第11章_外差检测系统解读
光电测试技术激光外差干涉
2019/1/22
2）双纵模He-Ne激光器——频差约600MHz（较大） 3）光学机械移频
当干涉仪中的参考镜以匀速v 沿光轴方向移动时，则垂直入射的
反射光将产生的频移为 2v / 。
如果圆偏振光通过一个旋转中的半波片，则透射光将产生两倍于
半波片旋转频率f 的频移，即 v 2 f 。
2019/1/22
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多普勒效应的应用
美国霍普金斯大学利用多普勒效应 对苏联第一颗人造卫星进行了跟踪 试验，科学家发现，当卫星在近地 点时信号频率就增加，远地点时信 号频率就降低。因为卫星轨道是已 知的，所以接收卫星信号的接收机 不论处于何方，它的位置都能被测 定。
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16
光波的多普勒效应
光外差探测系统
光外差探测在激光通信、雷达、测长、测速、测振、光谱学等方面
都很有用。其探测原理与微波及无线电外差探测原理相似。光外差探 测与光直接探测比较，其测量精度要高7~8个数量级。 激光受大气湍流效应影响严重，破坏了激光的相干性，因而目前远距 离外差探测在大气中应用受到限制，但在外层空间特别是卫星之间通 信联系已达到实用阶段。
As AL cos[L s t s L ] As AL cosL s t L s
: 量子效率；h :光子能量； L :s 差频。 S q / h；
式中第一、二项为余弦函数平方的平均值，等于1／2。 第三项（和频项）是余弦函数的平均值为零。而第四项（差频项）相对光频 而言，频率要低得多。 L s / 2 当差频 L s / 2 低于光探测器的截止频率时，光探测器就有频率为 的光电流输出。
外差(相干)探测系统 2013.4.26
初位相。
这二列波叠加的结果为：
x 1 2 Es {2 E cos[ (t ) ]} 2 c 2 1 2 x 1 2 cos[ (t ) ] 1 2 c / 1 2 c 2
iC t As AL cos L s
这是外差探测的一种特殊形式，称为零差探测。
外差检测与直接检测的性能比较
• 探测能力强：光波的振幅、相位及频率的变化 都会引起光电探测器的输出，因此外差探测不 仅能够检测出振幅和强度调制的光波信号，而 且可以检测出相位和频率调制的光信号
基本特性
fs fL
(8.1 - 16)
外差探测具有更窄的接收带宽，即对背景光有良好
的滤波性能。
• 滤波性能好
– 形成外差信号，要求信号光和本征信号空间严 格对准，而背景光入射方向是杂乱无章的，偏 振方向也不确定，不能满足外差空间调准要求， 不能形成有效的外差信号，因此该方法可以滤 掉背景光 – 同时通过检测通道的通频带刚好覆盖有用的外 差信号的频谱范围，这样杂散光形成的拍频信 号也可以被滤掉
那么测出这个低频的波速，也就测出了光速。
问题5：如何将光信号变成含低频成份的“光 拍”信号？
原理：根据振动叠加原理，两列速度相 同、振面相同、频差较小而同向传播的简谐
波的叠加即形成拍。
设有两列振幅相同、频率分别为f1和f2，且 频差△f= f1-f2很小的二列波：
E1 E cos(1t k1 x 1 ) E2 E cos( 2t k2 x 2 )
•
q / h ； :
两束光频率必须足够接近，差频信号才能处于探测器的通 频带范围内
微波传感器
滞后。用接收机将来自发射机的参照信号Ue sin2πf0t与上述反射 信号混合后，进行超外差检波，则可得到如下式那样的具有两
频率之差，即fD
ud
Ud
s
in
2f
Dt
4f0r
c
（11-6）
第11章 微 波 传 感 器
因此，根据测量到的差拍信号频率，可测定相对速度。但是， 用此方法不能测定距离。为此考虑发射频率稍有不同的两个电 波f1和f2，这两个波的反射波的多卜勒频率也稍有不同。 若测 定这两个多卜勒输出信号成分的相位差为ΔΦ，则可利用下式 求出距离r：
