1.2 光電檢測系統
1.2.1 光電檢測系統組成
光電檢測技術以激光、紅外、光纖等現代光電器件為基礎，通過對載有被檢測物體信號的光輻射（發射、反射、衍射、折射、透射等）進行檢測，即通過光電檢測器件接收光輻射并轉換為電信號。由輸入電路、放大濾波等檢測電路提取有用的信息，再經過A/D變換接口輸入微型計算機運算、處理，最后顯示或打印輸出所需檢測物體的幾何量或物理量。光電檢測系統的組成如圖1-1所示。
圖1-1 光電檢測系統模型
（1）光源和光學系統 是光電檢測系統中必不可少的一部分。在許多系統中按需要選擇一定輻射功率、一定光譜范圍和一定發光空間、分布的光源，以此發出的光束作為載體攜帶被測信息。
（2）被測對象及光學變換 這里所指的是上述光源所發出的光束在通過這一環節時，利用各種光學效應，如反射、吸收、折射、干涉、衍射、偏振等，使光束攜帶上被檢測對象的特征信息，形成待檢測的光信號。光學變換通常是用各種光學元件和光學系統來實現的，實現將被測量轉換為光參量（振幅、頻率、相位、偏振態、傳播方向變化等）。
（3）光信號的匹配處理 這一工作環節的位置可以設置在被檢測對象前面，也可設在光學變換后面，應按實際要求來決定。光信號匹配處理的主要目的是為了更好地獲得待測量的信息，以滿足光電轉換的需要。
（4）光電轉換 該環節是實現光電檢測的核心部分。其主要作用是以光信號為媒質，以光電探測器為手段，將各種待測量調制的光信號轉換成電信號（電流、電壓或頻率），以利于采用目前最為成熟的電子技術進行信號的放大、處理、測量和控制等。
（5）電信號的放大與處理 這一部分主要是由各種電子線路所組成。光電檢測系統中處理電路的任務主要是解決兩個問題：①實現對微弱信號的檢測；②實現光源的穩定化。
（6）存儲、顯示與控制系統 許多光電檢測系統只要求給出待測量的具體值，即將處理好的待測量電信號直接經顯示系統顯示。
光電檢測系統通常分為主動式和被動式兩類。在主動式光電檢測系統中，光發射機主要由光源（例如，激光器）和調制器構成，如圖1-2所示。
圖1-2 主動式光電檢測系統
在被動光電探測系統中，光信號來自探測物體的自發輻射，如圖1-3所示。
圖1-3 被動式光電檢測系統
1.2.2 光電檢測系統特點
（1）可直接反映物質基本物理屬性的信息 人類可通過各種光學儀器觀察和了解客觀世界。例如，可用望遠鏡望遠方的景物，可用顯微鏡來檢查微觀世界的精細結構等。而光電檢測儀器和系統可以代替人眼的觀察和部分人腦的判斷功能。它的分辨率和靈敏度高，而且可測量多維信號。不僅如此，由于光電檢測系統的快速響應能力，甚至對那些人眼來不及或觀察不到的光學現象也可以實時地加以處理。
光和物質的相互作用所反映出的吸收系數α（λ）、反射率R（λ）和發光能力B（λ）等光譜結構，是物質原子分子的結構組成和電子能帶結構的直接反映。因此，利用光電檢測儀器檢測到這些物理參數以及光強、光譜分布和偏振等，可以得到物質本質的信息。
（2）光電檢測系統動作的輸入能量很小，測量靈敏度高 由于許多光傳感器是在加有電量偏置的狀態下工作的，因此它的能量檢測靈敏度很高。對于利用輸入光能量積分效應進行檢測的攝像管或固體攝像器件（CCD或CMOS），以及利用內部增強作用的弱光傳感器，則具有更高的靈敏度。這就可以理解，為什么在人眼根本不能感覺的條件下，這些器件仍能攝得清楚景物圖片，以及諸如自動電梯和自動門的光開關在極弱的光變化情況下仍能正常地進行工作。
（3）可對廣闊的和微細的空間形體進行非接觸的遠距離測量 光電檢測系統利用各種傳統的光學系統和檢測接收裝置，不僅能感知人眼視線范圍內的物體形狀、尺寸和位置等空間參數，而且也能對像遙遠星體那樣的巨大景物和極微小的微觀結構進行觀測。此外，也可以通過光導纖維將傳感器放入到諸如人體內部器官，以及通過無線電通訊等將光電裝置裝設到人們難以接近或不能接近的危險工作場地（高溫、深水、輻射線、太空）。
（4）具有更高的可靠性并且方法更靈活 在混有雜光、噪聲等干擾背景的情況下，利用信息載體的輻射光和光檢測接收器間的波長對應關系，以及采用濾光片等波長選擇性方法，可以提高光檢測的信噪比（S/N），從而提高了測量的可靠性。此外，對光電信號的檢測與處理手法是多種多樣的，除了電信號處理中常用的調制方法外，還可以采用幾何光學、物理光學、相干光學等各種光學變換的技巧和方法對信號進行檢測與處理。因此，作為一種檢測的手段，光電檢測系統具有很好的靈活性。相對于壓力、氣動、電動等傳感器，這種靈活性是很顯然的。