Оптические приборы для визуальных наблюдений

Содержание

Неисправности, случающиеся в процессе эксплуатации

Любое оборудование рано или поздно выходит из строя. Оптический датчик ломается крайне редко, но если это произошло, нужно знать, чем вызваны неисправности:

цепь питания может оборваться, возможны также и механические повреждения самого прибора или сенсора;
компоненты внутри корпуса вышли из строя;
проблемы с настройкой — для правильной работы, датчики нужно правильно откалибровать.

Если регулярно проводить сервисное обслуживание прибора и своевременно менять расходные части, можно добиться высокого срока эксплуатации оптического датчика. При правильном уходе, устройство служит не одно десятилетие.

Кварцевое многомодовое волокно

Кварцевые волокна являются самым известным и распространенным типом оптических волокон. Поскольку многомодовые и одномодовые кварцевые волокна сильно отличаются по своим характеристикам и применению, удобнее рассмотреть их по отдельности.

Многомодовое кварцевое волокно имеет и сердцевину, и оптическую оболочку из кварцевого стекла. Как правило, такое оптоволокно имеет градиентный профиль показателя преломления. Это необходимо, чтобы снизить влияние межмодовой дисперсии. Как было показано выше, моды распространяются в оптическом волокне по разным траекториям, а значит, время распространения каждой моды также отличается. Это приводит к уширению передаваемого импульса. Градиентный профиль уменьшает разницу во времени распространения мод. За счет плавного изменения показателя преломления моды высшего порядка, которые попадают в волокно под бо́льшим углом и распространяются по более длинным траекториям, имеют и бо́льшую скорость, чем те, которые распространяются вблизи сердцевины. Полностью устранить влияние межмодовой дисперсии невозможно, поэтому многомодовое волокно уступает одномодовому по дальности и скорости передачи информации.

Рабочими для многомодового волокна обычно являются длины волн 850 и 1300 (1310) нм. Типичное затухание на этих длинах волн – 3,5 и 1,5 дБ/км соответственно.

Классификация. Кварцевое многомодовое волокно было первым типом волокна, которое стало широко применяться на практике. Распространение получили два стандартных размера многомодовых волокон (диаметр сердцевины/оболочки): 62,5/125 мкм и 50/125 мкм.

Общепринятая классификация многомодовых кварцевых волокон приводится в стандарте ISO/IEC 11801. Этот стандарт выделяет четыре класса многомодовых волокон (OM – Optical Multimode), отличающиеся шириной полосы пропускания (параметр, характеризующий межмодовую дисперсию и определяющий скорость передачи информации):

OM1 – стандартное многомодовое волокно 62,5/125 мкм;
OM2 – стандартное многомодовое волокно 50/125 мкм;
OM3 – многомодовое волокно 50/125 мкм, оптимизированное для работы с лазером;
OM4 – многомодовое волокно 50/125 мкм, оптимизированное для работы с лазером, с улучшенными характеристиками.

Фраза «оптимизированное для работы с лазером» напоминает о том, что изначальна для передачи сигнала по многомодовому волокну использовались светодиоды (LED). С появлением полупроводниковых лазеров стали разрабатываться волокна более совершенной структуры, названные оптимизированными для работы с лазерами.

Применение. Многомодовое волокно применяется в непротяженных линиях связи (обычно сотни метров), причем волокно 50/125 мкм (OM2, OM3, OM4) используется в основном в локальных сетях и дата-центрах, а волокно 62,5/125 мкм часто применяется в индустриальных сетях. В гигабитных приложениях рекомендуется применять волокна классов OM3 и OM4. Причина, по которой многомодовое волокно до сих пор не вытеснено одномодовым волокном, обладающим лучшими характеристиками, заключается в меньшей стоимости компонентов линии (активное оборудование, соединительные изделия). Цена снижается из-за большего диаметра сердцевины многомодового волокна, и, соответственно, меньших требований к точности изготовления и монтажа компонентов.

