无人机光电探测技术精选(九篇)

第1篇：无人机光电探测技术范文

【关键词】 光电探测技术 火控系统 应用 发展

光电探测技术作为一种系统化的技术，在现代化社会中的各个领域起着不可替代的作用。它的产生和发明来源于人们对科技的期望，光电探测技术对各个系统在火控系统中加入光电探测技术的应用，目前世界上许多先进的火控系统都在运用光电探测技术完善军事实力，形成自己特有的优势，通过军事发展提高国际地位，所以，光电探测技术在火控系统中的应用和发展正在以相当大的优势占据科技领域，对今后的科技发展具有重大影响。光电火控系统进一步提高了定位距离、目标识别和装备平台的存活能力.

一、光电探测技术的原理

光电测探技术是一种高科技技术，对于当今科技的发展具有重要的推动作用。光电测量技术是通过把信息转化为光和电进行疏导和运输，进行精准测量的一种技术，在当今时代的很多方面得到应用。光电探测技术是利用光波作为传递信息的载体，将被测量的物质转化为光能和电能，实现传输、传感、探测等功能的测量系统。这种测量系统使火控系统在光电探测技术的作用下能够更精确和更有效地完成一系列任务。

二、光电探测技术的性能

光电探测技术作为现代高技术战争中的常用技术，对于提高军事实力有极大的作用。光电探测技术的性能常常表现为以下几个方面。光电系统基本构型分为发光射机、光学信道、光接受机。探测过程有信号采集、信号处理、信号显示、信号输出，每一个过程都是单独连续成立的部分。火控系统的作用有获取战场形态和目标的相关信息，计算射击参数，提供射击辅助决策，控制火力兵器射击，评估射击效果。光电探测技术与火控系统的融合促进了科技的发展，推进了军事实力的增强。

三、光电探测技术在火控系统中的发展

1、智能化发展。智能化就是智能打击，光电技术可将激光、红外、光纤等现代工具收集、采纳、分析信号来源。运用一定的物理方法，判别分辨来源信号所属地域、范围和工具，进而将信息传导给火控系y。智能化下的火控系统可大量减少操作人员的工作量，形成智能打击。当今许多军事武器都利用了光电探测技术。

2、数字化发展。数字化发展，是一种运用数字进行快速准确计量的计量法。这种计量法有利于测量把中所得到的数据用数字的方式传给火控系统。这种高分辨率的方法使高科技产品拥有了有效处理信息的能力。

3、全分布式发展。火控技术在现代战争中的作用不可替代。因此，火控技术对于光电测探测技术的应用有了极高的要求。但是，由于投资太大，光电探测技术在火控系统的应用中的可行性存在问题。要使光电探测技术在火控系统中进行全方位的发展，需要耗费大量的资金和资源。所以解决这个矛盾，对于未来军事实力的增强是很有必要的。

四、光电探测技术在火控系统中的应用

1、信息收集应用。如今21世纪现代化战争，又可以称呼为信息战。如果在信息收集上比对方慢或者被敌军掌握信息优势，已方在信息战上无疑会输给敌军。光电探测技术在无人侦察机上以全方面，多方位收集信息。多层次解析，传输到接收器，从而获得有利，有价值得信息。光电探测技术在信息战中所带来的起步优势在信息战中能起到决定作用。

2、自动化出击能力。自动化出击能力的前提即拥有高度的传输能力和互联能力，火控系统殊的全分布式系统正好可以满足这需求。在拥有高分辨和强大处理能力的光电探测技术与火控系统的高效打击能力下，不仅可以实施快速打击，还可以进行多方面的多次打击能力，火控系统中的闭环火控原理具有预先准备化，对目标进行简单多次的有效打击。并且光电探测技术的强大收集信息能力可以为火控系统提供准确的打击目标，而后，对目标的是否摧毁，和是否需要进行二次打击提供信息。在的21世纪的光电探测技术与火控系统相互结合的互联式结合，对于每一个国家的国防力量都会是一个质的提升，对一个国家的地位，更或者在战争中的主动权把握能力也有诸多的帮助。

总结：光电探测技术在火控系统中的运用不可忽视，它运用光波作为传递信息的载体，实现传输、传感、探测等功能。减少误差，提高探测的精确性，作为科技前沿，光电探测技术对于科技发展有非常大的意义，如何更好、更高效地使用光电探测技术，使它在火控系统中更好的运用，是一个值得深刻探讨的问题。

参 考 文 献

[1] 赵鹏芳，张志杰，王代华.高温环境中光触发开关的设计[J].应用光学.2015.32（6）

[2] 赵鹏芳，张志杰，王代华基于光电二极管的光信号采集系统的研究[J].传感器世界.2015.

第2篇：无人机光电探测技术范文

关键词： PIN探测器； 强光饱和； 码间串扰； 数学模型

中图分类号： TN929.1?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）05?0012?04

0 引 言

1997年10月美国在白沙导弹靶场测试，采用中红外先进MIRACL和LPCL进行激光照射卫星探测器实验[1]，该实验使人们认识到低能激光的优势。然而，光电探测器接收光功率非常低，所以当光功率过大时可能造成探测器永久性“失明”[2]。

目前无线光通信主要应用在800 nm、1 064 nm和1 550 nm三个波段[3]，常用探测器光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。1 064 nm通信元器件国内相对成熟，固本课题以PIN探测器在1 064 nm波段为样本，研究当探测器达到临界饱和功率时的接收现象，并判断能否符合通信要求。通过实验建立数学模型，考虑在临近空间致盲打击的可实现性。

1 致盲理论分析

1.1 PIN探测器的损伤机制

激光对光电探测器的损伤分为软损伤和硬损伤两类[4]。顾名思义，软损伤即当有光照射时探测器经暂时的失效，光源消失一段时间后探测器又恢复原有性能。这里将这种损伤机制称之为强光饱和型失效机制。硬损伤是由于光源功率过大使探测器造成不可恢复性的损伤。硬损伤由于激光损伤应力不同又分为热学效应损伤和力学效应损伤。其中由热学效应损伤可分为：热损伤机制、缺陷型损伤机制和电子雪崩型损伤机制。由力学效应损伤主要有自聚焦型损伤机制、多光子电离型损伤机制[5]。

1.2 干扰致盲方程的建立过程

本文设计了一个用来测量光电探测器激光损伤阈值的实验方案，实验方案如图4所示。实验采用波长为1 064 nm的Nd：YAG激光器，TEM00模型，输出功率为50 mJ，脉冲宽度为18.2 ns，重复频率为800 MHz激光。样品探测器选用德国Menlosystem公司的FPD310，PIN光电二极管。光谱响应范围为850～1 650 nm，最大入射功率为2 mW，探测器最大接收频率为1.8 GHz。

实验中保持入射光功率不变，通过调节衰减片的衰减系数，模拟无线光通信中大气对长距离对激光能量的衰减。分束透镜和能量计可以对入射激光能量进行实时监测。实验主要通过示波器的观测的数据变化判断探测是否进入饱和或深度饱和状态。用He?Ne激光实时监控，防止功率过大激光对探测器的热应力损伤。图5为试验实物的实际测试现场。

