光機(jī)電測控技術(shù)基礎(chǔ)【第1章 光機(jī)電測控技術(shù)概述】

光機(jī)電測控技術(shù)基礎(chǔ)第1章光機(jī)電測控技術(shù)概述任課教師:嚴(yán)晗武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院課程性質(zhì)專業(yè)課程（選修）學(xué)分2.5學(xué)分考核方式期末考試成績75％；平時(shí)成績25％(課后作業(yè))課程介紹課程體系課程介紹第1章光機(jī)電測控技術(shù)概述

光機(jī)電測控技術(shù)概念,系統(tǒng)的組成,應(yīng)用介紹,發(fā)展趨勢第2章光電技術(shù)基礎(chǔ)光的基本概念,光輻射,熱輻射,光源的基本特性參數(shù),光輻射調(diào)制第3章激光測試基礎(chǔ)激光的基本性質(zhì),分類和特點(diǎn),激光準(zhǔn)直技術(shù),激光多普勒測速技術(shù),激光測距技術(shù)第4章激光干涉與衍射測試技術(shù)激光干涉測試技術(shù),原理與條件,激光斐索型干涉測試技術(shù),激光全息干涉測試技術(shù),激光外差干涉測試技術(shù),激光移相干涉測試技術(shù),納米技術(shù)中的干涉測試技術(shù),激光衍射測試技術(shù),激光衍射測試方法,衍射光柵及應(yīng)用第5章光纖傳感器基礎(chǔ)光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu),主要參數(shù),光纖傳感器原理,光纖傳感器分類,光纖傳感器的特點(diǎn)與應(yīng)用第6章光纖檢測技術(shù)光纖在溫度檢測中的應(yīng)用,光纖流速與流量測量,光纖位移及壓力測量,光纖電壓電流測量,光纖檢測技術(shù)在其他方面的應(yīng)用第7章光電探測器光電探測器概述,分類,器性能參數(shù),基本原理,光電導(dǎo)探測器特性,實(shí)用光電導(dǎo)探測器件,光伏探測器基本原理,性能參數(shù),實(shí)用光伏探測器件,電荷耦合器件基本原理,成像器件,多元及多色探測器,光機(jī)掃描探測技術(shù)課程介紹《光電檢測技術(shù)》雷玉堂等編著中國計(jì)量出版社《光電測試技術(shù)》張廣軍主編中國計(jì)量出版社《激光光電檢測》呂海寶等編著國防科技大學(xué)出版社參考書目目錄1-1

光機(jī)電技術(shù)的歷史1-2

光機(jī)電測控技術(shù)概念1-3

光機(jī)電測控與人工操作區(qū)別1-4

光機(jī)電測控系統(tǒng)的組成1-5

光機(jī)電測控技術(shù)應(yīng)用介紹1-6

光機(jī)電測控技術(shù)的發(fā)展趨勢1-7

光機(jī)電測控技術(shù)的學(xué)習(xí)要求傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與光機(jī)電設(shè)計(jì)浴室磅秤的設(shè)計(jì)機(jī)械解決方法:通過復(fù)合彈簧的壓縮,已經(jīng)人在稱上的向下運(yùn)動轉(zhuǎn)換為軸的轉(zhuǎn)動,然后帶動一個(gè)指針輸出一個(gè)顯示數(shù)值.1-1光機(jī)電技術(shù)的歷史機(jī)電一體化解決方法:用帶有應(yīng)變儀的測壓元件代替壓縮彈簧.應(yīng)變儀產(chǎn)生電子信號并發(fā)送給微型控制器，微型控制器發(fā)出一個(gè)控制信號驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)來產(chǎn)生人體體重讀數(shù)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動刻度盤上的機(jī)械指針。為了控制這個(gè)顯示讀數(shù)，微控制器要進(jìn)行一些簡單數(shù)學(xué)計(jì)算，將在一段時(shí)間周期內(nèi)測量的體重值進(jìn)行平均，用以減小應(yīng)變輸出由于體重的微小變化產(chǎn)生的輸出數(shù)值突然的變化。這種機(jī)電系統(tǒng)已經(jīng)將解決系統(tǒng)的復(fù)雜化問題交給了軟件，結(jié)果輸出在家庭浴室磅秤刻度盤上。這個(gè)裝置不僅簡單，而且成本低，所用部件少。1-1光機(jī)電技術(shù)的歷史光機(jī)電系統(tǒng)解決方法:一個(gè)以光密度調(diào)制器為原理的光纖位移傳感器代替了高精度的應(yīng)變儀。天平上負(fù)載的變化引起了光纖的縫隙加大，成比例減小了從光源到傳感器間傳導(dǎo)的光的數(shù)量。雖然光纖傳感器并沒有增加測量的精確性，但是減小了自然環(huán)境變量對傳感器元件的影響。在人體稱重上，光纖位移傳感器可以簡單的調(diào)整對自然擾動的靈敏性，這樣也就演化了信號處理運(yùn)算以及微型控制器的計(jì)算。1-1光機(jī)電技術(shù)的歷史1948年發(fā)明了晶體管之后，晶體管和其他半導(dǎo)體設(shè)備集成到一塊電路板有了可能。機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展

