第三章 激光衍射测量技术

1、激光测量技术激光测量技术，第三章激光衍射测量技术，3.1激光衍射测量原理，光的波长，小孔/屏幕，狭缝/灯丝上明显的衍射现象；特性：战场、非接触、稳定性、自动化程度、准确度、菲涅耳、夫琅和费衍射、1、菲涅耳、夫琅和费氏衍射，夫琅和费衍射是牙齿场衍射测量的基本原理。2、单缝衍射测量；(1)单缝衍射测量原理；(b)单缝衍射测量的基本公式；远场衍射条件；通过暗条纹公式知道的：如果不大，则为3360；测量对象大小或轮廓的变化量；(3)单缝衍射测量的分辨率、精度和范围测量分辨率、衍射测量灵敏度Xk的测量分辨率决定了狭缝的测量分辨率。例如：用仪器的随机误差理论，可以得到衍射测量误差。2.测量准确度，考虑环境

2、因素的影响，一般测量的准确度可达0.5米。例如，1)b越小，衍射越大，灵敏度越低，3 .测量范围，Lb2/，仪器大小限制，B基本确定，L=1000mm，b0.8mm，常规D的宽度为0.01mm到0.5mm，3，圆孔衍射测量，屏幕接收强度：有两种茄子方法：(1)激光衍射测量方法，(2)绝对测量方法，(2)增量测量方法，以及间隔测量方法位移。基本装置：测量变形装置：间距测量方法是灵敏的光传感器，可以用于测量应力、压力、温度、温度等各种物理量的变化，第K条深色条纹符合以下条件：利用由试样边缘和反射镜组成的狭缝进行衍射测量。是的，通过向上展开执行三角运算，所以有：牙齿。可以任意角度测量两个xk值。特征

3、：1，灵敏度加倍2，入射光3。使用分离间距法、参考物和诗篇的一个平面内未形成的衍射条纹进行精确测量的方法称为分离间距法。P1出现深色条纹的条件：问题：构成狭缝的两边不在同一平面内，P2点出现深色条纹的条件：4，4，分离间隔衍射的条件。瓦比内的原理，细线，细条纹可以进行衍射测量：互补测量法测量细长直径的范围一般为0.0l0.1mm，测量精度为0.05m，5。基于埃里温测量法、圆孔的夫琅和费衍射原理。艾莉班中心的亮点和暗环没有明显的界限，所以使用能量比较法间接测量。假设：通过微孔衍射获得的明暗条纹总能量不会随孔的微小变化而变化，但明暗条纹的强度分布会随孔的变化而急剧变化。方案：光电探测器5设计为接

4、收衍射图的全部能量(中心光斑和前四个明亮环)，光电接收器7仅接收来自irion的部分光能量，通常选择irion面积的一半。电压比较器比较光电接收器5和7的电压信号，得出测量的孔径。6 .衍射频谱检测方法、傅里叶光学已知的：平面光波朝向衍射屏后远场发生夫琅和费，衍射光强分布由衍射屏的复振幅的傅里叶变换确定。激光衍射频谱检测方法采用衍射条纹傅里叶变换表面的频谱变化检测工件表面缺陷，适用于金属体、集成电路面具、纤维、导线和硅片等表面检测。1 .傅里叶变换检测法直接利用镜头的傅里叶变换特性，用光电探测器检测物体的光谱，分析和处理信号，然后判断是否有缺陷。应用方法：2。二次傅里叶变换探测法利用透镜衍射的

5、二次傅里叶变换。获得检测到缺陷的图像，通过视觉或光电检测直接确定缺陷大小和缺陷位置。1，构成各种物理量的传感器，3.3激光衍射测量的应用节目，激光衍射测量是高精度、小规模精密测量技术，许多物理量(例如压力、温度、流速、折射率、折射率、电场或磁场)可以通过相应的转换器转换成线性位移，然后使用激光衍射效果进行测量。2，薄膜材料表面涂层厚度的测定。这些小间隙测量装置也可用于旋转轴径向跳动、圆棒直径的变化、圆柱度等静态和动态测量。3、全长截面测量。棱镜的总长度必须由激光束同时照亮。通常用于测量线性边上的物体。还可以测量曲率小的弧形或某些不规则分量。4，通过变位和间距的距离测量，在封闭集装箱(如真空)中

