基于分光原理快速测量细丝直径的方法
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1. 引言1.1 激光衍射法的基本原理激光衍射法是一种利用激光光束经过细丝时发生衍射现象来测量细丝直径的方法。
其基本原理是将激光光束照射到纺织品细丝上，细丝会散射出具有特定频率和方向的光线。
这些衍射光线经过适当的光学系统，形成明暗交替的衍射斑图。
通过测量这些衍射斑的特性，如斑点之间的距离和角度，可以计算出细丝的直径。
激光衍射法利用了激光光束的高强度和单色性，使其在经过细丝后产生清晰的衍射斑图，从而能够准确测量细丝直径。
与传统的光学显微镜方法相比，激光衍射法具有更高的测量精度和测量范围，能够适用于不同类型和直径范围的纺织品细丝。
激光衍射法通过利用激光的特性和衍射现象，实现了对纺织品细丝直径的精确测量，为纺织品生产和质量控制提供了重要的技术支持。
1.2 纺织品细丝直径的重要性纺织品细丝直径是纺织品品质的重要指标之一。
纺织品细丝直径的大小直接影响着纺织品的质地、手感、透气性和耐磨性等性能。
纺织品细丝直径的精确测量对于调整纺纱工艺、改进纺织品产品质量具有重要意义。
纺织品细丝直径决定了纺织品的织物密度及表面光泽度。
纤维直径较细的纺织品更加柔软细腻，而直径较粗的纺织品则具有较强的耐磨性和结实度。
通过准确测量纤维直径，可以有针对性地调整纺纱工艺参数，生产出更符合市场需求的纺织品产品。
纺织品细丝直径对纺织品的透气性和吸湿性也有影响。
细丝直径较细的纺织品透气性好，吸湿快，适合夏季穿着；而较粗的纺织品则保暖效果更好，适合冬季穿着。
通过准确测量纤维直径，可以根据不同季节和用途要求生产出功能性更强的纺织品产品。
纺织品细丝直径的重要性不言而喻。
精确测量纤维直径将有助于提高纺织品的品质，满足消费者多样化的需求，推动纺织品行业的发展。
研究和应用激光衍射法测量纺织品细丝直径具有重要意义，值得进一步探索和推广。
2. 正文2.1 激光衍射法在纺织品细丝直径测量中的应用激光衍射法在纺织品细丝直径测量中的应用是一种非常有效的技术方法。
单缝衍射的原理测量头发丝的直径
单缝衍射的原理测量头发丝的直径
单缝衍射是一种实验技术，用于测量物体的微观尺寸。
在这种技术中，通过将光线通过一个狭缝射入样品，然后观察其产生的衍射图样，可以确定物体的尺寸。
单缝衍射的原理基于光的波动性。
当光通过一个狭缝时，它会发生衍射现象，即光波从狭缝边缘弯曲向周围。
这种弯曲导致在空间中形成一系列明暗相间的条纹，被称为衍射图样。
通过观察衍射图样，可以确定物体的尺寸。
如果头发丝放置在狭缝前面，光线会被头发丝散射和衍射，从而在远离狭缝的区域产生干涉图样。
根据干涉条纹的性质，我们可以计算出头发丝的直径。
为了进行测量，我们可以使用一个光源，例如激光器，产生一束平行光线。
这束光线被狭缝限制为一束细的光线，并通过样品中的头发丝。
在接收屏幕上，我们会观察到一系列干涉条纹，这些条纹的位置和形状与头发丝的直径密切相关。
通过测量干涉条纹之间的距离和条纹的形状，我们可以使用一些数学公式或计算方法来计算头发丝的直径。
这种方法通常需要对衍射图样进行精确的测量和分析，因此可能需要使用一些图像处理软件或显微镜等设备。
总之，单缝衍射是一种通过观察光的衍射图样来测量物体尺寸的技术。
通过使用单缝衍射原理，可以测量头发丝的直径。
这
一方法的优点是非破坏性，不需要直接接触头发丝，因此适用于对微小物体进行测量。
最新测量细丝直径
d
（2k+1）λ/2 (k=
±1，±2，±3，…) 中心条纹θ=0
互补法测量的计算
本实验一般采用暗条纹进行测量，考虑到一般情况下θ角较小，于是有
θ≈sinθ≈tanθ
故由式得暗条纹的衍射角由下式决定
a =mλ
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a =nλ
令 L=Xm+Xn,（ Xm,Xn 分别表示第 m 和第 n 级条纹到接收屏中心 的距离），即 L 为中心条 纹左侧第 m 条与中心条纹右侧第 n 条间的距离。
１．根据衍射原理，所选择的测量对象的直径不可过大． ２．选择细锐的暗条纹进行测量．
5 结语
用衍射法测量细丝直径是一种可达到较高精度的非接触测量技术，特别适合微小的细丝 直径测量。
参考文献
[1].赵凯华,钟锡华.光学.北京：北京大学出版社,1982. [2].董有尔.大学物理学教.北京：高等教育出版社，2002.