3 实验结果及分析

3.1 损伤阈值

经实验得出：当衰减系数为60 dB时，此时激光器峰峰值电压为40 mV，探测器的光功率密度为0.64 μJ/cm2，经示波器观测探测器输出峰峰值为420 mV。当衰减系数为45 dB时，激光器峰峰值电压为60 mV，探测器的光功率密度为20.1 μJ/cm2，示波器观测探测器达到最大输出电压输出峰峰值为3 800 mV。当衰减系数为35 dB时，此时激光器峰峰值电压为80 mV，探测器的光功率密度为201.3 μJ/cm2，经示波器观测探测器输出峰峰值为4 000 mV，示波器显示接收脉冲出现展宽现象，展宽幅度约200%，展宽现象如图6所示，展宽时输出眼图如图7所示。此时，满足不了通信条件，出现码间串扰现象，无法提取有效信息，探测器达到测试阈值。衰减系数和探测器峰峰值统计结果见表1。

4 结 论

综合以上实验结果及分析，得出以下结论：对于天基干扰致盲，使用半导体激光器就能实现致盲效果；当激光器功率大于探测器接收阈值时，探测器出现脉宽展宽现象，该现象出现码间串扰。无法正常通信；激光束散角越小，致盲距离越短，辐照面与接收面夹角越小，对干扰致盲激光器的功率要求越低。

参考文献

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[2] KARAS T H， CALLAHAM M， DALBELLO R， et al. Anti?satellite weapons， countermeasures， and arms control [M]. Washington DC： Office of TechnologyAssessment， 1985.

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[4] BENNETT H E， GUENTHER A H. Laser induced damage in optical material [M]. UAS： ASTM International， 1985.

[5] 付伟，侯振宁.激光致盲武器的工作原理与系统构成[J].航天电子对抗，2000（4）：41?45.

[6] 李海燕.激光主动干扰系统作用距离的估算方法[J].激光与红外，2011，41（4）：416?420.

[7] 姜会林，佟首峰.空间激光通信技术与系统[M].北京：国防工业出版社，2011.

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[9] 李晓峰.星地激光通信链路原理与技术[M].北京：国防工业出版社，2007.

[10] 王海晏.光电技术原理及应用[M].北京：国防工业出版社，2007.

第3篇：无人机光电探测技术范文

一、遥感的基本原理

（一）基本概念

遥感一词来源于英语“Remote Sensing”，其直译为“遥远的感知”，时间长了人们将它简译为遥感。遥感是20世纪60年展起来的一门对地观测综合性技术。自20世纪80年代以来，遥感技术得到了长足的发展，遥感技术的应用也日趋广泛。随着遥感技术的不断进步和遥感技术应用的不断深入，未来的遥感技术将在我国国民经济建设中发挥越来越重要的作用。 关于遥感的科学含义通常有广义和狭义两种解释: 广义的解释: 一切与目标物不接触的远距离探测。 狭义的解释: 运用现代光学、电子学探测仪器，不与目标物相接触，从远距离把目标物的电磁波特性记录下来，通过分析、解译揭示出目标物本身的特征、性质及其变化规律。

（二）系统的组成

遥感是一门对地观测综合性技术，它的实现既需要一整套的技术装备，又需要多种学科的参与和配合，因此实施遥感是一项复杂的系统工程。根据遥感的定义，遥感系统主要由以下四大部分组成（参见下图）: 1、信息源 信息源是遥感需要对其进行探测的目标物。任何目标物都具有反射、吸收、透射及辐射电磁波的特性，当目标物与电磁波发生相互作用时会形成目标物的电磁波特性，这就为遥感探测提供了获取信息的依据。 2、信息获取 信息获取是指运用遥感技术装备接受、记录目标物电磁波特性的探测过程。信息获取所采用的遥感技术装备主要包括遥感平台和传感器。其中遥感平台是用来搭载传感器的运载工具，常用的有气球、飞机和人造卫星等; 传感器是用来探测目标物电磁波特性的仪器设备，常用的有照相机、扫描仪和成像雷达等。 3、信息处理 信息处理是指运用光学仪器和计算机设备对所获取的遥感信息进行校正、分析和解译处理的技术过程。信息处理的作用是通过对遥感信息的校正、分析和解译处理，掌握或清除遥感原始信息的误差，梳理、归纳出被探测目标物的影像特征，然后依据特征从遥感信息中识别并提取所需的有用信息。 4、信息应用 信息应用是指专业人员按不同的目的将遥感信息应用于各业务领域的使用过程。信息应用的基本方法是将遥感信息作为地理信息系统的数据源，供人们对其进行查询、统计和分析利用。遥感的应用领域十分广泛，最主要的应用有: 军事、地质矿产勘探、自然资源调查、地图测绘、环境监测以及城市建设和管理等。

（三）遥感原理

振动的传播称为波。电磁振动的传播是电磁波。电磁波的波段按波长由短至长可依次分为: γ-射线、X-射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波。电磁波的波长越短其穿透性越强。遥感探测所使用的电磁波波段是从紫外线、可见光、红外线到微波的光谱段。 太阳作为电磁辐射源，它所发出的光也是一种电磁波。太阳光从宇宙空间到达地球表面须穿过地球的大气层。太阳光在穿过大气层时，会受到大气层对太阳光的吸收和散射影响，因而使透过大气层的太阳光能量受到衰减。但是大气层对太阳光的吸收和散射影响随太阳光的波长而变化。通常把太阳光透过大气层时透过率较高的光谱段称为大气窗口。大气窗口的光谱段主要有: 紫外、可见光和近红外波段。 地面上的任何物体（即目标物），如大气、土地、水体、植被和人工构筑物等，在温度高于绝对零度（即0°k=-273.16℃）的条件下，它们都具有反射、吸收、透射及辐射电磁波的特性。当太阳光从宇宙空间经大气层照射到地球表面时，地面上的物体就会对由太阳光所构成的电磁波产生反射和吸收。由于每一种物体的物理和化学特性以及入射光的波长不同，因此它们对入射光的反射率也不同。各种物体对入射光反射的规律叫做物体的反射光谱。遥感探测正是将遥感仪器所接受到的目标物的电磁波信息与物体的反射光谱相比较，从而可以对地面的物体进行识别和分类。这就是遥感所采用的基本原理。

