?光柵傳感器

光柵(zha)(zha)(zha)式傳感(gan)器指采用光柵(zha)(zha)(zha)疊柵(zha)(zha)(zha)條紋原理測量位(wei)移(yi)的傳感(gan)器。

光柵(zha)是由(you)大量(liang)等(deng)寬等(deng)間(jian)距的(de)平行狹縫(feng)構成的(de)光學器件(jian)。一(yi)般(ban)常用(yong)的(de)光柵(zha)是在玻璃片上刻(ke)出大量(liang)平行刻(ke)痕(hen)(hen)制成，刻(ke)痕(hen)(hen)為不透光部(bu)分(fen)，兩刻(ke)痕(hen)(hen)之間(jian)的(de)光滑(hua)部(bu)分(fen)可以透光，相(xiang)當于一(yi)狹縫(feng)。精制的(de)光柵(zha)，在1cm寬度內刻(ke)有幾千條(tiao)乃至(zhi)上萬條(tiao)刻(ke)痕(hen)(hen)。

這(zhe)種(zhong)利(li)用(yong)透(tou)(tou)射(she)光(guang)(guang)衍射(she)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)柵(zha)稱為透(tou)(tou)射(she)光(guang)(guang)柵(zha)，還有利(li)用(yong)兩刻痕間(jian)(jian)的(de)(de)(de)反(fan)射(she)光(guang)(guang)衍射(she)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)柵(zha)，如在鍍有金屬(shu)層的(de)(de)(de)表面(mian)上刻出許(xu)多平行刻痕，兩刻痕間(jian)(jian)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)滑金屬(shu)面(mian)可(ke)以反(fan)射(she)光(guang)(guang)，這(zhe)種(zhong)光(guang)(guang)柵(zha)成為反(fan)射(she)光(guang)(guang)柵(zha)。由光(guang)(guang)柵(zha)形(xing)成的(de)(de)(de)疊柵(zha)條紋具(ju)有光(guang)(guang)學放(fang)大作用(yong)和誤(wu)差平均效應，因而能提(ti)高測(ce)量(liang)精度。

光(guang)柵(zha)傳(chuan)感(gan)器由(you)標尺(chi)光(guang)柵(zha)、指示(shi)光(guang)柵(zha)、光(guang)路(lu)系統(tong)和測量(liang)系統(tong)四部分(fen)組(zu)成。標尺(chi)光(guang)柵(zha)相對于指示(shi)光(guang)柵(zha)移動時，便(bian)形(xing)成大致按正弦規律分(fen)布的(de)明(ming)暗相間(jian)的(de)疊柵(zha)條紋。

這些條(tiao)紋以光柵的(de)相(xiang)對運動速度移動，并(bing)直(zhi)接照射(she)到光電元件(jian)上，在它們的(de)輸(shu)出(chu)端得到一(yi)串(chuan)電脈沖，通過放(fang)大、整形、辨向和計數(shu)(shu)系統產(chan)生(sheng)數(shu)(shu)字信號(hao)輸(shu)出(chu)，直(zhi)接顯(xian)示被測的(de)位移量。

光柵傳感器的結構及工作原理：

光(guang)(guang)柵傳感(gan)器的結構均由光(guang)(guang)源、主(zhu)光(guang)(guang)柵、指示(shi)光(guang)(guang)柵、通(tong)光(guang)(guang)孔、光(guang)(guang)電(dian)元(yuan)件(jian)這(zhe)幾(ji)個主(zhu)要部分(fen)構成(cheng)。

1、光源：鎢絲燈泡，它有(you)較(jiao)小的(de)功(gong)率(lv)，與光(guang)電元(yuan)件組合使用時(shi)，轉換(huan)效(xiao)率(lv)低，使用壽(shou)命短。半導體發(fa)(fa)光(guang)器件，如砷化鎵發(fa)(fa)光(guang)二極(ji)管(guan)，可(ke)以(yi)在(zai) 范圍內工作，所發(fa)(fa)光(guang)的(de)峰值波長(chang)為 ，與硅光(guang)敏三極(ji)管(guan)的(de)峰值波長(chang)接(jie)近，因此，有(you)很高的(de)轉換(huan)效(xiao)率(lv)，也有(you)較(jiao)快的(de)響應速度(du)。

2、光柵付：由柵(zha)距相等的(de)主光(guang)(guang)(guang)柵(zha)和(he)指示(shi)(shi)光(guang)(guang)(guang)柵(zha)組(zu)成。主光(guang)(guang)(guang)柵(zha)和(he)指示(shi)(shi)光(guang)(guang)(guang)柵(zha)相互(hu)重疊，但又(you)不(bu)完全重合。兩者(zhe)柵(zha)線間會錯開一個很小的(de)夾角 ，以(yi)便于(yu)得(de)到莫爾(er)條紋。一般主光(guang)(guang)(guang)柵(zha)是活(huo)動的(de)，它可以(yi)單(dan)獨地移動，也(ye)可以(yi)隨被測物體而移動，其長度(du)取決于(yu)測量范圍(wei)。指示(shi)(shi)光(guang)(guang)(guang)柵(zha)相對于(yu)光(guang)(guang)(guang)電器件而固定(ding)。