和 是与之对应的衍射角，由式可加得，
又因为
a( + )=(m+n)λ
+ ≈(Xm+Xn)/f
所以
a(Xm+Xn)/f=(m+n)λ，即 a L /f=(m+n)λ
于是就有 a= (m+n) λf/ L
实验测出了 f,L 值之后，就可根据上式计算出丝线的直径。
方法二:
将细丝插入两光学平玻璃板的一端，从而形成一空气劈尖。当用单色平行光垂直照射时， 在劈尖薄膜上下两表面反射的两束光发生干涉，且干涉条纹是一簇与接触棱平行且等间距的 平行直条纹．
八年级数学全等三角形辅助线添加之截长补短 （全等三角形）拔高练习
大学物理实验丨利用单丝衍射测量细丝直径
大学物理实验报告利用单丝衍射测量细丝直径一、实验目的：1.观察单丝夫琅和费衍射现象。
2.利用简单工具，测量细丝直径。
二、实验原理：波在传输过程中其波振面受到阻碍时，会绕过障碍物进入几何阴影区，并在接收屏上出现强度分布不均匀的现象，这就是波的衍射。
机械波、电磁波等波动都会产生衍射，而光的衍射能更直观地观察到。
对光的衍射现象进行研究，有助于我们深入理解光的波动性与传播特征，还有助于我们进一步学习近代各种光学实验技术，如光谱分析、光信息处理、晶体结构分析等等。
1.夫朗和费衍射衍射通常分为两类：一类是菲涅耳衍射，其条件为光源与衍射屏、衍射屏与接收屏的距离为有限远；另一类是夫琅和费衍射，其条件为光源到衍射屏、衍射屏到接收屏的距离均为无限远，或者说入射光和衍射光都是平行光。
夫琅和费衍射计算结果的过程很简单，所以一般实验中多采用夫琅和费衍射。
如果使用激光器作为光源（如普通的激光笔），其发射的光可以近似认为是平行光；一般衍射物是0.1mm的数量级，如果衍射屏与接收屏的距离大于1m,则衍射光大致上是平行光，这样就基本上满足了夫琅和费衍射的条件。
2.单缝衍射如图1所示，根据惠更斯一菲涅尔原理，狭缝上各点可以看成是新的波源，由这些点向各方发出球面次波，这些次波在接收屏上叠加形成一组明暗相间的条纹，按惠更斯一菲涅尔口°m迎日产原理，可以导出屏上任一点P。
处的光强为（图2）：上，式中。
为狭缝宽度，入为入射光波长，e为衍射角，/。
称为主极强，它对应于P0处的光强。
从曲线上可以看出：（1）当e=0时，光强有最大值10,称为主极强，大部分能量落在主极强上。
（2）当sin e=k〃a（k=±1,±2,……）时，I e=0,出现暗条纹。
因9角很小，可以近似认为暗条纹在e=k刀a的位置上。
还可看到主极强两侧暗纹之间的角距离是A e=2〃a,而其他相邻暗纹之间的角距离均相等（均为A e=川a）。
（3）两相邻暗纹之间都有一个次极强。
3.6光学衍射法测定细丝直径
些点,互补屏产生完全相同的光强分布. 2 单缝夫琅和费衍射光强分布规律 在讨论单丝衍射之前先来讨论夫琅和费单缝衍射
夫琅和费单缝衍射要求光源和观察屏离缝都是无限远，如图 1 装置能实现这一要求。
L1
A
L2
S f1
a
φ
O
B
Xk
Pφ
图一
L
P
图中将单色光源置于透镜 L1 的前焦平面上，光束经 L1 后变成平行光，垂直照射于宽度为 a 的狭缝 AB 上，根据惠更斯-菲涅尔原理，狭缝上各点可以看成是新的波源，由这些点向各方 向发出球面次波，这些次波经透镜 L2 后，在其后焦平面的观察屏上，可看到一组明暗相间，
3.6 光学衍射法测定细丝直径
测量诸如金属细丝直径这样的细度，可以使用游标卡尺、螺旋测微计等较精密的机械工 具，也可以使用读数显微镜、工具显微镜、阿贝比长仪等精密光学仪器，还可以利用光的干 涉或衍射原理，借助光学仪器，对微小细度进行测量。利用光的干涉与衍射原理对微小细度 进行测量，其方法简单，直观性强，测量结果精度高，在高精度测量中更显示出其独特的作 用。 一、实验目的 1. 学会用衍射法测量微小尺寸. 2. 加深对光的衍射理论的理解. 二、实验仪器 He-Ne 激光器、读数显微镜、可调狭缝、待测金属细丝、光屏、透镜、卷尺、探头、光电流 放大器。 三、实验原理 1 根据巴比涅原理:两个互补屏在衍射场中某点单独产生的复振幅之和等于光波自由传播时 该点的复振幅.（本实验中即细丝直径与单缝宽度一样时，成为一对互补屏，产生相同的光 强分布） 即
细丝直径测试 仪..
西安工业大学北方信息工程学院课程设计(论文)题目：细丝直径测试仪系别：光电信息系专业：光电信息工程班级：B100105学生：B10010521学号：任课教师：李媛2013年10月基于远心光路成像系统的线阵CCD直径测量仪摘要近年来，随着新型光电器件的不断涌现、单片机数据处理能力的提高和生产全面质量管理的要求，非接触式智能化仪器将逐步取代传统上的机械测量仪器本文设计了一套基于线阵CCD 的非接触直径测量仪器，该装置可以对φ0.5mm～φ30mm的工件进行测量，测量精度为±5μm。
本文论述了CCD 光电尺寸测量装置的基本原理，分析了光学系统各部分的形式，采用柯拉照明和远心光路成像，以保证成像质量和测量精度。
用微分法提取被测工的边缘信息，详细论述了信号处理电路中的各个模块的实现方法，并将微分法处理电路和单片机控制系统作为重点。
同时还给出了CCD 测量直径系统的控制程序流程图及部分程序。
通过实验得到测量结果，对几个重要参数进行了分析，最后就影响系统测量精度的几种主要误差进行了讨论，给出消除误差的方法，以便达到更高的测量精度。
关键字：线阵CCD 直径测量远心光路微分法MSP430ABSTRACTIn recent years, along with new optoelectronic devices flowing out continuously 、the capacity of MCU data processing improving, and the requirements of overall production quality management, non-contact Intelligent machines will replace the traditional mechanical instruments gradually. In this paper, I designed a set of portable non-contact measurement instruments based on linear array CCD, which can measure the workpiece fromφ0.5mm to φ30mm, with measurement precision±5μm . In this paper, I discussed the basic principle of CCD photoelectric measurement