第4章 光电信号检测电路2

（2）光照特性
光敏电阻的光电流与光强之间的关系
由于光敏电阻的光照特性呈非线性，因此不宜作为测量元 件，一般在自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件。
（3）光谱特性
光敏电阻对不同波长的光，灵敏度是不同的
（4）响应时间
光电导的弛豫现象：光电流的变化对于光的变化，在 时间上有一个滞后。
光电器件受光照时，有电信号输出，光电器件不受 光照时，无电信号输出。属于这一类的大多是作继电 器和脉冲发生器应用的光电传感器，如测量线位移、 线速度、角位移、角速度(转速)的光电脉冲传感器等 等。
光电式数字转速表
c ZTN 60
End the 4.1
4.2 光电码盘
数字式传感器: 把输入量转换成数字量输出 优点：测量精度和分辨力高，抗干扰能力强，能 避免在读标尺和曲线图时产生的人为误差，便于用 计算机处理。 最简单的数字式传感器是编码器(ADE) 角度数字编码器（码盘）或直线位移编码器（码尺） 原理分类：电触式、电容式、感应式和光电式等
采用几个码盘通过机械传动装置连成一起的码盘组， 则可大大提高分辨率，而且可以用来测定转速。
4.2 光电码盘
4.2.1 工作原理 4.2.2 码盘和码制 4.2.3 二进制码与循环码的转换 4.2.4 应用
4.2.4 应用
光学码盘测角仪的原理图 1－光源 2－大孔径非球面聚光镜 3－码盘 4－狭缝 5－光电元件
4.1.2 光电倍增管
在入射光极为微弱时，光电管能产生的光电流就很小， 光电倍增管：放大光电流 组成：光电阴极+若干倍增极+阳极
光电倍增管的结构 与工作原理
光电阴极 光电倍增极 阳极 倍增极上涂有Sb-Cs或Ag-Mg等光敏材料，并且电 位逐级升高

W
时间常数 0 RLCd
截止频率
fc

1
2pRC

1
2p 0
PIN管分布电容
Cd
RL Vout
等效电路
4.1 光检测器 4.1.2 PIN光电二极管
实验中常测量到脉冲的上升时间r, r与0关系如何？
特征时间：即脉冲响应时间
Vout
Vin
线性系统
0.9
1.0
R
Vin
i
0.1
C Vout
入射光
in
h+ e-
成正比
定义
R Ip Pin
单位A/W
hv>Eg 抗反射膜
E 耗尽区
W
②量子效率(quantum efficiency)
量子效率=(光生电子空穴对数)/入射光子数
输出电压 RL Vout 电 极
Ip /e
Pin / hv
R e
hv 1.24
R in A/W,
练习
Example2: In a 100-ns pulse, 6×106 photons at a wavelength
of 1300nm fall on an InGaAs photodetector. On the average, 5.4×106 electron-hole pairs are generated. What is the quantum efficiency?
5
Ge
InGaAs
800~1650 1100~1700
0.4~0.5 0.75~0.95
50~500 0.5~2.0
0.1~0.5 0.05~0.5

同步累积器的原理框图
同步累积器的原理框图如图所示:
V1(t) 同步开关
输出 累积器
V2(t) 触发信号
其中V1（t）为输入信号，V2（t）为与V1（t）周期相同的参 考信号，同步开关受V2（t）产生的控制信号控制，能保证V1 （t）在累积器中同相地累积起来。
26
注意: 在实际应用同步累积法的时候，必须注意满足三个条件： （1） 信号应重复 （2） 有适当的累积器 （3） 能做到同相累积 要保证做到同相累积则要根据不同的被检测信号波形， 确定不同的参考信号。
9
4.4.2最大信噪比原理
为获得最大的输出信噪比，考虑系统频率函数与输入信号之 间的关系。
Si(jω) Si(t) Wi(ω)=N0,Pni(t)
信号处理系统 So(jω) So(t) Hi(jω) Hi(t) Pno(t),Wo(ω)
td时刻系统输出的功率信噪比
S N
P.O
| SO (td ) |2 PN
V1 (t) Vs1 (t) Vs1 sin(1t 1 )
参考为：V2 (t) V2 sin(2t 且2 ) 1 2
则
V1 (t) V2 (t) Vs1V2 sin(t 1 ) sin( t 2 )
Vs1V2 2
[cos(1
2 )
cos(2
t
1
2 )]
29
两信号相乘后，通过积分器进行积分。
32
4.4.7 相关检测法
1 引言 为了将被噪声所淹没的信号检测出来，人们研究各种信 号及噪声的规律，发现信号与信号的延时相乘后累加的 结果可以区别于信号与噪声的延时相乘后累加的的结果， 从而提出了“相关”的概念。 由于相关的概念涉及信号的能量及功率，因此先给出功 率信号和能量信号的定义。

可选择带通滤波器提高信噪比。带宽Bf：ω0-Ω~ω0+Ω
光信号频率调制
在宽带调频时，m f 1
t 0 m sin 0t m f sin t
带宽 B f 2 2
光信号脉冲调制


将直流光通量用斩光盘调制，可得到连续的光脉冲载 波。这种脉冲调制可实现对光脉冲信号的幅度、重复 频率、脉宽、相位等参数或者它们的组合按调制信息 改变。 此外，还可其他参量进行调制，如对光信号的偏振特 性参数调制、对光信号传输方向调制等。
detector2
source
Target
作涉 探测或者光外差探测。它被广泛地应用到雷达监测中。 请叙述该检测技术的基本原理。
2、时变光信号的调制检测
对光信号进行调制，将待测信息加载到光信号中达 到测量目的。调制技术可改善光电系统的工作品质， 提高信噪比和灵敏度，是光电检测系统中常用的方 法。
t 0 1 m sin t m sin t
cos t 1 0 m sin t mm 2 cos t 可选择带通滤波器提高信噪比。带宽：ω-Ω~ω+Ω
连续波调制
t 0 m V t sin V t t V t FM AM PM 满足：0 m V t
0 m sin 0t m f cos 0t sin t 1 0 m sin 0t m m f 2 sin 0 t sin 0 t

光信号的频率测量