3、通光孔：通光(guang)孔是(shi)發光(guang)體與受光(guang)體的(de)通路(lu)，一般為(wei)條形狀，其長度由(you)受光(guang)體的(de)排列長度決(jue)定，寬度由(you)受光(guang)體的(de)大小決(jue)定。它是(shi)帖在指示光(guang)柵板上的(de)。

4、受光元件：受光(guang)元件是用來感知主(zhu)光(guang)柵在移動時產生莫爾條(tiao)紋的移動，從而(er)測量(liang)位移量(liang)。在選擇光(guang)敏(min)元件時，要考慮(lv)靈(ling)敏(min)度、響應時間、光(guang)譜特性、穩(wen)定性、體積(ji)等(deng)因素。

將主光柵與標(biao)尺(chi)光柵重(zhong)疊放置，兩(liang)者之間(jian)保持很小的(de)間(jian)隙，并使兩(liang)塊光柵的(de)刻線之間(jian)有一個微小的(de)夾角θ，如下圖所示。

當有(you)光源照射(she)時(shi)，由于擋光效應（對刻(ke)線(xian)(xian)密(mi)度≤50條(tiao)(tiao)／mm的光柵(zha)）或光的衍射(she)作用(yong)（對刻(ke)線(xian)(xian)密(mi)度≥100條(tiao)(tiao)／mm的光柵(zha)），與光柵(zha)刻(ke)線(xian)(xian)大致垂(chui)直(zhi)的方(fang)向上(shang)形(xing)成明暗相間的條(tiao)(tiao)紋(wen)。

在兩光柵(zha)的(de)刻線重合處，光從縫(feng)隙透過，形成亮帶(dai)(dai)；在兩光柵(zha)刻線的(de)錯開的(de)地方，形成暗帶(dai)(dai)；這些明暗相(xiang)間(jian)的(de)條(tiao)紋稱為莫爾條(tiao)紋。

莫爾條紋的間(jian)距與柵距W和兩光柵刻線的夾角(jiao)θ（單位(wei)為rad）之間(jian)的關系為：

當指(zhi)示光(guang)(guang)柵不動，主光(guang)(guang)柵的刻線與(yu)指(zhi)示光(guang)(guang)柵刻線之間始終保持(chi)夾(jia)角θ，而使主光(guang)(guang)柵沿刻線的垂直方(fang)向(xiang)作(zuo)相(xiang)對移(yi)動時(shi)，莫爾(er)條紋將沿光(guang)(guang)柵刻線方(fang)向(xiang)移(yi)動；光(guang)(guang)柵反向(xiang)移(yi)動，莫爾(er)條紋也反向(xiang)移(yi)動。

主光(guang)(guang)柵每移(yi)(yi)動(dong)(dong)一個柵距W，莫爾條紋(wen)也相(xiang)應移(yi)(yi)動(dong)(dong)一個間距S。因此通過測量(liang)(liang)莫爾條紋(wen)的(de)(de)移(yi)(yi)動(dong)(dong)，就(jiu)能測量(liang)(liang)光(guang)(guang)柵移(yi)(yi)動(dong)(dong)的(de)(de)大(da)小和方向，這要比直接對光(guang)(guang)柵進(jin)行測量(liang)(liang)容(rong)易(yi)得多(duo)。

當(dang)主光(guang)(guang)柵沿與刻線垂直方向移動一(yi)個柵距(ju)W時(shi)(shi)，莫(mo)爾(er)條紋(wen)(wen)移動一(yi)個條紋(wen)(wen)間距(ju)。當(dang)兩個光(guang)(guang)柵刻線夾角(jiao)θ較小(xiao)時(shi)(shi)，由上(shang)述公(gong)式(shi)可(ke)知，W一(yi)定時(shi)(shi)，θ愈小(xiao)，則(ze)B愈大，相當(dang)于(yu)把柵距(ju)W放大了1／ θ倍。因此，莫(mo)爾(er)條紋(wen)(wen)的放大倍數相當(dang)大，可(ke)以實(shi)現高(gao)靈敏(min)度的位移測(ce)量。

莫(mo)爾條(tiao)紋是由(you)光(guang)柵的許多(duo)刻(ke)線共同形成的，對刻(ke)線誤(wu)差具有平均效應，能在(zai)很(hen)大程度上消(xiao)除(chu)由(you)于刻(ke)線誤(wu)差所引(yin)起的局部(bu)和短(duan)周期誤(wu)差影響，可以達到比光(guang)柵本身(shen)刻(ke)線精度更高(gao)(gao)的測量(liang)精度。因(yin)此(ci)，計量(liang)光(guang)柵特別適合(he)于小位(wei)移(yi)、高(gao)(gao)精度位(wei)移(yi)測量(liang)。

光柵傳感器的特點

1、精度高。

光柵式(shi)傳(chuan)感器在(zai)大量程(cheng)測量長度(du)或直線位移(yi)方面僅僅低于激光干(gan)涉傳(chuan)感器。在(zai)圓分度(du)和角位移(yi)連續測量方面，光柵式(shi)傳(chuan)感器屬(shu)于精(jing)度(du)高的；

