《光电检测电路》课件：原理与应用.ppt

*************************************光电尺寸测量投影放大法利用光学投影系统将被测物体影像放大投射到光电探测器上，通过测量光电信号确定尺寸。可实现微米级测量。光切法使用细光束照射被测物体，从侧面观察反射光线位置变化，确定物体轮廓和尺寸。适合不规则表面测量。光三角法基于三角测量原理，通过激光点在物体表面的位置变化计算距离和尺寸。精度可达亚微米级。图像处理法利用高分辨率相机拍摄物体，通过图像处理算法提取边缘和特征点，计算实际尺寸。适合复杂形状分析。光电尺寸测量技术广泛应用于工业生产各个环节，特别是在精密制造、质量检测和在线监控等领域。相比传统机械测量方法，光电测量具有非接触、高精度、高速度和自动化程度高等优势。现代光电尺寸测量系统通常集成了多种测量原理，结合先进的信号处理和图像分析技术，不仅能测量尺寸，还能同时评估形状、位置偏差和表面质量等参数。系统设计时需重点考虑光源选择、光学系统精度、光电探测器性能和信号处理算法等因素，以实现所需的测量精度和效率。光电位移测量光栅尺光栅尺由精密刻制的光栅标尺和光电读数头组成。工作时，光源发出的光束经过读数头内的光栅，与标尺上的光栅形成莫尔条纹，当读数头相对标尺移动时，光电探测器检测到光强周期性变化，通过计数和插值处理确定位移值。现代光栅尺分辨率可达亚微米甚至纳米级，广泛应用于数控机床、精密仪器和自动化设备中。激光干涉仪激光干涉仪基于光波干涉原理，利用激光的高相干性和稳定波长特性实现超高精度位移测量。典型结构包括激光源、分光镜、参考镜、测量镜和光电探测器。当测量镜移动时，形成干涉条纹的相位变化，光电探测器检测这一变化并转换为位移信号。激光干涉仪是当前最精密的位移测量工具之一，分辨率可达纳米级，主要用于精密校准和计量领域。磁光尺磁光尺结合了磁性编码和光电检测技术，由永磁体编码带和磁光传感器组成。当磁场变化引起传感器内磁光材料的法拉第效应时，产生光强变化，光电探测器将其转换为电信号。磁光尺具有抗污染、耐振动和安装要求低等优势，适合恶劣环境中的位移测量，如重型设备、工程机械和冶金行业应用。光电速度测量多普勒测速多普勒测速是基于多普勒效应的速度测量技术。当激光照射到运动物体表面并被散射回来时，散射光的频率会因物体运动而发生变化，这一频率变化与物体速度成正比。通过测量入射光与散射光的频率差（多普勒频移），即可计算物体速度。激光多普勒测速系统主要包括激光源、光学系统、光电探测器和信号处理电路。常用的实现方式有参考光束法和差分多普勒法。该技术具有非接触、高精度、响应快速等优点，适用于固体表面、液体流动和气体流动的速度测量。在工业生产中常用于测量卷材速度、流体流速和振动特性等。时间差法时间差法是通过测量物体通过两个或多个光电检测点所需的时间来计算速度。典型系统由两个间隔已知距离的光电传感器组成，当物体依次通过这些传感器时，产生电脉冲信号，通过测量脉冲间的时间差并结合已知距离即可计算速度。时间差法的变体包括光栅法和光电编码器法。光栅法使用等间距光栅条纹，通过计数单位时间内的光强变化频率确定速度；光电编码器则利用编码盘上的刻线产生频率与转速成正比的脉冲信号。时间差法结构简单、成本低、适应性强，广泛应用于工业自动化、交通测速和运动控制等领域。光电角度测量光电编码器是最常用的角度测量装置，分为增量式和绝对式两种类型。增量式编码器通过光电检测透光/不透光的交替条纹产生脉冲信号，需要参考点才能确定绝对位置；绝对式编码器则使用特殊编码图案，能直接输出当前绝对角度位置。根据分辨率要求，编码盘上的线数从几百线到几万线不等。高精度编码器采用光栅干涉原理，分辨率可达角秒级。光电编码器广泛应用于伺服系统、机器人关节和精密仪器中。自准直仪是测量小角度偏转的高精度光学仪器，基本原理是通过反射镜将光源发出的光束反射回检测系统，当反射镜发生角度变化时，反射光束的位置偏移量与角度变化成正比。现代自准直仪通过CCD或CMOS传感器精确测量光点位置，结合精密光学系统和图像处理技术，测量精度可达0.1角秒。自准直仪主要用于精密机械的装配、校准和角度标准的传递等场合。光电表面检测光散射法光散射法利用表面缺陷对入射光散射特性的影响进行检测。当光束照射到理想光滑表面时，会产生规则的反射；而表面存在缺陷时，会产生不同方向的散射光。通过测量散射光强度分布，可检测表面划痕、凹坑、污染和粗糙度等缺陷。散射光检测系统通常包括激光光源、光学系统和多通道光电探测器阵列。该方法灵敏度高，可检测亚微米级缺陷，广泛应用于半导体晶圆、光学元件和精密零件的表面检测。共焦显微法共焦显微技术通过针孔光阑屏蔽焦平面