非PN结
电子管类
光电元件(CdS, CdSe, Se, PbS) 热电元件(PZT, LiTaO3, PbTiO3)
光电管，摄像管，光电倍增管
其他类
色敏传感器 固体图象传感器（SI，CCD/MOS/CPD型） 位置检测用元件（PSD）
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光电检测系统

光电检测技术以激光、红外、光纤等现代光电器件 为基础，通过对载有被检测物体信号的光辐射（发 射、反射、散射、衍射、折射、透射等）进行检测， 即通过光电检测器件接收光辐射并转换为电信号。
光电检测方法
直接作用法 差动测量法 补偿测量法 脉冲测量法

光电检测系统分类

主动系统/被动系统(按信息光源分) 红外系统/可见光系统(按光源波长分)

红外系统多用于军事,有大气窗口,需要特种探测器 可见光系统多用于民用 用单元探测器接受目标的总辐射功率 用面接受元件测量目标的光强分布

光电变换


电路处理

光电检测系统与人操作功能比较

被测物体
手控
感觉器官
人脑

被测物体
执行机构
光电传感
微机

光电传感部分相当于人身的感觉器官
光电检测系统的功能分类

测量检查型:



几何量:长度、角度、形状、位置、形变、面积、体 积、距离。 运动量：速度、加速度、振动 表面形状：光洁度、庇病、伤痕 工作过程：湿度、流量、压力、物位、PH值、浓度 等 机械量：重量、压力、应变、压强 电学量：电流、电压、电场、磁场 光学量：吸收、反射、透射、光度、色度、波长、 光谱
模数变换系统
在这类光电变换中，被测信息量Q通过光学变换量化为数字信息（包 括光脉冲、条纹信号和数字代码等），再经光电变换电路输出。
模-数光电变换中的光电变换电路只要输出“0”和“1”（高、低电平） 两个状态的脉冲即可。脉冲的频率、间隔、宽度、相位等都可以载荷信 息。因此，这类光电变换电路的输出信号不再是电流或电压，而是数字 信息量F。它与被测信息量Q的函数关系为
2 3
在待测转速的轴上固定一个 涂上黑白相间条纹的圆盘， 它们具有不同的反射率。当 转轴转动时，反光与不反光 交替出现，光电敏感器件间 断地接收光的反射信号，转 换为电脉冲信号。
1
(b)
光电数字式转速表工作原理图
信息载入光学信息的方式
信息载荷于光学量化器的方式
光学量化是指通过光学的方法将连续变化的 信息变换成有限个离散量的方法。图（e）所 示光学量化器包含有光栅摩尔条纹量化器、 各种干涉量化器和光学码盘量化器等。
光电检测系统分类

主动系统/被动系统(按信息光源分) 红外系统/可见光系统(按光源波长分)

红外系统多用于军事,有大气窗口,需要特种探测器 可见光系统多用于民用

点探测/面探测系统(按接受系统分)

用单元探测器接受目标的总辐射功率 用面接受元件测量目标的光强分布

模拟系统/数字系统(按调制和信号处理方式
它将被测量的量转换成光通量,再转换成电量，并综合 利用信息传送和处理技术，完成在线和自动测量

光电检测系统

光学变换 光电变换 电路处理
检测的基本概念
定义： 确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作
被测对象： 宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体 ……） 物理量（光、电、力、热、磁、声、…） 化学量（PH、成份…） 生物量（酶、葡萄糖、…） …… 全部操作： 检测器具 检测过程 传感器、检测仪器、检测装置、检测系统 信号采集、信号处理、信号显示、信号输出
被测信息：
例：空调机测量控制室温
被测对象： 被测信息： 检测器具： 室内空气 温度 温度传感器 --- 热电阻、热电偶
操作过程：空气 热敏电阻 电信号 处理 显示
空调机
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测量

直接测量：对仪表读数不经任何运算，直接得出被测量的数值。 例如：

长度：直尺、游标卡尺、千分尺


电压：万用表
信息载入光学信息的方式

信息载荷于透明体的方式
如图(b)所示，为信息载荷于透明体中 的情况。在这种情况下，信息可为透 明体的透明度，透明体密度的分布， 透明体的厚度，透明体介质材料对光
物质的 的吸收系数等都为载荷信息的方式。 浓度 溶液和气体 入射到 对光的吸收 介质表 性质 面的通 量
0 e
分)

直接检测/相干检测系统(按光波对信号的携
带方式分)
模拟变换系统
被测的非电量信息（如温度、介质厚度、 均匀度、溶液浓度、位移量、工件尺寸等） 1. 模拟光电变换 载荷于光信息量时，常为光度量（通量、照 度和出射度等）的方式送给光电器件，光电 器件则以模拟电流Ip或电压Up信号的形式输出。 即输出信号量是被测信号量 Q的函数，或称输 出信号量与被测信号量之间的关系为模拟函 数关系。可表示为
光电检测系统分类