2、大量程測量兼(jian)有高分辨(bian)力(li)。

感應同步器(qi)和磁(ci)柵(zha)式傳(chuan)感器(qi)也具有大量(liang)程測量(liang)的特點，但(dan)分辨(bian)力和精度都(dou)不如光柵(zha)式傳(chuan)感器(qi)；

3、可實現(xian)動態測量，易于實現(xian)測量及數據處理的自動化；

4、具有較強(qiang)(qiang)的(de)(de)抗(kang)干(gan)擾能(neng)力，對環境條件的(de)(de)要(yao)求不像激光干(gan)涉(she)傳感(gan)(gan)器(qi)那(nei)樣嚴格，但不如感(gan)(gan)應(ying)同步器(qi)和磁柵式傳感(gan)(gan)器(qi)的(de)(de)適應(ying)性強(qiang)(qiang)，油污和灰塵會(hui)影響它的(de)(de)可靠性。主要(yao)適用于(yu)在實(shi)驗室和環境較好的(de)(de)車間使(shi)用。

光柵傳感器的種類：

光(guang)柵(zha)主要分兩大類(lei)：一(yi)是Bragg光(guang)柵(zha)（也(ye)稱為反射(she)或短周(zhou)期光(guang)柵(zha)）；二是透射(she)光(guang)柵(zha)（也(ye)稱為長(chang)周(zhou)期光(guang)柵(zha)）。

光纖光柵從結構上可分為周期性(xing)結構和非周期性(xing)結構，從功能上還可分為濾波(bo)型(xing)光柵和色散補償(chang)型(xing)光柵，色散補償(chang)型(xing)光柵是(shi)非周期光柵，又稱為啁啾光柵（Chirp光柵）。

光纖Bragg光柵傳感器

光(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)光(guang)(guang)柵(zha)是(shi)利用光(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)中的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)敏(min)性制(zhi)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)。所謂(wei)光(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)中的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)敏(min)性是(shi)指激光(guang)(guang)通過摻雜光(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)時，在(zai)纖(xian)(xian)(xian)芯(xin)(xin)內產(chan)生(sheng)沿纖(xian)(xian)(xian)芯(xin)(xin)軸(zhou)向的(de)(de)(de)(de)(de)折(zhe)射(she)(she)率周期性變(bian)化，從而(er)形成(cheng)空間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)位(wei)(wei)，光(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)光(guang)(guang)柵(zha)的(de)(de)(de)(de)(de)折(zhe)射(she)(she)率將隨光(guang)(guang)強(qiang)的(de)(de)(de)(de)(de)空間(jian)分(fen)布發生(sheng)相(xiang)應變(bian)化。而(er)在(zai)纖(xian)(xian)(xian)芯(xin)(xin)內形成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)空間(jian)相(xiang)位(wei)(wei)光(guang)(guang)柵(zha)，其作用的(de)(de)(de)(de)(de)實質就是(shi)在(zai)纖(xian)(xian)(xian)芯(xin)(xin)內形成(cheng)一個窄(zhai)帶的(de)(de)(de)(de)(de)（透射(she)(she)或反射(she)(she)）濾(lv)波(bo)器或反射(she)(she)鏡。

當(dang)一束寬光(guang)(guang)(guang)譜光(guang)(guang)(guang)經過(guo)光(guang)(guang)(guang)纖光(guang)(guang)(guang)柵(zha)時，滿足(zu)光(guang)(guang)(guang)纖光(guang)(guang)(guang)柵(zha)布拉格條(tiao)件的(de)(de)波長將(jiang)產(chan)生反射，其余的(de)(de)波長將(jiang)透(tou)過(guo)光(guang)(guang)(guang)纖光(guang)(guang)(guang)柵(zha)繼續(xu)往前(qian)傳輸，利用這(zhe)一特(te)性可制造出許多(duo)性能(neng)獨特(te)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)纖器件。

啁啾光纖光柵傳感器

與光(guang)纖Bragg光(guang)柵傳感器的(de)工作原(yuan)理基本相同(tong)，在(zai)外界物理量(liang)的(de)作用下啁啾光(guang)纖光(guang)柵除了△λＢ的(de)變化外，還 會引起光(guang)譜的(de)展寬。

這種傳感器在(zai)應(ying)變和溫(wen)度(du)(du)均存在(zai)的場合是非(fei)常有用的，啁啾(jiu)光(guang)纖光(guang)柵由于(yu)應(ying)變的影響(xiang)導致了反射(she)(she)信號的拓寬和峰值波長的位(wei)移，而溫(wen)度(du)(du)的變化則由于(yu)折射(she)(she)率的溫(wen)度(du)(du)依賴(lai)性(xing)（ｄｎ／ｄＴ），僅影響(xiang)重心的位(wei)置。通過同時測(ce)量光(guang)譜(pu)位(wei)移和展寬，就可以同時測(ce)量應(ying)變和溫(wen)度(du)(du)。

