第七章典型光电测试系统
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• 光电转速计避免上述缺点，可以实现测量自动化和数字化 广泛应用于电动机、内燃机、透平、水轮机及各种机床的 转速测量和调节中。
第七章典型光电测试系统
9
转速计测量原理
带孔的盘
带锯齿的盘
带黑白反射 块的盘
只要测出频率，就可以得到转速
n 60 f m
光电探测器件：光电池、光敏二极管或光敏三极管， 光源：发光二极管
（3）光电耦合器（主动）
发光管接在低压电路中，光电三极管接在高压电路中，低压控制高压－隔
离、安全
也可形成固态继电器
过载保护电路开关
第七章典型光电测试系统
6
（4）编码计数型主动开关
可用于计数、编码 根据脉冲的周期和个数计算快门时间 工业流水线上的产品计数、工件尺寸测量、医用液滴计数
第七章典型光电测试系统
第七章典型光电测试系统
3
（1）透射分离型主动开关（键盘）
用于工业自动控制、自动报警及一些引爆、燃烧等封闭室内的
室外点火等控制。
第七章典型光电测试系统
4
（2）反射型主动开关
距离足够近 遇到障碍反射 光如：防盗器
用于狭窄区域
第七章典型光电测试系统
液位自动控制 液位上升，光通量下 降如：汽油液位探测
5
第七章典型光电测试系统
16
（2）结论 ➢ 莫尔条纹是周期函数，其周期T=P2/sinθ ， 又称为莫尔条
纹的宽度B。 ➢ θ≠0，P1=P2，莫尔条纹与x轴夹角为θ/2, 当θ很小时，莫
尔条纹与y轴近似垂直，此时得到近似“横向莫尔条纹”。 ➢ θ≠0，P2=P1cosθ,得到严格的横向莫尔条纹 ➢ θ=0, P1≠P2, 得到纵向莫尔条纹 ➢ 其它情况均为斜向莫尔条纹
长光栅第莫七章尔典条型纹光电形测成试原系理统
14
(1)莫尔条纹方程
主光栅A的刻线方程为
xj
jP2
cos
• 指示光栅B的刻线与轴的交点的坐标为 xi iP1
• 莫尔条纹1是由A、B两光栅各同编号刻线的交点连接而成，
其莫尔条纹1的方程求解如下：
a. 条纹上除(0,0)点外任意一点的坐标：
xi, j iP1
第七章 典型光电测试系统
针对测试对象、任务要求、测试原理及测试精度等指 标的不同，形成了各种各样的光电测试系统。本章列 举一些典型光电测试系统，介绍光电测试系统的工作 原理和应用。 光电测试系统具有非接触、实时、精度高等特点。
光电开关与光电转速计 莫尔条纹测长仪 激光测距仪 激光干涉测量仪 激光多普勒测速仪 光弹效应测力计
yi,j (xjxi,j)ct g(cjP 2 o si1 P )ctg
第七章典型光电测试系统
15
b.莫尔条纹1的斜率为
t
g yi,j
xi,j
x y0 0,,0 0i1 P is2 P inii1 1 P P ctg
P2
P1
P1 cos sin
c.莫尔条纹1的方程可表示为
y1
xtgP2P1cosx P1sin
7
（5）被动开关
利用自然光源（因此称被动）：人体、其它热源、太阳光等，红外居多。
热释电器件为光敏元件，只响应突变或交变信号；对光谱无选择性。
球面反射镜聚光。
如自动门系统、报警系统（第火七章焰典报型警光、电测火试车系车统轮故障自动报警等）。
8
光电转速计
• 一般转速计：测量范围小、精度不高、刚性接触（附加负 荷），不适合小功率测量。
第七章典型光电测试系统
1
7.1 光电开关与光电转速计
• 光电探测器输出开关量 • 结构较为简单、工作可靠、寿命长
第七章典型光电测试系统
2
光电开关 分为主动型光电开关和被动型光电开关。 主动型光电开关由LED管和光电二极管、光电三极管或光电
达林顿管组成。 被动型光电开关主要由光敏电阻、光电二极管等组成。
特点
（1）莫尔条纹携带一维信息：测长度、角度等。
（2）莫尔条纹携带三维信息：测应变、平面度、液体薄膜厚度、
医学诊断、机器视觉。
莫尔条纹定义 将两块光栅（其中一块称为主光栅，另一块称为指示光
栅）叠加在一起，并使它们的栅线有一小的交角。当光栅对之 间有相对运动时（其运动方向与主光栅栅线垂直），对着光源 看过去，有一组垂直于光栅运动方向的明暗相间的条纹移动， 此移动的条纹被称为莫尔条纹。
切向光栅莫尔条纹是由两块刻线数相同、切向方向相反而切线 圆半径不同的切向圆光栅同心叠合得到的莫尔条纹。
径向光栅莫尔条纹
切向莫尔条纹
（圆弧形）
（圆环形）
第七章典型光电测试系统
20
• 径向光栅莫尔条纹，在沿着偏心的方向上，产生近似平行 于栅线的纵向莫尔条纹；在位于与偏心方向垂直的位置上 产生近似垂直于栅线的莫尔条纹；其它方向为斜向莫尔条 纹。