Физика 8 класс

««Агрегатные состояния вещества» 8 класс» — Переход хода. Град. Что в гору не вкатишь. Агрегатные состояния вещества. Положение молекул упорядочено. Жидкость. Дождь. Молекулы газа. Расположение атомов. Вещество, состоящее из атомов. Агрегатные состояния вещества на примере воды. Молекулы жидкости. Снег. Вода. Туман. Невидимка. Мороз. Три агрегатных состояния вещества.

««Тепловые явления» физика» — Термометры 19-го века. Принцип действия. Температура является мерой средней кинетической энергии частиц тела. Из истории термометра. Жидкостные термоскопы постоянного объема. Тепловые явления. Физика — древнейшая наука. Уличные и комнатные термометры. Зимой температура воздуха на улице ниже, чем летом. Температура зависит от средней скорости движения и массы молекул. Молекулы непрерывно и беспорядочно движутся.

«Кулон и его закон» — Закон Кулона. Кулон и его закон. Кулоновская сила является центральной. Силы взаимодействия зарядов. Коэффициент пропорциональности. Результаты опытов по измерению силы взаимодействия двух точечных зарядов. Точечный заряд. Величины зарядов. Крутильные весы. Границы применимости закона.

«Тест «Тепловые явления»» — Теплопроводность. Тепловые явления. Античный афоризм. Количество теплоты. Проверка. Конвекция. Перенос энергии в вакууме. Хозяйка дома. Исследовательская работа. Явление теплопередачи. Процесс. Кривая нагревания кристаллического вещества. Охлаждение твердого тела. Зрительная гимнастика. Работа в группах. Трейлер к фильму «Шерлок Холмс». Способ теплопередачи. Столбик ртути в термометрах. Явление передачи внутренней энергии.

«История воздухоплавания» — Воздушный змей. Рекламные аэростаты. Будущее аэростатических ЛА. Наблюдение. Воздушные шары. Воздухоплавание сегодня. Воздухоплавание в России. Воздухоплавание. Коммуникации. Дережабли. Научные исследования. Аэростаты. История развития воздухоплавания. Изучить историю развития воздухоплавания. Политики. АТЛА. Управляемые или неуправляемые полёты. Легенда. Полет на воздушном шаре. Аэростаты артиллерийского наблюдения.

«Русский учёный Ломоносов» — Ломоносов и математика. Ломоносов Михаил Васильевич родился 8 ноября 1711 г. Высказывания, цитаты и афоризмы Ломоносовa. Науки юношей питают, отраду старцам подают. М.В. Ломоносов-великий русский ученый. Ломоносов и физика. Ломоносов и химия. Весной 1765 Ломоносов простудился. Ломоносов в химии. Ломоносов в науке. Память о великом русском учёном-энциклопедисте. Благодаря упорству ему удается за 5 лет пройти весь 12-летний курс.

«Физика 8 класс»

Конструкция

Оптические датчики обычно очень компактные — для простоты установки. Для практического применения конструкторы оснащают оборудование выносными модулями. Конструкция приборов может отличаться в зависимости от выбранного места для установки.

Щелевые датчики

Это несколько оппозитно расположенных приёмников, установленных на одной платформе с излучателем. Корпус напоминает букву U. Щелевой приемник применяют для подсчета предметов, которые перемещаются по установленной зоне с высокой скоростью.

Конструкция крайне удобна для экономии пространства, поскольку прокладывать нужно только один питающий кабель.

Прямоугольные

Строение корпуса позволяет дополнительно комплектовать датчики системой охлаждения. Таким образом, оборудование можно ставить с объектами, которые сильно разогреваются.

Прямоугольная форма также обеспечивает надежную устойчивость прибора. Датчики оснащают высокоточной оптикой, что позволяет производить мгновенный пересчет объектов.

