第七章+典型光电测试系统（本科）.ppt

* 相位测距原理 （1）发射系统发射按频率f0变化的正弦调制光波 （2）接收系统得到调制的光波回波，并转换成与其频率完全相同的 电信号 （3）测得发射与接收光波之间的相位差（角），即可测得距离 反射棱镜 相位激光测距仪 * （2）计算过程： ，其中φ为相位差角，ω0为光波调制频率 （1）相位和时间的关系 （2） （3） 其中 ，称为光尺； 问题：相位计只能测量一个周期之内的相位，不能测量周期数 * （3） “多尺”测量的概念（注意相对精度） 解决办法 * 相位检测原理(差频测相) （1）尽量提高光波调制频率，可提高测量精度？ 和 （2）相位计一般工作在低频 矛盾 主振信号和本振信号频差小 * 相位测距仪原理 （1）为某频率的正弦电流驱动 发光二极管输出同相位正弦 变化的光波。 （2）两个测尺，频率分别为 f1=15MHz,,f2=150kHz （3）两个本振信号为f1-fc, f2-fc (fc=4kHZ) （4）主振信号与本振信号混频 后得到低频信号，但保持 高频的相位。 * 测量误差分析及校正 实际仪器中电路各环节总会有时间延迟而引入相移， 仪器内部光学系统中有一段光路长度，并且光学零件有折射率等，这些相移将引入误差 误差校正 在测量以前，光路转换设备将三角棱镜移近发光二极管前面，对内光路测一次，然后把这个测量结果在正式测距结果中减去，就可得到校正值。 其它误差？ * 7.4 激光多普勒测速仪 （1）激光多普勒测速仪（简称LDV）是利用激光多普勒效 应来测量流体或固体运动速度的一种仪器。因其大多 用在流速测量方面，也称为激光测速计或激光流速计 （简称LD）。 概述 * （2）激光测速仪利用运动微粒散射光的多普勒频移来获得 速度信息。由于流体分子的散射光很弱，为了得到足 够的光强，需要在流体中悬浮有适当尺寸和浓度的微 粒起示踪作用。 （3）激光测速仪实际测得的是这些悬浮微粒的运动速 度。多数自然微粒能够较好跟随流体流动。人工散播 的微粒在微米数量级时，可以兼顾流动的跟随性和激 光多普勒测速要求。 * （4）光源与探测器处于相对运动状态时，探测器所接收到 的光频率将发生变化。 （5）光源固定，光波从运动的物体散射或者反射并由固定 的探测器接收时，光频率也将发生变化。 （6）多普勒频移与物体运动速度的方向、大小以及探测器 的探测方位有关系。 * 光学多普勒频移 观测者相对于 光源有相对运动 在Q点观测到的光的频率： 由于观测者和运动目标的相对运动，使观测者接收到的光波频率产生变化 * 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 第七章 典型光电测试系统 * 7.1 光电开关与光电转速计 光电探测器输出开关量 结构较为简单、工作可靠、寿命长 分为主动型光电开关和被动型光电开关。 * 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 光源：发光二级管 光学调制方法：强度调制 光电接收：光电三极管 接收脉冲信号 * （2）光电耦合器 发光管接在低压电路中，光电三极管接在高压电路中，低压控制高压－隔 离、安全 * （3） 光电转速计 一般转速计：测量范围小、精度不高、刚性接触（附加负荷），不适合小功率测量。 光电转速计避免上述缺点，可以实现测量自动化和数字化广泛应用于电动机、内燃机、透平、水轮机及各种机床的转速测量和调节中。 * 只要测出频率，就可以得到转速 带孔的盘 带锯齿的盘 带黑白反射块的盘 转速计测量原理 光电探测器件：光电池、光敏二极管或光敏三极管， 光源：发光二极管 * 系统构成 电路转换： 放大器、计数器 发光二极管 光敏探测器 光学调制系统 * 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 频率