現(xiàn)代光電信息技術(shù)及應(yīng)用PPT課件

1、第一章 激光告警技術(shù)和應(yīng)用 本章的主要內(nèi)容有本章的主要內(nèi)容有: : 1.1.現(xiàn)代光電信息技術(shù)現(xiàn)代光電信息技術(shù) 2.2.激光告警技術(shù)定義、裝置、應(yīng)用方式和理想的激光告警激光告警技術(shù)定義、裝置、應(yīng)用方式和理想的激光告警 裝置應(yīng)滿(mǎn)足裝置應(yīng)滿(mǎn)足的要求。的要求。 3.3.光譜識(shí)別型激光告警技術(shù)光譜識(shí)別型激光告警技術(shù) A. A.成像光譜型告警技術(shù)的陣列單元組成、多元相關(guān)告警原理、雜散光成像光譜型告警技術(shù)的陣列單元組成、多元相關(guān)告警原理、雜散光干擾的抑制。干擾的抑制。 B. B.成像光譜識(shí)別型激光告警裝置的構(gòu)成，優(yōu)缺點(diǎn)及實(shí)例。成像光譜識(shí)別型激光告警裝置的構(gòu)成，優(yōu)缺點(diǎn)及實(shí)例。 4. 4.相干識(shí)別型激光告警技術(shù)

2、相干識(shí)別型激光告警技術(shù)第1頁(yè)/共102頁(yè)第一章 激光告警技術(shù)和應(yīng)用 A.F-PA.F-P標(biāo)準(zhǔn)具的結(jié)構(gòu)及工作原理及典型標(biāo)準(zhǔn)具的結(jié)構(gòu)及工作原理及典型F-PF-P型激光告警系型激光告警系 統(tǒng)。統(tǒng)。 B.B.邁克爾遜（邁克爾遜（MichelsonMichelson）型干涉型激光告警技術(shù)原理及優(yōu)缺點(diǎn)。）型干涉型激光告警技術(shù)原理及優(yōu)缺點(diǎn)。 C.C.光柵衍射型激光告警的工作原理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇光柵衍射型激光告警的工作原理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇 D.D.傅里葉變換激光告警的基本理論、分辨力和光譜函數(shù)、干涉圖采樣、告傅里葉變換激光告警的基本理論、分辨力和光譜函數(shù)、干涉圖采樣、告警技術(shù)、等效斜楔干涉具設(shè)計(jì)、信號(hào)

3、采集與處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。警技術(shù)、等效斜楔干涉具設(shè)計(jì)、信號(hào)采集與處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。 E. E. 其他相干激光告警技術(shù)其他相干激光告警技術(shù) 5.5.激光告警技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)激光告警技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)第2頁(yè)/共102頁(yè)第一章 激光告警技術(shù)和應(yīng)用 1 1 現(xiàn)代光電信息技術(shù)現(xiàn)代光電信息技術(shù) 多學(xué)科綜合技術(shù)：多學(xué)科綜合技術(shù)：光學(xué)技術(shù)、光電子技術(shù)、微電子技 術(shù)、信息技術(shù)、光信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)等。 研究?jī)?nèi)容：研究?jī)?nèi)容：光的輻射、傳輸、探測(cè)、光與物質(zhì)相互作用以及光電信息的轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、處理與顯示等。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：其一，有效延伸人眼的視覺(jué)功能，使其探測(cè)閾值達(dá)到光子探測(cè)的極限水平； 其二：以光為信息載體，結(jié)合計(jì)

4、算機(jī)的研究成果，極大提高了光電系統(tǒng)的響應(yīng)速度、帶寬和信息容量。 第3頁(yè)/共102頁(yè)第一章 激光告警技術(shù)和應(yīng)用 2 2 激光告警激光告警 技術(shù)：技術(shù)：是光電對(duì)抗的組成部分，它是指在太陽(yáng)光、閃電、雷電等光干 擾復(fù)雜背景下，實(shí)時(shí)、可靠地告警敵方激光威脅的存在，確定威脅源的方位、種類(lèi)及工作特性，進(jìn)行光電報(bào)警的技術(shù)。 裝置：裝置：它是指用來(lái)探測(cè)和識(shí)別敵方來(lái)襲激光特征信息的光電被動(dòng)偵察設(shè)備。 應(yīng)用方式：應(yīng)用方式：一種是自保護(hù)方式； 另一種是電子偵察方式。 裝置構(gòu)成：裝置構(gòu)成：有輻射探測(cè)和信息處理兩部分。 裝置分類(lèi)：裝置分類(lèi)：主要分為光譜識(shí)別型和相干識(shí)別型。第4頁(yè)/共102頁(yè)第一章 激光告警技術(shù)和應(yīng)用 3

5、3 光譜識(shí)別型激光告警技術(shù)光譜識(shí)別型激光告警技術(shù) 非成像光譜識(shí)別型激光告警裝置：非成像光譜識(shí)別型激光告警裝置：通常采用具有特定空間分布的光電二極管作為激光告警元件,來(lái)確定威脅源的方位,若在圓形陣列中均勻分布N個(gè)光電二極管,則水平方向的角度分辨力為180/2N。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)難度小、成本低、告警靈敏度高。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：只能探測(cè)有限的幾個(gè)特定波長(zhǎng)、定位精度高，虛警率高。 陣列單元：陣列單元：激光告警頭、信號(hào)處理器及報(bào)警/顯示器。 多元相關(guān)告警原理：多元相關(guān)告警原理：當(dāng)有來(lái)襲激光進(jìn)入該陣列單元時(shí),信號(hào)經(jīng)放大后由兩閾值比較器進(jìn)行比較,把低于閾值的噪聲濾出,此后送至相關(guān)處理器。 雜散光干擾

6、的抑制措施：雜散光干擾的抑制措施：光譜濾波、電子濾波和門(mén)限控制。第5頁(yè)/共102頁(yè)第一章 激光告警技術(shù)和應(yīng)用 告警器自身的白噪身是產(chǎn)生虛警的主要因素之一。 適當(dāng)增加陣列單元的數(shù)量可以提高角分辨力。 光纖天線(xiàn)激光告警機(jī)的原理圖和組成見(jiàn)圖1-1。第6頁(yè)/共102頁(yè)第一章 激光告警技術(shù)和應(yīng)用 成像光譜識(shí)別型激光告警設(shè)備：成像光譜識(shí)別型激光告警設(shè)備：由探測(cè)和顯控兩個(gè)部件組成。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：視場(chǎng)大、角分辨力、虛警率低。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜，只能單波長(zhǎng)工作且成本高，難小型化。 魚(yú)眼透鏡：魚(yú)眼透鏡：一種焦距極短且視角很大的廣角鏡頭。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可以凝視半球或超半球空域。 作用：作用：以畸變?yōu)榇鷥r(jià)而大