長周期光纖光柵傳感器

長(chang)周期光(guang)纖(xian)光(guang)柵（ＬＰＧ）的(de)(de)周期一(yi)般認為有數百微米， ＬＰＧ在特定的(de)(de)波長(chang)上把纖(xian)芯的(de)(de)光(guang)耦(ou)合進包(bao)層(ceng)：λｉ＝ （ｎ０－ｎｉｃｌａｄ）?Λ 。式中(zhong)，ｎ０為纖(xian)芯的(de)(de)折射(she)率(lv)(lv)，ｎｉｃｌａｄ為ｉ階軸(zhou)對稱包(bao)層(ceng)模的(de)(de)有效折射(she)率(lv)(lv)。光(guang)在包(bao)層(ceng)中(zhong)將由于包(bao)層(ceng)／空氣界面的(de)(de)損耗而迅速衰減，留下一(yi)串損耗帶。

一(yi)個(ge)獨(du)立的(de)(de)(de)(de)ＬＰＧ可能在一(yi)個(ge)很寬的(de)(de)(de)(de)波長范圍內有許(xu)多的(de)(de)(de)(de)共振(zhen)，ＬＰＧ共振(zhen)的(de)(de)(de)(de)中心(xin)波長主要取(qu)決于芯和包層(ceng)的(de)(de)(de)(de)折射(she)率差，由應變(bian)、溫(wen)度(du)或外部(bu)折射(she)率變(bian)化而產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)任何變(bian)化都能在共振(zhen)中產生(sheng)大(da)的(de)(de)(de)(de)波長位移，通過檢測△λｉ，就可獲得外界物理(li)量變(bian)化的(de)(de)(de)(de)信息。ＬＰＧ在給(gei)定(ding)波長上的(de)(de)(de)(de)共振(zhen)帶的(de)(de)(de)(de)響應通常(chang)有不同的(de)(de)(de)(de)幅度(du)，因而ＬＰＧ適(shi)用于多參數傳感器。

紅外傳感器

紅外技(ji)術(shu)發展到現在，已經為(wei)大家所熟知，這種技(ji)術(shu)已經在現代科技(ji)、國防和(he)工農業等(deng)領域獲得了廣泛的(de)應用。紅外傳(chuan)感(gan)系統是(shi)用紅外線為(wei)介質的(de)測量系統，按照功能能夠分(fen)成五類(lei)：

（1）輻(fu)射計，用于輻(fu)射和光譜測量；

（2）搜(sou)索(suo)和(he)跟蹤(zong)系(xi)統，用(yong)于搜(sou)索(suo)和(he)跟蹤(zong)紅外目(mu)標，確定其空間位置并(bing)對它(ta)的(de)運(yun)動進(jin)行跟蹤(zong)；

（3）熱成像系(xi)統，可產生(sheng)整個目標(biao)紅外(wai)輻射的分布圖像；

（4）紅外測距和通信系統(tong)；

（5）混合系統，是(shi)指以(yi)上各類系統中的兩個或者多個的組合。

首先了解一下紅外光。

紅(hong)(hong)外(wai)(wai)光(guang)(guang)是太陽光(guang)(guang)譜(pu)的一(yi)部(bu)(bu)分(fen)(fen)，紅(hong)(hong)外(wai)(wai)光(guang)(guang)的特點就是具有(you)光(guang)(guang)熱(re)效應，輻射熱(re)量，它是光(guang)(guang)譜(pu)中(zhong)(zhong)max光(guang)(guang)熱(re)效應區。紅(hong)(hong)外(wai)(wai)光(guang)(guang)一(yi)種不可(ke)見(jian)光(guang)(guang)，與所(suo)有(you)電磁波(bo)一(yi)樣(yang)，具有(you)反射、折射、散射、干涉、吸收等性質。紅(hong)(hong)外(wai)(wai)光(guang)(guang)在(zai)真空中(zhong)(zhong)的傳(chuan)播速度為3×108m/s。紅(hong)(hong)外(wai)(wai)光(guang)(guang)在(zai)介(jie)質中(zhong)(zhong)傳(chuan)播會產生衰減，在(zai)金屬中(zhong)(zhong)傳(chuan)播衰減很大(da)(da)(da)，但(dan)紅(hong)(hong)外(wai)(wai)輻射能透過大(da)(da)(da)部(bu)(bu)分(fen)(fen)半導體(ti)和一(yi)些塑料，大(da)(da)(da)部(bu)(bu)分(fen)(fen)液體(ti)對紅(hong)(hong)外(wai)(wai)輻射吸收非(fei)常大(da)(da)(da)。

不(bu)同的(de)(de)氣(qi)體(ti)對(dui)其(qi)吸(xi)收(shou)程度各不(bu)相同，大氣(qi)層對(dui)不(bu)同波長的(de)(de)紅(hong)外光存在不(bu)同的(de)(de)吸(xi)收(shou)帶。研究分析表明，對(dui)于波長為1——5μm、 8——14μm區域的(de)(de)紅(hong)外光具有(you)比較(jiao)大的(de)(de)“透明度”。即這(zhe)些波長的(de)(de)紅(hong)外光能(neng)較(jiao)好地穿透大氣(qi)層。

