6-2激光在精密测量中的应用-激光衍射测长
激光原理与技术--第六章 激光在精密测量中的应用
半波长的奇数倍时----- 出现明纹。
21
我们把k =士1的两个暗点之 间的角距离作为中央明纹的 角宽度．中央明纹的半角宽度
Δθ0≈λ∕a
◆暗纹中心位置公式:
◆明纹中心位置公式:
明纹 暗纹
◆光强分布公式:
单缝衍射测量仪器示意图
4
6.1.2 激光干涉测长系统的组成
除了迈克尔孙干涉仪以外，激光干涉测长系统还包括激光光源、可移 动平台、光电显微镜、光电计数器、显示记录装置
7.干涉条纹计数时，通过移相获得两路相差π/2的干涉条纹的光强信号， 该信号经放大，整形，倒向及微分等处理,可以获得四个相位依次相差π/2 的脉冲信号（图6-5）。
图6-2 反射器
3
6.1.2 激光干涉测长系统的组成
5.激光干涉仪的典型光路布局有使用角锥棱镜反射器的光路布局，如图6-3示。
图6-3 典型光路布局
6. 移相器也是干涉仪测量系统的重要组成部分。常用的移相方法有机械移相（图6-4）， 翼形板移相，金属膜移相和偏振法移相。
图6-4 机械法移相原理图
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基本原理
The Michelson interferometer is shown in Figure 1. The basic optical path of laser interferometer length measurement is a Michelson interferometer, and this makes use of interference fringes ,which are the traces of points owing the same path difference, to reflect the information of measured object. It uses the partially reflecting element P to divide the light from laser source into two mutually coherent beams which are reflected by M1 and M2 .The output intensity of an interferometer is a periodic function of the length difference between the measuring path and the reference path of the interferometer. Typical length measurements with a laser interferometer are performed by moving one reflector of the interferometer along a guideway and counting the periodic interferometer signal, e.g. the interference fringes. These results are unambiguous as long as the length difference between two consecutive measurements is within λ/2. Interpolation of the fringes can lead to a resolution of the length measurement below 1nm. The bright fringes occur when the path difference is kλ and the dark fringes when it is (k+1/2)λ,where k is any integer.
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
激光衍射方法是一种常用的非接触式测量纺织品细丝直径的方法。
相比传统的直径测
量方法，如显微镜测定法和拉力测定法，激光衍射法具有高精度、快速、不会对纤维产生
伤害等优点。
激光衍射法的基本原理是利用激光束的衍射现象，通过对衍射光的干涉图案进行分析，可以计算出纺织物细丝的直径大小。
在测量过程中，将纺织品细丝放置在激光束中心，激
光束通过光阑限制其大小，使其成为一个圆形的光斑，然后让激光束通过纺织品细丝，当
激光束与纺织品细丝相遇时，会产生衍射现象，衍射光会在示波器上形成一幅干涉图案。
根据衍射光干涉图案的形状和大小，可以计算出纺织品细丝的直径大小。
激光衍射法的优点是测量过程中不会对纤维产生损伤，能够测量微小的纤细丝，精度高，速度快。