第11章 微 波 传 感 器
由 微 波 振 荡 器 产 生 的 振 荡 信 号 需 要 用 波 导 管 （ 管 长 为 10 cm以上，可用同轴电缆）传输，并通过天线发射出去。为了使 发射的微波具有尖锐的方向性，天线要具有特殊的结构。常用 的天线如图11-1所示，其中有喇叭形天线（图（a） 、（b））、 抛物面天线（图（c）、（d））、 介质天线与隙缝天线等。
第11章 微 波 传 感 器
第11章 微 波 传 感 器
11.1 微波概述 11.2 微波传感器的原理和组成 11.3 微波传感器的应用
第11章 微 波 传 感 器
11.1 微波概述
微波是波长为1 mm～1 m的电磁波，可以细分为三个波段： 分米波、厘米波、毫米波。微波既具有电磁波的性质，又不同于 普通无线电波和光波的性质，是一种相对波长较长的电磁波。微 波具有下列特点：
微波温度传感器最有价值的应用是微波遥测，将它装在航 天器上，可以遥测大气对流层的状况，可以进行大地测量与探 矿，可以遥测水质污染程度，确定水域范围，判断植物品种等。
第11章 微 波 传 感 器
检验系统操作指导课件
样品检测技巧与注意事项
检测方法选择
根据样品类型和检测需求选择合适的检测方法。
仪器校准
检测仪器应定期进行校准，以确保检测结果的准 确性。
试剂与耗材质量
试剂和耗材应符合质量要求，避免因耗材问题导 致检测结果失真。
数据处理与分析技巧与注意事项
1 2
数据输入
数据输入应准确无误，且应进行核对和校验。
数据处理方法
根据检测需求选择合适的数据处理方法，如统计 、回归分析等。
3
数据解读
对处理后的数据进行解读，以得出检测结果和结 论。
报告生成与审核技巧与注意事项
报告格式规范
报告应符合规范要求，包括标题、摘要、目录 等部分。
数据展示
数据应清晰明了，可采用图表、表格等形式展 示。
审核流程
报告应经过严格的审核流程，确保其准确性和可靠性。
检验系统广泛应用于制造业、医疗保健、食品药品、环境保护等领域。它能够对 各种产品、过程和环境进行测量和评估，帮助企业提高产品质量和生产效率。
检验系统的限制
检验系统也存在一些限制，如检测精度和可靠性、检测成本和时间等方面的限制 。此外，不同行业和领域对检验系统的需求和要求也不同，因此需要根据具体情 况进行选择和应用。
检验系统操作指导 课件
目 录
• 检验系统概述 • 检验系统操作流程 • 检验系统操作技巧与注意事项 • 检验系统常见问题及解决方案 • 检验系统操作实例分析
01
检验系统概述
检验系统的定义与作用
检验系统定义
检验系统是指用于实验、检测和数据分析的系统，它能够提供对产品、过程或 环境的测量和评估。
检验系统的作用
报告存档
将检验报告和相关数据资料存档备查。
航天外测系统讲课文档
第1页，共42页。
一个例子是：当一辆紧急的火车（汽车）鸣着喇叭以相 当高的速度向着你驶来时，声音的音调（频率）由于波的 压缩（较短波长）而增加。当火车（汽车）远离你而去时 ，这声音的音调（频率）由于波的膨胀（较长波长）而减 低。
第2页，共42页。
2 多普勒频率与径向速度的关系
假设多普勒发射机发射脉冲的工作频率为fT，目标与发射机的距离为R，
T T
信号传播时间的测定
第23页，共42页。
4测距码测距原理②
• 利用测距码测距的必要条件
– 必须了解测距码的结构
• 利用测距码进行测距的优点
– 采用的是CDMA（码分多址 ）技术
每颗GPS卫星都采用特定的 伪随机噪声码
– 易于捕获微弱的卫星信号
– 可提高测距精度
– 便于对系统进行控制和管理 （如AS）
航天飞行器测速的技术思路：多普勒频率测量——经向速度——飞行速度
•
R fd
f
fT
c
fT
4.4
•
R
XXR
X• YYR
•
Y
Z
ZR
•
Z
SR
SR
