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1、光机电测控技术基础,主讲人:严晗,课程概述,核心：物理量光学量电信号 机械运动 属性：光机电技术是一种交叉学科，光学、电子学、材料学、半导体技术、计算机技术、仪器仪表等等 目的：物理量的检测、传递、控制 应用：精密测量、红外探测、遥感、激光雷达、空中侦察、制导武器、导航、跟踪、光通信、图像处理、夜视、深空探测等等,光机电技术,光学技术,机械技术,电子技术,光机电测控技术,光机电传感器,融合,核心部分,基础,光机电测控与人工操作区别,比较： 被测物体 感觉器官 人脑 手控 被测物体 光机电传感器 微机 执行机构 光电传感部分相当于人身的感觉器官,人的视觉有辨别光亮和颜色的双重功能 视杆系统:对光
2、敏感度高， 无颜色视觉， 视物精确性差； 视锥系统:对光敏感度差， 能分辨颜色， 视物精确性高。,举例说明 鸡视网膜仅有视锥细胞 (无暗视觉) 猫头鹰视网膜仅有视杆细胞 (无昼光视觉),三原色学说：某一波长光线作用于视网膜时，三种视锥细胞兴奋程度不同，信息传入中枢，产生某一颜色的视觉 三种视锥不同比例兴奋不同色觉 仅感红视锥兴奋红色觉 仅感绿视锥兴奋绿色觉 仅感蓝视锥兴奋蓝色觉 同等比例兴奋白色觉,人的视觉具有对明暗光的适应能力 从亮处突然进入暗处时，最初看不清楚任何物体，经过一定时间后，视觉敏感度才逐渐增强。 从暗处突然进入亮处时，最初只感到耀眼的光亮，看不清物体，一段时间后才能恢复视觉。
3、人的视觉有很高的分辨能力,光机电测控是人类视觉的扩展,时间上扩展,空间上扩展,中国最大射电望 远镜主体,空间上扩展,美国的哈勃望远镜： 主镜2.4m、焦距57.6m。,美国的詹姆斯.韦伯： 主镜6.8m、焦距136m。,美国的KH-12： 主镜23m。,识别能力上扩展,电子显微镜拍摄照片,光机电测控技术的特点,高精度： 测长度nm量级； 高速度： 光速是最快的； 远距离、大量程： 遥控、遥测和遥感； 非接触式检测： 可遥测遥感，长距离工作； 寿命长： 机械运动部分少。,受光学介质的影响大（水、空气、尘土） 成本高。,光机电测控技术的特点,光机电测控技术的应用,在工业生产领域的应用 在线检测：零
4、件尺寸、产品缺陷、装配定位. 现代工程装备中，检测环节的成本约占5070%,在汽车领域的应用,在汽车领域的应用,汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容 普通轿车：约安装几十到近百只传感器， 豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。 发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息， 对发动机工作状况进行精确控制 温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等 底 盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统 车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温 车 身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等 温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、
5、测距、图象等,在日常生活中的应用,家用电器： 数码相机、数码摄像机：自动对焦-红外测距传感器 自动感应灯：亮度检测-光敏电阻 空调、冰箱、电饭煲：温度检测-热敏电阻、热电偶 电话、麦克风：话音转换-驻极电容传感器 遥控接收：红外检测-光敏二极管、光敏三极管 可视对讲、可视电话：图像获取-面阵CCD,在日常生活中的应用,办公商务： 扫描仪：文档扫描-线阵CCD 红外传输数据：红外检测-光敏二极管、光敏三极管 医疗卫生： 数字体温计：接触式-热敏电阻，非接触式-红外传 感器 电子血压计：血压检测 - 压力传感器 血糖测试仪、胆固醇检测仪 - 离子传感器,美军研制的未来单兵作战武器,夜视瞄准机系统：