（四）遥感的分类

为了便于专业人员研究和应用遥感技术，人们从不同的角度对遥感作如下分类: 1、按搭载传感器的遥感平台分类 根据遥感探测所采用的遥感平台不同可以将遥感分类为: 地面遥感，即把传感器设置在地面平台上，如车载、船载、手提、固定或活动高架平台等；航空遥感，即把传感器设置在航空器上，如气球、航模、飞机及其它航空器等; 航天遥感，即把传感器设置在航天器上，如人造卫星、宇宙飞船、空间实验室等。 2、按遥感探测的工作方式分类 根据遥感探测的工作方式不同可以将遥感分类为: 主动式遥感，即由传感器主动地向被探测的目标物发射一定波长的电磁波，然后接受并记录从目标物反射回来的电磁波; 被动式遥感，即传感器不向被探测的目标物发射电磁波，而是直接接受并记录目标物反射太阳辐射或目标物自身发射的电磁波。 3、按遥感探测的工作波段分类 根据遥感探测的工作波段不同可以将遥感分类为: 紫外遥感，其探测波段在0.3～0.38um之间; 可见光，其探测波段在0.38～0.76um之间; 红外遥感，其探测波段在0.76～14um之间; 微波遥感，其探测波段在1mm～1m之间; 多光谱遥感，其探测波段在可见光与红外波段范围之内，但又将这一波段范围划分成若干个窄波段来进行探测。高光谱遥感是在紫外到中红外波段范围内，并且也将这一波段范围划分成许多非常窄且光谱连续的波段来进行探测。 4、按遥感探测的应用领域分类 根据遥感探测的应用领域，从宏观研究角度可以将遥感分类为: 外层空间遥感、大气层遥感、陆地遥感、海洋遥感等; 从微观应用角度可以将遥感分类为: 军事遥感、地质遥感、资源遥感、环境遥感、测绘遥感、气象遥感、水文遥感、农业遥感、林业遥感、渔业遥感、灾害遥感及城市遥感等。

第4篇：无人机光电探测技术范文

关键词： 红外探测； ZigBee； 报警系统； 无线传感网络

中图分类号： TN219?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）15?0130?03

Alarm system of intelligent infrared detection for housing estate

WANG Yan1， LI Wei2， ZHANG Rui3

（1. School of Computer and Information Engineering， Tianjin Institute of Urban Construction， Tianjin 300384， China；

2. Department of Overseas New Business Development， Guilin NEC Wireless Communication Equipment Co.， Ltd.， Xi’an 710075， China；

3. College of Electronic Information and Automation， Tianjin University of Science and Technology， Tianjin 300222， China）

Abstract： An alarm system of intelligent infrared detection based on wireless sensor network technology was designed for housing estate. The pyroelectric infrared sensor is used to detect illegal burglary， and then the alarm data is sent to the duty room by wireless sensor network technology. The scheme of system implementation is given. The alarm node， alarm host， alarm server and monitoring software in duty room were designed. Experimental results show that the system is running well， and can realize real?time alarm.

Keywords： infrared detection； ZigBee； alarm system； wireless sensor network

0 引 言

随着人们对于安全问题变得日益关注，促使了全球安防设备市场的不断增长。我国正处于社会急剧转型期，治安状况令人担忧，对安防设备的需求也因此日益高涨。

红外探测技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，它在各领域都得到广泛的应用[1?2]。由于它是不可见光，因此用它作监控防盗报警器，具有良好的隐蔽性，白天和黑夜均能使用，而且抗干扰能力强。其中被动式热释电红外探测器具有价格低廉、技术性能稳定等特点[3]，采用被动式热释电红外探测器感知人体信号，隐蔽、可靠、便宜且抗干扰能力强。无线传感网络中的ZigBee技术是一种新兴的短距离无线技术标准，面向家庭、工业自动化、智能控制等领域，它具有低成本、低功耗、低复杂度的优点，工作在2.4 GHz免许可的ISM频段[4?6]。ZigBee技术的特点符合报警系统的集成化、网络化和智能化的发展趋势，而且无线系统的方便易用同样是报警系统未来的发展趋势。

综上所述，本文提出一种小区智能红外探测报警系统，通过红外信号采集来感知人体信号，通过基于ZigBee技术的无线传感网络实现报警信息的传送。

1 系统方案

红外探测报警系统如图1，图2所示，主要包括两部分：用户端报警部分（住宅），报警服务器（小区值班室）。

系统主要功能包括：监测区域中的红外探测器快速准确地检测到异常状态，经确认后无线发送给报警主机。主机接收到信号后进行识别，现场立刻发出警报（声光报警或其他方式）并在显示屏上显示报警防区和警情。若家中有人，可在计算机上输入密码进行现场解警，如限定时间内无人解警，主机将自动进入后续处理部分。报警主机上的ZigBee无线模块通过小区内布设的无线传感网络将数据无线传送到小区值班室的服务器。值班人员可以通过监视软件进行小区安全监视，一旦报警，监视软件上将显示报警地点的门牌号码和警情，保安可以立即出动解除警报或进一步向公安机关报警，将住户的生命财产的损失降到最低。

图1 系统框图

图2为住宅系统框图，主要包括ZigBee终端、ZigBee路由设备、探测器、报警主机。住宅内部各监测区域的报警数据通过本区域内的ZigBee终端传送给报警主机上的ZigBee路由设备转发至小区值班室服务器。监视区域采用了被动式红外探测器，包括门窗、阳台、室内客厅、卧室等，可进行移动人体的探测，报警主机可进行现场声光报警。

图2 住宅系统框图

2 报警系统节点设计

2.1 报警节点设计

报警系统的硬件原理是将红外探测器的输出端和发射模块连接起来，并进行相应的电路设计，原理框图如图3所示，采用两节电池供电。红外探测部分采用RE200B热释电红外探测器，并前面加上菲涅尔透镜，以增加探测距离，放大电路则采用BISS0001，硬件连接方法如图4所示。发光二极管采用闪烁发光二极管，使其高电平就进行闪烁报警，以利于用户、保安员发现报警。喇叭采用5 V长音型，使其通电就能发音，虽然声音刺耳，但更利于发现报警。密码采用键盘输入。ZigBee模块选用TSZ?CC2430通信模块。

2.2 报警主机设计

报警主机如图5所示，报警节点具有报警显示功能。ZigBee模块选用TSZ?CC2430通信模块，经RS 232接口连接到PC机，PC机完成对一套住宅的监视。

图3 报警节点设计框图

图4 红外探测器应用电路图

图5 报警主机

2.3 报警服务器设计

报警服务器如图6所示，ZigBee模块选用TSZ?CC2430通信模块，报警服务器将TSZ?CC2430接收到的用户报警信息通过RS 232接口上传至PC主机，PC机上的监视软件实时显示小区住宅的报警信息。

图6 报警服务器

3 值班室监视软件

监视软件在Visual Basic 6.0环境下设计，Visual Basic是微软公司推出的可视化开发工具[7]。具有简单、易用、可视化、面向对象、部件技术、事件驱动等一系列特性。该监视软件主要包括小区和用户住宅报警信息部分。

对于小区报警设计，主要考虑软件的使用环境及其人性化的要求。由于保安员在保安室主要的职责是在住宅报警时及时拨打报警电话，因此应直观地将住宅报警信息反映到监视软件界面上。同时考虑到保安员想得到住宅具体的报警位置，设计按钮以方便保安员的使用。

