光学检测技术..pptVIP

两种计量方法 （1）绝对法：测量位移前后n级条纹距中央零级条纹中心位置xn及xn就可求出位移量δ。 （2）计数法：测得条纹计数值△N（n-n ），就可求出试件的位移或应变值δ。 （a）转镜扫描 光束在物面上的运动速度是非均匀的，而且光束不垂直物面。因此这种扫描方式不能满足基本要求（1）和（2）。 （b）反射镜准直扫描 为保证基本条件（1）和（2）通常采用f-θ透镜与转镜组合的反射镜准直扫描装置。f-θ物镜是专用于光扫描系统的物镜，是一种负畸变物镜。可保证y与θ的线性关系： 外差扫描法 检测装置 （a）飞点成像式：在y方向上用线光束照明，反射光用旋转多面体沿y方向扫描接收。在被测表面的像面上设置针孔以检测反射光的变化，从而评定表面有否损伤与划痕。 全息术要求 干涉线投影技术 d m A B C D a b c （9-1） * * 光传感与光检测技术 所有级次代数和Mi+Ni相同的衍射光束称为(Mi+Ni)级群光束，它们有相同的传播方向。 G1 G2 -1 0 ( , ) ( ,1) ( ,2) (0,-1) (0,0) (0,1) (1,-2) (1,-1) (1,0) -1级群光束 0级群光束 1级群光束 1 -1 0 -1 -1 * * 光传感与光检测技术 * * 光传感与光检测技术 被测物体位移=栅距×脉冲数 数字显示 整形 放大 电子计数器 光电元件 整流 微分 光源 透镜 透镜 主光栅 指示光栅 * * 光传感与光检测技术 基本原理 通过光栅及光栅在物体表面的投影叠加形成莫尔条纹，同级莫尔条纹就是物体表面距主光栅深度相同的等高线分布，实现三维物体的形貌测量。 * * 光传感与光检测技术 N级等高线深度： d l P 1 2 N 光栅 （9-2） hN d：观察者到光源之间距离。 P：光栅常数； l：光源与光栅之间距离； * 光传感与光检测技术 接收器 光源 C1 G1 L1 C2 G2 L2 （9-3） b l h1 h2 b：L1到L2之间的距离。 l：透镜L1和L2到物体表面的距离； f：透镜L1和L2的焦距； P：光栅G1和G2的光栅间距； * * N级等高线深度： 光传感与光检测技术 莫尔条纹的应用： 莫尔计数技术和莫尔形貌技术 3 莫尔条纹的原理： 遮光阴影理论和衍射干涉理论 2 1 莫尔条纹现象 * * 光传感与光检测技术 9.6 激光测距 引言 应用：激光雷达、精确制导、目标指示、火控系 统、飞机防撞系统、大地勘测、天体测量两类： 脉冲测距法：军事用途等非合作目标（反射能力差，必须使用能量高度集中地窄脉冲来测距） 连续波测距（调频法、相位法）：合作目标 9.6.1 脉冲测距原理 原理: 关键：准确测量渡越时间T，即精确确定发射和接收时刻t1和t2。 测距机 光电系统：光转换、放大整形电路 计数部分：电子门、时钟发生器、计数器 所测脉冲渡越时间 计时脉冲数 时钟周期 接收脉冲和时钟是异步的，有一个周期的测量误差。 目标距离为： 分辨率为： 时钟频率越高，距离分辨率越好。 如何在较低的时钟频率下获得高精度的距离测量？—— 内差时间扩展测距法 所测脉冲渡越时间： 通过一个RC电路对T1、T2进行放大。 在T1时间对电容充电，经一较大电阻使之缓慢放电，并保证放电时间正比于充电时间。 目前脉冲法非合作目标测距在大气层内的最大测距距离约30km，精度达几十厘米。主要影响因素：大气吸收，雾、雨、雪、烟尘等散射限制了作用距离。激光测距在卫星定位、天体测量中有重要应用。 9.6.2 连续波测距 适用于合作目标测距。1 调频法测距原理：利用线性调频的微波信号对连续输出的激光作光强度调制；目标回波收到后，通过比较发、收信号调制波型的频率差来确定目标距离。 线性调频的微波信号其发射频率为： 距离R处的目标反射回的光信号的频率为： 发射信号与回波信号的频率差为： 最大测距范围： 发射点到接收点的往返距离： 用长度为λ的尺子去度量D 2 相位法测距原理：利用单频电信号对激光作光强度调制，通过检测回波与发射信号的相位差来确定目标距离。 关键：测量发射波与反射波的相位差。问题：只能得到相位差的尾数必须将尺子增大，D λ。由于鉴相器相对精度达0.1%，导致绝对精度低。解决方法：“粗尺”和“细尺”联合测量。例：为了测量625.45m的距离 用1000m粗尺测：625m 用10m细尺测：5.45m 得到距离为625.45m。 9.7 激光多普勒测速技术 引言  应用：流体力学测量，如流速分布、湍流