SR
4.5
1
• • •2
V X2Y2Z2
4.6
•多普勒测速系统有多种形式，按电磁波辐射源位置不同分为单向和 双向多普勒测速系统；按信号源发射的频率个数分为单频和双频测速 系统。
微弱信号的捕获
第24页，共42页。
5伪距测量的特点
• 优点
– 无模糊度
• 缺点
– 精度低
第25页，共42页。
4.5 角度测量
测控系统的任务是对飞行器进行测量和控制，而要实现此目标，首先要通过 一种手段，使天线的波束对准飞行目标，以便使天线能感应到来自目标的电磁波 。测试工具就是运用雷达。
光外差探测原理
光外差探测原理光外差探测的的原理如下图：图中)(t E S 为信号光波，)(t E L 为本振光波，这两束光波在探测器表面形成相干光场。
设入射到探测器上的入射光场为：)cos()(s s s s t w A t E ϕ+=本振光场为：)cos()(l l l l t w A t E ϕ+=式中s A ,l A 分别是信号光场与本振光场的振幅，s w ,l w 分别是信号光场和本振光场的角频率，s ϕ,l ϕ分别是信号光场和本振光场的初相位。
两束光在探测器表面上的叠加后的总光场为：）l l l s s s t w A t w A t E ϕϕ+++=cos()cos()( 由探测器输出的电流为：}])cos[(])cos[((cos )(cos {]cos()cos(2(cos )(cos []cos()cos([)()(2222222222s l s l l s s l l s l s l l l s s s l l s s l s l l l s s s l l l s s s t w w A A t w w A A t w A t w A t w t w A A t w A t w A t w A t w A t E t i ϕϕϕϕϕϕαϕϕϕϕαϕϕαα-+-++++++++=++++++=+++==））））式中的上横线表示在一个周期内求平均值，υηαh e =为比例因子。
上式第一项和第二项是定值1/2。
第三项（和频项）频率太高，探测器不会响应，第四项（差频项）比光频要低得多。
如果设计探测器只通过差频项，则探测器输出电流为：])cos[()(s l s l l s if w w A A t i ϕϕα-+-=。
光外差检测系统
滤光片
M
v
Q
BS
uv
PMT
ei
Q es
进入光阑由透镜会聚到光电倍增 管的光电阴极上的有两束频率相 近的光，发生干涉。
参考光模式
双缝 屏幕
S1
P
S1
S2
δ=0
P 中央亮纹
S2
由于从S1S2发出的光是振动情况完
全相同，又经过相同的路程到达P点，
其中一条光传来的是波峰，另一条
传来的也一定是波峰，其中一
条光传来的是波谷,另一条传来的也一定是波谷,在P点激起的
振动总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇,振幅A＝A1+A2为 最大,P点总是振动加强的地方,故应出现亮纹,这一条亮纹叫中 央亮纹.
19世纪末光电效应现象使得 爱因斯坦在20世纪初提出了 光子说：光具有粒子性
波动说
光的干涉---预备知识复习
干涉现象是波动独有的特征，如果光真的 是一种波，就必然会观察到光的干涉现象．
思考1：如果我们先假设光是一种 波，那么按照我们所学的波动知 识，光要发生干涉现象需要满足 什么条件？
（频率相同）
光外差检测：可见光的频率很高（１０１４ Hz)，一般光电器件不能响应，也就无法直接 检测多普勒频移．因此，需要光外差的方法：
概念—声波多普勒效应
一辆汽车在我们身旁急 驰而过，车上喇叭的音调有 一个从高到低的突然变化； 站在铁路旁边听列车的汽笛 声也能够发现，列车迅速迎 面而来时音调较静止时为高， 而列车迅速离去时则音调较 静止时为低。此外，若声源 静止而观察者运动，或者声 源和观察者都运动，也会发 生收听频率和声源频率不一 致的现象。这种现象称为多 普勒效应。
