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整理可见光的光谱及各种光的波长
【2017年整理】可见光的光谱及各种光的波长
各种光的波长
各种光的波长
可见光的光谱
颜色波长频率
红色约625—740纳米约480—405兆赫
橙色约590—625纳米约510—480兆赫
黄色约565—570纳米约530—510兆赫
绿色约500—565纳米约600—530兆赫
青色约485—500纳米约620—600兆赫
蓝色约440—485纳米约680—620兆赫
紫色约380—440纳米约790—680兆赫
电磁波的波长和强度可以有很大的区别,在人可以感受的波长范围内(约380纳米至740纳米),它被称为可见光,有时也被简称为光。
假如我们将一个光源各个波长的强度列在一起,我们就可以获得这个光源的光谱。
一个物体的光谱决定这个物体的光学特性,包括它的颜色。
不同的光谱可以被人接收为同一个颜色。
虽然我们可以将一个颜色定义为所有这些光谱的总和,但是不同的动物所看到的颜色是不同的,不同的人所感受到的颜色也是不同的,因此这个定义是相当主观的。
一个弥散地反射所有波长的光的表面是白色的,而一个吸收所有波长的光的表面是黑色的。
一个虹所表现的每个颜色只包含一个波长的光。
我们称这样的颜色为单色的。
虹的光谱实际上是连续的,但一般人们将它分为七种颜色:
红、橙、黄、绿、青、蓝、紫,但每个人的分法总是稍稍不同的。
单色光的强度也会影响人对一个波长的光的颜色的感受,比如暗的橙黄被感受为褐色,而暗的黄绿被感受为橄榄绿,等等。
显示器无法产生单色的橙色)。
出于眼睛的生理原理,我们无法区分这两种光的颜色。
也有许多颜色是不可能是单色的,因为没有这样的单色的颜色。
黑色、灰色和白色比如就是这样的颜色,粉红色或绛紫色也是这样的颜色。
波动方程是用来描写光的方程,因此通过解波动方程我们应该可以得到颜色的信息。
在真空中光的波动方程如下:
utt=c2(uxx+uyy+uzz)
c在这里是光速,x、y和z是空间的坐标,t是时间的坐标,u(x,y,z)是描写光的函数,下标表示取偏导数。
在空间固定的一点(x、y、z固定),u就成为时间的一个函数了。
通过傅里叶变换我们可以获得每个波长的振幅。
由此我们可以得到这个光在每个波长的强度。
这样一来我们就可以从波动方程获得一个光谱。
但实际上要描写一组光谱到底会产生什么颜色,我们还的理解视网膜的生理功能才行。
亚里士多德就已经讨论过光和颜色之间的关系,但真正阐明两者关系的是艾萨克?
牛顿。
约翰?
沃尔夫冈?
歌德也曾经研究过颜色的成因。
托马斯?
杨1801年第一次提出三元色的理论,后来赫尔曼?
冯?
