1、主講：揚(yáng)州職業(yè)大學(xué) 電子工程系 賈湛2012.2賈湛制作10.1.1 鋼板寬度的非接觸自動(dòng)測(cè)量鋼板寬度的非接觸自動(dòng)測(cè)量 如圖如圖10-1所示為采用所示為采用兩個(gè)線陣兩個(gè)線陣CCD圖像傳感器圖像傳感器對(duì)鋼板寬度進(jìn)行非接觸自對(duì)鋼板寬度進(jìn)行非接觸自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)原理圖。探測(cè)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)原理圖。探測(cè)器器1與探測(cè)器與探測(cè)器2分別安裝在分別安裝在同一個(gè)支撐架的兩端，它同一個(gè)支撐架的兩端，它們的中心距們的中心距(如圖所示如圖所示)為為l0。 CCD1與與CCD2在同步脈在同步脈沖的驅(qū)動(dòng)下分別輸出如沖的驅(qū)動(dòng)下分別輸出如圖圖10- 3所示的信號(hào)所示的信號(hào)U1與與U2。輸出信號(hào)經(jīng)二值化輸出信號(hào)經(jīng)二值化處理或處理或A/D

2、轉(zhuǎn)換在提取邊轉(zhuǎn)換在提取邊界界(軟件二值化處理軟件二值化處理)，得，得到如圖到如圖10-3所示的二值化所示的二值化信號(hào)信號(hào)D1與與D2。D1的下降的下降沿對(duì)應(yīng)于沿對(duì)應(yīng)于CCD1的第的第N1個(gè)個(gè)像敏單元，像敏單元，D2的上升沿的上升沿對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于CCD2的第的第N2個(gè)像個(gè)像敏單元，它們又分別表敏單元，它們又分別表示鋼板邊緣的像在示鋼板邊緣的像在CCD1與與CCD2像敏面上的位置。像敏面上的位置。因此，可以推導(dǎo)出鋼板寬度的計(jì)算公式，為因此，可以推導(dǎo)出鋼板寬度的計(jì)算公式，為 )(2021010 SNSNlL 式中，式中，1與與2分別為兩個(gè)探測(cè)器光學(xué)成像物鏡的橫分別為兩個(gè)探測(cè)器光學(xué)成像物鏡的橫向放大倍率

3、，向放大倍率，S0為為CCD像敏單元長(zhǎng)，式中的正負(fù)號(hào)像敏單元長(zhǎng)，式中的正負(fù)號(hào)要根據(jù)要根據(jù)CCD的安裝方向確定。的安裝方向確定。 (1) 測(cè)量范圍測(cè)量范圍 鋼板寬度的測(cè)量范圍與兩探測(cè)器的中心距鋼板寬度的測(cè)量范圍與兩探測(cè)器的中心距l(xiāng)0有關(guān)，有關(guān)，即與探測(cè)器安裝架的調(diào)整與鎖定方式有關(guān)。即與探測(cè)器安裝架的調(diào)整與鎖定方式有關(guān)。2. 測(cè)量范圍與測(cè)量精度測(cè)量范圍與測(cè)量精度 由式由式( (10-1) )可見(jiàn)，鋼板的寬度可見(jiàn)，鋼板的寬度L直接與直接與l0有關(guān)，有關(guān)，若若l0可以大范圍的調(diào)整與鎖定，系統(tǒng)的測(cè)量范圍將可以大范圍的調(diào)整與鎖定，系統(tǒng)的測(cè)量范圍將會(huì)很大。另外，寬度的測(cè)量范圍還與兩探測(cè)器成像會(huì)很大。另外，寬

4、度的測(cè)量范圍還與兩探測(cè)器成像物鏡的橫向放大倍率物鏡的橫向放大倍率1 1與與2 2有關(guān)，與所選用的有關(guān)，與所選用的CCD像敏單元長(zhǎng)及像元數(shù)像敏單元長(zhǎng)及像元數(shù)N等參數(shù)有關(guān)等參數(shù)有關(guān)。 對(duì)式對(duì)式( (10-1) )取微分，由于系統(tǒng)確定后除像元數(shù)取微分，由于系統(tǒng)確定后除像元數(shù)N1與與N2外的其他參數(shù)均為常數(shù)，因此外的其他參數(shù)均為常數(shù)，因此 220110NSNSL (10-2) 顯然，測(cè)量精度與顯然，測(cè)量精度與CCD的像元長(zhǎng)度的像元長(zhǎng)度S0、光學(xué)、光學(xué)系統(tǒng)的放大倍率系統(tǒng)的放大倍率等參數(shù)有關(guān)。等參數(shù)有關(guān)。 (2) 測(cè)量精度測(cè)量精度3. 測(cè)量速度測(cè)量速度 線陣線陣CCD測(cè)量周期為其轉(zhuǎn)移脈沖測(cè)量周期為其轉(zhuǎn)移脈

5、沖SH的周期的周期T，它由所選線陣它由所選線陣CCD的像元數(shù)的像元數(shù)N及驅(qū)動(dòng)頻率及驅(qū)動(dòng)頻率f決定，決定，fNNT)(d ( (10-3) )式中，式中，Nd為大于線陣為大于線陣CCD虛設(shè)單元的任意數(shù)虛設(shè)單元的任意數(shù)( (由設(shè)由設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)器者決定計(jì)驅(qū)動(dòng)器者決定) )。顯然，。顯然，N與與Nd值越大，值越大，SH的周的周期期T越長(zhǎng)，而提高驅(qū)動(dòng)頻率越長(zhǎng)，而提高驅(qū)動(dòng)頻率f，提高測(cè)量速度。，提高測(cè)量速度。 一般驅(qū)動(dòng)頻率一般驅(qū)動(dòng)頻率f為數(shù)為數(shù)MHz，N與與Nd之和為幾千之和為幾千單元單元,為此，測(cè)量周期常為為此，測(cè)量周期常為ms量級(jí)。量級(jí)。10.1.2 10.1.2 板材定長(zhǎng)剪切系統(tǒng)板材定長(zhǎng)剪切系統(tǒng)采用光電

6、非接觸測(cè)量系統(tǒng)可以使板材定長(zhǎng)加工自采用光電非接觸測(cè)量系統(tǒng)可以使板材定長(zhǎng)加工自動(dòng)化，并獲得高精度、高速度、質(zhì)量穩(wěn)定的效果。動(dòng)化，并獲得高精度、高速度、質(zhì)量穩(wěn)定的效果。 當(dāng)板材進(jìn)入光電系當(dāng)板材進(jìn)入光電系統(tǒng)，遮擋光路到一統(tǒng)，遮擋光路到一定程度時(shí)，光電器定程度時(shí)，光電器件輸出的光電流減件輸出的光電流減小，輸出電壓降低。小，輸出電壓降低。經(jīng)處理系統(tǒng)后，發(fā)經(jīng)處理系統(tǒng)后，發(fā)出執(zhí)行命令信號(hào)裁出執(zhí)行命令信號(hào)裁剪。剪。 帶材走偏帶材走偏時(shí)，邊緣經(jīng)常時(shí)，邊緣經(jīng)常與傳送機(jī)械發(fā)與傳送機(jī)械發(fā)生碰撞，易出生碰撞，易出現(xiàn)卷邊，造成現(xiàn)卷邊，造成廢品。廢品。 當(dāng)帶材處于正確位置（中間位置）時(shí)，放大器輸出電當(dāng)帶材處于正確位置（中間

7、位置）時(shí)，放大器輸出電壓壓Uo為零；當(dāng)帶材左偏時(shí)，遮光面積減小，輸出電壓反映為零；當(dāng)帶材左偏時(shí)，遮光面積減小，輸出電壓反映了帶材跑偏的方向及大小。了帶材跑偏的方向及大小。 光電傳感器光電傳感器1 被測(cè)帶材被測(cè)帶材 2卷取電機(jī)卷取電機(jī) 3卷取輥卷取輥 4液壓缸液壓缸 5活塞活塞 6滑臺(tái)滑臺(tái) 7光電檢測(cè)裝置光電檢測(cè)裝置 8光源光源 9、10透鏡透鏡 11-光敏電阻光敏電阻R1 12遮光罩遮光罩 首先，利用首先，利用傅立葉光學(xué)傅立葉光學(xué)來(lái)研究光學(xué)系統(tǒng)的成像特來(lái)研究光學(xué)系統(tǒng)的成像特性，產(chǎn)生了性，產(chǎn)生了傳遞函數(shù)的概念傳遞函數(shù)的概念。光學(xué)成像系統(tǒng)的光瞳反映了系統(tǒng)對(duì)光束的限制。光學(xué)成像系統(tǒng)的光瞳反映了系統(tǒng)對(duì)