在半導(dǎo)體制造技術(shù)的幫助下，1971年發(fā)明了微處理器，對于相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域帶來了不可估量的影響，尤其是在硬件和軟件技術(shù)的相互協(xié)同、融合發(fā)展中，各種不同技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相互結(jié)合。這種融合使機(jī)器能夠把模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，進(jìn)行計(jì)算，得出基于計(jì)算結(jié)果和軟件算法的結(jié)論，最終根據(jù)這些結(jié)論出合適的動作，并且能夠在它自身攜帶的記憶體里積累知識、數(shù)據(jù)、信息。這項(xiàng)新功能使得機(jī)械系統(tǒng)有了更好的靈活性和適應(yīng)性。在二十世紀(jì)八十年代，半導(dǎo)體技術(shù)又創(chuàng)造出微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS），機(jī)械系統(tǒng)更加小型化了。1-1光機(jī)電技術(shù)的歷史光機(jī)電系統(tǒng)激光于1960年發(fā)明以來，光機(jī)電集成技術(shù)作為另外一種技術(shù)革命，在過去的四十年間不斷的發(fā)展。化學(xué)氣相沉積技術(shù)，分子束外延技術(shù)，聚焦離子束顯微機(jī)械加工技術(shù)等先進(jìn)制造工藝的出現(xiàn)，使光學(xué)、光電和電子元件可以集成到一個(gè)裝置上，光機(jī)電集成技術(shù)成為可能。1974年發(fā)明的電荷耦合攝像傳感器促進(jìn)了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的發(fā)展，并且于1976年開創(chuàng)了光學(xué)技術(shù)和光纖傳感器的新時(shí)代。這些高級的光學(xué)元件和設(shè)備提供了許多受歡迎的新特性。這些器件相互不關(guān)聯(lián)，是非倒裝的，很容易轉(zhuǎn)換，它們有著很寬的感知范圍，對電噪聲不敏感，分布式的傳感和通訊，并有著很高的帶寬。1-1光機(jī)電技術(shù)的歷史一個(gè)典型的系統(tǒng)是在1982年批量生產(chǎn)的光學(xué)圖像傳感器。該系統(tǒng)激光讀取磁頭上攜帶一個(gè)低功率二極管激光器，發(fā)出的激光束可以投射到磁盤的凹點(diǎn)上，通過控制上下左右導(dǎo)軌的激光頭來讀取旋轉(zhuǎn)磁盤上的信息。此后，大量的光機(jī)電產(chǎn)品、機(jī)器和系統(tǒng)的加速投放市場。原子力顯微鏡、微光機(jī)電系統(tǒng)、人型機(jī)器人、火星探路者等等相繼問世。1-1光機(jī)電技術(shù)的歷史光機(jī)電集成技術(shù)的發(fā)展得益于機(jī)電技術(shù)和光電子技術(shù)的發(fā)展1-1光機(jī)電技術(shù)的歷史當(dāng)前應(yīng)用的系統(tǒng)從它們最初的老版本演變過來的。芯片的安裝最初主要是機(jī)械的，但現(xiàn)在可以用集成的裝置來完成。集成裝置包括：位置估算、可視傳感器和執(zhí)行控制單元等部分。例如坐標(biāo)測量儀最初是具有觸點(diǎn)的檢測系統(tǒng)，然后是無觸點(diǎn)的數(shù)字電磁系統(tǒng)，再后來是光學(xué)類系統(tǒng)。1-1光機(jī)電技術(shù)的歷史從歷史的角度來看，電子業(yè)的發(fā)展變革加速了機(jī)械和電子元件的集成，后來，光學(xué)的發(fā)展變革也影響了光學(xué)和電子元件的集成。大量低級別自主性和低性能的傳統(tǒng)系統(tǒng)演變發(fā)展成為高自主性和高性能的系統(tǒng)。1-1光機(jī)電技術(shù)的歷史光機(jī)電技術(shù)結(jié)合機(jī)械、過程、系統(tǒng)的發(fā)展不斷發(fā)展演變而提高其性能，創(chuàng)造新的價(jià)值和功能。由機(jī)械的、電子電氣的和計(jì)算機(jī)技術(shù)集成的機(jī)電技術(shù)在這個(gè)發(fā)展過程中發(fā)揮了重要的作用。然而，為了讓系統(tǒng)向精密、智能、自主性等更深層次的方向發(fā)展，光和光學(xué)工程技術(shù)必須嵌入到機(jī)電一體化系統(tǒng)，來完善已有的功能和創(chuàng)造新的功能。光機(jī)電系統(tǒng)由光學(xué)元件、機(jī)械元件、電子或電氣元件和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。1-2光機(jī)電測控技術(shù)概念光機(jī)電技術(shù)光學(xué)技術(shù)機(jī)械技術(shù)電子技術(shù)光機(jī)電測控技術(shù)光機(jī)電傳感器融合核心部分基礎(chǔ)1-2光機(jī)電測控技術(shù)概念核心：物理量→光學(xué)量→電信號→機(jī)械運(yùn)動屬性：光機(jī)電技術(shù)是一種交叉學(xué)科，光學(xué)、電子學(xué)、材料學(xué)、半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、儀器儀表等等目的：物理量的檢測、傳遞、控制應(yīng)用：精密測量、紅外探測、遙感、激光雷達(dá)、空中偵察、制導(dǎo)武器、導(dǎo)航、跟蹤、光通信、圖像處理、夜視、深空探測等等1-2光機(jī)電測控技術(shù)概念操作過程：