亥姆霍兹将它完善了。
1960年代人们发现了人眼内部感受颜色的色素,从而确定了这个理论的正确性。
人眼中的锥状细胞和棒状细胞都能感受颜色,一般人眼中有三种不同的锥状细胞:
第一种主要感受红色,它的最敏感点在565纳米左右;第二种主要感受绿色,它的最敏感点在535纳米左右;第三种主要感受蓝色,其最敏感点在445纳米左右。
杆状细胞只有一种,它的最敏感的颜色波长在蓝色和绿色之间。
每种锥状细胞的敏感曲线大致是钟形的。
因此进入眼睛的光一般相应这三种锥状细胞和杆状细胞被分为4个不同强度的信号。
因为每种细胞也对其他的波长有反映,因此并非所有的光谱都能被区分。
比如绿光不仅可以被绿锥状细胞接受,其他锥状细胞也可以产生一定强度的信号,所有这些信号的组合就是人眼能够区分的颜色的总和。
如我们的眼睛长时间看一种颜色的话,我们把目光转开就会在别的地方看到这种颜色的补色。
这被称作颜色的互补原理,简单说来,当某个细胞受到某种颜色的光刺激时,它同时会释放出两种信号:
刺激黄色,并同时拟制黄色的补色紫色。
事实上,某个场景的光在视网膜上细胞产生的信号并不是完全被百分之百等于人对这个场景的感受。
人的大脑会对这些信号处理,并分析比较周围的信号。
例如,一张用绿色滤镜拍的白宫照片——白宫的形象事实上是绿色的。
但是因为人大脑对白宫的固有印象,加上周围环境的的绿色色调,人脑的会把绿色的障碍剔除——很多时候依然把白宫感受成白色。
这被称作现象在英文中被称作“Retinex”——合成了视网膜(retina)和大脑皮层(cortex)两个单词。
梵高就曾使用过这个现象作画。
人眼一共约能区分一千万种颜色,不过这只是一个估计,因为每个人眼的构造不同,每个人看到的颜色也少许不同,因此对颜色的区分是相当主观的。
假如一个人的一种或多种锥状细胞不能正常对入射的光反映,那么这个人能够区别的颜色就比较少,这样的人被称为色弱。
有时这也被称为色盲,但实际上这个称呼并不正确,因为真正只能区分黑白的人是非常少的。
杆状细胞。
杆状细胞虽然一般被认为只能分辨黑白,但它们对不同的颜色的灵敏度是略微不同的,因此当光暗下来的时候,杆状细胞的感光特性就越来越重要了,它可以改变我们对颜色的感觉。
进化论的角度来论证人对基本颜色的感受应该是一致的。
鸟,有些动物感受颜色的细胞的种类比人少,比如大多数其它哺乳动物。
有些动物可以感受到人看不见的颜色,比如蜜蜂可以感受紫外线。
集合被称为色彩空间。
在这里我们仅仅描写人的色彩模型。
人的色彩空间
假如我们用欧氏空间中的x、y和z轴相应表示人的三种锥状细胞最敏感的波长的强度的话,那么我们就可以获得一个三维的色彩空间。
这个空间的原点代表的是黑色。
离原点越远,光的强度就越强。
白色在这个空间中没有固定的点,按照色温以及周围光的不同我们可能将这个图中不同的点看做白色。
人可以感受到的颜色在这个图中是一个底部是马踢形的锥体。
理论上来说这个锥体没有止点,但过于强烈的光会损坏人的眼睛。
在光的强度低的情况下,人对颜色的感受会发生变化,但总的来说,人对右图中黑线所描绘的部分是敏感的。
精确地说,在这个图中不存在棕色或灰色这样的颜色,这些颜色实际上是比周围颜色暗的橙色和白色。
这一点我们很容易证明:
我们在看一个投到一块白布的投影机的图象时我们会看到白布上投的黑字,但实际上这些黑字的颜色与白布本来还没有被投影时的颜色是一样的。
投影后这些黑字周围的白布被照亮了,因此我们感觉到它们比较黑了。
从右面的图中我们还可以看到,人无法看到纯的红色、绿色或蓝色,这是因为我们的锥状细胞对其他颜色也起反应。
在我们看纯蓝色时,我们的红色和绿色的锥状细胞也产生信号,就好象在蓝色中还夹杂着红色和绿色一样。
啊
CIE1931chromaticitydiagram
不同的光谱可以在人眼中产生同样的颜色感,比如日光灯的白光是由几个相当窄的光谱线构成的,而太阳光则是由连续的光谱构成的。