7、幅擴(kuò)大視角的一種特殊光學(xué)系統(tǒng) “拉赫韋斯拉赫韋斯”（LAHAWSLAHAWS）成像型激光告警設(shè)備的工作原理：）成像型激光告警設(shè)備的工作原理：魚(yú)眼透鏡： 接收的激光輻射通過(guò)4：1分束鏡分成兩個(gè)光學(xué)通道，80的光能通過(guò)窄帶濾光片，經(jīng)光譜濾光后聚集于CCD光敏面，其20的光再經(jīng)兩塊分束鏡和窄帶濾光片進(jìn)一步分成1；1的兩條光學(xué)通道，各自進(jìn)入一個(gè)PIN硅光電二極管探測(cè)器中，其中一個(gè)通道包含激光和背景信號(hào)，另一個(gè)通道只包含背景信號(hào)，經(jīng)相減放大，把PIN光電二極管的輸出，經(jīng)差分放大和高閾值比較器處理后，區(qū)分出背景照明和激光輻射，產(chǎn)生音響和燈光指示。第7頁(yè)/共102頁(yè)第一章 激光告警技術(shù)和應(yīng)用4 4 相干識(shí)別

8、型激光告警技術(shù)相干識(shí)別型激光告警技術(shù) 相干識(shí)別型激光告警裝置的分類(lèi)：相干識(shí)別型激光告警裝置的分類(lèi)：基于分振幅干涉的激光告警裝置（布里-珀羅（F-P）型、邁克遜型、傅里葉變換 ）和基于分波面干涉的激光告警裝置（光柵衍射型）。 F-P F-P標(biāo)準(zhǔn)具：標(biāo)準(zhǔn)具：由兩塊內(nèi)表面鍍有半反半透膜的相距為d的平行玻璃板組成。 標(biāo)準(zhǔn)具出射光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)具出射光強(qiáng)I I與折射角與折射角的關(guān)系的關(guān)系: : 光強(qiáng)透過(guò)率光強(qiáng)透過(guò)率T()T()與與 的關(guān)系的關(guān)系 )cos4(1 (20ndCOSII )cos4(121ndCOSTFP第8頁(yè)/共102頁(yè)第一章 激光告警技術(shù)和應(yīng)用 標(biāo)準(zhǔn)具出射光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)具出射光強(qiáng)I I和折射角和折射角

9、的關(guān)系曲線(xiàn)的關(guān)系曲線(xiàn)第9頁(yè)/共102頁(yè)第一章 激光告警技術(shù)和應(yīng)用 從上面曲線(xiàn)可以看出： 在I-的曲線(xiàn)中可見(jiàn)出射光強(qiáng)信號(hào)是一個(gè)隨變化的調(diào)頻波，對(duì)稱(chēng)分布于=0的兩側(cè)。 當(dāng)=0時(shí)， 在A點(diǎn)的位置，=0。 在B點(diǎn)的位置=B出射光強(qiáng)極小，則： B =0-第10頁(yè)/共102頁(yè)第一章 激光告警技術(shù)和應(yīng)用 F-PF-P標(biāo)準(zhǔn)具型激光告警裝置：標(biāo)準(zhǔn)具型激光告警裝置：利用F-P標(biāo)準(zhǔn)具對(duì)激光的調(diào)制特性來(lái)告警和識(shí)別激光的，它包括一個(gè)或多個(gè)F-P標(biāo)準(zhǔn)具，其后接有CCD。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：具有視場(chǎng)大、虛警率低、角分辨力高。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：難以探測(cè)單、窄脈沖激光，成本高、工藝難度大。 階式階式F-PF-P標(biāo)準(zhǔn)具抑制背景光干擾的工作

10、原理標(biāo)準(zhǔn)具抑制背景光干擾的工作原理: :當(dāng)背景光(非相干光)投射到階式標(biāo)準(zhǔn)具上,上、下兩部分均有光輸出，并投射到各自的光電告警器上，這兩個(gè)光電告警器分別接收標(biāo)準(zhǔn)具兩個(gè)部分透射的輻射。當(dāng)有激光入射到階式標(biāo)準(zhǔn)具上時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)具上、下兩部分厚度有/4n的奇數(shù)倍差異，激光干涉結(jié)果使上、下兩部分的輸出一個(gè)是亮紋，一個(gè)是暗紋第11頁(yè)/共102頁(yè)第一章 激光告警技術(shù)和應(yīng)用 邁克爾遜（邁克爾遜（MichelsonMichelson）干涉型激光告警裝置：主要由）干涉型激光告警裝置：主要由 的組成、工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)-P11-P12第12頁(yè)/共102頁(yè)第一章 激光告警技術(shù)和應(yīng)用 光柵型激光告警裝置光柵型激光告警裝置的組

11、成和工作原理-P13-P14第13頁(yè)/共102頁(yè)第一章 激光告警技術(shù)和應(yīng)用 傅里葉變換激光告警技術(shù) 第14頁(yè)/共102頁(yè)第一章 激光告警技術(shù)和應(yīng)用 等效斜楔干涉具設(shè)計(jì)需要了解： 基本結(jié)構(gòu) P24 干涉具的光程差分析 P25 干涉條紋個(gè)數(shù)與激光頻譜的關(guān)系 P26 傾斜角的選擇：P26P27 波長(zhǎng)分辨力分析： P27 最大有效光程差： X=2nLtan 則光譜分辨力為： R= minmin2arctanndtan211nLX第15頁(yè)/共102頁(yè)第一章 激光告警技術(shù)和應(yīng)用 E.其他相干激光告警技術(shù)采用了光纖延遲技術(shù)、光學(xué)劈尖、非制冷紅外焦平面器件 5 激光告警技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 激光告警技術(shù)8個(gè)主要研究方

12、向-P31-32第16頁(yè)/共102頁(yè)第二章：瞬態(tài)表面高溫光電探測(cè)技術(shù)及應(yīng)用 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1. 1. 瞬態(tài)表面高溫測(cè)量系統(tǒng)：藍(lán)寶石光纖黑體腔設(shè)計(jì)、傳感器結(jié)構(gòu)、黑體瞬態(tài)表面高溫測(cè)量系統(tǒng)：藍(lán)寶石光纖黑體腔設(shè)計(jì)、傳感器結(jié)構(gòu)、黑體腔數(shù)學(xué)模型、傳熱方程的建立；響應(yīng)時(shí)間測(cè)定；測(cè)溫原理；瞬態(tài)高溫測(cè)試腔數(shù)學(xué)模型、傳熱方程的建立；響應(yīng)時(shí)間測(cè)定；測(cè)溫原理；瞬態(tài)高溫測(cè)試實(shí)例。實(shí)例。 2.2.可溯源瞬態(tài)表面溫度傳感器動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)系統(tǒng)組成及工作原理；熱電偶溫度可溯源瞬態(tài)表面溫度傳感器動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)系統(tǒng)組成及工作原理；熱電偶溫度傳感器時(shí)間常數(shù)的定義和表示、測(cè)試實(shí)驗(yàn)及分析、動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)及分析。傳感器時(shí)間常數(shù)的定義和表示、測(cè)試

