第八章 光電子技術(shù)的典型應(yīng)用

1、1 光纖光纖傳感傳感莫爾條紋技術(shù)莫爾條紋技術(shù)激光散斑技術(shù)激光散斑技術(shù)激光多普勒測(cè)速激光多普勒測(cè)速技術(shù)技術(shù) 激光三角測(cè)量技術(shù)激光三角測(cè)量技術(shù)激光激光Q Q開(kāi)關(guān)和鎖模開(kāi)關(guān)和鎖模技術(shù)技術(shù) 光電子技術(shù)的典型應(yīng)用光電子技術(shù)的典型應(yīng)用2莫莫爾條紋技術(shù)爾條紋技術(shù)3條紋形成原理?xiàng)l紋形成原理莫爾條紋的計(jì)數(shù)原理莫爾條紋的計(jì)數(shù)原理莫爾形貌（等高線）技術(shù)莫爾形貌（等高線）技術(shù) 13.1 13.1 莫爾條紋技術(shù)莫爾條紋技術(shù)413.1.1 13.1.1 條紋條紋形成原理形成原理1、遮光陰影理論、遮光陰影理論2、衍射干涉原理、衍射干涉原理5條紋形成原理?xiàng)l紋形成原理1、遮光陰影理論、遮光陰影理論節(jié)距亮帶與黑帶成因柵線系數(shù)，莫

2、爾條紋的序號(hào)k=m-n亮帶、對(duì)應(yīng)的序號(hào)坐標(biāo)軸的定義6莫爾條紋方程推導(dǎo)莫爾條紋方程推導(dǎo)sinkPsinPPcosPxy2121nmk7莫爾條紋方程推導(dǎo)莫爾條紋方程推導(dǎo)sinkPsinPPcosPxy21212121222121cosPP2PPPPB212122211cosPP2PPsinPsinsinkBxctany8兩兩個(gè)重要結(jié)論個(gè)重要結(jié)論2121222121cosPP2PPPPB212122211cosPP2PPsinPsin若若P1=P2=P，且，且 很小很小22PB莫爾條紋的幾何光莫爾條紋的幾何光學(xué)放大原理學(xué)放大原理?xiàng)l紋與柵線傾角的條紋與柵線傾角的角平分線垂直角平分線垂直9兩兩個(gè)重要結(jié)論

3、個(gè)重要結(jié)論2121222121cosPP2PPPPB212122211cosPP2PPsinPsin若若 =0，則，則2121PPPPB0sin光閘式莫爾條紋光閘式莫爾條紋游標(biāo)條紋游標(biāo)條紋102、衍射干涉原理衍射干涉原理適用條件：光柵節(jié)距小，衍射效應(yīng)明顯兩級(jí)衍射 級(jí)群光束(mp+ni)莫爾條紋特征1113.1.2 13.1.2 莫爾條紋的計(jì)數(shù)原理莫爾條紋的計(jì)數(shù)原理1. 分光光柵讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)和原理分光光柵讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)和原理2. 莫爾條紋計(jì)數(shù)原理，提出方向辨別問(wèn)題莫爾條紋計(jì)數(shù)原理，提出方向辨別問(wèn)題3. 辨別方向可逆計(jì)數(shù)原理辨別方向可逆計(jì)數(shù)原理4. *精密計(jì)量細(xì)分計(jì)數(shù)介紹精密計(jì)量細(xì)分計(jì)數(shù)介紹121. 分

4、光光柵讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)和分光光柵讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)和原理原理單相分光式單相分光式單相直接接收式單相直接接收式主光柵主光柵 指示光柵指示光柵直接接收直接接收 分光接收分光接收 132. 直接接收直接接收光柵光柵讀數(shù)讀數(shù)頭頭莫爾條紋計(jì)數(shù)莫爾條紋計(jì)數(shù)原理原理結(jié)構(gòu)和位移測(cè)量原理結(jié)構(gòu)和位移測(cè)量原理142. 直接接收直接接收光柵光柵讀數(shù)讀數(shù)頭頭莫爾條紋計(jì)數(shù)莫爾條紋計(jì)數(shù)原理原理結(jié)構(gòu)和位移測(cè)量原理結(jié)構(gòu)和位移測(cè)量原理如果不是單向移如果不是單向移動(dòng)，測(cè)量結(jié)果正動(dòng)，測(cè)量結(jié)果正確嗎？確嗎？153. 辨別辨別方向可逆計(jì)數(shù)原理方向可逆計(jì)數(shù)原理164. *精密計(jì)量精密計(jì)量細(xì)分細(xì)分技術(shù)技術(shù)精密計(jì)量提高靈敏度的方法：精密計(jì)量提高靈敏度的方法