用户状态分为四种，分别为：未连接状态：矩形控件显示为灰色；打开状态：矩形控件显示为绿色；报警状态：矩形控件显示为红色；关闭状态：矩形控件显示为黄色。

小区报警主界面显示如图7所示， A座101室有人进入，正在报警，实际的显示过程中报警的红色会闪烁；A座102室报警器处于关闭状态；A座103室，未与主机连接，可能出现功能异常。

图7 监视主界面

报警主界面将住宅号及其各节点的状态发送至住宅详细信息界面，住宅详细信息界面将接收的数据处理后还原至所需的节点状态信息，并从住宅详细信息界面中显示出来。

住宅详细信息界面见图8所示，此种状态表示在A座101室中，窗户1、3和门的报警节点都处于打开状态；而有人接近了窗户2，系统开始显示报警。

4 结 论

本文提出的小区智能红外探测报警系统方案成本低，开发方便，应用范围广泛，而且扩展性强，对系统进行改进后可实现家庭智能监控，楼宇照明的自动化管理等，具有很强的实用价值。

图8 用户住宅详细信息界面

参考文献

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[2] 王燕，张锐.基于ZigBee 技术的果园防盗报警系统[J].湖北农业科学，2009，48（4）：971?973.

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[5] 汪银芳，马世伟.一种基于ZigBee 的无线抄表系统研究与设计[J].测控技术，2013，32（1）：14?22.

第5篇：无人机光电探测技术范文

研究红外辐射的产生、传播、转化、测量及其应用的技术科学。任何物体的红外辐射包括介于可见光和微波之间的电磁波段。通常人们又把红外辐射称为红外光、红外线。实际上其波段是指其波长约在0.75微米到1000微米的电磁波。通常人们将其划分为近、中、远红外三部分。近红外指波长为0.75～3.0微米;中红外指波长为3.0～20微米;远红外则指波长为20～1000微米。在光谱学中,波段的划分方法尚不统一,也有人将0.75～3.0微米、3.0～40微米和40～1000微米作为近红外、中红外和远红外波段。另外,由于大气对红外辐射的吸收,只留下三个重要的“窗口”区,即1～3微米、3～5微米和8～13微米可让红外辐射通过,因而在军事应用上,又分别将这三个波段称为近红外、中红外和远红外。8～13微米还称为热波段。

红外技术的内容包含四个主要部分:1、红外辐射的性质,其中有受热物体所发射的辐射在光谱、强度和方向的分布;辐射在媒质中的传播特性-反射、折射、衍射和散射;热电效应和光电效应等。2、红外元件、部件的研制,包括辐射源、微型制冷器、红外窗口材料和滤光电等。3、把各种红外元、部件构成系统的光学、电子学和精密 。4、红外技术在军事上和国民经济中的应用。由此可见,红外技术的研究涉及的范围相当广泛,既有目标的红外辐射特性,背景特性,又有红外元、部件及系统;既有材料问题,又有应用问题。

【相关技术】探测技术;精确制导技术;光电子技术;先进材料技术

【技术难点】红外技术的发展关键在于红外材料的研制、红外设备的制冷、红外设备向更长波段发展、红外焦平面阵列器件的研制和红外设备与数据处理设备的结合等。

【国外概况】自从1800年英国天文学家F・W・赫歇尔发现红外辐射至今,红外技术的发展经历了将近两个世纪。从那时开始,红外辐射和红外元件、不见的科学研究逐步发展,但发展比较缓慢,直到1940年前后才真正出现现代的红外技术。当时,德国研制成硫化铅和几种红外透射材料,利用这些元、部件制成一些军用红外系统,如高射炮用导向仪、海岸用船舶侦察仪、船舶探测和跟踪系统,机载轰炸机探测仪和火控系统等等。其中有些达到实验室试验阶段,有些已小批量生产,但都未来得及实际使用。此后,美国、英国、前苏联等国竞相发展,特别是美国,大力研究红外技术在军事方面的应用。目前,美国将红外技术应用于单兵装备、装甲车辆、航空和航天的侦察监视、预警、跟踪以及武器制导等各个领域。

红外技术发展的先导是红外探测器的发展。1800年,F・W・赫歇尔发现红外辐射时使用的是水银温度计,这是最原始的热敏型红外探测器。1830年以后,相继研制出温差电偶的热敏探测器、测辐射热计等。在1940年以前,研制成的红外探测器主要是热敏型探测器。19世纪,科学家们使用热敏型红外探测器,认识了红外辐射的特性及其规律,证明了红外线与可见光具有相同的物理性质,遵守相同的规律。它们都是电磁波之一,具有波动性,其传播速度都是光速,波长是它们的特征参数并可以测量。20世纪初开始,测量了大量的有机物质和无机物质的吸收、发射和反射光谱,证明了红外技术在物质分析中的价值。30年代,首次出现红外光谱代,以后,它发展成在物质分析中不可缺少的仪器。40年代初,光电型红外探测器问世,以硫化铅红外探测器为代表的这类探测器,其性能优良、结构牢靠。50年代,半导体物理学的迅速发展,使光电型红外探测器得到新的推动。到60年代初期,对于1～3、3～5和8～13微米三个重要的大气窗口都有了性能优良的红外探测器。在同一时期内,固体物理、光学、电子学、精密机械和微型制冷器等方面的发展,使红外技术在军、民两用方面都得到了广泛的应用。

从60年代中叶起,红外探测器和系统的发展体现了红外技术的现状及发展方向。1、在1～14微米范围内的探测器已从单元发展到多元,从多元发展到焦平面阵列。红外探测最早是用单元探测器,为了提高灵敏度和分辨率,后来发展为多元线列探测器。多元线列探测器先后扫过(串扫)同一目标时,它输出的信噪比可比单元探测器高n(开平方)倍,n为元数。如果多元线列探测器平行扫过(平扫)目标时,则可获得目标辐射的一维分布。以线列探测器为基础的红外探测系统,大都安装在飞机或卫星遥感平台上,平台的前进运动垂直于线列作为第二维时,就可得到目标辐射的分布图象。现在,红外探测器已从多元发展到焦平面阵列,响应的系统已实现了从点探测到目标热成像的飞跃。红外热成像仪是一种最有发展前途的设备,代表着夜视器材的发展方向,它用焦平面阵列取代了光机扫描结构。目前,长波碲镉汞(HgCdTe)探测器面阵已达640×480元,焦平面阵列探测器的实验室水平已达256×256元,预计到2000年可达到百万元。2、红外探测器的工作波段从近红外扩展到远红外。早期的红外探测器通常工作在近红外。随着红外技术的发展,红外探测器的工作波段已扩展到中红外和远红外,例如,美国国防高级研究计划局提出了一项超波谱地雷探测计划,目的是为了提供一种安全有效地探测地雷的方法。该计划采用空间调制成像傅里叶变换光谱仪,这是一种红外传感器,它已在直升机上进行了近、中波段的试验,下一步计划把工作波段延伸到远红外。远红外已经成为科学家们关注的重点。3、轻小型化。非制冷、集成式、大面阵红外探测器方向发展。采用低温制冷技术,是为了提高红外探测器件的灵敏度和输出信号的信噪比,使其具有良好的性能,但它也使红外探测器体积大、成本高。为了实现小型化,必须减少制冷设备和相关电源,因此,高效小型制冷器和无需制冷的红外探测器将是今后的发展方向。如采用非制冷工作的红外焦平面阵列技术,不仅可使系统成本降低2个数量级,而且可以使体积、重量和功耗也将大大减少。此外,利用材料电子计算机和微电子方面的最新技术,可使红外探测器与具有一定数据处理能力的数据处理设备相结合,使其轻集成化、大面阵、焦平面化方向发展,以提高其性能,实现对室温目标的探测。4、红外探测系统从单波段向多波段发展。正如前面所述:在大气环境中,目标的红外辐射只能在1～3、3～5和8～13微米三个大气窗口内才能有效地传输。如果一个红外探测系统能在两个或多个波段上获取目标信息,那么这个系统就可更精确、更可靠地获取更多的目标信息,提高对目标的探测效果,降低预警系统的虚警概率,提高系统的搜索和分总性能,适用更多的应用需求,更好地满足各军兵种的需要。目前,多波段的红外探测系统已经研制成功,如法国和瑞典联合研制的“博纳斯”末敏子弹药,就采用了多波段红外探测系统探测目标。