对于纤细丝直径的测量在纺织品生产的各个环节中都具有重要的应用价值。
例如，在精纺过程中需要控制纤维的直径大小，以保证纱线的强度和质量；在纺织面料制
造过程中，需要测量细丝的直径大小，以便控制面料的质量；在纤维科学研究中，需要对
纤维的直径大小进行分析和比较，以探究纤维的物理化学性质。
因此，激光衍射法是一种非常重要的测量手段。
随着激光技术的不断发展，激光衍射
法将会越来越被广泛应用在纺织、化学等领域。
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
激光衍射法是一种常用于测量纺织品细丝直径的非接触式测量方法。
它利用激光光束通过纺织品细丝产生的衍射现象，结合适当的数学模型，可以准确地计算出细丝的直径。
在激光衍射法测量纺织品细丝直径时，首先需要准备一台激光仪器。
这台仪器通常由激光光源、光电探测器、计算机等组成。
激光光源会发出一束单色激光光束，经过透镜后形成平行光束照射到样品上。
当激光光束通过纺织品细丝时，会产生衍射现象，衍射光会被光电探测器接收到。
通过测量衍射光的强度分布，就可以计算出细丝的直径。
具体测量时，可以选择两种方式进行激光衍射法测量纺织品细丝直径，分别是垂直衍射法和平行衍射法。
垂直衍射法是将激光光源正对纺织品细丝，由光电探测器接收衍射光。
这时，细丝直径与衍射光的分布图案有直接的关系。
通过分析衍射光的强度分布，可以计算出纺织品细丝的直径。
由于纺织品细丝与光轴垂直，所以在计算时需要考虑细丝的俯视角等因素，以减小误差。
无论是垂直衍射法还是平行衍射法，都需要进行一定的数据处理和计算才能得到准确的纺织品细丝直径。
常用的处理方法包括傅里叶变换、图像处理等。
在实际测量中还需要考虑一些影响因素，如光源的波长、细丝的折射率等。
用激光衍射测量微小长度的变化
把 装 置 在 加 热 器 中 的金 属 棒 一 端
固定 ，另 一 端 和 一 参 考 物 构 成 一 个 缝 宽 可 随 金 属 棒 温 度 变 化 而 变 化 的 单 狭
缝 ，在 光 屏 上 产 生 对 应 的 条 纹 间 距 也 随 之 变 化 ．金 属 棒 的 长 度 ｈ 由 于 温 度 的 变 化 而 引 起 变 化 ．变 化 量 △ 就
Ｈ
加 的结 果 ，在 透 镜 Ｌ 第 二 焦 平 面 的 屏 幕 上 可 以得 到 一 组 平 行 于 ｌ 狭缝 的 明 暗 相 间 的 衍 射 条 纹 ， 中 央 条 纹 最 亮 最 宽 ．我 们 选 择 Ｈ—Ｎ ｅ ｅ激 光 器 进 行 上 述 实 验 ，因其 具 有 良好 的 单 色 性 和方 向性 ， 当激 光 照 射 到 狭 缝 时 ， 满 足 远 场 条 件 ．在 》 ６ ／ ２时 ，就 会 得
维普资讯
第４ 第 ２ 卷 期 ２００２年 ６月
辽 宁 师 专 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ａ ｎ ｎ ｏ ｒ ａ ｆＬｉ ｏ ｌ ￣Ｔｅ ｃ ｅ ｓ Ｃｏ ｅ ｅ ａ ｈ ｒ Ｈ ｇ
ＶＯ１ ４ Ｎ０ ． ． ２
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图１
剑 夫 艰 和费 衍 射 图像 ．根 据 计 算 结 果 ，屏 幂 上 与 光 轴 方 向成 ０角 Ｐ 处 的 光 强 为 ： Ｑ
， Ｑ＝， （ ｉｆ） ０ 下 １ ｓ ｎ
式 中 ：— ｓ ｎ０ ￣ ｉ ｂ
＿
一
（） １
； ６为 狭 缝 宽 度 ； 为 单 色光 的波 长 ； ０为 衍 射 角 ．
文 章 编 号 ： １０ ０ ８—５ ８ （０ ２ ０ ６ ８ ２ ０ ２—０ ２ ０ Ｊ ０ １— ２
激光干涉测长技术
contents
目录
• 激光干涉测长技术概述 • 激光干涉测长的应用领域 • 激光干涉测长的技术优势与局限性 • 激光干涉测长的实验技术与操作流程 • 激光干涉测长的实际应用案例 • 结论
01 激光干涉测长技术概述
定义与特点
定义
激光干涉测长技术是一种基于光 的干涉原理的高精度长度测量方 法。
总之，激光干涉测长技术在未来仍将 发挥重要作用，为各领域的长度测量 提供更加准确、高效、可靠的技术支 持。
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精密测量案例
总结词
非接触、高效率
详细描述
在精密测量领域，激光干涉测长技术常用于测量各种运动机构的位移和速度。由于其非接触的测量方 式和高效率的特性，能够实现快速、准确的测量，为运动控制系统的优化提供了有力支持。
科学研究案例
总结词
高灵敏度、高分辨率
详细描述
在科学研究中，激光干涉测长技术常用于测量微观尺度的变化，如生物样品的生长、化 学反应的进程等。由于其具有高灵敏度和高分辨率的特性，能够捕捉到细微的变化，为
输标02入题