devices, analyzed the form of parts of optical system, adopt Kohler illumination and telecentric beam path design in order to ensure image quality and accuracy. Adopting differential theory extracted edge information of measured workpiece, and discussed the signal processing circuit in the realization of the various modules in detail, and made the differential processing circuitry and single-chip control system as emphases, at the same time I gave control program flow chart of CCD diameter measurement system and related parts procedures of it. Through experimental measurement results, I analyzed several important parameters, discussed several major errors which influences the accuracy of system in the end, gave the method of elimination of errors, in order to achieve higher measurement accuracy[1].Key Words:Line ararray CCD Diameter measurementTelecentric optical path Differential theory MSP430目录1绪论 (4)1、1前言 (4)1、2 国外发展现状 (4)1、3国内发展现状 (5)1、4论文的主要内容 (6)2 测量原理和方案论证 (6)2、1 方案一传统测量细丝直径的方法 (6)2、2 方案二利用衍射法测量细铜丝直径 (6)2、3 方案三利用分光法测量细铜丝直径 (7)2、4 方案四利用远心光路成像测量直径 (9)2、5 设计方案的论证与选择采用 (11)2、5、1 设计方案一的论证 (11)2、5、2 设计方案二的论证 (11)2、5、3 设计方案三的论证 (11)2、5、4 设计方案四的论证 (12)2、5、5 设计方案的采用 (12)3 机械系统设计 (12)3、1 原理结构图 (12)3、2 成像结构图 (13)3、3 整体结构设计 (13)4 精度分析 (15)4、1 机械设计系统对测量精度的影响分析 (15)4、2 被测工件的均匀性对测量精度的影响 (16)4、3 杂光、光通量变化对测量精度的影响 (16)4、4 仪器误差 (17)5 总结 (18)5、1 设计总结 (18)5、2 学习体会 (18)参考文献 (20)1 绪论1、1 前言光电自动检测技术在工业自动化生产中有着极其广泛和重要的用途。
测量细丝直径
aθ 2 =nλ 令 L=Xm+Xn,（ Xm,Xn 分别表示第 m 和第 n 级条纹到接收屏中心P0 的距离） ，即 L 为中心条 纹左侧第 m 条与中心条纹右侧第 n 条间的距离。 θ 1 和θ 2 是与之对应的衍射角，由式可加得， a(θ 1 +θ 2 )=(m+n)λ 又因为 θ 1 +θ 2 ≈(Xm+Xn)/f 所以 a(Xm+Xn)/f=(m+n)λ ，即 a L /f=(m+n)λ 于是就有 a= (m+n) λ f/ L 实验测出了 f,L 值之后，就可根据上式计算出丝线的直径。 方法二: 将细丝插入两光学平玻璃板的一端， 从而形成一空气劈尖。 当用单色平行光垂直照射时， 在劈尖薄膜上下两表面反射的两束光发生干涉， 且干涉条纹是一簇与接触棱平行且等间距的 平行直条纹．
方法一: (1) 巴俾涅原理 两个互补屏单独产生的衍射场的复振幅之和等于没有屏时的复振幅， ，对于单缝的夫琅 和费衍射，除点光源在像平面的像点之外有 U=0，即像点外两个互补屏所产生的衍射图形，
其形状和光强完全相同，仅位相相差 2 ，所以我们可用丝线代替单缝进行夫琅和费衍射。 (2) 夫琅和费单缝衍射原理 为获得明亮的远场条纹，一般用透镜在焦面上形成夫朗和费条纹，如图所示。设透镜的 焦距为 f，细丝直径为 a 。
a = (a 1 + a 2 )/2 = 55.30u m对象的直径不可过大． ２．选择细锐的暗条纹进行测量．
5
结语
用衍射法测量细丝直径是一种可达到较高精度的非接触测量技术， 特别适合微小的细丝 直径测量。 参 考 文 献
[1].赵凯华,钟锡华.光学.北京：北京大学出版社,1982. [2].董有尔.大学物理学教.北京：高等教育出版社，2002.
实验报告-用劈尖干涉测量细丝的直径_报告
实验报告-用劈尖干涉测量细丝的直径_报告----------------------------------最新精选范文公文分享-----欢迎观看-----------------------------------------------实验报告:用劈尖干涉测量细丝的直径_报告实验报告:用劈尖干涉测量细丝的直径090404162通信一班张恺一、实验名称:用劈尖干涉测量细丝的直径二、实验目的: 深入了解等厚干涉.设计用劈尖干涉测量细丝直径的方法 .设计合理的测量方法和数据处理方法,减小实验误差.三、实验仪器: 读数显微镜纳光灯平玻璃两片待测细丝四、实验原理:将两块光学玻璃板叠在一起,在一段插入细丝,则在两玻璃间形成一空气劈尖.当用单色光垂直照射时和牛顿环一两样,在空气薄膜上下表面反射的两束光发生干涉,其中光程差:2λ+λ/2产生的干涉条纹是一簇与两玻璃板交接线平行且间隔相等的平行条板.如图.显然:δ=2d+λ/2=*λ/2k=0,1,2,3,……………?δ=2d+λ/2=kλ k=1,2,3,………………?--------------------------------------------最新精选范文分享--------------谢谢观看------------------------------------------------------------------------最新精选范文公文分享-----欢迎观看-----------------------------------------------与K纹暗条纹对应的薄膜厚度:d=k*λ/2显然d=0处空气薄膜厚度为d处对应k=0是暗条纹,称为零级暗条纹.d1=λ/2处为一级暗条纹,第k级暗条纹处空气薄膜厚度为:dk=kλ/2 ……………?