光电技术.pptx

7.3.1 长、宽尺寸信息的光电变换 将目标或工件的长、宽等尺寸信息转变为光电信息的方法有投影放大法，激光三角测量法，光学灵敏杠杆测量法，激光扫描测量法和差动测量法等。7.3 7.3 几何光学几何光学方法的光电信息变换方法的光电信息变换1 1、投影放大法、投影放大法投影放大测量方法的原理很简单，就是测得像，通过光学系统的放大倍数，得到被测物的尺寸。对像的测量方法有两种：用投影屏上的十字线或米字刻线对工件被测部位的轮廓边缘分别进行对准，通过工作台的移动在读数机构上测得工件的尺寸；另一种是在投影屏上放大的影像与标准图样（工件的公差带）比较，检验工件是否合格。2 2、激光三角法、激光三角法随着半导体技术、光电子技术等发展，三角法测试技术在位移、物体表面形态和质量测试应用多，其原理如下：三角法测量精度影响因素：内因像差、光点大小和形状、探测器的固有位置检测不确定度和分辨力，探测器的暗电流、外界杂散光、电路噪声、温度漂移外因被测表面倾斜、光泽、粗糙度、颜色等，解决方法：实验标定产品有：日本Keyence，Reinshaw公司OP2，美国MEDAR公司的2101型3 3、光学灵敏杠杆法、光学灵敏杠杆法其原理如下：找拐点法测弦找中点法4 4、激光扫描法、激光扫描法其原理如下：7.3.2 位移信息的光电变换 将物体位移量变换成光电信号，以便进行非接触测量，是工业和计量检测中的重要工作。采用线、面阵CCD图像传感器、CMOS图像传感器、PSD位置传感器等与成像物镜配合，很容易构成被测物像的位移信息变换系统，实现对物体位移量、运动速度、振动周期和频率等参数的测量。1 1、像点轴上偏移检测的光焦点法、像点轴上偏移检测的光焦点法其原理如下：式中各参数如图所示2 2、像点轴外偏移检测的像偏移法、像点轴外偏移检测的像偏移法其原理如下：式中各参数如图所示 将电机等物体的转动速度、运行速度、信息的变化速度等物理量变换成光电信号的过程称为速度信息的光电变换。能够完成速度信息的光电变换的方法有多种，其中利用光电耦合器（光电开关）、旋转光闸、频闪式转速表等方法实现的速度信息光电变换即简单又容易实现多种用途的变换。7.3.3 7.3.3 速度信息的光电变换速度信息的光电变换 1 1、光电耦合器件（光电开关）测速、光电耦合器件（光电开关）测速2 2、利用频闪式转速表测速、利用频闪式转速表测速频闪效应：依据人眼的视觉暂存效应，物消失后的一定时间内，人眼视网膜能在一段时间内保持视觉印象，大维时间为1/201/5s。测量原理：用一个可调频率的闪光灯照射频闪盘时，在闪光频率与频闪盘转动频率相同时频闪盘在某一位置灯恰好闪亮，使人眼清晰地看到频闪像在同一位置静止不动，闪光频率乘以60即为频闪盘每分钟的转数。7.4 物理光学方法的光电信息变换 由于光具有波动的属性，单一频率的光波在它们的传输过程中会发生衍射，几束光的叠加能形成干涉。衍射和干涉现象通常是发生在一定的空间域内，由此组成各种衍射和干涉图样。空间分布的光波间的干涉可以形成全息图样和散斑图样。不同频率光波间的干涉会形成光学拍频，空间域内的拍频分布构成光拍图形。在这种变换过程中，光波作为物质的载体，载荷了待测信息及其变化，表现出随时间和空间改变的外观特性。从信息处理的角度来看，干涉测量实质上是待测信息对光频载波的调制和解调的过程。各种类型的干涉仪器或干涉装置是光频波的调制器和解调器。各种干涉现象都是以光波波长为基准，与形成它的外部几何参数包括长度、距离、角度、面形、微位移、运动方向和速度、传输介质等存在着严格的内在联系。7.4.1 7.4.1 干涉方法的光电信息变换干涉方法的光电信息变换 1 1、光电干涉测量技术、光电干涉测量技术 图7-30所示为它的结构和信息流程。干涉仪中的激光源是相干光载波的信号发生器，它产生振幅为A，频率为fr，初相位为0的载波信号，用I0(A，fr,0)表示。7.4.2 7.4.2 衍射方法的光电信息变换衍射方法的光电信息变换 原理：光束通过被测物产生衍射现象时，将在其后面的屏幕上形成光强有规则分布的光斑。衍射图样和衍射物的尺寸、以及光学系统的参数有关。因此根据衍射图样及其变化就可确定衍射物即被测物的尺寸。光的衍射现象有两大类：菲涅耳衍射、夫琅和费衍射1 1、夫琅和费单缝衍射、夫琅和费单缝衍射 由于b值的微小变化将引起条纹位置和间隔的明显变化，因此可以用目测或照相记录或光电的方法测量出条纹间距，从而求得b值或其变化量。利用物体的微小间隔、位移或振动等代替狭缝或狭缝的一边，则可测量物体的微小间隔、位移或振动等。2 夫琅和费细丝衍射 当d变化时，各条纹位置和间距随之变化。因此可根据亮点或暗点间的距测出细丝的直径。若在屏幕位置放置线阵CCD传感器件，可以直接读出亮、暗条纹的间距，即可测出细丝的直径。测量范围约为0.010.1mm，分辨力为0.05mm，测量精度一般为0.1mm，也可高达0.05mm。作业：以光学多普勒差频检测为例说明双频激光干涉仪的工作原理P2117.7