Цилиндрический корпус

Устройство внешне очень похоже на свечу зажигания. Устройство продают с дополнительными элементами — пластины для крепежа, уголки и зажимные блоки.

ПОЖАРНЫЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ИЗВЕЩАТЕЛИ

Оптико-электронные приборы, используемые в системах пожарной сигнализации и установках автоматического пожаротушения, относятся к дымовым извещателям. По типу зоны обнаружения их подразделяют на:

точечные;
линейные.

Точечные имеют в своем составе дымовую камеру. Она представляет собой своеобразный лабиринт в начале и конце которого установлены излучатель и фотоприемник. При попадании внутрь дыма происходит рассеяние ИК излучения что фиксируется электронной схемой прибора.

Область применения таких извещателей весьма широка, они устанавливаются В офисах, магазинах, гостиницах и других подобных объектах. По типу типу формирования информационного сигнала они подразделяются на:

пороговые;
адресные;
адресно- аналоговые.

По способу связи с приборами пожарной сигнализации эти извещатели бывают проводными и беспроводными (радиоканальными).

В целом это достаточно универсальные датчики, позволяющие решать различные вопросы обеспечения пожарной безопасности. Несколько неудобно, а иногда экономически нецелесообразно, применять их для установки в помещениях большой площади и (или) большим расстоянием до потолочного перекрытия.

В этом случае в системах пожарной сигнализации используются линейные оптико электронные извещатели. Газовой камеры они не имеют и контролируют оптическую плотность среды за счет анализа параметров инфракрасного луча. Для этих целей требуются приемник и передатчик, то есть такие устройства являются активными.

Монтаж пожарных извещателей любого типа регламентируется соответствующими нормами и правилами. Они же определяют порядок выбора их типа и количества.

Общее ограничение на использование оптико электронных пожарных извещателей — помещения с повышенным содержанием пыли. Кроме того, такие устройства могут быть подвержены влиянию электромагнитных помех. Но это во многом зависит от модели датчика.

* * *

Оптический прибор микроскоп

Когда требуется увеличение очень мелких предметов, применяют микроскоп. Увеличение изображение происходит за счет оптической системы, состоящей из двух короткофокусных линз – объектива O1 и окуляра O2_.Подробно это показано на рисунке 3.5.2. Объектив дает перевернутое увеличенное изображение. Система действует аналогично лупе. Расположение окуляра должно быть в фокальной плоскости, тогда распространение лучей будет в виде параллельных пучков.

Рисунок 3.5.2. Ход лучей в микроскопе.

Мнимое изображение, просматриваемое через окуляр, всегда перевернуто. Отсюда следует, что угловое увеличение всегда положительная величина.

Нужна помощь преподавателя?
Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Рисунок 3.5.2 говорит о том, что формула угла зрения φ предмета, просматриваемого через окуляр в приближении малых углов, равняется φ=h’F2=fċhdċF2.

Предположительно, что d≈F1 и f≈l, где l является расстоянием между объективом и окуляром микроскопа. Если рассматривать невооруженным глазом, тогда формула принимает вид ψ=hd. Тогда формула для углового увеличение γ микроскопа записывается как γ=φψ=lċdF1ċF2.

Чем лучше микроскоп, тем большее увеличение он может выдавать, которые впоследствии являются причинами появлений дифракционный явлений.

Оптические приборы. Глаз как оптическая система

Оптические приборы – это устройства, предназначенные для получения на экране, светочувствительных пленках, фотопленках и в глазу изображений различных предметов.

Лупа – это короткофокусная двояковыпуклая линза, предназначенная для относительно небольшого увеличения изображения.

Увеличение лупы рассчитывается по формуле:

где \( d_0 \) – расстояние наилучшего зрения, \( d_0 \) = 0,25 м.

Для получения увеличенного изображения предмет помещают перед линзой на расстоянии немного меньше фокусного. Изображение получается мнимым.

Микроскоп – это оптический прибор, предназначенный для рассматривания очень мелких предметов под большим углом зрения.

