調(diào)制盤(pán)2 (1).ppt

1、第四章 輻射通量的調(diào)制,4.1調(diào)制的目的和方法,一.對(duì)輻射通量進(jìn)行調(diào)制的意義,1.使輻射能中包含目標(biāo)的方位信息 2.使恒定的目標(biāo)輻射能轉(zhuǎn)換成按一定頻率變化 的斷續(xù)的輻射能，便于進(jìn)行信號(hào)的放大處理,調(diào)制包括：調(diào)幅、調(diào)相、調(diào)頻三種,調(diào)制的類(lèi)型要求適合系統(tǒng)信號(hào)處理的有利形式。,在紅外檢測(cè)技術(shù)中是否需要調(diào)制？,二.在檢測(cè)技術(shù)中常用的調(diào)制方法,例：液體渾濁度的測(cè)量 1.原理圖 2.利用調(diào)制光測(cè)量液體的混濁度,1.利用泡克耳斯效應(yīng)調(diào)制 2.利用克爾效應(yīng)調(diào)制,1.泡克耳斯效應(yīng),（1）裝置和現(xiàn)象,現(xiàn)象：不加電場(chǎng)，線偏振光沿光軸方向傳播 P2后無(wú)光。加電場(chǎng)，單軸晶體轉(zhuǎn)化為 雙軸晶體，生成兩束光矢相互垂直且 與傳

2、播方向垂直的光。(1893法國(guó)物理學(xué)家),（2）實(shí)驗(yàn)規(guī)律,感生折射率差,可見(jiàn)n與成正比，故稱為一次電光效應(yīng)。,從晶體出射兩光的位相差,從檢偏器后出射的光強(qiáng)（P1P2，=45）,透過(guò)率曲線,(3) 應(yīng)用,電光調(diào)制,凡使光波的振幅、頻率、位相、偏振態(tài)、傳播方向隨外加訊號(hào)變化的均稱為光調(diào)制。調(diào)制器是激光通訊、激光電視中重要的裝置,例：在激光通訊里，以要傳遞的電訊號(hào)控制電光晶體，改變光的偏振態(tài)，利用偏振片把偏振調(diào)制變?yōu)楣鈴?qiáng)調(diào)制，控制激光光源的發(fā)光。,優(yōu)點(diǎn)：無(wú)毒、電壓低僅為克爾盒的1/51/10,2.克爾效應(yīng),（1）實(shí)驗(yàn)裝置與現(xiàn)象,現(xiàn)象：不加電壓克爾盒內(nèi)液體呈各向同性P2后無(wú)光 加高電壓克爾盒內(nèi)液體呈各

3、向異性P2后有光 似單軸晶體。（1875蘇格蘭科學(xué)家克爾發(fā)現(xiàn)）,（2）實(shí)驗(yàn)規(guī)律,感生折射率差,可見(jiàn)n與2成正比，故稱為二次電光效應(yīng)。,P2后有最大光強(qiáng)通過(guò),當(dāng)外加電壓為零時(shí)無(wú)光通過(guò)P2,使=的電壓，稱為半波電壓V /2，其值越小越好,（3）應(yīng)用,可作為高速開(kāi)關(guān)、光調(diào)制器,優(yōu)點(diǎn)：無(wú)時(shí)間延遲，相應(yīng)快（10-10s）,4.2 調(diào)制盤(pán),調(diào)制盤(pán)調(diào)制輻射能的部件,調(diào)制盤(pán)的制作：,調(diào)制后的輻射能是時(shí)間的周期函數(shù) （方波、正弦波、梯形波等）,調(diào)制后的波形 由目標(biāo)尺寸和調(diào)制盤(pán)孔 徑之間的比例關(guān)系而定,孔徑和像點(diǎn)尺寸對(duì)信號(hào)波形的影響圖,一. 調(diào)制盤(pán)的作用,調(diào)制盤(pán)調(diào)制輻射能，便于信號(hào)放大處理 （對(duì)前置放大器的性能降

4、低了要求）,2. 利用調(diào)制盤(pán)確定目標(biāo)在空間的方位 目標(biāo)在物空間的變化與目標(biāo)像點(diǎn)在像空間既調(diào)制盤(pán)上位置的變化相對(duì)應(yīng)。,q 反映了目標(biāo)偏離光軸的大小 M( ,) 反映了目標(biāo)偏離光軸的大小和方位,像點(diǎn)的變化經(jīng)調(diào)制盤(pán)輸出，調(diào)制能就包含了目標(biāo)方位信息，使紅外探測(cè)器產(chǎn)生的信號(hào)規(guī)律發(fā)生變化，用信號(hào)處理電路處理并進(jìn)行位置變換可得出目標(biāo)信息。,例如：初升太陽(yáng)式調(diào)幅調(diào)制盤(pán),A,上半圓目標(biāo)調(diào)制區(qū) 下半圓半透區(qū) 調(diào)制盤(pán)以角速度旋轉(zhuǎn),調(diào)制波形,工作原理： 假定M點(diǎn)不動(dòng)，調(diào)制盤(pán)以角速度旋轉(zhuǎn)。 調(diào)制盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一周，像點(diǎn)能量被調(diào)制成調(diào)幅波，為一個(gè)調(diào)制周期T 。,（1）調(diào)幅波包絡(luò)的幅值與像點(diǎn)偏離量和像點(diǎn) 大小的關(guān)系,假定：像點(diǎn)為有