13、實(shí)驗(yàn)及分析、動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)及分析。 3 3瞬態(tài)超高溫測(cè)試的外推方法的含義；藍(lán)寶石光纖黑體腔溫度外推測(cè)試方瞬態(tài)超高溫測(cè)試的外推方法的含義；藍(lán)寶石光纖黑體腔溫度外推測(cè)試方法的含義、模型的建立和分析、外推測(cè)溫的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、仿真結(jié)果和誤差分法的含義、模型的建立和分析、外推測(cè)溫的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、仿真結(jié)果和誤差分析。析。第17頁(yè)/共102頁(yè)第二章：瞬態(tài)表面高溫光電探測(cè)技術(shù)及應(yīng)用 1. 1. 瞬態(tài)表面高溫測(cè)量系統(tǒng)瞬態(tài)表面高溫測(cè)量系統(tǒng) 藍(lán)寶石光纖黑體腔設(shè)計(jì)：藍(lán)寶石光纖單晶探頭目前主要有兩種制作方法。 P34 藍(lán)寶石光纖黑體腔傳感器結(jié)構(gòu)。P35 黑體腔傳熱模型： 薄膜傳熱 腔內(nèi)絕熱；一維導(dǎo)熱體系 ； 忽略熱損耗第18頁(yè)/

14、共102頁(yè)第二章：瞬態(tài)表面高溫光電探測(cè)技術(shù)及應(yīng)用 黑體腔傳熱模型： 薄膜傳熱 腔內(nèi)絕熱；一維導(dǎo)熱體系；忽略熱損耗 傳熱方程的建立：A.模型的單值條件 B.微分方程的建立P36第19頁(yè)/共102頁(yè)第二章：瞬態(tài)表面高溫光電探測(cè)技術(shù)及應(yīng)用 黑體腔傳感器響應(yīng)時(shí)間測(cè)定-P37： 測(cè)溫原理-P3740第20頁(yè)/共102頁(yè)第二章：瞬態(tài)表面高溫光電探測(cè)技術(shù)及應(yīng)用 某導(dǎo)彈反射箱前框瞬態(tài)高溫測(cè)試 高溫測(cè)量系統(tǒng)組成：第21頁(yè)/共102頁(yè)第二章：瞬態(tài)表面高溫光電探測(cè)技術(shù)及應(yīng)用 溫度測(cè)量光電放大器-P41 實(shí)驗(yàn)結(jié)果-P41P43 a)影響熱響應(yīng)時(shí)間c的因素是薄膜材料的密度、比熱容與周?chē)h(huán)境的換熱系數(shù)及鍍膜厚度。 b)

15、解決關(guān)鍵技術(shù)，為惡劣環(huán)境下的高溫測(cè)試提供了一種可靠的方法。第22頁(yè)/共102頁(yè)第二章：瞬態(tài)表面高溫光電探測(cè)技術(shù)及應(yīng)用 2 可溯源瞬態(tài)表面溫度傳感器動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)系統(tǒng) 系統(tǒng)組成及工作原理:第23頁(yè)/共102頁(yè)第二章：瞬態(tài)表面高溫光電探測(cè)技術(shù)及應(yīng)用 可溯源動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)的三個(gè)步驟：-P44P45 A紅外探測(cè)器靜態(tài)校準(zhǔn) 紅外探測(cè)器動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)和被校溫度傳感器動(dòng)態(tài)校準(zhǔn) 瞬態(tài)溫度的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn) 熱電偶溫度傳感器動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)研究： 熱電偶溫度傳感器時(shí)間常數(shù)的定義、表示、測(cè)試實(shí)驗(yàn)及分析 -P45-P48 熱電偶溫度傳感器動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)及分析-P49-P51第24頁(yè)/共102頁(yè)第二章：瞬態(tài)表面高溫光電探測(cè)技術(shù)及應(yīng)用 3 3 瞬態(tài)超

16、高溫測(cè)試的外推方法瞬態(tài)超高溫測(cè)試的外推方法 瞬態(tài)超高溫測(cè)試的外推方法的含義瞬態(tài)超高溫測(cè)試的外推方法的含義 外推方法是從測(cè)試物體某一等溫面上的溫度變化規(guī)律出發(fā)，采取一定模式與合適的解法，外推出物體邊界或內(nèi)部其它等溫面上溫度變化規(guī)律的過(guò)程。 若將由邊界條件、初始條件以及傳熱模型確定的物體內(nèi)部溫度變化的物體導(dǎo)熱過(guò)程稱(chēng)為正面解，則由物體內(nèi)部某等溫面溫度變化規(guī)律、初始條件以及外推出邊界值或內(nèi)部其它等溫面上溫度變化的外推過(guò)程的反面解。第25頁(yè)/共102頁(yè)第二章：瞬態(tài)表面高溫光電探測(cè)技術(shù)及應(yīng)用 藍(lán)寶石光纖黑體腔溫度外推測(cè)試方法藍(lán)寶石光纖黑體腔溫度外推測(cè)試方法 假設(shè)假設(shè) 假設(shè)黑體腔導(dǎo)熱過(guò)程是一個(gè)半無(wú)限大物體一

17、維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 建模建模 P53 模型求解：模型求解：最終溫度的表示式 T(x,) x,）+g(x,) 其中g(shù)(x,)不難求得，而 x,）是關(guān)于n的無(wú)窮項(xiàng)的加法運(yùn)算，由于正弦函數(shù)是有界函數(shù)，所以 x,）收斂于某一常數(shù) 值，從而可以選擇合適的N,變?yōu)?x,） 1(nf1(nfNnf1(1(nf第26頁(yè)/共102頁(yè)第二章：瞬態(tài)表面高溫光電探測(cè)技術(shù)及應(yīng)用 外推測(cè)溫實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證外推測(cè)溫實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)方案 -P55第27頁(yè)/共102頁(yè)第二章：瞬態(tài)表面高溫光電探測(cè)技術(shù)及應(yīng)用 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -P56-P56 通過(guò)進(jìn)行外推測(cè)溫實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，利用外推模型進(jìn)行外推計(jì)算，采 用分離法求解，得到的外推結(jié)果溫度最高值

