光学检测技术实用教案

1、引言(ynyn)(ynyn)光学方法的主要优势： 非接触性非接触性 高灵敏度高灵敏度 高精密性高精密性 光学图像的二维计量光学图像的二维计量(jling)性性主要内容主要内容 衍射法衍射法 扫描扫描(somio)法法 全息法全息法 散斑法散斑法 莫尔法莫尔法 激光测距激光测距 多普勒测速多普勒测速第1页/共87页第一页，共88页。光传感与光检测(jin c)技术9.1 激光(jgung)衍射法第2页/共87页第二页，共88页。特点：简单、快速、精密、廉价特点：简单、快速、精密、廉价(linji)、性能可靠。、性能可靠。9.1.1 激光衍射传感的基本原理激光衍射传感的基本原理衍射计量的基本原理：

2、检测单缝的远场衍射，即夫朗和衍射计量的基本原理：检测单缝的远场衍射，即夫朗和费衍射。费衍射。第3页/共87页第三页，共88页。远场衍射条件：远场衍射条件：检测面上检测面上(min shn)衍衍射光强分布：射光强分布：激光激光(jgung)衍射传感器衍射传感器检测的基本原理：检测的基本原理：暗条纹暗条纹(tio wn)位置：位置：2RW220sinII sinWsinWnsinWnnWRnx第4页/共87页第四页，共88页。引申引申(ynshn)：测量物体的尺寸变化：测量物体的尺寸变化最后最后(zuhu)缝宽和起缝宽和起始缝宽始缝宽x变动后衍射条纹中心位变动后衍射条纹中心位置置(wi zhi)和

3、起始衍射和起始衍射条纹中心位置条纹中心位置(wi zhi)（n不变）不变）激光衍射测量的基本思想：激光衍射测量的基本思想：把难于测量的微小尺寸把难于测量的微小尺寸W或或，通过远场衍射转为大尺，通过远场衍射转为大尺寸寸xn的测量，即利用衍射条纹的精确测量达到精密传感。的测量，即利用衍射条纹的精确测量达到精密传感。第5页/共87页第五页，共88页。对衍射条纹的测量对衍射条纹的测量 记录固定记录固定(gdng)的衍射强度的衍射强度 记录衍射分布特征尺寸记录衍射分布特征尺寸衍射分布极点之间的衍射分布极点之间的距离距离 第6页/共87页第六页，共88页。9.1.2 激光衍射技术激光衍射技术(jsh)（一

4、）间隙计量法（一）间隙计量法应变应变(yngbin)的感应器的感应器尺寸尺寸(ch cun)比较测量比较测量工件形状轮廓测量工件形状轮廓测量第7页/共87页第七页，共88页。衍射条纹衍射条纹(tio wn)间隔间隔 间隙间隙第8页/共87页第八页，共88页。两种计量(jling)方法 （1）绝对法：测量位移前后n级条纹距中央零级条纹中心位置(wi zhi)xn及xn就可求出位移量。 （2）计数法：测得条纹计数值N（n-n ），就可求出试件的位移或应变值。11sinnnWWnRxxnn第9页/共87页第九页，共88页。两个(lin )例子第10页/共87页第十页，共88页。（二）爱里圆斑法（二）

5、爱里圆斑法第一第一(dy)暗环直径暗环直径作用(zuyng)：精确测定微小内孔的尺寸基本原理：基于圆孔远场衍射1.22df a第11页/共87页第十一页，共88页。9.2 激光(jgung)扫描法第12页/共87页第十二页，共88页。 一种动态光传感技术一种动态光传感技术 适宜对弹性体、柔性适宜对弹性体、柔性(ru xn)体、高温物体作体、高温物体作精密测量精密测量9.2.1 9.2.1 激光光点扫描技术激光光点扫描技术 利用利用(lyng)(lyng)激光束的扫描运动来测定物体的激光束的扫描运动来测定物体的尺寸。尺寸。 特点：非接触、动态、远距离（特点：非接触、动态、远距离（1m1m）第13