讨论：明和暗为什么相间（依次出现）呢？
直接探测和外差全面讲解
(3.1 - 7) (3.1 - 8)
从上式可以得出如下结论： (1) 若si/ni<<1, 则有
2
so no
si ni
(3.1 - 9)
输出信噪比近似等于输入信噪比的平方。 这说明直 接探测方式不适宜于输入信噪比小于1或者微弱信号的探 测。 实际上， 要想对弱光信号实施直接探测， 还必须在 探测体制上进行改革， 这个问题我们在后面分节中将进 行专门讨论。
除背景干扰的效果， 并使光学系统的信噪比为最大。
现举一例说明光谱滤光的作用。 图3.2 - 1示出了飞机涡轮
喷气发动机辐射的光谱曲线a， 典型的地面背景辐射的光谱辐射
通量密度曲线b， 大气透过率曲线c及某型号光电探测器光谱响
应曲线d， 根据这些曲线关系， 选择滤波片的截止波长λ1和λ2。
从图3.2 - 1可看出， 目标辐射通量相对值在0.8以上的波
的计算也和场镜直径的计算方法一致。 它的小端直径为探测器的
直径。 长度l与锥角β的大小要设计合理， 否则有的光线还未传播
到小端就被折返回大端， 如图3.2 - 5所示。
显然， 锥顶角2β与半视场角ω(即光线在光锥端面上的入
射角θ)以及光线与第一反射线的入射角i1的关系为
(90°-β)+(90°-i1)+(90°-θ)=180°
长区域约在2.7~5 μm的范围内， 而背景辐射通量相对值在0.2以
下的波长约在2.6~4.5 μm的范围内。 于是， 把滤光片的短波截
止波长选在大于2.7 μm处， 长波截止波长选在小于4.5 μm处。
因为在大于4.5 μm和小于2.7 μm的范围内， 目标辐射通量在减
小， 背景辐射通量急剧上升。 最后选定滤光片的截止波长为2.8
测量系统分析课件
测量系统的统计特性
通常使用测量数据的统计特性来衡量测量系统的质量： Discrimination 分辨力(ability to tell things apart) ; Bias 偏倚; Repeatability 重复性; Reproducibility再现性 ; Linearity 线性 ;
操作者C
再现性是由不同的评价人，采 用相同的测量仪器，测量同一 零件的同一特性时测量平均值 的变差。
操作者A
再現性
操作者B
一 卿 培 训21
一个好的测量系统的特性
测量正确的特性 准确性 精确性
一 卿 培 训22
准确性： 偏倚 稳定性 线性
如何保证准确性
一 卿 培 训23
精确性： 重复性 再现性
一 卿 培 训38
举例-偏倚
一个制造工程师在评价一个用来监控生产过程的新的测 量系统。测量装置分析表明没有线性问题，所以工程师 只评价了测量系统偏倚。在已记录过程变差基础上从测 量系统操作范围内选择一个零件。这个零件经全尺寸检 验测量以确定其基准值。而后这个零件由领班测量15次 。
一 卿 培 训39
计量型测量系统的分析方法 1）偏倚 2）稳定性 3）线性 4）重复性和再现性（R&R
） 计数型测量系统的分析方法
1）小样法 2）大样法
一 卿 培 训2
人 测机 量法 的环 测重量要性
原料
PROCESS
测量 结果
测量
合格 不合格
测量的重要性:
如果测量出现问题，那么合格的产品可能被判为不合格， 因此，要保证测量结果的准确性和可信度。
测量系统的概念
所有对正确反映所测量的对象特性有影响的因素都属 于测量系统一部分
光外差探测系统-PPT
频率跟踪法：
混频器差频中频放大 鉴频器误差电压压 控振荡器改变fL
1、干涉测量技术 应用光的干涉效应进行测量的方法称为干涉 测量技术。 干涉测量系统主要由光源、干涉系统、信号 接收系统和信号处理系统组成。 优点：测量精度高（以波长为单位）
干涉测量基本原理：改变干涉仪中传输 光的光程而引起对光的相位调制，从而 表现为光强的调制。测量干涉条纹的变 化即可得到被测参量的信息。