Микроскоп состоит из двух собирающих линз – короткофокусного объектива и длиннофокусного окуляра, расстояние между которыми может изменяться:

где \( F_1 \) – фокусное расстояние объектива; \( F_2 \) – фокусное расстояние окуляра.

Фотоаппарат – прибор, предназначенный для получения действительных, уменьшенных, перевернутых изображений предметов на фотопленке.

Предметы могут находиться на разных расстояниях.

Мультимедийный проектор – оптическое устройство, с помощью которого на экране получают действительное, увеличенное изображение, снятое с источника видеосигнала.

Человеческий глаз – оптическая система, подобная фотоаппарату.

Зрачок регулирует доступ света в глаз. Диаметр зрачка уменьшается при ярком освещении и увеличивается при слабом.

Хрусталик имеет форму двояковыпуклой линзы с показателем преломления 1,41. Он может изменять свою форму, в результате чего меняется его фокусное расстояние. При рассмотрении близких предметов хрусталик становится более выпуклым, при рассмотрении удаленных предметов – более плоским.

На сетчатке глаза образуется действительное, уменьшенное, перевернутое изображение предмета. Благодаря большому количеству нервных окончаний, находящихся на сетчатке, их раздражение передается в мозг и вызывает зрительные ощущения.

Зрение двумя глазами позволяет видеть предмет с разных сторон, т. е. осуществлять объемное зрение.

Если смотреть на предмет одним глазом, то, начиная с 10 м, он будет казаться плоским, если смотреть на предмет двумя глазами, то это расстояние увеличивается до 500 м.

Угол зрения – это угол, образованный лучами, идущими от краев предмета в оптический центр глаза.

\( \varphi \) – угол зрения.

Аккомодация глаза – это свойство глаза, обеспечивающее четкое восприятие равноудаленных предметов путем изменения фокусного расстояния оптической системы.

Предел аккомодации – от \( \infty \) до 10 см.

Расстояние наилучшего зрения – это наименьшее расстояние, с которого глаз может без особого напряжения рассматривать предметы:

Дефекты зрения

Близорукость – это дефект оптической системы глаза, при котором ее фокус находится перед сетчаткой. Близорукий глаз плохо видит отдаленные предметы.
Дальнозоркость – это дефект оптической системы глаза, при котором ее фокус находится за сетчаткой. Дальнозоркий глаз плохо видит близкие предметы.

Очки – это простейший прибор для коррекции оптических недостатков зрения.

Близорукость исправляют с помощью рассеивающих линз.

Дальнозоркость исправляют с помощью собирающих линз.

Закон преломления света

Преломление света – это изменение направления распространения светового луча на границе раздела двух сред.

Угол преломления – это угол между преломленным лучом и перпендикуляром к границе раздела двух сред.

\( \gamma \) – угол преломления

Законы преломления света

Лучи падающий и преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восстановленным в точку падения луча к преломляющей поверхности.
Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред и равная относительному показателю преломления двух сред:

где \( n_{21} \) – относительный показатель преломления.

Первой является среда, в которой распространяется падающий луч, второй является среда, в которой распространяется преломленный луч.

Относительный показатель преломления равен отношению абсолютного показателя преломления второй среды к абсолютному показателю преломления первой среды:

где \( n_1 \) – абсолютный показатель преломления первой среды; \( n_2 \) – абсолютный показатель преломления второй среды.

Абсолютный показатель преломления показывает, во сколько раз скорость света в вакууме больше, чем в данной среде:

где \( c \) – скорость света в вакууме, \( v \) – скорость распространения света в данной среде.

Относительный показатель преломления показывает, во сколько раз скорость распространения света в первой среде больше, чем во второй:

Среда, у которой абсолютный показатель преломления больше, является оптически более плотной средой.

Среда, у которой абсолютный показатель преломления меньше, является оптически менее плотной средой.