6、页/共87页第十三页，共88页。12Dt第14页/共87页第十四页，共88页。为保证测量精度，三点要求为保证测量精度，三点要求 （1 1）激光束）激光束(gungsh)(gungsh)垂直照射被测表面垂直照射被测表面 （2 2）光束）光束(gungsh)(gungsh)对物面作匀速直线扫描运对物面作匀速直线扫描运动动 （3 3）精确测定扫描时间）精确测定扫描时间第15页/共87页第十五页，共88页。（a）转镜扫描(somio) 光束在物面上的运动速度是非均匀的，而且光束不垂直物面。因此这种扫描方式(fngsh)不能满足基本要求（1）和（2）。tan2yR第16页/共87页第十六页，共88页。（

7、b）反射镜准直(zhn zh)扫描 为保证基本条件（1）和（2）通常采用f-透镜(tujng)与转镜组合的反射镜准直扫描装置。f-物镜是专用于光扫描系统的物镜，是一种负畸变物镜。可保证y与的线性关系：2yf第17页/共87页第十七页，共88页。光点扫描技术：采用时间脉冲光点扫描技术：采用时间脉冲(michng)(michng)计数测定工件尺寸。计数测定工件尺寸。工件边缘衍射效应，测量误差大，精度在工件边缘衍射效应，测量误差大，精度在0.01mm0.01mm左右；左右；位相扫描技术位相扫描技术 光调制扫描法光调制扫描法 外差扫描法：测量微小变形，适用于振动条件下的高精度测外差扫描法：测量微小变形

8、，适用于振动条件下的高精度测量，精度达量，精度达0.1m0.1m。9.2.2 9.2.2 位相调制扫描位相调制扫描(somio)(somio)技术技术第18页/共87页第十八页，共88页。一束细的激光束扫描有振动的物体表面一束细的激光束扫描有振动的物体表面反射光的位相对应于物体表面的形状反射光的位相对应于物体表面的形状设法组合参考光（扫描入射光）与反射的相位调制光设法组合参考光（扫描入射光）与反射的相位调制光 用外差技术用外差技术(jsh)(jsh)检测检测 z ( x(t) ) z ( x(t) )外差扫描(somio)法第19页/共87页第十九页，共88页。 应用应用(yngyng)(yn

9、gyng)：表面的瑕疵弊病检查、表面：表面的瑕疵弊病检查、表面异物探测、形状规则度检查；异物探测、形状规则度检查；1 1 反射光检测法反射光检测法9.2.3 9.2.3 表面表面(biomin)(biomin)特征抽取的扫描技术特征抽取的扫描技术第20页/共87页第二十页，共88页。检测(jin c)装置 （a）飞点成像式：在y方 向 上 用 线 光 束 照 明(zhomng)，反射光用旋转多面体沿y方向扫描接收。在被测表面的像面上设置针孔以检测反射光的变化，从而评定表面有否损伤与划痕。第21页/共87页第二十一页，共88页。 （b）飞点扫描式：直接用 激 光 束 扫 描 表 面(biomin

10、)，扫面方向（y方向）与被检表面(biomin)行进方向垂直。反射光由列阵光电检测器件检测。第22页/共87页第二十二页，共88页。2 2 散射光检测法散射光检测法基本原理：漫反射表面的光基本原理：漫反射表面的光洁度与散射光的散射角之间洁度与散射光的散射角之间有一固定关系。有一固定关系。方法：激光束垂直照射待测方法：激光束垂直照射待测表面，检测垂直的反射光强表面，检测垂直的反射光强和某一角度下色散射光强，和某一角度下色散射光强，两个光强之比确定表面光洁两个光强之比确定表面光洁度。基于边界衍射波理论，度。基于边界衍射波理论，衍射波的频谱分布反映的边衍射波的频谱分布反映的边界图形的特征界图形的特征

