緒論近代光學(xué)測(cè)試技術(shù)2016.ppt

1、近代光學(xué)測(cè)試技術(shù),張登偉,課程安排,參考書: 光學(xué)測(cè)試技術(shù)，劉承等編著，電子工業(yè)出版社 近代光學(xué)測(cè)試技術(shù)，楊國(guó)光主編，浙江大學(xué)出版社 光電測(cè)試技術(shù)，范志剛等編，電子工業(yè)出版社 其他相關(guān)文獻(xiàn)資料 平時(shí)成績(jī) （作業(yè)、討論等）50，考試或論文50 秋,周二,8-9節(jié)(下午3-4),玉泉教7-408(多) 周四.8-9節(jié)(下午3-4).玉泉教7-408(多),學(xué)院網(wǎng)頁，課程中心（暫未開通） 探討,請(qǐng)發(fā)EMAIL: 密碼：zjuopt2016 微信加微信liebecc1204，拉入 “近代光學(xué)測(cè)試技術(shù)微信群”,交流平臺(tái),清楚光學(xué)測(cè)試技術(shù)的原理 熟悉光學(xué)測(cè)試系統(tǒng)的基本組成部分 掌

2、握典型的光學(xué)測(cè)試系統(tǒng) 將光學(xué)測(cè)試技術(shù)應(yīng)用于科學(xué)研究及工程項(xiàng)目,課程目標(biāo),緒論 第一章 光干涉技術(shù) 第二章 光纖傳感技術(shù) 第三章 微弱光電流信號(hào)檢測(cè)技術(shù) 第四章 光調(diào)制與光掃描技術(shù) 第五章 光衍射技術(shù) 第六章 光納米傳感與測(cè)量技術(shù),課程主要內(nèi)容,緒論 第一章 光干涉技術(shù) 第二章 光纖傳感技術(shù) 第三章 微弱光電流信號(hào)檢測(cè)技術(shù) 第四章 光調(diào)制與光掃描技術(shù) 第五章 光衍射技術(shù) 第六章 光納米傳感與測(cè)量技術(shù),課程主要內(nèi)容,了解光學(xué)測(cè)試技術(shù)涵蓋的內(nèi)容 了解光學(xué)測(cè)試系統(tǒng)的基本組成部分 了解光學(xué)測(cè)試技術(shù)的特點(diǎn) 接觸光學(xué)測(cè)試技術(shù),本講要點(diǎn),近代光學(xué)測(cè)試技術(shù)概論,光學(xué)是物理學(xué)眾多學(xué)科中最古老的學(xué)科之一。在古代，人

3、們除了認(rèn)識(shí)到光的直線傳播、反射定律和不完全的折射定律外，對(duì)光學(xué)知識(shí)沒有進(jìn)一步的深入認(rèn)識(shí)。 近代光學(xué)史是從十七世紀(jì)初開普勒的光學(xué)研究開始，以望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的發(fā)明而發(fā)展起來的。 自19世紀(jì)70年代開始由于激光技術(shù)、光波導(dǎo)技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及傅里葉光學(xué)的出現(xiàn)，使光學(xué)發(fā)展成近代光學(xué)。以激光為代表的近代光學(xué)促使光學(xué)測(cè)試技術(shù)出現(xiàn)更多新方法和新技術(shù)，從而開始形成近代光學(xué)測(cè)試技術(shù)。,光學(xué)測(cè)試技術(shù)的研究領(lǐng)域,光學(xué)測(cè)試技術(shù)的研究領(lǐng)域,光學(xué)測(cè)試技術(shù) 近代光學(xué)測(cè)試技術(shù),激光技術(shù)、光波導(dǎo)技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及傅里葉光學(xué),近代光學(xué)測(cè)試技術(shù)的研究領(lǐng)域,近代光學(xué)測(cè)試技術(shù)的研究領(lǐng)域,近代光學(xué)測(cè)試技術(shù)的研究領(lǐng)域

4、,近代光學(xué)測(cè)試技術(shù)的研究領(lǐng)域,近代光學(xué)測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域,軍事領(lǐng)域的應(yīng)用 衛(wèi)星上的應(yīng)用 航空領(lǐng)域的應(yīng)用 國(guó)防上的應(yīng)用 航天領(lǐng)域的應(yīng)用 工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用 醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用,在軍事上的應(yīng)用,美軍研制的未來單兵作戰(zhàn)武器,夜視瞄準(zhǔn)機(jī)系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術(shù) 激光測(cè)距儀：可精確的定位目標(biāo)。,21,在軍事上的應(yīng)用,為潛艇實(shí)現(xiàn)精確慣性導(dǎo)航,2009年9月，英國(guó)BAE公司與IXSEA簽訂合同，為皇家海軍四艘“HMS Audacious”的Astute級(jí)核攻擊潛艇裝備MARINS慣導(dǎo)系統(tǒng)，同時(shí)還計(jì)劃為后續(xù)的第五至七艘潛艇裝備同樣的系統(tǒng)。,22,潛艇慣導(dǎo)中使用的超高精度光纖陀螺,Honeywell公司與波音公司聯(lián)合

