光电检测技术第六章ppt课件.ppt

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1、第六章光电信号的变换和检测技术东北大学理学院物理董丹阳2013年10月光电检测技术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。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

2、，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：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(1)直读法由

3、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。入射光通量样品透过率（待测量）透过样品并为光电检测器件接收的光通量检测器电流灵敏度放大器增益电表传递系数转角示值（电表示数）辐射源直读法系统的测量值可表示为：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

4、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。因此，这种直读法在实际应用中受到限制。(9-1)(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。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。有偏光性质的被测样品被测偏振面转角检偏器的读出转角透光率入射光通量放大器增益光电器件灵敏度偏振器组合相对转角对于透光率的转换因子测量电表输出转角指零法系统的测量值可表示

5、为：无试样的标准状态下，即时，调整，使。加入试样，调整使再次为零，此时由有：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。(9-3)(9-4)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。图中，光辐射源1借助于反射

6、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。差动法双通道测量系统标准样品待测样品基准通道测量通道光检测器光检测器放大器光辐射源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

7、比较法。(1)差动法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。标准样品光屏（透过率可变）基准通道测量通道光检测器光检测器放大器光辐射源待测样品指针机构伺服电机（接放大器输出电压）被测样品透过率可变透过率光电接收器灵敏度光电接收器灵敏度标准样品透过率标准通道测量通道差动放大器的失调信号（平

8、衡时为零）差动法系统的测量值可表示为：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。(9-7)指针转角(9-8)被测样品透过率可变透过率光电接收器灵敏度光电接收器灵敏度标准