11、(tzhng)(tzhng)，可以判定表面瑕疵情况。可以判定表面瑕疵情况。第23页/共87页第二十三页，共88页。第24页/共87页第二十四页，共88页。9.3 全息(qunx)法第25页/共87页第二十五页，共88页。 1948 1948年，年，GaborGabor提出的，提出的，19601960年激光出年激光出现后获得现后获得(hud)(hud)发展。发展。与普通照相的比较：与普通照相的比较： 普通照相：透镜成像，感光胶片上只记录物体普通照相：透镜成像，感光胶片上只记录物体的光强分布，平面像，胶片破碎后只能冲洗照片的光强分布，平面像，胶片破碎后只能冲洗照片的一部分；的一部分； 全息照相：不

12、用透镜，借助参考光与来自物体全息照相：不用透镜，借助参考光与来自物体的反射光（散射光）在全息干板上产生干涉，记的反射光（散射光）在全息干板上产生干涉，记录物光的振幅和相位，可再现立体像，干板打碎录物光的振幅和相位，可再现立体像，干板打碎后用一碎片仍可再现全部立体像，只是清晰度有后用一碎片仍可再现全部立体像，只是清晰度有所下降。所下降。9.3.1 9.3.1 激光激光(jgung)(jgung)全息术全息术第26页/共87页第二十六页，共88页。为 什 么 一 小 块 全 息 图 能 包 含 物 体 的 整 个为 什 么 一 小 块 全 息 图 能 包 含 物 体 的 整 个(zhngg)(zh

13、ngg)三维几何信息？三维几何信息？ 基本出发点：物体都是点的集合体。研究(ynji)一个物点的记录和再现过程。记录记录(jl) 一组一组同心同心圆的圆的干涉干涉条纹条纹第27页/共87页第二十七页，共88页。再现(zixin)假如点物放在假如点物放在O点，则点，则O点散射波在点散射波在a，b，c，f点点的相位分布和把再现的相位分布和把再现(zixin)光照射在全息图上时，全息光照射在全息图上时，全息图上点图上点a，b，c，f的散射波的相位分布是完全相同的散射波的相位分布是完全相同的。的。第28页/共87页第二十八页，共88页。相干性很高的光源：激光相干性很高的光源：激光被摄物均匀照射被摄物均

14、匀照射(zhosh)：扩束镜：扩束镜获得明显的干涉条纹：参考光与物光的分束获得明显的干涉条纹：参考光与物光的分束比：比：2:110:1记录介质要求有较高的分辨本领：溴化银照记录介质要求有较高的分辨本领：溴化银照相乳胶相乳胶曝光期间要求实验装置有很高的机械稳定性曝光期间要求实验装置有很高的机械稳定性全息术要求全息术要求(yoqi)(yoqi)第29页/共87页第二十九页，共88页。（a）透明物透射(tu sh)光作为物光；（b）非透明物反射光作为物光第30页/共87页第三十页，共88页。9.3.2 9.3.2 全息全息(qunx)(qunx)干干涉技术涉技术应用：高精度传感测量物体的位移或形变。

15、应用：高精度传感测量物体的位移或形变。基本原理：基本原理： 将相隔一段时间拍摄的物体波分别记录在同一张全息将相隔一段时间拍摄的物体波分别记录在同一张全息图上，再现此全息图时，再现的二光波就发生干涉。通图上，再现此全息图时，再现的二光波就发生干涉。通过干涉条纹的检测，就可获得被测物体在拍摄时间间隔过干涉条纹的检测，就可获得被测物体在拍摄时间间隔内发生的变化。内发生的变化。拍摄方法拍摄方法(fngf)： 静态二次曝光法、动态时间平均法、实时法静态二次曝光法、动态时间平均法、实时法第31页/共87页第三十一页，共88页。 再现像中光强分布再现像中光强分布 受到物体位移后产生的位相差的调制，形成干涉受

16、到物体位移后产生的位相差的调制，形成干涉(gnsh)条纹条纹静态静态(jngti)二次曝光法二次曝光法第32页/共87页第三十二页，共88页。v全息图上记录的是许多像的总效果全息图上记录的是许多像的总效果(xiogu)。再现。再现时再现像是各个再现波前的复振幅之和。时再现像是各个再现波前的复振幅之和。v产生的干涉条纹将反映振动物体的极限位置。产生的干涉条纹将反映振动物体的极限位置。 动态时间平均法，又称长动态时间平均法，又称长时间一次曝光法。用来研时间一次曝光法。用来研究物体振动究物体振动(zhndng)。 记录的曝光时间要大于物记录的曝光时间要大于物体的振动体的振动(zhndng)周周期。期

