光电检测技术PPT课件

1、第一节 人的视觉功能及其扩展一、人的视觉功能人眼（高级神经活动）是一个高灵敏度、高分辨率和极为复杂而精巧的光传感器。人的视觉功能：辨别光亮和颜色；对明暗光的适应能力；很高的分辨能力；很高的辩色能力；暂留时间和动态响应时间；能在粗略地感知大视场内景物的同时把主要分辨力集中于视力集中的小范围内等能力。人们通过人眼的视觉活动感知环境景物的明暗和彩色的空间变化以获取必要的光学信息。大脑再利用这些信息进行图像识别、判断和决策。第1页/共18页二、光学仪器是人类视觉的扩展经典的光学方法和传统的光学仪器已经不能满足现代化的需要（在人的视觉下参与工作，局限在可见光范畴；对复杂信息的高速采集和自动控制等需要；处

2、理二维或三维复杂图像和景物；超精细、超远距、非可见光波段；太空、深水、核辐射和高温等恶劣环境）。光学仪器是人类视觉在时间、空间和识别能力上的延伸和扩展。现代光学技术的重要发展方向：走光、机、电、算相结合的道路，实现光学仪器的自动化、智能化，这就必须要发展光电技术与光电检测技术。第2页/共18页一、光电技术与光电检测技术的含义光电技术是跨光学与电子学科间的边缘学科技术，它实际具有“接口”的功能，是光系统和电系统结合的过渡桥梁。第二节 光电技术与光电检测技术及光电传感器光电技术的功能光电技术的功能第3页/共18页光电技术成为获取光信息或借助光提取其他信息的重要手段：它将光辐射流以一定规律变换，形成

3、具有信息的光信号，并通过光电传感器将光信号转换为电信号。常规的电系统对信号进行必要的处理，最终输出用以显示和控制，形成了自动化的光电系统。进一步采用计算机进行处理，组成智能化的光电系统。光电技术使人类能更有效地扩展自身的视觉能力：它使视觉的长波限延伸到亚毫米波，短波限延伸至紫外、X射线、 射线，乃至高能粒子，并可以在飞秒级记录超快速现象的变化过程（如核反应、 航空器发射等）。第4页/共18页光电技术是一门研究光电系统中光电信号的形成、传输、采集、变换及处理方法的技术学科。它是信息技术的重要分支之一，它将电子学中许多基本概念与技术（如调制与解调、放大与振荡、倍频、和频与差频等）移植到光频段，解决

4、光电信息系统中的工程问题。其最大特点是所有被研究的信息，包括光学的、电学的或其他非光学的信息，都将通过各种效应（机、热、声、电、磁）调制到光载波上，而对光载波的处理可以是光学的，也可以是电子学的。在现代科技、经济、军事、文化、医学等领域发挥着极其重要的作用，以此为支撑的光电子产业是当今世界争相发展的支柱产业。第5页/共18页光电检测技术以激光、红外、光纤等现代光电子器件作为基础，通过对被检测物体的光辐射，经光电检测器件接受光辐射并转换为电信号，由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用信息，再经模/数转换接口输入计算机运算处理，最后显示输出所需要的检测物理量等参数。光电检测技术是光电技术中最主要最

5、核心的部分。第6页/共18页二、光电传感器光电传感器代替人眼的检测以实现测量、控制和图像变换，通常作为系统的输入装置使用，是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件，可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、温度、气体成分等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。除了作为光电转换器件，还可以作为电光显示器件（电能转换为光能）和光控器件（信号传送和处理）。第7页/共18页一、光电检测系统的组成从常见的应用角度出发，光电技术中重要的研究

6、内容是将光学信息或者可变为光学信息的其他信息转换为电信号，进而组成光、机、电、计算机的综合系统，实现光学信息检测的自动化。这样的系统通常称为光电探测系统，也称为光电检测系统。第三节 光电检测系统的组成和特点光电检测系统的组成光电检测系统的组成光辐射源、光学系统、光电探测器和电子系统光辐射源、光学系统、光电探测器和电子系统第8页/共18页光电检测系统涉及光电子学、激光技术、应用光学、电子技术和计算机技术等众多技术学科。本课程内容仅限定在光学系统和电子系统的联结点，即光辐射探测的理论基础、光电器件的基本原理和外部特性、光电信号的变换与处理方法以及典型的应用系统分析设计等。第9页/共18页二、光电检

7、测系统的特点检测直接反映物体基本物理属性的信息测量吸收系数、反射率、发光能力、光谱分布等物理参数高速响应、高灵敏度非接触、远距离测量可靠性和灵活性高可进行高质量的复杂信息处理和运算空间光信号（一维、二维或三维测量）；光谱分布、偏振、投射方向等许多被调制的光信号第10页/共18页第四节 光电技术与光电检测技术的发展及应用一、光电技术与光电检测技术的发展趋势光电检测技术作为一门研究光与物质相互作用发展起来的新兴学科，已成为现代信息科学的一个极为重要的组成部分。光电检测技术具有测量精度高、速度快、非接触、频宽与信息容量极大、信息效率极高、以及自动化程度高等突出特点，发展十分迅速，并推动着信息科学技术

8、的发展。第11页/共18页随着现代科学技术以及复杂自动控制系统和信息处理技术的提高，光电检测技术的发展趋势表现在：p检测精度向高精度方向发展：纳米、亚纳米高精度的光电测量新技术；p检测系统向智能化方向发展：光电跟踪与光电扫描测量技术；p检测结果向数字化方向发展：实现光电测量与光电控制一体化方向发展；第12页/共18页p光电检测器件的检测功能向综合性、多参数、多维测量等多元化方向发展，并向人们无法触及的领域发展，如微空间三维测量技术和大空间三维测量技术；p光电检测器件所用电子元件及电路向集成化方向发展：光电检测系统朝着小型、快速的微型光、机、电检测系统发展；p检测技术向自动化、非接触、快速在线测

9、量方向发展，检测状态向动态测量方向发展。第13页/共18页二、光电技术与光电检测技术的应用应用推动发展：p军事：光电伪装技术（多波段兼容的迷彩涂层技术、宽频谱伪装与标准组件式伪装遮障系统、多光谱性能的发烟伪装材料、示假伪装）；光电精确制导（高精度命中目标、自动识别捕获、不良气候下制导）；光电对抗与反对抗（可见光、红外、激光）；激光武器（方向性、高亮度、高能量）与激光辐射防护（预先报警、光开关或限光器、使其衰减、将激光信号转换为图像）；航空光电侦查（合成孔径雷达、可见光与红外照相机）第14页/共18页p航天：空间目标的光电探测（卫星、空间站、航天飞机等的精确定位与跟踪，多光谱段探测、采用大面阵成

10、像器件、激光雷达外差探测、图像处理等先进技术）；光电导航（多传感器集成光电引导系统：激光雷达、前视红外和可见光CCD图像传感器的一体化集成系统）p生物医学：光电微损法血糖检测技术；生物光电 分析芯片；血浆泄露在线检测报警系统（基于紫外光谱吸收原理）；微光机电系统（MOEMS，利用光子系统的微电子机械系统，是对系统芯片的进一步集成）第15页/共18页p环境保护：污水处理中的光电催化技术；大气氮碳氧化物检测中的光电技术（激光诱导荧光法、光纤传感法、激光雷达探测法和化学发光法等）p工业：材料加工和质量检测（激光切割、打孔、加工等）；用于精密测量的光电自准直仪；光电子封装（光电子印刷板、平面光波电路等）