VR材质
一、菲涅尔反射（越远的地方反射越强烈，）
https://www.doczj.com/doc/85810880.html,/playlist/4344_1
二、材质
现实中除了金属，其他任何物体都是透明的，只是这透过去的光很弱，最后消失不计了。比较墙、砖。
折射率：水的折射率：1.33
玻璃：1.5-1.7
空气：1
钻石：2.4 （最高）
实验五 反射式光纤位移传感器 一、实验目的 了解反射式光纤位移传感器的结构，学习和掌握最简单、最基本的光纤位移传感器的原理和应用。 二、基本原理 反射强度调制式光纤传感器具有准确、结构简单、价格低廉等优点，广泛应用于各种位移、压力和温度传感器中。反射式光纤位移传感器的基本结构如图5-1所示，其中发射光纤通常由一根光纤构成，接收光纤有时候由单根光纤构成，而有些时候为了提高光的接收效率也经常由多根光纤构成。本实验采用的传光型光纤，它是由两根光纤的一端熔合后组成的Y 型光纤，一根作为发射光纤，端部与光源相接发射光束；另一根作为接收光纤，端部与光电转换器相接接收反射光。两根光纤熔合后的端部是工作端也称传感探头，截面为半圆分布即D 型结构。由光源发出的光传到端部出射后再经被测体反射回来，由另一束光纤接收光信号经光电转换器转换成电压信号。 图5-1 反射式光纤位移传感器示意图 传光型光纤反射式位移传感器的发射调制方法，可用等效分析法来分析。首先，画出接收光纤关于反射体的镜像，然后计算出该镜像接收光纤在发射光纤纤端光场中所接收到的光强值，最后将该光强值乘以反射体的反射率R ，作为传感器的最后输出光强。如图5-2中的a 图所示。 接收光纤的镜像坐标即它的等效坐标位置为F （2z ，d ），这里z 为发射接收光纤的端面与反射体之间的距离，d 为发射光纤轴心到接收光纤轴心之间的距离，由此可以获得接收光纤接收到的光强为： ]] )/(1[exp[])/(1[)(2 2/30202222/3020c c tg a z a d tg a z RI z I θζσθζσ+-?+= 其中，0I 为光源的光强，σ为表征光纤折射率分布的相关参数，对于阶跃折射率光纤，它的值为1，0a 为光纤的纤芯半径，ζ为光源种类及光源与光纤耦合情况有关的调制参数， c θ为发射光纤的最大出射角。此函数的曲线形状如图5-2中的b 图所示。 reflector
菲涅耳反射计算实验 1421202 张昊 A．蒙特卡罗方法计算菲涅耳反射的算法： 1、斜率累计概率分布为：F（tanψ）=1-exp[-0.5(tan2ψ)/σ2] (σ:斜率;ψ:倾斜角)。 2、斜率的方差与风速的关系式：σ2=0.003+0.00512×dwind（dwind：风速），将风速的值代 入上式，得到斜率的方差σ2。 3、取随机数R。 4、用R代替F（tanψ），得R=1-exp[-0.5×(tan2ψ)/σ2]，继而得到倾斜角、斜率和随机数R 的关系式即ψ=arctan{*-2×σ2ln(1-R)]1/2}，将斜率代入此式，得到倾斜角ψ。 5、产生随机数R，根据R所在区间确定倾斜角ψ的符号（在[0.0，0.5）区间为正，在[0.5， 1.0]区间为负），则入射角加上倾斜角ψ得到新的入射角，即dθ‘=dθ+ψ。 6、又因为n1sinθ1=n2sinθ2，n1:空气折射率=1，n2:海水折射率=1.333，θ1：入射角，θ2： 折射角，即sinθ1=1.333sinθ2，则θ2=arcsin（sinθ1/1.333） 7、求入射角和反射角的和差SUM和DIFF。由菲涅耳反射方程： （θαα：入射角；θωω：折射角）得： X=sin(DIFF)/sin(SUM)；Y=tan(DIFF)/tan(SUM)；RSURF=0.5×(X2+Y2)，求出RSURF。 8、只要RSURF的值比随机数R小，就将其记作被反射，最后用被反射的次数除以总光子 数，得出的比值即为菲涅耳反射率。 B．无风与有风条件下，菲涅耳反射随入射角度的变化曲线与特点。 （1）无风条件：①光线由空气入水，入射角分别为：0°、10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°的菲涅耳反射值； ②比较光子数为1000,10000,20000时的计算精度。 a. 特点：光子数为1000时：入射角<40°时，入射角越大，反射率越大；40°<入射角<60°时，入射角越大，反射率越小：入射角>90°时,入射角越大，反射率越大；入射
菲涅尔双面反射镜干涉 (测量实验) 一、实验目的 观察双平面干涉现象及测量光波波长 二、实验原理 如附图7所示的是双面镜装置是由两块平面反射镜M 1和M 2组成，两者间夹一很小的 附图7 菲涅尔双面镜 角?。S 是与M 1和M 2的交线（图中以M 表示）平行的狭缝，用单色光照明后作为缝光源。从同一光源S 发出的光一部在M 1上反射，另一部分在M 2上发射，所得到的两反射光 是从同一入射波前分出来的，所以是相干的，在它们的重叠区将产生干涉。对于观察者来说，两束相干光似乎来自S 1和S 2，S 1和S 2是光源S 在两反射镜中的虚像，由简单的几何光学原理可证明，由S 光源发出的，后被两反射镜反射的两束相干光在屏幕上的光程差与将S 1、S 2视为两相干光源发出两列相干光波到达幕上的光程差相同。与双棱镜实验相似，根据双棱镜的实验中推导出的公式/xd D λ=?，亦可算出它的波长λ。 三、实验仪器 1、钠光灯（可加圆孔光栏） 2、凸透镜L ： f=50mm 3、二维调整架： SZ-07 4、单面可调狭缝： SZ-22 5、双面镜 6、测微目镜Le （去掉其物镜头的读数显微镜） 7、读数显微镜架 : SZ-38 8、三维底座： SZ-01 9、二维底座： SZ-02 10、一维底座： SZ-03 11、一维底座： SZ-03 12、凸透镜： f=150mm 13、He —Ne 激光器(632.8nm) 14、白屏H ： SZ-13 15、二维调整架： SZ-07 16、通用底座： SZ-01 17、通用底座： SZ-01
