基与PSD的位置测量系统—光电传感器在光通信中的应用.doc资源-CSDN文库

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本文介绍光电检测器件以及光电传感器在光通信中的应用的一个实验----基与

PSD 的位置测量系统。

激光通信技术是当今世界发展速度最快、覆盖范围最广、渗透性最强、应用最广

泛的一个高新技术领域，同时也是推动全球信息通信业发展的主要驱动力量，信息通

信技术在经济、社会各个领域的广泛应用，不仅能够减少经济活动的交易费用，大大

降低社会运行成本，而且能够促进知识的传播和信息的共享，对于一个国家国民整体

素质的提高和经济社会的长远发展也将产生重大的意义。

光电传感器非常广泛的应用在激光通信中，它是一类把光辐射信号转变为电信号

的器件,其工作原理是基于光辐射与物质的相互作用所产生的光电效应。

虚拟仪器是现代检测仪器的发展方向。软件就是仪器，这是虚拟仪器的基本思想。

因为，我们是利用计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。所以，提高计算机软件

编程效率也就成了一个非常现实的问题。

关键词：激光通信光电传感器虚拟仪器

第一章绪论

1.1 光通信的现状及发展

光通信是现代光学和电子学相结合的综合应用技术，它在 70 年代初期获得了迅速

发展，而在近十年取得的进展是十分惊人的，现今已成为现代通信的主要传输手段。

光通信为建立全天候、高机动性、高灵活性、稳定可靠工作的信息平台开辟了广

阔前景。光通信作为星际间长距离、干线通信有明显优势。在终端分布密度很低的地

方和对于移动终端，空间光通信将比陆地网络提供更高带宽的数据、视频及话音转播

等多媒体服务。卫星之间、卫星对地的激光通信技术已成为下一代光通信的发展方向

之一。世界主要技术强国为了争夺空间光通信这一领域的技术优势，已经投入了大量

的人力物力，并取得了较大进展。随着光器件的不断发展，空间光通信已进入系统研

究阶段。空间光通信终端的数据率不断提高，而体积、重量、功耗不断下降，特别是

未来采用WDM 和光波长路由等技术，有可能在卫星之间和卫星与地面之间建成一个全光

网络。

人类很早就开始光通信的研究，在一百多年前贝尔就获得了光通信的专利，但直

至上世纪 50 年代这种研究仍处于概念阶段。1960 年休斯公司研制成第一支激光器，为

光通信提供了一种理想的光源,由于激光器的光亮度高、方向性强、单色性和相干性好,

因而传输距离远,且易于调制和接收,是一种优异的信息载体,因此激光通信得到了较

快的发展，使光通信开始变得实际可行，并立即转入应用研究，建立了第一条大气光

通信系统。

激光通信是利用激光光束作为信息载体来传递信息的一种通信方式，和传统的电

通信一样激光通信可分为有线激光通信和无线激光通信两种形式。有线激光通信就是

近二、三十年来迅猛发展起来的以光导纤维作为传输媒质的光纤通信，目前己成为高

速有线信息传输的骨干，激光通信依传输介质的不同,又分为四种:光纤通信、大气通

信、空间通信、水下通信。其中大气通信是以大气作为传输介质的通信,是激光出现后

最先研制的一种通信方式；光纤通信则是利用光纤传输光信号的通信方

式。尽管 70 年代低损耗光纤和室温连续工作半导体激光器的研制成功,使激光通

信的研究重点转到光纤通信上,但是由于大气激光通信相对于无线电、微波通信具有其

独特的优点,各军事大国对大气通信仍有浓厚的兴趣,投入了大量的人力、财力、物力

进行研究,研制出不少激光通信产品,为大气通信的应用拓宽了道路。

1.2 虚拟仪器的简介

虚拟仪器(Virtual Instruments，VI)的概念，是随着自动测试技术(ATS，Automatic Test System)

的发展而提出的。

本文研究的目的是通过模拟实验来验证 PSD 的特性；检验系统的测试功能是否能

够实现；检验、评价测试系统的软件功能。

从功能上讲，虚拟仪器将传统仪器的功能划分为一些通用模块，并由以下三个主

要部分组成：

输入——进行信号调理并将输入的被测模拟信号转换成数字信号以便于处理。

输出——将量化的数据转换成模拟信号并进行必要的信号调理。

数据处理——通常利用一个微处理器或数字信号处理器(DSP)，使仪器按测试要求

完成各种处理功能

[1]

。

虚拟仪器通过软件将通用计算机与仪器硬件结合起来，以透明的方式把计算机资

源(如微处理器、内存、显示器等)和仪器硬件(如 A/D、D/A、数字 I/O、定时器、信号

处理等)的测量、控制能力结合在一起，并通过应用软件实现对数据的分析处理、表达

以及图形化用户接口。应用程序还将仪器硬件(如 GPIB、VXI、RS-232、DAQ 板)和可

复用原码库函数等软件结合在一起，实现了仪器模块间的通信、定时与触发，从而最

终形成一台与传统仪器在功能和操作方式上相同的仪器。图 1.1 是虚拟仪器界面与实际

仪器的比较

[2]

。

第二章光电检测的重要性及原理

2.1 光电检测的重要性

一、检测自动化随着生产的发展，用于检测的时间和人力将占相当大的比重，因此

为了进一步提高生产率和自动化程度，要求检测必须自动化。先进的检测方法和仪器，

应能在零件加工过程中进行主动测量，或在传送带上的传输过程中进行检测和发出信

号，这样既可减少工作人员，又可节省检测时间，提高生产率。

二、测量无接触化由于无接触，所以没有力和力矩作用于被测物，而且即使被测物

有较大的冲击作用，对检测仪表亦无损害。另外，由于无机械运动部分，故测量装置

具有寿命长，反映速度快，工作可靠，准备度高，对被测物无形状和大小要求，检测

距离可以大等优点。

三、电子元件和电路集成化它具有体积小，重量轻，工作可靠，寿命长，使用方便

和工作速度提高等优点。

四、检测数字化它具有测量精度高，灵敏度高，测量速度快，指示值的客观性（不

因人或位置而异），易于自动化等优点。由于这种方法的测量信息以数码的形式进行传

输、存储、运算、判断等，大大提高了测量的可靠性和稳定性。

五、与计算机相结合计算机具有数据的运算、处理、校验、逻辑判断、存储等功能。

检测系统与它相结合后，能实现仪表本身根本无法实现的许多功能，使检测系统的测

量精度、速度和性能显著提高。目前在国外，先进的测量仪器常常带有微型计算机。

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