熱敏電阻

電信號

處理

顯示空調(diào)機(jī)空氣1-2光機(jī)電測控技術(shù)概念測控技術(shù)例：空調(diào)機(jī)測量控制室溫被測對象：室內(nèi)空氣被測信息：溫度檢測器件：溫度傳感器---熱電阻、熱電偶1-2光機(jī)電測控技術(shù)概念光學(xué)元件的基本作用照明：光學(xué)輻射能照射到物體表面。一般而言，由于物體不同的屬性和表面特征，當(dāng)光照射到物體時(shí)會產(chǎn)生不同類型的反射，吸收和轉(zhuǎn)化。1-2光機(jī)電測控技術(shù)概念傳感：光學(xué)傳感器可以提供對象物理量的基本信息，例如：力、溫度、壓力和應(yīng)變，也可以是幾何量，如角度、速度等。這些光學(xué)傳感器獲得的信息量是利用不同種類的光學(xué)現(xiàn)象，例如：反射，散射，折射，干涉，衍射等。1-2光機(jī)電測控技術(shù)概念一般來說，光學(xué)傳感儀器是由光源和光學(xué)傳感器和其他諸如透鏡、分束器和光纖等光學(xué)元件組成。在各種應(yīng)用中，大量傳感器通過利用光纖的優(yōu)點(diǎn)得到了很快的發(fā)展。光學(xué)技術(shù)也促進(jìn)了材料科學(xué)的發(fā)展。物質(zhì)的化學(xué)組成可以用分光光度測定法來分析。分光光度測定法利用物質(zhì)受光照射后，反射，轉(zhuǎn)化和輻射的光來識別光譜特性。1-2光機(jī)電測控技術(shù)概念1-2光機(jī)電測控技術(shù)概念驅(qū)動器：通過增加物質(zhì)的溫度或改變其電磁環(huán)境，光線照射到物質(zhì)時(shí)可改變其物理屬性。壓電陶瓷和形狀記憶合金都是光感材料。壓電陶瓷是由鐵電材料組成，其電場由光線強(qiáng)度決定的。形狀記憶合金也可以作為驅(qū)動器，當(dāng)其受光線照射時(shí)，溫度上升后其形狀可以變成以前所記憶的形狀。另一方面，當(dāng)溫度降低后，形狀記憶合金恢復(fù)原狀。形狀記憶合金已用于不同種類的制動器、傳感器和存儲器。1-2光機(jī)電測控技術(shù)概念(a)中光能轉(zhuǎn)化成壓電材料的位移。（b）中光學(xué)加熱器使得感溫材料（如形狀記憶合金）發(fā)生移動。這些驅(qū)動器可以精確控制機(jī)械元件的微位移。1-2光機(jī)電測控技術(shù)概念數(shù)據(jù)存儲：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是以0與1的形式存儲在介質(zhì)上，可以用光學(xué)的方法讀出來。光學(xué)記錄的原理基于存儲介質(zhì)上所反射的光線的變化來讀取數(shù)據(jù)。這樣，數(shù)據(jù)就可以用光學(xué)獲取傳感器檢測介質(zhì)的光學(xué)反射特性來讀取。1-2光機(jī)電測控技術(shù)概念數(shù)據(jù)傳輸：由于外部電磁噪聲對高帶寬干擾很小的這個(gè)內(nèi)在特性，光是傳輸數(shù)據(jù)很好的介質(zhì)。激光作為一種光源，具有高帶寬，可以一次傳輸很多數(shù)據(jù)，廣泛用于光學(xué)通訊中。數(shù)字化的原始數(shù)據(jù)，如文本和圖片，可以轉(zhuǎn)化成光信號，發(fā)送到光纖的另外一端，然后解碼成原始數(shù)據(jù)，由于在光纖中進(jìn)行傳輸?shù)墓庑盘栐诠饫w內(nèi)部是全反射，其損耗極小。1-2光機(jī)電測控技術(shù)概念數(shù)據(jù)演示：終端用戶利用可視化信息可以更好的理解數(shù)據(jù)內(nèi)容。為了使數(shù)據(jù)以圖像或圖表的形式呈現(xiàn)給用戶，可以用不同的顯示儀器，如：陰極射線管顯示器、液晶顯示器、發(fā)光二極管、等離子顯示器等。