该技术基于光的干涉原理，通过测量激光干涉条纹的 数量来获取长度信息，具有非接触、无损、快速、高 精度的优点。
01
03
随着激光技术和数字信号处理技术的不断发展，激光 干涉测长技术的精度和稳定性得到了显著提高，为各
领域的长度测量提供了有力支持。
04
激光干涉测长技术的精度和稳定性主要取决于激光光 源的相干性、光学系统的稳定性和干涉条纹的计数精 度等方面。
03 激光干涉测长的技术优势 与局限性
技术优势
高精度测量
远程测量
激光干涉测长技术具有高精度的测量能力 ，能够实现纳米级甚至更高精度的长度测 量。
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径纺织品的细丝直径是评估其质量的重要指标之一。
现有的测量方法包括显微镜测量和电子显微镜测量。
但这些方法需要昂贵的仪器和技术人员，并且需要对样品进行处理和准备。
因此，需要一种简便、准确、非破坏性的方法来测量纺织品细丝直径。
激光衍射法是一种测量尺寸的非破坏性方法，已广泛应用于许多领域。
本篇文章将介绍应用激光衍射法测量纺织品细丝直径的原理、方法和应用。
1. 原理激光衍射法是利用光的散射现象来测量物体直径的方法。
当激光束穿过物体时，光线会散射，形成一个光斑。
通过测量光斑的大小和位置，可以计算出物体的直径。
对于细丝来说，如果光斑比细丝直径小得多，即光斑处于光的衍射极限之内，那么衍射现象就不能忽略。
这时，可以利用 Fresnel 衍射公式来计算细丝直径，公式如下：d = (λL)/(a(sinθ1 + sinθ2))其中，d 是细丝直径，λ 是激光波长，L 是激光到细丝的距离，a 是光斑直径，θ1 和θ2 是光斑中心处的散射角。
2. 方法激光衍射法的测量步骤如下：(1) 将纺织品细丝固定在一个支架上，使其与激光光路垂直。
(2) 将激光指向细丝，使其穿过细丝并产生光斑。
(3) 调整光斑位置，使其在摄像机的视野内。
(4) 利用摄像机对光斑进行拍摄，然后对图片进行处理，如裁剪和调整亮度和对比度。
(5) 利用图像处理软件对光斑的大小和位置进行测量，然后代入 Fresnel 衍射公式，计算出细丝直径。
需要注意的是，测量时要保持光路稳定，避免干扰，同时选用合适的激光波长和光斑大小，以保证测量的准确性。
3. 应用激光衍射法在纺织品领域的应用主要包括以下几个方面：(1) 评估纺织品细丝直径的精度和一致性，以确定产品质量。
(2) 比较不同纤维的细丝直径，研究其影响因素，如纤维类型、纺纱方式等。
(3) 评估纺织品的抗拉强度和伸长率等力学性能，以及对其进行耐久性测试。
(4) 研发新型纤维材料和纺织品，通过测量细丝直径以评估其性能。
激光测距
图6-25 激光衍射准直仪的原理结构图
波带片是一块具有一定遮光图案的平玻璃片（图6-26）
25 图6-26 波带片示意图
激光多自由度测量
任何一个物体在空间都具有六个自由度，即在x,y,z三个直角坐标轴方向 的平动和绕x,y,z三个坐标轴的转动。 六自由度测量系统 日本Nihon大学和Sophia大学研究了一种用于同时测量机床工作台六自 由度误差的光学测量系统。
d
Ls 2 2 2
Байду номын сангаас
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相位测量和多测尺测距
当被测距离大于一个波长时，相位超过 2 ，因此可以表示为
d Ls ( N
) 2
式中是不足2的相位移的尾数，N为相位移的整数部分。
任何测量交变信号相位移的比相方法都不能确定出相位移的整周期数， 因而当距离d大于测尺长Ls时，就需要更长的测尺来测定距离，但是 长的测尺在相位差的测量精度一定的条件下距离的分辨率也会减小， 因此既要保证测量精度又要扩大测量的范围就需要设臵多个测尺，用 大的测尺提高测量的范围，用小的测尺提高测量精度
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差频法测相位的数学模型
设主控振荡信号 ed A cos(2 t 0 ) 该信号被光电接收放大后变为 emS B cos(2 d t 0 m ) 设本地振荡信号 el C cos(2 l t )
在混频器的输出端分别得到差频参考信号er（ ed 和 el 混频）和测距 信号em （ ems 和 el 混频） ，它们的表达示为
) 则： 2 上式中Ls可以认定为一个新的测尺长度，其相应的测尺频率s是 c c Ls 2 Ls1 c 1 1 s s ( ) s1 s 2 2 Ls 2 Ls1 Ls 2 2 Ls1 Ls 2 d Ls ( N
双频激光干涉仪的原理与应用
双频激光干涉仪的应用研究
1、物理学领域中的应用