干涉条纹是由于干涉场上光程差相同的 场点的轨迹形成。
可进行长度、角度、平面度、折射率、 气体或液体含量、光学元件面形、光学 系统像差、光学材料内部缺陷等几何量 和物理量的测量。
1） 激光干涉测长的基本原理 系统组成： (a)激光光源 (b)干涉系统 (c)光电显微镜 (d)干涉信号处理部分
位移 L N
解决方法：判别计数。当测量镜正向移动 时所产生的脉冲为加脉冲；反之为减脉 冲。
判向计数： 正向移动：
正向：1324 同理可得 反向：1423
位移长度为： L N
8
2、光外差通信
光外差通信基本上都是采用CO2激光器做 光源，光发射系统及接收系统两大部分组 成。
发射系统：
稳频原理: 发射波长增加，光通量亦增，输出电压 增大，压电陶瓷使腔长缩短，发射频率 提高，波长减短；反之，则波长加长
滤光片的滤光曲线
接收系统:
3、多卜勒测速 1）多卜勒测速原理
He-Ne激光器是经稳频后的单模激光，焦 点处光强分布为高斯分布。
焦点处干涉场条纹分布：
干涉条纹间距为：
i
2
1
sin
2
干涉条纹的空间频率为：
f
1
2 sin
2
i
当散射粒子以速度v，与条 纹垂线夹角为方向通过时， 则颗粒散射的光强频率为：
光电检测技术哈理工考试复习资料
光电检测技术哈理⼯考试复习资料⼀、填空1.光电效应包括（内光电效应）（外光电效应）2.光热效应包括（热释电效应）（辐射热计效应）（温差电效应）3.可见光波长范围（380~780nm）4.描述辐射强度的量（光度学量）（辐射度学量）5.光的波粒⼆象性指的是（波动性）（粒⼦性）6.物体根据导电性能分为（导体）（半导体）（绝缘体）7.（外界提供⾜够的能量）（跃迁到的能带上存在空位）//什么玩意发⽣的条件吧8.（能态的分布）（能态中被电⼦占据的概率）9.半导体对光⼦的吸收可分为（本征吸收）（杂质吸收）（激⼦吸收）（⾃由载流⼦吸收）（晶格吸收）（品格吸收）10.载流⼦在PN结中运动⽅式（扩散）（漂移）11.光电池种类（太阳能光电池）（测量光电池）12.光电耦合器按结构和⽤途可分为（光电隔离器）（光传感器）13.光敏三极管的两个过程（光电转换）（电流放⼤）14.光电倍增管的组成（阴极K）（倍增极D）（阳极A）15.激光器的组成（⼯作物质）（泵浦）（谐振腔）16.光热辐射检测器件包括（热敏电阻）（热电偶检测器件）（热释电器件）17.电流功率18.光电检测系统的检测⽅法分为（直接检测）（光外差检测）分别检测（相⼲光）和（⾮相⼲光）19.直接检测系统和光外差检测系统的基本特性：直接检测系统（信噪⽐、通项带宽度、检测距离、视⾓）；光外差检测特性（获得信息全部、转换增益⾼、良好流没特性、信噪⽐损失⼩、最⼩可检测功率）20. 光源光敏⼆极管光电池光栅传感器结构：光删副是由主光栅和指⽰光栅组成⼆、概念1.光电传感器：利⽤光电效应，将光通量转换为电信号的⼀种传感器2.光电导效应：是光照射到某些物体上后，引起电导变化的效应3.热噪声：由于载流⼦的⽆规则运动产⽣的噪声成为~，与温度有关，与频率⽆关。
4.光电效应：当物质受到光照射后，材料的电学性质（电导率改变，发射电⼦，产⽣感应电动势）发⽣变化的现象称为~5.禁带：允许电⼦存在的能带叫允许带，两个相邻允许带之间不允许电⼦存在的能带叫禁带6.价带：在绝对零度下能被电⼦占满的最⾼能带，也是存在电⼦的能带中，能量最⾼的带导带：导带是半导体最外⾯（能量最⾼）的⼀个能带，是由⾃由电⼦形成的能量空间，即固体结构内⾃由运动的电⼦所具有的能量范围7.光电效应：根据光电导效应，当⼊射光变化时，材料的电导率发⽣变化8.光热效应：由于⼊射光照射引起温升从⽽使电导变化，使得负载电阻上电压发⽣变化9.热电检测器件：由于⼊射光与物质相互作⽤的热效应⽽制成内光电检测器件10.光电耦合器件将信号接⼊端和输出端连接到⼀起的器件,以光为媒介将输⼊信号耦合到输出信号11.光电位置敏感器（PSD）：对位置的变化进⾏检测的器件12.