構(gòu)成圖143(4)激光光源及其種類圖3-9內(nèi)腔式氦氖激光器(4)激光光源及其種類圖3-9內(nèi)腔式氦氖激光器144(4)激光光源及其種類圖3-10外腔式氦氖激光器(4)激光光源及其種類圖3-10外腔式氦氖激光器145(4)激光光源及其種類圖3-11C激光器的結(jié)構(gòu)圖(4)激光光源及其種類圖3-11C激光器的結(jié)構(gòu)圖146(4)激光光源及其種類圖3-12紅寶石激光器原理圖(4)激光光源及其種類圖3-12紅寶石激光器原理圖147(4)激光光源及其種類圖3-13砷化鎵同質(zhì)結(jié)二極管

激光器結(jié)構(gòu)圖(4)激光光源及其種類圖3-13砷化鎵同質(zhì)結(jié)二極管

激光1482.光源的選用(1)對(duì)光源光譜特性的要求

(2)對(duì)光源發(fā)光強(qiáng)度的要求

(3)對(duì)光源穩(wěn)定性的要求

(4)其他因素2.光源的選用(1)對(duì)光源光譜特性的要求

(2)對(duì)149(1)對(duì)光源光譜特性的要求圖3-14光譜匹配光系圖(1)對(duì)光源光譜特性的要求圖3-14光譜匹配光系圖150(2)對(duì)光源發(fā)光強(qiáng)度的要求為確保光電檢測(cè)系統(tǒng)正常工作，對(duì)光源的發(fā)光強(qiáng)度有一定要求。發(fā)光強(qiáng)度過(guò)低，系統(tǒng)獲得的信號(hào)將過(guò)小，無(wú)法進(jìn)行正常檢測(cè)；而發(fā)光強(qiáng)度過(guò)高，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)工作的非線性，甚至可能損壞系統(tǒng)，或?qū)е履茉吹睦速M(fèi)。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)探測(cè)器所獲得的光通量進(jìn)行正確估計(jì)，根據(jù)使用要求及探測(cè)器的性能來(lái)綜合考慮光源的發(fā)光強(qiáng)度。(2)對(duì)光源發(fā)光強(qiáng)度的要求為確保光電檢測(cè)系統(tǒng)正常工作，對(duì)151(3)對(duì)光源穩(wěn)定性的要求不同的光電檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)光源的穩(wěn)定性有不同的要求。如：脈沖量的檢測(cè)和調(diào)制光相位的檢測(cè)，對(duì)光源的穩(wěn)定性要求不高，只要確保不因光源波動(dòng)而發(fā)生錯(cuò)漏即可；而光強(qiáng)、亮度、照度等的檢測(cè)對(duì)光源穩(wěn)定性的要求就很嚴(yán)格。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求，即保證滿足精度要求，又考慮造價(jià)，不因過(guò)分要求而使用昂貴的設(shè)備。(3)對(duì)光源穩(wěn)定性的要求不同的光電檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)光源的穩(wěn)定性152(4)其他因素在光電檢測(cè)系統(tǒng)中，發(fā)光面的形狀和尺寸、光源的結(jié)構(gòu)、光源的供電系統(tǒng)復(fù)雜與否、是否需要人工冷卻、使用壽命、更換方便程度以及價(jià)格等因素，都可能影響到整個(gè)系統(tǒng)的最終效果，在設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)該按系統(tǒng)要求給予滿足。(4)其他因素在光電檢測(cè)系統(tǒng)中，發(fā)光面的形狀和尺寸、光源1533.2.2光電檢測(cè)中的光學(xué)系統(tǒng)1.顯微光學(xué)系統(tǒng)

2.望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)3.2.2光電檢測(cè)中的光學(xué)系統(tǒng)1.顯微光學(xué)系統(tǒng)

2.望1541.顯微光學(xué)系統(tǒng)(1)顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)的組成

(2)顯微鏡的成像原理

(3)顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制

(4)顯微鏡的重要光學(xué)技術(shù)參數(shù)1.顯微光學(xué)系統(tǒng)(1)顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)的組成