自然界中(zhong)任何物(wu)體，只要其溫度在絕對零度之上，都能(neng)產生(sheng)紅外光(guang)輻射。紅外光(guang)的(de)(de)光(guang)熱效應(ying)對不(bu)同(tong)的(de)(de)物(wu)體是各不(bu)相同(tong)的(de)(de)，熱能(neng)強度也不(bu)一樣(yang)。

例如，黑(hei)體(ti)(能(neng)全部(bu)吸收投射(she)(she)(she)到其表面的(de)(de)(de)紅(hong)外輻(fu)(fu)(fu)射(she)(she)(she)的(de)(de)(de)物(wu)(wu)體(ti))、鏡(jing)體(ti)(能(neng)全部(bu)反射(she)(she)(she)紅(hong)外輻(fu)(fu)(fu)射(she)(she)(she)的(de)(de)(de)物(wu)(wu)體(ti))、透(tou)明體(ti)(能(neng)全部(bu)穿透(tou)紅(hong)外輻(fu)(fu)(fu)射(she)(she)(she)的(de)(de)(de)物(wu)(wu)體(ti))和(he)灰體(ti)(能(neng)部(bu)分反射(she)(she)(she)或吸收紅(hong)外輻(fu)(fu)(fu)射(she)(she)(she)的(de)(de)(de)物(wu)(wu)體(ti))將產生不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)光熱效應。嚴(yan)格來講(jiang)，自(zi)然(ran)界并不(bu)(bu)存在(zai)黑(hei)體(ti)、鏡(jing)體(ti)和(he)透(tou)明體(ti)，而絕(jue)大部(bu)分物(wu)(wu)體(ti)都屬(shu)于(yu)灰體(ti)。

上述這(zhe)些特性(xing)就是把紅(hong)外(wai)(wai)光(guang)輻射技術用于衛星遙感遙測、紅(hong)外(wai)(wai)跟蹤等(deng)軍(jun)事和(he)科學(xue)研究項目的重要(yao)理論(lun)依據。

紅外輻射的基本定律：

(1)基爾霍夫定(ding)律(lv)：在一定(ding)溫度(du)下，地(di)物單位面積上的輻(fu)射(she)通量W和吸(xi)收(shou)率(lv)(lv)之比，對于(yu)任何物體(ti)都是一個常數，并等于(yu)該溫度(du)下同面積黑(hei)體(ti)輻(fu)射(she)通量W。在給(gei)定(ding)的溫度(du)下，物體(ti)的發射(she)率(lv)(lv)=吸(xi)收(shou)率(lv)(lv)（同一波段）；吸(xi)收(shou)率(lv)(lv)越大，發射(she)率(lv)(lv)也越大。

地物的(de)熱(re)輻(fu)射(she)強度與溫度的(de)四次方成(cheng)正(zheng)比，所以，地物微小(xiao)的(de)溫度差(cha)異就會引(yin)起紅外輻(fu)射(she)能量的(de)明顯變化。這種特征構成(cheng)了紅外遙(yao)感的(de)理論基(ji)礎(chu)。

(2)玻耳茲(zi)曼(man)定律(lv)（Stefan-Boltzmann''s law ）：即(ji)黑體總輻射(she)通量隨溫度(du)的(de)增加(jia)(jia)而迅速增加(jia)(jia)，它與溫度(du)的(de)四次方成(cheng)正比。因此，溫度(du)的(de)微小變化，就會(hui)引起(qi)輻射(she)通量密度(du)很(hen)大(da)的(de)變化。是紅外裝置測定溫度(du)的(de)理論(lun)基(ji)礎(chu)。

(3)維恩位移定律（Wien''s displacement law）：隨著溫度的升高，輻射max值對應(ying)的峰值波長向短波方向移動。

紅外(wai)傳感器(qi)的(de)工作原理并不復雜，一(yi)個(ge)典型的(de)傳感器(qi)系統各部分(fen)的(de)實體(ti)分(fen)別是：

（1）待測目標。根據待測(ce)目(mu)標的(de)(de)紅(hong)外輻射特性可進行(xing)紅(hong)外系統(tong)的(de)(de)設定(ding)。

（2）大氣衰減。待測目標的(de)紅(hong)外輻(fu)射(she)(she)通過地球大氣(qi)層時，由于氣(qi)體(ti)(ti)分(fen)子和各種氣(qi)體(ti)(ti)以及(ji)各種溶膠粒(li)的(de)散射(she)(she)和吸收，將使得紅(hong)外源(yuan)發出的(de)紅(hong)外輻(fu)射(she)(she)發生衰(shuai)減。

（3）光學接收器。它接收目標的部(bu)分紅(hong)外輻射(she)并傳輸給紅(hong)外傳感器(qi)。相當于(yu)雷(lei)達天(tian)線，常用是物鏡。

（4）輻射調制器。對來自待測目標的輻射調制(zhi)成交變(bian)的輻射光(guang)，提(ti)供目標方位信(xin)息，并可濾(lv)除大面積的干擾信(xin)號。又(you)稱(cheng)調制(zhi)盤和斬波器，它具有多種結構(gou)。