四、仪器实物图及原理图 图十一（1） 图十一（2） 五、实验步骤 1、把全部仪器按照图十一的顺序在平台上摆放好（图上数值均为参考数值）， 靠拢后目测调至共轴。而后放入双面镜。 2、调节双面镜的夹角，使其与入光的夹角大约为半度，如图十一（2）。（亦 可用激光器替换钠灯，白屏H代替微测目镜，使细激光束同时打在棱边 尽量靠近的双面镜的两个反射镜上，在远离双面镜交棱的白屏上看到干 涉条纹。） 3、然后如图放入测微目镜，找到被双面镜反射的光线。调节单缝的宽度并 旋转单缝使它与双面镜的双棱平行，用测微目镜观察双平面反射镜干涉
表观反射率（反射率、反照率）的计算 第一步、分别计算各个波段每个像元的辐射亮度L 值： L=Gain*DN+Bias 或者 min min min max min max )(*L QCAL QCAL QCAL QCAL L L L +---= 式中，QcaL 为某一像元的DN 值，即QCAL=DN 。 QCALmax 为像元可以取的最大值255。QCALmin 为像元可以取的最小值。如果卫星数据来自LPGS(The level 1 product generation system)，则QCAL=1(Landsat-7数据属于此类型)。如果卫星数据来自美国的NLAPS ( National Landsat Archive Production System )，则QCALmin=0 (Ldsat-5的TM 数据属于此类型)。 根据以上情况，对于Landsat-7来说，可以改写为(QCALmin=1)： min min max )1(*254L DN L L L +--= 对于Landsat-5来说，可以改写为(QCALmin=0)： min min max *255L DN L L L +-= 表1 Iandsa-7 ETM+各个反射波段的Lmax 和Lmin 值 Table1The values of Lmmax and Lmin for reflecting bands of Landsat-7 表2 Landsat-5 TM 各反射波段的Lmax 和Lmin 值
的陆地、沙漠、冰与雪、水体、海冰、火山等6大类型)和太阳高度角状况来确定采用高增益参数或是低增益参数。一般低增益的动态范围比高增益大1.5倍，因此当地表亮度较大时，用低增益参数;其它情况用高增益参数。在非沙漠和冰面的陆地地表类型中，ETM+的1一3和5,7波段采用高增益参数，4波段在太阳高度角低于45度（天顶角>45度）时也用高增益参数，反之则用低增益参数。详见文献(NASA Landsat Project ScienceOffice , 1998b )。 第二步、计算各波段反射率（反照率、反射率）ρ： 波段） 为第i i Cos ESUN D L i () (2 θπρ???= 式中，p 为人气层顶(TOA)表观反射率(无量纲)，π为常量(球面度str)，L 为大气层顶进人卫星传感器的光谱辐射亮度(W ˙m-2-sr-1˙μm-1)，D 为日地之间距离(天文单位),ESUN 为大气层顶的平均太阳光谱辐照度(W ˙m-2-sr-1˙μm-1),θ为太阳的天顶角(θ=90?-β，β为太阳高度角， Cos(θ)也可以这样计算：Cos(θ)=Sin φ*Sin δ+Cos φ*Cos δ*Cosh,式中φ甲为地理纬度，φ为太阳赤纬，h 为太阳的时角。太阳赤纬是太阳光与地球赤道平面的夹角)。 也可以是： 2 )365)5.93(2sin 0167.01(cos )()(??????-+?= D E L s sun T πθλλπρ 其中,θs 为太阳天顶角, D 为儒略历(Julian) 日期,这两个参数可由数据头文件读 出。L (λ) 为入瞳辐亮度, Esun 为外大气层太阳辐照度。 上式成立的条件是假设在大气层顶，有一个朗勃特(Laribcitian)反射面。太阳光以天顶角θ人射到该面，该表面的辐照度为E = ESUN*Cos(θ)/D 2(吕斯哗，1981)。该表面的辐射出射度M=πL(吕斯骤，1981)。根据Lanbertian 反射率定义，大气层顶的表观反射率P 等于M 和E 的比值，即 波段） 为第i i Cos ESUN D L E M i () (2 θπρ???= = 表 3 随时间变化的日地距离（天文单位） 表 4 Landsat-7 和Landsat-5的大气层顶平均太阳光谱辐照度ESUN(W ˙m-2-sr-1˙μm-1)