就其光而言,人眼无法区分两者。
只有当它们反射在不同颜色的物体上时,我们才看得出来一个是日光灯的光,一个是太阳光。
在大多数情况下人能看得出的颜色可以由元色搭配而成。
照片、印刷、电视等就使用这种方式来体现颜色的。
尽管如此搭配出来的颜色往往与纯的单色不完全相同,尤其在可见光谱的中部搭配的颜色只能非常地接近单色光,但无法完全达到它的效果。
比如绿光(530纳米)和蓝光(460纳米)搭配在一起可以产生青光。
但这个青光总使人有不十分纯的感觉。
这是因为人的红色锥状细胞同时也可以感受到绿色和蓝色,它们对搭配的颜色的反映比对纯的青色(485纳米)的反映要强一些,因此我们会感到搭配的颜色有点“红”,有点不纯。
此外一般在技术上使用的元色本身也都不纯,因此一般来说它们无法完全地表现纯的单色光。
不过自然界中很少有真正的纯的单色光,因此一般来说由元色组成的颜色可以很好地反映原来的颜色。
一个技术系统能够产生的颜色的总和被称为色域。
在通过照相机或扫描仪录取颜色的时候也会产生误差。
一般这些仪器中的感光元件的感光特性与人眼的感光特性相差甚远。
因此在特别的光照下这些仪器所产生的颜色可能会与人眼所感受到的相差很大。
与人眼的颜色感受不同的动物(比如鸟可以感受四种不同的颜色)可以区分对人来说相同的颜色,因此对它们来说适合人看的图象有时会非常不可理解。
RGB色彩立方体
发光的媒体(比如电视机)使用红、绿和蓝加色的三元色,每种光尽可能只刺激针对它们的锥状细胞而不刺激其它的锥状细胞。
这个系统的色域占人可以感受到的色彩空间的大部分,因此电视机和计算机荧光屏使用这个系统。
理论上我们也可以使用其他颜色作为元色,但使用红、绿和蓝我们可以最大地达到人的色彩空间。
遗憾的是对于红、绿和蓝色没有固定的波长的定义,因此不同的技术仪器可能使用不同的波长从而在荧光屏上产生稍微不同的颜色。
CMYK色彩立方体
将青色、洋红色和黄色透明的色素涂在白色的底上我们可以获得更大的色域。
这三种颜色是减色的三元色。
有时我们还加入黑色来产生比较暗的颜色。
衍射,一定颜色的光会被向一定的角度反射。
这个物体的表面就会产生特别的彩虹般的闪光。
孔雀的羽毛、许多蝴蝶的翅膀、贝母等就会产生这样的结构颜色。
最近一些汽车制造商也使用特别的漆来达到这样的荧光效果。
法国的红白蓝。
不同的文化在这里可能有很大的差异,比如中国传统白色是丧色,而在西方国家白色往往代表纯洁
XD-WSS-1型水介式超声波水(液)位计
数据采集、数据传输一体化1.简介
XD-WSS-1型水介式超声波水,液,位计产品水文仪器许可证号:
XK07-002-00018,为水利部重点科技推广项目。
产品由现代超声波技术、微电子技术、现代通讯技术组合而成~是以水为介质的沉底隐装型自动水位计量采集和GPRS无线传输一体化产品~适用于水库、灌区领域的水位采集~大坝渗漏监测等~是灌区信息化的实用型选择。
2.主要配臵
a.水位计室内机/水位计外用机,根据客户要求选用其一,
b(换能器及缆线
图2-1水位计及换能器,左为室内机~右为外用机,3.主要特点
•水位数据采集、RTU功能和GPRS无线传输模块一体化,
•安装简便~廉价PVC管替代建造测井的土建工程及费用;
•野外无人值守~可定时自动采集和招测,
•测量探头可沉底隐匿式安装~降低盗损几率,
•水位测量精度高~有cm级和mm级二种精度可供选择,
•技术功能集成度高、仪器体积小(18cm×16cm×10cm),
•闲灌季节可方便收库存放~来年再放臵应用。
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4.主要性能指标
•工作量程0.1m—30m,按规格不同,
•测量误差?
1cm、?
2mm,按精度要求,
•工作频率200—800kHz,按规格不同,
•测量盲区?