6、非冷却红外传感器技术 激光测距仪：可精确的定位目标。,在军事上的应用,美国国家导弹防御计划-NMD,监测系统: 探测和发现敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道；,拦截器：能识别真假弹头，敌友方,1.地基拦截器 2.早期预警系统 3.前沿部署(如雷达） 4.管理与控制系统 5.卫星红外线监测系统,“阿波罗10”：,火箭部分-2077个传感器,飞船部分-1218个传感器,检测参数-加速度、温度、压力、 振动、流量、应变、 声学,神州飞船：,185台（套）仪器装置,在航天领域的应用,光机电测控技术概述,光电检测技术以激光、红外、光纤等现代光电器件为基础，通过对载有被检测物体信号的光辐射（发射、反射、散
7、射、衍射、折射、透射等）进行检测，即通过光电检测器件接收光辐射并转换为电信号。 由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用的信息，再经过A/D变换接口输入微型计算机运算、处理，最后显示或打印输出所需检测物体的几何量或物理量。,光机电测控系统的组成,光电传感器： 基于光电效应，将光信号转换为电信号的一种光电器件 将非电量转换为与之有确定对应关系的电量输出。 光电检测技术： 是利用光电传感器实现各类检测。它将被测量的量转换成光通量,再转换成电量，并综合利用信息传送和处理技术，完成在线和自动测量 光电检测系统 光学变换 光电变换 电路处理,被测对象,光机电测控系统,光 源,光学系统,机械执行机构,光电探
8、测器的分类,光电探测器的分类,光机电测控技术的功能分类,测量检查型： 几何量:长度、角度、形状、位置、形变、面积、体积、距离。 运动量：速度、加速度、振动 表面形状：光洁度、庇病、伤痕 工作过程：湿度、流量、压力、物位、PH值、浓度等 机械量：重量、压力、应变、压强 电学量：电流、电压、电场、磁场 光学量：吸收、反射、透射、光度、色度、波长、光谱,光机电测控技术的功能分类,控制跟踪型： 跟踪控制：激光制导，红外制导 数值控制：自动定位，图形加工形成，数值控制 图象分析型： 图形检测 图形分析,测量的概念,测量：将被测的未知量与同性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数，并通过数字表示出这
9、个倍数的过程 直接测量：对仪表读数不经任何运算，直接得出被测量的数值。例如： 长度：直尺、游标卡尺、千分尺 电压：万用表 质量：天平 间接测量：测量几个与被测量相关的物理量，通过函数关系式计算出被测量。例如： 电功率：P = I V（电流电压） 重力加速度：单摆测量（L：摆的线长，T：摆动的周期）,检测的概念,检测：通过一定的物理方式，分辨出被测参数量并归属到某一范围带，以此来判别被测参数量是否合格或参数量是否存在 被测对象：宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体 ） 被测信息：物理量（光、电、力、热、磁、声、） 化学量（PH、成份） 生物量（酶、葡萄糖、） 检测器件：传感器、检测仪器、检测装置
10、、检测系统 检测过程：信号采集、信号处理、信号显示、信号输出,传感器的概念,传感器的作用：是将非电量转换为与之有确定对应关系的电量输出。（非电量与电量系统之间的接口） 敏感器：能够将被测非电量转换为可用非电量的器件或装置 光电传感器：基于光电效应，将光信号转换为电信号的一种光电器件，广泛应用于自动控制、宇航和广播电视等各个领域。,例：空调机测量控制室温 被测对象：室内空气 被测信息：温度 检测器件：温度传感器 - 热电阻、热电偶 操作过程：, 热敏电阻, 电信号, 处理, 显示,空调机,空气,光机电测控技术的发展趋势,发展纳米、亚纳米高精度的光电测量新技术。 发展小型的、快速的微型光、机、电检
11、测系统。 非接触、快速在线测量，以满足快速增长的经济需要。 向微空间三维测量技术和大空间三维测量技术发展。 发展闭环控制的光电检测系统，实现光电测量与光电控制一体化。 发展光电跟踪与光电扫描技术，如远距离的遥控，遥测技术，激光制导，飞行物自动跟踪，复杂形体自动扫描测量等。 向人们无法触及的领域发展。,光机电测控技术的学习要求,了解并光机电测控系统的基本组成、特点和发展趋势; 了解典型光电器件（传感器、光源和成像器件等）的工作原理、基本特性和应用; 了解光机电测控技术的应用范围; 了解常用光机电控制技术的数据采集、处理和转换方法，了解所需的元器件、仪器和相关的自动化控制接口技术。,课程性质,专业课程（选修）,学分,2学分,考核方式,期末成绩80；平时成绩20,参考书目,