热释电效应：介质的极化强度随温度变化⽽变化，引起电荷表⾯电荷变化的现象．13.辐射热计效应：⼊射光的照射使材料由于受热⽽造成电阻率变化的现象．14.温差电效应：由两种材料制成的结点出现稳差⽽在两结点间产⽣电动势，回路中产⽣电流．三、简答1.光电检测的测量⽅法及发展趋势（1）⽅法：直接作⽤法，补偿测量法，差动测量法，脉冲测量法（2）发展趋势：①发展纳⽶，亚纳⽶⾼精度的光电检测新技术②发展⼩型，快速的微型光、电、机系统③⾮接触、快速在线测量，满⾜快速增长的商品经济需求④发展微型空间三维和⼤型空间三维测量技术⑤发展闭环检测电路，实现光电检测和光电控制⼀体化⑥向⼈们⽆法触及的领域发展⑦发展光电跟踪和光电扫描技术，远距离遥控、遥测技术，激光制导、飞⾏物⾃动跟踪、复杂形体⾃动扫描测量2.⽐较光电效应和光热效应的作⽤机理，性能及应⽤特点等⽅⾯的差异（1）作⽤机理：①光电效应：光照射到物体表⾯，使材料电学性质发⽣变化（电导率改变、发射电⼦、产⽣感应电动势）②光热效应：光照使温度升⾼⽽引起性质改变（2）性能：①光电效应直接把光⼦能量转变为光电⼦能量②光热效应将光能转变为晶格振动的热能（3）应⽤特点：①光电对光波波长有选择性，响应速度快②光热⽆选择性，响应慢3.光⽣伏特效应与光电导效应的区别（1）光⽣伏特效应：少数载流⼦作⽤，引起电压变化，暗电流⼩，响应快，受温度影响⼩，光电特性线性号，噪声低（2）光电导效应：多数载流⼦作⽤，引起电导率变化，可对微弱辐射检测，光谱响应范围宽。
第11章_外差检测系统
6.3 影响光外差检测灵敏度的因素
在本节内容中，只考虑光外差检测的空间条件和频率条件 对灵敏度的影响及改善方法。其它因素可参阅书籍。
6.3.1 光外差检测的空间条件（空间调准）
fs fL
fL
可变光阑
反射镜
输出
光电检测器 放大器
外差检测实验装置图
偏心轮转动相当于目标沿光波方向并有一运动速度，光的
回波产生多普勒频移，其频率为fs。可变光阑用来限制两光束 射向光电检测器的空间方向，线栅偏振镜用来使两束光变为
偏振方向相同的相干光，然后两束光垂直投射到检测器上。
首先设入射到检测器上的信号光场和本机振荡光场分别为：
分光镜 可变光阑
信号光束 fs
fL 本振 光束
fs fL
混 频 光
探测器 放大器
光外差检测原理示意图
如图:光源经过稳频 的二氧化碳激光器，
由分束镜把入射光分
成两路：一路经反射 作为本振光波，频率 为fL，另一路经偏心 轮反射，经聚焦到可
变光阑上作为信号光 束。
fs
转镜
ν
CO2激光器
分光镜
线栅偏振器
当不考虑检测器本身噪声影响，只包含输入背景噪声的情况下，外 差检测器的输出信噪比等于输入信噪比，输出信噪比没有损失。
6.2.5 最小可检测功率—内增益型光电检测器件
内部增益为M的光外差检测器输出有效信号功率为：
PC
2
e h
M
2
Ps
PL
RL
检测系统中检测器本身的散粒噪声和热噪声是影响最大可难以
外差检测概要
此电压在负载电阻 R L 上流过的电流为
Vs g d jCd iIF is Z d RL g d jCd 1 RL g d jCd ( RL RS )
1 RL g d
RL
iIF jCd ( RL RS )
SNR po
PS hf IF
2 * * EL ES dA EL EL dA * * * EL EL dA ES ES dA EL EL dA
PS meff eff hf IF
SNR po
(2.2.18)
式中
g d 1 Rd
'
为半导体光电二极管的电导，通常有 Rs g d 1
Rd Rs jCd Rd Rs 1 Rs g d jCd Rs Z d Z Rs 1 jCd Rd g d jCd
1 jC d Rs g d jC d
则光外差信号流过光电二极管的中频电流 i IF 产生的光生电压为
等效电路及等效电压发生器电路见下图
图8.2 光伏探测器恒流源等效电路