Следствия закона преломления света

Если свет падает из оптически менее плотной среды в оптически более плотную, то угол падения больше угла преломления:

Если свет падает из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, то угол падения меньше угла преломления:

Если луч падает на плоско параллельную пластину, изготовленную из оптически более плотного вещества, чем окружающая среда, то луч не изменяет своего направления, а лишь смещается на некоторое расстояние.

\( x \) – смещение луча от первоначального направления:

где \( d \) – толщина пластины.

Важно!
Если в условии задачи говорится, что «кажется, что луч падает под углом \( \varphi_1 \) к поверхности воды», то имеют в виду не кажущийся угол падения \( \alpha_1 \), а угол между кажущимся падающим лучом и поверхностью воды \( \varphi_1 \)

Телескоп

Предназначение телескопов – наблюдение удаленных объектов. Входящие в его состав две линзы, обращены к предмету с большим (объектив) и с малым (окуляр) фокусным расстояниями. Зрительные трубы делят на два типа:

труба Кеплера для астрономических наблюдений;
труба Галилея для наземных наблюдений.

Рисунок 3.5.3. показывает, каким образом идут лучи в астрономическом телескопе.

Определение 3

Когда глаз наблюдателя аккомодирован на бесконечность, тогда лучи от любой точки наблюдаемого предмета выходят из окуляра в виде параллельного пучка. Его называют телескопическим.

Астрономическая труба может получить телескопический ход лучей только при условии, если расстояние между объективом и окуляром равняется сумме их фокусных расстояний, то есть l=F1+F2.

Телескоп характеризуется угловым увеличением γ. Наблюдаемые предметы всегда удалены от наблюдателя. Когда такой предмет виден невооруженным глазом под углом ψ, при наблюдении через телескоп под углом φ, тогда угловое увеличение запишется как γ=φψ.

Угловое увеличение γ будет положительно для земной трубы Галилея, но отрицательно для астрономической трубы Кеплера. Запись углового увеличения зрительных труб может быть выражена через фокусные расстояния: γ=-F1F2.

Рисунок 3.5.3.Телескопический ход лучей.

Определение 4

Когда речь идет о больших астрономических телескопах, тогда есть смысл применять сферические зеркала, но не линзы. Такие телескопы получили название рефлекторами.

Для изготовления хорошего зеркала требуется меньше временных затрат, чем для зеркала без хроматической аберрации. Существует самый большой телескоп, имеющий диаметр зеркала 6 м. С помощью больших астрономических телескопов можно не только увеличивать угловые расстояния между наблюдаемыми объектами, но и для увеличения потока световой энергии от слабосветящихся объектов.

Всё ещё сложно?
Наши эксперты помогут разобраться

Все услуги

Решение задач

от 1 дня / от 150 р.

Курсовая работа

от 5 дней / от 1800 р.

Реферат

от 1 дня / от 700 р.

Устройство и эволюция оптических систем[править | править код]

Первые оптические приспособления были относительно простыми, однокомпонентными (линза, лупа, зеркало, призма).

В современных оптических системах, в оптических приборах и устройствах, обычно можно выделить несколько подсистем, имеющих самостоятельное функциональное назначение. Чаще всего это объектив и окуляр (например, в микроскопе или зрительной трубе); коллиматор, диспергирующая система и камера в спектрографе. Эти оптические подсистемы, в свою очередь, можно делить на меньшие подсистемы, и так далее вплоть до оптических деталей, которые неразложимы с функциональной точки зрения, то есть являются элементами.

От камеры-обскуры — к моноклюправить | править код

Простейшая оптическая система — камера-обскура, в которой можно выделить экран (например, белую стену, холст, или лист бумаги) и небольшое отверстие, играющее роль объектива.

Триплетправить | править код

Эволюция оптических схем привела к появлению систем из трёх линз, благодаря чему удалось существенно скомпенсировать наиболее заметные аберрации. Наиболее известна схема Триплет – несимметричный объектив, состоящий из собирающей, рассеивающей, и задней собирающей линзы.