5、研制光纖陀螺導(dǎo)航儀取代靜電陀螺，作為Trident彈道導(dǎo)彈戰(zhàn)略級(jí)潛艇的慣性基準(zhǔn)。 2006年ADM光纖陀螺隨機(jī)游走0.00009/ h1/2，零偏穩(wěn)定性0.00023/h，標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性0.3ppm。,23,在衛(wèi)星定向中的應(yīng)用,IXSEA應(yīng)用于空間定位的Astrix200光纖陀螺， L=5000m，D=180mm。,在航空領(lǐng)域的應(yīng)用,客機(jī),直升機(jī),高速鐵路軌檢儀,衛(wèi)星,無人機(jī),在航空領(lǐng)域的應(yīng)用,美國(guó)國(guó)家導(dǎo)彈防御計(jì)劃-NMD,在國(guó)防領(lǐng)域的應(yīng)用,監(jiān)測(cè)系統(tǒng): 探測(cè)和發(fā)現(xiàn)敵人導(dǎo)彈的發(fā)射并追蹤導(dǎo)彈的飛行軌道；,攔截器：能識(shí)別真假?gòu)楊^，敵友方,“阿波羅10”：,火箭部分-2077個(gè)傳感器,飛船部分-121

6、8個(gè)傳感器,檢測(cè)參數(shù)-加速度、溫度、 壓力、 振動(dòng)、流量、應(yīng)變、 聲學(xué),神州飛船：,185臺(tái)（套）儀器裝置,全景光學(xué)環(huán)帶相機(jī)拍攝的地球照片,在航天領(lǐng)域的應(yīng)用,2020/9/27,在線檢測(cè)：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位. 現(xiàn)代工程裝備中，檢測(cè)環(huán)節(jié)的成本約占5070%,在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用,土木行業(yè)：水立方健康安全監(jiān)測(cè),電力行業(yè)：風(fēng)力發(fā)電葉片健康安全監(jiān)測(cè),航空：直升機(jī)旋翼健康安全監(jiān)測(cè),石化：海洋平臺(tái)冰激安全健康監(jiān)測(cè),軌道交通：鐵路地基變形監(jiān)測(cè),在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用,石化行業(yè)：儲(chǔ)油罐溫度監(jiān)測(cè),光探測(cè)與顯示技術(shù),發(fā)動(dòng)機(jī)：向發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元（ECU）提供發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況信息， 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況進(jìn)行精確控制

7、溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、流量、氣體濃度和爆震傳感器等,汽車傳感器：汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，關(guān)鍵部件，核心技術(shù)內(nèi)容,普通轎車：約安裝幾十到近百只傳感器， 豪華轎車：傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只。,底 盤：控制變速器系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)等 車速、踏板、加速度、節(jié)氣門、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、油溫,車 身：提高汽車的安全性、可靠性和舒適性等 溫度、濕度、風(fēng)量、日照、加速度、車速、測(cè)距、圖象等,激光測(cè)振，測(cè)角,在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用,PET成像技術(shù),在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用,光學(xué)測(cè)試系統(tǒng)的組成部分,二氧化碳激光器,光纖激光器,激光器,光源,HE-NE 激光器,激光器,光源,LD半導(dǎo)體激光器,光源,LED

8、 全彩屏的大、中、小屏幕顯示裝置 顏色變化的背光光源 汽車內(nèi)外的照明和顯示裝置 航空、航海、鐵路等交通信號(hào)指示用的特種照明燈 2010年全球市場(chǎng)80億美金 2011108億美金,LED,光源,OLED技術(shù),光源,光柵,Plane Ruled Reflectance Gratings,Concave Ruled Reflectance Gratings,Plane Transmission Gratings,光學(xué)元件,光學(xué)元件,棱鏡、 濾光片、 光闌、 透鏡等,探測(cè)器,常用的光學(xué)測(cè)試技術(shù),光干涉技術(shù) 光衍射技術(shù)（莫爾條紋技術(shù)） 光全息技術(shù) 激光多普勒技術(shù) 光纖傳感技術(shù) 光納米傳感及測(cè)量技術(shù) 光調(diào)