表观反射率 遥感反射率的定义:地物表面反射能量与到达地物表面的入射能量的比值。遥感表观反射率的定义:地物表面反射能量与近地表太阳入射能量的比值。大气校正就是将辐射亮度或者表观反射率转换为地表实际反射率，目的是消除大气散射、吸收、反射引起的误差。 1、反射率:是指任何物体表面反射阳光的能力。这种反射能力通常用百分数来表示。比如说某物体的反射率是45%，这意思是说，此物体表面所接受到的太阳辐射中，有45%被反射了出去.英文表示:Reflectance 2、地表反射率:地面反射辐射量与入射辐射量之比，表征地面对太阳辐射的吸收和反射能力。反射率越大，地面吸收太阳辐射越少;反射率越小，地面吸收太阳辐射越多，表示:surface albedo 3、表观反射率:表观反射率就是指大气层顶的反射率,辐射定标的结果之一，大气层顶表观反射率，简称表观反射率，又称视反射率。英文表示为:apparent reflectance (=地表反射率+大气反射率。所以需要大气校正为地表反射率)。 “6S”模型输入的是表观反射率而MODTRAN模型要求输入的是辐射亮“5S”和度。 4、行星反射率:从文献“一种实用大气校正方法及其在,,影像中的应用”中看到“卫星所观测的行星反射率(未经大气校正的反射率)”;在“基于地面耦合的TM 影像的大气校正-以珠江口为例”一文有“该文应用1998年的LANDSAT5 TM影像,对原始数据进行定标、辐射校正,求得地物的行星反射率”。因此行星反射率就是表观反射率。英文表示:planetary albedo
5、反照率:反照率是指地表在太阳辐射的影响下，反射辐射通量与入射辐射通量的比值。它是反演很多地表参数的重要变量，反映了地表对太阳辐射的吸收能力。英文表示:albedo 它与反射率的概念是有区别的:反射率(reflectance)是指某一波段向一定方向的反射，因而反照率是反射率在所有方向上的积分;反射率是波长的函数，不同波长反射率不一样，反照率是对全波长而言的。反照率的定义是地物全波段的反射比,反射率为各个波段的反射系数。因此,反照率为地物波长从0 到?的反射比。 6. 地表比辐射率(Surface Emissivity)，又称发射率，指在同一温度下地表 发射的辐射量与一黑体发射的辐射量的比值，与地表组成成分，地表粗糙度，波长等因素有关。比辐射率的直接测量。理论上,比辐射率的测定有两种途径,一种是比色法,这种方法目前只能使用在被测物的温度大于50 ?的场合。因为信噪比太小, 不适合常温地球表面的测量。然而,随着传感器技术的发展,如果能测量零度以下物体的话,这种比色法似可取得突破性的发展; 另一种是亮度法。也是目前人们所采用的办法。在实验室里,利用封闭式黑体筒可以成功地测量地物的比辐射率。也可以利用主动和被动相结合的方法测量比辐射率,这种方法已在实验室里取得成功。利用二 氧化碳激光,可以远距离测量地物的比辐射率,目前,已经开始把这一技术向航 空和航天遥感扩展,它的可行性已经得到证实,其目标是对区 域范围的地物比辐射率进行直接测定。我们深信这种高技术的实现已为期不远了。这种比辐射率的直接测定,不仅可以直接获得比辐射率 区域分布,而且可以获得比辐射率的多角度以及地物性质的有关信息。这种研 究思路的实现,对定量热红外遥感的推动作用是巨大的。
仪器与电子学院实验报告 （操作性实验） 班级： 学号： 学生姓名： 实验题目：反射式光纤位移传感器特性实验 一、实验目的 1）掌握反射光纤位移传感器工作原理； 2）掌握反射光纤位移传感器静态特性标定方法。 二、实验仪器及器件 光纤、光电转换器、光电变换器、电压表、支架、反射片、测微仪。 三、实验内容及原理 反射式光纤位移传感器的工作原理如图3所示，光纤采用Y 型结构，两束多模光纤一端合并组成光纤探头，另一端分为两束，分别作为接收光纤和光源光纤，光纤只起传输信号的作用。当光发射器发生的红外光，经光源光纤照射至反射体，被反射的光经接收光纤至光电转换元件将接收到的光信号转换为电信号。其输出的光强决定于反射体距光纤探头的距离，通过对光强的检测而得到位移量。 图1 反射式光纤位移传感器原理及输出特性曲线 四、实验步骤 1、观察光纤结构：本仪器中光纤探头为半圆型结构，由数百根光导纤维组成，一半为光源光纤，一半为接收光纤。 2、将原装电涡流线圈支架上的电涡流线圈取下，装上光纤探头，探头对准镀铬反射片( 即
电涡流片)。 3、振动台上装上测微仪，开启电源，光电变换器Vo端接电压表。旋动测微仪，带动振 动平台，使光纤探头端面紧贴反射镜面，此时Vo输出为最小。然后旋动测微仪，使反射镜面离开探头，每隔0.5mm取一Vo电压值填入下表，作出V—X曲线。 4、根据所测数据求出平均值后，在坐标纸上画出输出电压-位移特性曲线（分前坡和后坡）， 计算灵敏度S=，并在坐标纸上画出V—X关系线性、灵敏度、重复性、迟滞曲线。 五、实验测试数据表格记录 表1 六、实验数据分析及处理 1、线性度： 图2 线性曲线
行星反射率的计算 1.打开ENVI软件→File→Open External File→Landsat→Geo TIFF→文件夹里 的图像 2.选择742波段为RGB值打开图像 3.将六个波段的DN值转化为亮度值：Basic Tools→Band Math→在Enter an expression的框里输入(b1-1)*(193.0+1.52)/254-1.52→Add to list→Ok→选定第一波段→Choose建立一个文件夹保存 4.重复步骤2，将第1至第7（第6除外）波段的DN值全部转化为亮度值，每 次代入相应波段对应的公式（见最后） 5.将六个波段的亮度值转化为反射率：Basic Tools→Band Math→在在Enter an expression的框里输入!pi*b1*1^2/(1957*cos(!pi*(90-65.3691418)/180))→Add to list→Ok →选定第一波段的亮度值（带公式的那个）→Choose建立一个文件夹保存6.