光电检测技术《机械工程测试技术(第3版)》教学课件

光电检测技术《机械工程测试技术(第3版)》教学课件2024-01-25汇报人：AA目录contents课程介绍与背景光电检测技术基础光电检测器件与系统机械工程测试技术应用实例现代光电检测技术发展趋势实验环节与课程设计CHAPTER课程介绍与背景01123研究机械工程中物理量的测量、分析和控制的技术。机械工程测试技术的定义为机械产品的设计、制造、使用和维修提供重要依据，保障机械产品的质量和性能。机械工程测试技术的意义从传统的机械式测量到现代的数字化、智能化测量。机械工程测试技术的发展历程机械工程测试技术概述03光电检测技术在机械工程中的优势高精度、高灵敏度、非接触式测量等。01光电检测技术的定义利用光学和电子技术对物理量进行测量和分析的技术。02光电检测技术在机械工程中的应用领域包括位移、速度、加速度、力、压力、温度等多种物理量的测量。光电检测技术在机械工程中的应用掌握机械工程测试技术的基本理论和方法，了解光电检测技术在机械工程中的应用，具备独立进行机械工程测试的能力。课程目标熟悉机械工程测试技术的相关概念、原理和方法；掌握常用光电检测器件的工作原理和使用方法；了解机械工程测试中的信号处理和数据分析方法；具备设计简单机械工程测试系统的能力。课程要求课程目标与要求CHAPTER光电检测技术基础02外光电效应在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。内光电效应在光线作用下，物体的电阻率发生改变的现象。光生伏特效应在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象。光电发射器件利用外光电效应制成的器件，如光电管、光电倍增管等。光电导器件利用内光电效应制成的器件，如光敏电阻、光导管等。光生伏特器件利用光生伏特效应制成的器件，如硅光电池、硒光电池等。光电效应及器件色度学研究颜色的学科，包括颜色的分类、颜色的匹配、颜色的测量等。光度学研究人眼对光的视觉感受的学科，包括光通量、发光强度、照度、亮度等概念。光谱按波长或频率顺序排列的光的组成。光源发光的物体，分为自然光源和人造光源。光辐射光源发出的光以电磁波的形式传播，具有波粒二象性。光源与光辐射光信号转换为电信号的过程，包括光的吸收、光的转换和电的输出三个步骤。光电转换过程基于光电效应原理工作的器件，其工作原理是将入射光转换为电信号输出。光电转换器件的工作原理包括灵敏度、响应时间、光谱响应、噪声等。光电转换器件的主要特性参数在工业自动化、环境监测、医疗诊断等领域有广泛应用，如光电传感器、光电开关、光电编码器、光电测距仪等。光电转换技术的应用光电转换原理CHAPTER光电检测器件与系统03光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光电池、光电耦合器等。光电检测器件类型光谱响应、灵敏度、响应时间、噪声等。光电检测器件特性光电检测器件类型及特性光源、光学系统、光电检测器件、信号处理电路等。将光信号转换为电信号，通过对电信号的处理实现对光信号的检测。光电检测系统组成与原理光电检测系统原理光电检测系统组成利用光电效应将光信号转换为电信号，实现对被测物理量的测量。光电式传感器检测系统光纤传感器检测系统光栅测量系统激光干涉测量系统利用光纤传输光信号，通过光电转换实现对被测物理量的测量。利用光栅的莫尔条纹原理，将位移量转换为光电信号进行测量。利用激光的干涉原理，将位移量转换为光电信号进行测量，具有高精度、高灵敏度等特点。典型光电检测系统分析CHAPTER机械工程测试技术应用实例04位移测量01利用光栅、激光干涉等光电检测技术，实现高精度、非接触式的位移测量。例如，在机床加工中，通过光栅尺实时监测刀具与工件的相对位移，确保加工精度。速度测量02通过测量物体在单位时间内通过的位移来计算速度。光电检测技术可实现高速、高精度的速度测量，如利用光电编码器测量电机转速。加速度测量03加速度是速度变化率，可通过测量物体在不同时间点的速度并计算差值得到。压电加速度计是常用的加速度测量设备，广泛应用于振动分析、冲击测试等领域。位移、速度、加速度测量应力测量应力是物体内部单位面积上的内力，可通过粘贴应变片或采用光学方法测量物体表面的微小变形来推算。光电检测技术可实现高灵敏度的应力测量，如全息干涉法、散斑干涉法等。应变测量应变是物体在应力作用下产生的形状或尺寸变化。通过粘贴应变片或采用光学干涉法等方法，可实现对微小应变的精确测量。力测量力是物体间的相互作用，可通过测量物体在受力作用下的位移、变形等参数来推算。例如，利用弹性元件的变形与受力之间的关系，设计力传感器实现力的测量。应力、应变及力测量温度测量温度是物体热状态的物理量，可通过接触式或非接触式方法进行测量。光电检测技术可实现高精度的非接触式温度测量，如红外测温仪等。压力测量压力是垂直作用于单位面积上的力，可通过压力传感器将压力转换为电信号进行测量。例如，利用压阻效应、压电效应等原理设计的压力传感器广泛应用于工业控制、环境监测等领域。其他物理量测量除了位移、速度、加速度、应力、应变和力等常见物理量外，光电检测技术还可应用于其他物理量的测量，如磁场、电场、流量等。这些物理量的测量方法各异，但都需要借助相应的光电转换器件和信号处理技术实现高精度、高灵敏度的测量。温度、压力等物理量测量CHAPTER现代光电检测技术发展趋势05宽光谱响应光电检测器拓宽器件的光谱响应范围，实现对不同波长光信号的检测，提高检测系统的通用性。微型化、集成化光电检测器采用微纳加工技术，实现器件的微型化和集成化，降低检测系统体积和成本。高速、高灵敏度光电检测器采用新型材料和结构，提高器件的响应速度和灵敏度，满足高速、高精度检测需求。新型光电检测器件研究进展

智能化、微型化发展趋势智能化光电检测技术引入人工智能、机器学习等技术，实现光电检测系统的自适应、自学习和自优化，提高检测精度和效率。微型化光电检测系统采用微型化设计，减小系统体积和重量，便于携带和安装，满足现场快速检测需求。无线化光电检测技术采用无线通信技术，实现检测数据的无线传输和处理，提高检测系统的灵活性和便捷性。多功能集成化光电检测模块将不同功能的光电检测器件集成在一个模块中，实现多种功能的集成化，简化检测系统设计和搭建过程。跨领域融合创新将光电检测技术与其他领域技术相结合，如生物医学、环境科学等，开拓新的应用领域和市场。多参数同时检测技术实现多个物理量的同时检测，如温度、压力、位移等，提高检测系统的综合性能。多功能集成化发展趋势CHAPTER实验环节与课程设计06010204实验目的和要求掌握光电检测的基本原理和方法了解光电检测系统的组成和工作原理掌握光电检测器件的工作原理、特性和使用方法培养学生进行光电检测实验的能力，包括实验设计、操作、数据分析和解释等03光电检测器件的特性和参数测量了解光电检测器件的工作原理和特性掌握光电检测器件的参数测量方法实验内容和步骤进行实验，记录数据并分析结果光电检测系统的搭建和调试了解光电检测系统的组成和工作原理实验内容和步骤掌握光电检测系统的搭建和调试方法进行实验，记录数据并分析结果光电检测应用实验实验内容和步骤掌握相关应用实验的设计和实施方法进行实验，记录数据并分析结果了解光电检测在机械工程测试技术中的应用实验内容和步骤课程设计选题应紧密结合光电检