在物理学领域中，双频激光干涉仪被广泛应用于长度测量、光学腔衰荡、光 学陷阱等方面。例如，通过测量两个反射镜之间的距离，可以得出光学腔的长度， 进而研究光学腔的衰荡现象。另外，双频激光干涉仪还可以用于测量微小的距离 变化，如光学陷阱中的原子或分子位置的变化。
一、双频激光干涉仪的原理
双频激光干涉仪利用激光干涉和衍射现象来测量长度和角度。它包含两个振 荡频率不同的激光束，经过叠加后产生干涉图案。干涉图案的周期和相位差与被 测长度和角度有关。通过测量干涉图案的变化，可以推导出被测长度和角度的值。
双频激光干涉仪的原理框图如图1所示。激光器发出两束频率不同的激光， 经过分束器后分别形成参考光束和测量光束。这两束光在干涉仪内部进行叠加， 产生干涉现象。干涉仪的高精度光学系统能够将干涉图案聚焦成清晰的图像，并 由探测器进行接收。
4、土木工程领域中的应用
在土木工程领域中，双频激光干涉仪被广泛应用于测量建筑物、桥梁和隧道 等结构的变形和振动。通过测量建筑物或桥梁的振动频率和振幅，可以得出结构 的固有频率和阻尼比等重要参数。此外，双频激光干涉仪还可以用于测量地壳的 微震和地震等自然灾害的参数。
双频激光干涉仪的实验研究
1、双频激光干涉仪的基本原理
实验结果表明，双频激光干涉仪具有高精度、高稳定性和快速响应等特点。 通过改变双频激光束的频率差，可以扩大干涉仪的测量范围。另外，通过将双频 激光干涉仪与其他仪器结合使用，可以扩展其应用范围，例如将双频激光干涉仪 与扫描显微镜结合使用，可以得出微观结构的高精度三维形貌。
结论尽管双频激光干涉仪已经得到了广泛的应用，但是其仍有需要进一步研 究和改进的地方。例如，如何提高双频激光束的相干性、如何降低外界因素对实 验结果的影响以及如何实现实时在线测量等问题需要后续进行深入探讨。总的来 说，双频激光干涉仪在科学和技术上的应用前景非常广阔，未来研究将会有更多 的成果涌现，为人类认识世界和解决问题提供更多的工具和方法。
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径激光衍射法是一种常用的测量纺织品细丝直径的方法。
该方法通过将激光打在细丝上，利用激光光源在细丝表面的衍射效应，结合适当的测量仪器，可以准确地测量出纺织品细丝的直径。
激光衍射法测量纺织品细丝直径的原理是，当激光照射到细丝上时，激光光源产生的光束会经过细丝表面的散射、折射等效应，形成衍射光斑。
根据衍射光斑的形状和大小，可以间接得到细丝的直径。
具体操作步骤如下：1. 准备工作：准备一台激光器和一个细丝样本。
激光器产生的激光光束应具有狭窄且稳定的光束。
细丝样本应有一定的长度，并且表面要光滑干净，尽量减少杂质的干扰。
2. 设置实验装置：将激光器固定在一定的位置上，并调整光线的照射角度，使激光光束能够均匀地照射到细丝上。
将一个光敏感器放置在细丝的另一侧，用于接收经过细丝散射的光线。
3. 进行测量：打开激光器，使其发射激光光束。
当光束照射到细丝上时，会形成一个衍射光斑。
通过光敏感器接收到的光信号，可以获取到衍射光斑的亮度分布情况。
4. 数据处理：使用计算机或其他相应的软件，对接收到的光信号进行处理和分析。
通过分析衍射光斑的亮度分布特点，可以间接计算出细丝的直径。
具体的计算公式和方法根据实际情况而有所差异。
激光衍射法测量纺织品细丝直径具有准确性高、非接触性、快速性等优点。
该方法也存在一定的限制和不足。
仪器设备的高昂价格、光线干扰、细丝样本的形态变化等因素都会对测量结果产生一定的影响。
激光衍射法是一种有效的测量纺织品细丝直径的方法。
在实际应用中，可以根据具体的需求选择适当的设备和方法，以提高测量的准确性和稳定性。
衍射原理的应用
衍射原理的应用1. 什么是衍射原理？衍射是一种波动现象，它描述了波在遇到障碍物或经过小孔时，沿着直线传播的趋势被改变，并在阻碍区域的边缘弯曲和扩散的现象。
衍射原理是解释衍射现象的理论基础，它起源于光波的行为。
2. 衍射原理的应用领域衍射原理在很多领域中都有重要的应用。
以下是一些常见的应用领域：2.1 光学领域•衍射光栅：衍射光栅是一种通过周期性结构引起光的衍射和干涉现象的光学元件。
它被广泛应用于光谱分析、激光技术、计量学和通信等领域。
•衍射成像：光的衍射现象被用于显微镜和望远镜等光学仪器中，通过光的衍射来放大和观察微小物体或远处物体的图像。
2.2 声学领域•声衍射：声波在传播过程中也会遇到衍射现象。
在建筑设计和声学理论中，衍射原理被用于分析声音在房间中的传播行为，以提高音乐厅和会议室等空间的声学性能。
2.3 无线通信领域•射电衍射：在射电通信中，衍射原理被用于分析无线电波在地球大气中和建筑物周围的传播行为，以优化信号传输和接收。
2.4 数据处理领域•衍射图案重建：衍射原理被用于数码相机和图像传感器中，通过衍射图案重建的技术来增强图像的分辨率和减少图像噪声。
3. 衍射原理的工作原理衍射现象的产生可以通过赤血球实验来说明。
当一束光通过一个小孔时，它会散射到周围区域，并形成一个光斑。