重复步骤4，将第1至第7（第6除外）波段的亮度值全部转化为反射率， 每次代入相应波段对应的公式（见最后） 7.打包：File→Save as→ENVI standard→选择六个波段的反射率→Reorder 重排一下 8.打开保存好的反射率的文件选择742波段为RGB值打开图像 New Display 9.连接俩图像：在图像窗口Tools→Link→Link Displays→Dynamic选择Off 10.在图像上双击左键查看RGB的值 用ENVI的band math功能，将DN值向亮度值转换部分。 (b1-1)*(193.0+1.52)/254-1.52 (b1-1)*(365.0+2.84)/254-2.84 (b1-1)*(264.0+1.17)/254-1.17 (b1-1)*(221.0+1.51)/254-1.51 (b1-1)*(30.2+0.37)/254-0.37 (b1-1)*(16.5+0.15)/254-0.15 亮度值向反射率转换部分 !pi*b1*1^2/(1957*cos(!pi*(90-65.3691418)/180)) !pi*b1*1^2/(1829*cos(!pi*(90-65.3691418)/180)) !pi*b1*1^2/(1557*cos(!pi*(90-65.3691418)/180)) !pi*b1*1^2/(1047*cos(!pi*(90-65.3691418)/180)) !pi*b1*1^2/(219.3*cos(!pi*(90-65.3691418)/180)) !pi*b1*1^2/(74.52*cos(!pi*(90-65.3691418)/180))
Chapter 1 理论基础 1.1 介质中的Maxwell ’s equations 及物质方程 微分形式=t =J+t ==0B E D H D B ρ????-? ?? ??????? ??? ?? （1-1） 传导电流密度J 的单位为安培/米2(A/m 2)，自由电荷密度ρ的单位为库仑/米2(C/m 2)。同时有电磁场对材料介质作用的关系式，即物质方程（或称本构方程） 00==() J=D E E P B H H M E εεμμσ?=+?? =+???? （1-2） 麦克斯韦方程组及物质方程描写了整个电磁场空间及全时间过程中电磁场的分布及变化情况。因此，所有关于电磁波的产生及传播问题，均可归结到在给定的初始条件和边界条件下求解麦克斯韦方程组的问题，这也正是用以解决光波在各种介质、各种边界条件下传播问题的关键及核心。 1.2 积分形式及边界条件 由于两介质分界面上在某些情况下场矢量E 、D 、B 、H 发生跃变，因此这些量的导数往往不连续。这时不能在界面上直接应用微分形式的Maxwell ’s equations ，而必须由其积分形式出发导出界面上的边界条件。 积分形式0L S L S S S d E dl B d S dt d H dl I D d S dt D d S Q B d S ? =-?? ?=+?? ? =?? =???????????? （1-3）
得边界条件为21212121()0()()()0n E E n H H n D D n B B α σ??-=? ?-=?? ?-=???-=? （1-4） 式（1-4）的具体解释依次如下（具体过程详见《光学电磁理论》P20）： （1）电场强度矢量E 的切向分量连续，n 为界面的法向分量。 （2）α为界面上的面传导电流的线密度。当界面上无传导电流时，α=0，此时H 的切向分量连续。比如在绝缘介质表面无自由电荷和传导电流。 （3）σ为界面上的自由电荷面密度。 （4）磁感应强度矢量B 的法向分量在界面上连续。 Chapter 2 电磁波在分层介质中的传播 2.1 反射定律和折射定律 光由一种介质入射到另一种介质时，在界面上将产生反射和折射。现假设二介质为均匀、透明、各向同性介质，分界面为无穷大的平面，入社、反射和折射光均为平面光波，其电场表达式为 入射波0exp[()]i i i i E E i t k r ω=- 反射波0exp[()]r r r r E E i t k r ω=- 折射波0exp[()]t t t t E E i t k r ω=- 界面两侧的总电场为： 10020exp[()]exp[( exp[()] i r i i i r r r t t t t E E E E i t k r E i t k r E E E i t k r ωωω?=+=-?+-??? ==-???由电场的边界条件2 1()0n E E ?-=，有 000exp[()]exp[()]exp[()] i i i r r r t t t n E i t k r n E i t k r n E i t k r ωωω?-?+?-?=?-?欲使上式对任意的时间t 和界面上r 均成立，则必然有： i r t ωωωω=== （1-5）