這些儀器都包含有可以發(fā)出紅、綠、藍(lán)三色光的單元組件。1-2光機(jī)電測控技術(shù)概念計(jì)算：如同數(shù)字電子計(jì)算一樣，光學(xué)計(jì)算也是用開關(guān)、門、觸發(fā)器來進(jìn)行邏輯計(jì)算。光學(xué)開關(guān)可以由調(diào)節(jié)器來組成，調(diào)節(jié)器匯集了光機(jī)械技術(shù)、光電子技術(shù)、聲光技術(shù)和磁光技術(shù)。光學(xué)儀器可以在大約在一皮秒（萬億分之一秒）內(nèi)完成轉(zhuǎn)變狀態(tài)。光學(xué)晶體管可以組成一個(gè)光學(xué)邏輯門。光學(xué)計(jì)算機(jī)由不同的回路和光學(xué)開關(guān)相互連接集成。在光學(xué)計(jì)算機(jī)的實(shí)際運(yùn)用中，光定位和波導(dǎo)是兩個(gè)主要的問題。1-2光機(jī)電測控技術(shù)概念物質(zhì)特性變異：激光源將激光聚焦于某一點(diǎn)時(shí)，聚焦區(qū)的能量不斷增加，從而改變聚焦區(qū)的物質(zhì)屬性。激光材料工藝方法是利用激光束作為能量的輸入，它可以分為兩類：（1）改變物質(zhì)形狀的方法。（2）改變物質(zhì)屬性的方法。測量的概念測量：將被測的未知量與同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，確定被測量對標(biāo)準(zhǔn)量的倍數(shù)，并通過數(shù)字表示出這個(gè)倍數(shù)的過程直接測量：對儀表讀數(shù)不經(jīng)任何運(yùn)算，直接得出被測量的數(shù)值。例如：長度：直尺、游標(biāo)卡尺、千分尺電壓：萬用表質(zhì)量：天平間接測量：測量幾個(gè)與被測量相關(guān)的物理量，通過函數(shù)關(guān)系式計(jì)算出被測量。例如：電功率：P=I×V（電流×電壓）重力加速度：單擺測量（L：擺的線長，T：擺動的周期）1-2光機(jī)電測控技術(shù)概念檢測的概念檢測：通過一定的物理方式，分辨出被測參數(shù)量并歸屬到某一范圍帶，以此來判別被測參數(shù)量是否合格或參數(shù)量是否存在被測對象：宇宙萬物（固液氣體、動物、植物、天體……）被測信息：物理量（光、電、力、熱、磁、聲、…）化學(xué)量（PH、成份…）生物量（酶、葡萄糖、…）……檢測手段：傳感器、檢測儀器、檢測裝置、檢測系統(tǒng)檢測過程：信號采集、信號處理、信號顯示、信號輸出1-2光機(jī)電測控技術(shù)概念傳感器的概念傳感器的作用：是將非電量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的電量輸出。（非電量與電量系統(tǒng)之間的接口）敏感器：能夠?qū)⒈粶y非電量轉(zhuǎn)換為可用非電量的器件或裝置光電傳感器：基于光電效應(yīng)，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的一種光電器件，廣泛應(yīng)用于自動控制、宇航和廣播電視等各個(gè)領(lǐng)域。1-2光機(jī)電測控技術(shù)概念1-3光機(jī)電測控與人工操作區(qū)別比較：被測物體感覺器官人腦手控被測物體光機(jī)電傳感器微機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)光電傳感部分相當(dāng)于人身的感覺器官人的視覺功能人眼是一個(gè)高靈敏度、高分辯率和極為復(fù)雜而精密的光傳感器。人眼的適宜刺激:波長380-780nm的電磁波(可見光)。1-3光機(jī)電測控與人工操作區(qū)別人的視覺有辨別光亮和顏色的雙重功能視桿系統(tǒng):對光敏感度高，

