1、北大校长送给毕业生的十句话（推荐）第一句话，结交“两个朋友”一个是运动场，一个是图书馆。到运动场锻炼身体，强健体魄；到图书馆博览群书，不断地“充电”、“蓄电”、“放电”。第二句话，培养“两种功夫”一个是本分，一个是本事。做人靠本分，做事靠本事，靠“两本”起家靠得住。第三句话，乐于吃“两样东西”一个是吃亏，一个是吃苦。做人不怕吃亏， 做事不怕吃苦。吃亏是福，吃苦是福。第四句话，具备“两种力量”一种是思想的力量，一种是利剑的力量。思想的力量往往战胜利剑的力量。这是拿破仑的名言。一个人的思想走多远，他就有可能走多远。第五句话，追求“两个一致”一个是兴趣与事业一致，一个是爱情与婚姻 一致。兴趣与事业一
2、致，就能使你的潜力最大限度地得以发挥。恩格斯说，婚姻要以爱情为基础。没有爱情的婚姻是不道德的婚姻，也不会是牢固的婚姻。,第六句话，插上“两个翅膀”一个叫理想，一个叫毅力。如果一个人有了 这“两个翅膀”，他就能飞得高，飞得远。第七句话，构建“两个支柱”一个是科学，一个是人文。这是大科学家钱学森一再强调的。一个大写的“人”，必须由科学与人文这两个支柱来支撑。第八句话，配备两个“保健医生”一个叫运动，一个叫乐观。运动使你生理健 康，乐观使你心理健康。我这个人没有什么别的兴趣与爱好，就是几十年来养成了两个习惯：日行万步路，夜读十页书。第九句话，记住“两个秘诀”一个是健康的秘诀在早上，一个是成功的秘诀在
3、晚上。黎明即起，锻炼身体，强健体魄，争取健康地工作50年。必要时晚上还要加班加点，主要用来读书、思考、写作。大科学家爱因斯坦说过：人的差异产生于业余时间。业余时间能成就一个人，也能毁灭一个人。第十句话，追求“两个极致”一个是把自身的潜力发挥到极致，一个是把自己的寿命健康延长到极致。现在人们的潜力一般才发挥到3%-5%，据说如能发挥到10%， 你就能背过120部英国的百科全书，所以要争取把自己的潜力发挥到极致。,光电信号检测技术,教材 光电检测技术 曾光宇，张志伟 编 清华大学出版社 北京交通大学出版社,授课教师 魏英智 联系电话 13091719964 电子邮箱 ,光电技术姜文杰等编著 科学出
4、版社光电传感应用技术 王庆有主编 机械 工 业 出 版 社光电检测技术雷玉堂等编著 中国计量出版社,参考书目,既来之，则安之。,请关掉手机,大四生活别虚度，好好定位与把握。只要我们肯努力，会有灿烂新天地。,我的大学,能力Competence 交流Communication 合作Cooperation 敬业Commitment,4C,外语,文献检索,科技方法,方法论,工具性知识,信息技术 应用,科技写作,计算机,知识 要求,文学,哲学,心理学,思想道德,人文社会科学,政治学,社会学,历史,法学,艺术,工程技术知识,工程制图与机械学,信息技术,计算机技术,电工电子学,工程实践,数学,物理,交叉学科
5、,光学,自然科学知识,专业知识,专业基础知识,特殊专业知识,经济管理知识,经济学,管理学,素质要求,思想道德素质,思想素质,政治素质,法制意识,道德素质,团队意识,诚信意识,文化 素质,文化素养,艺术修养,现代意识,理性意识,人文交际意识,专业素质,科学素质,工程素质,科学思维,科学研究,求实创新,科学素养,价值效益意识,工程意识,求实创新,综合分析 素养,身心素质,身体素质,心理素质,表达能力,自学能力,获取 知识的 能力,社交能力,检索能力,应用 知识的能力,综合应用知识能力,能力要求,综合实验能力,工程综合实践能力,创新 能力,创新思维能力,科研开发能力,创新实验能力,目 录,第1章 光
6、电检测应用中的基础知识1.1辐射与光度学量1.2半导体基础知识1.3基本定律1.4光电探测器的噪声和特性参数第2章 光电检测中的常用光源第3章 结型光电器件第4章 光电导器件第5章 真空光电器件第6章 真空成像器件第7章 固体成像器件第8章 红外辐射与红外探测器第9章 光导纤维与光纤传感器,一、什么是光电检测技术,光电检测技术是光学技术与电子技术相结合而产生的一门新兴检测技术。 它以光电子学为基础，综合利用光学、精密机械、电子学和计算机技术解决各种工程应用课题的技术学科。,是利用光电传感器实现各类检测。它将被测量的量转换成光通量,再转换成电量，并综合利用信息传送和处理技术，完成在线和自动测量,