8、光束的限制。因此，即使不考慮幾何光學(xué)像差的情況下，系統(tǒng)由于因此，即使不考慮幾何光學(xué)像差的情況下，系統(tǒng)由于存在衍射效應(yīng)，它也不可能理想成像存在衍射效應(yīng)，它也不可能理想成像點(diǎn)物成點(diǎn)像。點(diǎn)物成點(diǎn)像。從傅立葉光學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，系統(tǒng)的光瞳限制了物面的從傅立葉光學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，系統(tǒng)的光瞳限制了物面的頻譜向像面的傳遞，因此系統(tǒng)不可能理想成像。頻譜向像面的傳遞，因此系統(tǒng)不可能理想成像。傳遞函數(shù)就是用來(lái)表示物面頻譜向像面?zhèn)鬟f狀況傳遞函數(shù)就是用來(lái)表示物面頻譜向像面?zhèn)鬟f狀況（好壞）的一個(gè)物理量，用傳遞函數(shù)可以更好地評(píng)價(jià)（好壞）的一個(gè)物理量，用傳遞函數(shù)可以更好地評(píng)價(jià)光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量。用光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量。用W（F）表示

9、，其中）表示，其中F表示空表示空間頻率。間頻率。 對(duì)于非相干光照明下的衍射受限系統(tǒng)，對(duì)于非相干光照明下的衍射受限系統(tǒng)，非相干成像系非相干成像系統(tǒng)是強(qiáng)度的線性空不變系統(tǒng)（統(tǒng)是強(qiáng)度的線性空不變系統(tǒng)（LSI）。光學(xué)成像系統(tǒng)的分析）。光學(xué)成像系統(tǒng)的分析可以在空間域中進(jìn)行，也可以在時(shí)間域中進(jìn)行。可以在空間域中進(jìn)行，也可以在時(shí)間域中進(jìn)行。1. 空間域中空間域中 輸入圖象可以表示為任意二維輸入函數(shù)輸入圖象可以表示為任意二維輸入函數(shù)O（x,y）的）的函數(shù)卷積函數(shù)卷積 ddyxOyxO,將光學(xué)成像系統(tǒng)對(duì)單位脈沖函數(shù)的響應(yīng)（物像函數(shù)將光學(xué)成像系統(tǒng)對(duì)單位脈沖函數(shù)的響應(yīng)（物像函數(shù)變換關(guān)系）稱為點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)變換關(guān)系）稱為

10、點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)P（x,y）,則像函數(shù)為則像函數(shù)為 dxdyyyxxOPyxI, 2. 空間頻域中空間頻域中 根據(jù)傅里葉變換，輸入圖象的頻率函數(shù)為根據(jù)傅里葉變換，輸入圖象的頻率函數(shù)為),(,2yxOfdxdyeyxOffOyfxfjyxyx物像頻率函數(shù)的變換關(guān)系用光學(xué)傳遞函數(shù)物像頻率函數(shù)的變換關(guān)系用光學(xué)傳遞函數(shù)W（F）表示。）表示。平行光源待測(cè)透鏡狹縫CCD攝象機(jī)全自動(dòng)光學(xué)傳遞函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)全自動(dòng)光學(xué)傳遞函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)OTF可以通過(guò)計(jì)算可以通過(guò)計(jì)算獲得，但常常計(jì)算獲得，但常常計(jì)算非常復(fù)雜，所以許非常復(fù)雜，所以許多情況下可以通過(guò)多情況下可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得實(shí)驗(yàn)獲得測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)構(gòu)成及原理測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)構(gòu)成及原理被

11、非相干光均勻照明的無(wú)被非相干光均勻照明的無(wú)窮遠(yuǎn)的狹縫通過(guò)被測(cè)物鏡窮遠(yuǎn)的狹縫通過(guò)被測(cè)物鏡在掃描光柵上形成擴(kuò)散像。在掃描光柵上形成擴(kuò)散像。掃描光柵是亮暗不等寬的掃描光柵是亮暗不等寬的舉行格子板，它在恒速電舉行格子板，它在恒速電機(jī)帶動(dòng)下連續(xù)掃描狹縫像，機(jī)帶動(dòng)下連續(xù)掃描狹縫像，實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)分布的調(diào)制。被實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)分布的調(diào)制。被調(diào)制的光強(qiáng)經(jīng)過(guò)調(diào)制的光強(qiáng)經(jīng)過(guò)PMT光電光電倍增管進(jìn)行光電變換，然倍增管進(jìn)行光電變換，然后輸往電氣部分進(jìn)行信號(hào)后輸往電氣部分進(jìn)行信號(hào)窄帶濾波，顯示出相應(yīng)空窄帶濾波，顯示出相應(yīng)空間頻率的間頻率的MTF值。值。原理示意圖由于狹縫擴(kuò)散像的彌散程度反映了被測(cè)物鏡的像差衍射情況，這樣，由于狹縫擴(kuò)散

12、像的彌散程度反映了被測(cè)物鏡的像差衍射情況，這樣，被測(cè)物鏡的光學(xué)特征北調(diào)制在擴(kuò)散像上而經(jīng)過(guò)空間時(shí)間變換光電變被測(cè)物鏡的光學(xué)特征北調(diào)制在擴(kuò)散像上而經(jīng)過(guò)空間時(shí)間變換光電變換通過(guò)電信號(hào)的處理被檢測(cè)出來(lái)。換通過(guò)電信號(hào)的處理被檢測(cè)出來(lái)。PMT選頻檢測(cè)狹縫被測(cè)物鏡掃描光柵光源光學(xué)目標(biāo)發(fā)生器光學(xué)目標(biāo)發(fā)生器目標(biāo)像檢測(cè)器目標(biāo)像檢測(cè)器目標(biāo)像頻譜分析器目標(biāo)像頻譜分析器光學(xué)傳遞函數(shù)光學(xué)傳遞函數(shù) 與與 分辨分辨率率 激光準(zhǔn)直儀具有直觀性、簡(jiǎn)單性和普通光學(xué)激光準(zhǔn)直儀具有直觀性、簡(jiǎn)單性和普通光學(xué)準(zhǔn)直的精度，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。激光準(zhǔn)直儀主準(zhǔn)直的精度，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。激光準(zhǔn)直儀主要由激光器、光束準(zhǔn)直系統(tǒng)和光電接收及處理電要由激

13、光器、光束準(zhǔn)直系統(tǒng)和光電接收及處理電路三部分組成。激光準(zhǔn)直儀還可以按工作原理可路三部分組成。激光準(zhǔn)直儀還可以按工作原理可分為振幅測(cè)量法、干涉測(cè)量法和偏振測(cè)量法等。分為振幅測(cè)量法、干涉測(cè)量法和偏振測(cè)量法等。下面僅介紹振幅下面僅介紹振幅(光強(qiáng)光強(qiáng))測(cè)量法。測(cè)量法。這種方法比用人眼通過(guò)望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)更方便，精度上也有一定這種方法比用人眼通過(guò)望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)更方便，精度上也有一定的提高，但其準(zhǔn)直度受到激光束漂移、光束截面上強(qiáng)度分布的提高，但其準(zhǔn)直度受到激光束漂移、光束截面上強(qiáng)度分布不對(duì)稱、探測(cè)器靈敏度不對(duì)稱，以及空氣擾動(dòng)造成的光斑跳不對(duì)稱、探測(cè)器靈敏度不對(duì)稱，以及空氣擾動(dòng)造成的光斑跳動(dòng)的影響。為克服這些問(wèn)題，常

14、采用了以下幾種方法來(lái)提高動(dòng)的影響。為克服這些問(wèn)題，常采用了以下幾種方法來(lái)提高激光準(zhǔn)直儀的對(duì)準(zhǔn)精度。激光準(zhǔn)直儀的對(duì)準(zhǔn)精度。 振幅測(cè)量型準(zhǔn)直儀的特征是以激振幅測(cè)量型準(zhǔn)直儀的特征是以激光束的強(qiáng)度中心作為直線基準(zhǔn)，光束的強(qiáng)度中心作為直線基準(zhǔn)，在需要準(zhǔn)直的點(diǎn)上用光電探測(cè)器在需要準(zhǔn)直的點(diǎn)上用光電探測(cè)器接收它。光電探測(cè)器一般采用光接收它。光電探測(cè)器一般采用光電池或電池或PSD(位置敏感探測(cè)器位置敏感探測(cè)器)。將四象限光電池固定在靶標(biāo)上，將四象限光電池固定在靶標(biāo)上，靶標(biāo)放在被準(zhǔn)直的工件上靶標(biāo)放在被準(zhǔn)直的工件上,當(dāng)激光當(dāng)激光束照射在光電池上時(shí)，產(chǎn)生電壓束照射在光電池上時(shí)，產(chǎn)生電壓U1，U2，U3和和U4。用兩對(duì)