• 切向莫尔条纹是圆环形的，把它称作圆环莫尔条纹。
第七章典型光电测试系统
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常用的光栅，其栅距(相邻栅线之间的距离)大于 0.01mm，称为黑白光栅。这时光栅栅距远大于光波长，两 个光栅叠合在一起，形成莫尔条纹。当使用更小栅距的位 相光栅时，莫尔条纹就是由衍射和干涉形成的。
第七章典型光电测试系统
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长光栅莫尔条纹
常用光栅其栅距大于0.01mm时，光栅栅距远大于光波长 称为黑白光栅，两个光栅叠合在一起，形成莫尔条纹。
第七章典型光电测试系统
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频率测量法
计数测量法 （1）测量被测信号脉冲数 （2）时基信号（控制闸门，精确已
知） （3）测高频精度高，低频相对误差
增大 周期测量法 （1）固定的高频脉冲做参考，精确
已知 （2）信号脉冲控制闸门 （3）低频精度高，高频相对误差增
大
第七章典型光电测试系统
11
7.2 莫尔条纹测长仪
Baidu Nhomakorabea
18
圆光栅莫尔条纹
两块圆形光栅重叠在一起也可形成莫尔条纹，利用圆 光栅莫尔条纹可以直接进行角度测量。 圆光栅可分为径向圆光栅和切向圆光栅。径向圆光栅的 刻线都从圆心向外辐射，切向圆光栅的刻线都切于一个小 圆。
第七章典型光电测试系统
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径向光栅莫尔条纹是由两块栅距角相同的径向光栅保持一个 较小的偏心量叠合形成圆弧莫尔条纹。
第七章典型光电测试系统
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栅线夹角很小，可以观察到随光栅的移动，某点透过的光强呈现明 暗交替变化，这就是莫尔条纹的调制作用。莫尔条纹把光栅位移信息转 变成光强随时间变化的信号。在空间上光栅移动的周期为p，而莫尔条纹 移动的周期是B。莫尔条纹有放大作用。
不同形式的长光栅莫尔条纹
第七章典型光电测试系统
第七章典型光电测试系统
9
转速计测量原理
带孔的盘
带锯齿的盘
带黑白反射 块的盘
只要测出频率，就可以得到转速
n 60 f m
光电探测器件：光电池、光敏二极管或光敏三极管， 光源：发光二极管
（3）光电耦合器（主动）
发光管接在低压电路中，光电三极管接在高压电路中，低压控制高压－隔
离、安全
也可形成固态继电器
过载保护电路开关
第七章典型光电测试系统
6
（4）编码计数型主动开关
可用于计数、编码 根据脉冲的周期和个数计算快门时间 工业流水线上的产品计数、工件尺寸测量、医用液滴计数
第七章典型光电测试系统
第七章典型光电测试系统
3
（1）透射分离型主动开关（键盘）
用于工业自动控制、自动报警及一些引爆、燃烧等封闭室内的
室外点火等控制。
第七章典型光电测试系统
4
（2）反射型主动开关
距离足够近 遇到障碍反射 光如：防盗器
用于狭窄区域
第七章典型光电测试系统
液位自动控制 液位上升，光通量下 降如：汽油液位探测
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第七章典型光电测试系统
16
（2）结论 ➢ 莫尔条纹是周期函数，其周期T=P2/sinθ ， 又称为莫尔条
纹的宽度B。 ➢ θ≠0，P1=P2，莫尔条纹与x轴夹角为θ/2, 当θ很小时，莫
尔条纹与y轴近似垂直，此时得到近似“横向莫尔条纹”。 ➢ θ≠0，P2=P1cosθ,得到严格的横向莫尔条纹 ➢ θ=0, P1≠P2, 得到纵向莫尔条纹 ➢ 其它情况均为斜向莫尔条纹
长光栅第莫七章尔典条型纹光电形测成试原系理统
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(1)莫尔条纹方程
主光栅A的刻线方程为
xj
jP2
cos
• 指示光栅B的刻线与轴的交点的坐标为 xi iP1
• 莫尔条纹1是由A、B两光栅各同编号刻线的交点连接而成，
其莫尔条纹1的方程求解如下：
a. 条纹上除(0,0)点外任意一点的坐标：
xi, j iP1
第七章 典型光电测试系统