7、二、光电检测技术的主要研究内容：,光电检测技术是获取信息的一种重要方法，是现代检测技术最重要的手段和方法之一，成为信息技术中最活跃的高新技术之一,信息技术（IT，Information Technology）是一种综合技术。包括,感测技术,获取信息,通信技术,传递信息,计算机技术,处理信息,控制技术,利用信息,信息技术,微电子技术：通过控制固体内电子的微观运动来实现对信息的加工处 理。研究新型电子器件及大规模集成电路与集成系统的设计、制造对应的是IC产业，即集成电路，简称芯片,光子信息技术：是以光集成技术为核心的有关光学元、器件制造的应 用技术21世纪将进入光子信息时代，标志着将实现Tb(10
8、12 bits)容量和Tb/s超大信息流的传递、存储、处理和运算。,光电信息技术：是光子技术与微电子技术的结合，是现代信息技术的核心 ，光电信息转换与应用 。是在光频段的微电子技术，将光学技术与电子技术相结合实现信息的获取、加工、传输、控制、处理、存储与显示。,二、光电检测技术的主要研究内容：,光电检测技术：研究光电系统中光电信号的形成、传输、采集、变换及处理。,光电信息技术以光电子学为基础,以光电子器件为主体,研究和发展光电信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用。它涉及到：,1、光电源器件（包括激光器）和可控光功能器件及集成2、光通信和综合信息网络3、光频微电子4、光电方法用于瞬态光学观测
9、,5、光电传感、光纤传感和图象传感6、激光、红外、微光探测，定向和制导7、光电精密测试，在线检测和控制技术8、混合光电信息处理、识别和图象分析,9、光电人工智能和机器视觉10、光（电）逻辑运算和光（电）计算机及光电数据存储11、生物光子学,本课程着重在第5、6、7三个方面的一些基本知识，即：光电检测的元器件、系统、方法和应用。,光电科学与光机电一体化技术之树,三、光电检测系统的组成和特点,光电探测系统的基本组成：光源、光学系统、调制器、传输介质、光电探测器和电子系统等基本环节。,光学变换,电路处理,光电变换,电路处理：放大、滤波、调制、解调、A/D、D/A、微机与接口、控制。,光学变换:通过各
10、种光学元件和光学系统，如平面镜、成像系统等狭缝、透镜棱镜、光栅、成像系统来实现，作用是将被测量转换为光参量（振幅、频率、相位、偏振态、传播方向变化等）。,时域变换：调制振幅、频率、相位、脉宽空域变换：光学扫描光学参量调制：光强、波长、相位、偏振 形成能被光电探测器接收，便于后续处理的光学信息。,光电变换:由各种光电器件来实现，如光电检测器件、光电摄像器件、光电热敏器件）、变换电路、前置放大 将信息变为能够驱动电路处理系统的电信息（电信号的放大和处理）。,光电检测系统与人操作功能比较,光电传感部分相当于人身的感觉器官,被测物体,感觉器官,人脑,手控,被测物体,光电传感,微机,执行机构,光电检测技
11、术的特点,高精度：各种测量技术中最高。用激光测距法从地球到月球激光测距的精度达到1米。光栅莫尔条纹法测角可达0.04”高速度：以光为介质，光速是最快的。远距离、大量程：适于遥控、遥测和遥感，如武器制导，光电跟踪电视遥测等。非接触式检测：不改变被测物体性质的条件下进行测量。光照可认为是没有测量力的，也无摩擦，可实现动态测量，效率最高。寿命长：光电检测中通常无机械运动部分，故测量装置寿命长，工作可靠、准确度高，对被测物无形状和大小要求。具有很强的信你处理和运算能力：可将复杂信息并行处理。同时光电方法还便于信息储存和控制易于实现自动化和智能化,四、光电检测系统的功能分类,测量检查型:几何量:长度、角
12、度、形状、位置、形变、面积、体积、距离。运动量：速度、加速度、振动表面形状：光洁度、庇病、伤痕工作过程：湿度、流量、压力、物位、PH值、浓度等机械量：重量、压力、应变、压强电学量：电流、电压、电场、磁场光学量：吸收、反射、透射、光度、色度、波长、光谱,控制跟踪型跟踪控制：激光制导，红外制导数值控制：自动定位，图形加工形成，数值控制图象分析型图形检测图形分析,反射式,测量转速；物体表面；测距；激光制导,五、光电检测的基本工作形式,通常分为两种：镜面反射：用来判断光信号的有无。如光准直，转速等；漫反射：检测物体表面的外观质量。,透射式,测量液体和气体浓度、透明度、混浊度；检测透明薄膜的厚度和质量,