15、象限。用兩對(duì)象限(1和和3)與與(2和和4)輸出電壓的差值就輸出電壓的差值就能決定光束中心的位置。能決定光束中心的位置。 利用激光的相干性，采用方形菲涅耳波帶片來(lái)獲得準(zhǔn)利用激光的相干性，采用方形菲涅耳波帶片來(lái)獲得準(zhǔn)直基線。當(dāng)激光束通過(guò)望遠(yuǎn)鏡后，均勻地照射在波帶片上，直基線。當(dāng)激光束通過(guò)望遠(yuǎn)鏡后，均勻地照射在波帶片上，并使其充滿整個(gè)波帶片。于是在光軸上的某一位置出現(xiàn)一并使其充滿整個(gè)波帶片。于是在光軸上的某一位置出現(xiàn)一個(gè)很細(xì)的個(gè)很細(xì)的十字亮線十字亮線，當(dāng)用一個(gè)屏放在該位置上時(shí)，可以清，當(dāng)用一個(gè)屏放在該位置上時(shí)，可以清晰地看到如圖晰地看到如圖10-12所示的十字亮線。調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的焦距，所示的十字亮線

16、。調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的焦距，十字亮線十字亮線就會(huì)出現(xiàn)在光軸的不同位置上，這些十字亮線中就會(huì)出現(xiàn)在光軸的不同位置上，這些十字亮線中心點(diǎn)的連線為一直線，這條線可作為基準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行準(zhǔn)直測(cè)量。心點(diǎn)的連線為一直線，這條線可作為基準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行準(zhǔn)直測(cè)量。由于十字亮線為干涉的結(jié)由于十字亮線為干涉的結(jié)果，所以具有良好的抗干果，所以具有良好的抗干擾特性。同時(shí)，還可以克擾特性。同時(shí)，還可以克服光強(qiáng)分布不對(duì)稱的影響。服光強(qiáng)分布不對(duì)稱的影響。 在激光束中放置一塊二維對(duì)稱的相位板，它由四塊扇形涂層組成，在激光束中放置一塊二維對(duì)稱的相位板，它由四塊扇形涂層組成，相鄰?fù)繉庸獬滩顬橄噜復(fù)繉庸獬滩顬?2 (即位相差為即位相差為)。在相位板后面的

17、光束任何截面上。在相位板后面的光束任何截面上都出現(xiàn)都出現(xiàn)暗十字暗十字條紋。暗十字線中心的連線是一條直線，利用這條線作基條紋。暗十字線中心的連線是一條直線，利用這條線作基準(zhǔn)可直接進(jìn)行準(zhǔn)直測(cè)量。準(zhǔn)可直接進(jìn)行準(zhǔn)直測(cè)量。若在暗十字中心處插入一若在暗十字中心處插入一方孔方孔PA，中心精確與光軸，中心精確與光軸重合，在孔后的屏幕重合，在孔后的屏幕PB上上可觀察到第二衍射圖像將可觀察到第二衍射圖像將出現(xiàn)四個(gè)對(duì)稱的亮點(diǎn)，并出現(xiàn)四個(gè)對(duì)稱的亮點(diǎn)，并被兩條暗線被兩條暗線(十字線十字線)分開(kāi)。分開(kāi)。若方孔中心與光軸有偏移，那么，在若方孔中心與光軸有偏移，那么，在PB上的衍射圖像就不對(duì)稱。這些上的衍射圖像就不對(duì)稱。這些

18、亮點(diǎn)強(qiáng)度的不對(duì)稱隨著孔的偏移而增加。因此，這個(gè)偏移的大小和方亮點(diǎn)強(qiáng)度的不對(duì)稱隨著孔的偏移而增加。因此，這個(gè)偏移的大小和方向可以通過(guò)測(cè)量向可以通過(guò)測(cè)量PB上的四個(gè)亮點(diǎn)的強(qiáng)度得到。上的四個(gè)亮點(diǎn)的強(qiáng)度得到。 該準(zhǔn)直法使用一個(gè)復(fù)合棱鏡將光束分為兩束，該準(zhǔn)直法使用一個(gè)復(fù)合棱鏡將光束分為兩束，當(dāng)激光器的出射光束漂移時(shí)，經(jīng)過(guò)棱鏡以后的兩個(gè)當(dāng)激光器的出射光束漂移時(shí)，經(jīng)過(guò)棱鏡以后的兩個(gè)光束的漂移方向相反，采用兩光束的平分線作為準(zhǔn)光束的漂移方向相反，采用兩光束的平分線作為準(zhǔn)直基準(zhǔn)可以克服激光器的漂移和部分空氣擾動(dòng)的影直基準(zhǔn)可以克服激光器的漂移和部分空氣擾動(dòng)的影響。響。 激光準(zhǔn)直儀可用在各種工業(yè)生產(chǎn)中，其中以大激光

19、準(zhǔn)直儀可用在各種工業(yè)生產(chǎn)中，其中以大型機(jī)床、飛機(jī)及輪船等制造工業(yè)的應(yīng)用最為典型。型機(jī)床、飛機(jī)及輪船等制造工業(yè)的應(yīng)用最為典型。光電探測(cè)靶標(biāo)選用四象限光電池或光電探測(cè)靶標(biāo)選用四象限光電池或PSD。 滑板沿機(jī)床導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，光電探測(cè)器輸出的信號(hào)經(jīng)放大、滑板沿機(jī)床導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，光電探測(cè)器輸出的信號(hào)經(jīng)放大、運(yùn)算處理后，輸入到記錄器或計(jì)算機(jī)，記錄不直度曲線。運(yùn)算處理后，輸入到記錄器或計(jì)算機(jī)，記錄不直度曲線。2. 不直度的測(cè)量不直度的測(cè)量 大型柴油機(jī)軸承孔的不同軸度，以及輪船軸系的不同大型柴油機(jī)軸承孔的不同軸度，以及輪船軸系的不同軸度等的測(cè)量均可以采用激光準(zhǔn)直儀和定心靶來(lái)進(jìn)行。其軸度等的測(cè)量均可以采用激光準(zhǔn)直儀和定

20、心靶來(lái)進(jìn)行。其測(cè)量原理如圖測(cè)量原理如圖10-15所示。在軸承座兩端的軸承孔中所示。在軸承座兩端的軸承孔中各置一各置一定心靶，并調(diào)整激光準(zhǔn)直儀使其光束通過(guò)兩定心靶的中心，定心靶，并調(diào)整激光準(zhǔn)直儀使其光束通過(guò)兩定心靶的中心，即建立了直線度基準(zhǔn)。即建立了直線度基準(zhǔn)。再將測(cè)量靶再將測(cè)量靶(與定心與定心靶同靶同)依次放入各軸依次放入各軸承孔，測(cè)量靶中心承孔，測(cè)量靶中心相對(duì)于激光束基準(zhǔn)相對(duì)于激光束基準(zhǔn)的偏移值。的偏移值。3. 不同軸度的測(cè)量不同軸度的測(cè)量 搜索與跟蹤儀器的任務(wù)是發(fā)現(xiàn)能量輻射目標(biāo)，確定它搜索與跟蹤儀器的任務(wù)是發(fā)現(xiàn)能量輻射目標(biāo)，確定它的空間位置并對(duì)它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤。即先確定在視場(chǎng)中的目的空間位

21、置并對(duì)它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤。即先確定在視場(chǎng)中的目標(biāo)，并使目標(biāo)與儀器跟蹤線重合。跟蹤線的偏移產(chǎn)生偏差信標(biāo)，并使目標(biāo)與儀器跟蹤線重合。跟蹤線的偏移產(chǎn)生偏差信號(hào)，可用該信號(hào)驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)使跟蹤與目標(biāo)重合。號(hào)，可用該信號(hào)驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)使跟蹤與目標(biāo)重合。兩類：有調(diào)制器的跟蹤系統(tǒng)和非調(diào)制器的跟蹤系統(tǒng)。兩類：有調(diào)制器的跟蹤系統(tǒng)和非調(diào)制器的跟蹤系統(tǒng)。有調(diào)制盤(pán)的跟蹤系統(tǒng)有調(diào)制盤(pán)的跟蹤系統(tǒng)可以在很高的掃描頻率下產(chǎn)生大的跟蹤可以在很高的掃描頻率下產(chǎn)生大的跟蹤偏差，因而能精確地提供系統(tǒng)軸心與目標(biāo)的偏差信息。常用偏差，因而能精確地提供系統(tǒng)軸心與目標(biāo)的偏差信息。常用于光圈數(shù)于光圈數(shù)F較小的光學(xué)系統(tǒng)，且通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)制方法可以大較小