18、出現(xiàn)在49.7ms。溫度 為1127，把外推結(jié)果和紅外測(cè)溫儀測(cè)得的黑體腔表面溫度1174 對(duì)比，可得出在最高溫度上產(chǎn)生誤差為47 ，兩者在變化趨勢(shì)及峰 值處表現(xiàn)出好的一致性。第28頁(yè)/共102頁(yè)第二章：瞬態(tài)表面高溫光電探測(cè)技術(shù)及應(yīng)用 仿真結(jié)果： 仿真是外推模型的反面驗(yàn)證，即黑體腔的傳熱過(guò)程。見(jiàn)下圖。 其總的變化趨勢(shì)基本一致。第29頁(yè)/共102頁(yè)第二章：瞬態(tài)表面高溫光電探測(cè)技術(shù)及應(yīng)用 誤差分析誤差分析 1建模過(guò)程中引入的誤差。 2 分離變量法求解過(guò)程中引入的誤差。 3黑體腔腔口反射率看作常數(shù)1引入誤差。 4其他誤差的引入。包括光纖傳光損耗的影響、光電探測(cè)器零點(diǎn)漂移的影響，環(huán)境溫度的影響，背景噪音

19、及高頻干擾的影響。 利用外推方法可以拓展溫度測(cè)試儀器的測(cè)溫范圍，同時(shí)可以降低對(duì)傳感器性能的要求。第30頁(yè)/共102頁(yè)第三章：甲烷濃度光電測(cè)試技術(shù)及應(yīng)用 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1.1.影響瓦斯爆炸的三個(gè)主要因素。影響瓦斯爆炸的三個(gè)主要因素。 2.2.瓦斯氣體檢測(cè)得七個(gè)基本方法。瓦斯氣體檢測(cè)得七個(gè)基本方法。 3.3.氣體特征光譜吸收原理。氣體特征光譜吸收原理。 4 4 單波長(zhǎng)雙光路和雙波長(zhǎng)單光路差分吸收技術(shù)、諧波檢測(cè)技術(shù)。單波長(zhǎng)雙光路和雙波長(zhǎng)單光路差分吸收技術(shù)、諧波檢測(cè)技術(shù)。第31頁(yè)/共102頁(yè)第三章：甲烷濃度光電測(cè)試技術(shù)及應(yīng)用 5 5差分吸收法和諧波檢測(cè)法的總體方案設(shè)計(jì)；基于光譜吸收原理的甲烷差

20、分吸收法和諧波檢測(cè)法的總體方案設(shè)計(jì)；基于光譜吸收原理的甲烷濃度檢測(cè)系統(tǒng)模塊的構(gòu)成及各模塊的組成、選擇、設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)及測(cè)試結(jié)果。濃度檢測(cè)系統(tǒng)模塊的構(gòu)成及各模塊的組成、選擇、設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)及測(cè)試結(jié)果。 6 6瓦斯?jié)舛扰c溫度無(wú)線(xiàn)光纖光電混合網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)構(gòu)成、無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)瓦斯?jié)舛扰c溫度無(wú)線(xiàn)光纖光電混合網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)構(gòu)成、無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)軟件的設(shè)計(jì)、區(qū)域差分定位算法、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)軟件的設(shè)計(jì)、區(qū)域差分定位算法、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。第32頁(yè)/共102頁(yè)第三章：甲烷濃度光電測(cè)試技術(shù)及應(yīng)用 1影響瓦斯爆炸的三個(gè)主要因素。影響瓦斯爆炸的三個(gè)主要因素。 A 甲烷濃度 B 火源 C 空氣中氧氣的含量 2.2.瓦斯

21、氣體檢測(cè)的七個(gè)基本方法。瓦斯氣體檢測(cè)的七個(gè)基本方法。第33頁(yè)/共102頁(yè)第三章：甲烷濃度光電測(cè)試技術(shù)及應(yīng)用 光干涉測(cè)量法 熱催化測(cè)量法 熱導(dǎo)型測(cè)量法 超聲測(cè)量法 氣敏傳感測(cè)量法 熒光檢測(cè)法 紅外光譜吸收測(cè)量法 3.3.氣體特征光譜吸收原理。氣體特征光譜吸收原理。-P60-P60P62P62第34頁(yè)/共102頁(yè)第三章：甲烷濃度光電測(cè)試技術(shù)及應(yīng)用 4 4 基于光譜吸收原理的檢測(cè)方法基于光譜吸收原理的檢測(cè)方法 直接檢測(cè)甲烷系統(tǒng)中影響靈敏度的主要因素有光源的穩(wěn)定性、 環(huán)境因素、電路元器件的漂移 、光纖傳輸特性的干擾、光路耦合處狀態(tài)的變化 差分吸收法和諧波檢測(cè)法是基于紅外吸收原理的甲烷濃度檢測(cè)方法。 差

22、分吸收技術(shù)差分吸收技術(shù): : 差分吸收技術(shù)分為：?jiǎn)尾ㄩL(zhǎng)雙光路和雙波長(zhǎng)單光路第35頁(yè)/共102頁(yè)第三章：甲烷濃度光電測(cè)試技術(shù)及應(yīng)用 差分吸收技術(shù)差分吸收技術(shù): : 差分吸收技術(shù)分為：?jiǎn)尾ㄩL(zhǎng)雙光路和雙波長(zhǎng)單光路。 單波長(zhǎng)雙光路第36頁(yè)/共102頁(yè)第三章：甲烷濃度光電測(cè)試技術(shù)及應(yīng)用 雙波長(zhǎng)單光路第37頁(yè)/共102頁(yè)第三章：甲烷濃度光電測(cè)試技術(shù)及應(yīng)用 諧波檢測(cè)技術(shù)諧波檢測(cè)技術(shù)-P65-P65P67P67第38頁(yè)/共102頁(yè)第三章：甲烷濃度光電測(cè)試技術(shù)及應(yīng)用 5 5 瓦斯氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)瓦斯氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 差分吸收法總體方案設(shè)計(jì)-P6768 諧波檢測(cè)法總體方案設(shè)計(jì)-P6869 基于光譜吸收原理的甲烷濃

23、度檢測(cè)系統(tǒng)由光源模塊、傳感模塊、光電轉(zhuǎn)換及電路模塊、數(shù)據(jù)信號(hào)采集及處理模塊四部分構(gòu)成。第39頁(yè)/共102頁(yè)第三章：甲烷濃度光電測(cè)試技術(shù)及應(yīng)用 光源模塊：光源模塊： 光源選擇-P69 DFB激光器的模式躍變特性-P69P72 光隔離器、光衰減器及光開(kāi)關(guān)-P72 傳感模塊：傳感模塊： 甲烷氣體吸收模塊的設(shè)計(jì) 氣室防污染材料的選取第40頁(yè)/共102頁(yè)第三章：甲烷濃度光電測(cè)試技術(shù)及應(yīng)用 光電轉(zhuǎn)換及電路模塊：光電轉(zhuǎn)換及電路模塊： 光電探測(cè)器的選擇 前置放大電路的設(shè)計(jì) 濾波電路的設(shè)計(jì) 調(diào)制電路設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)信號(hào)采集及處理模塊：數(shù)據(jù)信號(hào)采集及處理模塊： 基于PCI-2006采集卡的信號(hào)采集 基于LabVIEW的

24、監(jiān)測(cè)界面設(shè)計(jì) 測(cè)試結(jié)果分析測(cè)試結(jié)果分析-P77-P77P80P80第41頁(yè)/共102頁(yè)第三章：甲烷濃度光電測(cè)試技術(shù)及應(yīng)用 6 6 瓦斯?jié)舛扰c溫度無(wú)線(xiàn)光纖光電混合網(wǎng)絡(luò)瓦斯?jié)舛扰c溫度無(wú)線(xiàn)光纖光電混合網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)構(gòu)成-P80-P80P81P81 無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) P81P81 固定節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)P82 移動(dòng)礦帽節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)P83 通道選擇P84第42頁(yè)/共102頁(yè)第三章：甲烷濃度光電測(cè)試技術(shù)及應(yīng)用 節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì) 固定節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計(jì)-P84 礦帽節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)-P85 區(qū)域差分定位算法區(qū)域差分定位算法- -P85P87 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 地面監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案-P

25、87 監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)-P88 試驗(yàn)結(jié)果-P89第43頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用 主要內(nèi)容主要內(nèi)容： 1.1.平面光的全反射特性；消失波的基本概念及其特點(diǎn)；偏振光的基本原理平面光的全反射特性；消失波的基本概念及其特點(diǎn)；偏振光的基本原理和方法。和方法。 2.2.金屬薄膜光學(xué)特性的一般特點(diǎn)，銀膜和金膜在應(yīng)用中的特點(diǎn)；透明基片金屬薄膜光學(xué)特性的一般特點(diǎn)，銀膜和金膜在應(yīng)用中的特點(diǎn)；透明基片上的單層吸收膜的反射特性上的單層吸收膜的反射特性 3.3.等離子體和表面等離子體波的概念；表面等離子體的共振效應(yīng)；表面等等離子體和表面等離子體波的概念；表面等離子體的共振效應(yīng)；表面等離

26、子體波共振的三種解釋。離子體波共振的三種解釋。第44頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用 4 4 棱鏡型棱鏡型SPRSPR傳感器金屬膜的含義和厚度的影響、靈敏度與影響因素；棱傳感器金屬膜的含義和厚度的影響、靈敏度與影響因素；棱鏡折射率和溶液濃度對(duì)鏡折射率和溶液濃度對(duì)SPRSPR傳感器共振角的影響；光強(qiáng)度調(diào)制型傳感器共振角的影響；光強(qiáng)度調(diào)制型SPRSPR傳感傳感器測(cè)量溶液濃度。器測(cè)量溶液濃度。 5 5 保偏光纖的基本原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、精確定位方法；溫度對(duì)保偏光纖的影保偏光纖的基本原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、精確定位方法；溫度對(duì)保偏光纖的影響；棱鏡型保偏光纖響；棱鏡型保偏光纖SPRSP

27、R傳感器。傳感器。 6 6 基于菲涅耳公式測(cè)量溶液濃度的特點(diǎn)、計(jì)算模型的建立、實(shí)驗(yàn)裝置、計(jì)基于菲涅耳公式測(cè)量溶液濃度的特點(diǎn)、計(jì)算模型的建立、實(shí)驗(yàn)裝置、計(jì)算程序算程序。第45頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用 1.1.平面光在界面的全反射特性和偏振光的產(chǎn)生平面光在界面的全反射特性和偏振光的產(chǎn)生 平面光的全反射特性平面光的全反射特性-P91-P91P92P92 消失波的基本概念及其特性消失波的基本概念及其特性-P92-P92P93P93 消失波的重要特性指標(biāo): 相速度 穿透深度 全反射 古斯-漢欣位移 等相面和等幅面第46頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃

28、度測(cè)量中的應(yīng)用 偏振光的基本原理和方法。偏振光的基本原理和方法。-P93-P93P95P95 產(chǎn)生偏振光的棱鏡主要有產(chǎn)生偏振光的棱鏡主要有: : A格蘭-湯普森棱鏡 渥拉斯頓棱鏡 偏振分光棱鏡 偏振分光棱鏡應(yīng)用廣泛主要優(yōu)點(diǎn)有偏振分光棱鏡應(yīng)用廣泛主要優(yōu)點(diǎn)有: : 分光性能好 B價(jià)格低 低損耗 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活 第47頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用 2.2.金屬薄膜的基本特性金屬薄膜的基本特性 光學(xué)特性的一般特點(diǎn)光學(xué)特性的一般特點(diǎn): : 金屬薄膜的特性包括光譜反射特性、吸收特性和偏振特性。 在光學(xué)技術(shù)中，金屬反射器件具有反射率高；與電介質(zhì)相比，有很大的電導(dǎo)率，光照射

29、在金屬上時(shí)，金屬中的自由電子將在光電磁場(chǎng)的作用下受迫振動(dòng)，在一定條件下可激勵(lì)出表面等離子體并產(chǎn)生共振現(xiàn)象；金屬折射率不易確定。 光波在金屬薄膜中的傳播隨著厚度d增加呈指數(shù)衰減，光強(qiáng)度I可以寫(xiě)成： 。）/4exp(0kdII第48頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用 在斜入射時(shí)，金屬薄膜的反射率與入射角之間的關(guān)系較為復(fù)雜，表現(xiàn)為明顯的偏振。 銀膜和金膜在應(yīng)用中的特點(diǎn)銀膜和金膜在應(yīng)用中的特點(diǎn) 銀膜的優(yōu)點(diǎn)是在可見(jiàn)光與紅外波段具有最高的反射率，用做分光薄膜具有良好的中性和很小的偏振差異，缺點(diǎn)是在紫外區(qū)域反射率低，與玻璃附著力較差，機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性不佳，易于氧化和硫化，常用

30、做膠合零件和內(nèi)反射零件，用做外反射膜需要選擇合適的保護(hù)層。第49頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用 金膜的只有在波長(zhǎng)大于800nm的紅外波段才表現(xiàn)出高的反射特性，薄膜自身具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，常用做紅外系統(tǒng)中的外反射鏡，可以不加特別保護(hù)層。缺點(diǎn)是在紫外區(qū)域反射率低，與玻璃附著力不高。 透明基片上的單層吸收膜的反射特性透明基片上的單層吸收膜的反射特性 S偏振波-P96 P偏振波-P96P97第50頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用 3.3.表面等離子體共振傳感器表面等離子體共振傳感器 表面等離子體共振表面等離子體共振(SPR)(SPR)技術(shù)