（5）紅外探測器。這(zhe)是(shi)紅(hong)(hong)外(wai)(wai)系統的(de)核(he)心(xin)。它(ta)是(shi)利用(yong)紅(hong)(hong)外(wai)(wai)輻(fu)射(she)與(yu)物(wu)質相(xiang)互作(zuo)用(yong)所呈現出(chu)來的(de)物(wu)理效應探(tan)測紅(hong)(hong)外(wai)(wai)輻(fu)射(she)的(de)傳感(gan)器(qi)，多數情況下是(shi)利用(yong)這(zhe)種相(xiang)互作(zuo)用(yong)所呈現出(chu)來的(de)電學效應。此(ci)類(lei)探(tan)測器(qi)可分為(wei)光(guang)子探(tan)測器(qi)和熱敏感(gan)探(tan)測器(qi)兩大類(lei)型。

（6）探測器制冷器。由(you)于某些探測器必須要在低(di)溫下工(gong)作，所以相應(ying)的系統(tong)必須有制冷(leng)設備。經過制冷(leng)，設備可(ke)以縮短(duan)響應(ying)時間，提高探測靈(ling)敏(min)度(du)。

（7）信號處理系統。將探測的信(xin)號進行放(fang)大、濾波，并從這些信(xin)號中提取(qu)出信(xin)息(xi)。然后將此類信(xin)息(xi)轉(zhuan)化(hua)成為所(suo)需要的格式，最后輸送到控(kong)制(zhi)設(she)備或者(zhe)顯(xian)示器中。

（8）顯示設備。這是(shi)紅(hong)外設備的終(zhong)端設備。常用的顯示(shi)器有示(shi)波器、顯像管、紅(hong)外感(gan)光材料、指示(shi)儀器和(he)記錄儀等(deng)。

依照上面的(de)流程，紅外(wai)系(xi)統就可以(yi)完成相應的(de)物理(li)量(liang)的(de)測(ce)(ce)(ce)量(liang)。紅外(wai)系(xi)統的(de)核心(xin)是紅外(wai)探測(ce)(ce)(ce)器，按照探測(ce)(ce)(ce)的(de)機理(li)的(de)不同，可以(yi)分為熱探測(ce)(ce)(ce)器和(he)光子探測(ce)(ce)(ce)器兩大類。

熱探測器對(dui)入射(she)的(de)各種(zhong)波長的(de)輻射(she)能量全部(bu)吸(xi)收，它是(shi)一種(zhong)對(dui)紅(hong)外光(guang)(guang)波無選(xuan)擇的(de)紅(hong)外傳感器。光(guang)(guang)子探測器常(chang)用的(de)光(guang)(guang)子效(xiao)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)有外光(guang)(guang)電(dian)效(xiao)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)、內光(guang)(guang)電(dian)效(xiao)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(光(guang)(guang)生伏特效(xiao)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)、光(guang)(guang)電(dian)導(dao)效(xiao)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying))和光(guang)(guang)電(dian)磁效(xiao)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)。

熱探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)器是利(li)用輻射(she)熱效應(ying)，使(shi)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)元件接(jie)收到輻射(she)能后(hou)引起溫度升高，進(jin)而使(shi)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)器中依(yi)賴于溫度的(de)(de)性(xing)能發生變(bian)化(hua)。檢測(ce)(ce)(ce)(ce)其中某一性(xing)能的(de)(de)變(bian)化(hua)，便可探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)出輻射(she)。多(duo)數(shu)情況下是通過熱電變(bian)化(hua)來探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)輻射(she)的(de)(de)。當元件接(jie)收輻射(she)，引起非電量(liang)(liang)的(de)(de)物理(li)變(bian)化(hua)時，可以通過適當的(de)(de)變(bian)換后(hou)測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)相(xiang)應(ying)的(de)(de)電量(liang)(liang)變(bian)化(hua)。熱敏探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)器對紅(hong)外輻射(she)的(de)(de)響(xiang)應(ying)時間比光電探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)器的(de)(de)響(xiang)應(ying)時間要(yao)長得多(duo)。前(qian)者(zhe)的(de)(de)響(xiang)應(ying)時間一般在(zai)ms以上，而后(hou)者(zhe)只有ns量(liang)(liang)級。熱探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)器不需要(yao)冷(leng)卻，光子(zi)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)器多(duo)數(shu)要(yao)冷(leng)卻。

紅外探測器主要技術參數有下列幾項：

(1)響應率

所謂(wei)紅(hong)(hong)外探測器(qi)的響應率(lv)就是(shi)其輸(shu)出電(dian)壓(ya)與輸(shu)入的紅(hong)(hong)外輻(fu)射功率(lv)之比

式中 r — 響應率(lv)(V/W)；U0 — 輸出電(dian)壓(ya)(V)；P — 紅外輻射功率(lv)(W)。

(2) 響應波長范圍

紅外(wai)探(tan)測器的(de)響應(ying)(ying)率與入(ru)射輻射的(de)波長有一(yi)定的(de)關系，熱敏紅外(wai)探(tan)測器響應(ying)(ying)率r與波長λ無關。