6、研究弹性物体的变形，可以用传感器监视地震或重力加速度的变化。特征：探测器可以远离传感器，如果需要遥测或有害环境，对观察尤其有利。5，振动测量，悬挂以基准棱镜为基准，在伴奏期间不断改变接缝宽度B，使衍射条纹在一个方向扫掠探测器，当振幅达到极限时，条纹向相反方向移动。方波A和A对应于改变振动方向时要测量的物体的转折点，A和A之间的整数和小数部分的条纹数对应于峰间振幅，是弦板振幅的两倍。6，直径和条带宽度测量，1 .漆包线激光动态直径测量仪，作用：由于漆包线厚度变化，漆包线外径变化显示在测量仪的显示中。这样可以手动调整油漆参数，并确保油漆质量。扩大CCD动态范围并阻止0级条纹，以避免CCD探测器饱和

7、。CCD输出信号处理、低通滤波器：最大限度地减少信号失真，例如CCD像素2048、数据时钟1MHz、结构设计时允许CCD接收24个条纹。每个条纹周期T=2048/4=512s。考虑到CCD接收的信号是非周期性的，实际应用中使用二次巴特沃斯低通滤波器，截止频率为101/T。暗点识别：为了准确测量，必须正确识别信号衍射模式。其中，自动识别了(1) CCD信号衍射图案的暗点数。(2)可以准确定位每个暗点的位置。有困难：衍射图案发生了很大变化，衍射图案的暗点清晰度很小，因为测量的灯丝直径有一定的分布范围。衍射图案暗点的识别：通常使用逐点扫描衍射图案的扫描来识别暗点的数量。理论上，在连续扫描中，如果一个

8、点满足下两个茄子条件，则暗点： (1)的当前点值可以视为小于上一个点值。(2)下一个点值大于当前点值，由于存在很多不确定性，要识别的信号在局部区域内是平滑的，不连续的。直接使用上述算法会导致识别失败，从而可以在： (1)中使用中值过滤器对信号进行平滑处理，如下所示。(2)使用滑动窗口内信号的平均值而不是单点值扫描衍射图案。使用非线性中值滤波器的目的是消除信号的峰值干扰(主要由量化引入)，以确保局部范围内信号的平滑度，但必须合理选择滤波器的宽度。否则无法达到目的。使用滑动窗口内信号的平均值代替单点值扫描识别线模式，可以消除信号范围波动对识别的影响，提高暗点识别的可靠性。，识别暗点可以获得暗点的近

9、似位置(扫描到暗点时，请记下其位置)。由于识别时信号是非线性处理的，并且扫描是由滑动窗口执行的，因此此时得到的暗点的位置非常粗糙，不能达到测量精度，因此需要更准确地定位暗点。暗点的确切位置基于以下三个茄子前提：(1)衍射图案的分布符合数学关系。(2)精确的暗点位置应该靠近已经得到的近似暗点位置。(3)近似暗点附近的远视数据包含有关暗点实际位置的统计信息。(1)记录近似暗点位置，同时标识暗点数。(2)从近似暗点位置附近获取一定数量的远视数据，使用最小二乘拟合远视数据，得到平滑的曲线。(3)在特定阶段搜索拟合曲线，以获得曲线上暗点的精确位置。如果步长小于像素大小，则具有细分效果。根据这些前提，在已

10、知的近似暗点位置附近充分利用原始数据的信息，找到暗点的准确位置。牙齿算法可以描述为：2。条带宽度测量，要求：皮带对激光束的光轴具有精确的位置。否则，将出现测量错误。3.转经扫描式激光直径测量仪，4。狭缝扫描式激光直径测量仪，旋耕扫描式直径测量仪通过测量条纹间距S值，测量细丝直径狭缝扫描直径测量仪。通过细胞的衍射模式分析病变，通过阵列CCD接收衍射模式，寻找红细胞变形指数和方向的变化，衍射强度的径向分布曲线等，根据计算结果判断病变。39，激光粒子大小测量仪，补充，传统粒子大小测量方法：沉降器，筛分方法，显微镜，最流行的粒子大小测量设备：激光粒子大小测量仪，优点：测量速度，重复性，动态范围，操作简