22、的光學(xué)系統(tǒng)，且通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)制方法可以大大地降低背景的干擾。大地降低背景的干擾。非調(diào)制器的跟蹤系統(tǒng)非調(diào)制器的跟蹤系統(tǒng)工作弱背景輻射下，背景輻射較強(qiáng)且不工作弱背景輻射下，背景輻射較強(qiáng)且不均勻情況下，不能使用。均勻情況下，不能使用。10.4 光電信息變換技術(shù)在搜索、跟蹤光電信息變換技術(shù)在搜索、跟蹤與制導(dǎo)中的應(yīng)用與制導(dǎo)中的應(yīng)用被動(dòng)式尋的制導(dǎo)被動(dòng)式尋的制導(dǎo)D導(dǎo)彈導(dǎo)彈 M目標(biāo)目標(biāo)主動(dòng)式尋的制導(dǎo)主動(dòng)式尋的制導(dǎo) 波束導(dǎo)引導(dǎo)彈示意圖波束導(dǎo)引導(dǎo)彈示意圖1捕獲波（寬、低能）；捕獲波（寬、低能）；2制導(dǎo)制導(dǎo)波（狹、高能）；波（狹、高能）；3追蹤波追蹤波直角坐標(biāo)控制直角坐標(biāo)控制電視自動(dòng)尋的制導(dǎo)系統(tǒng)，屬于電視自動(dòng)尋的制導(dǎo)

23、系統(tǒng)，屬于被動(dòng)式自動(dòng)尋被動(dòng)式自動(dòng)尋的系統(tǒng)。的系統(tǒng)。 電視自動(dòng)尋的電視自動(dòng)尋的制導(dǎo)系統(tǒng)具有被動(dòng)制導(dǎo)系統(tǒng)具有被動(dòng)式自動(dòng)尋的系統(tǒng)的式自動(dòng)尋的系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，抗干擾性較優(yōu)點(diǎn)，抗干擾性較強(qiáng)，隱蔽性好。它強(qiáng)，隱蔽性好。它也便于駕駛員識(shí)別也便于駕駛員識(shí)別和選擇目標(biāo)。但是和選擇目標(biāo)。但是它易受天氣影響。它易受天氣影響。電視自動(dòng)尋的系統(tǒng)電視自動(dòng)尋的系統(tǒng)“幼畜幼畜”空地反坦克空地反坦克導(dǎo)彈電視制導(dǎo)系統(tǒng)簡(jiǎn)導(dǎo)彈電視制導(dǎo)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖圖 由于導(dǎo)彈在飛行過(guò)程中姿態(tài)是在不斷變化的，如果直接將加速由于導(dǎo)彈在飛行過(guò)程中姿態(tài)是在不斷變化的，如果直接將加速度計(jì)安裝在彈體上，則加速度計(jì)敏感軸的方向?qū)㈦S之變化，這樣一度計(jì)安裝在彈體上，則加速度計(jì)

24、敏感軸的方向?qū)㈦S之變化，這樣一來(lái)，測(cè)量出的加速度就不再是原定方向上的加速度。為此將加速度來(lái)，測(cè)量出的加速度就不再是原定方向上的加速度。為此將加速度計(jì)安裝在陀螺穩(wěn)定平臺(tái)上。計(jì)安裝在陀螺穩(wěn)定平臺(tái)上。平臺(tái)慣導(dǎo)系統(tǒng)平臺(tái)慣導(dǎo)系統(tǒng)特性：特性：定軸性定軸性陀螺轉(zhuǎn)子主軸在慣性空間方位保持不變；陀螺轉(zhuǎn)子主軸在慣性空間方位保持不變；進(jìn)動(dòng)性進(jìn)動(dòng)性如在主軸垂直的方向上，加一外力矩如在主軸垂直的方向上，加一外力矩M M，則，則 陀螺儀主軸要圍繞與外力矩垂直的軸轉(zhuǎn)動(dòng)；陀螺儀主軸要圍繞與外力矩垂直的軸轉(zhuǎn)動(dòng)； 使矢量使矢量以最短距離轉(zhuǎn)向矢量以最短距離轉(zhuǎn)向矢量M M陀螺儀陀螺儀轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)內(nèi)環(huán)外環(huán)外環(huán)目標(biāo)輻射目標(biāo)輻射調(diào)制盤(pán)調(diào)制

25、盤(pán)探測(cè)器探測(cè)器電子線路電子線路陀螺跟蹤系統(tǒng)陀螺跟蹤系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)紅外導(dǎo)引頭紅外導(dǎo)引頭光學(xué)系統(tǒng)結(jié)光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理構(gòu)和原理二、調(diào)制盤(pán)基本功用二、調(diào)制盤(pán)基本功用1使恒穩(wěn)的光能轉(zhuǎn)變成交變的光能使恒穩(wěn)的光能轉(zhuǎn)變成交變的光能2產(chǎn)生目標(biāo)所在空間位置的信號(hào)編碼產(chǎn)生目標(biāo)所在空間位置的信號(hào)編碼3空間濾波空間濾波抑制背景的干擾抑制背景的干擾光的調(diào)制光的調(diào)制調(diào)相式調(diào)制盤(pán)調(diào)相式調(diào)制盤(pán) 調(diào)頻型調(diào)制盤(pán)調(diào)頻型調(diào)制盤(pán)調(diào)幅型調(diào)制盤(pán)調(diào)幅型調(diào)制盤(pán) 調(diào)制盤(pán)按調(diào)制方式來(lái)分類，可以調(diào)制盤(pán)按調(diào)制方式來(lái)分類，可以分為分為調(diào)幅、調(diào)頻調(diào)幅、調(diào)頻和和脈沖編碼式脈沖編碼式調(diào)調(diào)制盤(pán)。前兩種與電學(xué)上的調(diào)幅和制盤(pán)。前兩種與電學(xué)上的調(diào)幅和調(diào)頻是一致的

26、，即它們分別用調(diào)調(diào)頻是一致的，即它們分別用調(diào)制信號(hào)幅度、頻率的變化來(lái)反映制信號(hào)幅度、頻率的變化來(lái)反映目標(biāo)的位置。脈沖編碼式調(diào)制盤(pán)目標(biāo)的位置。脈沖編碼式調(diào)制盤(pán)是用一組組脈沖的頻率和相位來(lái)是用一組組脈沖的頻率和相位來(lái)反映目標(biāo)的方位。反映目標(biāo)的方位。近軸近軸遠(yuǎn)軸遠(yuǎn)軸脈脈沖沖調(diào)調(diào)制制近軸近軸遠(yuǎn)軸遠(yuǎn)軸頻頻率率調(diào)調(diào)制制由于調(diào)幅式調(diào)制盤(pán)的信號(hào)處理系統(tǒng)較簡(jiǎn)單、可靠，其性能由于調(diào)幅式調(diào)制盤(pán)的信號(hào)處理系統(tǒng)較簡(jiǎn)單、可靠，其性能可以滿足導(dǎo)引系統(tǒng)的要求，因此可以滿足導(dǎo)引系統(tǒng)的要求，因此在一些小型空空彈和地空在一些小型空空彈和地空彈上都采用了彈上都采用了調(diào)幅式調(diào)幅式調(diào)制盤(pán)調(diào)制盤(pán)。UtUtUtUt2n激光自動(dòng)導(dǎo)引頭的作用原

27、理和結(jié)構(gòu)與紅外自動(dòng)導(dǎo)激光自動(dòng)導(dǎo)引頭的作用原理和結(jié)構(gòu)與紅外自動(dòng)導(dǎo)引頭基本上相同。兩者的差別僅在于感受目標(biāo)發(fā)射引頭基本上相同。兩者的差別僅在于感受目標(biāo)發(fā)射出來(lái)的光波頻段以及所用的光敏元件不同。激光導(dǎo)出來(lái)的光波頻段以及所用的光敏元件不同。激光導(dǎo)引頭接受的是來(lái)自激光發(fā)射器照射目標(biāo)的引頭接受的是來(lái)自激光發(fā)射器照射目標(biāo)的反射激光反射激光。所以，這種導(dǎo)引頭多用于所以，這種導(dǎo)引頭多用于半主動(dòng)式自尋制導(dǎo)系統(tǒng)半主動(dòng)式自尋制導(dǎo)系統(tǒng)。n優(yōu)點(diǎn)：由于激光具有方向性強(qiáng)，單色性好，強(qiáng)度優(yōu)點(diǎn)：由于激光具有方向性強(qiáng)，單色性好，強(qiáng)度高的特點(diǎn)，激光尋的制導(dǎo)系統(tǒng)具有制導(dǎo)精度高，目高的特點(diǎn)，激光尋的制導(dǎo)系統(tǒng)具有制導(dǎo)精度高，目標(biāo)分辨率高，