两相邻暗条纹对应的劈尖厚度之差为d=dk+1-dk=λ/2………………?若两暗条纹之间的距离为l,则劈尖的夹角θ,利用sinθ=λ/l………?求得.此式表明:在λ、θ一定时,l为常数,即条纹是等间距的,而且当λ一定时,θ越大,l越小,条纹越宽,因此θ不宜太大.设金属细丝至棱边的距离为l,欲求金属细丝的直径D,则可先测L和条纹间距L,由?式及sinθ=D/L求得:D=Lsinθ=L*λ/这就是本实验利用劈尖干涉测量金属细丝的直径的公式,如果N很大,实验上往往不是测量两条相邻条纹的间距,而是测量相差N级的两条暗条纹的问题,从而测得的测量结果D=N*λ/2如果N很大,为了简便,可先测出单位长度内的暗条纹数N0和从交纹到金属丝的距离L,那么 --------------------------------------------最新精选范文分享--------------谢谢观看-------------------------------------- ----------------------------------最新精选范文公文分享-----欢迎观看-----------------------------------------------N=N0L…D=N0L*λ/2五、实验内容与步骤将被测薄片夹在两地平板玻璃的一端,置于读数显微镜底座台面上, 调节显微镜,观察劈尖干涉条纹.由式?可知当波长λ已知时,只要读出干涉条纹数K,即可得相应的D.实验时,根据被测物厚薄不同,产生的干涉条纹数值不可,若K较小,可通过k值总数求D.若k较大,数起来容易出错,可先测出长度L间的干涉条纹x,从而测得单位长度内的干涉条纹数n=x/Lx然后再测出劈尖棱边到薄边的距离L,则k=n*l.薄片厚度为D=k*λ/2=n*l*λ/2.λ=589.3nm次数n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10每10宽度/cm 0.8021 0.8082 0.8143 0.8182 0.82210.8250 0.8272 0.8324 0.8345 0.8362平均值/cm 0.8221L=41.053cm得出每十个暗条纹之间间距 l=0.8221cm所以.最后得出 D=N0*λ*L/=10*589.3*10-6*410.53.6/=0.0147mm--------------------------------------------最新精选范文分享--------------谢谢观看------------------------------------------------------------------------最新精选范文公文分享-----欢迎观看-----------------------------------------------误差为η=/D标**100%=1.3%六、实验总结:实验中把劈尖放置好,在显微镜中找到像比较简单,在测量的时候花的时间比较多,为此测量了较多的数据.感觉实验前把细丝拉直,把镜片擦干净会使观察起来比较清晰.测量的时候大部分数据都是比较正常的,劈尖实验确实和牛顿环的实验有相似之处.总体来说在测量的时候有点耐心整个实验很快就能完成.数据的运算也不难.最后1.3%的误差我觉得可以接受.这次实验通过光的干涉的性质,不仅将光学的知识运用到实验,也让我们复习到了显微镜的调节,以及读书的方法.通过这个实验提高我们的动手能力,和对实验的理解能力还是有很大帮助的.--------------------------------------------最新精选范文分享--------------谢谢观看--------------------------------------。
实验单缝衍射的光强分布和细丝直径测
实验41 单缝衍射的光强分布和细丝直径测量光具有波动性，衍射是光波动性的一种表现。
光的衍射现象是在17世纪由格里马第发现的。
19世纪初，菲涅耳和夫琅和费分别研究了一系列有关光衍射的重要实验，为光的波动理论奠定了基础。
菲涅耳提出了次波相干迭加的观点，用统一的原理（惠更斯一菲涅耳原理）分析解释光的衍射现象；利用单缝衍射原理可以对细丝直径进行非接触的精确测量。
［学习重点］1．通过对夫琅和费单缝衍射的相对光强分布曲线的绘制，加深对光的波动理论和惠更斯——菲涅耳原理的理解。
2．掌握使用硅光电池测量相对光强分布的方法。
3．掌握利用衍射原理对细丝进行非接触测量的方法。
［实验原理］1． 单缝衍射粗略地讲，当波遇到障碍物时，它将偏离直线传播，这种现象叫做波的衍射。
衍射系统由光源、衍射屏和接收屏幕组成。
通常按它们相互间距离的大小，将衍射分为两类：一类是光源和接收屏幕（或两者之一）距离衍射屏有限远，这类衍射叫做菲涅耳衍射；另一类是光源和接收屏幕都距衍射屏无穷远，这类衍射叫做夫琅和费衍射。
本实验研究单缝夫琅和费衍射的情形。
如图41-1（a ），将单色线 光源S 置于透镜L 1的前焦面 上，则由S 发出的光通过L 1 后形成平行光束垂直照射到 单缝AB 上。
根据惠更斯一菲 涅耳原理，单缝上每一点都可 以看成是向各个方向发射球面 子波的新波源，子波在透镜L 2 的后焦面（接收屏）上叠加形 成一组平行于单缝的明暗相间的条纹。
如图41-1（b ）所示。
和单缝平面垂直的衍射光束会聚于屏上的P 0处，是中央亮纹的中心，其光强为I 0；与光 轴SP 0成θ 角的衍射光束会聚于P θ 处，θ 为衍射角，由惠更斯一菲涅耳原理可得其光强分布为（41-1） 其中，b 为单缝的宽度，λ为入射单色光波长。
由41-1式可以得到：1．当θ = 0时，u = 0 ，P θ 处的光强度 I θ =I 0 是衍射图像中光强的最大值，叫主最大。
主最大的强度不仅决定于光源的强度，还和缝宽b 的平方成正比；图41-1（a ）单缝衍射（b ）衍射图样λθπsin ,sin 22b u u u I I ==θ2．当sin θ =k λ /b （ k = ± 1，± 2，± 3 …..）时，u = k π ，则有I θ = 0，即出现暗条纹的位置。
钢丝绳直径测量
钢丝绳直径测量钢丝绳直径的测量是工程建设和生产过程中不可或缺的重要环节。
钢丝绳广泛应用于吊装、起重、运输、航海等领域，因此准确测量其直径对于保障安全生产和工程质量具有重要意义。
钢丝绳直径的测量涉及到多种方法和仪器，每种方法都有其适用的场景和特点。