17、。第33页/共87页第三十三页，共88页。 曝光一次，曝光时间曝光一次，曝光时间短。短。 再现时，再现像叠加再现时，再现像叠加在原物体上。在原物体上。 如果物体稍有位移或如果物体稍有位移或形变形变(xngbin)，即，即能观察到干涉条纹。能观察到干涉条纹。 适合于测试透明物体适合于测试透明物体中的一些现象。中的一些现象。实时实时(sh sh)法法第34页/共87页第三十四页，共88页。9.3.3 9.3.3 全息全息(qunx)(qunx)等高等高线技术线技术应用：物体表面三维形貌测量。应用：物体表面三维形貌测量。主要包括：主要包括： 线投影等高技术线投影等高技术 双频全息双频全息(qunx)

18、技术技术 变折射率全息变折射率全息(qunx)技术技术 视频和散斑技术视频和散斑技术第35页/共87页第三十五页，共88页。线投影(tuyng)等高技术 等高线是一系列等间隔的平行平面与被检测表面的交线。 线投影(tuyng)等高技术是用光学方法产生一组等间隔的平行平面来照明物体，当沿着垂直于照明平面的方向去观察物体，就不难看到待测物体的等高线图。第36页/共87页第三十六页，共88页。干涉线投影(tuyng)技术2sin2h 第37页/共87页第三十七页，共88页。9.4 散斑法第38页/共87页第三十八页，共88页。（1）散斑现象）散斑现象: 当一束激光射到某粗糙表面上时当一束激光射到某粗

19、糙表面上时,观察被照区域有许多明暗观察被照区域有许多明暗相间、杂乱无章的亮斑和暗斑，这种现象称为散斑。相间、杂乱无章的亮斑和暗斑，这种现象称为散斑。成因：成因： 粗糙表面（或散射介质粗糙表面（或散射介质(jizh)）的散射光干涉所形成的。）的散射光干涉所形成的。9.4.1散斑概念(ginin)及统计性质第39页/共87页第三十九页，共88页。起初：散斑点条纹的反差受到影响噪声发展：单个斑点的大小和位置随机分布 所有斑点的综合符合统计规律 漫反射表面散斑场 物体表面上各点的运动散斑场的运动启发：散斑运动物体表面的运动信息位移、应变(yngbin)、应力形成散斑的条件形成散斑的条件(tiojin)

20、(tiojin)：粗糙表面和相干光照射粗糙表面和相干光照射第40页/共87页第四十页，共88页。客观（直接）散斑：由粗糙表面(biomin)的散射光干涉面直接形成。主观（成像）散斑：在成像光组像面上P点形成散斑。（2）散斑大小）散斑大小(dxio)第41页/共87页第四十一页，共88页。v空间结构：空间结构：v 随机分布的颗粒形状，用二相邻亮斑间距随机分布的颗粒形状，用二相邻亮斑间距的统计平均值来定义散斑的平均尺寸。的统计平均值来定义散斑的平均尺寸。v对圆形照亮对圆形照亮(zho lin)区域，散斑的横向区域，散斑的横向平均直径为平均直径为v结论：结论：v 散斑横向平均直径与照明区域大小有关，

21、散斑横向平均直径与照明区域大小有关，大的照明区域对应大的大的照明区域对应大的u值，散斑变小，反值，散斑变小，反之变大。之变大。0.6sinTu第42页/共87页第四十二页，共88页。（3）散斑的光强分布(fnb) 散射(snsh)波的位相是无规则地分布在02范围内，且同偏振，散斑强度概率分布为v结论(jiln)：v 最可能出现的强度是接近于0的，即黑散斑比其它强度的散斑要多。第43页/共87页第四十三页，共88页。9.4.2 散斑计量(jling)技术 （1）散斑照相法 物体表面运动与散斑场的运动有确定(qudng)关系。 第一次拍摄：底片上记录了物面的散斑图。 第二次拍摄：物体变形后进行，同

