机电一体化第四章讲解.ppt

运用斯忒藩——玻尔茨曼定律可进行辐射温度测量。被测物通常为ε1的灰体，若以黑体辐射作为基准来定标，则当知道了被测物的ε值后，则可根据式（4.130）以及ε的定义来求出被测物的温度。假定灰体辐射的总能量全部为黑体所吸收，则它们的总能量相等，即 ε—被测物的比辐射率； ε0——黑体的比辐射率，ε0=1； T——被测物温度； T0——黑体温度； σ——斯忒藩—玻尔茨曼常数。 由此可得 (4.133) 红外测温 辐射温度计一般用于800℃以上的高温测量，此外所讲的红外测温则是指低温及红外光范围的测温。 红外测温装置原理图 红外热成像 红外光是人的肉眼所不能看到的，因此不能采用普通照相机原理来摄取红外图象。 红外热成像（Infrared thermal imaging）技术：将红外辐射转换成可见光进行显示的技术。 分类： 主动式； 被动式。 主动式红外热成像：采用一红外辐射源照射被测物，然后接收被物体反射的红外辐射图象。 主动式红外成象原理 1——红外光源；2——摄象机；3——监视器 被动式红外热成像：利用物体自身的红外辐射来摄取物体的热辐射图像，这种成像我们一般称为热像（thermal image），获取热象的装置称热像仪。 红外热像仪光学系统结构 1.???? 被测对象 2.扫描镜 3.透镜 4.反射镜 5.红外探测器 6.杜瓦瓶 7.测温元件 8.参考黑体 9.调制器 10.凹面反射镜 红外热像仪的应用： 不同环境条件下的温度检测。 车床轴承面的等温度场分布图 超音速风调热像仪检测 1.喷嘴 2.模型 3.热像仪 4.塑料窗 热像技术广泛用于无损缺陷的探查。 在电力工业中，热像仪被用来检查电力设备尤其是开关、电缆线等的温升现象，从而可及时发现故障进行报警。 在石油、化工、冶金工业生产中，热像仪也被用来进行安全监控。 用于公安和消防，对火灾现场的建筑物，采用热象仪可以探知建筑物中被烧毁的情况以及人员的情况。 用作海岸线监视，以监视各类过往船只，尤其是用作夜间监视，确保海岸线的安全。 热像仪用于临床医学诊断。 图4.115 医用红外热象仪获取的病例（脂肪瘤）热图 固态图象传感器 固态图象传感器：一种固态集成元件，其核心部分是电荷耦合器件（Charge Coupled Device，简称CCD）。 CCD：以阵列形式排列在衬底材料上的金属——氧化物——硅（Metal Oxide Semiconductor，简称MOS）电容器件组成的，具有光生电荷、积蓄和转移电荷的功能。 固态图象传感器的分类： 线阵型：目前一般有1024、1728、2048和4096个象素的传感器； 面阵型：从512×512一直到512×768个象素的，最高分辨力的可达2048×2048个象素的。 固态图象传感器工作原理 (a)MOS光敏单元 (b)1024单元阵列 (c)线阵式摄像机 固态图象传感器的应用： 用CCD线阵型摄象机作流水线零件尺寸在线检测。 CCD线阵摄象机作二维零件尺寸在线检测 采用摄像机利用三角法测量物体位置。 三角法原理测量物体位移及轮廓 激光检测技术的应用 激光技术用于检测工作主要是利用激光的优异特性，将它作为光源，配以相应的光电元件来实现的。它具有精度高、测量范围大、检测时间短、非接触式等优点，常用于测量长度、位移、速度、振动等参数。下面介绍几种应用实例。 激光测距 ? 激光测距的基本原理是：将光速为C的激光射向被测目标，测量它返回的时间，由此求得激光器与被测目标间的距离d。 d＝c?t?/?2 ?式中t—激光发出与接收到返回信号之间的时间间隔。 可见这种激光测距的精度取决于测时精度。由于它利用的是脉冲激光束，为了提高精度，要求激光脉冲宽度窄，光接收器响应速度快。所以，远距离测量常用输出功率较大的固体激光器与二氧化碳激光器作为激光源；近距离测量则用砷化镓半导体激光器作为激光源。? ???? 激光测长? ???? 从光学原理可知，单色光的最大可测长度L与光源波长λ和谱线宽度Δλ的关系用普通单色光源测量，最大可测长度78cm。若被测对象超过78cm，就须分段测量，这将降低测量精度。若用氦氖激光器作光源，则最大可测长度可达几十公里。通常测长范围不超过10m，其测量精度可保证在0.1μm以内. 激光测速 激光测速仪是采用激光测距的原理。激光测距（即电磁波，其速度为30万公里/秒），是通过对被测物体发射激光光束，并接收该激光光束的反射波，记录该时间差，来确定被测物体与测试点的距离。激光测速是对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距，