干涉仪马赫-曾德尔

8
§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。
2
§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。
3
§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”。
2．测量：
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，φ1>φ2，U＝S· (φ1-φ2)· R=S·Δφ·R。 ③当工件尺寸变大时，φ1<φ2，U＝S· (φ1-φ2)· R=－S· Δφ· R。 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.
第四章 光电信息技术应用
§4.1 光电检测
§4.2 §4.3 §4.4 §4.5 光电控制 光纤通信 光纤传感器 光电信息技术其它应用
1
§4.1.1 光电检测基本方法
根据检测原理光电检测的基本方法有直接作用法、差动法、补偿 法和脉冲法等。
一． 直接作用法
受被测物理量控制的光通量，经光电接收器转换成电量后由检测 机构直接得到欲测的物理量，测量框图如图所示。直接测量法的 最大优点是简单方便，仪器设备造价低廉。这种方法的缺点是检 测结果受参数、环境、电压波动等影响较大，精度及稳定性较差。 适合于测量精度要求不高的场合。
9
§ 4.1.2 几何量检测 2．相位测距法
在工程建设中进行测量时．常用30m或50m的卷尺(钢皮尺)一“链” 复一“链”地进行测量，如图所示，其结果是整“链”数与卷尺长度 的乘积再加上最后不足一整“链”过程可用下式表达 D＝NLs+ΔL 式中 D——待测距离； Ls——测尺长度； N——零或正整数，即整链数； ΔL——不足整尺的距离尾数。
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)
11
三. 光电测长
§4.1.2 几何量检测
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。
12
§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以及光学系统的光谱透过率等因素， 利用光电器件接收不可能成为全辐射型。称为部分辐射光电高温计。 如1000度的目标时，石英透镜只能透过0.2~4m的辐射，占总 65％
若采用PbS光敏电阻因为它的光谱响应范围只占某一波段，其响应的 范围更小。
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。
10
§4.1.2 2．相位测距法
可由下式求出：
Leabharlann Baidu
几何量检测
λ=c/f
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
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
5
§4.1.1 光电检测基本方法
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。
1．脉宽法测长
图给出了脉宽法测长的原理。 L＝vt＝vkN＝KN 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。 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。
4
§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。
6
§4.1.1 光电检测基本方法
2.相位法测距
带有测距功能的望远镜是发射一束调制的脉冲激光，再接收来自于被测物 的反射光。发射信号和接收信号的相位差反映了被测物的距离。设Vo和Vi 分别代表发射脉冲和接收脉冲，如图4.1.1－9所示。
7
§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 f=nm/60=N/t，n=60N/(mt) 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。