下面将介绍几种常用的测量方法，供大家参考。
首先是机械式测量方法。
这种方法需要使用千分尺或卡钳等仪器，将测量装置和钢丝绳的表面接触，通过读取仪器上的刻度来获取直径。
这种方法适用于较为精确的测量，但需要注意仪器的精度和使用技巧。
同时，钢丝绳表面的污垢和磨损都可能影响测量结果，因此在测量前要对钢丝绳进行清洁和检查。
其次是光学式测量方法。
这种方法使用光学投影或显微镜等仪器来对钢丝绳的断面进行观察和测量。
通过测量断面的图像尺寸，再结合光学原理计算出直径值。
这种方法具有测量速度快、高精度的优点，适用于较为精细的测量任务。
但需要注意保持测量环境的亮度和清洁度，以确保结果的准确性。
另外还有非接触式测量方法，如激光测量和雷达测量。
这些方法利用激光或雷达技术对钢丝绳进行扫描和探测，通过测量得到的信号来计算出直径值。
这种方法具有测量速度快、不会对钢丝绳造成损伤的特点，适用于较大直径的钢丝绳测量。
但需要注意仪器的选择和使用条件的限制。
无论采用何种测量方法，都需要重视测量的前期准备工作。
首先要选择合适的测量仪器和方法；其次要进行必要的仪器校准和检查，确保其准确性和稳定性；最后要了解钢丝绳的特性和检测要求，采取适当的测量参数和处理方法。
总之，钢丝绳直径的测量是一项复杂而重要的任务，需要综合考虑测量方法的准确性、适用性和便捷性。
只有选择合适的方法，并在实际操作中细致入微地进行，才能保证测量结果的准确性，为保障安全生产和工程质量提供可靠的数据支持。
希望本文能给大家提供一些指导意义，帮助大家更好地进行钢丝绳直径的测量工作。
CCD法测量细丝直径
CCD法测量细丝直径西安工业大学光电工程学院课程设计题目:细丝直径测试仪专业: 测控技术与仪器班级:110108学号:110108120学生:郑世超任课教师:吴玲玲2014、12《光电仪器设计课程设计任务书》一、题目:细丝直径测试仪该仪器就是用于对细铜丝直径的尺寸参数进行测量的一种测试仪器。
二、技术要求1．方法:非接触式测量2．铜丝直径:φ1±0.01mm3．测量精度:±1%;4．测量状态:在线测量;5．超出铜丝直径公差要有报警功能。
三、设计任务对该仪器进行总体设计,具体内容如下:1．设计任务分析;2．方案论证;3．系统设计(含局部单元设计);4．精度估算。
四、设计要求1、设计说明书一份(不少于5000字);2、时间:2014年12月4日2014年12月18日2014年12月18日下午答辩交论文;3、参考文献:自定题目:细丝直径测试仪基于远心光路成像系统的线阵CCD 直径测量仪摘要光电检测技术将光学技术与电子技术相结合实现对各种量的测量它具有如下特点高精度光电测量的精度就是各种测量技术中精度最高的一种、非接触测量光照到被测物体上可以认为就是没有测量力的因此也无摩擦可以实现动态测量就是各种测量方法中效率最高的一种。
随着新型光电器件的不断涌现、单片机数据处理能力的提高与生产全面质量管理的要求,非接触式智能化仪器将逐步取代传统上的机械测量仪器。
我们设计了一套基于线阵 CCD 的非接触直径测量仪器,该装置可以对φ0、5mm～φ30mm的工件进行测量,测量精度为±5μm。
这篇文章论述了 CCD测量装置的基本原理,而且分析了光学系统各部分的形式,采用柯拉照明与远心光路成像, 以保证成像质量与测量精度。
同时还给出了CCD 测量直径系统的控制程序流程图及部分程序。
再对实验得到测量结果,进行几个重要参数进行了分析,就影响系统测量精度的几种主要误差进行了讨论,有消除误差的方法,从而达到更高的测量精度。
测量细丝直径
多种方法测量细丝直径学院：物理电子工程学院专业：物理学姓名及学号：冯伟（2008261004）杨保国（2008261026）多种方法测量细丝直径物理学 冯伟 杨保国摘要：利用巴俾涅原理，通过单缝夫琅和费衍射，测量丝线的直径。
实验表明，这是一种高精度的非接触测量，它通过对衍射图样的检测来求细丝的直径。
关键字：激光器；单缝衍射；单丝衍射引言：随着生产的发展，要求对各种金属丝，光导纤维以及钟表游丝等进行高精度的非接触测量。
过去测量0.1毫米以下的细丝外径，一般用普通光学测量仪或电测策计等接触测量仪器。
细丝的衍射效应使普通光学方法误差变大，接触测量易受到测量力大小的影响。
激光束细丝衍射对于线径极小的细丝，其测量结果是可靠的。
1. 实验原理方法一:(1) 巴俾涅原理两个互补屏单独产生的衍射场的复振幅之和等于没有屏时的复振幅，，对于单缝的夫琅和费衍射，除点光源在像平面的像点之外有U=0，即像点外两个互补屏所产生的衍射图形，其形状和光强完全相同，仅位相相差，所以我们可用丝线代替单缝进行夫琅和费衍射。
(2) 夫琅和费单缝衍射原理为获得明亮的远场条纹，一般用透镜在焦面上形成夫朗和费条纹，如图所示。
设透镜的焦距为f ，细丝直径为a 。
当平行光垂直于单缝平面入射时，单缝衍射就形成平行的明暗条纹其位置衍射角由下式决定：暗条纹的中心 asin θ=k λ (k=±1，±2，±3，…)明条纹的中心asin θ=（2k+1）λ/2 (k=±1，±2，±3，…)中心条纹θ=0本实验一般采用暗条纹进行测量，考虑到一般情况下θ角较小，于是有θ≈sin θ≈tan θ 2互补法测量的计算故由式得暗条纹的衍射角由下式决定aθ1=mλaθ2=nλ令 L=Xm+Xn,（ Xm,Xn分别表示第m和第n级条纹到接收屏中心P0的距离），即L为中心条纹左侧第m条与中心条纹右侧第n条间的距离。
劈尖干涉测细丝直径ppt课件
θ D
L
（1）利用显微镜读数标尺测
出N个条纹长度，例如：30条
l
明条纹间长4.295mm；
l = 4.295/29mm
.
12
2、劈尖干涉测细丝直径原理
测细丝的直径
D
L
l
.
DL
2l
13
3、小结 （1）微小量测量-- 劈尖干涉法
（2）干涉条纹特点
（3）细丝直径测量：
.
14
思考：
已知波长λ，如何通过劈尖干涉条纹数目变 化测膨胀量△l ？
.
内容导航
劈尖干涉简介 劈尖干涉测细丝直径原理
总结与思考
.
2
身高测量
头 发 丝 粗 细 怎 么 测 ？
.
3
薄膜干涉
1
空气 2
3
dn
.
4
1、劈尖干涉简介
两个表面很平的玻璃片，一端相交，夹角θ很小， 形成一个劈尖形的透明薄膜，称为空气劈尖。
棱边
空气劈尖
.
5
1、劈尖干涉简介
劈尖干涉：入射单色光经劈尖上、下表面反射， 在上表面相遇而产生的干涉。
光干涉条件：同频率、相位差恒定、传播方向相同。
n1
n1
e
.
n
6
2、劈尖干涉测细丝直径原理
装置
光程差
明纹 暗纹
.
7
2、劈尖干涉测细丝直径原理
劈尖干涉条纹分布特点 光程差：
（1） 棱边处：
有半波损失，光程差：
为暗纹。
2
棱边处为0级暗纹。
条纹级次依次增大
.