11、便，1，工作原理粒度越小粒子大小越大，偏差量越小。如果只考虑粒子大小大(至少2倍波长以上)的小角度散射(小于散射角5)，则散射广场也可以用更简单的夫琅和费衍射理论粗略地解释。发射、接收和测量窗口等三部分，发射部分由光源和光束处理装置组成，主要为仪器提供单色平行光作为照明光。接收机是仪器光学结构的核心。测量窗口主要允许测量的样品在完全分散的悬挂状态下通过测量区域，从而使仪器获得样品的粒度信息。接收器由傅里叶透镜和光电探测器阵列组成，激光发射的激光束经过聚焦、低通滤波器和准直，变为直径为825毫米的平行光，照亮测量窗口内的粒子后发生散射。散射光通过傅里叶透镜后，相同散射角的光聚焦在探测器的相同半径

12、上。探测单元输出的光电信号表示每个范围内的散射光能量(大小由探测器的内部、外部半径差和镜头的焦距确定)，每个单元输出的信号构成散射光能量的分布。散射光的强度分布总是中心大，边缘小，但勘探单位的面积总是内外大小，因此测量的光能分布的峰值通常在中心和边缘之间的一个单位。随着粒子直径的变化，散射光的分布范围增大，光能分布的最高点也随之移动。因此，不同大小的粒子对应于不同的光能分布，相反，测量的光能分布可以估计样品的粒度分布。第二，光程结构的改进，激光粒子系统的重要技术指标是测量下限，激光粒子系统光学结构的改进基本上是为了扩大测量下限或小粒子段的分辨率。基本想法是增加散射光的测量范围，测量准确度，或减

13、少光的波长。德国Sympatec使用了具有不同焦距的8组傅立叶镜头。探测器的半径不变，因此焦距越小，其散射角度越大，可测量的粒子大小就越小。焦距不同的镜头徐璐对应不同的测量范围。添加辅助探针弥补环形探针阵列的最大外径不足，扩大仪器对散射光的接收角度，扩大仪器的测量下限。但是受到傅里叶透镜瞳孔的限制。优点：最大接收角度不受傅里叶透镜口径限制，缺点是只能在小散射角度(5)下获得精确的焦点。散射角越大，焦点误差越大。存在焦点误差意味着探测器的一个位置与确定的散射角不匹配，从而降低仪器的分辨率。优点：大大提高了以测量窗口和环探测器中心之间的光轴为直径的球体上分布大角探测器的聚焦精度。优点：添加了背面散

14、射光(90的散射光)接收机制的镜头背面傅里叶结构。扩大散射角接收范围，扩大粒度测试的下限。变化：添加斜入射、短波长的光束。如果只有正入射光，则散射光从测量窗口发射到空气中时，由于整个反射现象而发射到空中。假设静止介质是水，则48138范围内的散射光不会被探测器接收。光灯入射使上述角度范围内的散射光比测量窗玻璃的入射角小，从而避免整体反射的限制。此外，散射光的分布范围取决于粒子大小与光波长的比率。在相同的散射角度下，光源的波长越短，相应的粒子大小就越小。因此，用短波长照明光斜入测量窗口，可以有效地放大测量下限。双镜头结构的作用与传统双镜头相同。三束中，光束1主要作为入射光，像传统的照明光一样工作

15、，光束2用于扩大前散射光的射角，光束3用于扩大后散射光的射角方形区域。改进：PIDS测量技术提高，缺点：只能在亚微米粒子的低端使用。如果需要测量分布很广的采样，则只能使用PIDS系统测量微粒。粗粒子必须用现有的激光散射原理测量，然后结合数据。牙齿两种茄子测量原理有本质的区别，数据连接需要很高的技巧和经验。措施：为了提高小粒子的分辨率，PIDS使用了三种茄子不同的波长。使用的光源是白色自然光，通过过滤器和偏转器徐璐获得不同波长和偏振状态的光源。pids:极化强度差，散射光的偏振强度差。利用微米粒子对水平偏振和垂直偏振徐璐具有不同的散射场分布。相比之下，大粒子在两种偏振状态下没有任何差别。优点：有效补偿了激光内部偏振模式竞争引起的对角散射光的不稳定性，提高了亚微米粒子测量的精度。变化：在角散射