典型光電系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)

典型光電系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)第一頁，共五十一頁，2022年，8月28日--便攜式輻射測溫儀可用于電力系統(tǒng)中電接頭的溫度檢查·······

測溫范圍

PT120:-20℃～1200℃

瞄準(zhǔn)方式：激光瞄準(zhǔn)、望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)光電系統(tǒng)實(shí)例：第二頁，共五十一頁，2022年，8月28日光電系統(tǒng)實(shí)例：--

CCD玻璃管尺寸測控儀均勻平行光照射玻璃管CCD輸出信號(hào)波形第三頁，共五十一頁，2022年，8月28日光電系統(tǒng)實(shí)例：--激光半主動(dòng)尋的系統(tǒng)

第四頁，共五十一頁，2022年，8月28日光電系統(tǒng)實(shí)例：--待發(fā)段火箭姿態(tài)圖像實(shí)時(shí)識(shí)別處理系統(tǒng)

該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于“神舟3～6號(hào)”任務(wù)，為航天員提供了可靠的安全保障。傾角差小于10'“黃色告警線”“紅色逃逸線”第五頁，共五十一頁，2022年，8月28日第11章典型光電系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)11.1分布式光纖測溫系統(tǒng)11.2光譜測量系統(tǒng)11.3CCD尺寸測量系統(tǒng)11.4*光電精確制導(dǎo)系統(tǒng)11.5*光測圖像系統(tǒng)第六頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.1分布式光纖測溫系統(tǒng)例：高壓電力電纜人工測溫－－便攜式輻射測溫儀可用于電力系統(tǒng)中電接頭的溫度檢查·······

測溫范圍

PT120:-20℃～1200℃

瞄準(zhǔn)方式：激光瞄準(zhǔn)、望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)人工測溫：效率、適時(shí)、可靠性，···

···第七頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.1分布式光纖測溫系統(tǒng)分布式測溫：效率、適時(shí)、可靠性，···

···高壓電力電纜光纖－－線溫度傳感器第八頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.1分布式光纖測溫系統(tǒng)DistributedOpticFiberTemperatureSensor－－簡稱DOFTS－－又叫分布式光纖溫度傳感器光纖－－線溫度傳感器被測點(diǎn)－－空間位置光學(xué)時(shí)域反射定位

－－溫度數(shù)值喇曼散射－溫度效應(yīng)

第九頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.1分布式光纖測溫系統(tǒng)空間位置－－光學(xué)時(shí)域反射定位

OpticalTimeDomainReflection，OTDR采樣頻率f

決定了系統(tǒng)的空間分辨力，如1m的空間分辨力需要f

達(dá)100MHz以上第十頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.1分布式光纖測溫系統(tǒng)溫度數(shù)值－－喇曼散射－溫度效應(yīng)

入射光子斯托克斯光（Stocks）瑞利散射光

反斯托克斯光（Anti-Stocks）如G652單模光纖第十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.1分布式光纖測溫系統(tǒng)溫度數(shù)值－－喇曼散射－溫度效應(yīng)

瑞利散射光斯托克斯光反斯托克斯光對溫度不敏感光強(qiáng)度受溫度調(diào)制測溫原理信號(hào)光反斯托克斯光參考光瑞利散射光或斯托克斯光第十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.1分布式光纖測溫系統(tǒng)溫度數(shù)值－－喇曼散射－溫度效應(yīng)

測溫原理信號(hào)光反斯托克斯光參考光瑞利散射光或斯托克斯光檢測兩光強(qiáng)的比值可消除：－－光源的不穩(wěn)定－－光纖接頭損耗－－光纖彎曲損耗－－光纖傳輸損耗

···

···

···

第十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.1分布式光纖測溫系統(tǒng)溫度數(shù)值－－喇曼散射－溫度效應(yīng)

瑞利散射光反斯托克斯光第十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.1分布式光纖測溫系統(tǒng)工作原理動(dòng)態(tài)演示：

第十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.1分布式光纖測溫系統(tǒng)實(shí)例：FGC－W30型分布式光纖溫度傳感器

光學(xué)信號(hào)變換光電信號(hào)變換電學(xué)信號(hào)變換第十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.1分布式光纖測溫系統(tǒng)實(shí)例：FGC－W30型分布式光纖溫度傳感器

工作過程：第十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.1分布式光纖測溫系統(tǒng)實(shí)例：FGC－W30型分布式光纖溫度傳感器

信號(hào)處理特點(diǎn)：

--探測方法弱信號(hào)檢測波分復(fù)用器干涉濾光片

--信號(hào)處理

調(diào)制與解調(diào)取樣積分（軟件硬件）第十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.1分布式光纖測溫系統(tǒng)實(shí)例：FGC－W30型分布式光纖溫度傳感器

分布式測溫：效率、適時(shí)、可靠性，···應(yīng)用：發(fā)電機(jī)繞組溫度檢測

第十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.1分布式光纖測溫系統(tǒng)討論：--空間分辨率

1.采樣頻率f

——空間分辨力

1m的空間分辨力需要f

達(dá)100MHz以上結(jié)論：第二十頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.1分布式光纖測溫系統(tǒng)討論：--空間分辨率

2.采樣頻率τ

——空間分辨力

1m的空間分辨力，激光脈沖寬度τ<10ns結(jié)論：光纖l2激光脈沖寬度τ的影響t2t2＋τt2＋τ反向散射光第二十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.1分布式光纖測溫系統(tǒng)分辨率討論：

空間分辨率（4m）－－采樣頻率（50MHz）－－激光脈沖寬度（10ns）溫度分辨率(0.1

)－－模擬量信噪比－－激光功率(～100W)－－取樣信號(hào)處理℃第二十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日第11章典型光電系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)11.1分布式光纖測溫系統(tǒng)11.2光譜測量系統(tǒng)11.3CCD尺寸測量系統(tǒng)11.4*光電精確制導(dǎo)系統(tǒng)11.5*光測圖像系統(tǒng)第二十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.2光譜測量系統(tǒng)光譜測量系統(tǒng)（光譜儀）是一類用于測量光源或物質(zhì)光譜特性的典型光電系統(tǒng)，在顏色顯示、生物化學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。氘燈的外形和光譜能量分布圖200～250nm標(biāo)準(zhǔn)輻射光源光源光譜特性第二十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.2光譜測量系統(tǒng)光譜測量系統(tǒng)（光譜儀）是一類用于測量光源或物質(zhì)光譜特性的典型光電系統(tǒng)，在顏色顯示、生物化學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。多光譜掃描儀－－估計(jì)小麥產(chǎn)量反射光光譜特性第二十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.2光譜測量系統(tǒng)吸收光光譜特性激光雷達(dá)德國：“VTB—1型”遙測激光雷達(dá)，利用微分吸收光譜學(xué)原理遙測化學(xué)戰(zhàn)劑，可實(shí)時(shí)地遠(yuǎn)距探測并確定毒劑氣溶膠云的斜距、中心厚度、中心角坐標(biāo)以及毒劑相關(guān)參數(shù)等。第二十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.2光譜測量系統(tǒng)11.2.1基于PMT的光譜輻射儀－－穩(wěn)定發(fā)光光源－－閃光燈等光源？響應(yīng)波段200～800nm光譜分辨率可達(dá)10nm第二十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.2光譜測量系統(tǒng)11.2.2光學(xué)多通道分析儀OpticMulti-channelAnalyzer，OMA－－是一種綜合光、機(jī)、電、算等多種技術(shù)的新型光譜測量儀器，具有單次測量光譜范圍寬、響應(yīng)速度快、靈敏度高、數(shù)據(jù)采集處理方便等特點(diǎn)。OMA選用探測器為CCD攝像器件。Princeton儀器公司1530-PUV型OMA響應(yīng)波段200～1100nm光譜分辨率可達(dá)0.05nm第二十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.2光譜測量系統(tǒng)響應(yīng)波段200--1100nm～？？光譜分辨率可達(dá)0.05nm？？11.2.2光學(xué)多通道分析儀第二十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.2光譜測量系統(tǒng)多功能光柵光譜儀第三十頁，共五十一頁，2022年，8月28日多功能光譜輻射儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖光柵（由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)）光電倍增管接收CCD接收出射狹縫入射狹縫11.2光譜測量系統(tǒng)第三十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.2光譜測量系統(tǒng)11.2.3傅立葉變換紅外光譜儀光譜分辨率紅外波段相干探測探測器1激光干涉系統(tǒng)－－輔助系統(tǒng)

探測器2紅外光干涉系統(tǒng)－－測量系統(tǒng)

探測器3白光干涉系統(tǒng)－－輔助系統(tǒng)

第三十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.2光譜測量系統(tǒng)探測器1激光干涉系統(tǒng)－－確定位置x

探測器2紅外光干涉系統(tǒng)－－測量系統(tǒng)

探測器3白光干涉系統(tǒng)－－確定采樣起點(diǎn)

11.2.3傅立葉變換紅外光譜儀第三十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.2光譜測量系統(tǒng)單色光，探測器的信號(hào)強(qiáng)度：11.2.3傅立葉變換紅外光譜儀第三十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.2光譜測量系統(tǒng)單色光，探測器輸出的交流信號(hào)：單色光兩路光強(qiáng)度相等11.2.3傅立葉變換紅外光譜儀第三十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.2光譜測量系統(tǒng)單色光，探測器輸出的交流信號(hào)：單色光的雙光束干涉

：11.2.3傅立葉變換紅外光譜儀第三十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.2光譜測量系統(tǒng)單色光雙光束干涉

：復(fù)色光雙光束干涉

：11.2.3傅立葉變換紅外光譜儀第三十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.2.3傅立葉變換紅外光譜儀單色光干涉圖：復(fù)色光干涉圖：復(fù)色光的干涉圖是由各種波長光在該點(diǎn)x干涉圖的疊加構(gòu)成第三十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.2光譜測量系統(tǒng)復(fù)色光雙光束干涉

：傅里葉變換傅里葉逆變換光譜分布是干涉圖的傅里葉變換！??！11.2.3傅立葉變換紅外光譜儀第三十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.2.3傅立葉變換紅外光譜儀光譜分布是干涉圖的傅里葉變換?。?！已知S（λ）：

λΦ（λ）－－光譜分布第四十頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.2.3傅立葉變換紅外光譜儀1.高通光能力和高信噪比不需分光，沒有縫寬限制，光通量要比常規(guī)光譜儀大得多－－高信噪比。遠(yuǎn)紅外重要意義2.具有多通道探測的優(yōu)點(diǎn)只用一個(gè)探測器，不同光譜成分的調(diào)制頻率不同，它們被同一光電探測器同時(shí)接收時(shí)就相當(dāng)于多通道的測量情況。特點(diǎn)：3.高分辨本領(lǐng)原則上說增加兩鏡間的光程差可以提高分辨本領(lǐng)4.減少了雜散光的影響信號(hào)光被調(diào)制，雜散光不被調(diào)制，有效抑制雜散光第四十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日第11章典型光電系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)11.1分布式光纖測溫系統(tǒng)11.2光譜測量系統(tǒng)11.3CCD尺寸測量系統(tǒng)11.4*光電精確制導(dǎo)系統(tǒng)11.5*光測圖像系統(tǒng)第四十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.3CCD尺寸測量系統(tǒng)特點(diǎn)：在線檢測、非接觸、高精度、高速度例：CCD玻璃管尺寸測控儀均勻平行光照射玻璃管CCD輸出信號(hào)波形第四十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日例：CCD玻璃管尺寸測控儀11.3CCD尺寸測量系統(tǒng)第四十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日第11章典型光電系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)11.1分布式光纖測溫系統(tǒng)11.2光譜測量系統(tǒng)11.3CCD尺寸測量系統(tǒng)11.4*光電精確制導(dǎo)系統(tǒng)11.5*光測圖像系統(tǒng)第四十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.5*光測圖像系統(tǒng)基本思想：－－數(shù)字圖像矩陣元素的排列位置對應(yīng)像素點(diǎn)在圖像上的空間位置，矩陣元素的數(shù)值對應(yīng)像素點(diǎn)的亮度值。第四十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.5*光測圖像系統(tǒng)基本思想：－－圖像邊緣檢測理想階躍邊緣實(shí)際階躍邊緣階躍邊緣一階導(dǎo)數(shù)階躍邊緣二階導(dǎo)數(shù)圖像的邊緣檢測與輪廓信息處理是工業(yè)機(jī)器人視覺、非接觸二維尺寸測量、圖像圖形分析和軍事目標(biāo)識(shí)別等的基礎(chǔ)。第四十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日11.5*光測圖像系統(tǒng)基本思想：－－圖像邊緣檢測信息處理前信