搜索
1现代光电测试技术背景：在信息技术中，光纤传感已经成为优选的技术，光纤不仅可以作为光缆，而且还可以构筑网络为互联网服务。在测量方面，光纤传感器比常规传感器有许多无可比拟的优点，如灵敏度高，响应速度快，动态范围大，防电磁干扰，超高压绝缘，防燃，防爆，远距离遥测，体积小，成本低等优点，这些优点使光纤测量技术成为了现代光电测量技术的发展方向。视觉检测技术也是现代光电检测测量技术的热门技术之一。人们从外界环境获取的信息中，有百分之八十来自视觉。而人们观察不到的信息，如红外，微波，超声波等图像实现人眼无法感测的信息测量，在一些人无法接触的环境，人眼无法响应的快速信息，接触测量无法触及的条件以及人眼无法分辨的细节都可用视觉检测技术来完成。现代视觉检测技术不仅可以模拟人所能完成的功能，而且还能完成人眼不能胜任的工作，所以权威人士预测，在不久的将来，百分之九十的检测任务由视觉检测系统来完成。因此视觉技术在光学，电子，计算机不断成熟和不段完善的基础上得到了突飞猛进的发展。现代光电测试技术的发展与新能源，新光电器件及微电子技术，计算机技术的发展密不可分。自从第一台激光器出现以来，由于激光的单色性，方向性，相干性，稳定性极好，激光测量技术得到了突飞猛进的发展，1983年第十七届国际计量大会正式通过了米的新定义，以饱和吸收稳频的激光辐射或以饱和吸收的激光辐射波长为基准，定义米。扫描隧道显微镜和原子力显微镜开创了纳米测量先河，但它z向测量的标定是用激光干涉仪进行的，表明了激光干涉测量的高精度，而激光外差干涉仪被普遍认为是纳米测量发展历程：近几十年来工程领域的加工精度已达到0.1um或0，01um的水平，这对测量技术提出了更高的要求，迫切需要开拓新的手段，因此先后出现了各种纳米测量显微镜，如1982年隧道显微镜问世，它用测量电荷密度的方法测量分子和原子级的微小尺寸，但它只能用于测量导体表面，1986年原子力显微镜研制成功，它用测量触针与被测器件之间的原子力和离子力的方法来测量微小尺寸，因此它2可用于导体或非导体的测量，但缺点是针尖与样品接触易使样品表面划伤。根据原子力显微镜的思路，利用被测表面的不同物理性质对受迫振动悬臂梁的影响，通过测量其共振频率的变化测量被测表面，相继开发了激光力显微镜，静电力显微镜等。这些仪器都可以达到纳米甚至亚纳米级的分辨力。它们的分辨力都是用驱动探针的压力陶瓷的电压与位移关系得到的，但是压电陶瓷的滞后特性和蠕变使其测量结果并不可信，为了准确测出这些纳米尺度测量显微镜的精度，还必须溯源到光的波长上，因此迫切需要研制精度达到纳米和亚纳米的干涉仪来实现纳米尺度的测量和校准，因而又相继出现了精度可达到0.1nm的X光干涉仪，在纳米和亚纳米精度的光电测量系统中，为了保证系统的稳定可靠，对环境的要求是很高的，如环境温度不稳定，振动，光源波动的影响等都会使纳米尺度的测量精度荡然无存。工作原理：一：激光测量技术的工作原理激光测量技术可分为激光干涉长技术、共光路激光干涉仪测量、激光外差干涉测量技术、激光衍射测量技术、激光测距与跟踪测量技术、近场光学显微镜六个方面。这里主要介绍的是共光路激光干涉仪测量的工作原理。激光光源发出的光被会聚到针孔光阑处，该针孔光阑又处于准直物镜的焦点上，单色光经针孔和准直物镜形成平行光直接射向参考镜和被测表面，参考镜是半反半透镜，经参考镜反射的光作为参考光，经物镜会聚在干涉平面上，透射过参考镜的光经被侧件表面反射，再经准直物镜也会聚到干涉平面上，并与参考表面相遇，形成干涉条纹。如果参考表面和被测表面都是理想的，两者形成等厚条纹，如果被测表面凹凸不平，则形成与被测表面相对应的弯曲条纹，对该平面干涉图作图像测量和图像分析计算就可得到被测表面的缺陷值。斐索干涉仪中针孔的离焦、分光镜的厚度、准直物镜的像差都会使出射光的准直性受到破坏，使成像质量受到影响，设计时严格要求。必须指出，对斐索干涉仪来说参考面与被检测面之间的空气间隔越小，其共路性越好，如果不能做到这一点，则只能称为准共路干涉仪。如果将参考平面与准直物镜作成一体，将物镜的下表面做成平面作为参考面，将物镜上表面设计成非球面以消像差，则仪器结构紧凑，调整也更加方便。