無顏色視覺，

視物精確性差；

視錐系統(tǒng):對光敏感度差，能分辨顏色，視物精確性高。舉例說明雞視網(wǎng)膜僅有視錐細(xì)胞(無暗視覺)貓頭鷹視網(wǎng)膜僅有視桿細(xì)胞(無晝光視覺)1-3光機(jī)電測控與人工操作區(qū)別三原色學(xué)說：某一波長光線作用于視網(wǎng)膜時(shí)，三種視錐細(xì)胞興奮程度不同，信息傳入中樞，產(chǎn)生某一顏色的視覺三種視錐不同比例興奮

不同色覺僅感紅視錐興奮

紅色覺僅感綠視錐興奮

綠色覺僅感藍(lán)視錐興奮

藍(lán)色覺

同等比例興奮

白色覺1-3光機(jī)電測控與人工操作區(qū)別人的視覺具有對明暗光的適應(yīng)能力從亮處突然進(jìn)入暗處時(shí)，最初看不清楚任何物體，經(jīng)過一定時(shí)間后，視覺敏感度才逐漸增強(qiáng)。從暗處突然進(jìn)入亮處時(shí)，最初只感到耀眼的光亮，看不清物體，一段時(shí)間后才能恢復(fù)視覺。人的視覺有很高的分辨能力1-3光機(jī)電測控與人工操作區(qū)別光機(jī)電測控是人類視覺的擴(kuò)展時(shí)間上擴(kuò)展1-3光機(jī)電測控與人工操作區(qū)別空間上擴(kuò)展中國最大射電望遠(yuǎn)鏡主體

