所以，直接测量方法虽然简单方便、价格低廉，但各环 节误差直接加入总误差，受环境影响大！
有没有受环境影响小的解决方案？
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8.1.2 差动测量法 1. 测量原理
该方法采用被测量与标准量相比较，利用它
们之间的差或比，经放大后的测量数据去控制检 测机构。
无光照时，调节 电桥平衡
有光照时，电桥 失衡，发生偏转
/ K / K S / S /
ΔK／K为放大系统放大率不稳定所引起的相对误差，它与放大电路中
的电压波动，环境温度的变化，晶体管工作点的选择等参量变化有 关； ΔS/S为光电器件灵敏度的相对误差，它与探测器特性的不稳定性有 关； Δα/α为测量机械指示值的相对误差，它与机械结构不稳定性有关。
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8.1 光强型光电检测系统
本节主要包括以下几部分内容：
8.1.1 直接测量法 8.1.2 差动测量法
测量方法
8.1.3 补偿测量法
8.1.4 补偿式轴径检测装置
8.1.5 利用比较法检测透明薄膜的厚度
8.1.6 利用α射线测量块规厚度的装置
8.1.7 圆形物体偏心度的光电检测
8.1.8 利用补偿法测量线材直径
Sy / S / Ci
如何提高灵敏度？
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在上述检测回路中引入 简单的晶体管或其它放大器。
调整满度时对应的转角为a0， 则有
Ci ( 0 )（/ S K）（8-2）
式中，K为晶体管回路的放大倍数。
仪表指针的灵敏度为
Sy / SK / Ci
图8-2 利用放大器提高 灵敏度
提高了K倍！使用放 大器的原因！
1 / 2 n
变化量与光通量成正比变化。即两光束光通
量分别为1'
1
和1
' 2
2
2
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接收的光通量差为
原信号
1'
' 2
(1
1)
(2
2 )
(1 2 ) 1(1 n)
因波动引起的误差
(8-9)
为完全消除光通量波动的影响，应调整两通道通量 相同（两通道对称）！使n=1.
在有些电路中，采用两光通量比(除)的信号处理方 法，光源波动的影响可以完全消除。设1 / 2 n， 1 / 2 n 则：
方法补偿掉，补偿量代表了待测量的大小。
光敏电阻
图8-7 单通道补偿系统
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8.1.3 补偿测量法
1. 单通道光楔补偿式测量 系统增加了晶体管放大环节，由R1、Rw、Rc和R0及 晶体三极管B道光楔补偿系统
1'
/
' 2
(( 2
2 )
/(1
1 ))
n
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3. 单个探测器的差动测量 在光电差动测量中，精度在很大程度上取决于两光电探
测器性能上的差异，两者完全一致将十分困难。怎么办？ 采用单光电探测器的差动系统。
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3. 单个探测器的差动测量
Φ1=Φ2时，则产生恒定信号 当Φ1≠Φ2时，则产生交变信号，经放大和相敏整流后输出，幅值的 大小表示两通量的差值Φ=Φ1-Φ2，信号的正、负表示ΔΦ的正负。
当探测器处于线性工作区中， 则有
图8-1 直接测量电路
I / S Ci ( 0 ) / S
式中，Φ为信号光通量；I为探测器产生的光电 流；S为探测器的积分灵敏度；Ci为比例常数； a0为表针指零时的角度； a为输出电流I所对应 指针的转角。
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灵敏度的概念： 在检测回路中，重要特性是仪表指针的灵敏度Sy，可表示为：
图8-5 单接受器差动系统
平衡时
不平衡时
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3. 单个探测器的差动测量
优点：相对于前述差动装置，探测器和及其电源性能随时 间的缓慢变化可以部分消除。 光源的波动的影响同前所述。 缺点：存在放大器的波动影响
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8.1.3 补偿测量法
什么是补偿测量法？有何优点？ 将待测物理量对应光通量产生的信号用光或电的
U0 S11R1 S22Rw
如果S1=S2=S，Rw=R1则有
U0 SR1(1 2 ) SR1
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光通量波动的影响分析：
设两探测器接收到光通量 1 2，且 1 / 2= n。 因电源电压波动等原因使光源输出光通量发生 变化，在两光路上的光通量也将发生变化，其 变化值为ΔΦ1和ΔΦ2，两者间关系为
第8章 非光物理量的光电检测
问题
什么是非光物理量，如何用光去测量非光物 理量？
答：不与光学量相关的物理量，比如长度、 厚度、变形、速度、角度、质量等。
让非光物理量影响（调制）光学量，通过测 量光学量的变化推算非光物理量的变化。
可以用哪些光学量的变化来表示？
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本章的主要内容
8.1 光强型光电检测系统 8.2 脉冲型光电检测系统 8.3 相位型和频率型光电检测系统 8.4 利用物理光学原理的光电检测系统 8.5 其它光电检测系统
8.1.9 对圆柱形零件的外观检查
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测量实例
8.1.1 直接测量法 1. 直接测量法原理 将携带被检测物理量信息 的光量，投射到光电探测器 上转换为电信号，经放大后 由检测机构直接读出待测量。
图8-1 直接测量电路
Rｗ为校正电阻，用以校正回路的灵敏度。 μA表为读出机构。
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8.1.1 直接测量法 1. 直接测量法原理
图8-3 利用电差动原理进行光通量检测
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8.1.2 差动测量法
1. 测量原理
优点：差动方式，提高了测量灵敏度，减少了电 压波动的影响和放大器零点漂移。
输入为零，输 出偏移零,随 时间缓慢变化
缺点：未能克服光源及光路上产生的波动或干扰
有没有解决办法？
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2. 光电差动装置 为进一步提高检测精度，消除不稳定因素对检测
结果的影响，设计了由双光路和电桥组成的光电差动 装置。
图8-4 双光路光电差动系统
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当两电路光通量相差较小时，光电探测器GD1和 GD2的灵敏度分别为S1和S2，在线性段中它们近似为常 数。于是GD1产生的光电流I1=S1Φ1，R1上产生的压降 I1R1= S1Φ1R1 (GD1与R1相当于串联)；GD2产生的光电流I2=S2Φ2， Rw上产生的压降I2Rw=S2Φ2Rw，所以电桥输出的电压U0 为
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2. 系统相对误差和性能评定
设某检测关系为A=B·C/D，则增量间关系为
A C / D B B / D C BC / D2 D
最大相对误差ε为
A/A B/B C/C D/D
用上式分析直接测量法系统的最大相对误差为
/ K / K S / S /
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2. 系统相对误差和性能评定