典型光电测试系统本科

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1、针对测试对象、任务要求、测试原理及测试精度等指标的不同，形成了各种各样的光电测试系统。光电测试系统的特点非接触、实时、精度高等特点。常见光电测试系统光电开关与光电转速计莫尔条纹测长仪激光测距仪激光多普勒测速仪光弹效应测力计第七章典型光电测试系统17.1光电开关与光电转速计光电探测器输出开关量结构较为简单、工作可靠、寿命长分为主动型光电开关和被动型光电开关。2光电开关的构成：光源；光学变换系统（光学调制原理）；光电接收器件；电路转换影响系统测量精度的因素：从光源和光电探测器件的性能角度考虑3（1）反射型主动开关光源：发光二级管光学调制方法：强度调制光电接收：光电三极管接收脉冲信号4（2）光电耦

2、合器发光管接在低压电路中，光电三极管接在高压电路中，低压控制高压－隔离、安全5（3）光电转速计一般转速计：测量范围小、精度不高、刚性接触（附加负荷），不适合小功率测量。光电转速计避免上述缺点，可以实现测量自动化和数字化广泛应用于电动机、内燃机、透平、水轮机及各种机床的转速测量和调节中。6只要测出频率，就可以得到转速带孔的盘带锯齿的盘带黑白反射块的盘转速计测量原理光电探测器件：光电池、光敏二极管或光敏三极管，光源：发光二极管7系统构成电路转换：放大器、计数器发光二极管光敏探测器光学调制系统8问题讨论：光源的选择光电探测器件的选择应和光源的光谱段匹配高速时：光电探测器件的响应时间，计数器的脉冲响

3、应时间对测量精度的影响9计数测量法（1）测量被测信号脉冲数（2）时基信号（控制闸门，精确已知）（3）测高频精度高，低频相对误差增大频率测量10周期测量法（1）固定的高频脉冲做参考，精确已知（2）信号脉冲控制闸门（3）低频精度高，高频相对误差增大频率测量117.2莫尔条纹测长仪特点（1）莫尔条纹携带一维信息：测长度、角度等。（2）莫尔条纹携带三维信息：测应变、平面度、液体薄膜厚度、医学诊断、机器视觉。莫尔条纹定义将两块光栅（其中一块称为主光栅，另一块称为指示光栅）叠加在一起，并使它们的栅线有一小的交角。当光栅对之间有相对运动时（其运动方向与主光栅栅线垂直），对着光源看过去，就会发现有一组垂直于

4、光栅运动方向的明暗相间的条纹移动，此移动的条纹被称为莫尔条纹。12长光栅莫尔条纹常用光栅其栅距大于0.01mm时，光栅栅距远大于光波长称为黑白光栅，两个光栅叠合在一起，形成莫尔条纹。当使用更小栅距的位相光栅时，莫尔条纹由衍射和干涉形成。长光栅莫尔条纹形成原理B=P2/sinθ13不同形式的长光栅莫尔条纹栅线夹角很小，可以观察到随光栅的移动，某点透过的光强呈现明暗交替变化，这就是莫尔条纹的调制作用。莫尔条纹把光栅位移信息转变成光强随时间变化的信号。在空间上光栅移动的周期为p，而莫尔条纹移动的周期是B。莫尔条纹有放大作用，14当长光栅固定，指示光栅相对移动一个栅距，莫尔条纹就变化一个周期。一般情

5、况下指示光栅与工作台固定在一起。通过对指示光栅和长光栅形成的莫尔条纹计数得到工作台前后移动的距离。指示光栅移动的距离x：x=NP+δP为光栅栅距，N为指示光栅移动距离中包含的光栅线对数，δ小于一个光栅栅距的小数。（1）简单的莫尔条纹测长仪只对指示光栅移过的光栅线对数N进行计数；（2）实际系统利用电子细分方法将莫尔条纹的一个周期细分。莫尔条纹测长原理15细分判向原理（1）四倍频细分透镜读数头1、灯泡2、聚光镜3、长光栅4、指示光栅5、四个柱面聚光镜6、狭缝7、四个光电二极管16（2）读数头构成特点及信号处理过程（1）四个柱面聚光镜布置在莫尔条纹的一个周期内，接受光栅透过的光能，它们相互之间相差

6、1/4个莫尔条纹周期。（2）在每个柱面聚光镜的焦点上布置一个光电二极管，进行光电转换。（3）指示光栅移动一个栅距，莫尔条纹变化一个周期，则四个光电二极管分别输出相位差为90度的近似正弦信号，该信号整形后得到相差90度的方波脉冲信号（4）莫尔条纹变化一个周期，计数器中的到4个方波脉冲，提高分辨力17（3）信号处理电路方框图1819说明（1）光电二极管的输出信号U1～U4是包含直流分量的正弦信号（取样信号）。（2）差放后滤掉直流分量，它们的表达式很清楚的表明这4个差放信号是依次相差90度的正弦信号。（3）鉴零器将正弦信号整形为方波，正弦信号每过零一次，鉴零器就翻转一次，同时为后续的数字电路提供判

7、向信号。（4）方波信号经微分后得到计数器可用的尖脉冲。2021置零信号的产生为得到测长的绝对值，设置零位光栅，给计数器清零。单独加光电转换系统和处理电路。零位光栅不采用单缝而采用一组非等宽的黑白条纹。当与另一个零位光栅重叠时，就能给出单个尖三角脉冲。此尖脉冲作为测长计数器的置零信号。22零位光栅零位光栅透过的光能量脉冲23特点激光方向性好、亮度高、波长单一，故测程远、测量精度高。且激光测距仪结构小巧、携带方便