13、当光透过均匀介质时，其光通量发生变化,辐射式,辐射高温计、火警报警器、热成像仪,被测对象为辐射源的形式 光电探测器件直接探测物体本身的辐通量以确定目标物的存在。如：火警、侦察、武器制导等。此外，由于物体的辐射与波长和温度有关，故还可用于探测温度和光谱分析。,遮挡式,测量物体大小、位移量、运动速度、产品计数、光控开关、防盗报警,光由被测对象遮挡的形式 可用于检测物体的位移量尺寸。主要用在测微计，尺寸检测仪以及光电计数，光开关等领域,干涉式,检测位移量、振动、流体的浓度、折射率、运动速度,灵敏度和精度高，动态范围大，但结构复杂成本高,条纹光强检测法：主要利用光学干涉仪的双光束或多光束的干涉作用，以
14、光电元件直接检测条纹或同心圆环形干涉条纹的光强变化实现测量。干涉条纹比较法干涉条纹跟踪法,各种干涉现象都是以光波波长为基准，与形成它的外部几何参数包括长度、距离、角度、等存在着严格的内在联系。在这种变换过程中，光波作为物质的载体，载荷了待测信息及其变化，表现出随时间空间改变得外观特性。利用光电方法对光波的各种干涉现象进行检测处理，最后解算出被测几何物理参量的技术通称作光电干涉测量技术。,六、光电检测方法及应用发展趋势,1.光电检测的基本方法直接作用法 受被测物理量控制的光通量，经光电接收器转换成电量后由检测机构直接得到被测物理量。差动测量法 利用被测量与某一标准量相比较，所得差或数值比反映被测
15、量的大小。补偿测量法 利用光或电的方法补偿由被测量变化而引起的光通量变化，补偿器的可动元件连接读数装置指示出补偿量值，其大小反应被测量变化大小脉冲测量法 测量中将被测量的光通量转换成电脉冲，其参数（脉宽、相位、频率、脉冲数量等）反应被测量的大小,2光电检测技术发展趋势,该课程在衔接光学、光电子学、和电子线路等课程内容,以及拓展知识交叉应用等方面具有重要意义。,1、智能化方向发展：检测系统向智能化方向发展，如光电跟踪与光电扫描测量技术；2、数字化方向发展：检测结果向数字化，实现光电测量与光电控制一体化方向发展；3、多元化方向发展：光电检测仪器的检测功能向综合性、多参数、多维测量等多元化方向发展，
16、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；4、微型化方向发展：光电检测仪器所用电子元件及电路向集成化方向发展；5、光电检测系统朝着小型、快速的微型光、机、电检测系统发展；6、自动化方向发展：检测技术向自动化，非接触、快速在线测量方向发展，检测状态向动态测量方向发展；,1、在工业生产领域的应用,在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位.现代工程装备中，检测环节的成本约占5070%,七、光电检测技术的应用,检测技术在汽车中的应用日新月异,发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息， 对发动机工作状况进行精确控制 温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度
17、和爆震传感器等,汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容,普通轿车：约安装几十到近百只传感器， 豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。,底 盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等 车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温,车 身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等 温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等,2、检测技术在日常生活中的应用,家用电器：,数码相机、数码摄像机：自动对焦-红外测距传感器,数字体温计：接触式-热敏电阻，非接触式-红外传感器,自动感应灯：亮度检测-光敏电阻,空调、冰箱、电饭煲：温度检测-热敏电阻、热电偶,电话、麦