(2)155(1)顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)的組成圖3-15人眼直接觀察物體時(shí)的示意圖(1)顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)的組成圖3-15人眼直接觀察物體156(2)顯微鏡的成像原理圖3-16放大鏡的工作原理(2)顯微鏡的成像原理圖3-16放大鏡的工作原理157(2)顯微鏡的成像原理圖3-17顯微鏡成像原理圖(2)顯微鏡的成像原理圖3-17顯微鏡成像原理圖158(3)顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制圖3-18光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制(3)顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制圖3-18光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制159(3)顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制圖3-19顯微鏡系統(tǒng)光路(3)顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制圖3-19顯微鏡系統(tǒng)光路160(3)顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制圖3-20非物方遠(yuǎn)心光路測(cè)量系統(tǒng)(3)顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制圖3-20非物方遠(yuǎn)心光路測(cè)量系161(3)顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制圖3-21物方遠(yuǎn)心光路(3)顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制圖3-21物方遠(yuǎn)心光路162(4)顯微鏡的重要光學(xué)技術(shù)參數(shù)圖3-22景深的形成原理(4)顯微鏡的重要光學(xué)技術(shù)參數(shù)圖3-22景深的形成原理1632.望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)(1)望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的成像原理

(2)望遠(yuǎn)鏡的分類

(3)望遠(yuǎn)鏡的主要參數(shù)2.望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)(1)望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的成像原理

(2)望遠(yuǎn)鏡164圖3-23望遠(yuǎn)系統(tǒng)的成像原理圖(1)望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的成像原理圖3-23望遠(yuǎn)系統(tǒng)的成像原理圖(1)望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的成像原理165圖3-24開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡原理圖(1)望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的成像原理圖3-24開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡原理圖(1)望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的成像原理166圖3-25開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡原理圖(1)望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的成像原理圖3-25開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡原理圖(1)望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的成像原理167(2)望遠(yuǎn)鏡的分類圖3-26折射望遠(yuǎn)鏡示意圖(2)望遠(yuǎn)鏡的分類圖3-26折射望遠(yuǎn)鏡示意圖168(2)望遠(yuǎn)鏡的分類圖3-27牛頓望遠(yuǎn)鏡光路圖(2)望遠(yuǎn)鏡的分類圖3-27牛頓望遠(yuǎn)鏡光路圖169(2)望遠(yuǎn)鏡的分類圖3-28卡塞格林望遠(yuǎn)鏡光路圖(2)望遠(yuǎn)鏡的分類圖3-28卡塞格林望遠(yuǎn)鏡光路圖170(2)望遠(yuǎn)鏡的分類圖3-29格雷果里望遠(yuǎn)鏡光路圖(2)望遠(yuǎn)鏡的分類圖3-29格雷果里望遠(yuǎn)鏡光路圖171(2)望遠(yuǎn)鏡的分類圖3-30施密特望遠(yuǎn)鏡光路圖(2)望遠(yuǎn)鏡的分類圖3-30施密特望遠(yuǎn)鏡光路圖172(2)望遠(yuǎn)鏡的分類圖3-31馬克蘇托夫望遠(yuǎn)鏡光路圖(2)望遠(yuǎn)鏡的分類圖3-31馬克蘇托夫望遠(yuǎn)鏡光路圖173(3)望遠(yuǎn)鏡的主要參數(shù)1)物鏡的口徑2)分辨角3)視場(chǎng)角4)視角放大率5)景深(3)望遠(yuǎn)鏡的主要參數(shù)1)物鏡的口徑1743.2.3光信號(hào)的調(diào)制檢測(cè)1.光調(diào)制的基本概念