22、一底片上记录了两个散斑图。 物镜孔径角u没有变，两个散斑图是相同的。位置因物体表面的移动而产生了相应的移动。 测量出两个散斑图的移动量，也就知道了物体表面的移动量。第44页/共87页第四十四页，共88页。（2）散斑干涉(gnsh)法 将另外一束均匀激光束作为参考光束与散斑图组合在一起，或将两个散斑图组合在一起，使之产生(chnshng)干涉作用，获得第三个散斑干涉图，分析处理这第三个散斑干涉图可获得待测物面的位移。第45页/共87页第四十五页，共88页。9.4.3 电子(dinz)散斑干涉测量技术优点：优点：采用采用CCDCCD记录物面散斑场的光强信息，记录物面散斑场的光强信息，实时显示干涉条

23、纹，快速方便；实时显示干涉条纹，快速方便；可以在明室下操作，这给工作人员带可以在明室下操作，这给工作人员带来了方便；来了方便；使用图像采集卡高帧速采集散斑场信使用图像采集卡高帧速采集散斑场信息，对工作环境的防震要求大大降低。息，对工作环境的防震要求大大降低。条纹图以数字形式存储，便于条纹图以数字形式存储，便于(biny)(biny)条纹后处理，结合计算机条纹后处理，结合计算机技术自动分析条纹。技术自动分析条纹。无损伤，非接触无损伤，非接触光路简单，操作方便光路简单，操作方便抗震性好抗震性好计算方便，精度可靠计算方便，精度可靠（Electronic speckle pattern interfe

24、rometry，简称(jinchng)ESPI）应用：应用：测取物体的位移、应变，无损检测测取物体的位移、应变，无损检测 第46页/共87页第四十六页，共88页。（1）测量离面位移(wiy)的电子散斑干涉系统 R点与成像透镜的光束共轭，参考光束好像从O点射出一样，这样，参考光束就与物光束一致，产生(chnshng)干涉作用。电视摄像机记录并存储散斑图样。第47页/共87页第四十七页，共88页。（2）测量面内位移(wiy)的电子散斑干涉系统 两束相干平面波激光束以相同入射角i在法线两侧平行入射到粗糙物面上。被物面 散 射 的 光 通 过(tnggu)物镜成像在电视摄像机摄像管平面上。摄像管平面垂

25、直于物面法线，记录并存储散斑图。第48页/共87页第四十八页，共88页。光传感与光检测光传感与光检测(jin c)技术技术9.5 莫尔技术(jsh)第49页/共87页第四十九页，共88页。2021-11-2950光传感与光检测光传感与光检测(jin c)技术技术第50页/共87页第五十页，共88页。2021-11-2951光传感与光检测光传感与光检测(jin c)技术技术第51页/共87页第五十一页，共88页。播放播放(b fn)中中单击准备单击准备(zhnbi)演示演示2021-11-2952光传感与光检测光传感与光检测(jin c)技技术术第52页/共87页第五十二页，共88页。单击准备单

26、击准备(zhnbi)演示演示播放播放(b fn)中中2021-11-2953光传感与光检测光传感与光检测(jin c)技术技术第53页/共87页第五十三页，共88页。莫尔条纹是两条线或两个物体之间以恒定莫尔条纹是两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉的角度和频率发生干涉的视觉(shju)结果结果。概念概念(ginin)2021-11-2954光传感与光检测光传感与光检测(jin c)技术技术第54页/共87页第五十四页，共88页。2021-11-2955光传感与光检测光传感与光检测(jin c)技术技术第55页/共87页第五十五页，共88页。遮光阴影理论 光栅间距远大于波长，衍射

