光电测试技术-非相干信号检测技术

《光电测试技术-非相干信号检测技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、非相干信号检测技术本章内容时变光信号的直接检测简单光学目标形位检测复杂光学图像扫描检测直接检测系统（光强调制）(非相干)莫尔条纹测长仪激光测距仪激光准直对光信号的直接检测，就是对光通量的测量，了解和掌握光通量的一般测量方法，对于光电系统的分析和设计是最基本的知识第一节时变光信号的直接检测一般光电系统所处理的输入信号是辐射光通量的变化（光谱分析、偏光分析、成像分析等），因此，光信号的直接检测，就是光通量的测量。可以分为振幅型的，频率型的＆相位型的。它们测量条件（直流或变化缓慢地信号采用振幅型，时间脉冲信号多采用其他两种），测量误差（振幅测量相对误差为10－2～10－4，频率

2、测量相对误差为10－6～10－8）不尽相同。一、光通量的幅度测量（一）单通道测量系统1、定义：被测光通量沿单一光学通道传送到光电接收器的系统通称为单通道测量系统。2、原理：由辐射源产生的光辐射通量经过置于光路上的被测样品或标准样品的部分吸收或散射，出射到接收器的光敏面上。利用光电转换＆信号放大器可以测量出载有信息的光通量，最后由指示电表显式记录下被测量的结果。3、测量方法（1）直读法被测样品光电接收器放大器电表ζSIKMФ0ФIФIθФ0ФIФIθ轮流放置标准样品对电表值进行标定，然后将被测样品放在光路中，即可由电表的指示直接得到被测样品的透过率值。转角示值检测器电流灵敏

3、度放大器增益电表传递系数透过率光通量（2）指零法电路部分不用于读数，而只是用作电表的指零，使被测量与已知量进行比较测量。它可以消除由于辐射光通量，光检测器＆放大器工作参数不稳定造成的影响，只取决于读数装置的精度＆指零装置的零位漂移。起偏器检偏器放大电表样品光电接收MSIKФ0Фζθxθ0θ首先，检偏器的偏振面相对起偏器转成90°，此时检测器光敏面上的光通量为零。在偏振器之间放置具有偏光性质的被测样品，它引起偏振面的旋转增大了透过光的数值，借助于指示表可以观察到相对于零位的偏差。如转动检偏器，重新使电表指零，则检偏器的转角等于由被测样品引起的偏振面的转角。（二）双通道测量系

4、统光辐射源光检测器标准样品被测样品反射镜透镜放大器1、差动法可变透过率的光屏（沿着各截面镀有吸收率不同膜层的玻璃平板）伺服电机指针机构差动放大器在装被测样品之前，光屏处于最大吸收位置，并使两通道的输出光通量相等，处于平衡状态。当插入被测样品之后，测量通道的光通量减小。此时，若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，这就可以使两个通道重新达到平衡。光屏的移动或指针的位置就是被测透过率的量度值，并在两通道的输出光通量相等时读出。两个通道的光通量分别由检测器接收，由差动放大器得到增益。放大器输出电压接到伺服电机的控制绕组上，当两个通道的光通量不等时，放大器

5、的输出端产生控制电压使电机轴转动带动光屏移动，一直到输出电压为零停止。从上式可看出比例因子K0与入射光通量无关，从而减少了光辐射源的不稳定对测量误差的影响。它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，因而对测量结果无影响。2、比较法不采用差动放大器接收而用组成电桥的光敏电阻作为光电接收器，我们称其为比较测量法。它同样具有抑制共模扰动的作用。3、交替比较法采用一个光电接收器接收，并在光路中加有交替装置，例如：带有光孔的不透明转盘和带缺口的反射镜。二、光通量的频率测量（一）波数测量干涉条纹光强ΔФ以ג/2为周期变化，

6、也就是当Δx移动ג/2长度时引起ΔФ一个周期的变化。如将ΔФ变化的周期数用波数N来表示，可得位移x＆波数N的关系为在一般情况下，波数测量是将由被测量x引起的周期变化的光通量光电转换为电脉冲，再用电子计数器来计数波数的变化N，最后根据公式计算出测量结果x。x=m0N式中m0称脉冲当量，表示单位波数变化对应的被测值。（二）频率测量如将被测物体安装在测量臂上，并以速度v移动。则它移动了ג/2距离的时间为T=ג/2v=1/f故v=ג/2•f我们可看出，运动速度与光通量的变化频率成正比，只要测得光通量的变化频率即可计算出所需的运动速度。三、光通量的相位＆时间测量（一）相位测量相位法

7、光波测距D协作靶的反射镜光电接收器LD辐射光波初始相位于激励电压U0相同，若经t（光波来回）时间后，则相位改变为Ψ=2πf•c/2•D如设辐射光通量变化一周光波传播距离为L＝c/f，则有D=L/2n•Ψ/2π其中，L/2n称作测尺长度，它与相对相位差Ψ/2π的乘积即为被测距离。（二）时间测量利用周期性光通量变化的时间周期或单个光脉冲间的时间间隔来测量信息方法。脉冲激光测距仪或激光雷达功率为几瓦的激光器被测目标接收系统主波脉冲＆回波脉冲的时间差。D=c/2f•N=K•NK为测距脉冲当量，N为计数值。第三节简单光学目标的形位检测光