2.光信號(hào)的調(diào)制方法

3.磁光調(diào)制原理3.2.3光信號(hào)的調(diào)制檢測(cè)1.光調(diào)制的基本概念

2.光1751.光調(diào)制的基本概念(1)振幅調(diào)制

(2)頻率調(diào)制和相位調(diào)制

(3)強(qiáng)度調(diào)制

(4)脈沖調(diào)制

(5)脈沖編碼調(diào)制1.光調(diào)制的基本概念(1)振幅調(diào)制

(2)頻率調(diào)制和相位調(diào)176(1)振幅調(diào)制圖3-32調(diào)幅波頻譜(1)振幅調(diào)制圖3-32調(diào)幅波頻譜177(2)頻率調(diào)制和相位調(diào)制調(diào)頻或調(diào)相就是光載波的頻率或相位隨著調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律而改變的振蕩。(2)頻率調(diào)制和相位調(diào)制調(diào)頻或調(diào)相就是光載波的頻率或相位隨著178圖3-33強(qiáng)度調(diào)制(3)強(qiáng)度調(diào)制圖3-33強(qiáng)度調(diào)制(3)強(qiáng)度調(diào)制179(3)強(qiáng)度調(diào)制強(qiáng)度調(diào)制是使光載波的強(qiáng)度(光強(qiáng))隨調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化的激光振蕩，如圖3-33所示。光束調(diào)制多采用強(qiáng)度調(diào)制形式，這是因?yàn)榻邮掌饕话愣际侵苯禹憫?yīng)其所接收的光強(qiáng)。(3)強(qiáng)度調(diào)制強(qiáng)度調(diào)制是使光載波的強(qiáng)度(光強(qiáng))隨調(diào)制信號(hào)規(guī)律180(4)脈沖調(diào)制圖3-34脈沖調(diào)制形式

a)調(diào)制信號(hào)b)脈沖幅度調(diào)制c)脈沖寬度調(diào)制

d)脈沖頻率調(diào)制e)脈沖位置調(diào)制(4)脈沖調(diào)制圖3-34脈沖調(diào)制形式

a)調(diào)制信號(hào)b)181(5)脈沖編碼調(diào)制這種調(diào)制是把模擬信號(hào)先變成電脈沖序列，進(jìn)而變成代表信號(hào)信息的二進(jìn)制編碼，再對(duì)光載波進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制。要實(shí)現(xiàn)脈沖編碼調(diào)制，必須進(jìn)行三個(gè)過(guò)程：抽樣、量化和編碼。1)抽樣抽樣就是把連續(xù)信號(hào)波分割成不連續(xù)的脈沖波，用一定的脈沖列來(lái)表示，且脈沖列的幅度與信號(hào)波的幅度相對(duì)應(yīng)。2)量化量化就是把抽樣后的脈幅調(diào)制波做分級(jí)取“整”處理，用有限個(gè)數(shù)的代表值取代抽樣值的大小。3)編碼編碼是把量化后的數(shù)字信號(hào)變換成相應(yīng)的二進(jìn)制碼的過(guò)程。(5)脈沖編碼調(diào)制這種調(diào)制是把模擬信號(hào)先變成電脈沖序列，進(jìn)而1822.光信號(hào)的調(diào)制方法(1)電光調(diào)制器

(2)聲光調(diào)制器2.光信號(hào)的調(diào)制方法(1)電光調(diào)制器

(2)聲光調(diào)制器183(1)電光調(diào)制器圖3-35縱向電光強(qiáng)度調(diào)制器的結(jié)構(gòu)圖(1)電光調(diào)制器圖3-35縱向電光強(qiáng)度調(diào)制器的結(jié)構(gòu)圖184(1)電光調(diào)制器圖3-36電光調(diào)制特性曲線(1)電光調(diào)制器圖3-36電光調(diào)制特性曲線185(1)電光調(diào)制器圖3-37橫向電光強(qiáng)度調(diào)制(1)電光調(diào)制器圖3-37橫向電光強(qiáng)度調(diào)制186(1)電光調(diào)制器圖3-38電光相位調(diào)制原理圖(1)電光調(diào)制器圖3-38電光相位調(diào)制原理圖187(1)電光調(diào)制器圖3-39電光調(diào)制器的等效電路圖(1)電光調(diào)制器圖3-39電光調(diào)制器的等效電路圖188(1)電光調(diào)制器圖3-40調(diào)制器的并聯(lián)諧振回路(1)電光調(diào)制器圖3-40調(diào)制器的并聯(lián)諧振回路189(2)聲光調(diào)制器圖3-41聲光調(diào)制的原理(2)聲光調(diào)制器圖3-41聲光調(diào)制的原理1903.磁光調(diào)制原理圖3-42磁光體調(diào)制器的組成3.磁光調(diào)制原理圖3-42磁光體調(diào)制器的組成1913.2.4光電信號(hào)的檢測(cè)方法1.直接檢測(cè)