8
2、劈尖干涉测细丝直径原理
（2）相邻明纹 (或暗纹) 所对应的薄膜厚度差
3.6光学衍射法测定细丝直径
（一）比较单缝衍射和圆孔衍射图样的异同点 相同点都是明暗相间的条纹。不同点是圆孔衍射条纹为圆环形状，而单缝衍射条纹是直 线形状。 （二）衍射图样的形状与障碍物的形状的关系 光源选用激光笔，缝和孔的具体制作过程简述如下： 用刀片、缝衣针等工具在不透光的塑料卡片（如电话卡）上，分别刻制出不同宽度的缝 和不同大小、不同形状的孔。如图 1 所示卡片上制作宽度约为 2 mm 的缝 a 和宽度约为 0．5 mm 的缝 b；如图 2 所示卡片上制作直径约为 2 mm 的圆孔 c 和直径约为 1 mm 的圆孔 d；如图 3 所示卡片上制作线度都约为 1 mm 的正三角形孔 e、正方形体正多边形孔 g。
些点,互补屏产生完全相同的光强分布. 2 单缝夫琅和费衍射光强分布规律 在讨论单丝衍射之前先来讨论夫琅和费单缝衍射
夫琅和费单缝衍射要求光源和观察屏离缝都是无限远，如图 1 装置能实现这一要求。
L1
A
L2
S f1
a
φ
O
B
Xk
Pφ
图一
L
P
图中将单色光源置于透镜 L1 的前焦平面上，光束经 L1 后变成平行光，垂直照射于宽度为 a 的狭缝 AB 上，根据惠更斯-菲涅尔原理，狭缝上各点可以看成是新的波源，由这些点向各方 向发出球面次波，这些次波经透镜 L2 后，在其后焦平面的观察屏上，可看到一组明暗相间，
实验数据记录及处理
(单位：mm)
测量方法 测量项目
测量次数
衍射法测量细丝直径的研究
衍射法测量细丝直径的研究
衍射法是一种精密测量物体尺寸的方法，也可用于测量细丝直径。
该方法的原理是利用高能光线通过细丝时发生的衍射现象，来计算出细丝的直径。
实验时，需要将细丝置于光源和光屏之间，通过调整光源和光屏的位置，找到最佳的衍射条件。
然后测量出两个相邻衍射条纹之间的距离，用此距离和已知参数计算出细丝直径。
衍射法测量细丝直径的优点是精度高、非破坏性，对细丝的材料和形状没有限制。
但是也存在一些限制，比如光线的干扰和偏差会影响测量结果，需要进行光线矫正和精确测量。
总之，衍射法是一种可靠的测量细丝直径的方法，具有广泛的应用前景和研究价值。
基于单光源投影的细丝动态测量方法
基于单光源投影的细丝动态测量方
法
基于单光源投影的细丝动态测量方法是一种利用光投影原理进行测量的方法。
它通过将单光源投射到细丝上，然后在另一侧观察光斑，从而测量出细丝的位置、长度或断裂点。
此外，还可以根据不同的投影条件和复杂的光斑形状测量出细丝的姿态和位置，从而获得更多的信息。
该方法的优点在于：
1.测量精度高：该方法可以根据不同的投影条件，使用复杂的光斑形状，测量出细丝的姿态和位置，因此测量精度相对较高。
2.速度快：该方法可以在较短的时间内完成测量，从而提高效率。
3.方便实用：该方法的操作简单，不需要昂贵的设备，而且可以在大多数情况下得到准确的结果。
缺点是：
1.测量结果受光强度影响：由于光强度对测量结果有直接影响，因此测量结果可能存在误差。
2.受环境影响：由于受环境影响，如温度、湿度等，可能导致测量结果的偏差。
微细线径的实验原理
微细线径的实验原理微细线径的实验原理是通过测量或观察微小物体或细线径的变化来获取相关信息。
这种实验常用于材料科学、纳米技术、声学、光学以及微技术等领域。
一般来说，微细线径的实验原理可以分为以下几个方面：1. 光学原理：利用光学原理来观察微细线径的细微变化。
例如，通过放置微细线径样品在显微镜下，利用显微镜放大被观察样品的图像，然后通过测量显微镜中的标尺或缩放图像来确定微细线径的尺寸。
还可以利用光学干涉原理，比如在一条微细线径上照射光线，通过测量干涉条纹的间距或相位差来推导线径的尺寸。
2. 电子学原理：利用电子学原理来观察微细线径的变化。
例如，可以使用扫描电子显微镜（SEM）或透射电子显微镜（TEM）来观察微细线径的形态和尺寸。
这些设备利用电子束的散射或透射来得到高分辨率的图像，并通过电子束的散射或透射强度来推导线径的尺寸。
3. 机械学原理：利用机械学原理来观察微细线径的变化。
例如，可以使用扫描探针显微镜（SPM）来测量微细线径的表面形貌。
SPM利用一个极其细微的探针在样品表面扫描，同时测量探针与样品之间的力或物理性质的变化，通过这些变化来推导线径的尺寸。
4. 声学原理：利用声学原理来观察微细线径的变化。
例如，可以使用声波测量或超声波测量技术来测量微细线径的弹性模量或声速。
通过改变微细线径的尺寸，可以观察到这些声学特性的变化，并通过测量声波或超声波的传播速度来推导线径的尺寸。
5. 量子学原理：利用量子学原理来观察微细线径的变化。
例如，在纳米尺度下，量子效应会对物质的性质产生显著影响。
可以使用光谱、电子能级或其他量子测量来观察微细线径的量子性质变化，并通过分析这些量子效应来推导线径的尺寸。
总之，微细线径的实验原理主要是通过测量或观察微小物体或细线径的变化来获取相关信息。
这些实验原理可以结合光学、电子学、机械学、声学、量子学等学科的知识和技术来实现。
通过精确的测量和实验分析，可以得到微细线径的尺寸、形貌、力学性质、声学性质、电学性质等重要信息，为相关领域的研究和应用奠定基础。
实验四 巴俾特原理及细丝直径测量
实验四 巴俾特原理及细丝直径测量一、 实验目的1. 了解巴俾特（Babinet ）原理2. 利用互补测定法测量细丝直径二、 实验原理上几个实验讨论了圆孔、单缝的衍射现象和测量方法，下面介绍，如果在光路中的障 碍物改换为圆盘、细丝（窄带）的衍射图样和测量方法，通常根据巴俾特（Babinet ）原理的激光衍射互补测定法，可以使问题的处理大大的简化。
若两个衍射屏1∑和2∑中，一个屏的开孔部分正好与另一个屏的不透明部分对应，反之亦然，这样一对衍射屏称为互补屏。
如图所示。
设1()E P 和2()E P 分别表示1∑和2∑单独放在光源和观察屏之间时，观察屏P 点的光场复振幅，0()E P 表示无衍射屏时P 点的光场复振幅。
根据惠更斯-菲涅尔原理，1()E P 和2()E P 可表示成对1∑和2∑开孔部分的积分。
而两个屏的开孔部分加起来就相当于屏不存在，因此012()()()E P E P E P =+ 该式说明，两个互补屏在衍射场中某点单独产生的光场复振幅之和等于无衍射屏情况下，光波自由传播时在该点产生的光场复振幅，这就是巴俾特（Babinet ）原理，因为光波自由传播时，光场复振幅容易计算，所以利用巴俾特（Babinet ）原理可以方便的由一种衍射屏的衍射光场，求出其互补衍射屏产生的衍射光场。