这是因为光波在通过小孔时受到了衍射的影响，导致光波的波前呈球面扩散状。
当光波遇到障碍物时，如一个刚体板或一个光栅，它会在障碍物的边缘衍射，并产生干涉现象。
4. 衍射原理的数学表达式衍射原理可以通过数学公式进行描述。
下面是一些常见的衍射公式和表达式：•Fraunhofer衍射公式：$$I(\\theta) = \\left(\\frac{\\sin(\\pi a \\sin(\\theta) / \\lambda)}{\\pi a\\sin(\\theta) / \\lambda}\\right)^2$$•Fresnel衍射公式：I(x,y)=f(x,y)2这些公式用于计算衍射光的强度分布，其中$$I(\\theta)$$表示衍射光的强度，a是衍射孔的尺寸，$$\\lambda$$是光的波长，$$\\theta$$是入射角度，I(x,y)是衍射图样在平面上的强度分布，f(x,y)是衍射图样的振幅分布。
衍射光强分布的测量【精选】
单缝衍射的光强分布的测量【实验目的】1.观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解；2.会用光电元件测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规律；3.学会用衍射法测量微小量。
【实验仪器】半导体激光器，可调宽狭缝，硅光电池（光电探头），一维光强测量装置，WJF型数字检流计，小孔屏和WGZ--IIA导轨。
【实验原理】1.单缝衍射的光强分布当光在传播过程中经过障碍物，如不透明物体的边缘、小孔、细线、狭缝等时，一部分光会传播到几何阴影中去，产生衍射现象。
如果障碍物的尺寸与波长相近，那么，这样的衍射现象就比较容易观察到。
单缝衍射[single-slit diffraction]有两种：一种是菲涅耳衍射[Fresnel diffraction]，单缝距光源和接收屏[receiving screen]均为有限远[near field]或者说入射波和衍射波都是球面波；另一种是夫琅和费衍射[Fraunhofer diffraction]，单缝距光源和接收屏均为无限远[far field]或相当于无限远，即入射波和衍射波都可看作是平面波。
在用散射角[scattering angle]极小的激光器(<0.002rad)产生激光束[laser beam]，通过一条很细的狭缝（0.1～0.3mm宽），在狭缝后大于0.5m的地方放上观察屏，就可看到衍射条纹，它实际上就是夫琅和费衍射条纹，如图1所示。
当激光照射在单缝上时，根据惠更斯—菲涅耳原理[Huygens-Fresnel principle]，单缝上每一点都可看成是向各个方向发射球面子波的新波源。
由于子波迭加的结果，在屏上可以得到一组平行于单缝的明暗相间的条纹。
激光的方向性机强，可视为平行光束；宽度为的单缝产生的夫琅和费衍射图样[pattern]其衍射光路图满足近似条件：产生暗条纹[dark fringes]的条件是（k =±1，±2，±3，…） (1)暗条纹的中心位置为(2)两相邻暗纹之间的中心是明纹中心[center of bright fringes]；由理论计算可得，垂直入射于单缝平面的平行光经单缝衍射后光强分布[intensity distribution of light]的规律为（3）式中，是狭缝宽[width]，是波长[wavelength]，是单缝位置到光电池[photocelll]位置的距离，是从衍射条纹的中心位置到测量点之间的距离，其光强分布如图2所示。
光的干涉与衍射现象的工程应用
光的干涉与衍射现象的工程应用光的干涉和衍射是光学中重要的现象，它们不仅在理论研究中起着重要的作用，还在众多工程应用中发挥了巨大的作用。
本文将介绍光的干涉与衍射现象在工程领域中的应用。
一、干涉仪在精密测量中的应用干涉仪是一种利用光的干涉现象进行测量的设备。
它由光源、分束器、干涉体和检测器等组成。
干涉仪可以测量物体的表面形态、薄膜的厚度以及透明物体的折射率等参数。
例如，在光学薄膜加工中，利用干涉仪可以测量出薄膜的厚度，以达到精密控制薄膜制备的目的。
此外，干涉仪还被广泛应用于平面度、圆度和直线度等精密测量领域。
二、激光干涉测量技术在工程结构监测中的应用激光干涉测量技术是一种利用激光干涉现象进行位移测量或振动测量的方法。
它通过测量光程差，可以精确地测量出物体的位移或振动情况。
激光干涉测量技术在工程结构监测中起着至关重要的作用。
例如，在大桥、高楼等工程结构的监测中，可以利用激光干涉测量技术来实时监测结构的变化情况，及时发现结构的异常，从而保障工程的安全稳定。
三、衍射光栅在光谱分析中的应用衍射光栅是一种利用衍射现象进行光谱分析的光学元件。
它可以将复杂的光谱分解成一系列单色光，并且其分辨率较高。