菲涅尔镜片的原理和应用 菲涅尔镜片是红外线探头的“眼镜”，它就象人的眼镜一样，配用得当与否直接影响到使用的功效，配用不当产生误动作和漏动作，致使用户或者开发者对其失去信心。配用得当充分发挥人体感应的作用，使其应用领域不断扩大。 菲涅尔镜片是根据法国光物理学家FRESNEL发明的原理采用电镀模具工艺和PE（聚乙烯）材料压制而成。镜片（0.5mm厚）表面刻录了一圈圈由小到大，向外由浅至深的同心圆，从剖面看似锯齿。圆环线多而密感应角度大，焦距远；圆环线刻录的深感应距离远，焦距近。红外光线越是靠进同心环光线越集中而且越强。同一行的数个同心环组成一个垂直感应区，同心环之间组成一个水平感应段。垂直感应区越多垂直感应角度越大；镜片越长感应段越多水平感应角度就越大。区段数量多被感应人体移动幅度就小，区段数量少被感应人体移动幅度就要大。不同区的同心圆之间相互交错，减少区段之间的盲区。区与区之间，段与段之间，区段之间形成盲区。由于镜片受到红外探头视场角度的制约，垂直和水平感应角度有限，镜片面积也有限。镜片从外观分类为：长形、方形、圆形，从功能分类为：单区多段、双区多段、多区多段。 下图是常用镜片外观示意图：
下图是常用三区多段镜片区段划分、垂直和平面感应图。 当人进入感应围，人体释放的红外光透过镜片被聚集在远距离A区或中距离B区或近距离C 区的某个段的同心环上，同心环与红外线探头有一个适当的焦距，红外光正好被探头接收，探头将光信号变成电信号送入电子电路驱动负载工作。整个接收人体红外光的方式也被称为被动式红外活动目标探测器。 镜片主要有三种颜色，一、聚乙烯材料原色，略透明，透光率好，不易变形。二、白色主要用于适配外壳颜色。三、黑色用于防强光干扰。镜片还可以结合产品外观注色，使产品整体更美观。 每一种镜片有一型号（以年号+系列号命名），镜片主要参数：
大学物理实验 光纤技术专题实验 学院 班级 学号 姓名 教师张丽梅 首次实验时间2012年9月17日
浅谈反射式强度型光纤传感器 摘要：本文通过物理实验的经历和收获和查阅相关资料，简要地论述了反射式强度型光纤传感器的工作原理，以及国内外对该类传感器研究现状，指出其存在的问题和解决方法。 关键词：反射式光纤传感器，反射面，强度调制，研究，发展趋势 1引言 通过光纤技术专题实验，我对光纤的结构和一般性质，光纤的耦合、传输及传感特性有了一定的了解，尤其是在做第三个实验“光纤传感”时，对反射式强度型光纤传感器产生了浓厚的兴趣。通过查阅资料等手段，写下了这篇浅显的论文。 2反射式强度型光纤传感器及其原理 反射式强度型光纤传感器（RIM-FOS:Reflective Intensity Modulated Fiber Optic Sensor）具有原理简单、设计灵活、价格低廉等特点，并已在许多物理量
( 如位移、转速、振动等) 的测量中获得成功应用。其结构原理如图1。 图2 与传统传感器是以机- 电测量为基础相比,，光纤传感器则以光学测量为基础。从本质上分析, 光就是一种电磁波, 其波长范围从极远红外的1nm 到极远紫外线的 10nm。电磁波 的物理作用和生物化学作用主要因其中的电场而引起。因此, 在讨论光的敏感测量时必须考虑光的电矢量E 的振动。通常用下式表示:E=Asin( ωt+")
式中A—电场E 的振辐矢量; ω—光波的振动频率;"— 光的相位; t—光的传播时间。由上式可见, 只要使光 的强度、偏振态( 矢量A的方向) 、频率和相位等参量 之一随波测量状态的变化而变化, 或者受被测量调制, 那么, 我们就有可能通过对光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位的调制等进行解调, 获得我们所需要 的被测量的信息。最简单的反射式强度型光纤传感 ( RIMFOS)由光源、发送光纤、接收光纤、反射面以及 光电探测器组成.在图一中S 为光源, D 为检测器。光 源S 发出的光经发送 光纤束全反射传播, 到达反射面( 被测物) , 射 进入接收光纤束再次全反射传播到达检测器D, 测器D 输出相应的电信号U0。 U0=f( d) 在光纤芯半径r、光纤的数值孔径NA、反射面、 检测器已确定情况下, 输出电压U0 只是位移d 的函数。所以通过分析输出电压U0, 可以得到相应位移d的数值, 这样可以实现非接触微小位移的精密测量。
菲涅尔光学屏幕的成像原理解析 背投光学屏幕目前广泛应用于大型会议室、指挥控制中心、培训教育、电视会议、展示厅、展览馆、礼堂、体育馆、音乐厅、超级市场、机场、车站、码头、自助餐厅、橱窗等场合，甚至各种环境光强烈的复杂环境。那么到底什么是为光学屏幕和菲涅尔光学屏幕，他们是如何成像的呢，于传统投影屏幕有什么区别呢？ 1、光学屏幕定义 包含一个或多个光学镜头系统的投影屏幕称为光学屏幕，在镜头里面，光线被折射，方向发生了改变，只有背投屏幕能控制光线的方向，故只有背投屏幕才有光学屏幕。光线的方向取决于投影屏幕材料的折射系数及镜头的剖面形状。2、市面上有哪些光学背投屏幕 目前市面上主要菲涅尔光学屏幕有丹麦DNP公司的GWA巨型广角屏幕/NWA 新广角屏幕/Holo Screen/SIGMA西格玛屏幕、美国Stewart斯图尔特公司的/背投漫反射硬幕/BlackHawk Xtreme NEW/MicroWave背投光学屏幕/PowerView背投光学屏幕/OptaWave背投光学屏幕、丹麦SVS公司的WA1806背投光学屏幕/vision2000防滑伤光学屏幕、成都FSCREEN菲斯特公司的FL光学屏幕。 丹麦DNP公司是世界最著名的菲涅尔光学屏幕制造商，下面我们主要以DND公司菲涅尔光学屏幕为样本来解释器光学原理，其他公司的基本原理都差不多。 3、光学菲涅尔镜头 传统的镜头与菲涅尔镜头的区别如下图所示：