由巴俾特（Babinet ）原理可以得到如下两个理论：1、若1()0E P = ，则02()()0E P E P == 因此，放置一个屏时，相当于光场为零的那些点，在换上它的互补屏时，光场与没有屏时一样；2、若0()0E P = ，则12()()E P E P =- 这就意味着在0()0E P = 的那些点，1()E P 和2()E P 的相位差为π，而光强度211()()I P E P = 和222()()I P E P = 相等，这就是说，两个互补屏不存在时光场为零的那些点，互补屏产生完全相同的光强度分布。
利用巴俾特（Babinet ）原理很容易由圆孔、单缝的夫朗和费衍射特性得到圆盘、窄带的夫接收屏 E 2E 1E 0E 0 =E 1+E 2=0巴俾特原理朗和费衍射图样，利用这个互补原理，就可以测定各种细丝和窄带的尺寸。
细丝直径的测量铁丝直径知识讲解
细丝直径的测量铁丝直径细丝直径的测量铁丝直径【实验目的】(1)通过实验加深对等厚干涉原理及干涉概念的理解(2)学习用等厚干涉测量铁丝直径的方法(3)学会读书显微镜的正确使用【仪器用具】钠光灯读数显微镜劈尖装置【实验原理】当两片很平的玻璃叠合在一起，并在其一端垫入细丝时，两玻璃片之间就形成一空气薄层(空气劈)。
在单色光束垂直照射下，经劈上、下表面反射后两束反射光是相干的，干涉条纹将是间隔相等且平行于二玻璃交线的明暗交替的条纹相邻两暗纹(或明纹)对应的空气厚度2dk 2 k2dk, — k 12dki dk j 则细丝直径D为ta nN为干涉条纹总条纹勿人k |明纹2d /2 2k 1-暗纹-------------------------------------------- r ---------D——1S-2--------------------------------------------------L为劈尖的长度用游标卡尺测，S%相邻两暗条纹的间距，用读书显微镜测量(5次测量)____ 6589.3 10 mmA为钠光波长，入二已知入射光波长，测出N。
和L ,就可计算出细丝(或薄片)的直径D。
【实验内容】(1) 将细丝(或薄片)夹在劈尖两玻璃板的一端，另一端直接接触，形成空气劈尖。
然后置于移测显微镜的载物平台上。
(2) 开启钠光灯，调节半反射镜使钠黄光充满整个视场。
此时显微镜中的视场由暗变売。
调节显微镜目镜焦距及叉丝方位和劈尖放置的方位。
调显微镜物镜焦距看清干涉条纹，并使显微镜同移动方向与干涉条纹相垂直。
(3) 用显微镜测读出叉丝越过条暗条纹时的距离I,可得到单位长度的条纹数No。
再测出两块玻璃接触处到细丝处的长度L.重复测量五次，根据式D N丄(/2)计算细丝直径D平均值和不确定度。
【数据记录】实验测量数据单位(mm)斥一I，rI ：11【注意事项】(1)干涉环两侧的序数不要数错(2)防止读书显微镜的回程误差。
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[ 6] 国家质量技术监督局
Analysis on the reason for stress corrosion crack of humidifier
L IU H ua ( LiuZhou Special Equipment Supervision & Inspect ion Inst itute) Abstract: By the analysis of a pract ical example, it is illustrated t hat cracks w ill appear on t he surface inside t he hum idif ier by reason of st ress corrosion of synthet ic H 2 S in t he technological process for synt hetic ammonia. And some effect ive measures for improvem ent are presented. T he result s have been applied. Key words: hum idif ier; crack; st ress corrosion ( 责任编辑 赖君荣)
图 2 测量原理
2
2 1
电路设计
参考基准点稳定电路 由 Dz、 R15 、 U1A 和 R4 组成深度负反馈电路, 通过调整 D1 的光强, 使参考基准点电位 Vf 保持恒定,
Vf = V z . 作为差动信号 V i 的基准点 , Vf 的稳定很重要。 2 2 前级调整电路 由 U1C 、 R5、 R6、 R7 、 R8、 R9、 W1、 W2 组成前级调整电路, 其作用是在测量值为零时 , 使放大器的输出值 Vo 为零。在无细丝的情况下, 调整 W2, 使 Vo = 0 即可。 2 3 2 4 差动放大电路 由 R10、 R11、 R12、 R13、 U2 构成差动放大器, 将 U1B 和 U1C 输出的差动电压放大并转变为单端电压信号[ 3] 。 满度调整电路 由 U1、 DR14、 W3 构成的同相可调增益放大器 , 可根据需要调整不同的量程范围 [ 4] 。
图3
电路原理
62
广西工学院学报
第 18 卷
3
3 1
影响测量精度的因素及对策
衍射
光照在细丝上会产生衍射效应 , 衍射会导致线性度变差。试验证明: 在 20 um 以上, 线性度是比较好的; 在 20 um 以下线性度较差, 但 V i 与 d 的正相关关系没有改变, 此时应采用插值运算拟合法来提高精度。 3 2 环境光扰动 环境光扰动会降低信噪比 , 影响测量精度。在使用了滤波片后已滤除了大部分干扰光, 再加上遮光罩可 使环境光扰动忽略不计。 3 3 温度漂移 光电三极管对温度有一定的敏感性 , 会随温度的变化而产生灵敏度的变化。由于在电路中使用的 T 1、 T 2 是参数特性一致的同型号光电三极管, 它们具有相同的温度特性, 温飘不影响它们的差模关系 飘、 高精度的运放和电阻可使放大器的温飘忽略不计。
收稿日期 : 2007- 06- 10 作者简介 : 陶遇春 ( 1964- ) , 广西柳州市人 , 广西柳州市自动化科学研究所工程师。
图 1 光路系统
第3期
陶遇春 : 基于分光原理快速测量细丝直径的方 法
61
1 2
测量原理 在测量光和参考光的照射下 , T 1 和 T 2 的输出电压分别为
