Wprowadzenie technologii badań fotoelektrycznych
Technologia detekcji fotoelektrycznej jest jedną z głównych technologii fotoelektrycznej technologii informacyjnej, która obejmuje głównie technologię konwersji fotoelektrycznej, technologię optycznego pozyskiwania informacji i pomiaru informacji optycznej oraz technologię fotoelektrycznego przetwarzania informacji pomiarowej. Metoda fotoelektryczna umożliwia różnorodne pomiary fizyczne, takie jak pomiary w warunkach słabego oświetlenia, pomiary w podczerwieni, skanowanie światłem, pomiary śledzenia światła, pomiary laserowe, pomiary światłowodowe i pomiary obrazu.
Technologia detekcji fotoelektrycznej łączy technologię optyczną i elektroniczną w celu pomiaru różnych wielkości, która charakteryzuje się następującymi cechami:
1. Wysoka precyzja. Dokładność pomiaru fotoelektrycznego jest najwyższa spośród wszystkich technik pomiarowych. Na przykład, dokładność pomiaru długości za pomocą interferometrii laserowej może sięgać 0,05 μm/m; pomiar kąta metodą siatki mory można osiągnąć. Rozdzielczość pomiaru odległości między Ziemią a Księżycem metodą pomiaru odległości laserowej może sięgać 1 m.
2. Wysoka prędkość. Pomiar fotoelektryczny wykorzystuje światło jako medium, a światło rozchodzi się najszybciej spośród wszystkich rodzajów substancji i niewątpliwie jest najszybszym sposobem uzyskiwania i przesyłania informacji metodami optycznymi.
3. Duży zasięg, duża odległość. Światło jest najwygodniejszym medium do zdalnego sterowania i telemetrii, takiej jak naprowadzanie broni, śledzenie fotoelektryczne, telemetria telewizyjna i tak dalej.
4. Pomiar bezkontaktowy. Światło padające na mierzony obiekt można uznać za brak siły pomiarowej, co eliminuje tarcie. Pozwala to na pomiar dynamiczny i jest najskuteczniejszą spośród różnych metod pomiarowych.
5. Długa żywotność. Teoretycznie fale świetlne nigdy się nie zużywają, o ile ich powtarzalność jest dobrze zachowana, mogą być używane wiecznie.
6. Dzięki silnym możliwościom przetwarzania informacji i obliczeniowym, złożone informacje mogą być przetwarzane równolegle. Metoda fotoelektryczna jest również łatwa w sterowaniu i przechowywaniu informacji, łatwa do zautomatyzowania, łatwa do połączenia z komputerem i prosta w obsłudze.
Technologia badań fotoelektrycznych jest niezbędną nową technologią we współczesnej nauce, modernizacji kraju i życiu ludzi. Jest to nowa technologia łącząca w sobie maszynę, światło, elektryczność i komputer, jest to jedna z najbardziej potencjalnych technologii informacyjnych.
Po trzecie, skład i charakterystyka układu detekcji fotoelektrycznej
Ze względu na złożoność i różnorodność testowanych obiektów, struktura systemu detekcji nie jest taka sama. Ogólny elektroniczny system detekcji składa się z trzech części: czujnika, przetwornika sygnału i łącza wyjściowego.
Czujnik to przetwornik sygnału na styku badanego obiektu z systemem detekcji. Bezpośrednio pobiera on dane pomiarowe z mierzonego obiektu, wykrywa ich zmiany i przetwarza je na łatwe do zmierzenia parametry elektryczne.
Sygnały wykrywane przez czujniki są zazwyczaj sygnałami elektrycznymi. Nie mogą one bezpośrednio spełniać wymagań wyjściowych i wymagają dalszej transformacji, przetwarzania i analizy, czyli konwersji przez układ kondycjonowania sygnału na standardowy sygnał elektryczny, który następnie jest przesyłany do łącza wyjściowego.
Zgodnie z celem i formą wyjścia systemu wykrywania, łącze wyjściowe to głównie urządzenie wyświetlające i rejestrujące, interfejs komunikacji danych i urządzenie sterujące.
Układ kondycjonowania sygnału czujnika jest determinowany przez typ czujnika i wymagania dotyczące sygnału wyjściowego. Różne czujniki mają różne sygnały wyjściowe. Sygnał wyjściowy czujnika sterowania energią to zmiana parametrów elektrycznych, która musi zostać przekształcona na zmianę napięcia przez układ mostkowy. Sygnał napięciowy układu mostkowego jest mały, a napięcie wspólne jest duże, co wymaga wzmocnienia przez wzmacniacz instrumentalny. Sygnały napięciowe i prądowe wyjściowe czujnika konwersji energii zazwyczaj zawierają sygnały o dużym poziomie szumu. Układ filtrujący jest potrzebny do ekstrakcji sygnałów użytecznych i filtrowania sygnałów bezużytecznych. Ponadto amplituda sygnału napięciowego wyjściowego ogólnego czujnika energii jest bardzo niska i może być wzmocniona przez wzmacniacz instrumentalny.
W porównaniu z nośną systemu elektronicznego, częstotliwość nośnej systemu fotoelektrycznego wzrasta o kilka rzędów wielkości. Ta zmiana rzędu częstotliwości powoduje jakościową zmianę w metodzie realizacji i jakościowy skok w funkcjonalności systemu fotoelektrycznego. Przejawia się to głównie w pojemności nośnej, rozdzielczości kątowej, rozdzielczości zasięgu i rozdzielczości widmowej, co sprawia, że system jest szeroko stosowany w dziedzinach kanałów, radarów, komunikacji, precyzyjnego naprowadzania, nawigacji, pomiarów i tak dalej. Chociaż konkretne formy systemów fotoelektrycznych stosowane w tych przypadkach są różne, mają one wspólną cechę: wszystkie posiadają połączenie nadajnika, kanału optycznego i odbiornika optycznego.
Systemy fotoelektryczne zazwyczaj dzielą się na dwie kategorie: aktywne i pasywne. W aktywnym systemie fotoelektrycznym nadajnik optyczny składa się głównie ze źródła światła (takiego jak laser) i modulatora. W pasywnym systemie fotoelektrycznym nadajnik optyczny emituje promieniowanie cieplne z badanego obiektu. Kanały optyczne i odbiorniki optyczne są identyczne dla obu systemów. Tak zwany kanał optyczny odnosi się głównie do atmosfery, przestrzeni kosmicznej, podwodnej i światłowodów. Odbiornik optyczny służy do zbierania padającego sygnału optycznego i przetwarzania go w celu odzyskania informacji o nośniku optycznym, obejmującym trzy podstawowe moduły.
Konwersja fotoelektryczna jest zazwyczaj realizowana za pomocą różnorodnych komponentów i układów optycznych, wykorzystujących płaskie lustra, szczeliny optyczne, soczewki, pryzmaty stożkowe, polaryzatory, płytki falowe, płytki kodowe, siatki dyfrakcyjne, modulatory, systemy obrazowania optycznego, systemy interferencji optycznej itp., w celu uzyskania mierzonej konwersji na parametry optyczne (amplitudę, częstotliwość, fazę, stan polaryzacji, zmiany kierunku propagacji itp.). Konwersja fotoelektryczna jest realizowana za pomocą różnych urządzeń fotoelektrycznych, takich jak fotoelektryczne detektory, fotoelektryczne kamery, fotoelektryczne urządzenia termiczne itp.
Czas publikacji: 20 lipca 2023 r.