第4章 光電信息技術(shù)1

1、上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換1第四章 光電信息技術(shù)應(yīng)用 第四章 光電信息技術(shù)應(yīng)用 4.1 光電檢測 4.2. 光電控制 4.3光纖通信 4.4 光纖傳感器4.5 光電信息技術(shù)其它應(yīng)用 上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換2 4.1 光電檢測 4.1.1 光電檢測基本方法光電檢測基本方法4.1.2 幾何量檢測幾何量檢測4.1.3 機械量檢測機械量檢測4.1.4 溫度檢測溫度檢測4.1.5 機器人視覺系統(tǒng)機器人視覺系統(tǒng)上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換34.1.1 光電

2、檢測基本方法4.1.1 光電檢測基本方法光電檢測基本方法 光電傳感器由光源、光學(xué)系統(tǒng)和光電信息光電傳感器由光源、光學(xué)系統(tǒng)和光電信息轉(zhuǎn)換器件三部分組成。光電傳感器可以分為以轉(zhuǎn)換器件三部分組成。光電傳感器可以分為以下三種：下三種： 1、 直射型直射型 2、 反射型反射型 3、 輻射型輻射型 根據(jù)檢測原理光電檢測的基本方法有直接根據(jù)檢測原理光電檢測的基本方法有直接作用法、差動法、補償法和脈沖法等作用法、差動法、補償法和脈沖法等 上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換4 4.1.1 光電檢測基本方法上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光

3、電信息轉(zhuǎn)換5 4.1.1 光電檢測基本方法上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換6 1調(diào)整：調(diào)整： 放入標準工件的尺寸，調(diào)整光楔，使放入標準工件的尺寸，調(diào)整光楔，使12，使，使A表讀數(shù)為表讀數(shù)為“0”， 2測量：測量： 當(dāng)工件尺寸無誤差時，使當(dāng)工件尺寸無誤差時，使12，光電傳感器輸，光電傳感器輸出出U無交變分量，見圖無交變分量，見圖4.1.13； 當(dāng)工件尺寸變小時，當(dāng)工件尺寸變小時，12，光電傳感器輸出，光電傳感器輸出U有交變分量，幅值取決于有交變分量，幅值取決于1與與2之差，之差，US(1-2)=S。 4.1.1 光電檢測基本方法上一張上一張章首章首下一

4、張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換7 當(dāng)工件尺寸變大時，12，光電傳感器輸出U有交變分量，幅值取決于1與2之差，US(1-2)=S。4.1.1 光電檢測基本方法上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換83結(jié)論：結(jié)論： 1測量值的大小決定于測量值的大小決定于u的幅值，測量值的正負決的幅值，測量值的正負決定于定于u的相位，可通過相敏檢波器得到。的相位，可通過相敏檢波器得到。 2雙光路測量可以消除雜散光、光源波動、溫度變雙光路測量可以消除雜散光、光源波動、溫度變化和電源電壓波動帶來的測量誤差，測量精度和靈敏化和電源電壓波動帶來的測量誤差，測量精度

5、和靈敏度大大提高。度大大提高。4相敏檢波器相敏檢波器(PSD)理論理論4.1.1 光電檢測基本方法上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換9 用光或電的方法補償由被測量變化而引起的光通用光或電的方法補償由被測量變化而引起的光通量變化量變化,補償器的可動元件聯(lián)接讀數(shù)裝置指示出補償量補償器的可動元件聯(lián)接讀數(shù)裝置指示出補償量值值,補償值的大小反映了被測量變化的大小補償值的大小反映了被測量變化的大小. 受被測量控制的光通量轉(zhuǎn)換成電脈沖，其參數(shù)受被測量控制的光通量轉(zhuǎn)換成電脈沖，其參數(shù)（脈寬、相位、頻率、脈沖數(shù)量等）反映了被測量的（脈寬、相位、頻率、脈沖數(shù)量等）反映了被