3二：视觉检测技术的工作原理被测对象经过光学变换系统成像到摄像器件光敏面上，根据测量需要，被测对象被成像光学系统放大或缩小，有时需要进行扫描成像，扫描包括三种方式：第一：被测物移动而摄像系统不动；第二：被测物和摄像器件不动而光学系统运动；第三：被测物和光学系统不动而摄像器件运动。摄像器件将光信号转换成电信号，由计算机进行图像滤波、边缘提取、区域分割、模式识别等处理，并计算被测物的参数，照明光源的强度根据需要可进行调整，在三维测量中，常常不能直接采集物体图像，而是将结构光透射到被测物上，射取被物体调制的结构光图像，以获取三维信息。图一光电检测系统原理图图二：视觉系统流程图三：光纤测量技术的工作原理研究光纤测量级基本原理，实际上就是研究光波与外界被测参量的相互作用，即光波被外界参数调制的原理，外界信号可能引起光的强度、波长、频率、相位、偏振态等性质发生变化，从而形成不同的调制方法，根据调制手段的不同，分别有强度调制，相位调制，频率调制、波长调制等不同的工作原理。4（1）强度调制强度调制是利用被测对象的变化引起敏感原件的折射率，吸收率或反射率等参数的变化，从而导致光强度变化，最终实现测量。常用的强度调制方法是利用光纤的微弯损耗效应、物质的吸收特性、振动膜或液晶的反射光强度的变化特性、物质因各种粒子射线或化学与机械的激励而发光的现象以及物质的荧光辐射或光路的遮断效应等，最终可以构成压力、振动、温度、位移、气体等参量的光纤传感器和测量系统。（2）偏振调制偏振调制就是利用光的偏振的变化来传递被测对象的信息，常见的偏振调制有利用光在磁场中煤质内传播的法拉第效应制成的电流、磁场传感器；利用光在电场中的压电晶体内传播的电光效应制成的电场、电压传感器；利用物质的光弹效应构成的压力、振动或声传感器，利用光纤的双折射特性构成的温度、压力、振动等传感器。这类传感器可以避免光源发出光强度变化的影响，因此灵敏度高。（3）频率调制频率调制就是利用被测对象引起光波频率的变化来进行检测。常见的频率调制有利用运动物体反射光和散射光的多普勒效应构成的额速度、振动压力、加速度传感器；利用物质受强光照射时的拉曼散射效应构成的测量气体浓度的传感器或监测大气污染的传感器；利用热致发光效应的温度传感器等。（4）相位调制相位调制的基本原理是利用被测对象对敏感元件的利用，使敏感元件的折射率或传播常数发生变化，而导致光的相位变化，然后利用干涉仪等检测这种相位变化，最终得到被测对像的信息。前景：科学技术的进步推动了光电测试技术的发展，而新型光电检测系统的出现无疑又给科学的技术的发展注入新鲜血液，因此，光电测试技术的发展趋势是:（1）纳米，亚纳米的高精度的光电测量技术。（2）：小型的，快速的微型光、机、电测试系统。5（3）：非接触、快速在线测量，以满足快速增长的商品经济的需要。（4）：向微空间三维测量技术和大空间三维测量技术的发展。（5）：发展闭环控制的光电测试系，实现光电测量与光电控制的一体化。（6）：向人们无法触及的领域发展。（7）：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。光电测试技术是现代科学，国家现代化建设和人民生活中不可缺少的新技术，是光、电、计算机相结合的新技术，是最具有潜力的技术之一。应用：一：激光测量技术的应用：起重安装设备位置控制；液位料位测量；冶金钢铁过程控制；不宜接近的物体测量，如罐装物、管道、集装箱等；车辆和船舶位置监控；以及江河湖海等的水位测量。距离、位置、液位、料位、生产线料坯传送定位、行吊XY定位、电梯运行测量、大型工件装配定位、运动物体位置监控、大型货架库存管理、超大物体几何计量、靶距自动控制、船舶安全靠距、集装箱定位等领域、电气化铁路接触网测量、铁路建筑物限界测量以及江河湖海等的水位测量等二：觉检测技术的应用：医学红外热成像技术，X射线数字影像设备，X射线计算机断层扫描，生物芯片检测仪，汽车车身视觉检测系统，BGA芯片装引脚平面度视觉检测系统，无缝钢管直线度和截面在线视觉检测系统等。三：光纤测量技术的应用：应用于大坝、桥梁、电话及高层建筑物等大型民用基础设施的安全检测中，在土木工程、航空航天、船舶运输、电力工业、石油工业、医学方面等。6