10cm—25cm,按频率和量程不同,
•数据处理及传输方式RS232/485串口GPRS无线数传
•供电电源DC12V5.仪器系统工作流程
5.1仪器应用连接示意框图
5.2仪器工作方式
超声波水位计机内嵌数据处理及DTU通讯模块,可由信息中心通过无线公共网络,GSM/GPRS,向仪器发送测量工作指令,同时~仪器将测量的水位数据通过无线公共网络发到中心主站服务器中。
超声波水位计也可由计算机近距离直接控制定时段自动测量~并将测量数据存贮以备调用。
5.3仪器具体连线与功能应用
5.3.1按照仪器室内机背板(图5-2)上的标识连线
1.将外用机航插与换能器插座连接;
2.将电源DC12V按标识接入插座;
3.将RS232串口与计算机连接。
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图5-2仪器背板
5.3.2RS232串口针脚连线定义:
2脚用于数据传输,3脚用于计算机向水位计发送测量工作指令,5脚为接地。
5.3.3水位计数据通讯格式
数据通讯格式:
$个十百千万
波特率:
9600bps
5.3.4电脑显示程序安装应用:
电脑显示应用软件由公司用电子邮件的方式传递给客户~客户可下一载到计算机硬盘。
用鼠标直接双击安装程序~不用修改任何设臵参数~直接点下一步~直至程序安装完成。
程序自动安装在C盘的ProgramFiles目录下。
双击打开软件,见图5-3,~每次运行软件~需要进行“串口设臵”~才能通过串口接收水位数据。
串口设臵时~只需在“串口选择”的选择框内选择水位计连接的通讯串口编号~其它设臵默认即可,见图5-4,。
图5-3
图5-4
5.3.5启动工作与调整
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在仪器与相关设备连接完成后~启动面板上的开关~仪器即处于待机状态~内嵌的通讯模块接收由信息中心定时发出或人工发出的招测工作指令~仪器由待机状态转换为工作状态~将测量的水位数据发送至信息中心。
6.换能器水下固定安装
本水位仪是以水作为测量传播媒介~其换能器隐匿安装于水底~其声脉冲向上发射至水面返回由换能器接收而进行水位测量。
根据应用现场的不同~有以下几种安装方式。
6.1梯形断面水位测量点安装方式:
见图6-1、6-2、6-3、6-4、6-5,
根据现场实际情况~在紧挨渠道的堤坡上垂直埋下一套PVC管结构~达到水文测量的静水井功效以取代土建工程井。
具体操作是:
1、将配件中的Φ75*Φ50的PVC三通管及其它PVC附件取出~根据需要在当地购臵一定长度的Φ75和Φ50的PVC管。
2、根据渠堤面到渠底的垂直高度~合适裁取一定长度的Φ75PVC管和一定长度的Φ50PVC连通管~一并与三通相连接并垂直埋入渠堤断面中。
Φ75PVC管底部尽可能与渠底水平并要求较高的垂直度,声脉冲直线反射运行的需要,,过滤网与Φ50PVC连通管顶端相配接。
3、将相应长度的Φ50的PVC管与装配有换能器的Φ50的PVC短接连接~电缆线顺管用尼龙扎带扎牢~垂直放臵于Φ75的PVC静水管中,另在Φ75的PVC静水管上端锯开一个小口便于电缆线横向隐匿掩埋至电线杆旁通向仪器箱内。
4、用盖板将Φ75的PVC静水管盖住~加土或草皮掩埋即可,一
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旦灌期结束可将其取出带回入库存放~下一年度再放臵应用。
图6-1梯形断面安装示意图
6-2PVC套筒安装细节示意图
6-3PVC套筒实物拼装示意图,1,
6-4PVC套筒实物拼装示意图,2,
6-5PVC套筒实物拼装示意图,3,
6.2闸、渠垂直建设物水位测量点安装方式
闸壁、渠壁等设安装点,可将换能器固定在50mm—70mm的PVC静水管底部~并直接将PVC管垂直固定在建设物壁面上即可,安装方式一,~也可将换能器配装在L型弯角件上~长边部分直接固定在建筑扬垂直面上,安装方式二,。
图6-3垂直渠壁安装示意
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6.3水库、湖泊、干渠的水位测量点安装方式:
将换能器直接安装在水尺桩上,方式一,~或在低水位处垂直埋设专制的固定插件~将配装有换能器的L型弯角件与其固定,安装方式二,~电缆线沿堤坡掩埋~仪器臵于机房内或选用外用机型予以掩埋在堤坡处。
见图6-4,
图6-4换能器、外用机安装示意
6.4安装应注意的问题
1、安装换能器时~其表平面必须尽量调整到水平向上~便于声波的垂直发射和接收,
2、安装换能器时尽量满足能测量最低水位~同时顾及到超声波有一定的测量盲区(从声换能器表面向上一段距离无法测量)的原理特性~量程在10m以内的仪器盲区约为20cm。
3、安装换能器时注意不能靠近水底淤泥~以免被淤埋影响正常使用。
4、外用机是全密封防水的~掩埋时注意用重物压住填实~以免涨水时漂浮到水面~造成盗损。
6.5仪器测量调整与渠底0位值设定
根据水利渠系流量、水位计量要求~一般以渠底设定为0水位~本仪器内装臵有用于0水位调整设定功能的拨码条。
仪器和换能器安装完成后~在有一定水位高程的情况下开机计量
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调试~此时显示出的计量数据为换能器表面到水平面的距离,此数据与从渠底到水面的实际水位高度有一定的差值~这就需要用拔码装臵将仪器测量并显示的数据与实际水位数据调整一致。
拨码块装臵在仪器的下层电路板上~打开仪器盒~旋掉上层线路板螺钉~水平拔起上层线路板~即可在下层电路板进行拨码设定操作。
图6-5拨码块示意图
6.5.1拨码数值计算
实际水位高度,水位计当前显示距离,差值,拨码数值,
根据计算出的拨码数值~运用二进制或十进制的加法~将相对应的数字键拨至ON位~都可以达到准确显示出实际水位的目的。
例:
假设当水位计安装好后测量显示的水位值为225cm~而当时水位的实际高度为317cm时~317-225=92~即二个数的差值为92cm。
例图6-6
6.5.2二进制数值拔码具体操作步骤:
运用机算机中windows附件的“计算器”~将上述计算十进制“差值”转换成二进位数表示值。
打开计算器~点击“查看”工具条~选择“科学型”~在计算器中输入十进制差值数“92”~点击“二进制”~计算器数值结果显示窗出现二进制转换表示值”1011100”。
即:
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根据二进制数值~从低位到高位把1对应的拨码键拨到ON位~0对应的拨码键保持原位不变~例:
二进制数101100对应的是低位拨码块,右码块,的6号、5号、4号、2号键~将这几个键位拔到ON即可。
见图6-7,
6-7拨码92cm实际例图
注意:
拔码操作时请注意实物拔码块和示意图的方向差别
设定完成后~将电路板按原样插回~再次启动仪器测量~此时仪器显示数据与实际水位值可保持一致。
重新将仪器盒装好~如是外用机~合盖时一定须对称旋紧密封盖板上的螺钉~以防有水渗入~造成电路短路。
6.5.3十进制数值拨码操作步骤
如没有十进制与二进制数值进行转换的条件~则可使用相对繁琐的十进制数值拔码方法。
参照拨码键位上方对应的数字~如果没有相同的数字~则选择比它小且最接近的数字作为减数~直至结果为0。
以上例中92为例进行拔码操作:
1、根据拨码原则,选择比设定值小且最接近,~因为92没有直接对应的数字位~所以~在拔码盘中首先选择比92小且最接近的数值是64~其对应键位是2~将键位2的滑动块拨到ON方向即可,
用92减去最大接近值64得92-64=28
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2、同理~再选择比余数28小且最接近的数值是16~其对应的键位是4~将键位4的滑动块拨到ON方向,
用28减去最大接近值16得28-16=12
3、以此类推~余数12的最大接近值8所对应的是键位5号~将
键位5的滑动块拨到ON方向,12-8=4
4、余数4有直接对应的键位是6号~将键位6的滑动块拨到ON方向~此时余数为0即完成拔码程序,4-4=0,
5、拨码完成后~拔动结果与二进制拔动结果一致,见图6-7,。
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