衍射光栅在工程应用中被广泛使用，例如在光谱仪中的应用。
光谱仪是一种用来测量物质光谱特性的仪器，通过使用衍射光栅，可以准确地分析出物质的光谱信息，从而为科学研究和工程实践提供重要的数据支持。
四、衍射光栅在图像显示中的应用衍射光栅还被应用于图像显示技术中。
例如，在液晶显示器中，衍射光栅可以用于调制光的相位，实现对图像的显示。
通过控制衍射光栅的参数，可以使光通过不同的路径传播，进而实现图像的显示和调节。
这种衍射光栅在显示器中的应用，大大提升了图像的清晰度和分辨率，为用户带来更好的视觉体验。
综上所述，光的干涉与衍射现象在工程应用中发挥着重要的作用。
从精密测量到工程结构监测，从光谱分析到图像显示，光的干涉与衍射技术为工程领域的发展提供了重要的支持和应用基础。
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径激光衍射法是一种应用广泛的快速、精准的测量方法，它利用激光光源对待测物体进行照射，通过测量衍射光的形态和位置来推断待测物体的性质。
在纺织品工业中，细丝的直径是一个十分重要的参数，它直接影响织物的质量和性能。
利用激光衍射法测量纺织品细丝直径已成为一个热门的研究领域。
本文将介绍激光衍射法在测量纺织品细丝直径方面的应用，并探讨其优势和局限性。
激光衍射法利用激光光源对待测物体进行照射，使得物体表面产生衍射现象。
当激光光源照射到细丝表面时，会产生衍射光，衍射光的形态和位置与细丝直径密切相关。
通过测量衍射光的形态和位置，可以推断出细丝的直径大小。
激光衍射法测量细丝直径的原理比较简单，但需要精密的光学仪器和数据处理系统来实现精准的测量。
1. 非接触性测量：激光衍射法测量细丝直径是一种非接触性测量方法，不会对待测物体造成损伤，适用于对纺织品细丝进行精密测量。
2. 高精度：激光衍射法测量细丝直径具有高精度和高分辨率，可以实现对细丝直径的精确测量，适用于对纺织品细丝直径进行精密控制和质量检测。
3. 快速性：激光衍射法测量细丝直径的测量速度快，可以实现对大量细丝的快速测量和数据处理。
5. 适用性广泛：激光衍射法测量细丝直径适用于不同材质和直径范围的纺织品细丝，具有较强的通用性和适用性。
1. 环境要求高：激光衍射法测量细丝直径对测量环境要求较高，需要在相对稳定的环境条件下进行测量，避免外界光源和震动对测量结果的影响。
2. 光学系统复杂：激光衍射法测量细丝直径需要精密的光学系统和精密的数据处理系统，设备和技术要求较高。
激光衍射法是一种快速、精准、非接触性的测量方法，适用于纺织品细丝直径的测量。
它具有高精度、快速性、自动化和适用性广泛的优势，但对测量环境和设备要求较高，测量精度要求高。
在今后的纺织品工业中，激光衍射法将会得到更广泛的应用，为纺织品细丝直径的精密测量提供更多选择和可能。
第五章光衍射技术
由公式（5-11） w Rn 来计算w，
例如o点（孔中心点坐标点）的位相差。当
( ,，) 则0 波面
是一个理想平面。
现代光学测试技术
在E2平面上任一点P的光强是
I f ( , v) f (, v) f (, v) 2
f ( , v) 是 f ( , v) 的共轭数
当光孔的形状为矩形孔，矩形的高为 ，宽为 ，如图
（5-4a）所示。这是可用一个二维矩形函数来表示：
E2平面上任一点P的振幅，应该是此二维矩形函数的傅里叶 变换，略去光能损失，则
现代光学测试技术
因此，对矩形孔，在E2平面上的衍射像有两列， 呈十字格线分别，如图（5-4a）所示。每一列 的光强分布，如图（5-4b）所示。两个方向上 光强的大小按式（5-3），可写出
0.047
b
0.017
2 b
• 其分布如图单示缝。夫琅和费衍射的相对光强分布
现代光学测试技术
二、计量原理
激光衍射计量的基本原理 利用激光下的夫朗和费衍射效应
当光源S照明E1平面上的一 个孔H时，在距离R的观察
屏E2上将看到孔H的阴影。 按照几何光学的观点，光线
是直线前进的，光在孔H的 边缘通过的方向应是sa与 sa′(虚线所示)。但实际上的
(3)灵敏度与激光强度无关，不要求功率稳定。而且允许被测物 体空间位移而不影响测量。
现代光学测试技术
衍射角与被测物尺寸w的关系取一级近似，则
实际上的测量系统大多数利用物镜焦面上的衍射条纹，这 是，衍射极值间的先尺寸Lm,n与被测物尺寸w的关系是
目前在实际应用中得到发展的技术方案大多数属于第二种 基本方案，主要有 （1）间隙测量法
参考边 w
激光在精密测量中的应用解读
第六章激光在精密测量中的应用激光由于有优异的单色性、方向性和高亮度，使它在多方面得到应用。
例如，激光在加工工业中被用来完成打孔、焊接、切割、快速成型，在医学中制造了激光手术刀、激光近视眼治疗仪、激光辐照仪，在IT产业中大量用来做光通讯、光存储、光信息处理的光源，在近代的科学研究中用于受控核聚变、光谱分析、操纵原子、诱导化学反应、乃至探索宇宙的起源，但是其最早期的应用还是在计量领域。