图8.3 光伏探测器等效电压发生器电路
(2)先求信号功率
由图8.2知
1 Z' 1 jC d R d 1 1 Rd 1 ( jC d ) Rd
对等式两边取倒数
Z'
Rd 1 1 jCd Rd g d jCd
经带通滤波器后的霰弹噪声和热噪声功率为
2 e
2
2
(2.2.9)
Pno 2eG PS PL PB I d f IF RL 4kTf IF (2.2.10) h
测量系统分析之误差及能力分析
的分布无论是均值还是标
准偏差都保持不变和可预
测的
通过较长时间内，用被监 视的量具对相同的标准或
量 值
标准件的同一特性进行测 量的总变异来监视
可用时间走势图进行分析
时间-2 时间-1
时间 稳定性
MSA
测量系统分析
稳定性的判定
• 确定参考值 • 长期测量：例如每班5次测20个班
• 做出稳定性的 -R控制图 • 如测量过程处于稳定状态，没有明显的
• 任何观测数据的误差，都是部件的实际 误差和测量系统误差的总和。
MSA
过程变差剖析
过程变差观测值
测量系统分析
实际过程变差
测量误差
长期 过程变差
短期 过程变差
抽样产生 的变差
量具变差
操作员造 成的变差
重复性
准确度
稳定性
线性
再现性
“重复性” 和 “再现性” 是测量误差的主要来源
MSA
测量系统分析
连续变量测量系统分析
敏感度（Sensitivity）
• 敏感度是指能产生一个可检测到（有用的）输出信号 的最小输入。它是测量系统对被测特性变化的回应。 敏感度由量具设计（分辨力）、固有质量（OEM）、 使用中保养，以及仪器操作条件和标准来确定。它通 常被表示为一测量单位。
• 影响敏感度的因素包括：
– 一个仪器的衰减能力
Master Value
MSA
测量系统分析
造成重复性的可能原因
• 零件内部（抽样样本）：形状、位置、表面光 度、锥度、样本的一致性
• 仪器内部：维修、磨损、设备或夹具的失效、 质量或保养不好
• 标准内部：质量、等级、磨损 • 方法内部：作业准备、技巧、归零、固定、夹
测量系统分析的基础知识
• 第3步
– 计算三个评价人的均值和极差的均值 – 计算零件总均值和零件均值的极差
11.C 1 12. 13. 2 3 8.48 8.47 8.48 8.477 8.51 8.52 8.51 8.513 8.53 8.53 8.53 8.530 8.49 8.49 8.49 8.490 8.47 8.47 8.47 8.470 8.52 8.53 8.53 8.527 8.51 8.51 8.51 8.510 8.50 8.51 8.50 8.503 8.47 8.47 8.47 8.470 8.52 8.53 8.52 8.523 8.501 个人均值
操作者C
零件的同一特性时测量平均值 的变差。
操作者B
操作者A
再现性 = 操作员变差
再現性
第 片
测量系统分析
计量型 - (均值极差法)
• 第1步
– 在下表中记录所有的初始信息。
零件號和名稱：N5-CPL-078 評估特性：直徑 規范: Φ8.5±0.05 評价人/ 試驗＃ 1.A 1 2. 3. 2 3 1 8.48 8.47 8.48 8.477 2 8.51 8.51 8.51 8.510 3 8.53 8.52 8.53 8.527 4 8.49 8.49 8.49 8.490 量具名稱：卡尺 量具編號：L1-IQC044 量具型號：293-761-30 零件數據 5 6 8.47 8.47 8.47 8.470 8.53 8.54 8.53 8.533 7 8.51 8.50 8.51 8.507 8 8.50 8.51 8.50 8.503 日期：2010 年 7 月 21 日 操作者：XXX；XXX XXX 9 8.47 8.47 8.47 8.470 10 8.52 8.53 8.52 8.523 8.501 均值
测量系统分析基础知识详解
