清华大学2012届毕业论文
3.2.3 He-Ne激光器
由于散斑干涉测量方法中需要具有良好相干性的光源，因此采用激光光源。 He-Ne激光器是最早研制成功的气体激光器。在可见光及红外波段可产生多条谱线。放电管长数十厘米的He-Ne激光器输出功率为毫瓦量级，放电管长1m~2m的激光器其输出功率可达几十毫瓦。由于其可输出连续可见光，而且结构简单、体积较小、价格低廉等优点，在准直、定位、全息照相、测量、精密计算、光盘录放等方面得到了广泛的应用。本实验所选用的He-Ne激光器如图1所示，其功率为5mw，波长为632.8nm。
图3.2 He-Ne激光器实物图
3.2.4 反射镜、分束镜、扩束镜的相关知识
反射镜是一种利用反射定理工作的光学元器件，通过在普通光学玻璃的背面涂上一层银薄膜，可以使光学玻璃形成反射镜。按其形状分类，反射镜可分为平面反射镜，球面反射镜和非球面反射镜，本系统使用的反射镜是平面反射镜。
分束镜是一种特殊的反射镜，和反射镜的成型原理类似，在光学玻璃表面镀上一层或多层薄膜，这时一束激光投射到镀膜玻璃上后，通过反射和折射，激光就被分为两束或更多束，这种镀膜玻璃就叫做分束镜。分束镜的作用是将一束光分成两束或两束以上具有一定光强比的透射光与反射光，按照反射光强与透射光强的比例关系分类，有固定分束比分束镜和可变分束比分束镜两类。本系统中所使用的半透半反镜是一种固定分束比分束镜，其反射和折射光强比理论上为1:1。介于其结构的特殊性，在实验过程中，半透半反镜可能会沾上外界的灰尘，为了使实验效果更好，通常情况下我们需要擦干净
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分束镜。但是为了保持反射和折射的光束比，实验要求我们必须保护好分束镜的镀膜，切忌擦伤，损坏半反半透镜。
扩束镜是一种将光的光束半径扩大的一种镜片，它带来的好处是将光束覆盖的范围扩大，其不良后果就是给光的准直带来了麻烦，是光准直的对立面。由激光原理知识我们可以知道光的发散角和束腰半径是激光的两个重要参数，扩束镜的作用就是改变这两个参数，从而改变激光传播的广场分布，通常情况下，扩束镜是由一个凹透镜和一个凸透镜构成的。凹透镜和凸透镜的镜面特征直接决定光束通过扩束镜后的分布情况，本系统的扩束镜正是起到了扩大光束半径的作用。
图3.3 平面反射镜实物图
图3.4 扩束镜实物图
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图3.5 分束镜实物图
3.2.5 CCD摄像机
CCD (Charge Couple Device)是70年代初期在美国首先研制成功的一种新型图像传感器，是一种光电耦合器件，CCD突出特点是以电荷作为信号，而不同于其他大多数器件是以电流或电压为信号，CCD的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。被检测对像的光信息通过光学成像系统成像于CCD的光敏面上，CCD的光敏像元将其上的光强度转换成电荷量。在一定频率的时钟脉冲的驱动下，CCD的输出端可以获得被测对像的视频信号。视频信号中的每一个离散的电压信号的大小对应于该光敏像元上图像的光强，信号输出的时序对应于该光敏像元在CCD上的空间位置，从而CCD用自身电子扫描方式完成信息从空间域到时间域的变换。CCD摄像器件不但具有体积小、重量轻、功耗小、工作电压低和抗烧毁等优点，而且在分辨率、动态范围、灵敏度、实时传输和自扫描等方面的优越性，也是其它摄像器件无法比拟的。
本系统CCD采用日本先锋公司生产的Pioneer Times PNT-313型黑白摄像机，其基本性能参数如下：
分辨率：CCIR：500(H)?582(V) EIA：510(H)?492(V) 光灵敏度：0.05Lux 性噪比：48db 工作温度：-20o~50o
工作电源：DC12V/800mA
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图3.6 CCD相机立体图
图3.7 CCD 镜头实物图
3.2.6 图像采集卡
图像采集卡是作为图像与计算机之间的通信接口部件，它是将视频信号变为计算机数字图像的硬件设备。图像采集卡把CCD传送过来的视频信号转换为数字信号，然后将其输入计算机，供显示、存储和测量工作。
本系统采用的图像采集卡VIDEO-PIC-SM是北京大恒图像视觉有限公司设计的基于PCI总线的高速黑白图像采集卡。输入的视频信号、经模/数转换器、比例缩放、裁剪等处理，通过PCI总线传到VGA卡实时显示或传到计算机内存实时存储。数据的传送
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过程是由图像卡控制的，无需CPU参与，因此图像传输速度可达40MB/S。VIDEO-PCI-SM图像采集卡基本结构及工作原理如图3.8所示：
复合视频输入1 P C I 总线 VGA 显示 复合视频输入2 多 路 开 关 复合视频输入3 滤波 A /D 缓存 系统内存 复合视频输入4
图3.8 VIDEO-PCI-SM图像采集卡基本结构
四路复合视频输入经多路开关，软件选择其中一路作为当前输入，经过滤波输出到A/D卡进行模/数变换。数字化后的图像信号经各种图像处理、如比例缩放、裁剪、位屏蔽后，利用PCI总线，传到VGA卡显示或计算机内存中存储。 3.2.7 红外热像仪
红外热像仪是通过非接触探测红外能量(热量)，并将其转换为电信号，进而在显示器上生成热图像和温度值，并可以对温度值进行计算的一种检测设备。红外热像仪能够将探测到的热量精确量化，不仅能够观察热图像，还能够对发热的故障区域进行准确识别和严格分析。由于近年来的技术革新，尤其表现在探测器技术，内置可见光照相机，各种自动功能，分析软件的发展等等，使得红外分析解决方案比以往更为经济有效。
本实验选用型号为ThermoVision A40的红外热像仪进行非接触式测量物体表面的温度，它具有精确的非接触温度测量、高质量的红外热图像(320?240像素)及无需维护的非制冷微量热型探测器，坚固和紧凑，内置聚焦马达/自动聚焦。基本性能参数如下：
最小焦距0.3m； 帧频：50/60Hz ；
FOV视场：24＂(宽)?18＂(高)； 空间分辨率：1.3mrad； 热灵敏度： <0.08℃；
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