5、限半徑的圓形 像點(diǎn)上輻照度均勻分布，總能量F 像點(diǎn)總面積為S,像點(diǎn)上一部分輻射能能透過(guò)調(diào)制盤(pán) 透過(guò)的能量F1透過(guò)面積S1 像點(diǎn)上一部分輻射能不能透過(guò)調(diào)制盤(pán) 不能透過(guò)的能量F2不能透過(guò)的面積S2,調(diào)制區(qū)透過(guò)能量在F1與F2之間周期性地變化,調(diào)制信號(hào)的幅值,F1- F2 S1 - S2 ,調(diào)制深度,D表征目標(biāo)輻射通量中被調(diào)制部分所占比例,D信號(hào)的幅值,假定像點(diǎn)面積不變,可見(jiàn)在像點(diǎn)面積一定時(shí)，可以用調(diào)制信號(hào) 的幅值來(lái)表示偏離量的大小。,（2）包絡(luò)位相與目標(biāo)方位角的關(guān)系,例：初升太陽(yáng)式圖案有明顯的分界線,令分界線ox為起始坐標(biāo)線，當(dāng)目標(biāo)像點(diǎn)偏離ox不同方位角時(shí)，所得調(diào)制包絡(luò)的初位相角不同，因此可用包絡(luò)

6、的初位相角來(lái)反映目標(biāo)的方位。,調(diào)制信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)相比較。 基準(zhǔn)信號(hào)的初始相位：取ox軸,忽略像點(diǎn)大小的影響，假定像點(diǎn)為一個(gè)幾何點(diǎn)，所得載波為矩形波。,3.用調(diào)制盤(pán)進(jìn)行空間濾波，抑制背景干擾,為獲得目標(biāo)信息，要求紅外探測(cè)系統(tǒng)能把目標(biāo)從背景中分辨出來(lái)。,一般，目標(biāo)對(duì)系統(tǒng)的張角較小，像較小。 背景對(duì)系統(tǒng)的張角較大，像較大。,調(diào)制盤(pán)利用目標(biāo)和背景對(duì)系統(tǒng)張角的差異抑制背景干擾、突出目標(biāo)空間濾波。,調(diào)制盤(pán)進(jìn)行空間濾波的基本原理,對(duì)點(diǎn)光源目標(biāo)的像點(diǎn),對(duì)大面積背景的像,當(dāng)大面積的背景輻射，在整個(gè)周期內(nèi)保持調(diào)制盤(pán)的透過(guò)系數(shù)為某一恒定值時(shí)，沒(méi)有有用信號(hào)輸出。, 當(dāng)背景張角較小，背景像的大小與調(diào)制柵格尺寸相當(dāng)時(shí)，就

7、不起作用。,例如：當(dāng)輻射面積較小的背景成像于調(diào)制 盤(pán)邊緣時(shí)，仍會(huì)產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)。,改進(jìn)：,棋盤(pán)格子的設(shè)計(jì): 等面積原則,徑向各處對(duì)大面積像點(diǎn)透過(guò)率均接近50%， 要求每個(gè)單元格子面積接近相等。,4.用調(diào)制盤(pán)提高紅外系統(tǒng)的檢測(cè)性能,在設(shè)有調(diào)制盤(pán)的系統(tǒng)中，調(diào)制盤(pán)的形式?jīng)Q定了系統(tǒng)的信號(hào)形式。,通過(guò)調(diào)制盤(pán)的圖案設(shè)計(jì)及掃描方式的選擇可以給出滿足最佳檢測(cè)方式要求的信號(hào)形式，從而提高系統(tǒng)的檢測(cè)性能。,二.調(diào)制特性分析,調(diào)制曲線：失調(diào)角與有用調(diào)制信號(hào)之間的關(guān)系曲線,已知 失調(diào)角q 與像點(diǎn)偏離量 有關(guān),將調(diào)制后的信號(hào)波形按付里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)，取載頻的上下旁頻信號(hào)，則可得到有用的輻射能信號(hào)，這部分輻射能經(jīng)探測(cè)器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)放大、變換處理。,用信號(hào)電路某一級(jí)的輸出電壓信號(hào)u，來(lái)表示有用調(diào)制信號(hào)的大小。對(duì)不同的