尤其因为它可以与自然基准——光的波长直接相联系，实现高精度测量，在长度测量领域得到了大量的应用。
以下本书将要对激光在各方面的应用进行讨论，本章首先介绍激光在精密测量中的应用。
激光的高度相干性使它一经发明就成为替代氪86作为绝对光波干涉仪的首选光源，经过四十年的发展，激光干涉计量已经走出实验室，成为可以在生产车间使用的测量检定标准，激光衍射测量也成为许多在线控制系统的长度传感器。
激光的良好方向性和极高的亮度不仅为人们提供了一条可见的基准直线，而且为长距离的光电测距提供了可能。
激光同时具有高亮度和高相干性使得光的多普勒效应能够在测速方面得到应用。
激光雷达则综合应用了激光的各方面的优点，成为环境监测的有力武器。
6.1激光干涉测长干涉测量技术是以光的干涉现象为基础进行测量的一门技术。
在激光出现以后，加之电子技术和计算机技术的发展，隔振与减振条件的改善，干涉技术得到了长足进展。
干涉测量技术大多数是非接触测量，具有很高的测量灵敏度和精度，而且应用范围十分广泛。
常用的干涉仪有迈克尔逊干涉仪、马赫—曾德干涉仪、菲索干涉仪、泰曼—格林干涉仪[22-24]等；70年代以后，具有良好抗环境干扰能力的外差干涉仪，如双频激光干涉仪[25-27]、光纤干涉仪也很快的发展了起来。
激光干涉仪越来越实用，其性能越来越稳定，结构也越来越紧凑。
6.1.1干涉测长的基本原理激光干涉测长的基本光路是一个迈克尔逊干涉仪（如图6-1示）,用干涉条纹来反映被测量的信息。
激光测长仪课程设计
激光测长仪课程设计一、教学目标本课程旨在通过学习激光测长仪的相关知识，让学生掌握激光测长的基本原理、仪器的使用和维护方法，以及相关应用领域的知识。
在知识目标上，要求学生了解激光的特性、激光测长的原理和方法，以及激光测长仪在不同领域的应用。
在技能目标上，要求学生能够熟练操作激光测长仪，进行长度测量，并能够分析测量结果。
在情感态度价值观目标上，要求学生培养对科学实验的兴趣和好奇心，提高对科学技术的认同感和自豪感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括激光测长仪的基本原理、使用和维护方法，以及相关应用领域的知识。
首先，介绍激光的特性，包括激光的产生、传播和接收等方面。
然后，讲解激光测长的原理和方法，包括干涉法、衍射法和脉冲法等。
接着，介绍激光测长仪的使用和维护方法，包括仪器的组装和调试、测量操作和数据处理等。
最后，介绍激光测长仪在不同领域的应用，如精密制造、航空航天和生物医学等。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法。
首先，通过讲授法，向学生传授激光测长仪的相关知识和原理。
然后，通过讨论法，引导学生进行思考和交流，培养学生的分析和解决问题的能力。
接着，通过案例分析法，结合实际案例，让学生了解激光测长仪在实际应用中的具体情况和效果。
最后，通过实验法，让学生亲自动手操作激光测长仪，进行长度测量，提高学生的实践能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备适当的教学资源。
首先，教材《激光测长仪原理与应用》将作为主要的学习材料，为学生提供系统的理论知识。
然后，参考书如《激光技术》和《测长技术》将为学生提供更深入的背景知识。
同时，多媒体资料如实验视频和演示软件将为学生提供直观的视觉体验。
最后，实验设备如激光测长仪和相关的测量工具将为学生提供实践操作的机会。
五、教学评估本课程的评估方式将包括平时表现、作业和考试等几个方面，以保证评估的客观性和公正性，并全面反映学生的学习成果。
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第 六 章 激 光 在 精 密 测 量 中 的 应 用
§
6.2.2 激光衍射测量的方法
1. 间隙测量法 其基于单缝衍射的原理。作尺寸的比较测量,如图6-11(a)。作工件形状的轮廓 测量，如图6-11(b)。作为应变传感器使用，如图6-11(c)。
图6-11
测量
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第 六 章 激 光 在 精 密 测 量 中 的 应 用
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6.2.2 激光衍射测量的方法
3. 分离间隙法 利用参考物与被测物不在同一平面内情况下所形成的衍射条纹进行精密测量的 方法称为分离间隙法。的位置 x k 1 和 x k 2 即可由下式计算出狭缝 k1 Lλ zxk 1 k 2 Lλ zx k 2 宽度和间隔
6 2 激 光 衍 射 测 量
图6-14 巴
涅互补衍射屏
.