第6篇：无人机光电探测技术范文

陕西省地矿局物化探队石油测井公司陕西西安710043

摘要：传统石油勘探技术无法满足现代化石油企业生产的需求，利用现代化的测井技术，提高石油勘探的安全化、速度化和准确化是当前面临的主要问题。文章对测井技术分类及其在石油勘探中的应用做了简单介绍，希望为石油勘探从业人员提供一定帮助。

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关键词 ：测井技术；石油；勘探

1 概述

随着我国经济的快速发展，各生产领域对能源的需求量逐渐增加，能源短缺问题是我国当前面临的主要问题。作为传统三大化石能源之一的石油，同样处于短缺的边缘，以往的测井技术已经落后，远远不能在继续帮助现代石油企业继续扩大生产了。而这项技术对于我国工业发展又有着至关重要的作用，所以高技术的测井技术即将被研制成功。

2 测井技术发展状况

2.1 测井技术分类

2.1.1 电法测井技术。电法测井技术是石油测井技术中应用较为普遍的技术之一，该技术主要通过井下测井仪器向地面发射的电流值，测量出地面电位准确值后，从而得出地层电阻率的一种测井方式。电法测井技术包括方法较多，如常见的感应测井、地层倾角测井、侧向测井以及向地层发射电流对地层自然电位进行测量等方法均属于电法测井技术。

2.1.2 电缆地层测试测井技术。测井技术另一常用方式为电缆地层测试技术，此技术是在油气勘探过程中根据流体性质对地层产能进行有效评估的一种测井方式，测试速度快、成本低、操作简单，具有普通钻杆测试方法无法比拟的优势。电缆地层测试方法可利用石英压力传感器，快速准确的测量地层压力及温度的变化情况；多种探测仪器能直接有效的对地层进行径向或垂向渗透率的测量；井下流体电阻率测量仪及光谱分析仪可对流体性质及类型进行准确判别，因此广泛应用于单井压力剖面的建设、流体密度的计算、气、油、水界面的确定以及地层有效渗透率的估计中。

2.1.3 成像测井技术。成像测井技术主要有陈列感应器、井周声波仪、阵列倾向、核磁共振仪、多极子阵列声波仪、成像测井仪、数字要穿系统及计算机工作站等。该技术具有较高分辨率，且采集数据量大，可以利用计算机工作站将测量结果以图像的形式进行直观、形象的展现。

2.1.4 声波测井技术。声波测井技术是利用声学性质对地层特点、井眼工程进行测量的一种技术，主要利用原理为声音振动幅度、声音传播速度等。声波测井技术可对井眼特征进行清晰揭示，主要用于原始与次生孔隙度、空隙压力、流体类型、裂缝方位的推导及计算。另外，声波测试技术还可与成像技术相结合，成为声成像测井技术，将预处理数字化信号利用计算机转换器处理为图像模式。

2.1.5 核测井技术。核测井技术，即放射性测井技术，是以放射元素测量为依据，对岩石的物理性质进行测量的一种技术。该技术分为伽马和中子两大类，其中伽马测井是以伽马射线为基础，中子测井技术则以研究中子、岩石及孔隙中流体之间相互作用力为基础的测井技术。

2.2 测井技术发展趋势。现代测井技术是石油工业中技术含量较高的技术之一，在石油生产过程中占据重要地位。其未来发展趋势也将继续向快速、安全、准确、可靠、适应性强等方向不断靠近。首先，测井采集方面，变单点测量、分散测量为阵列测量和集成测量，实现采集阵列化和集成化的转变，这一转变将极大丰富测量地层地质条件，满足复杂地层测量的需要，并能提高测量的速度和准确度；其次，随钻和套管井电阻率测井系列不断升级，应用范围继续扩展，满足老井测井评价和复杂井况探井的需求；再次，测井评价方面，改变目前以单井解释和多井评价的现状，逐步发展为利用测井技术，针对地质条件，结合多个学科相关知识对油井进行综合评价，为油田勘探提供可靠的理论保障；最后，互联网将不断在石油勘探领域渗透，以提高复杂井的评价速度。

3 测井技术在石油勘探中的应用

3.1 传感器在石油勘探中应用。光纤传感器受电磁干扰，需要在极端苛刻条件下进行测量工作，如在高压、高温、震动和冲击环境下，均可准确测量井场或井筒的环境。光纤传感器利用分布式测量方式，将空间分布和坡面信息进行高精度测量，同时该仪器具有横截面积小、外形短、空间体积小、轻便灵活的优点。激光传感器是激光技术与光纤技术的结合，可对泥浆、原油进行测量。传感器主要作用为分析岩石性质，计算岩层的矿物组分，确定底层界面后绘制岩性剖面图，另外，还可进行一系列的综合计算，如孔隙度的计算、渗透率的计算、储层评价等，是划分油、气、水层，对油田进行产能评价的主要测量仪器。

3.2 网络传感器技术在石油勘探中的应用。网络传感器是对整理采集信息的一种发展，通过阵列化的探头采集图像信息，制定油藏解决方案的同时，实现信息资源共享。网络测井组合平台是将核磁共振、声波成像、地层测试等技术进行改进后，集成为网络测井技术，该技术有利于评价油、气、水层，岩石力学、测井地质等信息，其突出特点为安全可靠、信息共享。

3.3 随钻测井技术在石油勘探中的应用。在测井过程中，需要将测井仪器非常好的固定在钻头上，然后在施工的过程中对地层信息进行精确测量。这个技术的研发使测井工作有很大的突破，该技术可通过对地层倾斜角度的方向、钻压等参数的测量，有效调整钻探方向，确保勘探的速度和准确度。随钻测井技术可有效避免泥浆侵入、井眼扩径对测量的影响，利用测量信息对钻进方位进行科学指导，该技术更适合应用于疑难井、水平井或大斜度井的测量中。

3.4 双侧向测井技术在石油勘探中的应用。双侧向测井技术是利用电流屏蔽效应，迫使主电极电流经聚焦后成水平电流束，以垂直于井轴侧向流入地层，从而降低井的分流作用和低阻层的影响。双侧向测井技术可减少井眼与周围岩石对测井结果的影响，真实、可靠的反映地层电阻率的变化情况。

4 结束语

随着科技的不断创新和快速发展，石油测井技术的发展也面临着无数的机会和挑战。在其发展的过程中，所有工作人员都为之做出了巨大的贡献，利用先进的测量仪器将石油勘探工作简单化、精确化、快速化和安全化。

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参考文献：

[1]黄潮,高勃胤,刘高阳,陈文翠.随钻测井技术在我国石油勘探开发中的应用[J].中国石油和化工标准与质量,2014,04:212.