28、抗干擾能力強(qiáng)，可以與其他尋的系統(tǒng)標(biāo)分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)，可以與其他尋的系統(tǒng)兼容，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低的特點(diǎn)。兼容，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低的特點(diǎn)。n缺點(diǎn)：激光制導(dǎo)系統(tǒng)的正常工作容易受云、霧和缺點(diǎn)：激光制導(dǎo)系統(tǒng)的正常工作容易受云、霧和煙塵的影響。煙塵的影響。激光束炸彈目標(biāo)散射光目標(biāo)激光制導(dǎo)航彈及引導(dǎo)頭示意圖24四棱錐只光電管4濾波片透鏡組2413偏離偏離給出導(dǎo)給出導(dǎo)引信號(hào)引信號(hào)激光束激光束激光激光接收器接收器 利用導(dǎo)引站發(fā)射激光束利用導(dǎo)引站發(fā)射激光束照射目標(biāo)，彈上導(dǎo)引裝置控照射目標(biāo)，彈上導(dǎo)引裝置控制導(dǎo)彈沿激光波束中心線飛制導(dǎo)彈沿激光波束中心線飛向目標(biāo)的制導(dǎo)。向目標(biāo)的制導(dǎo)。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：激光波束發(fā)散角小

29、，激光波束發(fā)散角小，方向性好，精度高。但激光波束方向性好，精度高。但激光波束易被吸收和散射，易受空間環(huán)境易被吸收和散射，易受空間環(huán)境（煙塵污染等）和氣象條件（云、（煙塵污染等）和氣象條件（云、霧、雨）的影響。霧、雨）的影響。末制導(dǎo)彈藥末制導(dǎo)彈藥 末末敏敏彈藥彈藥 有尋的器和控制系統(tǒng)，有尋的器和控制系統(tǒng)，在其彈道末段能根據(jù)目標(biāo)和在其彈道末段能根據(jù)目標(biāo)和彈藥本身的位置自行修正或彈藥本身的位置自行修正或改變彈道，直至命中目標(biāo)。改變彈道，直至命中目標(biāo)。 不能自動(dòng)跟蹤目標(biāo)，也不能自動(dòng)跟蹤目標(biāo)，也不能改變飛行彈道，只能在不能改變飛行彈道，只能在被撒布的范圍內(nèi)利用其自身被撒布的范圍內(nèi)利用其自身的探測(cè)器的探測(cè)

30、器( (尋的器尋的器) )探測(cè)和攻探測(cè)和攻擊目標(biāo)。擊目標(biāo)。制導(dǎo)炸彈制導(dǎo)炸彈制導(dǎo)魚(yú)雷制導(dǎo)魚(yú)雷制導(dǎo)炮彈制導(dǎo)炮彈制導(dǎo)地雷制導(dǎo)地雷按 發(fā) 射 點(diǎn) 和 目 標(biāo) 位 置 分按 發(fā) 射 點(diǎn) 和 目 標(biāo) 位 置 分空中空中光學(xué)系統(tǒng)的透過(guò)率反映了經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)之后光能量的損失光學(xué)系統(tǒng)的透過(guò)率反映了經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)之后光能量的損失程度。程度。所謂所謂“泛黃泛黃”現(xiàn)象就是某些波長(zhǎng)的光透過(guò)率很低造成的。現(xiàn)象就是某些波長(zhǎng)的光透過(guò)率很低造成的。顯然某些波長(zhǎng)的透過(guò)率小會(huì)影響攝影的還原效果。所以透顯然某些波長(zhǎng)的透過(guò)率小會(huì)影響攝影的還原效果。所以透過(guò)率是成像質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。過(guò)率是成像質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。透過(guò)率透過(guò)率定義：系統(tǒng)出射

31、光通量定義：系統(tǒng)出射光通量與入射的光通量與入射的光通量的百分的百分比即：比即：%100光學(xué)系統(tǒng)隨復(fù)雜程度和表面鍍膜情況不同有很大不同。一光學(xué)系統(tǒng)隨復(fù)雜程度和表面鍍膜情況不同有很大不同。一般常低于般常低于40%，照相系統(tǒng)透過(guò)率分在軸上和軸外兩種，目，照相系統(tǒng)透過(guò)率分在軸上和軸外兩種，目前照相物鏡上攝影透過(guò)率已高達(dá)前照相物鏡上攝影透過(guò)率已高達(dá)90%10.6.1激光照排系統(tǒng)激光照排系統(tǒng)硬件中包括：掃描儀、電子計(jì)算機(jī)、硬件中包括：掃描儀、電子計(jì)算機(jī)、照排控制機(jī)、激光印字機(jī)或照排控制機(jī)、激光印字機(jī)或激光照激光照排機(jī)排機(jī)。軟件的種類就比較多了，根。軟件的種類就比較多了，根據(jù)工作目的可分別選取，例如書(shū)版據(jù)工

32、作目的可分別選取，例如書(shū)版組版軟件、繪圖軟件等等。組版軟件、繪圖軟件等等。 漢字激光照漢字激光照排之父排之父王選王選活字印刷術(shù)是人類歷史上最偉大的發(fā)明之一。漢字字形是由以數(shù)字信活字印刷術(shù)是人類歷史上最偉大的發(fā)明之一。漢字字形是由以數(shù)字信息構(gòu)成的點(diǎn)陣形式表示的，漢字字體、字?jǐn)?shù)比西方字母多，如一個(gè)一息構(gòu)成的點(diǎn)陣形式表示的，漢字字體、字?jǐn)?shù)比西方字母多，如一個(gè)一號(hào)字要由八萬(wàn)多個(gè)點(diǎn)組成。因此全部漢字字模的數(shù)字化存貯量高得驚號(hào)字要由八萬(wàn)多個(gè)點(diǎn)組成。因此全部漢字字模的數(shù)字化存貯量高得驚人。目前漢字激光照排比古老的鉛字排版工效至少提高人。目前漢字激光照排比古老的鉛字排版工效至少提高5倍。倍。 首先要將文件輸入

33、到電腦中。第二步是要借助首先要將文件輸入到電腦中。第二步是要借助于排版軟件，將已錄入的文字進(jìn)行排版，這里將要于排版軟件，將已錄入的文字進(jìn)行排版，這里將要用許多排版指令來(lái)確定整個(gè)文件的全貌，如標(biāo)題的用許多排版指令來(lái)確定整個(gè)文件的全貌，如標(biāo)題的設(shè)置、字體字號(hào)的選擇、行間距離等。第三步是在設(shè)置、字體字號(hào)的選擇、行間距離等。第三步是在計(jì)算機(jī)屏幕上將排好版的文件顯示出來(lái)，編輯人員計(jì)算機(jī)屏幕上將排好版的文件顯示出來(lái)，編輯人員可直接對(duì)其進(jìn)行校對(duì)修改。第四步是將準(zhǔn)確無(wú)誤的可直接對(duì)其進(jìn)行校對(duì)修改。第四步是將準(zhǔn)確無(wú)誤的文件，通過(guò)照排軟件負(fù)責(zé)將其傳送到照排控制機(jī)，文件，通過(guò)照排軟件負(fù)責(zé)將其傳送到照排控制機(jī)，最后在激

34、光照排機(jī)上輸出，形成像紙或軟片。至此最后在激光照排機(jī)上輸出，形成像紙或軟片。至此電子照排系統(tǒng)所擔(dān)負(fù)的工作就完成了。下一步將通電子照排系統(tǒng)所擔(dān)負(fù)的工作就完成了。下一步將通過(guò)曬版、上版、膠印等一系列印刷工藝流程將文件過(guò)曬版、上版、膠印等一系列印刷工藝流程將文件轉(zhuǎn)化成精美的書(shū)刊或報(bào)紙。轉(zhuǎn)化成精美的書(shū)刊或報(bào)紙。 激光照排過(guò)程激光照排過(guò)程激光雕刻加工是利用數(shù)控技術(shù)為基礎(chǔ)，激光為加工媒介。激光雕刻加工是利用數(shù)控技術(shù)為基礎(chǔ)，激光為加工媒介。加工材料在激光照射下瞬間的熔化和氣化的物理變性，達(dá)加工材料在激光照射下瞬間的熔化和氣化的物理變性，達(dá)到加工的目的。當(dāng)激光功率密度為到加工的目的。當(dāng)激光功率密度為10510