V 1 和 V 2 , 在测量光路中没有被测细丝时 , V 1 = V 2 , 此时 V 1 、 V 2 的差动电压值 V i = 0 . 当测量光路有被测细丝时, 细丝在 T 1 的检测窗口上产生一个宽度为细丝直径 d , 高度为检测窗口 高度 h 的投射阴影, 导致 V 1 发生变化, 变化量 V 1 与投射阴 影面积 d h 成正比 ; 由于在电路中采用了负反馈自动光强调整 技术, 使发光管发射的光强稳定 不变, 此时 V 2 保持 恒定值不 变; 以 V 2 作基准, V 1 、 V 2 的差动电压值 V i = V 1 , 将 Vi 放大 即可得到与被测细丝直径成线性关系的电压信号, 达到测量细 丝直径的目的。 在测量过程中, 如果细丝有垂直于测量光方向的晃动, 只要晃动的幅度不至于使投射阴影超出检测窗口 之外 , 不会改变阴影面积 ; 而对于平行于测量光方向的晃动 , 由于测量光为平行光束 , 阴影面积也不改变。由 此可见, 被测细丝的有限晃动不影响测量结果 , 速测量, 构成检测及控制单元。 V 只与细丝直径相关。由于从细丝产生投射阴影到将信号 放大输出的过程中不存在迟滞环节 , 因此可实时测出细丝直径。本方法非常适用于细丝生产现场的动态快
陶遇春
( 广西柳州市自动化科学研 究所 , 广西 柳州 545001)
摘 度。 关
要 : 提出一种测量细丝直径的方法。基 于光电 转换原 理 , 采用分光 技术产 生正比 于被测 细丝直 径的差动 电压 ,
将差动电压放大 并测量即可测出细丝直径 ; 采用参 考光负 反馈法稳 定光源 的发光 强度 , 从而 消除漂移 , 提 高测量 精 键 词 : 细丝直径测量 ; 投影 ; 分光 ; 差动放大 ; 负反馈 文献标识码 : B
[ 1] 张汉谦 [ 3] 强天鹏 [ 5] 王广生
[ 2] 李之光 , 刘曼青 , 高广安 [ 4] 陆世英 , 张德康
不锈钢应力腐蚀破裂 [ M ] 北京 : 科学出版社 , 1977 压力容器安全技术监察规程 [ M ] 北京 : 中国劳动社会保障出版社 , 1999
金属热处理缺陷分析 [ M ] 北京 : 机械工业出版社 , 2000
0 010 mm 量程实验数据
输出电压 ( V) 10 000 6 653 4 335 1 069 0 000 非线性误差 (%) 0 00 - 4 96 - 13 30 - 46 55 0 00
从以上实验数据可看出: 对于直径大于 20 um 的细丝 , 可获得较高的测量精度; 而对于直径小于 20 um 的细丝, 如不进行非线性修正 , 误差将会很大。
[ 3] 黄贤武 , 郑筱霞 [ 5] 刘国林 , 殷贯西
第3期
陶遇春 : 基于分光原理快速测量细丝直径的方 法
63
Method for fast measuring filament diameter based on spectrum principle
T AO Yu chun ( Liuzhou Automation Science Research Inst it ut ion, L iuzhou 545001, China) Abstract: A method for filament diamet er measure w as present ed. Based on t he photoelect ricit y conversion princi ple, different ial pressure proport ional to f ilam ent diamet er w as obt ained by using spectrum technology. And then Amplifying and measuring differential pressure w ould det ermine t he filament diam eter. T he negative feedback met hod of reference lig ht st abilized the gleam y intension of lamp house, and t hus eliminated ex cursion and im proved measure precision. Key words: filament diameter measure; project ion; spect rum, ; dif ferent ial amplif icat ion; negat ive feedback ( 责任编辑 李 捷)
5
结束语
提出了一种快速测量细丝直径的新方法, 用分光法获得稳定的参考光作为测量的基准, 以保证测量精
度。该方法能以较高的精度测出 20 um 以上直径的细丝, 通过非线性修正法也可测量 20 um 以下直径的细 丝。该方法简单、 经济、 实用, 很适合在细丝生产现场用于测量和控制。
参
考
文 献:
[ 1] 张
1
1 1
分光法测量原理
光路系统
发光管 D1 发出的红外 光经分光镜分成两路 : 测量光路和参考光路。测量光和参考光分别照射到 两只相同型号的光电接收管 T 1、 T 2 上。 D1 为中心 频率 880 nm 的进口红外发光管 ; T 1、 T 2 为 高一致 性、 高线性 度的进口 光电三 极管 ; 截止 波长为 850 nm 的低通滤波片可有效地消除可见光干扰 [ 2] 。
[ 5]
。低温
4
实验数据及结果分析
表 1 1 000 mm 量程实验数据
直径 ( mm) 1 000 0 700 0 500 0 200 0 000 输出电压 ( V) 10 000 7 006 5 005 2 003 0 000 非线性误差 (%) 0 000 0 086 0 100 0 150 0 000
岩 , 胡秀芳 , 张济国
传感器应用技术 [ M ] 福建 : 福建科学技术出版 社 , 2006
[ 2] 赵负图 [ 4] 粱廷贵
光电检测控制电路手册 [ M ] 北京 : 化学工业出版社 , 2004 传感器原理与应用 [ M ] 成都 : 电子科技大学出版社 , 1995 电子测量 [ M ] 北京 : 机械工业出版社 , 2003 现代集成电路实用手册 [ M ] 北京 : 科学技术文献出版 社 , 2002
( 上接第 59 页) 设备的应力腐蚀裂纹的产生, 提高增湿器的安全性能和使用寿命 , 为企业创造更多的经济效益 ; 同时也能减 少污染, 为净化环境做出贡献。 参 考 文 献: