光电信息技术应用

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1、第四章光电信息技术应用§4.1光电检测§4.2.光电控制§4.3光纤通信§4.4光纤传感器§4.5光电信息技术其它应用1§4.1光电检测§4.1.1光电检测基本方法§4.1.2几何量检测§4.1.3机械量检测§4.1.4温度检测§4.1.5机器人视觉系统2一．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。根据检测原理光电检测的基本方法有直接作用

2、法、差动法、补偿法和脉冲法等。§4.1.1光电检测基本方法3§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。4§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”。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。2．测量：3．结论：1〕测量值的大小

3、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。5§4.1.1光电检测基本方法4．相敏检波器(PSD)理论相敏检波器（Phase-Sensitive-Detector）的核心是一个乘法器和一个滤波器，如图所示，一路为有用信号uS，另一路为参考信号uR，现设ui=uS=Eisin(ω1t+θ1)，uR=ERsin(ω2t+θ2)则uo=ui·uR=1/2·EiERcos[2π(f1-f2)t+θ1-θ2]-1/2·EiERcos[2π(f1+f2)t+θ1+θ2]在高频信号被滤波器滤去后，就有uo＝1/2·EiERcos[2π(f1-f2

4、)t+θ1-θ2]如f1＝f2，则uo＝1/2·EiERcos(θ1-θ2)=1/2·EiERcosΔθ6§4.1.1光电检测基本方法4．相敏检波器(PSD)理论相敏检波器的一种电路如图所示，图中，uS'是信号线圈对uS的感应电压，uR'是参考线圈对uR的感应电压，uR和uS需满足以下三个条件：f1＝f2，uR>>uS，uR和uS同相或反相。同相：当uR为正半周时，uS'＋uR'＝uR1,，uS'－uR'＝uR2uo＝uR1＋uR2＝2uS´，当uR为负半周，二极管不导通，uo＝0反相：当uR为正半周，－uS'＋uR'＝uR1，－uS'－uR'＝uR2uo＝u

5、R1＋uR2＝－2uS´，当uR为负半周，二极管不导通，uo＝0这样，只要判断uo的正负，就可知道被测工件的正负偏差，只要测出uo的大小，就可知道工件的偏差值。7§4.1.1光电检测基本方法4．相敏检波器(PSD)理论实用中，用变压器线圈比较麻烦，可改用另一种PSD，如图所示。在相敏检波器中，参考信号要求同测量信号同频，可通过在调制盘上另装一套光电接收器而获得。如图所示。8§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。1.单通道光电补偿式测

6、量该检测方法又称补偿直读法，测量原理如图所示。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。9§4.1.1光电检测基本方法2.双通道光电补偿式测量在双光路差动法测量中，用相敏检波器的输出量直接控制光楔上下移动，直到φ1－φ2＝0，即相敏检波器的输出量为零，而光楔的上下移动与一个读数机构相连，从读数机构的得到的读数正好

7、反映的光通量的变化量，也就是被测量的值。10§4.1.1光电检测基本方法1．脉宽法测长四、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。图给出了脉宽法测长的原理。L＝vt＝vkN＝KN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。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。11§4.1.1光电检测基本方法在上面的测量中，由于物体的震动，马达电压频率的波动等使v不匀速，这样就可带来测量误差。为了消除这

8、些误差，高频脉冲可取之本系统的马达或传