和指针转角 之间的定量关系。 无关。它和差动法同样地具有抑
(3) 交替比较法 差动法和比较法使用两个接收器/光检测器，如果两个接收器 的积分灵敏度随时间或温度的变化有差异时，将会影响测量 结果。为了得到更高的精度，利用带有一个光电接收器的双 通道测量系统。在此系统中，两个通道的光通量轮流投射到 光电接收器上，两路信号的转换频率通常是几百赫兹，因此 系统中的光电放大器是交流的。

未装被测样品前调节光屏的位置使系统处于平衡状态（即两通道的输出光 通量相同）；插入被测样品后，移动光屏改变透过率值，使光屏上透过增 大恰好等于被测样品的吸收值，使两通道重新达到平衡，得到所测透过率。 这种反馈通过光屏移动、指针位置、检测器件、差动放大器、伺服电机等 进行控制。
标准样品透过直读法在实际应用中受到限制。
(2) 指零法-提高单通道系统测量精度 指零测量法可以消除由于辐射光通量，光检测器和放大器工 作参数不稳定造成的影响，提高单通道系统的测量精度。
有偏光性质的 被测样品
被测偏振面转角
透光率
光电器件灵敏度
测量电表输出转角
偏振器组合相对 转角 对 于透光率 转换因子 的
光通量的幅度测量法适合于检测直流或缓慢变化的光信号， 在光度测量中有广泛的应用。 1. 单通道测量系统 辐射源 (1) 直读法

入射光 通量 透过样品并为 光电检测器件 接收的光通量
放大器增益
转角示值 （电表示数）
样品透过率 （待测量）
检测器电 流灵敏度
电表传递系数

由辐射源产生的光辐射通量 经过置于光路上的被测样品的部分吸收或散 射，出射到光电接收器的光敏面上。利用光电转换和信号放大器可以测量 出载有信息的光通量 ，最后由指示电表显示记录下被测量的结果。
带有一个光电接收器的双通道系统

综上，光通量的幅度测量方法适合于检测直流或缓 慢变化的光信号，在光度测量中有广泛应用。 对于复杂的高精度的测量，多采用单个接收器的双 通道系统。而在要求一般的场合，则常采用两个接 收器的双通道系统，或指零法单通道系统。
2. 双通道测量系统

单通道测量的主要缺点是入射光通量的波动会直接影响测量 结果，采用具有两个光学通道的测量方法将克服这一缺点。
基准通道
标准样品 光检测器
光辐射源
测量通道
光检测器 待测样品
放大器
差动法双通道测量系统

图中，光辐射源1借助于反射镜和透镜分别沿着基准通道I和测量通道II并 行传送。在基准通道I的光路中放置具有固定透过率的标准样品2，通过 光检测器5监视入射光通量 的变化。在测量通道II中放置被测样品4，透 过被测样品的光通量 经光检测器6后在放大器7中和基准通道的参考信 号相比较，通过不同形式的比较处理，最终得到测量结果。
光通量不随时间变化； 光通量随时间缓慢变化； 光通量随时间周期性变化：可用信号的振幅（振幅型）、频率 （频率型）和相位（相位型）来表征，直流的或变化缓慢的信 号采用振幅测量法，而时间脉冲信号多采用频率或相位测量法。

了解和掌握光通量的一般测量方法，对于光电检测系 统的分析和设计是最基本的知识。
一、光通量的幅度测量

直读法系统的测量值可表示为：
(9-1)

可见，被测值 和电表示值 之间存在一一对应关系， 可借以确定被测的 值。但实际上 值不是完全不 变的：
入射光通量 与照明状态有关，存在长期工作的不稳定性和 不重复性； 比例因子 的波动，也会直接造成测量示值的偏差； 定标过程中存在偏差，也会影响测量结果。


第一节 时变光信号的直接检测



光信号的直接检测，就是光通量的测量：光学信号有 各种不同的变化形式，一般光电系统所处理的输入信 号是辐射光通量的变化。即信号处理的直接对象都是 光通量，即便是光强随空间变化的成像测量，归根结 底也可以变换为光通量的随时间变化。 光通量随时间变化有三种类型：
标准通道
可变透过率
被测样品透过率
差动放大器的 失调信号（平 衡时为零）
指针转角
光电接收 器灵敏度
测量通道

差动法系统的测量值可表示为： (9-7) (9-8)

式(9-7)表示了在两通道平衡时被测透过率与指针位置对应关 系。由此可见，比例因子 与入射光通量无关，从而减小了 光辐射源的不稳定对测量误差的影响，双通道的这种补偿作 用，是由于它的入射光通量是以同样的效果影响两个通道， 而它们的差值在准确平衡的条件下接近于零，因而对测量结 果没有影响。
入射光通量 检偏器的读出转角
放大器增益

以测量偏振物质偏振面转角为例，其系统中布置起偏器和检 偏器。利用检偏器可测由被测样品引起的偏振面的转角。

指零法系统的测量值可表示为：
(9-3)

无试样的标准状态下，即 时，调整 加入试样，调整 使 再次为零，此时由 有： (9-4)
，使
。

式(9-4)表明：在指示电表指零状态下，检偏器的转角示值 ， 就代表了被测偏振面的旋转角。这种方法是通过指零将被测 量( )和已知量( )进行比较测量。它的测量精度取决于读数 装置的精度和指零装置的零位漂移。光通量的不稳定性对误 差影响不大，因为系统的读数是在零光通量的情况下进行的。
光电检测技术
第六章 光电信号 的变换和检测技术
2015年11月
为了便于信号的形成、传送、检测和处理，在 光电检测系统中通常要使用一些光电信号的变 换技术。这些变换技术和方法，常常单独地或 若干组合地应用于各种不同目的的光电仪器和 系统中。 本章根据光电信号的时空特点，介绍随时间变 化的光电信号和随空间变化的光电信号的变换 和检测的技术。
(2) 比较法 不采用差动放大器接收而用比较测量法也可以得到同样的补 偿效果。其中，光电接收器采用组成电桥的光敏电阻（参考 用光敏电阻 接于基准通道，测量用光敏电阻 接于测量通 道，电路平衡时， ）。 比较法系统的测量值可表示为： (9-10)
(9-11)

式(9-10)表明了被测透过率 比例因子 与入射光通量 制共模扰动的作用。
双通道系统不仅能完全消除入射光辐射的起伏影响，而且可 在一定程度上消除杂光引起的不稳定性，是光通量幅度测量 中常用的方法。一般采用差动法、比较法和交替比较法。 (1) 差动法 光检测器

标准样品
基准通道
光辐射源
光屏（透过 待测样品 率可变） 光检测器
放大器
测量通道
指针机构
伺服电机（接放大器输出电压）