菲涅尔镜头中只有曲面是镜头中起作用的部分，若将其他部分去掉并拉平有效的镜头部分（如右图所示）就得到了一个菲涅尔镜头。镜头由CAD/CAM加工中心采用钻石切割，一块屏幕上，多达10,000种不同的镜头剖面，背投屏幕模具投资巨大，DNP公司是唯一拥有自己的模具厂的背投屏幕制造商。故DNP每一种系列的产品都有不同的焦距；每个剖面的尺寸＝屏幕的点距（分辨率）。 4、菲涅尔镜头与柱状镜头工作原理及结合后工作原理示意图 菲涅尔及柱状镜头结合可达到180度水平观视角，DNP屏幕广角系列因此在全球获得巨大的市场占有率。成为多年来市场上最受欢迎的投影屏幕，适于各种应用场合。 菲涅尔与雾状透镜结合的屏幕也是DNP公司九种屏幕系列中的一种。它是专门为某些特殊应用而开发的，几年前就已投放市场。但由于视角不如广角屏幕系列，适用面较窄，DNP公司仅将其作为一种补充产品。 5、双层屏幕与单层屏幕的区别，双层屏幕具有以下几个特点： 有比单层屏幕更好的中心到边角的亮度均匀性； 非常适用于短距离投影 非常适用于多屏幕拼接。 6、DNP公司双层屏幕增高对比度的两种滤光系统工作原理图
五、注意事项 1.不得随意摇动和插拔面板上的各种元器件，以免造成实验仪不能正常工作。 2.光纤传感器弯曲半径不得小于5㎝，以免折断。 3.旋动螺旋测微丝杆尾帽中出现咔咔声表示不能继续前进，不能超过其量程。 4.在使用过程中，出现任何异常情况，必须立即关机断电以确保安全。 5.不得用手触摸反射面，以免影响实验结果。 六、实验操作 1）光路与机械系统组装调试实验 1.按照图3安装光纤传感器，把输入光纤、输出光纤分别插入实验板上的光源座孔和探测器PD座孔上，把光纤传感器探头安装在光纤卡架上。 图3 光纤传感器安装示意图 2.将发射和接收部分接入电路，探测器输出信号处理电路不接调零电路，输出端U0接入电路板上电压表。 3.调节光纤传感器探头，使探头与反射面接触。 4.选择智能可调档位200mv或者2v档位。 5.打开电源开关，调节螺旋测微丝杆使光纤传感器离开反射面，观察电压表显示变化，并分析。 6.关闭电源。 2）发光二极管驱动实验1.按照图3安装光纤传感器，把输入光纤、输出光纤分别插入实验板上的光源座孔和探测器PD座孔上，把光纤传感器探头安装在光纤卡架上。 2.仅仅把发射部分接入电路。 3.调节光纤传感器探头，使探头与反射面接触。 4.打开电源开关，调节螺旋测微丝杆使光纤传感器离开反射面，观察电压表显示变化，并分析。 5.关闭电源。 3）光电探测器PD接收实验 1.按照图3安装光纤传感器，把输入光纤、输出光纤分别插入实验板上的光源座孔和探测器PD座孔上，把光纤传感器探头安装在光纤卡架上。 2.仅仅把接收部分接入电路。 3.调节光纤传感器探头，使探头与反射面接触。 4.打开电源开关，调节螺旋测微丝杆使光纤传感器离开反射面，观察电压表显示变化，并分析。 5.关闭电源。 4）光纤位移传感器输出信号放大处理实验 1.按照图3安装光纤传感器，把输入光纤、输出光纤分别插入实验板上的光源座孔和探测器PD座孔上，把光纤传感器探头安装在光纤卡架上。 2.将发射和接收部分接入电路，探测器输出信号处理电路接调零电路，输出端U0接入电压表。 3.调节光纤传感器探头，使探头与反射面接触。 4.打开电源开关，调节螺旋测微丝杆使光纤传感器离开反射面某一距离后维持不动，调节增益旋钮，观察电压表显示变化，并分析。 5.关闭电源。 5) 光纤位移传感器输出信号误差补偿电路 1.按照图3安装光纤传感器，把输入光纤、输出光纤分别插入实验板上的光源座 7
菲涅尔透镜的原理及应用 （国防科大理学院光学小组第六组） [摘要] 菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆。菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。菲涅尔透镜可按照光学设计或结构进行分类。菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用；二是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。 [关键词] 菲涅尔透镜；原理；分类；应用；研究与发展状况 本文主要从菲涅尔透镜的历史，基本原理，分类，作用，应用以及国内外的研究与发展状况等方面完整介绍了菲涅尔透镜的相关知识。 1.简介 菲涅尔透镜 (Fresnel lens)，又称螺纹透镜，是由法国物理学家奥古斯汀·菲涅尔（Augustin·Fresnel)发明的，他在1822年最初使用这种透镜设计用于建立一个玻璃菲涅尔透镜系统——灯塔透镜。菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的，透镜的要求很高，一片优质的透镜必须是表面光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，多在1mm左右，特性为面积较大，厚度薄及侦测距离远。