5、：采用更細(xì)的光柵采用更細(xì)的光柵莫爾莫爾條紋細(xì)分技術(shù)條紋細(xì)分技術(shù)幅度細(xì)分技術(shù)幅度細(xì)分技術(shù)鎖相倍頻技術(shù)鎖相倍頻技術(shù)位相調(diào)制細(xì)分技術(shù)位相調(diào)制細(xì)分技術(shù)1713.1.3 13.1.3 莫爾形貌（等高線）技術(shù)莫爾形貌（等高線）技術(shù)1. 照射型莫爾等高線計(jì)數(shù)照射型莫爾等高線計(jì)數(shù)2. 投影型莫爾等高線投影型莫爾等高線計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)181. 照射型莫爾等照射型莫爾等高線高線技術(shù)技術(shù)光學(xué)布置及原理P：光柵節(jié)距：光柵節(jié)距變形光柵變形光柵莫爾莫爾條紋的形成條紋的形成等高線分布等高線分布191. 照射型莫爾等照射型莫爾等高線高線技術(shù)技術(shù)等高線方程推導(dǎo)等高線方程推導(dǎo)11hhlPDPDlPh1PDlPhNNN若若DNPDNNlP

6、h DlPhhh1NN201. 照射型莫爾等照射型莫爾等高線高線技術(shù)技術(shù)等高線特征說(shuō)明DNNlPh DlPhhh1NN等間距或等深度分布等間距或等深度分布靈敏度與靈敏度與l/D的關(guān)系的關(guān)系212、投影型莫爾等、投影型莫爾等高線高線技術(shù)技術(shù)光路布置參數(shù)說(shuō)明原理222、投影型莫爾等、投影型莫爾等高線高線技術(shù)技術(shù)莫爾等高線方程bBClhh11alCBBCalBCP由透鏡成像公式f1a1l11flalPflfbPfllh1PflfbPfllhNNN232、投影型莫爾等、投影型莫爾等高線高線技術(shù)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中的更多問(wèn)題實(shí)際應(yīng)用中的更多問(wèn)題物體凹凸的判斷突變凹凸物形貌的檢測(cè)設(shè)光柵的節(jié)距為設(shè)光柵的節(jié)距為d

7、d，兩光柵柵線夾角為，兩光柵柵線夾角為 ，則條紋的間隔，則條紋的間隔( (寬度寬度) )為：為：dm 光柵位移量：光柵位移量：qnL q=d長(zhǎng)度量化的單位莫爾條紋法優(yōu)點(diǎn)：莫爾條紋法優(yōu)點(diǎn)：1dm光柵付的放大倍數(shù)：光柵付的放大倍數(shù)：(1) (1) 位移量的放大作用位移量的放大作用(2) (2) 誤差的平均效應(yīng)誤差的平均效應(yīng) 光柵器件接收莫爾條紋光信號(hào)是光柵視場(chǎng)刻線光柵器件接收莫爾條紋光信號(hào)是光柵視場(chǎng)刻線n n的綜合平均效果。的綜合平均效果。 若每一刻線誤差為若每一刻線誤差為 0 0時(shí)，則光電器件輸出的總誤差：時(shí)，則光電器件輸出的總誤差：0n12. 角度、位移、速度測(cè)量莫爾條紋及在測(cè)量中的應(yīng)用251

8、3.2 13.2 激光激光多普勒測(cè)速技術(shù)多普勒測(cè)速技術(shù)2613.3.1 13.3.1 光學(xué)光學(xué)多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)13.3.2 13.3.2 差分多普勒差分多普勒技術(shù)技術(shù)13.3.3 13.3.3 多普勒測(cè)速系統(tǒng)的光電檢測(cè)與信號(hào)處理多普勒測(cè)速系統(tǒng)的光電檢測(cè)與信號(hào)處理13.2 13.2 激光激光多普勒測(cè)速技術(shù)多普勒測(cè)速技術(shù)2713.3.1 13.3.1 光學(xué)多普勒效應(yīng)光學(xué)多普勒效應(yīng) 多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)、頻率頻率的的變化公式變化公式 光學(xué)光學(xué)多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)、頻頻移公式推導(dǎo)移公式推導(dǎo) 頻移頻移測(cè)量方法測(cè)量方法28 多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)、頻率頻率的的變化公式變化公式ccos假定觀察者相對(duì)于聲源