31、是一種簡(jiǎn)單、直接的傳感技術(shù)，它通過(guò)測(cè)量金屬膜附近介質(zhì)折射率的變化來(lái)研究物質(zhì)的性質(zhì) 等離子體等離子體是由部分電子被剝奪后的原子及原子被電離后產(chǎn)生的正負(fù)電子組成的離子化氣體狀物質(zhì)，它是除固、液、氣外，物質(zhì)存在的第四態(tài)。 表面等離子體波表面等離子體波是一種偏振的P波，它的磁場(chǎng)矢量垂直于SPW的傳播方向，平行于兩種介質(zhì)的分界面，并在兩種介質(zhì)中程指數(shù)快速衰減。第51頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用 表面等離子體的共振效應(yīng)表面等離子體的共振效應(yīng) 表面等離子體的共振效應(yīng)是一種物理光學(xué)現(xiàn)象或光電子現(xiàn)象，它是利用光波在玻璃與金屬薄膜界面處發(fā)生全內(nèi)反射時(shí)的消失波，可以引起金屬表面的自

32、由電子產(chǎn)生表面等離子體。 表面等離子體波共振的三種解釋表面等離子體波共振的三種解釋-P100-P100 A 光柵結(jié)構(gòu)型 B Otto結(jié)構(gòu)型 C Krestschmann結(jié)構(gòu)型第52頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用 4 4 棱鏡型表面等離子體共振傳感器棱鏡型表面等離子體共振傳感器 棱鏡型棱鏡型SPRSPR傳感器金屬膜厚度的影響傳感器金屬膜厚度的影響：對(duì)SPR傳感器性能影響最大的是金屬膜的厚度。第53頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用 研究表明研究表明 : : ； 當(dāng)金屬薄膜厚度70nm時(shí)，激勵(lì) SPR 效果不明顯； 當(dāng)30nm金屬薄膜厚度

33、時(shí)， 復(fù)介電常量的實(shí)部和虛部隨測(cè)量光波長(zhǎng)的變化極大。 當(dāng)金屬薄膜厚度20nm時(shí)，復(fù)介電常量的實(shí)部和虛部均趨于穩(wěn)定。 SPR傳感器金屬膜厚度取值范圍為30nm 50nm; 對(duì)一束測(cè)量光兩次激勵(lì) SPR的高靈敏度光纖傳感器系統(tǒng)來(lái)說(shuō)40nm為最佳。第54頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用 棱鏡折射率對(duì)棱鏡折射率對(duì)SPRSPR傳感器共振角的影響傳感器共振角的影響： 在固定金屬膜厚度和光源波長(zhǎng)的情況下，隨著棱鏡折射率的減小，激勵(lì)SPR的入射光的入射角度相應(yīng)增大。 棱鏡折射率的變化不僅影響共振峰位置（共振角），且影響其半峰寬 。 當(dāng)棱鏡折射率增加時(shí)，共振角明顯減小，半峰寬也明顯

34、變窄。第55頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用 溶液濃度對(duì)溶液濃度對(duì)SPRSPR傳感器共振角的影響：傳感器共振角的影響： 在膜厚度和棱鏡折射率不變的情況下待測(cè)溶液的折射率增大，激勵(lì)SPR的入射光的入射角也相應(yīng)增大。第56頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用 光強(qiáng)度調(diào)制型光強(qiáng)度調(diào)制型SPRSPR傳感器測(cè)量溶液濃度傳感器測(cè)量溶液濃度第57頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用 利用光調(diào)制的方法測(cè)量液體的折射率，其光強(qiáng)的變化量對(duì)應(yīng)于共振角度的改變要更大，因此 靈敏度也就越高。 固定的入射角角度大于但接近于測(cè)量范圍內(nèi)最大濃度

35、 對(duì)應(yīng)的全體反射臨界角時(shí)，測(cè)量靈敏度較高。 通過(guò)選擇適當(dāng)液體介質(zhì)所對(duì)應(yīng)共振角作為系統(tǒng)入射角度，分別檢測(cè)不同介質(zhì)對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)反射率，就能獲得相關(guān)折射率的變化信息第58頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用 棱鏡型棱鏡型SPRSPR傳感器的靈敏度與影響因素：傳感器的靈敏度與影響因素： 靈敏度的定義是直接檢測(cè)參數(shù)的變化量與待定參數(shù)變化量之比。直接檢測(cè)參數(shù)指共振波長(zhǎng)或共振角，待定參數(shù)指折射率、膜厚度、待測(cè)溶液濃度等。 在沒(méi)有考慮棱鏡色散性的情況下，波長(zhǎng)短比波長(zhǎng)為的曲線(xiàn)陡，短波長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)的吸收峰較深，也即靈敏度較高。 對(duì)于測(cè)量共振角SPR傳感器和光強(qiáng)度調(diào)制型SPR傳感器，為了得到

36、較高靈敏度，選用波長(zhǎng)較短的光源作為激勵(lì)光。第59頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用 5 5 保偏光纖及其在棱鏡型保偏光纖及其在棱鏡型SPRSPR傳感器中的應(yīng)用傳感器中的應(yīng)用 保偏光纖保偏光纖又稱(chēng)為高折射光纖，是一種沿光纖長(zhǎng)度上能保持偏振態(tài)（簡(jiǎn)稱(chēng)保偏）穩(wěn)定傳輸?shù)墓饫w，其保偏性能是在纖芯徑向引入幾何非對(duì)稱(chēng)或應(yīng)力而致雙折射所產(chǎn)生的。光纖的差拍長(zhǎng)度越短，光纖對(duì)偏振的不規(guī)律性效應(yīng)就越具有彈性，光纖對(duì)線(xiàn)性偏振光的偏振保持能力就越強(qiáng)。第60頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用 保偏光纖的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：保偏光纖的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 描述保偏光纖的特性可以用拍長(zhǎng)和保偏參

37、數(shù)H來(lái)描述，假設(shè)用PX和Py分別表示 模和 模的功率，由光纖模式耦合理論可以給出兩個(gè)模的功率交叉耦合計(jì)算公式，即： xHE11xHE112hle121yxxppP第61頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用 式中：式中：l l為光纖長(zhǎng)度，根據(jù)上式可以看出：光纖越長(zhǎng)，交叉功率越大，為了保持偏振狀為光纖長(zhǎng)度，根據(jù)上式可以看出：光纖越長(zhǎng)，交叉功率越大，為了保持偏振狀態(tài)，態(tài)，PyPy應(yīng)接近零，也就是說(shuō)應(yīng)接近零，也就是說(shuō)h h應(yīng)很小，高質(zhì)量保偏光纖的保偏參數(shù)一般為（應(yīng)很小，高質(zhì)量保偏光纖的保偏參數(shù)一般為（5 52 2）1010-6-6m m-1-1。第62頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱

38、鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用 保偏光纖的精確定位方法：保偏光纖的精確定位方法： 光的偏振特性直接影響著光纖通訊系統(tǒng)的質(zhì)量和光纖傳感系統(tǒng)的精度。系統(tǒng)偏振態(tài)要求越高所允許的保偏光纖方位角誤差就越小。 根據(jù)通光和觀測(cè)方向，精確確定保偏光纖方位角的方法可大致分為兩類(lèi)：縱向與橫向。 縱向方法有利用光彈效應(yīng)法、直接測(cè)消光比法和白光干涉法等，前兩種方法的測(cè)量精度不高，存在二次對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題，第三種方法的測(cè)量精度可達(dá)0.083。第63頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用 橫向方法有利用結(jié)構(gòu)線(xiàn)度差和透鏡效應(yīng)兩種方法，前一種方法簡(jiǎn)便易行，但只適用于橢圓包層型光纖且測(cè)量精度較差，后一種