1-3光機(jī)電測控與人工操作區(qū)別空間上擴(kuò)展美國的哈勃望遠(yuǎn)鏡：主鏡2.4m、焦距57.6m。美國的詹姆斯.韋伯：主鏡6.8m、焦距136m。美國的KH-12：主鏡2～3m。1-3光機(jī)電測控與人工操作區(qū)別識別能力上擴(kuò)展電子顯微鏡拍攝照片1-3光機(jī)電測控與人工操作區(qū)別1-4光機(jī)電測控系統(tǒng)的組成光機(jī)電系統(tǒng)的種類根據(jù)光學(xué)元件與機(jī)電元件的集成方式，可以分成三大類光機(jī)電集成系統(tǒng)光學(xué)嵌入式機(jī)電系統(tǒng)機(jī)電嵌入式光學(xué)系統(tǒng)1-4光機(jī)電測控系統(tǒng)的組成光機(jī)電集成系統(tǒng)光機(jī)電集成系統(tǒng)中，光學(xué)和機(jī)電元件是不能夠分離的，假如組成系統(tǒng)的光學(xué)或機(jī)電元件移走，那么系統(tǒng)就不能正常工作。這就表明這兩種分離的元件是在功能和結(jié)構(gòu)上集成，以達(dá)到理想的系統(tǒng)性能。這樣的系統(tǒng)有自適應(yīng)鏡、可調(diào)諧激光器、光盤拾音器、光學(xué)壓力傳感器等。1-4光機(jī)電測控系統(tǒng)的組成光學(xué)嵌入式機(jī)電系統(tǒng)工藝的監(jiān)測和控制系統(tǒng)、機(jī)器人、汽車、伺服電機(jī)光學(xué)嵌入式機(jī)電系統(tǒng)基本上是由光學(xué)的、機(jī)械的和電子的元件組成的。通過光學(xué)元件嵌入到機(jī)電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。光學(xué)元件也可以從系統(tǒng)中分離，但是系統(tǒng)的性能就會下降很多。大多數(shù)工程上的光機(jī)電系統(tǒng)都屬于這種類型：洗衣機(jī)、真空吸塵器、機(jī)器或制造等。1-4光機(jī)電測控系統(tǒng)的組成機(jī)電嵌入式光學(xué)系統(tǒng)這種系統(tǒng)基本上是光學(xué)系統(tǒng)，集成了機(jī)械和電子元件。很多光學(xué)系統(tǒng)都需要定位伺服光學(xué)設(shè)備來操作，控制光束的排列和光的極化作用。典型的系統(tǒng)都是屬于定位或伺服系統(tǒng)，如照相機(jī)、光學(xué)投影儀、檢流計(jì)、串并聯(lián)掃描儀、行掃描多邊形、光學(xué)開關(guān)、光纖擠壓式偏振控制器等。在另外一些系統(tǒng)中，聲波發(fā)生器驅(qū)動壓電元件來使光束頻率發(fā)生變化。其他的應(yīng)用包括光纖通訊和傳感器。1-4光機(jī)電測控系統(tǒng)的組成光機(jī)電測控系統(tǒng)：光學(xué)變換光電變換電路處理執(zhí)行機(jī)構(gòu)被測對象光學(xué)系統(tǒng)光電傳感器變換電路處理電路后續(xù)電路顯示控制存儲光機(jī)電測控系統(tǒng)光源光學(xué)系統(tǒng)機(jī)電執(zhí)行機(jī)構(gòu)1-4光機(jī)電測控系統(tǒng)的組成光機(jī)電測控技術(shù)的功能分類測量檢查型：幾何量:長度、角度、形狀、位置、形變、面積、體積、距離。運(yùn)動量：速度、加速度、振動表面形狀：光潔度、疵病、傷痕工作過程：濕度、流量、壓力、物位、PH值、濃度等機(jī)械量：重量、壓力、應(yīng)變、壓強(qiáng)電學(xué)量：電流、電壓、電場、磁場光學(xué)量：吸收、反射、透射、光度、色度、波長、光譜1-4光機(jī)電測控系統(tǒng)的組成控制跟蹤型：跟蹤控制：激光制導(dǎo)，紅外制導(dǎo)數(shù)值控制：自動定位，圖形加工形成，數(shù)值控制圖象分析型：圖形檢測圖形分析光機(jī)電測控技術(shù)的功能分類1-4光機(jī)電測控系統(tǒng)的組成光機(jī)電測控技術(shù)的特點(diǎn)高精度：測長度nm量級；高速度：光速是最快的；非接觸式檢測：可長距離工作；遠(yuǎn)距離、大量程：遙控、遙測和遙感；受光學(xué)介質(zhì)的影響大（水、空氣、塵土）成本高。1-4光機(jī)電測控系統(tǒng)的組成1-5光機(jī)電測控技術(shù)應(yīng)用介紹光機(jī)電系統(tǒng)可以應(yīng)用在很多控制和儀器領(lǐng)域，檢查和測試，光學(xué)，制造業(yè)，消費(fèi)業(yè)及工業(yè)電子產(chǎn)品中，同樣也應(yīng)用于微機(jī)電系統(tǒng)、汽車驅(qū)動系統(tǒng)、生物應(yīng)用和工程學(xué)的許多其他領(lǐng)域。1-5光機(jī)電測控技術(shù)應(yīng)用介紹智能相機(jī)相機(jī)和電動機(jī)是典型的依靠光機(jī)電元件操作的設(shè)備,一個(gè)智能相機(jī)使用帶光度計(jì)的光圈控制和焦距調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)來增強(qiáng)性能，而不依賴于環(huán)境亮度。使用這種系統(tǒng)設(shè)置，可以產(chǎn)生新的功能，從而加強(qiáng)現(xiàn)代相機(jī)的性能。相機(jī)的主要部件包括鏡頭、光圈、快門、膠卷或電子成像單元如CCD或CMOS。圖像經(jīng)過聚焦后曝光在膠片上，或者電子圖像經(jīng)過一系列鏡頭變焦、聚焦在物體上。根據(jù)成像效果，變化透鏡的位置來改變放大倍數(shù)和聚焦點(diǎn)。進(jìn)入透鏡的光線量由光傳感器檢測，并且通過改變光圈或快門速度來控制。光傳感器或CMOS域傳感器已經(jīng)被用來對可控的聚焦鏡頭進(jìn)行自動調(diào)焦。