6、測量的大小。大小。 1 脈寬法測長脈寬法測長4.1.1 光電檢測基本方法上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換10 圖圖4.1.18給出了脈寬法測長的原理。被測物給出了脈寬法測長的原理。被測物L(fēng)在傳送帶上以速度在傳送帶上以速度v前進，光電傳感器將物體的長度前進，光電傳感器將物體的長度L轉(zhuǎn)換成脈寬來開啟門電路，計數(shù)器將計下與脈寬對應(yīng)轉(zhuǎn)換成脈寬來開啟門電路，計數(shù)器將計下與脈寬對應(yīng)的高頻脈沖數(shù)的高頻脈沖數(shù)N，則，則 LvtvkNKN 2 相位法測距相位法測距 4.1.1 光電檢測基本方法上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換

7、11 3 頻率法測速頻率法測速 圖圖4.1.110是測速的原理框圖。是測速的原理框圖。 設(shè)設(shè)m為發(fā)射片數(shù)，為發(fā)射片數(shù)，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，則為每分鐘轉(zhuǎn)速，則f=nm/60=N/t n=60N /（mt） 只要控制在一定的時間只要控制在一定的時間t內(nèi)計數(shù)內(nèi)計數(shù)N，就可計算得到，就可計算得到輪子的轉(zhuǎn)速。輪子的轉(zhuǎn)速。 4.1.1 光電檢測基本方法上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換124.1.2 幾何量檢測4.1.2 幾何量檢測幾何量檢測 一光電測距一光電測距 1脈沖激光測距脈沖激光測距 脈沖激光測距利用了激光的發(fā)散角小，能量空間脈沖激光測距利用了激光的發(fā)散角小，

8、能量空間相對集中的優(yōu)點。同時還利用了激光脈沖持續(xù)時間極相對集中的優(yōu)點。同時還利用了激光脈沖持續(xù)時間極短，能量在時間上相對集中的特點。因此瞬時功率很短，能量在時間上相對集中的特點。因此瞬時功率很大，大，般可達兆瓦級。由于上述兩點，脈沖激光測距般可達兆瓦級。由于上述兩點，脈沖激光測距在有反射器的情況下在有反射器的情況下(見圖見圖4.1.22，在，在2處裝有反射處裝有反射器器)，可以達到極遠的測程；進行近距離，可以達到極遠的測程；進行近距離(幾公里幾公里)測量測量時時，如果測量精度要求不高，那末不必使用反射器，如果測量精度要求不高，那末不必使用反射器，上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首

9、目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換134.1.2 幾何量檢測 利用被測目標對脈沖激光的反射取得反射信號，也可利用被測目標對脈沖激光的反射取得反射信號，也可以進行測距。以進行測距。 上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換14 在在1處產(chǎn)生的激光，經(jīng)過待測的路程射向處產(chǎn)生的激光，經(jīng)過待測的路程射向2處。在處。在2處裝有向處裝有向1處反射的裝置，處反射的裝置，1處至處至2處間的距離處間的距離D是待是待測的。如果在測的。如果在1處有一種裝置，它能夠測出脈沖激光從處有一種裝置，它能夠測出脈沖激光從1處到達處到達2處再返回處再返回1處所需要的時間處所需要的時間t，則，則 D

10、=ct/2 式中式中 c 為光的傳播速度。為光的傳播速度。 4.1.2 幾何量檢測脈沖激光測距的工作原理見圖脈沖激光測距的工作原理見圖4.1.21。上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換15 它由脈沖激光發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、控制電路、它由脈沖激光發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、控制電路、時鐘脈沖振蕩器以及計數(shù)顯示電路等組成時鐘脈沖振蕩器以及計數(shù)顯示電路等組成. 4.1.2 幾何量檢測脈沖激光測距的方框圖見圖脈沖激光測距的方框圖見圖4.1.22。 上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換16 由光電器件由光電器件5得到的電脈沖，經(jīng)放大

11、器得到的電脈沖，經(jīng)放大器7以后，輸出一以后，輸出一定形狀的負脈沖至控制電路定形狀的負脈沖至控制電路8。由參考信號產(chǎn)生的負脈。由參考信號產(chǎn)生的負脈沖沖A(圖圖4.1.23(d)經(jīng)控制電路經(jīng)控制電路8去打開電子門去打開電子門12。這時振蕩頻率一定的時鐘振蕩器這時振蕩頻率一定的時鐘振蕩器11產(chǎn)生的時鐘脈沖，產(chǎn)生的時鐘脈沖，可以通過電子門可以通過電子門12進入計數(shù)顯示電路進入計數(shù)顯示電路13，計時開始。，計時開始。4.1.2 幾何量檢測上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換17 當(dāng)反射回來經(jīng)整形后的測距信號當(dāng)反射回來經(jīng)整形后的測距信號B到來時，關(guān)閉電子到來時，關(guān)閉

12、電子門門12，計時停止。計數(shù)和顯示的脈沖數(shù)如圖，計時停止。計數(shù)和顯示的脈沖數(shù)如圖4.1.23(g)所示。從計時開始到計時停止的時間正比于參考所示。從計時開始到計時停止的時間正比于參考信號與測距信號之間的時間。信號與測距信號之間的時間。2相位測距法相位測距法 測距用的調(diào)制光波形如圖測距用的調(diào)制光波形如圖4.1.25所示，若其調(diào)所示，若其調(diào)制頻率為制頻率為f，光速為，光速為c，則波長，則波長可由下式求出可由下式求出 =c/f4.1.2 幾何量檢測上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換18 如果設(shè)光波從如果設(shè)光波從A到到B點的傳播過程中相位變化點的傳播過程中相位

13、變化(又又稱為相位移稱為相位移)為為，則由圖，則由圖4.1.26看出，看出，可由可由2的的倍數(shù)來表示：倍數(shù)來表示：M2十十=(M十十m)2 式中式中 M零或正整數(shù)；零或正整數(shù)； m是個小數(shù)，是個小數(shù)， m/24.1.2 幾何量檢測上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換19 從圖從圖4.1.25可看出，光波每前進一個波長可看出，光波每前進一個波長，相，相當(dāng)于相位變化了當(dāng)于相位變化了2，因此距離，因此距離D可表示如下：可表示如下： D(M十十m) 由上分析可知，如果測得光波相位移由上分析可知，如果測得光波相位移中中2的整的整數(shù)和小數(shù)，就可以確定出被測距離值，所

14、以調(diào)制光波數(shù)和小數(shù)，就可以確定出被測距離值，所以調(diào)制光波可以被認為是一把可以被認為是一把“光尺光尺”，其波長，其波長就是相位式激光就是相位式激光測距儀的測距儀的“測尺測尺”長度。長度。 圖圖4.1.26說明了光波在距離說明了光波在距離D上往返后的相位上往返后的相位變化。變化。 為了便于理解，假設(shè)測距儀的接收系統(tǒng)置于為了便于理解，假設(shè)測距儀的接收系統(tǒng)置于A(實實際上測距儀的發(fā)射和接收系統(tǒng)都是在際上測距儀的發(fā)射和接收系統(tǒng)都是在A點點)，4.1.2 幾何量檢測上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換20并且并且AB=BA,AA=2D。則。則 2D=(N+n) 或或

15、 D=(N+n)/2=Ls(N+n)式中式中 N零或正整數(shù)，為波長零或正整數(shù)，為波長或相位或相位2的倍數(shù)；的倍數(shù)； n-是個小數(shù)是個小數(shù), n/2； L稱它為測尺長度，稱它為測尺長度，Ls /2 當(dāng)距離當(dāng)距離D大于測尺長度大于測尺長度L時，僅用一把時，僅用一把“光尺光尺”是無法測定距離的。但當(dāng)距離是無法測定距離的。但當(dāng)距離D小于測尺長度小于測尺長度L，即，即N等于零時，式上變?yōu)榈扔诹銜r，式上變?yōu)?DLsn Ls/24.1.2 幾何量檢測上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換21 以上分析說明，用一組測尺共同對距離以上分析說明，用一組測尺共同對距離D進行測進

16、行測量就可以解決距離的多值解，其實質(zhì)是解決了測距儀量就可以解決距離的多值解，其實質(zhì)是解決了測距儀高精度和長測程的矛盾。在這組測尺中，最短的測尺高精度和長測程的矛盾。在這組測尺中，最短的測尺保證了必要的測距精度，而較長的測尺則保證了儀器保證了必要的測距精度，而較長的測尺則保證了儀器所必要的測程。所必要的測程。 1.大直徑的測量大直徑的測量 圖圖4.1.27示出雙光路測徑裝置的原理圖。示出雙光路測徑裝置的原理圖。 4.1.2 幾何量檢測上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換224.1.2 幾何量檢測上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章

17、 光電信息轉(zhuǎn)換23 下面按標準直徑為下面按標準直徑為D0、大、大于或小于于或小于D0三種情況討論。三種情況討論。（a）被測件）被測件12為標準直徑為標準直徑D0 (b) 被測件的直徑小于被測件的直徑小于D0。 (c) 被測件的直徑大于被測件的直徑大于D0 4.1.2 幾何量檢測上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換24 2. 小直徑的測量小直徑的測量 如圖如圖4.1.2-9(a)所示所示,當(dāng)用激光器當(dāng)用激光器1或平行光照或平行光照射細絲射細絲2時，在其后面相時，在其后面相距較遠的屏幕距較遠的屏幕3上便能獲上便能獲得夫瑯和費衍射圖像，得夫瑯和費衍射圖像，o點

18、最亮，被測細絲點最亮，被測細絲2的直的直徑徑d可按下式計算：可按下式計算： dL/s 圖圖4.1.2-9(b)示出測示出測量細絲直徑的原理圖。量細絲直徑的原理圖。 4.1.2 幾何量檢測上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換25 激光光波比長儀實質(zhì)上就是一個以激光器作光源激光光波比長儀實質(zhì)上就是一個以激光器作光源的干涉儀，其簡化結(jié)構(gòu)如圖的干涉儀，其簡化結(jié)構(gòu)如圖4.1.210，光源，光源1是一臺是一臺單模穩(wěn)頻的氦單模穩(wěn)頻的氦氖氣體激光器，它發(fā)出的激光到達干氖氣體激光器，它發(fā)出的激光到達干涉儀中的半透半反鏡涉儀中的半透半反鏡M后，被分成兩光束后，被分成兩光束A

19、和和B。這兩。這兩束光分別經(jīng)全反射鏡束光分別經(jīng)全反射鏡MA和和MB反射后，匯合到光電倍增反射后，匯合到光電倍增管管3上。這兩束光所走過的光程上。這兩束光所走過的光程(路程路程)是不同的，因此是不同的，因此產(chǎn)生干涉若把反射鏡產(chǎn)生干涉若把反射鏡MA固定，則光束固定，則光束A的光程不變。的光程不變。鏡鏡MB固定在可移動的平臺固定在可移動的平臺8上，它與待測物體上，它與待測物體7一起移一起移動，這樣就改變了光束動，這樣就改變了光束B的光程。當(dāng)平臺移動半個波的光程。當(dāng)平臺移動半個波長長(2)時，光束時，光束B往返的光程改變了往返的光程改變了1，于涉，于涉4.1.2 幾何量檢測上一張上一張章首章首下一張下

20、一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換26 條紋變化一周期。平臺連續(xù)移動，干涉條紋將明暗交條紋變化一周期。平臺連續(xù)移動，干涉條紋將明暗交替變化，這種明暗變化被光電倍增管替變化，這種明暗變化被光電倍增管3所接收，并轉(zhuǎn)換所接收，并轉(zhuǎn)換為電量的變化，再經(jīng)過計數(shù)電路為電量的變化，再經(jīng)過計數(shù)電路4，將干涉條紋的變化，將干涉條紋的變化數(shù)記錄下來。這時待測物體的長度可按下式計算而得數(shù)記錄下來。這時待測物體的長度可按下式計算而得 lN/2 式中式中 l待測物體的長度；待測物體的長度； 光的波長；光的波長； N 計數(shù)器測得的脈沖數(shù)。計數(shù)器測得的脈沖數(shù)。 4.1.2 幾何量檢測上一張上一張章首章首下一張

21、下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換274.1.3 機械量檢測4.1.3 機械量檢測機械量檢測 1多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng) 光電測速利用多普勒效應(yīng)的原理。聲波的多普勒光電測速利用多普勒效應(yīng)的原理。聲波的多普勒效應(yīng)是人們所熟悉的?；疖國Q笛通過，開來時聲音尖效應(yīng)是人們所熟悉的。火車鳴笛通過，開來時聲音尖叫，離去時聲音低沉，這就是聲波的叫，離去時聲音低沉，這就是聲波的。光波也有類似的現(xiàn)象，當(dāng)光源和光接收器之間存在相光波也有類似的現(xiàn)象，當(dāng)光源和光接收器之間存在相對運動時，光接收器接收到的就不是光源發(fā)出的頻率對運動時，光接收器接收到的就不是光源發(fā)出的頻率。上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)

22、束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換28n 以以V表示光源表示光源S對于觀察者對于觀察者P的相對運動速度，以的相對運動速度，以a表示相對速度方向和光速進行方向表示相對速度方向和光速進行方向(即光源到觀察者即光源到觀察者的方向的方向)的夾角的夾角(圖圖4.1.31)。由于多普勒效應(yīng)，觀察。由于多普勒效應(yīng)，觀察者者P接收到的光波頻率接收到的光波頻率f可表示為可表示為: 式中式中 f0光源發(fā)出的原頻率，光源發(fā)出的原頻率， cc0/n是光在介質(zhì)中的光速，其中是光在介質(zhì)中的光速，其中c0是真空是真空中的光速，中的光速，n是介質(zhì)的折射率。是介質(zhì)的折射率。 多普勒頻移多普勒頻移f 為為 4.1.3 機械量

23、檢測上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換292利用多普勒效應(yīng)測利用多普勒效應(yīng)測量固體的運動速度量固體的運動速度 使用激光測速使用激光測速儀可以測量板、線、儀可以測量板、線、管材等的速度。原管材等的速度。原理見圖理見圖4.1.32。 可得在可得在P點接收的光頻為：點接收的光頻為： 4.1.3 機械量檢測上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換30多普勒頻移多普勒頻移f為：為：上式整理后可得物體的運動速度上式整理后可得物體的運動速度 式中式中 0 =c/f 0 。由上式可知，如果激光波長。由上式可知，如果激光波長0已知，光

24、已知，光電接受方向選定后，只要測出頻差電接受方向選定后，只要測出頻差f，即可得到物體的，即可得到物體的運動速度。運動速度。4.1.3 機械量檢測上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換31 1. 光電測振的原理光電測振的原理 圖圖4.1.34 (a)示出測量旋轉(zhuǎn)體或旋示出測量旋轉(zhuǎn)體或旋轉(zhuǎn)軸振動的原理。轉(zhuǎn)軸振動的原理。 當(dāng)旋轉(zhuǎn)體振動時使當(dāng)旋轉(zhuǎn)體振動時使一個光電器件上的電流一個光電器件上的電流增大，另一個光電器件增大，另一個光電器件上的電流減小，其原理上的電流減小，其原理示于圖示于圖4.1.34 (b)。 4.1.3 機械量檢測上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)

25、束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換322. 用用PSD測量旋轉(zhuǎn)軸的振動測量旋轉(zhuǎn)軸的振動 用用PSD測量旋轉(zhuǎn)軸振動的原理示意圖如圖測量旋轉(zhuǎn)軸振動的原理示意圖如圖4.1.35。 4.1.3 機械量檢測上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換334.1.4 溫度檢測4.1.4 溫度檢測溫度檢測 根據(jù)斯蒂芬波茲曼定律。物體在單位時間內(nèi)單根據(jù)斯蒂芬波茲曼定律。物體在單位時間內(nèi)單位面積上，波長從位面積上，波長從0 所輻射的總能量為所輻射的總能量為 ET4 式中，式中， 為黑體系數(shù)，對應(yīng)黑體為黑體系數(shù)，對應(yīng)黑體 1，其它物體，其它物體 1， 為常數(shù)，數(shù)值等于為常數(shù)

26、，數(shù)值等于5.6686 1010-12 -12 w w cmcm-2-2 k k-4-4。 因此，只要測出部分輻射能量因此，只要測出部分輻射能量EE，就可得到物體，就可得到物體的溫度的溫度T T。 上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換34溫度直接測量法的原理框圖如圖溫度直接測量法的原理框圖如圖4.1.44.1.41 1所示。所示。 1 1 原理原理 采用光電信息轉(zhuǎn)換器件對部分輻射進行敏感測量，采用光電信息轉(zhuǎn)換器件對部分輻射進行敏感測量，采用補償法。采用補償法。 4.1.4 溫度檢測上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)

27、換35 2. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)框圖如圖結(jié)構(gòu)框圖如圖4.1.44.1.42 2所示。圖中，由熱體輻射的能所示。圖中，由熱體輻射的能量，經(jīng)透鏡聚焦后照射在調(diào)制盤上，量，經(jīng)透鏡聚焦后照射在調(diào)制盤上， 4.1.4 溫度檢測上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換36n調(diào)制盤結(jié)構(gòu)如圖調(diào)制盤結(jié)構(gòu)如圖4.1.44.1.43 3所示，所示，1為熱體輻射的光為熱體輻射的光通量，通量，2是參考光通量，調(diào)整可變電阻是參考光通量，調(diào)整可變電阻R R可改變可改變2的的光通量。光通量。n由調(diào)制盤的結(jié)構(gòu)可知，由調(diào)制盤的結(jié)構(gòu)可知，1和和2交替照射在光敏電阻上，交替照射在光敏電阻上，光敏電阻輸

28、出光敏電阻輸出U的波形如圖的波形如圖4.1.44.4.1.4 溫度檢測上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換37 對應(yīng)于黑體，則有維恩公式可推得：對應(yīng)于黑體，則有維恩公式可推得： 或或 對于非黑體來說，根據(jù)兩個輻射強度的比值所求得對于非黑體來說，根據(jù)兩個輻射強度的比值所求得是所謂的比色溫度是所謂的比色溫度Tc。比色溫度。比色溫度Tc和實際溫度和實際溫度T有如有如下關(guān)系：下關(guān)系： 4.1.4 溫度檢測上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換38 式中，式中，1和和2是物體的黑度系數(shù)，對于灰體來說，是物體的黑度系數(shù)，對于灰體

29、來說，1 2 1，即比色溫度與真實溫度是一致的。，即比色溫度與真實溫度是一致的。 因此，比色溫度的概念是對兩個波長引入的，而因此，比色溫度的概念是對兩個波長引入的，而實際上為兩個波段，利用光電器件和適當(dāng)電路，測量實際上為兩個波段，利用光電器件和適當(dāng)電路，測量兩個光波段內(nèi)輻射能量的比值，經(jīng)過一定的關(guān)系運算兩個光波段內(nèi)輻射能量的比值，經(jīng)過一定的關(guān)系運算后就可得到被測溫度。兩個波段的選擇，在實用中，后就可得到被測溫度。兩個波段的選擇，在實用中，對于高溫測量，由于輻射能量足夠大，可將波段選得對于高溫測量，由于輻射能量足夠大，可將波段選得盡量窄而且靠近，對于低溫測量，輻射能量較小，可盡量窄而且靠近，對于

30、低溫測量，輻射能量較小，可選兩個較寬、但是盡量靠近、甚至部分重疊的波段，選兩個較寬、但是盡量靠近、甚至部分重疊的波段，以減少黑度系數(shù)的影響。以減少黑度系數(shù)的影響。4.1.4 溫度檢測上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換39 光電比色溫度計的結(jié)構(gòu)分光電比色溫度計的結(jié)構(gòu)分和和兩種。兩種。 雙通道有兩個通道和兩個光電器件如圖雙通道有兩個通道和兩個光電器件如圖4.1.45所示。所示。 4.1.4 溫度檢測 上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換40 單通道比色計只有一個光電器件和一條通道，用單通道比色計只有一個光電器件和一條通道，用調(diào)制盤將兩個波段的輻射能量交替投射于同一個光電調(diào)制盤將兩個波段的輻射能量交替投射于同一個光電器件上，由它轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大后加至流比計。器件上，由它轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大后加至流比計。 它的光學(xué)系統(tǒng)如圖它的光學(xué)系統(tǒng)如圖4.1.46（a）所示）所示 ，調(diào)制盤調(diào)制盤3的的布置見圖布置見圖4.1.46（b） 4.1.4 溫度檢測上一張上一張章首章首下一張下一張結(jié)束結(jié)束節(jié)首節(jié)首目錄目錄第三章 光電信息轉(zhuǎn)換