λP對應響應峰值rP，rP /2于對應為截止波長λc。

(3) 噪聲等效功率(NEP)

噪(zao)(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)等(deng)(deng)(deng)(deng)效功(gong)(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)又稱min可(ke)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)功(gong)(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)。使探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)器輸出(chu)的(de)(de)信(xin)號(hao)(hao)等(deng)(deng)(deng)(deng)于(yu)(yu)噪(zao)(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)電壓或電流(liu)所需的(de)(de)入射(she)(she)信(xin)號(hao)(hao)功(gong)(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)，是衡量光電探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)器接收(shou)弱(ruo)信(xin)號(hao)(hao)能力的(de)(de)性(xing)能參數(shu)。該功(gong)(gong)(gong)(gong)串在探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)器上產(chan)生的(de)(de)電信(xin)號(hao)(hao)等(deng)(deng)(deng)(deng)于(yu)(yu)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)器本身的(de)(de)噪(zao)(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)，因此是產(chan)生單位信(xin)噪(zao)(zao)(zao)比所需的(de)(de)輻(fu)(fu)(fu)射(she)(she)功(gong)(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)。NEP愈小，探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)器的(de)(de)性(xing)能愈好(hao)。信(xin)號(hao)(hao)輻(fu)(fu)(fu)射(she)(she)功(gong)(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)小于(yu)(yu)噪(zao)(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)等(deng)(deng)(deng)(deng)效功(gong)(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)，則(ze)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)器信(xin)號(hao)(hao)輸出(chu)小于(yu)(yu)噪(zao)(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)。這就(jiu)(jiu)意(yi)味(wei)著探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)器將無(wu)法(fa)感(gan)知目(mu)標輻(fu)(fu)(fu)射(she)(she)。所以噪(zao)(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)等(deng)(deng)(deng)(deng)效功(gong)(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)實際上就(jiu)(jiu)是探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)器能夠探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)知的(de)(de)min目(mu)標輻(fu)(fu)(fu)射(she)(she)，標志著一個探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)器的(de)(de)靈(ling)敏度。噪(zao)(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)等(deng)(deng)(deng)(deng)效功(gong)(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)愈小，靈(ling)敏度愈高。NEP與探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)器相應譜段、調(diao)制頻率(lv)(lv)、工作溫度、偏(pian)置。光敏面(mian)積、張角等(deng)(deng)(deng)(deng)條(tiao)件有(you)關(guan)。

光纖陀螺儀傳感器

光纖陀螺儀是隨著光纖技術的迅速發展而出現的一種新型光纖旋轉傳感器。它是以光導纖(xian)維線(xian)圈(quan)為(wei)基礎的(de)敏感元(yuan)件，由(you)激光二(er)極(ji)管發射出(chu)的(de)光線(xian)朝兩(liang)個方向(xiang)沿(yan)光導纖(xian)維傳播(bo)。光傳播(bo)路徑的(de)變，決定了敏感元(yuan)件的(de)角位(wei)移。陀螺儀傳感器(qi)主要由(you)光源、探測器(qi)等有(you)源器(qi)件和(he)光纖(xian)耦(ou)合器(qi)、相位(wei)調制器(qi)等無源器(qi)件以及(ji)光纖(xian)組成。

光纖(xian)陀螺儀(yi)傳感(gan)器的分類方式有多種，依照工作原理(li)可分為干涉型、諧(xie)振式以及受激(ji)布里淵散射(she)光纖(xian)陀螺儀(yi)三(san)類；按電(dian)信號處(chu)理(li)方式不同可分為開環光纖(xian)陀螺儀(yi)和閉(bi)環光纖(xian)陀螺儀(yi)；按結構又可分為單(dan)軸(zhou)光纖(xian)陀螺儀(yi)和多軸(zhou)光線(xian)陀螺儀(yi)等。

陀螺儀傳(chuan)感(gan)器具有(you)質量(liang)輕、體積下、成本低、精度高、可靠性高等(deng)優勢，這些(xie)突(tu)出特點使(shi)其在航(hang)天航(hang)空、機載系(xi)統和軍(jun)事技術上(shang)的應(ying)用十分理(li)想，因此受到用戶特別是軍(jun)隊的高度重視(shi)，以美(mei)、日(ri)、法為主體的陀螺儀傳(chuan)感(gan)器研究工作已取(qu)得很大的進展。

激光位移傳感器

激光位(wei)移傳(chuan)感(gan)器能夠(gou)利用激光的(de)高(gao)方(fang)向性(xing)(xing)、高(gao)單色性(xing)(xing)和高(gao)亮度等特點(dian)可實現無(wu)接觸遠(yuan)距離測量(liang)(liang)。激光位(wei)移傳(chuan)感(gan)器（磁(ci)致伸縮位(wei)移傳(chuan)感(gan)器）就是利用激光的(de)這些(xie)優點(dian)制成的(de)新型測量(liang)(liang)儀表，它的(de)出現，使位(wei)移測量(liang)(liang)的(de)精度、可靠性(xing)(xing)得(de)到大大的(de)提高(gao)，也為(wei)非(fei)接觸位(wei)移測量(liang)(liang)提供(gong)了有效的(de)測量(liang)(liang)方(fang)法。