9、以速度v運(yùn)動(dòng)29 光學(xué)多普勒效應(yīng)測(cè)流速的基本光學(xué)多普勒效應(yīng)測(cè)流速的基本做法做法、頻頻移移公式公式粒子P接收到的頻率ccos1觀察點(diǎn)Q接收的頻率ccosccosccosccos1212211211coscoscccoscoscosc30 頻移頻移測(cè)量方法測(cè)量方法光譜儀外差檢測(cè)法差分多普勒技術(shù)3113.3.2 13.3.2 差分多普勒技術(shù)差分多普勒技術(shù) 差分多普勒技術(shù)基本光路圖、原理、頻差差分多普勒技術(shù)基本光路圖、原理、頻差公式公式 差分多普勒的條紋解釋差分多普勒的條紋解釋、信號(hào)信號(hào)頻率頻率 常用的差分多普勒測(cè)速系統(tǒng)光路、常用的差分多普勒測(cè)速系統(tǒng)光路、特點(diǎn)特點(diǎn) 能鑒別速度方向的多普勒系統(tǒng)能鑒別速度

10、方向的多普勒系統(tǒng)32 差分多普勒技術(shù)基本光路圖、原理、頻差公式差分多普勒技術(shù)基本光路圖、原理、頻差公式兩束光經(jīng)粒子散射后在檢測(cè)器處觀察到的頻移：21coscosc21coscosc兩散射光的頻差cos2sinc2coscoscf11設(shè)信號(hào)光和參考光為平面波，設(shè)信號(hào)光和參考光為平面波，分別可表示為：分別可表示為：則探測(cè)器則探測(cè)器D D處，總光場(chǎng)為：處，總光場(chǎng)為：總光強(qiáng)為：總光強(qiáng)為：對(duì)頻率調(diào)制對(duì)頻率調(diào)制2202211011texpEEtexpEEjj2202110121texpEtexpEEEEjj*EEReI21210201202201tcosEE2EEItcosII2III212134 差分多

11、普勒的條紋解釋、差分多普勒的條紋解釋、信號(hào)信號(hào)頻率頻率兩束平行光干涉的條紋間距2sin21cd 粒子的條紋方向的速度為cos2sinc2dcosfcos粒子被照明的頻率 常用的差分多普勒測(cè)速系統(tǒng)光路、特點(diǎn)常用的差分多普勒測(cè)速系統(tǒng)光路、特點(diǎn) 能鑒別速度方向的多普勒系統(tǒng)能鑒別速度方向的多普勒系統(tǒng)3713.3.3 13.3.3 多普勒多普勒測(cè)速系統(tǒng)的光電測(cè)速系統(tǒng)的光電檢測(cè)與信號(hào)處理檢測(cè)與信號(hào)處理 多普勒信號(hào)基本特點(diǎn)、探測(cè)器多普勒信號(hào)基本特點(diǎn)、探測(cè)器要求要求 多普勒信號(hào)波形及多普勒信號(hào)波形及分析分析 常用信號(hào)處理方法簡(jiǎn)介常用信號(hào)處理方法簡(jiǎn)介 多普勒信號(hào)基本特點(diǎn)、探測(cè)器要求多普勒信號(hào)基本特點(diǎn)、探測(cè)器要求

12、多普勒信號(hào)基本多普勒信號(hào)基本特點(diǎn)特點(diǎn)信號(hào)弱、噪聲大、頻率變化范圍大信號(hào)弱、噪聲大、頻率變化范圍大探測(cè)器要求探測(cè)器要求低噪聲、高靈敏度、響應(yīng)速度快低噪聲、高靈敏度、響應(yīng)速度快 多普勒信號(hào)波形及分析多普勒信號(hào)波形及分析 常用信號(hào)處理方法簡(jiǎn)介常用信號(hào)處理方法簡(jiǎn)介頻率分析法頻率分析法頻率跟蹤法頻率跟蹤法計(jì)數(shù)法計(jì)數(shù)法作業(yè)：作業(yè)：1. 何謂莫爾條紋？何謂莫爾條紋技術(shù)？何謂莫爾條紋？何謂莫爾條紋技術(shù)？2. 莫爾條紋測(cè)位移時(shí)，如何辨別方向？畫(huà)出原理圖并說(shuō)明。莫爾條紋測(cè)位移時(shí)，如何辨別方向？畫(huà)出原理圖并說(shuō)明。3. 畫(huà)出照射型莫爾等高技術(shù)的光學(xué)布置，求出等高線間距，畫(huà)出照射型莫爾等高技術(shù)的光學(xué)布置，求出等高線間距，并說(shuō)明要提高形貌測(cè)量靈敏度可以采用的方法。并說(shuō)明要