第7章典型光电测试系统本科.pptVIP

针对测试对象、任务要求、测试原理及测试精度等指标的不同，形成了各种各样的光电测试系统。 光电测试系统的特点 非接触、实时、精度高等特点。 常见光电测试系统 光电开关与光电转速计 莫尔条纹测长仪 激光测距仪 激光多普勒测速仪 光弹效应测力计 ;7.1 光电开关与光电转速计;光电开关的构成： 光源；光学变换系统（光学调制原理）；光电接收器件；电路转换 影响系统测量精度的因素：从光源和光电探测器件的性能角度考虑;（1）反射型主动开关;（2）光电耦合器;（3） 光电转速计;只要测出频率，就可以得到转速; 系统构成;问题讨论： 光源的选择 光电探测器件的选择应和光源的光谱段匹配 高速时：光电探测器件的响应时间，计数器的脉冲响应时间对测量精度的影响; 计数测量法 （1）测量被测信号脉冲数 （2）时基信号（控制闸门，精确已知） （3）测高频精度高，低频相对误差增大;周期测量法 （1）固定的高频脉冲做参考，精确已知 （2）信号脉冲控制闸门 （3）低频精度高，高频相对误差增大;7.2 莫尔条纹测长仪; 长光栅莫尔条纹 常用光栅其栅距大于0.01mm时，光栅栅距远大于光波长称为黑白光栅，两个光栅叠合在一起，形成莫尔条纹。当使用更小栅距的位相光栅时，莫尔条纹由衍射和干涉形成。 ;不同形式的长光栅莫尔条纹; 当长光栅固定，指示光栅相对移动一个栅距，莫尔条纹就变化一个周期。一般情况下指示光栅与工作台固定在一起。通过对指示光栅和长光栅形成的莫尔条纹计数得到工作台前后移动的距离。 指示光栅移动的距离x ： x = NP + δ P为光栅栅距，N为指示光栅移动距离中包含的光栅线对数，δ小于一个光栅栅距的小数。 （1）简单的莫尔条纹测长仪只对指示光栅移过的光栅线对数N进行计数； （2）实际系统利用电子细分方法将莫尔条纹的一个周期细分。; 细分判向原理;（2）读数头构成特点及信号处理过程 （1）四个柱面聚光镜布置在莫尔条纹的一个周期内，接受光栅透 过的光能，它们相互之间相差1/4个莫尔条纹周期。 （2）在每个柱面聚光镜的焦点上布置一个光电二极管，进行光电转换。 （3）指示光栅移动一个栅距，莫尔条纹变化一个周期，则四个光电二极管分别输出相位差为90度的近似正弦信号，该信号整形后得到相差90度的方波脉冲信号 （4）莫尔条纹变化一个周期，计数器中的到4个方波脉冲，提高分辨力 ;;;说明 （1）光电二极管的输出信号U1～U4是包含直流分量的正弦 信号（取样信号）。 （2）差放后滤掉直流分量，它们的表达式很清楚的表明这4 个差放信号是依次相差90度的正弦信号。 （3）鉴零器将正弦信号整形为方波，正弦信号每过零一 次，鉴零器就翻转一次，同时为后续的数字电路提供 判向信号。 （4）方波信号经微分后得到计数器可用的尖脉冲。;; 置零信号的产生;零位光栅;特点 激光方向性好、亮度高、波长单一，故测程远、测量精度高。且激光测距仪结构小巧、携带方便，是目前高精度、远距离测距最理想的仪器。; 脉冲激光测距仪;脉 冲 激 光 测 距 仪; 脉冲测距仪步骤 (1)开关15闭合：清计数器13；置触发器8、9为1,即Q[8]＝1, O[9]=1；发射激光脉冲。 (2)取样参考信号回波：使触发器8置0，即Q[8]=0, 打开异或门11，计数器13计数,12为时钟振荡器。 (3)测量信号回波：同或门10使得信号负脉冲可以通过，置触发器9为0，关闭11，13停止计数。; 发射系统 发射系统一般由激光器、电源和发射望远系统组成。激光器输出的光脉冲峰值功率极高，峰值功率在兆瓦量级，脉冲宽度在几十毫微秒量级。 发射望远系统是倒置的伽利略望远镜，它可使激光的发散角进一步压缩，一般输出激光发散角在（10e-2~10e-3）rad范围以内。单位立体角的光能量得到提高，目标所得到的照度也相应提高，有利于提高作用距离。 ;（1）半导体激光器作用距离近、体积小、轻便的特点，易于近距离（2km以内）使 用。 （2）固体调Q激光器使用最为广泛。钕玻璃和钇铝石榴石作激光工作物质的固体激 光器，发射波长为1.06μm，人眼不敏感，隐蔽性好，广泛用于军事目的。 （3）红宝石作为工作物质的固体激光器工作波长为0.6943μm，适合于气象研究 等。这种器件功率可以做得大，已经用它实现了对月测距（不过测距时，不 是接受月球的漫反射光，而是月球上放置一个角反射镜，它可以把接收到的 激光按原方向反射回去）。 （4）CO2激光器工作波长为10.6μm，在大气中传播损失最小，因