干涉仪马赫-曾德尔讲课教案.ppt

干涉仪马赫-曾德尔 §4.1.1 光电检测基本方法 二． 差动法 利用被测量与某一标准量相比较，所得差或比反映了被测量的大小。例如，用双光路差动法测量物体的长度，如图所示。 §4.1.1 光电检测基本方法 1．调整： 放入标准工件的尺寸，调整光楔，使φ1＝φ2，使μA表读数为“0”。 ①当工件尺寸无误差时，使φ1＝φ2，光电传感器输出U无交变分量，见图。②当工件尺寸变小时，φ1φ2，U＝S·(φ1-φ2)·R=S·Δφ·R。 ③当工件尺寸变大时，φ1φ2，U＝S·(φ1-φ2)·R=－S·Δφ·R。 2．测量： 3．结论： 1〕测量值的大小决定于u的幅值，测量值的正负决定于u的相位. 2〕测量精度和灵敏度大大提高. §4.1.1 光电检测基本方法 三、补偿法 用光或电的方法补偿由被测量变化而引起的光通量变化，补偿器的可动元件联接读数装置指示出补偿量值，补偿值的大小反映了被测量变化的大小。 例如，单通道光电补偿式测量 该检测方法又称补偿直读法，测量原理：由光敏电阻RG和电阻R0、R1、R2组成电桥，当无光照时，调整Rw使电桥平衡，当信号光照射光敏电阻时，其阻值RG下降为R’G，使电桥失去平衡，检流计G中有信号输出。调整RW使电桥恢复平衡，调整RW时标尺指示器A随之移动，电桥平衡时，A指示的数值就是待测量值的大小。以上是单通道电补偿的一个例子。 §4.1.1 光电检测基本方法 1．脉宽法测长 四、脉冲测量法 受被测量控制的光通量转换成电脉冲，其参数（脉宽、相位、频率、脉冲数量等）反映了被测量的大小。 图给出了脉宽法测长的原理。 L＝vt＝vkN＝KN 以上对零件尺寸的测量都要求匀速直线运动，实现起来较为困难，因此常用于精度要求不高的场合。 其中，k是高频脉冲的时间当量，即表示单位高频脉冲所代表的时间，而K是长度当量，即表示单位高频脉冲所代表的长度。 §4.1.1 光电检测基本方法 §4.1.1 光电检测基本方法 3.频率法测速 图是测速的原理框图。在转动轮上均匀贴有反射片，光电传感器可接收到与转速相对应的光脉冲。设m为反射片数，n为每分钟转速，则 只要控制在一定的时间t内计数N，就可计算得到轮子的转速。 f=nm/60=N/t，n=60N/(mt) §4.1.2 几何量检测 一．光电测距 1．脉冲激光测距 脉冲激光测距利用了激光的发散角小，能量空间相对集中的优点。同时还利用了激光脉冲持续时间极短，能量在时间上相对集中的特点。因此瞬时功率很大，一般可达兆瓦级。 脉冲激光测距的工作原理，如图：在1处产生的激光，经过待测的路程射向2处。在2处装有向1处反射的装置，1处至2处间的距离D是待测的。如果在1处有一种装置，它能够测出脉冲激光从1处到达2处再返回1处所需要的时间t，则D=ct/2，式中 c 为光的传播速度。 §4.1.2 几何量检测 2．相位测距法 相位式测距仪采用了与上述相似的方法来测量距离，不过它所采用的测尺不是卷尺，而是“光尺”，这把“光尺”是通过对光的强度进行调制实现的。 §4.1.2 几何量检测 测距用的调制光波形如图所示，若其调制频率为f，光速为c，则波长λ可由下式求出： λ=c/f 2．相位测距法 由于调制光波在传播过程中其相位是不断变化的。如果设光波从A到B点的传播过程中相位变化(又称为相位移)为φ，则由图4.1.2—5看出，φ可由2π的倍数来表示：φ＝M·2π+Δφ=(M+Δm)2π 从图4.1.2—5可看出，光波每前进一个波长λ，相当于相位变化了2π，因此距离D可表示如下： D＝λ(M+Δm) §4.1.2 几何量检测 三. 光电测长 普通单色光源的单色性不够好，限制了可测量的长度，且普通光源的亮度也不够。自从激光诞生后，由于它的单色性、亮度高，很快成了精密测量中的理想光源。 激光光波比长仪实质上就是一个以激光器作光源的干涉仪，其简化结构如图，待测物体的长度可按下式计算而得： L＝N·λ/2 式中 L—待测物体的长度；λ—光的波长；N —计数器测得的脉冲数。 §4.1.4 温度检测 一．工作原理 热体的温度可以通过处理其所发出的辐射能来求得。辐射高温计就是以发射体的辐射强度和光谱成分来确定热体温度的仪表。 根据斯蒂芬－波兹曼定律。物体在单位时间内单位面积上，波长从0－所辐射的总能量为 E＝T4，测出辐射能E就可以得到物体的温度T。 §4.1.4 温度检测 测量波长从0～整个波谱范围内的辐射功率来确定温度的仪器称为全辐射测温仪。但考虑到光电器件的光谱响应