27、效应不明显； 衍射干涉理论 光栅间距小，衍射效应明显。 2021-11-2956光传感与光检测光传感与光检测(jin c)技技术术第56页/共87页第五十六页，共88页。亮带：透光面积(min j)大黑带：互相(h xing)遮挡 (a) 光栅(gungshn)I(b) 光栅II(c) 两个光栅叠加的结果2021-11-2957光传感与光检测技术光传感与光检测技术第57页/共87页第五十七页，共88页。dmABCD光栅(gungshn)I 光栅(gungshn)II 莫尔条纹(tio wn) d2021-11-2958光传感与光检测技术光传感与光检测技术第58页/共87页第五十八页，共88页。

28、dmABCDdabc（9-1） cos222ddddddm2021-11-2959光传感与光检测光传感与光检测(jin c)技技术术第59页/共87页第五十九页，共88页。 所有级次代数和所有级次代数和Mi+Ni相同的衍射光束称为相同的衍射光束称为(Mi+Ni)级群光束，它们级群光束，它们(t men)有相同的传播方向。有相同的传播方向。G1G2-10( , )( ,1)( ,2)(0,-1)(0,0)(0,1)(1,-2)(1,-1)(1,0)-1级群光束级群光束(gungsh)0级群光束级群光束(gungsh)1级群光束级群光束1-1 0-1 -1 2021-11-2960光传感与光检测技

29、术光传感与光检测技术第60页/共87页第六十页，共88页。2021-11-2961光传感与光检测光传感与光检测(jin c)技技术术第61页/共87页第六十一页，共88页。被测物体位移= =栅距脉冲数数字显示 整形 放大 电子计数器 光电元件 整流 微分 光源 透镜 透镜 主光栅 指示光栅2021-11-2962光传感与光检测光传感与光检测(jin c)技技术术第62页/共87页第六十二页，共88页。基本原理 通过光栅及光栅在物体表面的投影通过光栅及光栅在物体表面的投影(tuyng)叠加形成莫尔条纹，同级莫尔条纹就叠加形成莫尔条纹，同级莫尔条纹就是物体表面距主光栅深度相同的等高线分布，是物体表

30、面距主光栅深度相同的等高线分布，实现三维物体的形貌测量。实现三维物体的形貌测量。2021-11-2963光传感与光检测光传感与光检测(jin c)技技术术第63页/共87页第六十三页，共88页。N级等高线深度级等高线深度(shnd)： dlP12N光栅(gungshn) dNPlhN（9-2） hNd：观察者到光源(gungyun)之间距离。P：光栅常数；l：光源与光栅之间距离；64光传感与光检测技术光传感与光检测技术第64页/共87页第六十四页，共88页。接收器光源(gungyun)C1G1L1C2G2L2NPflfbNPfllhN（9-3） blh1h2b：L1到L2之间的距离(jl)。

31、l：透镜(tujng)L1和L2到物体表面的距离；f：透镜L1和L2的焦距；P：光栅G1和G2的光栅间距；2021-11-2965N级等高线深度：级等高线深度： 光传感与光检测技术光传感与光检测技术第65页/共87页第六十五页，共88页。莫尔条纹的应用：莫尔条纹的应用：莫尔计数技术和莫尔形貌技术莫尔计数技术和莫尔形貌技术3莫尔条纹的原理：莫尔条纹的原理：遮光阴影理论和衍射干涉理论遮光阴影理论和衍射干涉理论21莫尔条纹现象莫尔条纹现象2021-11-2966光传感与光检测光传感与光检测(jin c)技术技术第66页/共87页第六十六页，共88页。9.6 激光测距 第67页/共87页第六十七页，共

32、88页。引言引言 应用：激光雷达、精确制导、目标指示、火控系应用：激光雷达、精确制导、目标指示、火控系 统、飞机防撞系统、大地勘测、天体测量统、飞机防撞系统、大地勘测、天体测量两类：两类： 脉冲测距法：军事用途等非合作目标（反射能力差，脉冲测距法：军事用途等非合作目标（反射能力差，必须使用能量高度集中地窄脉冲来测距）必须使用能量高度集中地窄脉冲来测距） 连续波测距（调频连续波测距（调频(dio pn)(dio pn)法、相位法）：合作法、相位法）：合作目标目标第68页/共87页第六十八页，共88页。9.6.1 脉冲(michng)测距原理 原理: 关键：准确测量渡越时间T，即精确(jngqu)