菲涅尔透镜 菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用；二是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。多用于对精度要求不是很高的场合，如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。 2.菲涅尔透镜的历史 通过将数个独立的截面安装在一个框架上从而制作出更轻更薄的透镜，这一想法常被认为是由布封伯爵提出的。孔多塞(1743-1794)提议用单片薄玻璃来研磨出这样的透镜。而法国物理学家兼工程师菲涅尔亦对这种透镜在灯塔上的应用寄予厚望。根据史密森学会的描述，1823年，第一枚菲涅尔透镜被用在了吉伦特河口的哥杜昂灯塔（Phare de Cordouan）上；透过它发射的光线可以在20英里（32千米）以外看到。苏格兰物理学家大卫·布儒斯特爵士被看作是促使英国在灯塔中使用这种透镜的推动者。 3.菲涅尔透镜的基本原理 菲涅尔透镜的工作原理十分简单：假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面（如：透镜表面），拿掉尽可能多的光学材料，而保留表面的弯曲度。
地表反射率、温度、 植被指数
地表反射率、温度、植被指数、几何精纠正和Landsat影像
结果与分析 一、DNVI建模 【地表反射率】 第3波段第4波段【DNVI】
【3、4波段表观反射率和地表反射率的线性关系】 【表观反射率和地表反射率的线性关系数学表达式】 波段关系式波段关系式 1波段y=0.8933*x+0.0473 4波段y=0.9401*x+0.0065 2波段y=0.8801*x+0.0242 5波段y=0.9399*x+0.001 3波段y=0.9161*x+0.0143 7波段y=0.9584*x+0.0004 【部分地物的DNVI值】 地物DNVI值min max mean stdev Reservior 0.057713 0.338587 0.145087 0.038598 Snow -0.12395 0.152669 0.025088 0.031572 Bare Land 0.105628 0.374843 0.192701 0.043621
Urban -0.356923 0.038094 -0.273288 0.045284 Plant 0.333387 0.786695 0.656094 0.081619 Desert 0.071897 0.155663 0.100783 0.014291 River 0.043469 0.429917 0.127503 0.08131 【结果与分析】：通过对提取地物的DNVI值的可以发现，绿色的DNVI值比较高，原因是绿色植物叶绿素引起的红光吸收和叶肉组织引起的近红外光反射使得植被在近红外波段和红光波段有很大的差异；水体和裸地在红光波段和近红外波段反射率相当，因此水库和裸地的NDVI值接近0；雪地NDVI最低值中出现负值，是由于在近红外波段比可见光波段有较低的反射率；沙漠中植被很少，因此其近红外波段和红光波段的反射情况和裸地类似，因此其NDVI值接近于0；河流的NDVI值稍大于由于河流中存在一定的含沙量，使得地物在近红外波段的反射率大于近红外波段。 二、温度反演 【温度反演】 低增益温度反演高增益温度反演 【第1波段部分地物低增益温度反演数据】 开尔文温度摄氏温度 反演温度 地物min max mean stdev min max mean Reservior 287.47641 289.289886 288.13127 0.388036 14.32641 16.13989 14.98127 Snow 273.154785 293.990417 278.177771 3.788266 0.004785 20.84042 5.027771 Bare Land 295.989319 310.676086 303.445647 2.819391 22.83932 37.52609 30.29565 Urban 300.165253 310.928528 307.469228 1.530421 27.01525 37.77853 34.31923 Plant 294.278015 305.525879 298.698402 2.333251 21.12802 32.37588 25.5484 Desert 302.605286 309.915955 306.491575 1.39902 29.45529 36.76596 33.34158 River 300.438721 313.922485 305.865796 4.320705 27.28872 40.77249 32.7158
反射式光纤位移传感器实验报告 一、实验内容 1、按照光路图搭建各类光学元件 2、用螺丝固定两侧推平移平台，侧推平移台装在滑块上，然后采用 FC=FC对接法兰连接半导体激光输出接口与塑料反射式传感光纤，塑 料反射式光鲜FC端口与功率计感应端口通过光纤法兰座固定。 3、塑料反射式传感光纤螺纹端夹持固定可调棱镜支架中，并调节可调 棱镜支架的调节旋钮使出射的光路与导轨平行。 4、调节反射镜与反射式光纤跳线之间距离，使得反射端紧贴反射镜， 调节旋钮使得反射光与入射光重合达到反射镜与光路垂直，直到显示 的功率接近0值。 5、固定反射镜与可调棱镜的位置，旋转沿光轴方向（导轨方向）xuan 转侧推平移台尺杆，使反射镜远离光纤发光端，并记录位移-功率值数 据并绘制实验图，在曲线图中线性最好的那一段可作为实际位移传感 器应用。 二、实验结果 三、实验分析 如图，线性较好的第一段（即位移在0-0.3mm间）满足线性化，可作为实际位移传感应用。反射式光纤位移传感器是一种传输型光纤传感器。光从光源耦合到光源光纤，通过光纤传输，射向反射片，再被反射到接收光纤，最后由光电