主动系统/被动系统(按信息光源分) 红外系统/可见光系统(按光源波长分)

红外系统多用于军事,有大气窗口,需要特种探测器 可见光系统多用于民用

点探测/面探测系统(按接受系统分)

用单元探测器接受目标的总辐射功率 用面接受元件测量目标的光强分布

模拟系统/数字系统(按调制和信号处理方式
Ip=f(Q)
模拟变换系统
或
Up= f(Q)
光电变换电路输出的电流Ip或电压Up不仅与被测信息量Q值有关而且与 载体光度量有关。因此，为保证光电变换电路输出信号与被测信息量Q 的函数关系，载体光度量必须稳定。否则，载体光度量的变化直接影响 被测信息量。另外，电路参数的变化，尤其是电源电压的波动，放大电 路的噪声、放大倍率的变化等都影响被测信号的稳定。而光度量的稳定 又与光源、光学系统及机械结构等的性能有关。因此，实现稳定的高精 度的模拟光电信息变换常常遇到许多其他技术方面的困难。必须采用各 种措施解决这些困难，才能获得高质量的模拟光电信息变换。
光电检测系统的功能分类

控制跟踪型
跟踪控制：激光制导，红外制导 数值控制：自动定位，图形加工形成，数值 控制


图象分析型
图形检测 图形分析

光电检测技术的特点
Nhomakorabea高精度：从地球到月球激光测距的精度达到 1米。 高速度：光速是最快的。 远距离、大量程：遥控、遥测和遥感。 非接触式检测：不改变被测物体性质的条件 下进行测量。 寿命长：光电检测中通常无机械运动部分， 故测量装置寿命长，工作可靠、准确度高， 对被测物无形状和大小要求。 数字化和智能化：强的信息处理、运算和控 制能力。
U 0 EbRl
输出位移量 的信号电压 被测表面的 光敏面的宽 照度 度＆高度 物体遮挡光 的位移量
光电测速
2
3
1 (a)
是在待测转速轴上固定一带 孔的转速调置盘，在调置盘 一边由白炽灯产生恒定光， 透过盘上小孔到达光敏二极 管组成的光电转换器上，转 换成相应的电脉冲信号，经 过放大整形电路输出整齐的 脉冲信号，转速由该脉冲频 率决定。
疵病表 光电接收器件有 面的反 效视场内疵病所 射率 占地面积
信息载入光学信息的方式

信息载荷于遮挡光的方式
如图(d)所示为信息载荷于遮挡光的方式，物体部分或全部 遮挡入射光束，或以一定的速度扫过光电器件的视场，实现 了信息载荷于遮挡光的过程。
可用于检测物体的位移量＆尺寸。主要用在测微计，尺寸检测仪 以及光电计数，光开关等领域。
质量：天平

间接测量：测量几个与被测量相关的物理量，通过函数关系式 计算出被测量。例如：

电功率：P = I * V（电流/电压） 重力加速度：单摆测量（L：摆的线长，T：摆动的周 2 期） 4 L
g
T2
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光电探测器的种类
类 型 PN结 实 例
PN光电二极管（Si,Ge, GaAs) PIN光电二极管（Si） 雪崩光电二极管(Si, Ge) 光电晶体管(Si) 集成光电传感器和光电晶闸管(Si)
目前，光通讯技术正在蓬勃地发展，信息高速公路的主 要组成部分为光通讯技术。光通讯技术的实质是光电变 换的一种基本形式，称为光信息通讯的变换方式。
如图 (f)所示，信息首先对光源进行调制，发出载有各
种信息的光信号，通过光纤传送到远方的目的地，再通 过解调器将信息还原。由于光纤传输的媒体常为激光， 它具有载荷量大，损耗小，速度快，失真小等特点现已 广泛地用于声音和视频图像等信息通讯中。
光源 光学系统 光电传感器件
偏置电路和处理电路
信息载入光学信息的方式-光电变化的基本形式
信息载荷于光源的方式
如图(a)所示，为信息载荷于光源中的 情况（或光学信息为光源本身），如 光源的温度信息，光源的频谱信息， 光源的强度信息等。根据这些信息可 以进行钢水温度的探测、光谱分析、 火灾报警、武器制导、夜视观察、地 形地貌普查和成像测量等的应用。
以光电子学为基础,以光电子器件为主体,研究和发展光电 信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用。它涉及到： 1、光电源器件（包括激光器）和可控光功能器件及集成 2、光通信和综合信息网络 3、光频微电子 4、光电方法用于瞬态光学观测 5、光电传感、光纤传感和图象传感 6、激光、红外、微光探测，定向和制导 7、光电精密测试，在线检测和控制技术 8、混合光电信息处理、识别和图象分析

由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用的信息，
再经过A/D变换接口输入微型计算机运算、处理， 最后显示或打印输出所需检测物体的几何量或物理 量。
光电检测系统
光 源
光 学 系 统
被 测 对 象