33、确定发射和接收时刻t1和t2。1 2RcT第69页/共87页第六十九页，共88页。测距机 光电系统：光转换、放大整形电路 计数部分：电子(dinz)门、时钟发生器、计数器第70页/共87页第七十页，共88页。 所测脉冲(michng)渡越时间计时脉冲数 时钟(shzhng)周期接收脉冲和时钟是异步的，有一个(y )周期的测量误差。v目标距离为：v分辨率为：时钟频率越高，距离分辨率越好。000TN TT000001122cRc N TTNf02Rcf 第71页/共87页第七十一页，共88页。如何(rh)在较低的时钟频率下获得高精度的距离测量？ 内差时间扩展测距法v所测脉冲(michng)渡越时间

34、：v通过一个RC电路对T1、T2进行放大。v 在T1时间对电容(dinrng)充电，经一较大电阻使之缓慢放电，并保证放电时间正比于充电时间。0012TN TTT第72页/共87页第七十二页，共88页。u目前脉冲法非合作目标测距在大气层内的最大测距距离约30km，精度达几十厘米。主要影响因素：大气吸收，雾、雨、雪、烟尘等散射(snsh)限制了作用距离。激光测距在卫星定位、天体测量中有重要应用。第73页/共87页第七十三页，共88页。9.6.2 9.6.2 连续连续(linx)(linx)波测波测距距 适用于合作目标适用于合作目标(mbio)(mbio)测距。测距。1 1 调频法测距调频法测距原理

35、：利用线性调频的微波信号对连续输出的激光原理：利用线性调频的微波信号对连续输出的激光作光强度调制；目标作光强度调制；目标(mbio)(mbio)回波收到后，通过比回波收到后，通过比较发、收信号调制波型的频率差来确定目标较发、收信号调制波型的频率差来确定目标(mbio)(mbio)距离。距离。第74页/共87页第七十四页，共88页。0tffkt2ptrfffkR c02rffk tR c2pRcfk线性调频的微波(wib)信号其发射频率为：001mTtmT 距离(jl)R处的目标反射回的光信号的频率为：发射信号(xnho)与回波信号(xnho)的频率差为：最大测距范围：最大测距范围：02mRcT

36、第75页/共87页第七十五页，共88页。发射点到接收点的往返发射点到接收点的往返(wngfn)(wngfn)距离：距离：用长度为用长度为的尺子的尺子(ch z)去度量去度量D2 2 相位法测距相位法测距原理原理(yunl)(yunl)：利用单频电信号对激光作光强度调制，：利用单频电信号对激光作光强度调制，通过检测回波与发射信号的相位差来确定目标距离。通过检测回波与发射信号的相位差来确定目标距离。2cDf11122NNN121N 1111Dc fNNNN 第76页/共87页第七十六页，共88页。关键：测量发射波与反射波的相位差。关键：测量发射波与反射波的相位差。问题：只能得到相位差的尾数问题：只

37、能得到相位差的尾数必须必须(bx)(bx)将尺子增大，将尺子增大，D D 。由于鉴相器相对精度达由于鉴相器相对精度达0.1%0.1%，导致绝对精度低。，导致绝对精度低。解决方法：解决方法：“粗尺粗尺”和和“细尺细尺”联合测量。联合测量。例：为了测量例：为了测量625.45m625.45m的距离的距离用用1000m1000m粗尺测：粗尺测：625m625m用用10m10m细尺测：细尺测：5.45m5.45m得到距离为得到距离为625.45m625.45m。第77页/共87页第七十七页，共88页。9.7 9.7 激光激光(jgung)(jgung)多普勒多普勒测速技术测速技术 引言引言 应用：流体力学应用：流体力学(li t l xu)(li t l xu)测量，如流速分布、测量，如流速分布、湍流、燃烧、湍流、燃烧、 爆炸爆炸优点：优点： 不干扰流场不干扰流场