18、克风：话音转换-驻极电容传感器,遥控接收：红外检测-光敏二极管、光敏三极管,办公商务：,可视对讲、可视电话：图像获取-面阵CCD,扫描仪：文档扫描-线阵CCD,红外传输数据：红外检测-光敏二极管、光敏三极管,医疗卫生：,电子血压计：血压检测 - 压力传感器,血糖测试仪、胆固醇检测仪 - 离子传感器,红外测温系统,光电记时器,电子警察系统,3、检测技术在军事上的应用,美军研制的未来单兵作战武器,夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标。,一种内置激光测距仪的坦克炮手瞄准器,激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光
19、电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。,红外夜视仪,红外光电子流可见光象,红外夜视仪是利用光电转换技术的军用夜视仪器。它分为主动式和被动式两种：前者用红外探照灯照射目标，接收反射的红外辐射形成图像；后者不发射红外线，依靠目标自身的红外辐射形成 “热图像”，故又称为”热像仪”。,夜间可见光很微弱，但人眼看不见的红外线却很丰富。红外线视仪可以帮助人们在夜间进行观察、搜索、瞄准和驾驶车辆。尽管人们很早就发现了红外线，但受到红外元器件的限制，红外遥感技术发展很缓慢。直到1940年德国研制出硫化铅和几种红外透射材料后，才使红外遥感仪器的诞生成为可能。
20、此后德国首先研制出主动式红外夜视仪等几种红外探测仪器，但它们都未能在第二次世界大战中实际使用。几乎同时，美国也在研制红外夜视仪，虽然试验成功的时间比德国晚，但却抢先将其投入实战应用。1945年夏，美军登陆进攻冲绳岛，隐藏在岩洞坑道里的日军利用复杂的地形，夜晚出来偷袭美军。于是美军将一批刚刚制造出来的红外夜仪紧急运往冲绳，把安有红外夜视仪的枪炮架在岩洞附近，当日军趁黑夜刚爬出洞口，立即被一阵准确的枪炮击倒。洞内的日军不明其因，继续往外冲，又糊里糊涂地送了命。红外夜视仪初上战场，就为肃清冲绳岛上顽抗的日军发挥了重要作用。主动式红外夜视仪具有成像清晰、制作简单等特点，但它的致命弱点是红外按照灯的红外
21、光会被敌人的红外探测装置发现。60年代，美国首先研制出被动式的热像仪，它不发射红外光，不易被敌发现，并具有透过雾、雨等进行观察的能力。1982年4月6月，英国和阿根廷之间爆发马尔维纳斯群岛战争。4月13日半夜，英军攻击承军据守的最大据点斯坦利港。3000名英军布设的雷区，突然出现在阿军防线前。英国的所有枪支、火 炮都配备了红外夜视仪，能够在黑夜中清楚地发现阿军目标。而阿军却缺少夜视仪，不能发现英军，只有被动挨打的份。在英军火力准确的打击下，阿军支持不住，英军趁机发起冲锋。到黎明时，英军已占领了阿军防线上的几个主要制高点，阿军完全处于英军的火力控制下。6月14日晚9时，14 000名阿军不得不向
22、英军投降。英军领先红外夜视器材赢得了一场兵力悬殊的战斗。1991年海湾战争中，在风沙和硝烟弥漫的战场上，由于美军装备了先进的红外夜视器材，能够先于伊拉克军的坦克而发现对方，并开炮射击。而伊军只是从美军坦克开炮时的炮口火光上才得知大敌在前。由此可以看出红外夜视器材在现代战争中的重要作用。,美国国家导弹防御计划-NMD,4、检测技术在国防领域的应用,监测系统: 探测和发现敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道；,拦截器：能识别真假弹头，敌友方,半主动激光制导,-控制跟踪： 激光制导、飞行物自动跟踪、 精密工作台自动定位、 有视觉能力的机器人 等,“阿波罗10”：,火箭部分-2077个传感器,飞船部分-
23、1218个传感器,检测参数-加速度、温度、压力、 振动、流量、应变、 声学,神州飞船：,185台（套）仪器装置,5、检测技术在航天领域的应用,阿波罗10号（Apollo 10）是人类首次带着一套完整的阿波罗航天器带入月球轨道进行测试，在测试中，登月舱离月球表面仅15.6千米。阿波罗10号也是人类航天史上第一个从太空发回彩色现场录象的任务，也可以称得上是登月最后的“彩排”（阿波罗11号两个月内成功登月）。,学习本课程的目的,了解光电检测系统的基本组成，光电检测技术的特点和发展趋势。掌握光电检测器件（传感器、光源和成像器件）的工作原理及基本特性，了解它们的应用范围。能够根据特性参数，选择合适的光电检测器件。熟悉常用器件的性能指标。掌握直接检测与外差检测的原理和区别。了解光纤传感检测技术的原理和应用，掌握光纤的光波调制技术。掌握了解常用光电检测技术的测量、数据采集、处理和转换的方法，了解所需的元器件、仪器和相关的接口技术。,