2.外差檢測(cè)3.2.4光電信號(hào)的檢測(cè)方法1.直接檢測(cè)

2.外差檢測(cè)1921.直接檢測(cè)(1)直接檢測(cè)系統(tǒng)的組成

(2)直接檢測(cè)系統(tǒng)的基本特征1.直接檢測(cè)(1)直接檢測(cè)系統(tǒng)的組成

(2)直接檢測(cè)系統(tǒng)的193(1)直接檢測(cè)系統(tǒng)的組成圖3-43直接檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成框圖(1)直接檢測(cè)系統(tǒng)的組成圖3-43直接檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成框圖194(2)直接檢測(cè)系統(tǒng)的基本特征

(2)直接檢測(cè)系統(tǒng)的基本特征

195(2)直接檢測(cè)系統(tǒng)的基本特征

(2)直接檢測(cè)系統(tǒng)的基本特征

1962.外差檢測(cè)(1)外差檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成

(2)外差檢測(cè)的基本原理2.外差檢測(cè)(1)外差檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成

(2)外差檢測(cè)的基197(1)外差檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成圖3-44外差檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成框圖(1)外差檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成圖3-44外差檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成框圖1983.2.5光電檢測(cè)信號(hào)的偏置放大(1)前置放大器的設(shè)計(jì)步驟

(2)放大器頻率及帶寬的確定3.2.5光電檢測(cè)信號(hào)的偏置放大(1)前置放大器的設(shè)計(jì)步驟1993.2.5光電檢測(cè)信號(hào)的偏置放大圖3-45探測(cè)器與偏置電路的等效

a)恒壓源b)恒流源3.2.5光電檢測(cè)信號(hào)的偏置放大圖3-45探測(cè)器與偏置電200(1)前置放大器的設(shè)計(jì)步驟1)測(cè)量或計(jì)算光電探測(cè)器及偏置電路的源電阻RS。

2)從噪聲匹配原則出發(fā)，選擇前置放大器第一級(jí)的管型。

3)在管型選定后，第一、第二級(jí)采用噪聲盡可能低的器件，按照最佳源電阻的原則來(lái)確定管子的工作點(diǎn)，并進(jìn)行工作頻率、帶寬等參量的計(jì)算及選擇。(1)前置放大器的設(shè)計(jì)步驟1)測(cè)量或計(jì)算光電探測(cè)器及偏置電路201(2)放大器頻率及帶寬的確定1)根據(jù)所采用的光電探測(cè)器的噪聲譜和選定放大器的典型噪聲譜，確定工作頻率。

2)光電檢測(cè)系統(tǒng)中按照白噪聲的特點(diǎn)，工作頻率選定后，應(yīng)盡可能減小電路的頻帶寬度，這是減小噪聲影響的重要措施，可采用選頻放大、鎖相放大等技術(shù)。

3)當(dāng)信號(hào)頻率在一定范圍內(nèi)變化，不能選用固定頻率的窄帶濾波方式工作時(shí)，除確定必要的窄帶外，可采用設(shè)計(jì)選通積分器的方法來(lái)抑制噪聲。

4)在某些系統(tǒng)如脈沖系統(tǒng)中，為保持信號(hào)的波形，必須采用頻帶寬度較寬的處理電路，電路系統(tǒng)的頻率特性由濾波器帶寬決定。(2)放大器頻率及帶寬的確定1)根據(jù)所采用的光電探測(cè)器的噪聲202圖3-46探測(cè)器噪聲的頻率特性

a)典型探測(cè)器的噪聲譜b)晶體管噪聲系數(shù)的頻率特性(2)放大器頻率及帶寬的確定圖3-46探測(cè)器噪聲的頻率特性

a)典型探測(cè)器的噪聲譜2033.3光電信號(hào)與計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)3.3.1單元光電信號(hào)的處理與數(shù)據(jù)采集