Диафрагма в триплетах обычно расположена перед задней линзой. Триплеты характеризуются заметным падением резкости при открытой диафрагме (почти как монокли), но при малых относительных отверстиях (ниже F/16) они дают хорошую резкость. Эти объективы были широко распространеты в середине ХХ века, их выпускали практически все оптические фирмы в качестве штатного (базового) фотообъектива.

9.2. Эффективность соединения источников излучения со ступенчатым и градиентным многомодовым волокном

Как известно, входная линейная угловая апертура q _А и сплошная входная угловая апертура Q _мах (предполагая, что q _А имеет небольшое значение) в ступенчатых волокнах определяются выражениями :

sinq _А; (9.2.1)

, (9.2.2)

где n₁ и n₂ – показатели преломления сердцевины и оболочки волокна;

NA – цифровая апертура.

Для градиентных волокон данные выражения имеют вид:

sinq _А ; (9.2.3)

, (9.2.4)

где n₁(r) – показатель преломления сердцевины волокна; n₂ – показатель преломления оболочки; NA_l – локальная цифровая апертура, а при параболическом профиле:

n(r) ; (9.2.5)

. (9.2.6)

Рассмотрим эффективность ввода в многомодовое оптическое волокно излучения суперлюминесцентного SLED диода, имеющего характеристики ламбертовского источника

, (9.2.7)

где — нормальное к излучающей поверхности (равномерное) излучение источника;

— радиус источника.

В этом случае значение мощности на локальном участке торца равно

, (9.2.8)

а значение общей мощности, введенной в волокно, без учета отражений будет определяться выражением

(9.2.9)

где — радиус сердцевины или радиус источника причем выбирается тот, который меньше.

Имея значения и , можно определить эффективность соединения SLED с многомодовым волокном, которая в общем случае равна

. (9.2.10)

Для соединения SLED со ступенчатым многомодовым волокном данное отношение примет вид — если радиус источника меньше радиуса сердцевины; — если радиус источника больше радиуса сердцевины.

С типовым показателем для ступенчатого волокна соединение встык между SLED и этим волокном дает максимальную эффективность соединения, равную 0,3×0,3×100%=9%.

Аналогично эффективность соединения SLED с градиентным волокном равна

— если радиус источника £ радиуса сердцевины,

— если радиус источника > радиуса сердцевины.

Как и ожидалась, в этом случае в волокно может быть введено меньшее количество мощности, причем, если диаметр равен диаметру сердцевины волокна, может быть достигнуто только 50% эффективности ввода в ступенчатое волокно, в противном случае уровень введенной мощности будет и того меньше. Следует подчеркнуть, что рассмотренный режим согласования вызывает возбуждение в волокне всех доступных мод.

Полупроводниковые диоды с торцевой излучающей поверхностью ELED и лазерные диоды LD имеют значительно меньше отклонение луча, что приводит к более высокой интенсивности излучения, и могут рассматриваться по отношению к сердцевине волокна как точечные источники излучения ламбертовского типа. Характеристики луча таких источников аппроксимируются функцией косинуса в степени . Принимая данные допущения, общая мощность излучения таких источников может быть представлена в виде

. (9.2.11)

При этом значение мощности, введенной в ступенчатое или градиентное многомодовое волокна, можно определить решением интеграла с верхней границей , тогда

. (9.2.12)

Отсюда эффективность ELED и LD со ступенчатым и градиентным многомодовыми волокнами равна

. (9.2.13)

Здесь, помимо , расходимость луча источника определяет параметр , который для ламбертовскоо источника равен 1.

Очевидно, что точечные источники способны объединять в волокне значительно большее количество мощности, а дальнейшее усовершенствование эффективности соединения возможно при помощи линз, концентрирующих луч на торцевой поверхности волокна.