第十章光电检测技术的典型应用.ppt

第十章 光电检测技术的典型应用 本章内容： 光电准直 光电测距 锁相放大器 取样积分器 光子计数 光学传递函数 重点内容： 光电准直 光电测距 锁相放大器 取样积分器 光子计数 难点内容： 锁相放大器 取样积分器 第一节 光电测绘技术 一、波带板激光准直 1、激光准直的方法 利用激光方向性好的特点，将激光束通过望远镜系统射出，在需要准直的点上用光电探测器接收； 利用激光相干性好的特点，在望远镜前加设一个波带板，此时在望远镜前的一段距离内，可观察到由波带板衍射效应所形成的衍射图样，衍射图样中心光斑的连续，就是仪器所给的准直线，它适用于长距离、高精度的准直测量。 3、系统组成 （1）激光器点光源：采用小功率单模He-Ne立体激光器，输出为高斯光束，并在一般场合下加有针孔光栏，直接约为0.1~0.5mm。 （2）波带板：根据菲涅耳衍射原理设计，透光带或遮光带边缘具有很高的位置精度，且透光部分有很好的透光性能，常为圆形波带板。通常利用电化学工业在金属薄板上形成透光孔而得到波带板图案。 （3）光电接收装置：具有很高放大倍率的电子线路，一般采用调制光源以及相应的带有选频放大的光电接收装置。 4、应用 激光铅垂仪：定铅垂线的仪器，用在矿山竖井测量投射垂线方向等； 激光导向仪：进行定向控制的仪器，当需定向的工作机械等上装有光电接收器时，通过自动控制系统可使工作机械等恢复到原位； 激光水准仪等：利用激光准直线定水平或水平面的仪器； 激光经纬仪：进行角度坐标测量＆定向准直测量的仪器。 二、光电测距 它是以光为发射源，利用光波传播的距离等于光速与传播时间的乘积这一基本原理进行测距的。 （一）脉冲法激光测距仪 结构可分为发射系统、接收系统与观察瞄准系统三大部分以及供电的电源。（见下页） （二）相位法激光测距仪 （三）超高频及多波相位测距仪 当发射聚光电子漫反射进入接收系统时，光电接收器就接收到基准信号，经过光电转换、微弱信号的放大，再经整形、反相放大后，触发门控电路置位，门控电路输出低电平，将门电路打开。于是由时钟振荡器产生的计数脉冲可以通过门电路，进入计数器开始计数。当光电接收器接收到回波，同样经过转换放大、整形、反相放大后输入门电路，使它复位。门控输出高电平，将门电路关闭，计数器停止计数，显示器显示被测距离值。 1、发射系统：带有调Q装置的固体激光器＆发射光学系统组成。发射光学系统通常采用伽利略望远镜，将激光器置于该望远镜的目镜处，从而利用望远镜的视角放大率来减小激光的发散角。 四种调Q方法的比较 2、接收系统：由接收光学系统、光电变换器件及放大、计数、显示灯电子线路组成。接收光学系统常采用光电倍增管；光电变换器件常采用足够小的时间常数的光电探测器，如光电发射型的光电倍增管＆光伏型的硅光电二极管或光电三极管。 3、观察瞄准系统一般采用开普勒望远镜。 脉冲激光测距仪的测距公式： 三、光电自动测图 利用CCD组成的光电摄影机可组成数字摄影测量系统以实现自动测图。如下页：存储在HDDT（高密度数字磁带）上的影像数据，通过专用接口传送到计算机，然后再传输到磁盘。作业员可用快速查看设备、高效绘图机＆电视终端对图像带进行检验。由电子产生的光标位于立体屏幕中心，用人工或电脑操纵，可使两个影像作相同移动，也可以在任一方向上彼此作相对移动。由光标对准的那些像点可通过计算机读出，从而可以立即得到像坐标＆其相应的地面坐标。 第二节 微弱光信号检测技术 一、锁相放大器 它是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。利用＆被测信号有相同频率＆相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身＆那些与参考信号同频（或倍频）、同相的噪声分类有响应，故能大幅度抑制无用噪声，改善信噪比。并且具有很高的检测灵敏度，信号处理比较简单。 1、构成：见下页。 2、锁相放大技术的四个基本环节： 通过调制或斩光，将被测信号由零频范围转移到设定的高频范围内。检测系统变成交流系统； 在调制频率上对有用信号进行选频放大； 在相敏检波中对信号解调。同步解调作用截断了非同步噪声信号，使输出信号的带宽限制在极窄的范围内； 通过低通滤波器对检波信号进行低通滤波。 3、特点： 要求对入射光束进行斩光或光源调制，适用于调幅光信号的检测； 极窄带高增益放大器，增益可达1011，带宽窄到0.0004Hz； 交流－直流信号变换器； 可以补偿光检测中的背景辐射噪声＆前置放大器的固有噪声。信噪比改善可达1000倍。 二、取样积分器（Boxcar平均器） 利用取样＆平均化技术测定深埋在噪声中的周期性信号的测量装置。根据被测信号的形式可分为稳态＆扫描测量方式。其中扫描测量方式见下页。 1、运行步骤： 利用检测光脉冲的激励源取得＆输入光脉冲同步的触发信号； 利用门延时＆门脉冲宽度控制单元形成与触发脉冲具有恒定时延或时延与时间成线性