3.3.2光電單元信號(hào)與計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)

3.3.3光電單元信號(hào)與單片機(jī)的接口技術(shù)3.3光電信號(hào)與計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)3.3.1單元光電信號(hào)的2043.3.1單元光電信號(hào)的處理與數(shù)據(jù)采集1.單元光電信號(hào)的二值化處理

2.單元光電信號(hào)的A/D數(shù)據(jù)采集3.3.1單元光電信號(hào)的處理與數(shù)據(jù)采集1.單元光電信號(hào)的二2051.單元光電信號(hào)的二值化處理(1)固定閾值法二值化處理

(2)浮動(dòng)閾值法二值化處理1.單元光電信號(hào)的二值化處理(1)固定閾值法二值化處理

(206(1)固定閾值法二值化處理圖3-47固定閾值法二值化處理電路(1)固定閾值法二值化處理圖3-47固定閾值法二值化處理207(2)浮動(dòng)閾值法二值化處理圖3-48浮動(dòng)閾值法二值化處理電路(2)浮動(dòng)閾值法二值化處理圖3-48浮動(dòng)閾值法二值化處理電2082.單元光電信號(hào)的A/D數(shù)據(jù)采集(1)A/D轉(zhuǎn)換器及其工作原理

(2)光電信號(hào)的A/D數(shù)據(jù)采集2.單元光電信號(hào)的A/D數(shù)據(jù)采集(1)A/D轉(zhuǎn)換器及其工209(1)A/D轉(zhuǎn)換器及其工作原理圖3-49逐次逼近式ADC的內(nèi)部框圖(1)A/D轉(zhuǎn)換器及其工作原理圖3-49逐次逼近式ADC210(1)A/D轉(zhuǎn)換器及其工作原理圖3-50雙積分式ADC轉(zhuǎn)換原理圖(1)A/D轉(zhuǎn)換器及其工作原理圖3-50雙積分式ADC轉(zhuǎn)211(1)A/D轉(zhuǎn)換器及其工作原理圖3-51V/F式ADC原理圖及其輸出波形

a)原理電路b)工作時(shí)各點(diǎn)波形(1)A/D轉(zhuǎn)換器及其工作原理圖3-51V/F式ADC原212(1)A/D轉(zhuǎn)換器及其工作原理圖3-52三位并行ADC轉(zhuǎn)換原理電路(1)A/D轉(zhuǎn)換器及其工作原理圖3-52三位并行ADC轉(zhuǎn)213(2)光電信號(hào)的A/D數(shù)據(jù)采集圖3-53用于高速檢測(cè)某點(diǎn)光照度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理框圖(2)光電信號(hào)的A/D數(shù)據(jù)采集圖3-53用于高速檢測(cè)某點(diǎn)光2143.3.2光電單元信號(hào)與計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)1.ADC與計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)

2.ADC與計(jì)算機(jī)連接應(yīng)遵循的接口原則

3.八位ADC芯片與CPU的接口

4.DAC與計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)3.3.2光電單元信號(hào)與計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)1.ADC與計(jì)算2151.ADC與計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)圖3-54ADC與計(jì)算機(jī)的連接1.ADC與計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)圖3-54ADC與計(jì)算機(jī)的連2162.ADC與計(jì)算機(jī)連接應(yīng)遵循的接口原則(1)數(shù)據(jù)輸出接口

(2)ADC芯片與微型機(jī)接口中的時(shí)序配合

(3)ADC數(shù)據(jù)輸入方式2.ADC與計(jì)算機(jī)連接應(yīng)遵循的接口原則(1)數(shù)據(jù)輸出接口

2173.八位ADC芯片與CPU的接口(1)ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)

(2)信號(hào)引腳

(3)ADC0809與CPU的接口3.八位ADC芯片與CPU的接口(1)ADC0809的內(nèi)部218(1)ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖3-55ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)(1)ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖3-55ADC0809219(1)ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)表3-2通道選擇表(1)ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)表3-2通道選擇表220(2)信號(hào)引腳圖3-56ADC080