量测系统分析(MSA)名目第1章量测系统介绍1.1 概述、目的、术语11.2 量测系统之统计特性21.3 量测系统的标准31.4 量测系统的通那么31.5 选择/制定检定方法3第2章量测系统之评价2.1概述5鉴不力5量测系统变异的类型7量测系统分析8再现性8再生性9零性间变异10偏性10稳定性11线性13范例讲明15量测系统研究之预备20计量值量测系统之研究21稳定性之准那么21偏性之准那么21独立取样法212图表法22分析23再现性与再生性之准那么23全距法23平均值与全距法23执行研究24图表分析26计算及研究34变异数分析法38量具绩效曲曲折折曲曲折折折折线43计数值量具研究47短期法47长期法48第3章附录标准常态分配表52常数表54如何适当的选用量测系统分析流程55表格56量测系统分析版(MeasurementSystemAnalysis)第1章量测系统介绍1.1概述、目的、术语概述我们明白，一个制程的状况必须经由量测来猎取相关信息，因此量测数据将会决定制程是否应被调整，要是统计结果，制程超出管制界限，即制程能力缺乏时，那么须对制程作某些调整，否那么，制程将会在无调节的状态下运作。
量测数据的另一用途是能够检视二个或更多变异彼此之间是否存在某种关系性，如塑料件的尺寸将与进料温度有关。
因此，量测数据的品质关于制程分析结果占有相当重要的因素，为了确保分析结果不致对制程误判，就必须重视数据的品质。
量测数据品质与制程是否在稳定状况下所获得的多种量测有关，假设在稳定状况下所获得某一特性的量测数据，其结果〞近似于〞该特性的标准值，那么数据品质可谓〞高〞；假设某些或全部数据偏离标准值甚远，那么数据品质可谓〞低〞。
常用于表示数据品质上下的统计特性有偏差与方差，所谓偏差是指量测数据平均值与标准值之差异；所谓方差那么是指量测数据本身之间差异。
要是数据品质是不可同意，那么必须加以革新，然而这经常应革新量测系统本身，而非革新数据。
光外差原理
光外差原理光外差原理光外差探测是一种对光波振幅、频率和相位调制信号的检波方法、对于光强度调制信号。
只要选择光电探测器适当，都能无失真地转换为电信号，最后由电路完成检波任务，检出所需信息。
而光波振幅、频率和相位的调制信号因光频太高，不能直接被光电探测器所响应。
采用光外差法，光电探测器可以以输出电信号的形式检出所需信息。
光外差探测法在光通信中是很有发展前途的，目前在实时精密测量方面的应用已有显著成就。
一、实验目的（1）验证和掌握光外差探测原理；（2）训练相干探测的实验能力。
二、实验内容（1）在信息仪平台上调整光路，了解外差法所必须的空间配准条件，也就是参考光束和物光束空间配准与接收口径之间的关系；（2）用外插法所得到的信号可表示插入透明物体的透过光波的复振幅，也就是振幅与相位的变化。
三、基本原理光外差探测的基本原理是基于两束光的相干。
必须采用相干性好的激光器作光源，在接收信号光时同时加入参考光（本地振荡光）。
参考光的频率与信号光频率极为接近，使参考光和信号光在光电探测器的光敏面上形成拍频信号。
只要光电探测器对拍频信号的响应速度足够高，就能输出电信号检出信号光中的调制信号来，如图1所示即为一例。
图中用一个激光器射出激光，经半透、半反平面镜M 后分成两路。
一路透射光再经半透、半反平面镜M 3后直接投向光电探测器作为参考光；另一路反射光经反射镜M 1偏转90o 方向后投向声光调制器。
声光调制器出射光束，由光阑M 0选出其一级衍射光，它经反射镜M 2偏转后投向半透、半反平面镜M 3成为信号光。
微调M 3使信号光和参考光以几乎重合、平行地投向光电探测器，两束光在光敏面上相干。
如果这两束光偏振方向一致（或偏振方向一致的分量），它们就能形成差频信号。
声光调制器由声频信号提供声频ω1的信号加到声光调制器上。
若调制器是布拉格衍射，则出射的一级衍射光就是声频信号的调制光，其光频率为ω0＋ω1或ω0－ω1（视入射方向而定）。