第1章 光电传感与检测技术绪论.doc

光电传感与检测技术 教材：《光电检测技术与应用（第三版）》郭培源 付扬 编著 北京航空航天大学出版社 《》《》《》56学时，实验8学时（4个实验） 成绩：平时成绩 30%（考勤、作业、学习态度、实验），期末考试 70％ 第一章 绪 论 1.1 课程内涵 光电传感与检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术,它主要利用光电传感器将光学信号变换成电学信号,并采用电路放大和滤波处理等电子技术对变换后的电信号进行检测，然后用电子学、信息论、计算机等方法进行分析并进一步传递、储存、控制和显示。 1.2 课程特点 光电传感与检测技术具有非接触、精度高、速度快、自动化等特点，是光、机、电、计算机技术的综合应用。它将光电传感器与单片机技术、计算机技术及虚拟仪器技术相结合，使检测技术更加方便。 1.3 光电传感技术 1.3.1 什么是光电传感器 日常生活中的传感器：电冰箱、电饭煲中的温度传感器；空调中的温度和湿度传感器；煤气灶中的煤气泄漏传感器；水表、电表、电视机和影碟机中的红外遥控器；照相机中的光传感器；汽车中燃料计和速度计等等。 人体系统和机器系统的比较：人的体力和脑力劳动通过感觉器官接收外界信号，将这些信号传送给大脑，大脑把这些信号分析处理传递给肌体。如果用机器完成这一过程，计算机相当人的大脑，执行机构相当人的肌体，传感器相当于人的五官和皮肤。传感器好比人体感官的延长，有人又称“电五官”。从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。 1.3.2 光电传感器的组成和分类 光电传感器的组成包括光源、光学通路、光电元件。 光电传感器分类： （1）按照探测机理分类： (2)按照光电传感器输出信号的性质分类：光纤传感器、光栅传感器、光电式传感器、模拟光学传感器、固态图象传感器… 1.3.3 光电传感器的特性 传感器一般要变换各种信息量为电量，对不同的输入信号，输出特性是不同的，由于受传感器内部储能元件（电感、电容、质量块、弹簧等）的影响， 对快变信号与慢变信号，反应大不相同。 慢变信号——输入X为静态或变化极缓慢的信号时研究静态特性，即不随时间变化的特性。 快变信号——输入量X随时间t变化较快时考虑输出的动态特性，即随时间变化的特性。 1. 静态特性 当输入量（X）为静态（常量）或变化缓慢的信号时（如环境温度、压力），讨论传感器的静态特性，输入输出关系称静态特性，包括：线性度、迟滞、重复性、灵敏度… 线性度：输入与输出之间数量关系的线性程度。 迟滞：传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不重合的现象。 重复性：传感器输入量按同一方向作多次测量时输出特性不一致的程度。 灵敏度：在稳定条件下输出微小增量与输入微小增量的比值。 漂移：在输入量保持不变的情况下,输出量随时间的变化。 分辨率：传感器能够检测到的最小输入增量。 阈值：输入小到某种程度输出不再变化的值。 门槛灵敏度：指输入零点附近的分辨能力。 2. 动态特性 动态特性是传感器输出对（随时间变化）输入量的响应特性，输入与输出之间存在的差异就是动态误差。 影响动态特性的因素还与输入信号的形式有关，在对传感器进行动态分析时一般采用标准正弦信号和阶跃信号。输入信号按正弦变化时，分析输出信号的振幅、相位、频率，称频率响应；输入信号为阶跃变化时，对传感器输出信号随时间变化过程进行分析，称阶跃响应（瞬态响应）。 1.3.4 光电传感器技术的作用和地位 构成现代信息技术的三大支柱是：传感器技术（信息采集）、通信技术（信息传输）、计算机技术（信息处理），它们在信息系统中分别起到“”、“神经”和“”的作用。 目前传感器技术已经在越来越多的领域得到应用，传感器广泛用于工业、农业、商业、交通、环境监测、医疗诊断、军事科研、航空航天、现代办公设备、智能楼宇和家用电器等领域，是构建现代信息系统的重要组成部分。传感器对观测和自动化技术所起的作用远比家用电器所起到的作用大的多，这几乎是无可争议的事实。 基础学科研究中，传感器更有突出的地位。宏观上的茫茫宇宙、微观上的粒子世界、长时间的天体演化、短的瞬间反应。超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、弱磁场等极端技术研究。传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。 现代工业生产尤其是自动化生产过程中，每个生产环节都需要用各种传感器监视和控制生产过程的各个参数，一是保证产品达到最好的质量，二是保证设备工作在最佳状态。传感器是自动控制系统的关键基础器件，直接影响到自动化技术的水平。 传感器已渗透到宇宙开发、海洋探测、军事国 防、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、商检质检、甚至文物保护等等极其广泛的领域。可以毫不夸张地说：几乎每个现代化项目，以至各种复杂工程系统，都离不开各种各样的传感器。传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用