转换器接收，转换器接受到的光源与反射体表面性质、反射体到光纤探头距离有关。当反射表面位置确定后，接收到的反射光光强随光纤探头到反射体的距离的变化而变化。显然，当光纤探头紧贴反射片时，接收器接收到的光强为零。随着光纤探头离反射面距离的增加，接收到的光强逐渐增加，到达最大值点后又随两者的距离增加而减小。反射式光纤位移传感器是一种非接触式测量，具有探头小，响应速度快，测量线性化（在小位移范围内）等优点，可在小位移范围内进行高速位移检测。
地表反射率、温度、植被指数、几何精纠正和Landsat影像
Basic Tools|Band Math，在Band Math对话框中输入公式，公式中的ｂ３和ｂ４分别选取第3和第4波段的地表反射率。然后导出结果。 二、地表温度反演 1、计算辐射亮度。加载htm影像，根据头文件中的数据，得到1、2波段的辐射亮度的计算公式0.067086617777667001*b1+(-0.067086617777667001)和0.037204722719868001*b2+(3.1627953249638470)，步骤同上，得出辐射量度的计算结果。 2、辐射反演。利用公式T=k2/ln(k1/Lλ+1)算地物的辐射反演，其中T为开尔温度；查找参数值：k1=666.09; k2=1282.71;Lλ分别利用步骤1中的波段1和波段2的辐射量度。 3、统计反演后的地物的温度值，并比较其差异。打开反演后的温度影像，右击影像选择ROI Tool，统计各种地物值的最大值，最小值，均值，标准差，将其统计到Excel中，比较其差异。 结果与分析 一、DNVI建模 【地表反射率】
第3波段第4波段【DNVI】 【3、4波段表观反射率和地表反射率的线性关系】
【表观反射率和地表反射率的线性关系数学表达式】 波段关系式波段关系式 1波段y=0.8933*x+0.0473 4波段y=0.9401*x+0.0065 2波段y=0.8801*x+0.0242 5波段y=0.9399*x+0.001 3波段y=0.9161*x+0.0143 7波段y=0.9584*x+0.0004 【部分地物的DNVI值】 地物DNVI值min max mean stdev Reservior 0.057713 0.338587 0.145087 0.038598 Snow -0.12395 0.152669 0.025088 0.031572 Bare Land 0.105628 0.374843 0.192701 0.043621 Urban -0.356923 0.038094 -0.273288 0.045284 Plant 0.333387 0.786695 0.656094 0.081619 Desert 0.071897 0.155663 0.100783 0.014291 River 0.043469 0.429917 0.127503 0.08131 【结果与分析】：通过对提取地物的DNVI值的可以发现，绿色的DNVI值比较高，原因是绿色植物叶绿素引起的红光吸收和叶肉组织引起的近红外光反射使得植被在近红外波段和红光波段有很大的差异；水体和
菲涅尔衍射常用计算方法的研究 菲涅尔衍射积分有多种计算方法，其中常用的三种计算方法有傅里叶变换算法、卷积算法和角谱衍射算法，本节在对菲涅尔衍射深入研究的基础上，对上述常用的三种计算方法进行了较为详细的研究和比较，得出了在相同条件下，从运算时间的角度来看，角谱衍射算法具有一定优势的结论[36]。 2.4.1 傅里叶变换算法（S-FFT 算法） 由式（3.1.11）知，菲涅尔衍射公式是一个傅里叶变换过程 ()()()()()222200000exp j j ,exp y 2j ,exp 2kd k U x y x jd d k U x y x y d λ ??? = +?? ?? ? ????+?? ????? ? （2.4.1） 式中，?表示傅里叶变换。这种算法只需要一次傅里叶变换便能完成衍射计算，称之为傅里叶变换算法，以下我们简称S-FFT 算法（single fast Fourier transform algorithm ）。如果对式（2.4.1）进行离散化处理，则 ()()()()()()()() () 2 2 2 2 000000000exp j j ,exp j 2j ,exp 2kd k U m x n y m x n y d d k U m x n y m x n y d λ ?????= ?+?? ??? ? ???????+???? ???? ? （2.4.2） 式中，0x ?，0y ?是衍射面的抽样间隔，x ?，y ?是观察面的抽样间隔，0m ，0n ， m ，n 分别为衍射面和抽样面的某抽样点数，且001,2,,m M = ，001,2,,n N = ， 01,2,,m M = ，01,2,,n N = 。0M ，0N 和M ，N 分别为衍射面和观察面上的 总抽样点数。 在进行S-FFT 计算时，通常衍射面的尺寸、取样点数、衍射距离和光波波长都是已知的，只需要确定观察面尺寸。现在仅讨论沿x 轴方向的情况，其结果可直接扩展到y 轴方向。如果实际空间长度为0x L 米的空间取样且有x N 个抽样点，由抽样定理得知，得到其最高空间频率为