39、方法具有較高的定位精度，適合各類(lèi)光纖，最具有應(yīng)用價(jià)值。 溫度對(duì)保偏光纖的影響溫度對(duì)保偏光纖的影響 當(dāng)認(rèn)為光彈系數(shù)為常數(shù)時(shí)，保偏光纖的雙折射特性與溫度具有一定的線(xiàn)形關(guān)系。第64頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用第65頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用 棱鏡型保偏光纖棱鏡型保偏光纖SPRSPR傳感器：傳感器：第66頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用 保偏光纖在棱鏡型表面等離子體共振傳感器的應(yīng)用：當(dāng)一束光斜入射到介質(zhì)界面時(shí)，入射光矢量分解成平行于入射面振動(dòng)的P波和垂直于入射面振動(dòng)的S波，P波可以形成局限于界面的表面等

40、離子體，因此產(chǎn)生SPR需要使入射光波經(jīng)過(guò)起偏器產(chǎn)生P波，而且需要在光路中有效地利用P波。 結(jié)合棱鏡全反射和保偏光纖準(zhǔn)直器特性，即：從激光器出來(lái)的光經(jīng)起偏器產(chǎn)生P波，P波被耦合到保偏光纖準(zhǔn)直器中，從一邊垂直進(jìn)入克萊切曼結(jié)構(gòu)棱鏡到達(dá)其底部，并在此處發(fā)生全反射，入射光在金屬薄膜和待測(cè)介質(zhì)的界面第一次激勵(lì)SPR，第67頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用 反射光經(jīng)過(guò)全反射棱鏡系統(tǒng)兩次全反射后，再一次從另一邊垂直進(jìn)入克萊切曼結(jié)構(gòu)棱鏡到達(dá)其底部，并在此處發(fā)生全反射，反射光在金屬薄膜和待測(cè)介質(zhì)的界面第二次激勵(lì)SPR，反射光經(jīng)過(guò)光纖準(zhǔn)直器耦合到達(dá)光探測(cè)器。 根據(jù)下面公式和實(shí)驗(yàn)可知，如

41、果入射光為P波，經(jīng)過(guò)全反射棱鏡系統(tǒng)兩次全反射后反射光不會(huì)變?yōu)镾波。第68頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用122121sinsincosarctan2nrprs這就是一束測(cè)量光兩次激勵(lì)SPR的高靈敏度光纖傳感方法。第69頁(yè)/共102頁(yè)第四章：棱鏡反射光技術(shù)及其在溶液濃度測(cè)量中的應(yīng)用 6 6 基于菲涅耳公式測(cè)量溶液濃度的簡(jiǎn)單模型基于菲涅耳公式測(cè)量溶液濃度的簡(jiǎn)單模型 基于菲涅耳公式測(cè)量溶液濃度的特點(diǎn)- P112 基于菲涅耳公式測(cè)量溶液濃度計(jì)算模型的建立方法- P112 P115 基于菲涅耳公式測(cè)量溶液濃度計(jì)算模型的實(shí)驗(yàn)裝置- P115P117 基于菲涅耳公式測(cè)量溶液濃度

42、計(jì)算程序。 -P117 第70頁(yè)/共102頁(yè)第五章：人眼視光學(xué)特性光電信息技術(shù)及應(yīng)用 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1.1.人眼屈光系統(tǒng)。人眼屈光系統(tǒng)。 2.2.插片法、主覺(jué)式和客觀式光電驗(yàn)光儀器等屈光度測(cè)試方法插片法、主覺(jué)式和客觀式光電驗(yàn)光儀器等屈光度測(cè)試方法 3 3 客觀式全自動(dòng)光電驗(yàn)光原理、屈光度測(cè)量系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)、眼底圖像處客觀式全自動(dòng)光電驗(yàn)光原理、屈光度測(cè)量系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)、眼底圖像處理得計(jì)算方法；驗(yàn)光儀電子測(cè)量系統(tǒng)的電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、眼底圖像采集電路理得計(jì)算方法；驗(yàn)光儀電子測(cè)量系統(tǒng)的電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、眼底圖像采集電路設(shè)計(jì)；光學(xué)拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)細(xì)分控制原理、數(shù)字脈寬調(diào)制細(xì)分控制方法、設(shè)計(jì)；光學(xué)拖動(dòng)步進(jìn)

43、電機(jī)驅(qū)動(dòng)細(xì)分控制原理、數(shù)字脈寬調(diào)制細(xì)分控制方法、硬件驅(qū)動(dòng)原理。硬件驅(qū)動(dòng)原理。第71頁(yè)/共102頁(yè)第五章：人眼視光學(xué)特性光電信息技術(shù)及應(yīng)用 4 4 人眼角膜屈率圖像的亞像素測(cè)量技術(shù)的光學(xué)測(cè)量原理；角膜圖像處理中人眼角膜屈率圖像的亞像素測(cè)量技術(shù)的光學(xué)測(cè)量原理；角膜圖像處理中直方圖選取圖像閾值、角膜圖像的膨脹腐蝕處理；插值圓環(huán)（或橢圓環(huán)）直方圖選取圖像閾值、角膜圖像的膨脹腐蝕處理；插值圓環(huán)（或橢圓環(huán)）質(zhì)心計(jì)算方法、插值法計(jì)算角膜屈光率半徑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。質(zhì)心計(jì)算方法、插值法計(jì)算角膜屈光率半徑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。第72頁(yè)/共102頁(yè)第五章：人眼視光學(xué)特性光電信息技術(shù)及應(yīng)用 1.1.人眼屈光系統(tǒng)人眼屈光系統(tǒng)

44、 眼的屈光系統(tǒng)可視為一套復(fù)雜的組合透鏡，光線(xiàn)到達(dá)眼底(視網(wǎng)膜)必須經(jīng)過(guò)一系列屈光中間的透鏡物質(zhì)，包括3個(gè)屈光面及3個(gè)屈光介質(zhì)。 非正視眼（屈光不正）包括近視眼、遠(yuǎn)視眼、散光眼三大類(lèi)。 2.2.幾種屈光度測(cè)試方法幾種屈光度測(cè)試方法 對(duì)屈光檢查、判定視力功能的方法稱(chēng)驗(yàn)光。驗(yàn)光的方法分為兩大類(lèi)：一類(lèi)稱(chēng)主觀法（或叫主覺(jué)法），另一類(lèi)稱(chēng)客觀法（或叫它覺(jué)法）。第73頁(yè)/共102頁(yè)第五章：人眼視光學(xué)特性光電信息技術(shù)及應(yīng)用 插片法插片法 1）最小視角 最小視角原理是主覺(jué)式驗(yàn)光儀光的基本原理 2）視標(biāo)參數(shù)第74頁(yè)/共102頁(yè)第五章：人眼視光學(xué)特性光電信息技術(shù)及應(yīng)用 光電驗(yàn)光儀器：光電驗(yàn)光儀器： 主覺(jué)式驗(yàn)光儀器-P