第7篇：无人机光电探测技术范文

1、桥梁检测的背景

桥粱在长期的使用过程中难免会发生各种结构损伤。损伤的原因可以是使用、维护不当、车祸事故等人为因素,也可能是地震、风暴等自然灾害。此外某些要道上交通量以大大高于预测流量的速度猛增也加剧了桥梁结构的自然老化。这些因素均导致了桥梁承载能力和耐久性的降低,甚至影响到运营的安全。由此而引起的一系列问题都需要相应的维修、改造和加固来解决。而这些维修、改造和加固工作又必须在对桥梁结构详细和系统的检测的基础上才能妥善的进行。

2、桥梁检测的特点

在目的方面,传统桥梁检测往往仅是为了确定桥梁的损伤状况,最多是在一定程度上对桥梁的继续工作能力提出评价。然而桥梁健康检测不仅获得桥梁的损伤状况或健康状况,而且利用其智能系统中开放的数据库的数字化参数积累,对已用的桥粱设计理论提供长期的、及时的由足尺寸真实构件在真实环境下结构响应为基础的设计验证,继而为研究发展桥梁理论提供低成本高效率的“试验”支持。以桥梁健康检测作为设计的验证具有前所未有的优越性,它比较模型试验而言。成本低,模型就是已有的桥梁,省去了模型制作费用;效果真实,完全的足尺寸.真实的环境.真实的载荷,数据的采集具有长期性,只要桥梁“健在”,数据就可以长期地收集下去。

在实现的手段方面,传统桥梁检测的手段虽然有很大发展并且日趋成熟,但对这些手段的应用往往是孤立的、被动的。桥梁健康检测通过现代的传感与通信技术的运用使得桥梁健康检测智能系统像人的神经系统将人体各部分协调起来一样,将各种检测手段通过计算机系统有机地组合在一起,利用内部数据库和信号软件接口实现参数的采集和存放,并借助于瑚代通信宽带的不断拓宽和高速高容量的计算机系统可以实现异地数据采集,便捷、准确、安全。在发展趋势方面,桥梁健康检测取代传统的桥梁检测已是大势所趋。桥粱健康检测可以为业主提供更加准确和全面的检测评定,而且可为设计人员提供前所未有的设计验证资料和理论研究依据。

3、常见的桥梁检测技术

3.1　声探测技术。声探测技术主要包括超声波探测技术、声发散检测技术和冲击一回声检测技术。声探测技术是目前发展最迅速的无损检测。超声波探测技术的基本原理是:超声波能够以一定的速度在某种材料中传播,直至达到不连续点或抵达测试物的边界时才反射回来。超声波探测技术即利用声脉冲在缺陷处发生特性变化的原理来进行检测。声发散技术的基本原理是:大多数结构材料在受力后出现诸如塑性变形、裂纹开裂、裂纹开展等微结构损伤时,就以声波的形式释放能量。它的优点是可以对处干荷载作用状态下的桥梁结构的内部材料和结构变化进行稳定的监视、并给出早期报警。冲击――回声是根据应力波能够在材料中传播的原理设计的,基本的测试方法和超声波相似。应力波可以通过以下两种方法产生:使用转换器产生的应力波称为脉冲――回声法,使用机械冲击器产生应力波称为冲击一回声法。它同样可以通过应力渡的强度和发生时间测定缺陷的程度和位置。

3.2　电磁渡探测技术。电磁探测技术主要包括探地雷达技术和涡流检测技术。探地雷达是利用电磁脉冲波发射原理来实现探测目的,它是利用超高频短脉冲(106-109H z)电磁渡探测地下介质分布的一种地球物理勘探方法。探地雷达是军用技术民用化的典型代表,已经在建筑物、桥梁和其他结构评估中广泛使用。其基本原理是将雷达脉冲传进被检测材料,然后测量材料表面的反射量确定损伤。在桥梁无损中的典型应用如混凝土中的钢筋和孔道的定位以及缺陷和疲劳探测等。涡流的基本原理为电磁感应,主要应用于检测表面损伤。当检测线圈与导电材料的构件表面靠近,并通以交流电时,所产生的交变磁场将在构件表层产生感应电流,呈环形涡流状。电涡流的大小与分布受构件材料介质和表层缺陷的影响,根据所测电涡流的变化量,就可以判定材料表层的缺陷怕况。

第8篇：无人机光电探测技术范文

【关键词】太赫兹技术 土壤污染 含量检测 太赫兹成像

【中图分类号】TN29 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2014）22-0189-02

一 我国土壤污染现状与危害

1.土壤污染的现状

目前，我国土壤污染的总体形势严峻，部分地区土壤污染严重，在重污染企业或工业密集区、工矿开采区及周边地区、城市和城郊地区出现了土壤重污染区和高风险区。土壤污染类型多样，呈现出新老污染物并存、无机有机复合污染的局面。土壤污染途径多，原因复杂，控制难度大。土壤环境监督管理体系不健全，土壤污染防治投入不足，全社会防治污染意识不强。由土壤污染引发的农产品质量安全问题和逐年增多，成为影响群众身体健康和社会稳定的重要因素。

2.土壤污染的危害

第一，土壤污染导致严重的直接经济损失。初步统计，全国受污染的耕地约有1000万亩，有机污染物污染农田达3600万亩，主要农产品的农药残留超标率高达16%～20%；污水灌溉污染耕地216.7万亩，固体废弃物堆存占地和毁田13.3万亩。每年因土壤污染减产的粮食超过1000万吨，造成各种经济损失约200亿元。

第二，土壤污染导致生物产品品质不断下降。因农田施用化肥，大多数城市近郊土壤都受到不同程度的污染，许多地方的粮食、蔬菜、水果等食物中镉、砷、铬、铅等重金属含量超标或接近临界值。每年转化成为污染物进入环境的氮素达1000万吨，农产品中的硝酸盐和亚硝酸盐污染严重。农膜污染土壤面积超过780万亩，残存的农膜对土壤毛细管水产生阻流作用，恶化土壤物理性状，影响土壤通气透水，影响农作物产量和农产品品质。