1-5光機(jī)電測控技術(shù)應(yīng)用介紹可調(diào)激光器該裝置有一層可變形的膜（頂層鏡面）和一個(gè)GaAs/AIAS分布式布拉格反射體（底層鏡面），形成一個(gè)光學(xué)腔。在0～20V的工作電壓下，頂層鏡面的移動可以直接將光線的波長范圍調(diào)節(jié)到近紅外區(qū)。通過控制頂層鏡面與底層鏡面間的間隙，獲得所需波長的激光束。1-5光機(jī)電測控技術(shù)應(yīng)用介紹原子力顯微鏡（AFM）原子力顯微鏡（AFM）由一些光機(jī)電元件組成：懸臂探針、激光源、位置傳感器（PSD）、壓電驅(qū)動器、伺服控制器和x-y伺服平臺。懸臂的位置偏差作為反饋控制的輸入，控制壓電元件在Z軸方向上做上下運(yùn)動，根據(jù)伺服平臺表面形狀使之與懸臂保持一個(gè)定值偏差。這種運(yùn)動在PSD上產(chǎn)生對應(yīng)光點(diǎn)的位置變量，用于檢測懸臂在Z方向上的運(yùn)動。對位置敏感的光探測器，為壓電運(yùn)動控制器提供反饋信號。1-5光機(jī)電測控技術(shù)應(yīng)用介紹光驅(qū)光驅(qū)（opticaldiscdrive,ODD）是一種光機(jī)電系統(tǒng)，ODD包括一個(gè)帶激光二極管的光學(xué)頭，一個(gè)用來動態(tài)聚焦的光束聚焦伺服機(jī)構(gòu)和一個(gè)能夠?qū)⒓す忸^準(zhǔn)確定位到所需位置的VCM伺服機(jī)構(gòu)。盤片底層是被絕緣外層保護(hù)的光敏感介質(zhì)，調(diào)制好的激光束穿過底層聚焦于介質(zhì)中的衍射極限點(diǎn)上。1-5光機(jī)電測控技術(shù)應(yīng)用介紹智能洗衣機(jī)洗衣機(jī)中也有效地利用了光機(jī)電元件來改善其性能。可以根據(jù)洗滌筒中水的污濁程度來反饋控制水溫及洗滌循環(huán)次數(shù)。配備了光機(jī)電元件的洗衣機(jī)可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。為了檢測水的污濁程度，在洗滌筒的排水口上安裝了光源和光敏感元件，檢測到的信息反饋到模糊控制器中，進(jìn)而調(diào)整洗滌時(shí)間和水溫。1-5光機(jī)電測控技術(shù)應(yīng)用介紹光學(xué)引燃一個(gè)光學(xué)引燃機(jī)電一體化武器系統(tǒng)。在槍的后膛部位安裝激光擊發(fā)器是近百年來槍炮發(fā)射裝置的第一項(xiàng)重大變革。這個(gè)系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的使用擊發(fā)器件點(diǎn)燃推進(jìn)彈藥的方式，不需要任何擊發(fā)器件，也不需要士兵們必須位于武器的后方。僅需一個(gè)藍(lán)寶石窗口來發(fā)射激光。1-5光機(jī)電測控技術(shù)應(yīng)用介紹光學(xué)微機(jī)電元件光學(xué)微機(jī)電元件是一種微型的用來移動和導(dǎo)向光線的機(jī)械裝置。該結(jié)構(gòu)是靠靜電、電磁和熱能設(shè)備來驅(qū)動的。如果該結(jié)構(gòu)是個(gè)光學(xué)鏡面，設(shè)備就可以移動或操作光線。在光網(wǎng)絡(luò)中，光學(xué)微機(jī)電系統(tǒng)可以動態(tài)地削弱、轉(zhuǎn)換、補(bǔ)償、綜合和分離信號。光學(xué)MEMS的應(yīng)用在不斷的擴(kuò)大，主要應(yīng)用在五個(gè)領(lǐng)域：光學(xué)開關(guān)，光學(xué)衰減器，波長調(diào)制設(shè)備，動態(tài)增益均衡器和光學(xué)增/減多路復(fù)用。1-5光機(jī)電測控技術(shù)應(yīng)用介紹智能焊接系統(tǒng)它由一個(gè)激光三角測量傳感器的光學(xué)傳感系統(tǒng)，一個(gè)非接觸的紅外溫度傳感器，一個(gè)焊接機(jī)器手，一個(gè)硬件控制模塊和一個(gè)軟件系統(tǒng)組成。其中軟件系統(tǒng)集成了包括焊縫檢測模塊，路徑控制模塊，和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的焊縫質(zhì)量評估模塊等許多運(yùn)算模塊。這個(gè)系統(tǒng)可以識別焊縫的形式和焊縫的路徑，這使得它可以根據(jù)焊縫的路徑控制焊槍（焊接吹管）的速度和軌跡并且可以評估焊接質(zhì)量。通過焊縫識別器和焊縫追蹤器實(shí)現(xiàn)焊縫的軌跡跟蹤。同時(shí)，通過對焊接熔池表面多點(diǎn)溫度的測量及時(shí)的檢測焊接的質(zhì)量。根據(jù)溫度信息，可以實(shí)時(shí)地按照需要的尺寸要求控制焊縫。因?yàn)檫@個(gè)焊接系統(tǒng)具用自動識別焊縫的形狀，根據(jù)焊縫的路徑，執(zhí)行焊接工作并且可以實(shí)時(shí)地控制焊接質(zhì)量，所以我們說，它是一個(gè)智能系統(tǒng)。1-5光機(jī)電測控技術(shù)應(yīng)用介紹在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用在線檢測：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位….現(xiàn)代工程裝備中，檢測環(huán)節(jié)的成本約占50~70%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。發(fā)動機(jī)：向發(fā)動機(jī)的電子控制單元（ECU）提供發(fā)動機(jī)的工作狀況信息