激光位移傳感器因(yin)其較(jiao)高的測(ce)(ce)量(liang)精(jing)(jing)度和(he)非接觸測(ce)(ce)量(liang)特性，廣泛應用于高校和(he)研究機構、汽車工(gong)業(ye)、機械制造工(gong)業(ye)、航空與軍事工(gong)業(ye)、冶金和(he)材料(liao)工(gong)業(ye)的精(jing)(jing)密測(ce)(ce)量(liang)檢測(ce)(ce)。

激光(guang)位(wei)移傳(chuan)感器可精(jing)確非接觸測量被測物(wu)體的(de)位(wei)置、位(wei)移等變化，主要應用于檢測物(wu)的(de)位(wei)移、厚度、振動(dong)、距離、直徑等幾何量的(de)測量。

按照測量(liang)原理(li),激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)位移傳感器原理(li)分(fen)為激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)三角測量(liang)法和激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)回(hui)波(bo)分(fen)析(xi)法,激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)三角測量(liang)法一(yi)般適(shi)用(yong)于高(gao)精度(du)、短距(ju)離的測量(liang)，而激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)回(hui)波(bo)分(fen)析(xi)法則(ze)用(yong)于遠距(ju)離測量(liang)。

下(xia)面(mian)分(fen)別介(jie)紹激(ji)光位移(yi)傳感器的兩種測量原(yuan)理。

激光位移傳感器的測量原理

1、激光三角法測量原理

半(ban)導體(ti)激光器1被鏡片(pian)2聚(ju)焦到(dao)被測物體(ti)6。反射光被鏡片(pian)3收集(ji)，投(tou)射到(dao)CCD陣(zhen)列(lie)(lie)4上;信(xin)號處理器5通過三角函數計(ji)算陣(zhen)列(lie)(lie)4上的光點位置得到(dao)距(ju)物體(ti)的距(ju)離。

激光(guang)發射(she)器(qi)通過(guo)鏡頭將(jiang)可見紅(hong)色(se)激光(guang)射(she)向物體表面，經物體反射(she)的(de)激光(guang)通過(guo)接(jie)受(shou)(shou)器(qi)鏡頭，被內部的(de)CCD線性(xing)相(xiang)機接(jie)受(shou)(shou)，根據(ju)不(bu)同(tong)的(de)距(ju)離，CCD線性(xing)相(xiang)機可以在不(bu)同(tong)的(de)角度下“看見”這個(ge)光(guang)點。根據(ju)這個(ge)角度即(ji)知的(de)激光(guang)和(he)相(xiang)機之(zhi)間(jian)的(de)距(ju)離，數(shu)字信號處理(li)器(qi)就(jiu)能(neng)計算出傳感器(qi)和(he)被測物之(zhi)間(jian)的(de)距(ju)離。

同時，光束在接收元件的(de)位置(zhi)通(tong)過(guo)模(mo)擬(ni)和數字電路(lu)處理，并通(tong)過(guo)微處理器(qi)分析，計算出相(xiang)應的(de)輸(shu)出值，并在用戶設(she)定(ding)的(de)模(mo)擬(ni)量(liang)窗口內(nei)(nei)，按比(bi)例輸(shu)出標(biao)準數據信號(hao)。如果使用開關量(liang)輸(shu)出，則在設(she)定(ding)的(de)窗口內(nei)(nei)導通(tong)，窗口之外截止。另外，模(mo)擬(ni)量(liang)與(yu)開關量(liang)輸(shu)出可設(she)置(zhi)獨(du)立檢測(ce)窗口。

2、激光回波分析法測量原理

激(ji)(ji)光(guang)(guang)位移傳(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)采用回(hui)波(bo)分析(xi)原理(li)來(lai)測(ce)量(liang)距離可以達(da)到(dao)(dao)一定(ding)程度(du)(du)的精(jing)度(du)(du)。傳(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)內部是由(you)處理(li)器(qi)單元(yuan)、回(hui)波(bo)處理(li)單元(yuan)、激(ji)(ji)光(guang)(guang)發射(she)器(qi)、激(ji)(ji)光(guang)(guang)接受(shou)器(qi)等(deng)部分組成。激(ji)(ji)光(guang)(guang)位移傳(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)通過激(ji)(ji)光(guang)(guang)發射(she)器(qi)每(mei)秒發射(she)一百(bai)萬個脈(mo)沖到(dao)(dao)檢測(ce)物并返(fan)回(hui)至接收器(qi)，處理(li)器(qi)計(ji)算(suan)激(ji)(ji)光(guang)(guang)脈(mo)沖遇(yu)到(dao)(dao)檢測(ce)物并返(fan)回(hui)接收器(qi)所需時間，以此計(ji)算(suan)出(chu)(chu)距離值(zhi)，該輸出(chu)(chu)值(zhi)是將上(shang)千次的測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)進行的平(ping)均輸出(chu)(chu)。

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