第三，土壤污染危害人体健康。土壤污染会使污染物在植物体内积累，并通过食物链富集到人体和动物体中，危害人体健康，引发癌症和其他疾病。

二 太赫兹科学与技术

1.太赫兹技术

太赫兹（Terahertz，1THz=1012Hz）泛指频率在0.1～10THz波段内的电磁波，位于红外和微波之间，处于宏观电子学向微观光子学的过渡阶段。早期太赫兹在不同的领域有不同的名称，在光学领域被称为远红外，而在电子学领域，则称其为亚毫米波、超微波等。在20世纪80年代中期之前，太赫兹波段两侧的红外和微波技术发展相对比较成熟，但是人们对太赫兹波段的认识仍然非常有限，形成了所谓的“THz Gap”。

上图为太赫兹波在电磁波谱中所处的位置。太赫兹波具有一些其他波段电磁波所不具备的特殊性质，如低能性、宽带性、相干性、瞬态性、透视性、指纹性、水吸收特性等，这些特性使太赫兹波在物质识别、雷达通信、电子对抗、电磁武器、生物医药、航空航天、无损检测、安全检查等领域有着广泛的应用。随着飞秒激光的快速发展，电磁波的产生问题得到了初步解决，这为太赫兹波技术的广泛应用打下了良好的基础。在此背景下，太赫兹相关课题的研究也显著升温，各国政府也对太赫兹技术给予了高度的重视。2004年，美国政府将太赫兹技术称为改变未来世界的十大科技之一。2005年，日本将太赫兹技术列为国家支柱的十大重点战略目标之一。我国政府也对太赫兹技术给予了关注，2005年11月，组织多名国内外太赫兹领域研究专家和学者在香山召开学术会议，共同探讨了中国太赫兹技术的发展方向，并共同制定了我国太赫兹科技发展规划。现在，全球共有数百个研究小组在进行太赫兹领域的研究。可见，太赫兹领域的研究正迸发出蓬勃的生命力和巨大的潜能。

2.太赫兹时域光谱系统

随着飞秒激光技术的逐渐成熟，太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术从20世纪80年代开始得到了快速发展。它是由美国AT&T通讯公司的Bell实验室和公司的T.J.Watson研究中心提出并逐渐发展起来的，这是一种非常有效的相干探测手段，可作为红外光谱技术和X射线探测技术的有益补充。其基本原理是：用飞秒激光照射太赫兹辐射源（如光导天线或ZnTe晶体），得到宽带太赫兹脉冲。使太赫兹脉冲透过样品或在样品表面反射，从而携带样品上的信息。通过延迟线改变探测光与太赫兹脉冲之间的光程差，借助太赫兹探测器的作用获得整个太赫兹时域波形。将样品信号与自由空间中传播的太赫兹脉冲的信号进行对比，分析幅值与相位的变化，并通过合理的算法算出样品的复折射率、介电常数、吸收系数和电导率等信息根据样品性质的不同和测试要求的不同，太赫兹时域光谱系统可分为透射式太赫兹时域光谱系统（以下简称“透射式系统”）和反射式太赫兹时域光谱系统（以下简称“反射式系统”）。在透射式系统中，太赫兹波穿过样品，携带上样品的信息，通过太赫兹电场的幅值和相位可计算得到样品的折射率和吸收。

三 将太赫兹技术应用于土壤中残留农药含量的测定

1.太赫兹技术的应用

由于太赫兹技术的特殊性质，它被应用于公共安全、环境监测、生物医学、天文观测、军事及通讯等领域。据了解，已有先人在各个领域上做过研究，如日本研制出的无线通信演示系统完成了世界上首例通讯演示；首都师范大学的研究生利用太赫兹技术对水中污染物的研究等。到目前为止，还没有人利用太赫兹技术对土壤中的有机物（农药残留等）进行研究。

2.利用太赫兹技术研究土壤中有机物含量的方法

根据太赫兹技术在药物化学领域的应用情况，利用太赫兹成像技术，就是将THz波光谱分辨性与成像技术相结合，可以实现THz波的功能性成像。在THz光谱成像中，不但可以显示出被检测物体的形状，还能根据其光谱特性分辨出被检测物体的组成。利用此技术便可将土壤中提取出的有机物的含量及性质呈现出来。并根据不同的含量建立出标准数据库。这样便可以对待测土壤先进行监测然后根据数据库的数据得出结论：该土壤中的农药残留含量。以此作为探测土壤中有机物含量的方法。

四 结束语

面对目前土壤污染的总体严峻形势，且新兴技术迅速发展的趋势。利用新兴技术太赫兹技术来研究当前热点问题是新一代研究者的目标和方向。根据如今太赫兹广泛研究的成功，以及将太赫兹技术应用于突然检测的可行性，利用太赫兹技术检测土壤中的农药含量的猜想是可行的。

参考文献

[1]熊严军.我国土壤污染现状及治理措施[J].现代农业科技，2010（8）

第9篇：无人机光电探测技术范文

关键词:激光;振动测量;技术

中图分类号:TN256文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)02-462-02

Analysis of Laser Vibration Measurement Technology

HAO Feng, WANG Wei-hui

(The Second Artillery Engineering College, Xi'an 710025, China)

Abstract: With the progression of society, laser vibration measurement plays an important part in society development. Various of methods, advantage and disadvantage in laser vibration measurement are introduced in this paper. The future prospect of laser vibration measurement are pointed out in the paper.

Key words: laser; vibration measurement; technology

关于物体的微小振动和微小位移精确测量的相关研究是随着精细加工工艺和微机械技术的飞速发展及大量应用而得到人们的广泛重视的。光学测量技术所具有的优点是结构简单、精度高、耐高压、耐腐蚀、能在易燃易爆的环境下可靠运行、抗电磁干扰、动态范围大,并且光学测量技术是一种重要的非接触式无损测量技术,基于其上述优点,光学测量技术占据了计量测试技术领域的主导地位。

目前振动测量在材料探伤、机械系统的故障诊断、噪声消除、结构件的动态特性分析及振动的有限元计算结果验证等方面都得到了广泛的应用,所以激光振动测量技术有着广阔的应用与发展前景。

1 激光振动测量技术的测量原理及现状

目前,常用的激光振动测量方法有激光三角法、散斑法、全息法、激光多普勒效应法、光纤与微机电(MEMS)法和干涉法等。由于这些技术的使用,使得激光振动测量的分辨率或精度在很大程度上得到了提高。下面分别介绍几种常用的光学振动测量方法:

1.1 激光三角测振法

激光三角法[1-2]是利用几何光学成像原理,将激光器发出的光经发射透镜汇聚于被测物体表面形成入射光点,该光点通过接收透镜汇聚于光电探测器上,形成像点,使用对位置敏感的传感器就可接收到这一信息。当入射光点与该光学结构产生相对入射光轴方向的振动或位移时,引起像光点在感光面上发生位移,从而引起光电探测器输出电信号的变化,根据电信号的变化量可求出像点唯一的变化量,通过信号处理可得到被测目标位移或振动信号。