對發(fā)動機(jī)工作狀況進(jìn)行精確控制

溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、流量、氣體濃度和爆震傳感器等底盤：控制變速器系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動防抱死系統(tǒng)

車速、踏板、加速度、節(jié)氣門、發(fā)動機(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、測距、圖象等1-5光機(jī)電測控技術(shù)應(yīng)用介紹在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用1-5光機(jī)電測控技術(shù)應(yīng)用介紹在日常生活中的應(yīng)用:家用電器：數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)：自動對焦---紅外測距傳感器自動感應(yīng)燈：亮度檢測---光敏電阻空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度檢測---熱敏電阻、熱電偶電話、麥克風(fēng)：話音轉(zhuǎn)換---駐極電容傳感器遙控接收：紅外檢測---光敏二極管、光敏三極管可視對講、可視電話：圖像獲取---面陣CCD1-5光機(jī)電測控技術(shù)應(yīng)用介紹辦公商務(wù)：掃描儀：文檔掃描---線陣CCD紅外傳輸數(shù)據(jù)：紅外檢測---光敏二極管、光敏三極管醫(yī)療衛(wèi)生：數(shù)字體溫計(jì)：接觸式---熱敏電阻，非接觸式---紅外傳感器電子血壓計(jì)：血壓檢測---壓力傳感器血糖測試儀、膽固醇檢測儀---離子傳感器1-5光機(jī)電測控技術(shù)應(yīng)用介紹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)激光測距儀：可精確的定位目標(biāo)。在軍事上的應(yīng)用:1-5光機(jī)電測控技術(shù)應(yīng)用介紹在軍事上的應(yīng)用:（1）偵察與遙感光電偵察設(shè)備廣泛用于從空間到水下的各個(gè)領(lǐng)域。（2）夜視或觀瞄由于紅外成像和夜視技術(shù)的發(fā)展，野戰(zhàn)已成為一種重要的作戰(zhàn)方式。（3）火力控制各種火炮采用光電火控系統(tǒng)，即以紅外光電跟蹤瞄準(zhǔn)目標(biāo)，以激光測距來獲得目標(biāo)位置和速度信息，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后進(jìn)行火力控制，從而大大提高火炮射擊命中率。（4）精確制導(dǎo)精確打擊是現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭中最重要的攻擊方式。（5）近爆引信導(dǎo)彈、炮彈和炸彈的近爆引信對能否有效摧毀目標(biāo)至關(guān)重要，必須具有很高的可靠性和安全性。1-5光機(jī)電測控技術(shù)應(yīng)用介紹美國國家導(dǎo)彈防御計(jì)劃---NMD監(jiān)測系統(tǒng):探測和發(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：能識別真假彈頭，敵友方1.地基攔截器2.早期預(yù)警系統(tǒng)3.前沿部署(如雷達(dá)）4.管理與控制系統(tǒng)5.衛(wèi)星紅外線監(jiān)測系統(tǒng)1-5光機(jī)電測控技術(shù)應(yīng)用介紹在建筑方面的應(yīng)用:（1）光電測試技術(shù)在建筑物施工過程中的應(yīng)用光電經(jīng)緯儀、光電天頂儀、激光重力錘等光電探測設(shè)備在建筑勘察及施工過程中質(zhì)量監(jiān)控方面中得到了廣泛應(yīng)用。（2）建筑材料及結(jié)構(gòu)件內(nèi)部缺陷的檢測材料內(nèi)部缺陷的檢測是無損檢測中的重要內(nèi)容，目前有東南大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)等單位的研究人員分別對玻璃鋼內(nèi)部脫粘、復(fù)合材料內(nèi)部分層缺陷、炭纖維混凝土基體界面層缺陷等多種材料內(nèi)部缺陷進(jìn)行了紅外檢測試驗(yàn)研究。美國的勞倫斯立夫莫爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了雙頻紅外熱像檢測系統(tǒng)，將3~5μm波長熱像圖和8~12μm波長熱像圖進(jìn)行對比處理，去除由于表面混亂引起的溫度異常，從而得出真實(shí)的缺陷位置形狀、大小和深度等參數(shù)1-5光機(jī)電測控技術(shù)應(yīng)用介紹在建筑方面的應(yīng)用:（3）建筑外墻面飾面層粘貼質(zhì)的檢測屋面防水層失效和墻面微裂，造成雨水滲漏，紅外熱像檢測技術(shù)可以檢出水分滲入隱匿部位。由于室內(nèi)熱擴(kuò)散，陽光被吸收和傳導(dǎo)均可使暴露滲漏部位與周邊溫度分布的差異，因而可采用紅外熱像技術(shù)加以檢測、分析判斷。（4）建筑節(jié)能檢測與評價(jià)作為輔助手段，紅外熱像技術(shù)通過檢測建