9、制、解調(diào)及掃描技術(shù) 電信號(hào)采樣及處理技術(shù),常用的光學(xué)測(cè)試技術(shù),光干涉技術(shù) 光衍射技術(shù)（莫爾條紋技術(shù)） 光全息技術(shù) 激光多普勒技術(shù) 光纖傳感技術(shù) 光納米傳感及測(cè)量技術(shù) 光調(diào)制解調(diào)及掃描技術(shù)（激光多普勒技術(shù)） 電信號(hào)采樣及處理技術(shù),波面干涉儀,光干涉技術(shù),共路干涉技術(shù),光干涉技術(shù),剪切干涉技術(shù),光干涉技術(shù),剪切干涉儀,THORLABS公司（美國(guó)）,光干涉技術(shù),剪切干涉儀性能指標(biāo),光干涉技術(shù),剪切干涉儀的應(yīng)用-面形檢測(cè),光干涉技術(shù),外差干涉技術(shù),光干涉技術(shù),基于激光三角法的激光位移傳感器,光學(xué)非接觸測(cè)量技術(shù),衍射光柵、莫爾條紋及波分復(fù)用,光衍射技術(shù),全息成像及顯示,光全息技術(shù),光全息技術(shù),全息3D投

10、影,光全息技術(shù),全息防偽技術(shù),多普勒測(cè)距,光學(xué)多普勒技術(shù),線光柵莫爾條紋-測(cè)量物體相對(duì)位移,莫爾條紋技術(shù),光閘莫爾條紋,播放動(dòng)畫,播放中,莫爾條紋技術(shù),播放中,圓弧莫爾條紋,單擊準(zhǔn)備演示,播放動(dòng)畫,莫爾條紋技術(shù),光纖陀螺(sagnac 干涉儀),光纖傳感技術(shù),光纖陀螺達(dá)到的水平,測(cè)量范圍：理論上可以無限大，實(shí)際已經(jīng)實(shí)現(xiàn)40000/s 理論靈敏度：優(yōu)于10-6度/小時(shí) (機(jī)械型10-2度/小時(shí)，激光型10-4度/小時(shí)) 實(shí)際：短期漂移0.00001度/小時(shí) 長(zhǎng)期漂移0.0001度/小時(shí),光纖傳感技術(shù),透射光譜,入射光譜,光強(qiáng),光強(qiáng),反射光譜,光強(qiáng),光纖光柵傳感技術(shù),光在光纖光柵上的傳輸,1、寬帶

11、光進(jìn)入光纖，經(jīng)過光柵反射回特定波長(zhǎng)的光 2、通過測(cè)量光柵反射波長(zhǎng)，換算被測(cè)體溫度/應(yīng)變等物理量； 3、光柵的溫度特性為10pm/，應(yīng)變特性為1.2pm/微應(yīng)變,光纖傳感技術(shù),OTDR技術(shù),光纖傳感技術(shù),氧化鋅納米線的二次諧波（Second harmonic generation，SHG）和三次諧波（Third harmonic generation）近場(chǎng)圖。,近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡SNOM,近場(chǎng)探測(cè)技術(shù),光納米傳感及測(cè)量技術(shù),基于倏逝波的測(cè)量技術(shù),光納米傳感及測(cè)量技術(shù),基于表面等離子體共振的測(cè)量技術(shù),光納米傳感及測(cè)量技術(shù),各種 微型智能 偵查設(shè)備和武器,光納米傳感及測(cè)量技術(shù),光的振幅調(diào)制技術(shù) 強(qiáng)度

12、的空間調(diào)制 強(qiáng)度的時(shí)間調(diào)制 頻率調(diào)制 相位調(diào)制 偏振態(tài)調(diào)制技術(shù),光調(diào)制解調(diào)與掃描技術(shù),信號(hào)的獲取途徑,電信號(hào)處理技術(shù),不同信號(hào)處理方法的選取,大信號(hào)模擬電壓A/D轉(zhuǎn)換器CPU 大信號(hào)模擬電壓V/F轉(zhuǎn)換器CPU 小信號(hào)模擬電壓放大器A/D轉(zhuǎn)換器CPU 小信號(hào)模擬電壓放大V/F轉(zhuǎn)換器CPU 小信號(hào)頻率F放大整形CPU TTL電平的頻率信號(hào)CPU 非TTL電平的開關(guān)信號(hào)防抖電平變換整形CPU 大信號(hào)電流(010mA，4mA20mA)I/VA/D轉(zhuǎn)換器CPU 大信號(hào)電流(010mA，4mA20mA)I/VV/F轉(zhuǎn)換器CPU 小信號(hào)電流(mA、A)I/V放大A/D轉(zhuǎn)換器CPU 小信號(hào)電流(mA、A)I/V放大V/F轉(zhuǎn)換器CPU,電信號(hào)處理技術(shù),不同的數(shù)字信號(hào)處理方法,采用大、中小型計(jì)算機(jī)和微機(jī)。 可運(yùn)行成熟處理軟件 用單片機(jī)。 價(jià)格便宜，能實(shí)時(shí)控制 利用通用DSP芯片 TI的TMS320C(F)X系列DSP， AT&T公司的dsp16,dsp32系列， Motorola公司的dsp56x,dsp96x系列AD公司的ADSP21X,ADSP210X系列 利用特殊用途的DSP芯片 MAXIM公司的MAXIM27X 及MAXIM28X等，可做FFT,電信號(hào)處理技術(shù),近代光學(xué)測(cè)試技術(shù)主要特點(diǎn),近