该方法对于振动的测量是非接触形式的。激光三角测振法具有结构简单,发展比较成熟等优点,适用于工业现场安装使用。但是该方法的不利之处一方面是光电探测器的灵敏度和尺寸限制了该方法的分辨率和测量范围,另一方面是发射透镜的焦距限制了该方法的工作距离,不适于远距离处的微小振动测量。

1.2 光强测振法

光强测振法[1-2]是利用被测目标相对投射光束,或反射光束相对探测光路的位置变化导致探测光强的变化来探测振动。

该方法对于振动的测量既可以是接触式的,也可以是非接触式的。光强测振法具有信号处理方便、结构简单、成本较低等优点,可以广泛应用于各种场合。而且光强法与光纤的紧密结合,使得光强测振法的应用领域得到进一步拓展。该方法的不利之处在于光强易受外界环境和光源干扰的影响,使得测量结果精度不高,所以一般采用多波长、多光束等方法来改进光强测振法的不利之处,提高光强测振法的抗干扰能力。

1.3 全息测振法

全息法[1-2]是将相干光束的一部分作为参考光波,其余部分投射到物体上并被其反射作为物光波,两光波相遇产生干涉,所形成的干涉场反映了被测物体的振动情况,该干涉场由照相底片记录经过适当显影形成全息图。全息干涉测振可以对整个振动面上的点位置进行测量,通过比较不同时刻的全息干涉图,就能够描绘出被测振动面上各点的振动情况。

该方法对于振动的测量是非接触形式的全场同时测量。全息测振法具有可以进行面测量,同时获得多点数据的优点。该方法的不利之处在于须用银盐干板作记录介质,全息图需要进行照相及冲洗等处理,操作过程复杂,处理条纹图极其费时,无法实现实时测量,实际应用较困难。

1.4 激光多普勒效应测振法

多普勒测量[4-7]中的多普勒信号通常都是从被测物体的散射光中获得的,信噪比低,且包含有运动速度、光源、接收器之间的角度因素,由于这些因素会引入较大的测量误差。对振动特性的计算方法为信号中的每一个差拍波对应一个位移当量值,被测振幅的获得是经过对相邻两个翻转点之间的差拍波的个数进行计数而得到的。

该方法的测量不需要干涉仪组件,可精密装配。激光多普勒效应测振法具有被测速度矢量与多普勒频移呈线性关系,对于任何复杂的物体运动都适合研究的优点。因此,激光多普勒技术是一种高精度动态测量方法。该方法的不利之处在于得不到小于当量值的位移,测量分辨率很低。激光光栅多普勒效应的微振动测量系统的提出改变了以上不足。

1.5 光纤与MEMS测振法

光纤与MEMS技术相结合的振动传感器[1-2,8]在振动传感领域中一军突起。在微光机电传感器中,光纤可作为传光介质,为传感器提供光连接,传感器内部的电信号经由发光二极管转变为光信号,再输送到外部设备,这样可以使测量结果大大免受外界电磁干扰。光纤也可用来构造光路,成为集成传感器的一部分,作为悬臂梁感受外界振动,通过测量经过光纤的光强变化来实现振动传感。

光纤与MEMS技术相结合的振动传感器的优点是可免疫外界电磁干扰,可应用于避免使用电信号的场合,结构布置灵活,适合应用于复杂结构环境和复杂结构空间下的振动传感测量,适用于微型化和集成化产品。

1.6 干涉测振法

干涉测振法是将光束正入射于物体表面,其反射回来的检测光与参考光相遇形成干涉场,此后再对干涉场进行处理便得到所要测量的振动信息。

该方法对于振动的测量是非接触精密测量。干涉测振法具有应用范围广、重复性极高、可以对微小振动进行高精度测量的优点。但是该方法的不利之处一方面是由于干涉测振法具有高灵敏性,环境扰动对其影响非常突出,当光程质量不理想时,测量将无法进行。另一方面是在实际应用中很难保证入射光垂直于被测物体表面,以及目标物体表面的不平整性,使得由目标物返回的检测光与参考光将不能很好的重合,尤其当两束光偏差太大就不能形成干涉,这将使测量无法进行。因此,人们先后发明了光波频率调制补偿法、机械式位相调制补偿法以及将机械补偿和光调制相结合的方法来解决这一问题。

1.7 激光散斑测振法

激光散斑振动测量技术[1-3]是利用激光的高相干性,当激光照射到物体粗糙光学表面时将产生散斑场,该散斑场是被测物体表面信息的载体,记录下该散斑场并利用数字图像处理技术,就能以干涉条纹的形式得出被测信息的等高线,通过条纹判断便能得出振动物体的位移。

该方法一般采用多帧干涉图取平均的方法来减少环境扰动的影响,但并不能从根本上解决扰动问题。散斑干涉法适用于对频率已知的振动信号进行测量,从而实现对物体振动特性的分析,该方法的不利之处是精度和测量应用范围有限。

2 激光振动测量的展望

激光振动测量技术发展前景非常广阔,对于激光振动测量技术的研究工作也是研究人员为之做出不懈努力的工作方向。关于激光振动测量的展望有如下几个方面:

2.1 改善测量环境

随着我国科技水平的不断发展与提高,人类对于振动测量精度的需求已经达到了纳米量级。目前的分辨率已经不能实现人们对于某些研究领域项目的精度要求,对于纳米精度目标的实现是人类在科研领域的新突破。环境是影响系统实现纳米精度的一方面问题,像空气温湿度的变化、环境的振动和声学扰动等都会影响测量精度。因此,可以采用隔离措施和建立确保稳定环境温度的恒温室的方法来实现纳米测量精度。

2.2 结合多技术于测量

现代的激光振动测量系统广泛采用的是光、机、电与计算机技术相结合的方式来进行高精度、实时动态测量,大系统的概念、模糊理论、人机工程学的概念、自适应原则、调频技术、调制技术、反馈原理这一系列相关理论都广泛的应用在现代测量仪器的设计中,促使测量与控制技术成为一个完整的有机整体。鉴于以上广博知识,更需要多知识、高技术人才团结、协作完成由知识理论到仪器设计的实现。

2.3 进行科研创新

新的测量原理和方法是指导创新研究成果的理论依据,传统的振动测量方法已经不适用于纳米级振动测量的研究,要解决纳米级振动测量需要寻求新的测量原理和方法。将微观物理和量子物理的最新研究成果应用于测量系统中以及对现有技术进行创新性应用是可行的。

2.4 多领域应用

随着科技的发展以及性价比高、质量优良的激光振动测量仪问世,激光振动测量技术不仅可以应用于机械制造的检测中,还可以应用于生物医学、材料检测、航空航天等领域。

3 结束语

当今社会激光振动测量技术与人类的生产、生活是息息相关的,此项技术促使人类的生产、生活质量向着更好、更完善的方向发展。随着激光振动测量方法的成熟与完善,高精度、高效率、低成本的测量方案必将实现并走向成熟。

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