45、122 客觀式驗(yàn)光儀?- P122P123第75頁(yè)/共102頁(yè)第五章：人眼視光學(xué)特性光電信息技術(shù)及應(yīng)用 3 3 客觀式全自動(dòng)光電驗(yàn)光原理及驗(yàn)光儀客觀式全自動(dòng)光電驗(yàn)光原理及驗(yàn)光儀 客觀式全自動(dòng)光電驗(yàn)光儀-P123 屈光度測(cè)量系統(tǒng)-P124 監(jiān)視系統(tǒng)-P125 眼底圖像處理得計(jì)算方法-P125 驗(yàn)光儀電子測(cè)量系統(tǒng)的電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-P126P128 驗(yàn)光儀電子測(cè)量系統(tǒng)的眼底圖像采集電路設(shè)計(jì)-P128P134 光學(xué)拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)細(xì)分控制原理-P134、數(shù)字脈寬調(diào)制細(xì)分控制方法- P136 P138 硬件驅(qū)動(dòng)原理-P138 第76頁(yè)/共102頁(yè)第五章：人眼視光學(xué)特性光電信息技術(shù)及應(yīng)用 4 4 人眼角膜屈

46、率圖像的亞像素測(cè)量技術(shù)人眼角膜屈率圖像的亞像素測(cè)量技術(shù) 光學(xué)測(cè)量原理-P139 角膜圖像處理-P139141 直方圖選取圖像閾值第77頁(yè)/共102頁(yè)第五章：人眼視光學(xué)特性光電信息技術(shù)及應(yīng)用 角膜圖像的膨脹腐蝕處理-P141 插值圓環(huán)（或橢圓環(huán)）質(zhì)心計(jì)算方法- P141P142 插值法計(jì)算角膜屈光率半徑- P143 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析-P143 第78頁(yè)/共102頁(yè)第六章：激光光幕技術(shù)及應(yīng)用 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1.1.光幕形成及其參數(shù)。光幕形成及其參數(shù)。 2.2.激光光幕光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中基模高斯光束、高斯光束波面曲率半徑激光光幕光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中基模高斯光束、高斯光束波面曲率半徑R R（z z）、相位因

47、子和）、相位因子和q q參數(shù)表征；高斯光束通過(guò)光學(xué)成像系統(tǒng)的變換、激光參數(shù)表征；高斯光束通過(guò)光學(xué)成像系統(tǒng)的變換、激光準(zhǔn)直擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。準(zhǔn)直擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 3 3半導(dǎo)體激光器的原理、溫度特性及半導(dǎo)體激光器的原理、溫度特性及ATCATC實(shí)現(xiàn)；準(zhǔn)直系統(tǒng)設(shè)計(jì)；光強(qiáng)高斯實(shí)現(xiàn)；準(zhǔn)直系統(tǒng)設(shè)計(jì)；光強(qiáng)高斯分布型激光光幕柱透鏡擴(kuò)束及半導(dǎo)體激光光幕組件；鮑威爾透鏡形成的光分布型激光光幕柱透鏡擴(kuò)束及半導(dǎo)體激光光幕組件；鮑威爾透鏡形成的光強(qiáng)均布型激光光幕和鮑威爾透鏡特性的光束光學(xué)解釋。強(qiáng)均布型激光光幕和鮑威爾透鏡特性的光束光學(xué)解釋。第79頁(yè)/共102頁(yè)第六章：激光光幕技術(shù)及應(yīng)用 4 4 橢圓柱面反射鏡、玻璃圓弧

48、柱面反射鏡光學(xué)系統(tǒng)；橢圓柱面反射鏡、玻璃圓弧柱面反射鏡光學(xué)系統(tǒng)；PINPIN光電二極管原理、光電二極管原理、主要特性和常用光電轉(zhuǎn)換前置放大電路；激光光幕測(cè)速系統(tǒng)；濾光片法、主要特性和常用光電轉(zhuǎn)換前置放大電路；激光光幕測(cè)速系統(tǒng)；濾光片法、對(duì)管差分補(bǔ)償法激光光幕光電系統(tǒng)光干擾抑制技術(shù)。對(duì)管差分補(bǔ)償法激光光幕光電系統(tǒng)光干擾抑制技術(shù)。 5 5 天幕的形成和天幕測(cè)速系統(tǒng)天幕的形成和天幕測(cè)速系統(tǒng)第80頁(yè)/共102頁(yè)第六章：激光光幕技術(shù)及應(yīng)用 1.1.光幕形成及其參數(shù)光幕形成及其參數(shù) 激光器出射的激光，經(jīng)準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)、一維擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)，形成扇形光幕。 描述激光光幕性能的參數(shù)有：輸出波長(zhǎng)、出瞳孔徑、出瞳功率、

49、扇面角 、激光光幕線(xiàn)寬、光束彎曲度、工作溫度、存儲(chǔ)溫度 、使用壽命等第81頁(yè)/共102頁(yè)第六章：激光光幕技術(shù)及應(yīng)用 2.2.激光光幕光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)激光光幕光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 高斯光束的傳播： 基模高斯光束-P147 高斯光束波面曲率半徑 R（z）-P147 高斯光束的相位因子- P148 高斯光束 q 參數(shù)表征 - P148第82頁(yè)/共102頁(yè)第六章：激光光幕技術(shù)及應(yīng)用 用 (z）和R(z）來(lái)描述高斯光束比較直觀；用復(fù)數(shù)參數(shù)來(lái)研究高斯光束的傳播規(guī)律，特別是高斯光束穿過(guò)光學(xué)系統(tǒng)的傳播更方便。 高斯光束準(zhǔn)直擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)高斯光束準(zhǔn)直擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 高斯光束通過(guò)光學(xué)成像系統(tǒng)的變換-P148 激光準(zhǔn)直擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-P149 1達(dá)到極大值， 遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角0達(dá)到極小值，是理想的準(zhǔn)直接擴(kuò)束條件。 第83頁(yè)/共102頁(yè)第六章：激光光幕技術(shù)及應(yīng)用 3 3激光光幕形成技術(shù)激光光幕形成技術(shù) 光源： 半導(dǎo)體激光器的原理- P150 半導(dǎo)體激光器溫度特性及ATC實(shí)現(xiàn)-P150P152第84頁(yè)/共102頁(yè)第六章：激