35、6W/cm2時(shí)，所有時(shí)，所有材料都要被熔化或汽化。而中等強(qiáng)度的激光束，經(jīng)過(guò)透鏡材料都要被熔化或汽化。而中等強(qiáng)度的激光束，經(jīng)過(guò)透鏡聚焦后，就可以大于此值。聚焦后，就可以大于此值。凹印機(jī)凹印機(jī)（打樣機(jī)）（打樣機(jī)）原理原理激光加工特點(diǎn)：與材料激光加工特點(diǎn)：與材料表面沒(méi)有接觸，不受機(jī)表面沒(méi)有接觸，不受機(jī)械運(yùn)動(dòng)影響，表面不會(huì)械運(yùn)動(dòng)影響，表面不會(huì)變形，一般無(wú)需固定。變形，一般無(wú)需固定。不受材料的彈性、柔韌不受材料的彈性、柔韌影響，方便對(duì)軟質(zhì)材料。影響，方便對(duì)軟質(zhì)材料。加工精度高，速度快。加工精度高，速度快。l充電充電l曝光曝光l顯影顯影l(fā)轉(zhuǎn)印轉(zhuǎn)印l定影定影l(fā)清潔清潔打印機(jī)打印機(jī)六過(guò)程六過(guò)程 充電（Char

36、ging） : 恒定的電流通過(guò)充電滾軸 PCR (Primary Charge Roller) 給感光鼓OPC表面均勻充上負(fù)電荷清除（清除（） :充電滾軸PCR同樣將感光鼓表面殘留電荷擦去.充電滾軸充電滾軸充電滾軸充電滾軸充電滾軸充電滾軸充電滾軸磁輥因磁性將一磁輥因磁性將一定量的碳粉吸附定量的碳粉吸附在表面在表面,在出粉刀在出粉刀的控制下，在磁的控制下，在磁輥表面形成一特輥表面形成一特定厚度的均勻碳定厚度的均勻碳粉層，再充上粉層，再充上負(fù)負(fù)電電，使碳粉顆粒，使碳粉顆粒帶上帶上負(fù)電荷負(fù)電荷。這。這樣，碳粉顆粒會(huì)樣，碳粉顆粒會(huì)在電場(chǎng)的作用下，在電場(chǎng)的作用下，吸附在感光鼓上吸附在感光鼓上沒(méi)有負(fù)電的區(qū)

37、域，沒(méi)有負(fù)電的區(qū)域，從而使圖像變的從而使圖像變的清晰可見(jiàn)清晰可見(jiàn)轉(zhuǎn)印輥轉(zhuǎn)印輥感光鼓清潔部件碳粉顯影套筒顯影部件清潔刮板充電輥 轉(zhuǎn)印輥加熱加熱單元單元紙張 電子充電電子充電 1激光照射激光照射2 清潔6 轉(zhuǎn)印4 加熱 定影5顯影顯影3HP colour LaserJet 4600原稿反光鏡反光鏡2 2反光鏡反光鏡3 3反光鏡反光鏡1 1透鏡透鏡光源光源CCDCCD傳傳感器感器彩色成像板彩色成像板R RG GB BC CM MY YK K激光激光墨粉墨粉感光鼓感光鼓轉(zhuǎn)印轉(zhuǎn)印固定轉(zhuǎn)印固定轉(zhuǎn)印黑色色粉轉(zhuǎn)印黑色色粉轉(zhuǎn)印機(jī)型：CF900/910/9001CMBPC感光鼓Y提升轉(zhuǎn)印提升轉(zhuǎn)印機(jī)型：CF70/8

38、0BCMYPC感光鼓彩色色粉轉(zhuǎn)印彩色色粉轉(zhuǎn)印旋轉(zhuǎn)方式旋轉(zhuǎn)方式顯影輥顯影輥PCPC感光鼓感光鼓機(jī)型：CF30YBCMPCPC感光鼓感光鼓串聯(lián)方式串聯(lián)方式Y(jié)MCK顯影輥顯影輥機(jī)型：CF1501/2001多重轉(zhuǎn)印方式多重轉(zhuǎn)印方式機(jī)型：CF70/80/900/910/9001轉(zhuǎn)印輥CMB紙張Y感光鼓重復(fù)吸粉方式感光鼓重復(fù)吸粉方式感光鼓YBCM紙張中繼轉(zhuǎn)印方式中繼轉(zhuǎn)印方式機(jī)型：CF30YBCM紙張機(jī)型：CF1501/2001感光帶方式中的中繼轉(zhuǎn)印方式感光帶方式中的中繼轉(zhuǎn)印方式光OHP平滑光紙張張 加熱，加壓加熱，加壓墨粉收集墨粉收集管道管道墨粉槽墨粉槽清潔輥清潔輥墨粉盒墨粉盒上分離爪上分離爪下分離爪下分

39、離爪下定影輥下定影輥上定影輥上定影輥墨粉回收槽墨粉回收槽墨粉回收刮板墨粉回收刮板廢粉收集輥廢粉收集輥轉(zhuǎn)運(yùn)輥轉(zhuǎn)運(yùn)輥墨粉汲取墨粉汲取光存儲(chǔ)器用激光讀取存儲(chǔ)在媒質(zhì)中的數(shù)據(jù)光存儲(chǔ)器用激光讀取存儲(chǔ)在媒質(zhì)中的數(shù)據(jù).凹面表示凹面表示1,凸面凸面表示表示0。因?yàn)樾枰獧C(jī)械電氣部件。因?yàn)樾枰獧C(jī)械電氣部件,所以光存儲(chǔ)器單元比起半所以光存儲(chǔ)器單元比起半導(dǎo)體存儲(chǔ)來(lái)讀寫(xiě)速度慢導(dǎo)體存儲(chǔ)來(lái)讀寫(xiě)速度慢,體積大體積大,但它們比較便宜而且存儲(chǔ)但它們比較便宜而且存儲(chǔ)容量大。容量大。常用的光盤(pán)系統(tǒng)有：常用的光盤(pán)系統(tǒng)有：CD(光盤(pán)光盤(pán)),CD-ROM(光盤(pán)只讀存儲(chǔ)光盤(pán)只讀存儲(chǔ)器器),CD-R(可刻錄光盤(pán)可刻錄光盤(pán)),CD-RW(可重寫(xiě)光

40、盤(pán)可重寫(xiě)光盤(pán)),DVD(數(shù)字視數(shù)字視盤(pán)盤(pán)),DVD-R(可刻錄可刻錄DVD),DVD-RW(可重寫(xiě)可重寫(xiě)DVD)。VCD的盤(pán)基是用聚碳酸酯塑料做的，因此大多數(shù)大批量的盤(pán)基是用聚碳酸酯塑料做的，因此大多數(shù)大批量復(fù)制設(shè)備是用塑料注射成型機(jī)復(fù)制設(shè)備是用塑料注射成型機(jī)特點(diǎn)：特點(diǎn)： 坑寬坑寬0.4m,深為深為/4約約0.11m數(shù)據(jù)記錄原理數(shù)據(jù)記錄原理坑寬坑寬0.4m,深為深為/4約約0.11m磁光盤(pán)磁光盤(pán)(magneto optical disc，MOD)利用磁的記憶特性，借助激光來(lái)寫(xiě)入和讀出數(shù)利用磁的記憶特性，借助激光來(lái)寫(xiě)入和讀出數(shù)據(jù)據(jù)相變光盤(pán)相變光盤(pán)(phase change disc，PCD)利用

41、激光特殊材料在加熱前后的反射率不同記利用激光特殊材料在加熱前后的反射率不同記憶憶1和和0只讀只讀CD光盤(pán)光盤(pán)（Compact Disc Read-Only Memory）在盤(pán)上壓制凹坑的機(jī)械辦法記錄數(shù)據(jù)，凹坑的在盤(pán)上壓制凹坑的機(jī)械辦法記錄數(shù)據(jù)，凹坑的邊緣記錄的是邊緣記錄的是1，凹坑和非凹坑的平坦部分記，凹坑和非凹坑的平坦部分記錄的是錄的是0 。光刻：光刻：把涂有光敏電阻的玻璃盤(pán)放在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)把涂有光敏電阻的玻璃盤(pán)放在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上光刻。激光源發(fā)出的激光束通過(guò)激光調(diào)制器上光刻。激光源發(fā)出的激光束通過(guò)激光調(diào)制器時(shí)受到串行數(shù)據(jù)的控制，如數(shù)據(jù)時(shí)受到串行數(shù)據(jù)的控制，如數(shù)據(jù)“0”就不讓激就不讓激光束通過(guò)，光敏電