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第 六 章 激 光 在 精 密 测 量 中 的 应 用
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6.2.2 激光衍射测量的方法
5. 爱里斑测量法 基于圆孔夫朗和费衍射的测量方法称作爱里斑测量法。通常用爱里斑中归一化 光强的大小的测量来确定被测孔的直径。图6-15是用爱里斑测量人造纤维或玻璃 纤维加工中的喷丝头孔径的原理图。
§
6.2.1 激光衍射测量原理
3. 圆孔衍射测量 图（6-10）表示了圆孔的夫琅和费衍射原理，接收屏上衍射条纹的光强分布为 2 J 1( x) 2 2aπ sin I P = I0[ ] x= λ x 设中心亮斑(即第一暗环)的直径为d
d = 1.22
λf '
a
6 2 激 光 衍 射 测 量
.
图6-10 圆孔的夫琅 费衍射原理示 图
第 六 章 激 光 在 精 密 测 量 中 的 应 用
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6.2.1 激光衍射测量原理
1.光的衍射现象，按衍射物和观察衍射条纹的屏幕(即衍射场)之间的位置关系一 般分为两种类型：菲涅耳衍射和夫琅和费衍射 2.单缝衍射测量 单缝衍射测量的原理：激光单缝衍射测量的基本原理是单缝夫琅和费衍射，图 6-9为其原理图。条纹的光强可表示为： sin 2 β ( β = πb sin θ ) I = I0 λ β2 kLλ 单缝衍射测量的基本公式: b = , xk ， 缝 ，衍射条纹的位置 之 , 可 1 1 δ = b b0 = kLλ x k xk 0 单缝衍射测量的分 和量 :
db b2 t= = dx k kLλ
2
测物
6 2 激 光 衍 射 测 量
图6-9 衍射测量原理图
.
kL kλ kLλ δb = ± δλ + δL + 2 δx k x x x k k k
2
2
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第 六 章 激 光 在 精 密 测 量 中 的 应 用
的应用
6 2 激 光 衍 射 测 量
用 变
测量 的
测量 缝 b
, 测量 b’，
缝 。
b的
变量δ b’-b, 用 量 。
用 用
, 为
.
δ = b' b =
kλ k' λ λ λ = (k k ' ) = N sin θ sin θ sin θ sin θ
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第 六 章 激 光 在 精 密 测 量 中 的 应 用
6 2 激 光 衍 射 测 量
图6-17 薄带宽度测量原理图
.
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6 2 激 光 衍 射 测 量
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图6-15 喷丝头孔径的爱里斑测量原理 图
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第 六 章 激 光 在 精 密 测 量 中 的 应 用
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6.2.3 激光衍射测量的应用
1. 薄膜材料表面涂层厚度测量 薄膜材料表面涂层厚度测量是使用分离间隙法，图6-16所示为其原理。
6 2 激 光 衍 射 测 量
.
图6-16 薄膜材料表面涂层厚度测量
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第 六 章 激 光 在 精 密 测 量 中 的 应 用
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6.2.3 激光衍射测量的应用
2. 薄带宽度测量 钟表工业中的游丝以及电子工业中的各种金属薄带(一般宽度在1毫米)以下，均 可利用激光衍射互补测量法进行测量。在测量时要求薄带相对激光束的光轴有准 确的定位，否则将引起测量误差。图6-17是薄带宽度测量原理图。
§
6.2.2 激光衍射测量的方法
2. 反射衍射测量法 反射衍射是利用被测物的边缘和反射镜构成的狭缝来进行衍射测量的，图6-12 所示为其原理。
6 2 激 光 衍 射 测 量
.
图6-12 反射衍射
缝
的 示为
2b sin θ 2b sin (θ ) = kλ
原理图
图的
x b = kLλ 2 x k cos θ + k sin θ 2L
b= xk1 2L = xk 2 + 2L
6 2 激 光 衍 射 测 量
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图6-13 分离间隙法原理图
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第 六 章 激 光 在 精 密 测 量 中 的 应 用
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6.2.2 激光衍射测量的方法
4. 互补测量法 激光互补衍射测量法的原理是巴俾涅定理。图6-14所示为两个互补衍射屏。