针对测试对象、任务要求、测试原理及测试精度等指 标的不同，形成了各种各样的光电测试系统。本章列 举一些典型光电测试系统，介绍光电测试系统的工作 原理和应用。 光电测试系统具有非接触、实时、精度高等特点。
光电开关与光电转速计 莫尔条纹测长仪 激光测距仪 激光干涉测量仪 激光多普勒测速仪 光弹效应测力计
yi,j (xjxi,j)ct g(cjP 2 o si1 P )ctg
第七章典型光电测试系统
15
b.莫尔条纹1的斜率为
t
g yi,j
xi,j
x y0 0,,0 0i1 P is2 P inii1 1 P P ctg
P2
P1
P1 cos sin
c.莫尔条纹1的方程可表示为
y1
xtgP2P1cosx P1sin
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（5）被动开关
利用自然光源（因此称被动）：人体、其它热源、太阳光等，红外居多。
热释电器件为光敏元件，只响应突变或交变信号；对光谱无选择性。
球面反射镜聚光。
如自动门系统、报警系统（第火七章焰典报型警光、电测火试车系车统轮故障自动报警等）。
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光电转速计
• 一般转速计：测量范围小、精度不高、刚性接触（附加负 荷），不适合小功率测量。
第七章典型光电测试系统
1
7.1 光电开关与光电转速计
• 光电探测器输出开关量 • 结构较为简单、工作可靠、寿命长
第七章典型光电测试系统
2
光电开关 分为主动型光电开关和被动型光电开关。 主动型光电开关由LED管和光电二极管、光电三极管或光电
达林顿管组成。 被动型光电开关主要由光敏电阻、光电二极管等组成。
特点
（1）莫尔条纹携带一维信息：测长度、角度等。
（2）莫尔条纹携带三维信息：测应变、平面度、液体薄膜厚度、
医学诊断、机器视觉。
莫尔条纹定义 将两块光栅（其中一块称为主光栅，另一块称为指示光
栅）叠加在一起，并使它们的栅线有一小的交角。当光栅对之 间有相对运动时（其运动方向与主光栅栅线垂直），对着光源 看过去，有一组垂直于光栅运动方向的明暗相间的条纹移动， 此移动的条纹被称为莫尔条纹。
切向光栅莫尔条纹是由两块刻线数相同、切向方向相反而切线 圆半径不同的切向圆光栅同心叠合得到的莫尔条纹。
径向光栅莫尔条纹
切向莫尔条纹
（圆弧形）
（圆环形）
第七章典型光电测试系统
20
• 径向光栅莫尔条纹，在沿着偏心的方向上，产生近似平行 于栅线的纵向莫尔条纹；在位于与偏心方向垂直的位置上 产生近似垂直于栅线的莫尔条纹；其它方向为斜向莫尔条 纹。
• 切向莫尔条纹是圆环形的，把它称作圆环莫尔条纹。
第七章典型光电测试系统
12
常用的光栅，其栅距(相邻栅线之间的距离)大于 0.01mm，称为黑白光栅。这时光栅栅距远大于光波长，两 个光栅叠合在一起，形成莫尔条纹。当使用更小栅距的位 相光栅时，莫尔条纹就是由衍射和干涉形成的。
第七章典型光电测试系统
13
长光栅莫尔条纹
常用光栅其栅距大于0.01mm时，光栅栅距远大于光波长 称为黑白光栅，两个光栅叠合在一起，形成莫尔条纹。
第七章典型光电测试系统
10
频率测量法
计数测量法 （1）测量被测信号脉冲数 （2）时基信号（控制闸门，精确已
知） （3）测高频精度高，低频相对误差
增大 周期测量法 （1）固定的高频脉冲做参考，精确
已知 （2）信号脉冲控制闸门 （3）低频精度高，高频相对误差增
大
第七章典型光电测试系统
11
7.2 莫尔条纹测长仪
Baidu Nhomakorabea
18
圆光栅莫尔条纹
两块圆形光栅重叠在一起也可形成莫尔条纹，利用圆 光栅莫尔条纹可以直接进行角度测量。 圆光栅可分为径向圆光栅和切向圆光栅。径向圆光栅的 刻线都从圆心向外辐射，切向圆光栅的刻线都切于一个小 圆。
第七章典型光电测试系统
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径向光栅莫尔条纹是由两块栅距角相同的径向光栅保持一个 较小的偏心量叠合形成圆弧莫尔条纹。
第七章典型光电测试系统
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栅线夹角很小，可以观察到随光栅的移动，某点透过的光强呈现明 暗交替变化，这就是莫尔条纹的调制作用。莫尔条纹把光栅位移信息转 变成光强随时间变化的信号。在空间上光栅移动的周期为p，而莫尔条纹 移动的周期是B。莫尔条纹有放大作用。
不同形式的长光栅莫尔条纹
第七章典型光电测试系统