42、阻就不曝光；數(shù)據(jù)光束通過(guò)，光敏電阻就不曝光；數(shù)據(jù)“1”就讓就讓激光束通過(guò)，光敏電阻就曝光。激光束通過(guò)，光敏電阻就曝光。化學(xué)處理：化學(xué)處理：對(duì)光刻的玻璃盤(pán)進(jìn)行化學(xué)處理。盤(pán)對(duì)光刻的玻璃盤(pán)進(jìn)行化學(xué)處理。盤(pán)上曝了光的區(qū)域被腐蝕后形成凹坑。上曝了光的區(qū)域被腐蝕后形成凹坑。CD盤(pán)的讀出原理 光刻系統(tǒng)示意圖 DVD盤(pán)和CD盤(pán)之間的差別 增加記錄面積 單面單層光盤(pán)的結(jié)構(gòu) 單面雙層光盤(pán)的結(jié)構(gòu) 用用光纖測(cè)量光纖測(cè)量表面粗糙度是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一表面粗糙度是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。它以光在粗糙表面的散射理論為基礎(chǔ)，項(xiàng)新技術(shù)。它以光在粗糙表面的散射理論為基礎(chǔ)，根據(jù)散射場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)特性與表面粗糙度的特性之間的根據(jù)散射場(chǎng)

43、的統(tǒng)計(jì)特性與表面粗糙度的特性之間的關(guān)系，關(guān)系，通過(guò)對(duì)散射通過(guò)對(duì)散射(1514210場(chǎng)場(chǎng))的測(cè)定來(lái)計(jì)算或的測(cè)定來(lái)計(jì)算或評(píng)定表面粗糙度。評(píng)定表面粗糙度。由于光纖測(cè)量表面粗糙度具有結(jié)由于光纖測(cè)量表面粗糙度具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量省時(shí)，精度高以及能實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)測(cè)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量省時(shí)，精度高以及能實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，因此這種方法發(fā)展很快。量等優(yōu)點(diǎn)，因此這種方法發(fā)展很快。 根據(jù)根據(jù)P. .Beakmann等人的理論，當(dāng)一束光射至金屬表等人的理論，當(dāng)一束光射至金屬表面時(shí)，由于表面的微觀不平，反射光將發(fā)生漫反射現(xiàn)象，面時(shí)，由于表面的微觀不平，反射光將發(fā)生漫反射現(xiàn)象，其漫反射光強(qiáng)的表達(dá)式為其漫反射光強(qiáng)的表達(dá)式為 12

44、220sin204!)(222mxmqzRULCURUmTUemmRULTFeIeFIIqzxqz 鏡面反射光強(qiáng)鏡面反射光強(qiáng)Is散射光強(qiáng)散射光強(qiáng)IdIs和和Id中都含有中都含有Rq，可見(jiàn)，通過(guò)測(cè)量，可見(jiàn)，通過(guò)測(cè)量Is可以來(lái)計(jì)算或評(píng)定可以來(lái)計(jì)算或評(píng)定表面粗糙度，這就是表面粗糙度，這就是鏡反射法鏡反射法。如果能測(cè)得。如果能測(cè)得Is和和Id求其比求其比值，同樣可以計(jì)算或評(píng)定表面粗糙度，這是值，同樣可以計(jì)算或評(píng)定表面粗糙度，這是求比值法求比值法。 1. 測(cè)量原理測(cè)量原理鏡面反射光強(qiáng)項(xiàng)中不含有相關(guān)長(zhǎng)度鏡面反射光強(qiáng)項(xiàng)中不含有相關(guān)長(zhǎng)度T值。這樣，如果單值。這樣，如果單測(cè)鏡反射光強(qiáng)測(cè)鏡反射光強(qiáng)IsIs，即可消

45、除，即可消除T的影響。鏡面反射光強(qiáng)項(xiàng)的影響。鏡面反射光強(qiáng)項(xiàng)中還含有與表面反射率中還含有與表面反射率R有關(guān)的反射函數(shù)有關(guān)的反射函數(shù)F項(xiàng)，其表達(dá)式項(xiàng)，其表達(dá)式為為 21221222122212211coscos2sinsincoscossinsincoscoscos1RVaVbFzx在在120情況下，情況下，F(xiàn)R。此時(shí)有鏡面反射光強(qiáng)為。此時(shí)有鏡面反射光強(qiáng)為 2222016exp qsRRII 根據(jù)這個(gè)條件，設(shè)計(jì)測(cè)量根據(jù)這個(gè)條件，設(shè)計(jì)測(cè)量裝置裝置 Rq為與表面粗糙度相關(guān)的函數(shù)為與表面粗糙度相關(guān)的函數(shù)測(cè)量裝置測(cè)量裝置,如圖所示如圖所示,光纖光纖1和光纖和光纖2同時(shí)以同時(shí)以0角測(cè)角測(cè)量表面已知的粗糙度的

46、標(biāo)準(zhǔn)樣塊和表面粗糙度未量表面已知的粗糙度的標(biāo)準(zhǔn)樣塊和表面粗糙度未知的被測(cè)樣塊的表面鏡反射光強(qiáng)知的被測(cè)樣塊的表面鏡反射光強(qiáng). 由于標(biāo)準(zhǔn)樣塊和被測(cè)樣塊是采用同種材料經(jīng)由于標(biāo)準(zhǔn)樣塊和被測(cè)樣塊是采用同種材料經(jīng)相同的加工方法得到，因此，其表面反射率相同的加工方法得到，因此，其表面反射率R R相相同。同。 22120116exp qsRRII 22220216exp qsRRII 2222122116exp qqssRRIIS式中，式中，Rq1為已知，則為已知，則S為只與為只與Rq2有關(guān)的函數(shù)，求有關(guān)的函數(shù)，求得比值得比值S，即，即可以計(jì)算或評(píng)定出可以計(jì)算或評(píng)定出Rq2值。值。 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，光纖傳感器用實(shí)

47、驗(yàn)系統(tǒng)中，光纖傳感器用Y型同軸光纖傳光束。由光纖內(nèi)芯投射到型同軸光纖傳光束。由光纖內(nèi)芯投射到試件表面，光纖外環(huán)接收反射光。信號(hào)試件表面，光纖外環(huán)接收反射光。信號(hào)Is1和和Is2經(jīng)光電二極管分別轉(zhuǎn)換經(jīng)光電二極管分別轉(zhuǎn)換成電信號(hào)成電信號(hào)Us1和和Us2，再經(jīng)放大和，再經(jīng)放大和A/D轉(zhuǎn)換，輸入到單片機(jī)系統(tǒng)，求得被轉(zhuǎn)換，輸入到單片機(jī)系統(tǒng)，求得被測(cè)試件表面粗糙度值。測(cè)試件表面粗糙度值。 射線圖像增強(qiáng)器是射線圖像增強(qiáng)器是為避免射線輻射的危害而研為避免射線輻射的危害而研制出來(lái)的。用制出來(lái)的。用射線圖像增強(qiáng)器進(jìn)行攝影所用的射線圖像增強(qiáng)器進(jìn)行攝影所用的射線劑量?jī)H是直接射線攝影的射線劑量?jī)H是直接射線攝影的1/10

48、，為熒光板，為熒光板射線透視的射線透視的1/50，大大降低了病人在診斷時(shí)受射，大大降低了病人在診斷時(shí)受射線輻射的劑量。且醫(yī)生可以在遠(yuǎn)離射線源的地方線輻射的劑量。且醫(yī)生可以在遠(yuǎn)離射線源的地方進(jìn)行遙測(cè)診斷。它還可以用在工業(yè)探傷方面，便于進(jìn)行遙測(cè)診斷。它還可以用在工業(yè)探傷方面，便于發(fā)現(xiàn)細(xì)節(jié)缺陷，免去處理底片的時(shí)間。發(fā)現(xiàn)細(xì)節(jié)缺陷，免去處理底片的時(shí)間。入射窗：玻璃（鋁和鈦金屬）入射窗：玻璃（鋁和鈦金屬）X X射線吸收率小，散射線少；射線吸收率小，散射線少；輸入屏：碘化銫輸入屏：碘化銫(CsI(CsI/Na),/Na),透明度高，透明度高，X X射線吸收率高；射線吸收率高；光電陰極：光電陰極：形成電子影像

49、；形成電子影像；聚焦電極（電子聚焦電極（電子透鏡）：透鏡）：光電子加速、電子光電子加速、電子聚焦；聚焦；輸出屏：輸出屏：電子束撞擊熒光體電子束撞擊熒光體轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光。轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光。X X 射線射線人人 體體圖像轉(zhuǎn)換器圖像轉(zhuǎn)換器影像增強(qiáng)器影像增強(qiáng)器光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng) 攝像管攝像管 預(yù)放器預(yù)放器 信息處理信息處理 監(jiān)視器監(jiān)視器配有影像增強(qiáng)器的配有影像增強(qiáng)器的X射線透視射線透視X射線的產(chǎn)生需要的基本條件是：射線的產(chǎn)生需要的基本條件是：（1）有高速運(yùn)動(dòng)的電子流；）有高速運(yùn)動(dòng)的電子流；（2）有阻礙帶電粒子流運(yùn)動(dòng)的障礙物（靶），用來(lái)阻止）有阻礙帶電粒子流運(yùn)動(dòng)的障礙物（靶），用來(lái)阻止電子的運(yùn)動(dòng)，可以將電子的動(dòng)

50、能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮拥倪\(yùn)動(dòng)，可以將電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線光子的能量射線光子的能量高壓電源高壓電源世界上第一臺(tái)世界上第一臺(tái)4層層CT掃描機(jī)掃描機(jī)豪恩斯費(fèi)爾德豪恩斯費(fèi)爾德X-CT成像原理成像原理X射線平片與CT斷層對(duì)比圖 固定固定/旋轉(zhuǎn)型旋轉(zhuǎn)型現(xiàn)代螺旋現(xiàn)代螺旋CTCT結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖第二代第二代1616層層CTCT軟組織間密度差異小。如心臟、血管、腦、腎和膽囊等，腔軟組織間密度差異小。如心臟、血管、腦、腎和膽囊等，腔道內(nèi)充有的液體與軟組織密度差別不大，道內(nèi)充有的液體與軟組織密度差別不大，X射線診斷受到限射線診斷受到限制。將對(duì)比劑（制。將對(duì)比劑（contrast medium)引入欲檢查的器官內(nèi)或其周引入欲檢查

51、的器官內(nèi)或其周圍，改變器官與周圍組織的圍，改變器官與周圍組織的X射線影像密度，顯示出器官的射線影像密度，顯示出器官的形態(tài)功能。形態(tài)功能。X 射線造影射線造影A/D存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器1 1存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器2 2D/A12二次激發(fā)光二次激發(fā)光光激勵(lì)發(fā)光光激勵(lì)發(fā)光CR系統(tǒng)成像基本過(guò)程系統(tǒng)成像基本過(guò)程優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1）數(shù)字影像，易于處理，保存，傳輸和使用）數(shù)字影像，易于處理，保存，傳輸和使用（2）線性度好，動(dòng)態(tài)范圍（寬容度）大，對(duì)比度大）線性度好，動(dòng)態(tài)范圍（寬容度）大，對(duì)比度大（3）臨床應(yīng)用范圍廣）臨床應(yīng)用范圍廣（4） IP可重復(fù)使用可重復(fù)使用不足：時(shí)間分辨力較差，細(xì)節(jié)分辨力稍弱。不足：時(shí)間分辨力較差，細(xì)節(jié)分辨

52、力稍弱。儲(chǔ)能熒光體儲(chǔ)能熒光體激光掃描器激光掃描器光電倍增管光電倍增管電信號(hào)輸出電信號(hào)輸出間接轉(zhuǎn)換探測(cè)器間接轉(zhuǎn)換探測(cè)器熒熒光光儲(chǔ)儲(chǔ)能能探探測(cè)測(cè)器器計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)X射線攝影射線攝影（computed radiography， CR)Direct digitized radiography, DDR光電導(dǎo)體光電導(dǎo)體（硒）（硒）薄膜晶體薄膜晶體管陣列管陣列電信號(hào)輸出電信號(hào)輸出0.1390.139mm起開(kāi)關(guān)起開(kāi)關(guān)作用作用直接數(shù)字化直接數(shù)字化x射線攝影射線攝影影像增強(qiáng)器影像增強(qiáng)器攝像管攝像管成像板成像板IP激光掃描儀激光掃描儀計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)直接數(shù)字化直接數(shù)字化計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)DDR計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)X射線攝影射線攝影C

53、R與直接數(shù)字化與直接數(shù)字化x射線攝射線攝影影DDR比較比較GE GE 全數(shù)字全數(shù)字PET-CTPET-CTGE GE 生產(chǎn)的生產(chǎn)的 SPECTSPECTPET PET 圖像圖像磁共振現(xiàn)象MR在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)的原子核可以吸收頻率與其旋轉(zhuǎn)頻率相同的電磁波，使原子核的能量增加，當(dāng)原子核恢復(fù)原狀時(shí)，就會(huì)把多余的能量以電磁波的形式釋放出來(lái)。圖像種類圖像種類 成像方式成像方式 成像依據(jù)成像依據(jù) 對(duì)人體影響對(duì)人體影響 特長(zhǎng)特長(zhǎng)X X射線射線 直接透射成像直接透射成像 密度和厚度密度和厚度 有損有損 形態(tài)、全貌、精細(xì)形態(tài)、全貌、精細(xì)X-CT X-CT 數(shù)據(jù)測(cè)量重建數(shù)據(jù)測(cè)量重建 吸收系數(shù)吸收系數(shù) 有損有損 高對(duì)比分

54、辨率高對(duì)比分辨率超聲波超聲波 同上同上 界面反射界面反射 無(wú)損無(wú)損 安全、動(dòng)態(tài)、重復(fù)安全、動(dòng)態(tài)、重復(fù)核素核素 同上同上 核素含量或分布核素含量或分布 有損有損 功能功能磁共振磁共振 同上同上 氫核物理狀態(tài)氫核物理狀態(tài) 無(wú)損無(wú)損 軟組織代謝信息軟組織代謝信息幾種主要幾種主要成像方式成像方式的比較的比較 1842年奧地利科學(xué)家年奧地利科學(xué)家Doppler等人首次發(fā)現(xiàn)，以等人首次發(fā)現(xiàn)，以任何形式傳播的波，由于波源、接收器、傳播介質(zhì)任何形式傳播的波，由于波源、接收器、傳播介質(zhì)或散射體的運(yùn)動(dòng)會(huì)使波的頻率發(fā)生變化，即所謂的或散射體的運(yùn)動(dòng)會(huì)使波的頻率發(fā)生變化，即所謂的多普勒頻率移動(dòng)。多普勒頻率移動(dòng)。1964

55、年，年，Yeh和和Cummins首次觀察首次觀察到水流中粒子的散射光有頻率移動(dòng)，證實(shí)可以用激到水流中粒子的散射光有頻率移動(dòng)，證實(shí)可以用激光多普勒的頻移技術(shù)確定粒子的流動(dòng)速度。光多普勒的頻移技術(shù)確定粒子的流動(dòng)速度。 多普勒效應(yīng)可以由波源和接收器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)多普勒效應(yīng)可以由波源和接收器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，也可以由波傳輸通道中的物體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，生，也可以由波傳輸通道中的物體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，LDV通常利用后一種情況。通常利用后一種情況。假設(shè)波源假設(shè)波源S靜止，觀察者以靜止，觀察者以速度速度v移動(dòng)，波速為移動(dòng)，波速為c，波長(zhǎng)，波長(zhǎng)為為。如果和。如果和相比，相比，P離開(kāi)離開(kāi)S足夠遠(yuǎn)，可把足夠遠(yuǎn)，可把P處的波看成處的波

56、看成是平面波。是平面波。 則有：則有：2sin2 v ff 2sin2 v因因V引起的引起的頻率變化頻率變化已知頻率已知頻率變化求相變化求相對(duì)速度對(duì)速度 多普勒頻移相多普勒頻移相對(duì)光源波動(dòng)頻率來(lái)對(duì)光源波動(dòng)頻率來(lái)說(shuō)變化很小，因此，說(shuō)變化很小，因此，必須用頻帶窄及能必須用頻帶窄及能量集中的激光作光量集中的激光作光源。源。 激光器激光器為便于連續(xù)工作，通常使用氣體激光器，如為便于連續(xù)工作，通常使用氣體激光器，如He-Ne激光器或激光器或氬離子激光器。氬離子激光器。光學(xué)系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩部分組成，發(fā)射部分光學(xué)系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩部分組成，發(fā)射部分由分束器由分束器F及反射器及反射器S把光線分成強(qiáng)度相等的兩把光線分成強(qiáng)度相等的兩束平行光，然后通過(guò)會(huì)聚透鏡束平行光，然后通過(guò)會(huì)聚透鏡L1聚焦到待測(cè)粒聚焦到待測(cè)粒子子P上，接收部分由接收透鏡上，接收部分由接收透鏡L2將散射光束收集將散射光束收集到光電接收器到光電接收